EP0154168A2 - Integrierter Kompaktgasphasenseparator und Unterkühler - Google Patents

Integrierter Kompaktgasphasenseparator und Unterkühler Download PDF

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EP0154168A2
EP0154168A2 EP19850101094 EP85101094A EP0154168A2 EP 0154168 A2 EP0154168 A2 EP 0154168A2 EP 19850101094 EP19850101094 EP 19850101094 EP 85101094 A EP85101094 A EP 85101094A EP 0154168 A2 EP0154168 A2 EP 0154168A2
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liquid
gas
subcooler
bath
separator
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Rolf H. Wieland
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Messer Griesheim GmbH
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    • Y10T137/7323—By float

Definitions

  • the present invention extends to a method and apparatus for providing liquid gas at a consumer site;
  • the invention relates to a method and a device for removing gas phases from the liquid gas and supercooling the liquid.
  • the problem is to transport liquefied petroleum gas from the pressure storage tank to the place where it is to be used because there are thermal leaks in the transport line between the storage tank and the machine where the gas is used, especially when the transport lines are long . At these heat leaks vaporizes a certain amount of liquid gas to a gas phase, which is to be separated from the liquid part.
  • Another object of the invention is to provide an integrated compact gas phase separator and subcooler for solving the above problems.
  • the device according to the invention comprises a subcooler with a bath of cold liquid gas, a gas phase separator immersed in the subcooler bath, a copper coil for transporting liquid from the gas phase separator through the subcooler cooling bath to lower the temperature of the liquid gas in the cooling coil and its return transport to the supply line lines as well as a float mechanism of the liquid level in the subcooler and separator bath.
  • the method according to the invention comprises the following steps: separation of the gas phases from the liquid gas, cooling of the liquid portion by passing it through a cold bath in the subcooler and its return to the supply lines, removal of the gas phases from the device, actuation of the gas control valve for discharging gas from the separator by heating of the cold bath in the subcooler to lower the subcooler level and to supplement the liquid level in the subcooler by transporting an amount of liquid there from the separator bath after a certain amount of gas has been removed from the separator.
  • FIG. 1 is a schematic drawing illustrating an integrated compact gas phase separator and subcooler constructed in accordance with the invention.
  • an integrated compact gas phase separator and subcooler 11 for removing gas phases from liquid gas and for subcooling the liquid gas can be seen, which leads to the separator subcooler 11 through a transport line connected to an inlet pipe 13, freed from the gas phase, subcooled and to a transport line is passed through an outlet pipe 15.
  • the subcooler comprises a container 17 which is vacuum-insulated to prevent thermal leaks.
  • the outside of the container 17 is not excessively cooled and the insulation prevents the cold in the container from flowing outwards.
  • a refrigeration bath 19 is maintained on the liquefied gas within the container 17, which can optionally be a surrounding bath of liquid nitrogen at -196 ° C (-320 ° F) and atmospheric pressure (14.7 psi).
  • the gas phase separator includes a container 29 which is arranged inside the subcooler container 17 and is located in the cold subcooler bath 19.
  • Liquid gas flows through the inlet pipe 13 from a liquid gas supply line into the phase separator container 29 through an opening 31 into a liquid level 35 by means of the position of a drain pipe 37 held separator liquid bath 33.
  • the gas phases separated from the separator liquid bath 33 are led from the separator tank 29 through the drain pipe 37 to the float valve 23, from where they are brought into the upper part of the subcooler tank 17 above the subcooler bath level 21. From there, the evaporated portion of the atmosphere can be discharged through a vent valve 39 attached to the upper part of the subcooler container 17.
  • the vent valve 39 can be closed and the evaporated portion can be transported to a pressure regulator 41 through the pipe 43.
  • the pressure regulator 41 can take over the pressure regulation in the subcooler container 17 instead of the regulation of the ambient pressure set by the vent valve 39 in the subcooler container 17, as long as valve 39 is closed, whereby the pressure is increased or decreased above or below the ambient pressure, whereby the temperature of the Liquid gas in the subcooler 19 is controllable.
  • the liquid in the separator bath 33 is led out of the separator through an opening 45 in the lower part of the separator container 29 into the copper coils 47, where the liquid gas contained in the coils is subcooled and passed on to the outlet pipe 15 at the desired temperature and corresponding pressure Heat exchange takes place.
  • liquid nitrogen can get into the subcooler separator 11 through the inlet pipe 13 at -178 ° C (-289 ° F) and 4.2 kg / cm 2 (60 psi) and to the outlet pipe 15 at -196 ° C (- 320 ° F) and 4.2 kg / cm 2 (60 psi).
  • the heat from the coils 47 heats the liquid in the subcooling bath 19 and vaporizes some of it, so as to lower the bath level 21 and thereby actuate the float valve 23 to open and remove gas from the upper part of the separator container 29. SobaLd all the gas from the top of the Separator container 29 is removed and the level of the separator liquid 33 has reached the drain pipe opening 37, liquid is transported from the separator to the float valve 23 in the subcooler container 17. This causes the liquid level 21 to rise as the float 25 is raised and the float valve 23 is shut off.
  • the subcooler separator 11 used at this point to explain the invention is also designed for the use of low-temperature liquids which are different from liquid nitrogen.
  • the subcooler separator 11 is compact in size and allows the user to place the unit on or near the device where the supercooled liquid gas is consumed.
  • the liquid in the separator container 29 is the consumable liquid to be treated in the separator and subcooler, which is returned to the supply lines through the outlet pipe 15.
  • the method for removing gas phases from a liquid gas and subcooling the liquid gas comprises the following steps: conveying liquid gas from a supply line into a liquid gas bath 33 in a gas phase separator container 29; Separating the gas phases and collecting the gas phases in the upper part of the separator container 29; Conveying the liquid into the lower part of the subcooler container 17; Subcooling the liquid gas by conveying it from the lower part of the separator tank 29 through an opening 45 and into the heat exchanger coils 47 which extend from the separator tank 29 to the liquid gas subcooler bath 19 in the subcooler tank 17; Transporting the supercooled liquid gas from the heat exchanger coils 47 and the subcooler container 17 to a supply line through a transport or outlet pipe 15; Conveying the gas phases from the separator tank 29 into the upper part of the lower radiator tank 17 through a float valve 23, O of the mirror 21 of the subcooler 19 and the liquid evaporation effnen of the float valve 23 by lowering of the liquefied gas 19 in the lower radiator tank
  • the subcooler separator 11 can also be used to treat liquefied gases, such as oxygen, HeLium, hydrogen, liquefied petroleum or natural gases, etc.
  • liquefied gases such as oxygen, HeLium, hydrogen, liquefied petroleum or natural gases, etc.
  • the liquefied gas coming from the subcooler separator 11 is freed from the gas phase and supercooled, so that it can better withstand the action of heat capable and, in the case of nitrogen, does not begin to evaporate until it has reached a temperature of -196 ° C (-289 ° F).
  • a gas phase separator integrated in the subcooler is used. Furthermore, according to the invention, gas is led out of the gas phase separator, liquid is transported to the subcooler bath and a liquid level is maintained both in the gas phase separator and in the subcooler by means of a float valve.
  • the subcooler separator 11 according to the invention is of very compact dimensions (approx. 41 cm (16 inches) outside diameter x 61 cm (24 inches) height), which enables the user to set up the unit in the device where the supercooled liquid gas is consumed .
  • the liquid level 35 of the separator bath is kept constant by the height of the outlet pipe piece 37, which is connected to the float valve 23.
  • the separator tank 29 then allows gas to escape until the liquid level 35 reaches the outlet pipe piece 37, whereupon the liquid from the liquid bath 33 of the separator tank 29 passes into the subcooler tank until the level 21 of the subcooler bath 19 is high enough to close the valve 23 has risen.
  • SobaLd liquid nitrogen is transported from the separator tank 29 to the subcooler 19, this automatically cools down to -196 ° C (-320 ° F) at ambient pressure. Accordingly, as soon as the -178 ° C (-289 ° F) warm liquid nitrogen flows through the cooling coils, the heat from the cooling coils causes the surrounding bath to evaporate, the liquid level 21 falling and the valve 23 opening, which opens all the gases in the separator container 29 withdraws and after the gases have been removed, withdraws liquid from the separator bath 33 in order to transport them to the bath 19, to supplement them and to bring them to their level.
  • the device according to the invention enables an automatic system with only one movable part, the float valve. It does not require temperature control devices, solenoid valves or energy supplies.
  • the outlet temperature of the liquid gas can be regulated by pressurizing the subcooler 17 if necessary by the pressure regulator 41 while the vent valve 39 is closed.
  • the temperature of the liquid bath 19 becomes higher than -196 ° C (-320 ° F), provided the pressure in the subcooler container 17 is set to values above atmospheric pressure.
  • the bath temperature will become colder than -196 ° C (-320 ° F) if vacuum is applied to the surrounding bath 19.
  • the integrated subcooler separator according to the invention delivers absolute liquid without gas phases and at any desired temperature by suitable selection of the pressure in the subcooler.

Abstract

Ein integrierter Kompaktgasphasenseparator und Unterkühler zur Entfernung von Gasphasen aus einem Flüssiggas und Unterkühlung des Flüssiggases, welcher folgende Merkmale umfasst: einen Unterkühler mit Unterkühlerbehälter mit einem unterkühlten Bad aus Flüssiggas, einen Gasphasenseparator mit einem in dem Unterkühlerbad eingetauchten Behälter, ein Rohr für den Transport von Flüssiggas aus einer Versorgungsleitung in den Gasphasen-separator, eine sich vom Gasphasenseparator aus erstreckende Kühlschlange für den Transport von Flüssigkeit durch das Unterkühlerbad zur Unterkühlung der Flüssigkeit und deren Transport zu einem Auslassrohr zu den Versorgungsleitungen. Ein Ablassrohr und ein Schwimmerventil lassen Gas und Flüssigkeit aus dem Separator zum Unterkühler strömen, während die Wärme aus der Kühlschlange einen Teil der Flüssigkeit im Unterkühler zur Verdampfung bringt, um so das Badniveau zu senken, das Schwimmerventil zum Transport des Gases aus dem Separator zum Unterkühler zu betätigen und gleichzeitig den Flüssigkeitsspiegel im Unterkühler durch den Transport der Flüssigkeit aus dem Separator dorthin zu ergänzen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Befördern von Flüssiggas aus einer Versorgungsleitung zu einem Gasphasenseparator, Entfernen des Gases aus der Flüssigkeit, deren Unterkühlung mittels Transport durch eine Kühlschlange in einem Unterkühlerbad und Weitertransport zu den Versorgungsleitungen, Erwärmung des Unterkühlerbades zur Verdampfung eines Teils davon und Absenkung des Spiegels, wobei ein Schwimmerventil betätigt wird, welches Gas aus dem Separator in den Unterkühler treten und dann an die Atmosphäre oder einen Druckregler gelangen lässt, und schliesslich Transportieren von Flüssigkeit aus dem Separator in den Unterkühler zur Ergänzung des Unterkühlerbades.

Description

    Aufgabenstellung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung erstreckt sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung für das Bereitstellen von FLüssiggas an einer Verbraucherstelle; die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beseitigung von Gasphasen aus dem Flüssiggas und Unterkühlung der FLüssigkeit.
  • Es besteht das Problem, Flüssiggas vom Drucklagerbehälter zu der Stelle zu transportieren, wo es verwendet werden soll, denn es gibt in der Transport Leitung zwischen dem Lagerbehälter und der Maschine, wo das Gas verbraucht wird, Wärmelecks, insbesondere dann, wenn die Transportleitungen lang sind. An diesen WärmeLecks verdampft eine gewisse Menge Flüssiggas zu einer Gasphase, welche von dem FLüssiganteiL abzutrennen ist.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Gasphasen aus dem Flüssiggas zu entfernen und nur den zum Betreiben der Maschine zu transportierenden FLUssiganteiL zu belassen.
  • Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, den durch Wärmelecks hervorgerufenen AnteiL an Gasphasen in den Transportleitungen dadurch zu verringern, dass man die Gastemperatur herabsetzt, wodurch es einem höheren Wärmebetrag vor seiner Verdampfung standzuhalten vermag.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen integrierten Kompaktgasphasenseparator und Unterkühler zur Lösung der vorstehenden ProbLeme bereitzu- - stellen.
  • Die erfindungsgemässe Vorrichtungumfasst einen UnterkühLer mit einem Bad aus kaltem Flüssiggas, einen in das Unterkühlerbad eingetauchten Gasphasenseparator, eine Kupferschlange zum Transport von Flüssigkeit vom Gasphasenseparator durch das UnterkUhlerkältebad zur Herabsetzung der Temperatur des Flüssiggases in der KühLschlange und dessen Rücktransport zu den VersorgungsLeitungen sowie einen Schwimmerventilkontrollmechanismus zur RegeLung des FLUssigkeitsniveaus.im UnterkühLer- und Separatorbad.
  • Das erfindungsgemässe Verfahren umfasst folgende Schritte: Abtrennung der Gasphasen aus dem Flüssiggas, Abkühlung des FLUssiganteils mittets DurchLeitung durch ein KäLtebad im UnterkühLer und dessen Rückführung zu den VersorgungsLeitungen, Entfernung der Gasphasen aus der Vorrichtung, Betätigung des GasregeLventils zum Abführen von Gas aus dem Separator durch Erwärmen des KäLtebads im Unterkühler zur Senkung des UnterkUhlerbadspiegels und Ergänzen des FLüssigkeitsspiegeLs im UnterkUhlerbad mittels Transport eines Betrags an FLüssigkeit dorthin aus dem Separatorbad, nachdem eine bestimmte Gasmenge aus dem Separator abgeführt wurde.
    • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1 ist eine Schemazeichnung, welche einen erfindungsgemäss gebauten integrierten Kompaktgasphasenseparator und Unterkühler darstellt.
    • AusführLiche Beschreibung der Erfindung
  • In den Zeichnungen ist ein integrierter Kompaktgasphasenseparator und Unterkühler 11 zum Entfernen von Gasphasen aus Flüssiggas und zum Unterkühlen des Flüssiggases zu sehen, welches zum Separator-Unterkühler 11 durch eine mit einem EinLassrohr 13 verbundene Transportleitung geführt, von der Gasphase befreit, unterkühlt und zu einer Transportleitung durch ein Auslassrohr 15 geleitet wird.
  • Der UnterkühLer umfasst einen zur Verhinderung von Wärmelecks vakuumisolierten Behälter 17. Die Aussenseite des Behälters 17 wird nicht Ubermässig abgekühlt und die Isolierung verhindert, dass die Kälte im Behälter nach aussen abströmt.
  • Es wird eine Kältebad 19 am Flüssiggas innerhalb des BehäLters 17 aufrechterhalten, welches gegebenenfalls ein umgebendes Bad aus flüssigem Stickstoff bei -196°C (-320°F) und Atmosphärendruck (14,7 psi) sein kann.
  • Das Unterkühlerbad 19 wird auf einem Niveau 21 mittels eines Schwimmerventils 23 gehalten, wobei ein Schwimmer 25 mit dem Ventil 23 mittels eines Arms 27 verbunden ist.
  • Der Gasphasenseparator schliesst einen BehäLter 29 ein, welcher innerhalb des UnterkUhlerbehälters 17 angeordnet ist und sich im kalten Unterkühlerbad 19 befindet.
  • Durch das Einlassrohr 13 fliesst Flüssiggas von einer Flüssiggasversorgungsleitung in den Phasenseparatorbehälter 29 durch eine Oeffnung 31 in ein auf einem FLüssigkeitsniveau 35 mittels der Lage eines Abflussrohrs 37 gehaltenes Separatorflüssigbad 33.
  • Die aus dem Separatorflüssigbad 33 abgetrennten Gasphasen werden vom Separatorbehälter 29 durch das Ab-Lassrohr 37 zum Schwimmerventil 23 geführt, von wo aus sie in den oberen Teil des Unterkühlerbehätters 17 oberhalb des Unterkühterftüssigbadniveaus 21 verbracht werden. Von dort aus kann der verdampfte Anteil an die Atmosphäre durch ein am oberen Teil des Unterkühlerbehälters 17 angebrachtes EntLüftungsventiL 39 abgelassen werden.
  • ALternativ kann das EntLüftungsventiL 39 geschlossen und der verdampfte Anteil zu einem Druckregler 41 durch das Rohr 43 transportiert werden. Der Druckregler 41 kann anstelle der RegeLung des vom Entlüftungsventil-39 im Unterkühterbehälter 17 eingestellten Umgebungsdrucks, sofern VentiL 39 geschlossen ist, die DruckregeLung im Unterkühlerbehälter 17 Ubernehmen, wobei der Druck über oder unter den Umgebungsdruck gesteigert bzw. gesenkt wird, wodurch auch die Temperatur des Flüssiggases im Unterkühlerbad 19 regelbar ist.
  • Die Flüssigkeit im Separatorbad 33 wird aus dem Separator heraus durch eine Oeffnung 45 im unteren Teil des Separatorbehälters 29 in die Kupferschlangen 47 geführt, wo zum UnterkühLen des in den SchLangen enthaltenen Flüssiggases und zu dessen weiterleitung zum Auslassrohr 15 bei der gewünschten Temperatur und entsprechendem Druck ein Wärmeaustausch stattfindet. So kann beispielsweise flüssiger Stickstoff in den Unterkühler-Separator 11 durch das EinLassrohr 13 bei -178°C (-289°F) und 4,2 kg/cm2 (60 psi) gelangen und zum Auslassrohr 15 bei -196°C (-320°F) und 4,2 kg/cm2 (60 psi) geführt werden.
  • Die Wärme aus den Schlangen 47 erwärmt die Flüssigkeit im UnterkühLerbad 19 und bringt einen Teil davon zur Verdampfen, um so das Badniveau 21 zu senken und dadurch das Schwimmerventil 23 zum Oeffnen zu betätigen und Gas aus dem oberen Teil des Separatorbehälters 29 abzuführen. SobaLd das ganze Gas aus dem oberen Teil des Separatorbehälters 29 abgeführt ist und das Niveau der SeparatorflUssigkeit 33 die Ablassrohröffnung 37 erreicht hat, wird Flüssigkeit aus dem Separator zum Schwimmerventil 23 in den Unterkühlerbehälter 17 transportiert. Dies bewirkt ein Ansteigen des Flüssigkeitsspiegels 21 mit Heben des Schwimmers 25 und Absperren des Schwimmerventils 23.
  • Der an dieser Stelle zur ErLäuterung der Erfindung benutzte Unterkühler-Separator 11 ist auch für den Gebrauch von Tieftemperaturflüssigkeiten, welche von flüssigem Stickstoff verschieden sind, eingerichtet.
  • Der UnterkühLer-Separator 11 ist in seinen Ausmassen kompakt und ermöglicht es dem Benutzer, die Einheit an oder in der Nähe der Vorrichtung aufzustellen, wo das unterkühlte FLüssiggas verbraucht wird.
  • Die Flüssigkeit im Separatorbehälter 29 ist die im Separator und Unterkühler zu behandelnde Verbrauchsflüssigkeit, welche zu den Versorgungsleitungen durch das AusLassrohr 15 zurückgeführt wird.
  • Das Verfahren zum Entfernen von Gasphasen aus einem FLüssiggas und Unterkühlen des FLUssiggases umfasst folgende Schritte: Fördern von FLüssiggas aus einer Versorgungsleitung in ein Flüssiggasbad 33 in einem Gasphasenseparatorbehälter 29; Abtrennen der Gasphasen und Sammeln der Gasphasen im oberen TeiL des Separatorbehälters 29; Fördern der FLüssigkeit in den unteren Teil des Unterkühlerbehälters 17; UnterkühLen des Flüssiggases durch dessen Beförderung aus dem unteren Teil des Separatorbehälters 29 durch eine Oeffnung 45 hindurch und in die Wärmetauscherschlangen 47 hinein, welche sich vom Separatorbehälter 29 zum Flüssiggasunterkühlerbad 19 im Unterkühlerbehälter 17 erstrecken; Transportieren des unterkühlten Flüssiggases aus den Wärmetauscherschlangen 47 und dem Unterkühlerbehälter 17 zu einer VersorgungsLeitung durch ein Transport- oder Auslassrohr 15; Fördern der Gasphasen vom Separatorbehälter 29 in den oberen Teil des Unterkühlerbehälters 17 durch ein SchwimmerventiL 23, Oeffnen des Schwimmerventils 23 durch Absenken des Spiegels 21 des Flüssiggases 19 im Unterkühlerbehälter 17 mittels Erwärmen der Unterkühlerflüssigkeit 19 und Verdampfen eines TeiLs davon; Erwärmen und teilweises Verdampfen des Unterkühlerflüssiggases 19 mittels aus dem Flüssiggas stammender Wärme, welches in den KühLschLangen 47 unterkühlt wird; Schliessen des Schwimmerventils 23 mittels Ergänzen des Unterkühlerflüssiggases 19 durch Einbringen von Flüssiggas in das Bad 19 aus dem Separatorbehälter 29 durch das SchwimmerventiL 23 und das Ablassrohr 37 und schliesslich Herausbefördern der Gasphasen aus dem UnterkühLer 17 durch das Entlüftungsventil 39.
  • AnsteLLe des Herausleitens der verdampften Anteile aus dem EntLüftungsventiL 39 können diese alternativ auch zum DruckregLer 41 durch das Rohr 43 geführt werden. Der DruckregLer 41 kann zur Temperaturerhöhung des Umgebungsbades 19 mittels Druckanstieg im Bad 19 über den Umgebungsdruck eingesetzt oder zur weiteren AbkühLung des Bades 19 mittels Druckminderung im Unterkühlerbehälter 17 unter den Umgebungsdruck benutzt werden.
  • Nach einem AusführungsbeispieL des erfindungsgemässen Verfahrens ist das Flüssiggas flüssiger Stickstoff, welcher in den Gasphasenseparator bei einer Temperatur von ca. -178°C (-289°F) und einem Druck von 4,2 kg/cm2 (60 psi) eingeleitet, im Unterkühler-Separator 11 unterkühlt und zu den VersorgungsLeitungen durch das Auslassrohr 15 bei ca. -196°C (-320°F) und 4,2 kg (60 psi) transportiert wird.
  • Ausser flüssigem Stickstoff können mit dem Unterkühler-Separator 11 auch verflüssigte Gase, wie Sauerstoff, HeLium, Wasserstoff, verflüssigte Erdöl- oder Erdgase etc. behandelt werden.
  • Das aus dem Unterkühler-Separator 11 stammende Flüssiggas ist von der Gasphase befreit und unterkühlt, so dass es der Einwirkung von Wärme besser standzuhalten vermag und im Fall von Stickstoff nicht eher zu verdampfen beginnt, als es eine Temperatur von -196°C (-289°F) erreicht hat.
  • Erfindungsgemässwird ein in den Unterkühler integrierter Gasphasenseparator eingesetzt. Ferner wird nach der Erfindung Gas aus dem Gasphasenseparator herausgeleitet, Flüssigkeit zum Unterkühlerbad transportiert und sowohl im Gasphasenseparator als auch im Unterkühler mittels eines Schwimmerventils ein FLüssigkeitsniveau aufrechterhalten.
  • Der erfindungsgemässe Unterkühler-Separator 11 ist von sehr kompakten Ausmassen (ca. 41 cm (16 Zoll) Aussendurchmesser x 61 cm (24 Zoll) Höhe), welche es dem Benutzer ermöglichen, die Einheit bei der Vorrichtung aufzustellen, wo das unterkühlte FLüssiggas verbraucht wird.
  • Der Flüssigkeitsspiegel 35 des Separatorbads wird durch die Höhe des Ablassrohrstücks 37, welches mit dem Schwimmerventil 23 in Verbindung steht, konstant gehalten.
  • SobaLd sich der Phasenseparatorbehälter 29 bis zum Niveau des Ablassrohrstücks 37 füllt, bewegt sich die Flüssigkeit aus dem Separator in den Unterkühler, bis die Flüssigkeit im UnterkühLer ein Niveau 21 erreicht, was zum Schliessen des Schwimmerventils 23 führt. Wärme aus den Schlangen 47 verdampft sodann einen Teil der Flüssigkeit im Unterkühlerbad 19, wobei das Niveau 21 gesenkt und das VentiL 23 geöffnet wird, um das Gas aus dem Separatorbehälter 29 in den Unterkühlerbehälter 17 eintreten zu lassen, da das Separatorflüssigkeitsniveau 35 wegen des Austritts von Flüssigkeit aus dem unteren Teil des Separatorbehälters 29 in die KühLschLangen 47 abgesenkt ist. Der Separatorbehälter 29 lässt sodann Gas so lange austreten, bis das FLüssigkeitsniveau 35 das AbLassrohrstück 37 erreicht, worauf die Flüssigkeit aus dem Flüssigbad 33 des Separatorbehälters 29 in den UnterkühLerbehälter so lange übertritt, bis das Niveau 21 des Unterkühlerbads 19 zum Schliessen des Ventils 23 hoch genug angestiegen ist.
  • In der Praxis findet ein mehr oder weniger ständiges Austreten von Gas aus dem Separatorbehälter 29 statt, weil das VentiL 23 nie völlig schliesst und ständig Gas austreten Lässt und so die Flüssigkeit im Unterkühlerbad 19 ergänzt.
  • SobaLd flüssiger Stickstoff vom Separatorbehälter 29 zum Unterkühlerbad 19 transportiert wird, kühlt dieser automatisch bei Umgebungsdruck auf -196°C (-320°F) ab. Demgemäss bringt die Wärme aus den Kühlschlangen, sobald der -178°C (-289°F) warme flüssige Stickstoff die Kühlschlangen 47 strömt, das umgebende Bad zum Verdampfen, wobei der FLüssigkeitsspiegeL 21 fällt und das VentiL 23 öffnet, welches alle Gase im Separatorbehälter 29 abzieht und nach dem Abziehen der Gase FLüssigkeit aus dem Separatorbad 33 ab-zieht, um sie zum Bad 19 zu transportieren, zu ergänzen und auf ihr Niveau zu bringen.
  • Die erfindungsgemässe Vorrichtung ermöglicht ein automatisches System mit nur einem beweglichen TeiL, dem Schwimmerventil. Sie benötigt weder Temperaturregeleinrichtungen, noch Magnetventile oder Energieversorgungen.
  • GewünschtenfaLLs kann die Auslasstemperatur des Flüssiggases geregelt werden, indem der Unterkühlerbehälter 17 gegebenenfalls durch den DruckregLer 41 mit Druck beaufschlagt wird, während das EntLüftungsventiL 39 geschlossen ist. Im FaLLe von flüssigem Stickstoff wird die Temperatur des Flüssigbades 19 höher als -196°C (-320°F), sofern der Druck im Unterkühlerbehälter 17 auf Werte oberhalb Atmosphärendruck eingestellt ist. Andererseits wird die Badtemperatur kälter als -196°C (-320°F), sofern Unterdruck am umgebenden Bad 19 angelegt wird.
  • Demgemäss Liefert der erfindungsgemässe integrierte UnterkühLer-Separator absolute FLüssigkeit ohne Gasphasen und zwar bei jeder gewünschten Temperatur durch geeignete Wahl des Drucks im Unterkühler.

Claims (8)

1. Integrierter Kompaktgasphasenseparator und Unterkühler zur Entfernung von Gasphasen aus einem Flüssiggas und Unterkühlung des Flüssiggases dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtungen
Unterkühlervorrichtungen zum Unterkühlen von Flüssiggasen, unter Einschluss eines Unterkühlerbehälters mit einem Kältebad aus Flüssiggas,
Gasseparatorvorrichtungen zur Entfernung von Gasphasen aus einem Flüssiggas, unter Einschluss eines innerhalb des Unterkühlerbehälters im Kältebad angeordneten Separatorbehälters,
Transportiervorrichtungen für Flüssiggase aus einer Flüssiggasversorgungsleitung in den Phasenseparatorbehälter, Wärmetauschervorrichtungen zum UnterkühLen von Flüssiggas unter Einschluss von sich vom Phasenseparator aus durch das KäLtebad in den Unterkühler erstreckende KühLschLangen, Transportvorrichtungen zum Fördern der Gasphasen und Flüssiggas aus dem Separator unter Einschluss eines sich vom Separatorbehälter in den Unterkühlerbehälter erstreckenden Schwimmerventils mit einem auf der Oberfläche des Kältebades im Unterkühler flottierenden Schwimmer, aufweisen, wobei
besagte Wärmeaustauschervorrichtungen zusätzlich zur Oeffnung des SchwimmerventiLs durch Erwärmen des Flüssiggases im Unterkühlerbad zur Verdampfung eines TeiLs davon und Absenkung des Oberflächenniveaus des Unterkühlerbades, und
besagte Transportvorrichtungen zusätzlich zur Schliessung des Schwimmerventils durch Transport von FLüssiggas aus dem Separatorbehälter in den Unterkühler zur Anhebung des Oberflächenniveaus des Unterkühlerbades, ausgebildet sind.
2. Integrierte Kompaktunterkühler-Gasphasenseparator-Einheit für Tieftemperaturflüssigkeiten wie z.B. unterkühltem flüssigen Stickstoff, wobei die Einheit in ihren Ausmassen kompakt ist, um dem Benutzer ihre Aufstellung an oder nahe der den unterkühlten Stickstoff verbrauchenden Vorrichtung zu ermöglichen, gekennzeichnet durch
einen äusseren gegen Wärmedurchtritt vakuumisolierten Unterkühlerbehälter,
einen hohlen, im äusseren BehäLter befindlichen Wärmeaustauscher aus Kupferkühlschlangen, welcher in einem umgebenden Flüssiggasbad eingetaucht ist,
wobei besagte KühLschLange ein Stromaufwärts- und -abwärtsende aufweist,
einen innerhalb des Unterkühlerbehälters angeordneter und im umgebenden Flüssigstickstoffbad eingetauchter Gasphasenbehälter,
ein Bad aus Verbrauchsflüssiggas, welches auf einem gewählten Niveau zu besagtem inneren BehäLter konstant gehalten wird,
wobei das Stromaufwärtsende der Kühlschlange vom unteren Teil des besagten inneren BehäLters nach oben austritt
und das Stromabwärtsende der Kühlschlange aus dem oberen TeiL des äusseren BehäLters durch ein Auslassrohr austritt,
ein sich durch den äusseren in den inneren BehäLter erstreckendes Verbrauchsflüssigkeitseinlassrohr,
ein im äusseren BehäLter oberhalb des Umgebungsbadniveaus angeordnetes Ent lüftungsventil,
im äusseren BehäLter zur KonstanthaLtung des FLUssigkeitsniveaus im äusseren und inneren Behälter angeordnete Schwimmerventilvorrichtungen,
ein sich vom gewählten FLüssigkeitsniveau des Gebrauchsbades durch den inneren BehäLter zu einem SchwimmerventiL innerhalb des äusseren BehäLters erstreckendes Ablassrohr,
eine sich vom Schwimmerventil in den äusseren BehäLter oberhalb des Umgebungsbades erstreckende Ablassöffnung, einen durch einen Arm mit dem VentiL verbundenen Schwimmer, wobei der Schwimmer auf der Oberfläche des Umgebungsbades ruht,
wobei die Verbrauchsflüssigkeit zur Phasentrennung und Unterkühlung durch das Einlassrohr zum Gebrauchsbad im inneren BehäLter transportiert wird, wo es phasengetrennt und zum Stromaufwärtsende der Kühlschlange transportiert, darin unterkühlt und von dort durch das Stromabwärtsende der Kühlschlange und das Auslassrohr weiter transportiert wird.
3. Verfahren zur Entfernung von Gasphasen aus einem FLüssiggas und Unterkühlen des Flüssiggases, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Fördern von Flüssiggas aus einer VersorgungsLeitung in ein Flüssiggasbad in einem Gasphasenseparatorbehälter,
Abtrennen der Gasphasen und Sammeln der Gasphasen im oberen Teil des SeparatorbehäLters und Fördern der Flüssigkeit in den unteren Teil des Separatorbehälters,
UnterkühLen des Flüssiggases durch dessen Beförderung aus dem unteren Teil des Separatorbehälters durch die Wärmetauscherschlangen, welche sich vom Separatorbehälter durch ein kälteres Flüssiggasbad in einen Unterkühlerbehälter erstrecken,
Transportieren des unterkühlten Flüssiggases aus den Wärmetauscherschlangen und dem Unterkühlerbehälter zur Versorgungsleitung,
Fördern der Gasphasen vom Separatorbehälter in den Unterkühlerbehälter durch ein Schwimmerventil,
Oeffnen des Schwimmerventils durch Absenken des FLüssiggasniveaus im Unterkühlerbehälter mittels Erwärmen des Unterkühler-Flüssiggases und Verdampfen eines Teils davon,
Erwärmen und Verdampfen besagten Unterkühler-Flüssiggases mittels aus dem Flüssiggas stammender Wärme, welches in den Kühlschlangen unterkühlt wird,
Schliessen des Schwimmerventils mittels Ergänzen des Unterkühler-Flüssiggases durch Einbringen von Flüssiggas aus dem Separatorbehälter durch das SchwimmerventiL und schliesslich
Herausbefördern der Gasphasen aus dem Unterkühler.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Flüssiggas flüssiger Stickstoff ist, welcher bei einer Temperatur von ca. -196°C (ca. -289°F) und einem Druck von 4,2 kg/cm2 (60 psi) in den Gasphasenseparator eingeleitet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem UnterkühLer geleitete unterkühlte Flüssiggas flüssiger Stickstoff von ca. -1960C (ca. -320°F) und einem Druck von 4,2 kg/cm2 (60 psi) ist.
6. Verfahren zum Unterkühlen von Flüssiggas und Entfernen von Gasphasen aus Flüssiggasversorgungsleitungen, durch folgende Schritte gekennzeichnet:
EinLeiten von FLüssiggas in ein Flüssigbad in einem Gasphasenseparator,
Abtrennen der Gasphasen aus der FLüssigkeit,
KühLen der FLüssigkeit mittels Fördern aus besagtem Separator durch Wärmetauscherschlangen, welche ausserhalb des Separators angeordnet und in einem.druckvariablen KäLtebad innerhalb eines vakuumisolierten Unterkühlerbehälters eingetaucht sind,
wobei das Flüssigbad im Unterkühlerbehälter mittels besagter FLüssigkeit im Wärmetauscher zu seiner Verdampfung und Absenkung des FLüssigkeitsniveaus im UnterkühLer erwärmt wird und
besagtes Absenken des Unterkühlerbadniveaus eine Schwimmerventilöffnung bewirkt, um die innerhalb des Gasphasenseparators angesammelten Gasphasen zu entfernen, das Flüssigkeitsniveau im Gasphasenseparator anzuheben und um nach dem Abziehen der Gasphasen, FLüssigkeit zum Ergänzen von FLüssigkeit im Unterkühlerbehälter abzuziehen, so dass sein FLÜssigkeitsspiegeL zum SchLiessen des Schwimmerventils steigt,
Entfernen der Gasphase aus dem UnterkühLer durch eine EntLüftung im Unterkühlerbehälter und
Entfernen des unterkühlten Flüssiggases aus dem
Wärmetauscher und dem Unterkühlerbehälter durch ein Austrittsrohr bei der gewünschten Unterkühlungstemperatur und Rückführung zu den VersorgungsLeitungen.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass besagtes Flüssiggas flüssiger Stickstoff ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass besagtes FLüssiggas flüssiger Stickstoff ist, welcher bei einer Temperatur von ca. -178°C (-289°F) und einem Druck von 4,2 kg/cm2 (60 psi) in den Separator eingeleitet wird und
das Unterkühlerbad flüssiger Stickstoff bei einer Temperatur von ca. -196oC (-320°F) und Atmosphärendruck (14,7 psi) ist.
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