Isolierter Behälter zum Aufbewahren von verflüssigtem Helium

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen isolierten Behälter (1) zum Aufbewahren von flüssigen Helium (2). Um die Montage eines Entnahmehebers zu vereinfachen und die Entnahme wirtschaftlich zu ermöglichen, ist erfindungsgemäß der Entnahmeheber (3, 4) in den Behälter (1) mindestens teilsweise fest integriert und zur Umgebung thermisch entkoppelt ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen isolierten Behälter zum Aufbewahren von verflüssigtem Helium.

[0002] Solche Behälter zum Aufbewahren von verflüssigtem Helium besitzen eine halsförmige Öffnung zum Entnehmen der Flüssigkeit. Hierzu wird in den Behälter ein bis zu dessen Boden reichender Entnahmeheber eingeführt, der im wesentlichen aus einer vakuumisolierten rohrförmigen Leitung mit am oberen Ende angeordnetem Vakuumverschluß- und Sicherheitsventil besteht. An dem Entnahmeheber ist über ein starres oder flexibles Zwischenstück ein Füllrohr angeschlossen. In vielen Fällen ist der Entnahmeheber auch mit einem Absperrventil versehen.

[0003] Bei einer Siedetemperatur des Heliums von ca. -269°C ergibt sich mit Betrieb des Entnahmehebers eine erhöhte Verdampfungsrate, weil der Entnahmeheber eine Temperaturbrücke zu der Atmosphäre darstellt. Diese soll gemäß der US-PS 3,302,419 durch das Kühlen des Entnahmehebers mit verdampftem Medium verringert werden. Während der Stillstandzeiten hat der Behälter jedoch aufgrund der Wärmeleitung über das Heberrohr in das flüssige Helium weiterhin eine erhöhte Verdampfungsrate. Die Kühlung mit verdampftem Medium bringt hier keinen entscheidenden Gewinn, da bei modernen Heliumbehältern mit Abgaskühlung die Abgasenergie schon zur Kühlung der Isolation verbraucht wird. Aus diesem Grund ist es bisher üblich, den Entnahmeheber für Heliumbehälter außerhalb des Behälters zu verwahren und erst bei beabsichtigter Umfüllung von Helium-flüssig den Entnahmeheber in den Behälter einzuführen.

[0004] Dieser Vorgang ist gefahrenvoll (Verbrennungsgefahr) durch ausströmendes kaltes Medium und erfordert einen hohen Personalaufwand und einen entsprechend hohen Raum, da der Entnahmeheber fast der Höhe des Behälters entspricht und auf Behälterhöhe in die halsförmige Öffnung des Behälters eingeführt werden muß oder aus mehreren Teilen beim Einführen zusammengeschraubt werden muß.

[0005] Bei jedem Einführen des auf Umgebungstemperatur erwärmten Entnahmehebers verdampft dabei Helium.

[0006] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen isolierten Behälter zum Aufbewahren von flüssigem Helium zu schaffen, aus dem jederzeit sofort Helium-flüssig entnommen werden kann und bei dem die Entnahme mit verringertem Personal und verringerter Gefahr durchgeführt werden kann, ohne daß die bei integrierten Hebern üblich erhöhte Abdampfrate in Kauf genommen werden muß.

[0007] Ausgehend von dem im Oberbegriff des Anspruches 1 berücksichtigten Stand der Technik ist diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen.

[0008] Die erfindungsgemäße Installation ermöglicht eine schnelle Entnahme des Heliums-flüssig aus dem isolierten Behälter, ohne daß hierzu mehrere Bedienungspersonen benötigt werden.

[0009] Vorteilhaft wird die bei fest installierten Entnahmehebern erhöhte Verdampfungsrate durch eine thermische Entkopplung des erfindungsgemäßen Entnahmehebers gesenkt. Erfindungsgemäß wird die thermische Entkopplung mit einem Entnahmeheber, der aus zwei Teilen besteht, erreicht, dessen einer Teil relativ zu dem anderen Teil bewegbar ist, wobei die thermische Trennung über den Abstand der beiden Teile zueinander bewirkt wird. Der erste Teil ist fest in dem Behälter installiert und erstreckt sich vom Boden des Behälters bis zum unteren Ende des Halsrohres. Vorteilhaft kann dieses Teil aus einem doppelwandigen Rohr bestehen, in dem während des Betriebes die Luft kondensiert und ein Vakuum erzeugt. Boden und Halsrohr dienen dabei als Befestigungslager für den ersten Teil. Dieser weist an seinem oberen, im unteren Endbereich des Halsrohres angeordneten Ende ein kalt dichtendes Verbindungsteil auf, beispielsweise eine Steckverbindung. Über das Verbindungsteil ist der erste Teil mit dem zweiten Teil des erfindungsgemäßen Entnahmehebers kuppelbar, wozu der zweite Teil an seinem unteren Ende ein Gegenstück zu dem Verbindungsteil aufweist. Der sich an das erste Teil anschließende zweite Teil des Entnahmehebers wird über die Entnahmeöffnung des Behälters nach außen geführt. Die Entnahmeöffnung ermöglicht über eine Verschiebeeinrichtung am Kopf des Behälters eine axiale Verschiebung des zweiten Heberteils. Die Verschiebeeinrichtung ist vorteilhaft als Gewindebolzen mit Überwurfmutter ausgebildet, mittels denen eine einfache Handhabung des Entkopplungsvorganges gewährleistet ist. Eine Führung des oberen Heberteils in dem Gewindebolzen sowie eine konische Einführöffnung stellen ein Treffen der Heberteile sicher. Über die Überwurfmutter kann eine axiale Dichtkraft für das Verbindungsteil aufgebracht werden. Über eine flexible oder starre Verbindungsleitung und eine Absperreinrichtung ist der Entnahmeheber nach der Erfindung mit einem Befüllrohr verbunden. Die Verbindungsleitung mit dem Befüllrohr wird während des Transportes am Behälter sicher und geschützt gehaltert. Das zweite Teil des erfindungsgemäßen Entnahmehebers kann auch aus dem Behälter ausgebaut werden, wenn über längere Zeiträume keine Umfüllung vorgenommen wird. Auch bei einem Ausbau des zweiten Teiles ergeben sich die wirtschaftlichen Vorteile, da dieses Teil nur eine der Halslänge des Behälters aufweisende Länge hat und somit einfach von einer Bedienungsperson in die Entnaheöffnung des Behälters eingeführt und mit dem ersten Teil verbunden werden kann. Da das zweite Teil eine wesentlich geringere Länge aufweist als ein einstückig ausgebildeter Entnahmeheber, ist auch dessen Verwahrung außerhalb des Behälters ohne Problem möglich, so daß ein Verbiegen oder Knicken der rohrförmigen Leitung im täglichen Betrieb ausgeschlossen wird.

[0010] Die Trennstelle zwischen erstem und zweiten Heberteil nach der Erfindung, kann ebenso weiter oben im Halsrohr oder im Kopf des Behälters sowie auch unterhalb des Halsrohres angeordnet werden, um bei thermischer Trennung von dem zweiten Teil, nur geringen Wärmeeintrag in das Helium-flüssig zu ermöglichen. In diesem Zusammenhang ist es weiterhin vorteilhaft möglich, den Entnahmeheber nach der Erfindung als Teleskop auszubilden, welches nach der Entnahme in dem Behälter, insbesondere unter dem Flüssigkeitsspiegel oder im Halsbereich zusammenschiebbar ist und bis zur Entnahmeöffnung oder bis in die Flüssigkeit auseinandergezogen werden kann. Die Längenänderungen des Teleskops können mit einem einfachen Werkzeug ausgeführt werden.

[0011] Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

[0012] Es zeigen

Fig. 1 einen isolierten Behälter nach der Erfindung mit integriertem Heberteil,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der Verschiebeeinrichtung der Fig. 1.

[0013] Dargestellt ist ein isolierter Behälter 1, in welchem sich flüssiges Helium befindet. Der die Entnahme von flüssigem Helium 2 ermöglichende erfindungsgemäße Heber besteht aus einem ersten Teil 3 und einem zweiten Teil 4. Der erste Teil 3 ist am Boden 5 des Behälters 1 und am unteren Ende des Halsrohres 6 befestigt. Durch diese Anordnung ist der erste Teil 3 des Entnahmehebers bis in den Endbereich des Halsrohres geführt. Dabei liegt das obere Ende des ersten Teiles 3 außerhalb des flüssigen Heliums 2. An dem oberen Ende ist das erste Teil 3 als Verbindungsteil 7 ausgebildet, das vorteilhaft eine Einführhilfe in Form einer vergrößerten konischen Einführöffnung 8 zur leichteren Kopplung mit dem Gegenstück 9 aufweist. Das Gegenstück 9 ist am unteren Ende des zweiten Teiles 4 angeordnet. Verbindungsteil 7 und Gegenstück 9 sind als kalt dichtende Steckverbindung ausgebildet. Die Abdichtung des Gegenstückes 9 kann konisch oder zylindrisch sein. Das sich an das erste Teil 3 anschließ zweite Teil 4 führt über eine Verschiebeeinrichtung 10 nach außen. Die Verschiebeeinrichtung 10 zum thermischen Entkuppeln des zweiten Teils 4 vom ersten Teil 3 des Entnahmehebers besteht im wesentlichen aus einem am Kopf des Behälters 1 angeordneten Gewindebolzen 11, der eine das zweite Teil 4 führende Zentralbohrung 12 aufweist und einer auf dem zweiten Teil 4 angeordneten Überwurfmutter 13, die auf dem Gewindebolzen 10 verstellbar ist. Zwischen der als Führung dienenden Zentralbohrung 12 und dem oberen Ende des zweiten Teils 4 ist mindestens eine Radialdichtung 14 angeordnet.

[0014] Es ist selbstverständlich und bedarf keiner näheren Beschreibung, daß es auch andere Ausführungsvarianten der Verschiebeeinrichtung gibt, so z.B. die umgekehrte Lösung, bei der die Überwurfmutter am Kopf des Behälters angeordnet ist oder anstatt einer Gewindeverbindung schiefe Ebenen vorgesehen sind.

[0015] Die Verschiebeeinrichtung 10 ermöglicht das axiale Verschieben des oberen Heberteils 4 in vertikaler Richtung in das Verbindungsteil 7 hinein und wieder heraus. Die Verschiebung erfolgt mittels der endlos auf dem oberen Heberteil 4 drehbaren Überwurfmutter 13, die wie in Figur 1 dargestellt, auf dem Gewindebolzen 11 nach oben in Pfeilrichtung 15 gedreht wird, um das zweite Teil 4 des Entnahmehebers von dem ersten Teil 3 thermisch zu entkuppeln. Die in dem Gewindebolzen 11 vorgesehene Zentralbohrung 12 führt das zweite Teil 4 so, daß beim Aufdrehen der Überwurfmutter 13 auf den Gewindebolzen 11, wie in Figur 2 dargestellt, ein exaktes Hineintreffen des oberen Heberteils 4 in die konische Einführöffnung 8 des Verbindungsteils 7 gewährleistet ist. Bei konischer Ausbildung des Gegenstückes 9 und damit konischer Abdichtung kann über die Überwurfmutter 13 am Kopf des Behälters 1 die notwendige Dichtkraft erzeugt werden.

[0016] Wie aus der Zeichnung ersichtlich, kann dieses zweite Teil 4 des Entnahmehebers auch aus dem isolierten Behälter 1 ausgebaut werden und neben dem isolierten Behälter gelagert werden. Dabei ergibt sich für den Anwender der Vorteil, daß das relativ kurze zweite Teil 4 einfach von nur einer Bedienungsperson montiert bzw. demontiert werden kann. Hinzu kommt, daß bei der Verwahrung außerhalb des Behälters 1 das zweite Teil 4 aufgrund seiner geringen Länge nicht verbogen wird.

[0017] Nach einem weiteren, nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Entnahmeheber nach der Erfindung als Teleskop ausgebildet, das nach dem Umfüllen bis unter oder über den jeweils aktuellen Flüssigkeitsspiegel zusammengeschoben und zur Entnahme der Flüssigkeit auseinandergezogen wird. Durch das Zusammenschieben des Entnahmehebers unter oder über den Flüssigkeitsspiegel des Heliums-flüssig ergeben sich vorteilhaft keine Wärmebrücken, wenn der Entnahmeheber außer Betrieb ist.

Ansprüche

1. Isolierter Behälter zum Aufbewahren von verflüssigtem Helium,
dadurch gekennzeichnet, daß
in dem Behälter (1) ein Entnahmeheber (3, 4) mindestens teilweise fest integriert und zur Umgebung thermisch entkoppelt ist.

2. Isolierter Behälter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Entnahmeheber aus zwei Teilen (3 und 4) besteht.

3. Isolierter Behälter nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die beiden Teile (3, 4) relativ zueinander bewegbar sind.

4. Isolierter Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
der erste Teil (3) sich vom Boden (5) des Behälters bis zum unteren Ende des Halsrohres (6) erstreckt und ein Verbindungsteil (7) aufweist, über welches es mit einem am zweiten Teil (4) vorgesehenen Gegenstück (9) koppelbar ist, das sich über die Entnahmeöffnung (10) nach außen erstreckt.

5. Isolierter Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
das erste Teil (3) am Boden (5) und am Halsrohr (6) fixiert ist.

6. Isolierter Behälter nach: einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Verbindung (7, 9) der beiden Teile (3, 4) aus einer im Kalten dichtenden Steckverbindung besteht.

7. Isolierter Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Verbindungsteil (7) eine Einführhilfe, vorzugsweise eine konische Einführöffnung (8), aufweist.

8. Isolierter Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
das zweite Teil (4) über eine Verschiebeeinrichtung (10) in einer von dem ersten Teil (3) thermisch getrennten Lage positionierbar ist.

9. Isolierter Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Verschiebeeinrichtung (10) aus einem am Behälter angeordneten, das zweite Teil (4) führenden, Gewindebolzen (11) besteht und das zweite Teil (4) eine Überwurfmutter (13) trägt, die auf dem Gewindebolzen (11) verstellbar ist.

10. Isolierter Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Gewindebolzen (11) eine Zentralbohrung (12) aufweist, in der das zweite Teil (4) geführt ist.

11. Isolierter Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen der Zentralbohrung (12) und dem zweiten Teil (4) mindestens eine Radialdichtung (14) angeordnet ist.

Zeichnung