DE612709C - Einrichtung zum Umfuellen verfluessigter Gase - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 3. MAI 1935

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVl 612709 KLASSE 17g GRUPPE 5

Patentiert im Deutschen Reiche vom 7. März 1934 ab

ist in Anspruch genommen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Umfüllen verflüssigter Gase mit tiefliegendem Siedepunkt aus einem Aufbewahrungs- und Transportbehälter, der in der Hauptsache aus einem innerhalb einer Isolierschicht angeordneten und von einer Außenhülle umgebenen Flüssigkeitsgefäß besteht.

Der Zweck der neuen Einrichtung ist, das Umfüllen möglichst verlustlos und in einfacher Weise vornehmen zu können, wobei die Einrichtung so ausgebildet ist, daß dieselbe den Zugang zu den maschinellen Teilen auch während des Betriebes ermöglicht. Es ist bereits ein Verfahren zum· Umfüllen verflüssigter Gase mit tiefliegendem Siedepunkt bekanntgeworden, bei dem die Flüssigkeit durch eine am Boden des Flüssigkeitsbehälters angeordnete Pumpe in die Aufnahmevorrichtung befördert und die Kolbenstange der Pumpe durch den Flüssigkeitsbehälter hindurch nach außen geführt wird.

Dieses Verfahren sowie die Vorrichtung zur Ausführung desselben hat jedoch den Nachteil, daß das Umfüllen mit Verlust verknüpft ist und die durch Arbeiten der Pumpe und Wärmeübertragung entstehenden Verdampfungsprodukte verlorengehen.

Dieser Übelstand wird durch die vorliegende Einrichtung vermieden, und es geschieht dies dadurch, daß die Einströmkanäle der Pumpe an der tiefsten Stelle des Flüssigkeitsbehälters aus ihm abzweigen und der Arbeitsraum der Pumpe durch ein Rohr mit dem oberhalb des Flüssigkeitsspiegels befindliehen Raum des Flüssigkeitsbehälters verbunden ist.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Pumpe vollständig in die Isolation des Flüssigkeitsbehälters verlegt ist, und daß ihre zu kontrollierenden Teile durch einen oder mehrere zur Außenhülle des Behälters führende Schächte leicht zugänglich sind.

In den beiliegenden Zeichnungen sind mehrere Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht, und es ist:

Abb. ι der Längsschnitt eines Aufbewahrungs- und Transportgefäßes zur Ausführung des Verfahrens,

Abb. 2 eine vergrößerte und abgebrochene Teilansicht der Abb. 1,

Abb. 3 eine abgebrochene Teilansicht einer abgeänderten Ausführungsform der Fördervorrichtung,

Abb. 4 ein Schnitt nach der Linie 4-4 der Abb. 3 und

Abb. 5 eine abgebrochene Ansicht im Schnitt einer weiteren Ausführungsform.

Bei der Ausführungsform gemäß Abb. 1

befindet sich das verflüssigte Gas io innerhalb eines Behälters ii, der von einer Wärmeisolierschicht 12 umgeben ist. Der Behälter 11 ist innerhalb eines Gehäuses 13 angeordnet, an dem derselbe mittels Ketten 14 aufgehängt ist. Der Behälter befindet sich auf einem Fahrzeug, um an die Verbrauchsstelle befördert werden zu können, oder derselbe ist ortsfest angeordnet, um verflüssigtes Gas zu to lagern, und besitzt das übliche, in das Innere des Flüssigkeitsgefäßes führende Füllrohr 11. Außerdem ist der Behälter mit Gas- und Flüssigkeitsentnahmevorrichtungen sowie mit einem Flüssigkeitsstandsanzeiger ausgerüstet, die aber, weil nicht zur Erfindung gehörend, fortgelassen sind.

Am Boden des Gefäßes 11 befindet sich die Flüssigkeitsvorrichtung, bestehend aus einem Pumpengehäuse 15, in dem sich das als KoI-ben ausgebildete Verdrängungselement 16 hin und her bewegt. Das Gehäuse 15 ist mit Mitteln zur Zuführung der Flüssigkeit und zur Ableitung des Dampfes versehen, die auf der dargestellten Ausführungsform aus einem beim Aufwärtshub des Kolbens 16 freigelegten Kanal 17 und aus einer oder mehreren Dampfauslaßöffnungen 18 bestehen, die ebenfalls durch den Kolben beim Öffnen der Einlaßkanäle freigelegt werden. Die Arbeitsweise dieser Teile ist aus der vergrößerten Abb. 2 klar ersichtlich. Der Kolben, in seiner Höchstlage veranschaulicht, besitzt einen abgesetzten Teil 19, der einen Kanal 18 freilegt und abdeckt. In der veranschaulichten Lage kann Flüssigkeit in das Gehäuse treten, während die verdrängten Dämpfe durch die Öffnung 18 und Leitung 20 in den oberhalb des Flüssigkeitsspiegels befindlichen Gasraum strömen.

Das Gehäuse 15 ist innerhalb eines an der tiefsten Stelle des Gefäßes 11 befindlichen Brunnens angeordnet. In der veranschaulichten Ausführungsform wird das Gehäuse 15 am Boden des Brunnens 21 vermittels einer Ventilkammer 22 flüssigkeitsdicht gehalten, und zwar ist dieselbe mit ihrem mit Gewinde versehenen Hals 23 in das Pumpengehäuse eingeschraubt. Die Ventilkammer besitzt einen Kanal 24, der normal durch einen durch Feder 26 · belasteten Ventilkörper 25 abgeschlossen ist. Die untere Mündung des Kanals 24 wird durch eine Kappe 27 verschlossen, auf der die zur Auflagerung der Ventilfeder und zur Führung der Ventilstange dienende Scheibe 28 ruht. Ein in die Seitenwandung der Ventilkammer 22 mündendes Rohr 29 dient dazu, das Gas aus. der Kammer 11 abzuleiten, die an einer der Kappe 27 gegenüberliegenden Stelle mit einer abgedeckten Öffnung versehen ist, um einen leichten Zugang zum Ventil zu ermöglichen.

Der Kolben 16 besitzt eine Bohrung, die durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Eine lange vertikale Kolbenstange 30 ist mit dem Kolben 16 durch Kugelgelenk verbunden, damit sich die Stange bei der Aufwärts- und Abwärtsbewegung des Kolbens ausrichten kann. Sie erstreckt sich durch den Behälter und ist an ihrer Austrittsstelle mit einer gasdichten Abdichtung 31 versehen. Der Ab-Schluß 31 besteht aus gewellten Metallblechen, die mit einem Ende gasdicht auf der Stange sitzen und am anderen Ende einen Flansch 32 tragen, der zwischen einer durchlochten Platte 33 und dem unteren Flansch der Führungsmuffe 34 festgeklemmt wird. Die Platte 33 schließt eine Öffnung in die Behälterwandung 11 ab, die groß genug ist, um das Pumpengehäuse 15 hindurchführen zu können. Die Muffe 34 ist von einer der Stärke der Isolierung 12 entsprechenden Länge, während das Gehäuse 13 an der Durchtrittsstelle der Muffe einen Aufbau 3 S trägt, um an dieser Stelle die Stärke der Isolierschicht zu vergrößern. Die erhöhte Stärkung der Isolierschicht ist notwendig, um den Weg der aus der Atmosphäre in den Behälter eindringenden Wärme längs der Muffe 34 und der Stange 30 zu vergrößern, und obwohl diese Teile aus schlechten Wärmeleitern hergestellt sind, leiten sie die Wärme doch leichter als die der Länge derselben entsprechende 'Isolierschicht.

Diese Stange 30 wird in geeigneter Weise, beispielsweise in der schematisch veranschaulichten Art, auf- und abwärts bewegt, und zwar durch eine Kurbelscheibe 36, die vermittels eines Schneckengetriebes 38 von einem Elektromotor 37 angetrieben wird. Am Außenende der Muffe 34 sitzt eine Stopfbüchse zur Aufnahme' der Packung, die Feuchtigkeit von der zwischen den Blechen 31 befindlichen Kammern fernhält. Das Gefäß 11 ist noch mit einem Sicherheitsventil ausgerüstet, um die Bildung eines unerwünschten Überdruckes in dem Gasraum des Gefäßes zu verhindern.

Im Betriebe haben der in das verflüssigte Gas eingetauchte Kolben und Gehäuse 15 die gleiche Temperatur wie die Flüssigkeit, und ihre Oberflächen werden durch diese geschmiert. Wenn der Kolben den Höchstpunkt seines Hubs erreicht, strömt Flüssigkeit durch die Kanäle 17, während das verdrängte Gas durch die öffnung 18 entweicht und durch das Rohr 20 in den. oberhalb des Flüssigkeitsspiiegels liegenden Gasraum gelangt.

Da ein Aufheizen der Flüssigkeit unerwünscht ist, ist ein Perlen des Gases durch die Flüssigkeit vermieden, und es wird unmittelbar in den oberhalb der Flüssigkeit liegenden Gasraum geleitet, wo es einen verhältnismäßig schnelleren Druckanstieg oberhalb der

Flüssigkeit erzeugt, um das Strömen der Flüssigkeit in das Pumpengehäuse 15 durch die Einlaßkanäle 17 zu beschleunigen. Auf diese Weise wird die im Pumpengehäuse erzeugte Wärme in den oberhalb der Flüssigkeit befindlichen Gasraum geleitet, wo sie zur Unterstützung der Pumpenwirkung beiträgt. Wenn der Kolben niedergeht, werden die Kanäle allmählich durch denselben geschlossen, und wenn dies geschehen ist, wird die im Pumpengehäuse eingeschlossene Flüssigkeit durch die Ventilkammer heraus in das Rohr 29 gedrückt, das sie mit dem gewünschten hohen Druck in die Empfangsvorrichtung leitet. Die in den freien Raum der Pumpe bei Beendigung des Hubs eingeschlossene Flüssigkeit ist durch die Kompressionsarbeit mäßig erwärmt und setzt sich beim Aufwärtshub teilweise in Dampf um, der bed Wiederfreilegung des Kanals 18 in den Gasraum strömt. Hat die Pumpe hohen Druck zu überwinden, so empfiehlt es sich, den ungestützten Teil der Stange 30 in Lagern oder in einem säulenartigen Rohr zu führen. Wenn der Kolben die untere Grenze seines Hubes erreicht hat, ist der Ventilkegel auf seinen Sitz zurückgebracht, so daß ein Rückfluß von Flüssigkeit aus dem Rohr 29 in das Gehäuse während des Aufwärtshubes des Kolbens verhindert ist. Bewegt sich der Kolben nach oben, so wird ein Teil der Flüssigkeit, die in dem freien Raum bzw. Kanal 24 zurückgeblieben und durch die Kompressionsarbeit aufgeheizt worden ist, infolge der eintretenden Druckverminderung in Dampf verwandelt. Dieser Dampf entweicht später durch den Kanal 18, wenn der Kolben seine obere Grenze erreicht hat, und wird in den oberhalb der Flüssigkeit befindlichen Gasraum geleitet.

Soll die Pumpe zum Fördern gewisser verflüssigter Gase, beispielsweise solcher von verhältnismäßig geringer Schmierfähigkeit, verwandt werden, so bewirkt man zweckmäßig die Verdrängung der Flüssigkeit vermittels eines Tauchkolbens, in welchem Falle die Regelung des Flüssigkeitseinlasses und der Dampfauslaßkanäle durch mechanisch betätigte Ventile erfolgt.

Ein Druckbehälter, der mit einer abgeänderten Ausführungsform der Flüssigkeitsfördereinrichtung gemäß der Erfindung ausgerüstet ist, ist in Abb. 3 veranschaulicht. Hier ist die in das Gefäß 111 führende Fülleinrichtung mit in' bezeichnet, während das Gehäuse 113 eine abgeänderte Gestaltung erfahren hat. Die Fördereinrichtung ist in ihrer Gesamtheit mit B bezeichnet und besteht in einer waagerecht angeordneten, doppelt wirkenden Pumpe, in deren Gehäuses ein Kolben 41 hin und her bewegt wird. Die Längswandungen des Gehäuses tragen auf ihrer Mitte öffnungen 42 und 43. Die Länge des Kolbens 41 ist so gewählt, daß er den auf jeder Seite der öffnung liegenden Raum des Gehäuses nahezu ausfüllt, wenn er sich am Ende seines Hubes befindet, so daß die öffnungen vom Kolben bei Erreichung seiner Hubgrenze jedesmal freigelegt werden. Die Kanäle 42 gestatten im freigelegten Zustand das Einströmen der Flüssigkeit in den Teil des Gehäuses 40, der von dem Kolben verlassen worden ist, während durch den oberen Kanal 43, der durch ein Rohr 20 mit dem Gasraum des Behälters verbunden ist, Gas abströmen kann.

Um das Gehäuse 40 herum ist ein Kanal 44 vorgesehen, der an seinem oberen Ende mit dem Flüssigkeitsraum des Gefäßes in in Verbindung steht. Dieser Kanal ist in der geschnittenen Teilansicht der Abb. 4 klar veranschaulicht. Das verflüssigte Gas umgibt somit das Gehäuse 40, hält die Temperatur seiner Wände auf der Temperatur der Flüssigkeit und tritt durch die Kanäle 42 in dasselbe ein. An jedem Ende bzw. an den Stirnwänden des Gehäuses 40 ist ein Ablaßkanal 45 vorgesehen, der durch ein' federbelastetes Ventil 46 kontrolliert wird. Diese Ablaßkanäle sind mit einem Durchgang 47 verbunden, durch den das Gas in ein gemeinsames Ableitungsrohr 29 gelangt, um an den Aufnahmebehälter Gas mit erhöhtem Druck abzugeben. Die Ventile 46 sind mit abnehmbaren Verschlüssen 48 ausgerüstet, um die Ventile nachsehen und einstellen zu können. Diese Verschlüsse 48 sind leicht zugänglich, ohne-das Gefäß 111 aus seiner Hülle entfernen zu müssen, indem die die Ventile 46 umgebenden, mit Deckeln 51 und 52 versehenen Räume 49 und 50, in denen sich kein Isoliermaterial befindet, abgetrennt sind. Eine Kolbenstange 53 zur Übertragung der Hinundherbewegung des Kreuzkopfes 54 auf den Kolben ist mit einem Ende an dem Kolben 41 und mit dem anderen an dem Kreuzkopf 54 befestigt und geht durch eine Stirnwand des Pumpengehäuses 40 sowie durch eine Packungshülse 55 hindurch, die ein geeignetes, von einer Stopfbüchse 56 zusammen- no gedrücktes Packungsmaterial enthält. Der Kreuzkopf 54 wird in einem Rahmen 57 geführt, der auf dem Außengehäuse 113 befestigt ist. An der Stelle, wo die Stange 53 durch die Gehäusewandung hindurchgeht, sitzt eine Packungshülse 58, die verhindert, daß atmosphärische Luft unmittelbar in das Innere des Gehäuses gelangt. Der Kreuzkopf wird vermittels einer Pleuelstange 59 und Kurbelscheibe 60 hin und her bewegt, die durch eine geeignete Kraftquelle, beispielsweise einen Elektromotor, angetrieben wird.

Versteifungsstangen 6i, die sich zwischen der Pumpe B und dem Rahmen 57 befinden, übertragen die Druckwirkung des Kolbens auf die Kurbelscheibenlager.
Bei Betätigung dieser Fördereinrichtung wird ein Ende des Pumpengehäuses, beispielsweise das Kurbelende, und wenn sich der Kolben am entgegengesetzten Ende befindet, durch die freigelegten Kanäle mit Flüssigkeit ausgefüllt. Während der Rückbewegung des Kolbens werden die Kanäle zunächst geschlossen, während danach die im Kurbelende befindliche Flüssigkeit durch den Entleerungskanal in die Aufnahmevorrichtung gedrückt wird. Nachdem der Kolben an dem Kurbelende angelangt ist, werden die öffnungen 6 wieder freigelegt, worauf das Gasmaterial in das freie Kopfende des Gehäuses fließt. Alles am Kolben vorbeileckende Gasmaterial geht nicht verloren, sondern strömt in das entgegengesetzte Ende des Gehäuses.

In der Abb. 5 ist ein Apparat veranschaulicht, bei dem eine doppeltwirkende, allgemein mit C bezeichnete Pumpe am Boden des Flüssigkeitsgefäßes 211 angeordnet ist, das von einer Isolierschicht 12 und einer Außenhülle 213 umgeben ist. Das Pumpengehäuse 63 ist mit zylindrischen Bohrungen 64 und 65 versehen, in denen je ein Kolbenkopf arbeitet. Der Kolben besteht aus zwei Kopfteilen 66 und 6y, die so mit einem Teil 68 verbunden sind, daß eine exzentrische Nockenscheibe 69 zwischen den hinteren Flächen der Zylinderköpfe rotieren kann. Die Nockenscheibe 69 dreht sich um die mittlere Achse der Welle 70, an die sie vermittels eines Keiles befestigt ist. Um unnötige Reibung zu vermeiden, ist ein die mit einem Außenring 71 versehene Nockenscheibe umgebendes Rollenlager vorgesehen. Das Rotieren der Nockenscheibe 69 bewirkt ein seitliches Hinundherbewegen des Kolbens. Die Welle 70 dreht sich in innerhalb einer Nabe 72 befindlichen Antifriktionslagern. Die Nabe ist mit dem Gehäuse durch Tragerippen verbunden, die mit Kanälen zum Leiten des. verflüssigten Gases in den Mittelteil des Gehäuses 63 versehen sind. Die mittlere Kammer des Gehäuses 63 ist an jeder Seite mit Taschen ausgerüstet, um ein Drehen des Rings 71 zu gestatten. Das in diese Kammer strömende verflüssigte Gas wird durch Kanäle 74 besonderen Einlaßöffnungen 73 für jedes Ende 63 und 65 des Gehäuses zugeführt. Diese Kanäle sowie die Gasauslaßkanäle 75 sind so angeordnet, daß sie durch die Kante des betreffenden Kolbenkopfes freigelegt werden, wenn der Kolben sich an der äußersten Grenze seines Hubs befindet. Die aus den Kanälen 7S strömenden Dämpfe werden durch Kanal j6 in Rohre 220 geleitet, die sie dem oberhalb des Flüssigkeitsspiegels im Gefäß 211 befindlichen Gasraum zuführen. Um eine Wärmeübertragung auf die Flüssigkeit nach Möglichkeit zu beschränken, können die Rohre 220 außerhalb des Gefäßes 211 herum und am oberen Ende desselben wieder in dieses- hineingeführt werden. Die Flüssigkeit wird aus den Kammerenden 64 und 65 durch Kanäle JJ abgeleitet, die normalerweise durch federbelastete Ventile 78 geschlossen gehalten werden. Die durch das Ventil geförderte Flüssigkeit wird durch eine gemeinsame Verbindungsleitung 79 in das aus dem Gehäuse herausführendeEntnahmerohr29 geleitet. Der Zugang zu den Ventilkammern zwecks Einstellung der Ventile wird analog der im vorstehenden beschriebenen Weise durch abnehmbare Stopfen 80, Trennkammer 81 und Verschlußdeckel 82 bewirkt.

Die Welle 70 wird durch den verlängerten Schaft 83 angetrieben, der mit einer biegsamen Kupplung 84 versehen ist. Die Welle 83 geht durch die Wand des Gefäßes, die Isolierschicht und die Außenhülle hindurch, die mit einem Aufbau 85 ausgerüstet ist, um an dieser Stelle die Stärke der Isolierschicht 12 zu vergrößern. Durch die Isolierschicht geht eine die Welle umschließende Hülle 86 hindurch, die das Isoliermaterial von ihr fernhält und einen gasdichten Abschluß des durch die Isolierschicht führenden Teiles der Welle 83 bewirkt. Das Gehäuse 86 ist an dem äußeren Ende der Hülse mit Packung und Stopfbüchse 87 versehen, um während des Rotierens der Welle einen Verlust an Gasmaterial zu verhindern. Der obere Teil der Welle 83 ist in einem Lager 88 gelagert, das von einem Gehäuse 89 getragen wird. Am Ende der Welle ist ein Zahnrad 90 aufgekeilt, dessen Ritzel durch eine geeignete Kraftquelle, beispielsweise einen Elektromotor, angetrieben wird, oder aber, wenn der Behälter sich auf einem Lastauto befindet, kann das Ritzel von dem Motor über eine geeignete Transmission angetrieben werden. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß die Antriebswelle sich nicht hin und her bewegt und die Pumpe von der Niederdruckseite angetrieben wird, d. h. die Antriebswellenpackung ist verhältnismäßig niederen Drücken ausgesetzt und kann an einer Stelle angeordnet werden, wo sie verhältnismäßig warm bleibt. Die Schubreaktion zum Drücken der Flüssigkeit wird innerhalb der Pumpe selbst neutralisiert. In Fällen, wo der Hauptteil des verflüssigten Gases bei Atmosphärendruck transportiert werden soll, muß der Behälter gemäß der Erfindung genügend groß gebaut werden, um nur die Menge zu fassen, die an einer Stelle herausgepumpt wird, während die Hauptmenge des verflüssigten Gases in einen roßen, mit dem Pumpenbehälter vereinigten

Claims (2)

1. Behälter mitgeführt wird. Die Arbeitsweise ist grundsätzlich die gleiche wie die der vorstehend beschriebenen Ausführungsform.

   Pa τ ε NTANSi' κ ii c u ü :

   i. Einrichtung zum Umfüllen verflüssigter Gase mit tiefliegendem Siedepunkt, beispielsweise verflüssigten Sauerstoffes, bestehend aus einer innerhalb eines Aufbewahrungs- und Transportbehälters angeordneten Pumpe, dadurch gekennzeichnet, daß die Einströmkanäle der Pumpe an der tiefsten Stelle des Flüssigkeitsbehälters aus ihm abzweigen und daß der Arbeitsraum der Pumpe durch ein Rohr mit dem oberhalb des Flüssigkeitsspiegels befindlichen Dampfraum des Flüssigkeitsbehälters verbunden ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe vollständig in die Isolation des Flüssigkeitsbehälters verlegt ist und daß ihre zu kontrollierenden Teile durch einen oder mehrere zur Außenhülle des Behälters führende Schächte leicht zugänglich sind.

   Hierzu I Blatt Zeichnungen