Regulierbares Verdampfungsgefäss für flüssigen Sauerstoff Zur Aufbewahrung und zum Transport von flüssigem Sauerstoff dienen doppel- wandige Metallgefässe, bei denen der Raum zwischen dem innern und äussern Gefässe evakuiert ist, so dass ein Temperaturaustausch zwischen dem Flüssigkeitsinhalte und der Aussenluft verhindert wird.
In solchen Gefässen lässt sich Sauerstoff oder flüssige Luft durch längere Zeit in flüs sigem Zustande erhalten, besonders, wenn vermittelst eines leichten Stöpsels aus gas durchlässigem Stoffe, zum Beispiel aus Baumwolle oder einem andern Faserstoffe, der wärmeren Aussenluft der Eintritt in das Gefäss erschwert wird. Wenn man flüssigen Sauerstoff in ein solches Gefäss einfüllt, dann muss bei Berüh rung der Flüssigkeit mit den Innenwandun gen des Gefässes eine solche Menge der Flüssigkeit verdampfen. wie sie den Kälte verlusten bei Abkühlung .der innern Blech wandungen auf die niedrige Temperatur der Flüssigkeit entspricht. Sie kann aus der spe zifischen Wärme, der Masse und der Tem- peratur des abzukühlenden Blechmaterials berechnet werden.
Da. die Grösse dieser Kälteverluste von der Masse des Materials in der Innenwandung des Gefässes abhängt, während die Wider standsfähigkeit von der Blechdicke bestimmt wird, ist es wirtschaftlich unvorteilhaft, die Wandstärken so zu wählen, dass die Gefässe für solche Verdampfungsdrücke gebaut wer den, die ausreichen, den verdampften Sauer stoff in die üblichen Stahlflaschen, unter dem hohen Drucke von mehr als 150 Atmosphä ren, einzupressen. Dieser Gedanke, welcher den Gegenstand eingehender Versuche ge bildet- hat, musste daher aufgegeben werden. Es genügt jedoch, die Verdampfungs- gefässe für solche Drücke einzurichten, wie sie für den Betrieb der Schweiss- und Schneid brenner erforderlich sind.
Die Masse des beim Einfüllen auf die tiefe Temperatur des flüssiben Sauerstoffes abzukühlenden Me- talles ist dann eine so geringe, dass die durch Verdampfung - verloren gehenden Flüssig keitsmengen nur geringe sind. Für die auto- gene Sehweissung genügt in der Regel ein Sauerstoffdruck von 1 bis 2 Atmosphären, und wenn die Azetylenapparate für Gleich druck eingerichtet sind, auch schon die Hälfte dieser Drücke. Man kann daher die Wand stärken der Bleche im Verdampfungsgefäss für Drücke bemessen, welche drei bis fünf Atmosphären nicht zu übersteigen brau chen.
Die Verdampfungsgefässe können im Sauerstoffwerk mit flüssigem Sauerstoff gefüllt und in Schweissereibetriebe gebracht werden, wo sie entweder direkt zur Ver sorgung des Sauerstoffbedarfes dienen oder an eine Sauerstoffrohrleitung angeschlossen werden.
Wenn der Inhalt eines solchen Verdamp- fungsgefässes beispielsweise 50 Liter flüssi gen Sauerstoff zu fassen vermag, dann kann für das gefüllte Gefäss ein Gesamtgewicht von 80 kg angenommen werden, also etwa. das gleiche Gewicht wie für eine mit 6 m3 Sauerstoff bei einem Drucke von 150 Atmo sphären gefüllte handelsübliche Stahlflasche. 50 Liter flüssiger Sauerstoff ergeben jedoch uach seiner Verdampfung annähernd 40 m3 gasförmigen Sauerstoff und entsprechen dem Inhalte von mehr als sechs Stahlflaschen im Gesamtgewichte von zirka 480 kg. Die erzielten Ersparnisse an Transportkosten sind daher sehr erhebliche.
Aber auch der in dem Verdampfungsgefässe erzeugte gas förmige Sauerstoff hat dem in Stahlflaschen gepressten handelsüblichen Sauerstoff gegen über den grossen Vorteil, dass er frei von Sättigungswasser ist, welches bei der Auf stapelung des verdampften Sauerstoffes in Gasbehältern, sowie bei der Abfüllkompres sion in .den Sauerstoff gelangt. Dieses Sät tigungswasser muss, in der Schweissflamme unter Wärmeverbrauch mitverbrennen und verringert die Temperatur der Schweiss flamme in solcher Weise, dass die Arbeits leistung, ebenso wie die Qualität der Schweiss verbindungen verschlechtert werden.
Dieser Melstand wird durch die Verwendung der wasserfreien Verdampfungsprodukte des fliis- sigen Sauerstoffes behoben und an Arbeits löhnen wird gespart. Auch wird die Industrie entlastet von den ungeheuer hohen Anschaf fungskosten für die üblichen Stahlflaschen, und durch die Massenherstellung von Sauer stoffverdampfungsgefässen wird eine neue und lohnende Industrie geschaffen.
Die Kraftkosten für die Abfüllkompression blei ben erspart und überwiegen die Verluste an Kraft für die Luftkompression im Sauer stoffwerk durch Ausscheiden der verhältnis mässig geringen Verdampfungskälte bei der Luftverflüssigung um ein Mehrfaches. Ein wichtiger Vorteil der Verwendung von Nie derdruckverdampfungsgefässen besteht aber noch darin, dass die Gefahr schwerer Explo sionen, die immer an die handelsübliche Art der Stahlflaschen geknüpft ist, ursächlich ausgeschaltet bleibt.
Es war ursprünglich beabsichtigt, die Beheizung der Flüssigkeit in der Weise zu regeln, dass die Verdampfungsprodukte, nachdem sie in einer Rohrschlange einen Teil ihrer Kälte mit der umgebenden Luft ausgetauscht haben, in dieser Rohrschlange wieder durch die Fliissigheit zu führen und zur Beheizung derselben nutzbar zu machen.
Bei den Versuchen hat sich heraus gestellt, dass man die Art der Beheizung auch in der Weise einfach bewirken könne, dass man regelbare Mengen von atmosphärischer Luft in einer Rohrschlange durch die Flüs sigkeit führt. Diese Rohrschlange kann so angeordnet werden, dass ihr eines Ende an der obern und ihr anderes Ende an der un tern Aussenwandung des Gefässes mit der atmosphärischen Luft in Verbindung steht und nur an jener Stelle des Gefässes eine gr;- ssere Heizfläche hat, an der die Verdampfung der Flüssigkeit am vorteilhaftesten bewirkt werden kann.
Die in der Rohrschlange ent haltene Aussenluft tauscht ihre Wärme mit der Flüssigkeit aus und wird abgekühlt in einen Zustand grösserer spezifischer Schwere und Dichte gebracht, so dass die wärmere Frischluft durch die obere Mündung der Rohrschlange ansaugt und ein der Menge der angesaugten Frischluft entsprechendes Abströmen durch die untere Öffnung bewirkt wird. Man hat es daher in der Hand, die Menge der durchströmenden Frischluft und damit die Menge der Verdampfungsprodukte in der Weise zu regeln, dass man den Eintritt der Frischluft und nötigenfalls auch ihren Austritt je nach Bedarf drosselt.
In der beiliegenden Zeichnung is als Aus- führungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ein Verdampfungsgefäss für flüssigen Sauer stoff gezeigt, welches vermittelst einer Rohr schlange direkt an die Schlauchleitung eines Schweissbrenners oder auch an ein Vertei lungsgefäss für eine Mehrzahl von Schweiss brennern angeschlossen werden kann. Druck minderventile sind hierbei überflüssig, so fern es sich um Schweissbrenner für an nähernd gleichgrosse Betriebsdrücke handelt, oder wenn eine Druckgleichheit zwischen Sauerstoff und Azetylen besteht.
Man kann die Schlauchleitung aber auch an die Rohr leitung eines Schweissereibetriebes anschlie ssen und den Vergasungsdruck durch grössere oder geringere Belastung der Lufteintritts öffnung am Verdampfungsgefäss auf eine Ge- samtdruckhöhe einstellen, wobei aber auch dieser Gesamtdruck in üblicher Weise durch Einbau eines Druckminderventils an jeder einzelnen Entnahmestelle innerhalb der Ge- samtdruckhöhe geregelt werden kann.
Die Regulierung der Menge der durch die Heizschlange im Verdampfungsgefäss strömenden Beheizungsluft kann vorteilhaft durch Übertragung der Druckschwankungen in der Rohrleitung oder in einem Vertei lungsgefäss auf die Drosselvorrichtung be wirkt werden.
Uxn zu verhindern, dass die Beheizung des flüssigen Sauerstoffes infolge des wech selnden Flüssigkeitsstandes im Verdamp- fungsgefäss schon in den obern Schichten des selben eintritt, was zu stürmischen Ver gasungen Veranlassung gibt, ist der den Übergang verhindernde evakuierte Raum bis nahe an den untern Teil der Flüssigkeit geführt, so dass die Verdampfung in den un tersten Schichten der Flüssigkeit erfolgt und auf jene Stelle beschränkt bleibt, die allein wirksam zu sein braucht.
Auf der .beiliegenden Zeichnung zeigt Fig.1 ein derartiges Verdampf ungsgefäss für flüssigen Sauerstoff.
1 ist das evakuierte Verdampfungsgefäss mit der rohrartigen Veilängerung 2, durch welches das in eine Rohrschlange über gehende Heizrohr 3 für die atmosphärische Beheizungsluft geführt ist. Dieselbe ist am untern Ende durch die beiden Wandungen des Verdampfungsgefässes dicht geführt und endet bei 3a wieder in die Luft.
Die obere Eintrittsöffnung für die Beheizungsluft kann durch Heben des Stöpsels 4 so weit geöffnet werden, dass die für den jeweiligen Bedarf nötige Menge der Beheizungsluft ein zutreten vermag. Das Verdampfuiigsgefäss 1 geht an seinem obern Ende in einen ver stärkten Deckel 5 über, auf welchen ein ähn licher Deckel 6 aufgesetzt und am besten vermittelst eines Bajonettverschlusses dicht angeschlossen werden kann.
Der obere Deckel trägt das Austrittsrohr 7 für den ver gasten Sauerstoff, welches vermittelst einer Rohrschlange entweder mit dem Sauerstoff schlauche des Schweissbrenners direkt oder bei einer Mehrheit derselben mit einem Ver teilungsbehälter, oder auch mit dem Ver teilungsrohr für den Sauerstoff im ganzen Schweisswerk verbunden ist. 8 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung für die Übertragung des Druckes des vergasten Sauerstoffes auf den Luftabschlussstöpsel 4.
Sie wird durch das Gewicht der Vorrichtung 9, die bei 10 ihren Drehpunkt am Gefässdeckel 6 hat, in der Schlussstellung des Stöpsels 4 gehalten, wo bei diese noch durch den Druck in dem Rohre 7. 8 unterstützt wird. Dieser Schluss- wirkunm entgegengesetzt wirkt die Zugfeder 11, welche bewirkt, class entsprechend der Druckverringerung durch Übertragung ver mittelst 9 ein entsprechendes Heben des Stöpsels 4 bewirkt wird.
Im Betriebe stellt sich der Stöpsel 4 so ein, dass jene Menge von Heizluft in die Heizschlange 3 einzutreten vermag, welche für die Verdampfung einer entsprechenden Menge von flüssigem Sauer stoff erforderlich ist. 12 ist ein Fussring für (las Verdampfungsgefäss, der Beschädigungen dFs evakuierten Raumes verhindern soll.
Beim Gebrauche wird das Gefäss im Sauer- @toffwerk mit flüssigem Sauerstoff gefüllt, Wonach man dasselbe zum Verbrauchswerk brinbt und an die Sauerstoffversorgung an schliesst. Während des Transportes muss die Lufteintritts- und Luftaustrittsöffnung durch einen abnehmbaren Verschluss gesichert sein.
Nach Aufstellung des Gefässes wird es mit dem Verschlussstücke 6 dicht verbunden und hierauf an Stelle des lösbaren Deckels an der Lufteintrittsöffnung der Stöpsel 4 eingesetzt, der Verschluss bei 3a geöffnet, und das Ver- dampfungsgefäss ist dann im Betriebe. Es arbeitet fortdauernd unter einem Drucke, der an einer an einer beliebigen Stelle der Rohr- lcitung oder der Schlauchleitung eingebauten Ablassvorrichtun.g eingestellt werden kann.
Adjustable evaporation vessel for liquid oxygen Double-walled metal vessels are used to store and transport liquid oxygen, in which the space between the inner and outer vessels is evacuated so that a temperature exchange between the liquid contents and the outside air is prevented.
In such vessels, oxygen or liquid air can be kept in a liquid state for a long time, especially if a light stopper made of gas-permeable materials, for example cotton or other fibrous material, makes it difficult for the warmer outside air to enter the vessel. If you pour liquid oxygen into such a vessel, then when the liquid comes into contact with the inner walls of the vessel, such an amount of the liquid must evaporate. how it corresponds to the cold losses when the inner sheet metal walls cool down to the low temperature of the liquid. It can be calculated from the specific heat, the mass and the temperature of the sheet material to be cooled.
There. the size of these cold losses depends on the mass of the material in the inner wall of the vessel, while the resistance is determined by the sheet thickness, it is economically disadvantageous to choose the wall thicknesses so that the vessels are built for such evaporation pressures that are sufficient to press the vaporized oxygen into the usual steel bottles under the high pressure of more than 150 atmospheres. This idea, which has formed the subject of extensive experiments, therefore had to be abandoned. However, it is sufficient to set up the evaporation vessels for the pressures required for operating the welding and cutting torches.
The mass of the metal to be cooled down to the low temperature of liquid oxygen when filling is then so small that the quantities of liquid lost through evaporation are only small. For autogenous vision, an oxygen pressure of 1 to 2 atmospheres is usually sufficient, and if the acetylene devices are set up for constant pressure, even half of these pressures. You can therefore strengthen the wall of the metal sheets in the evaporation vessel for pressures that do not need to exceed three to five atmospheres.
The evaporation vessels can be filled with liquid oxygen in the oxygen works and brought to welding shops, where they either serve directly to supply the oxygen requirement or are connected to an oxygen pipe.
If the contents of such an evaporation vessel can hold 50 liters of liquid oxygen, for example, then a total weight of 80 kg can be assumed for the filled vessel, that is, approximately. the same weight as for a standard steel cylinder filled with 6 m3 of oxygen at a pressure of 150 atmospheres. However, 50 liters of liquid oxygen produce approximately 40 m3 of gaseous oxygen after evaporation and correspond to the contents of more than six steel cylinders with a total weight of around 480 kg. The savings achieved in transport costs are therefore very considerable.
But the gaseous oxygen generated in the evaporation vessel also has the great advantage over the commercially available oxygen compressed in steel bottles that it is free of saturation water, which is generated when the evaporated oxygen is piled up in gas containers and in the oxygen during filling compression got. This saturation water must burn in the welding flame with consumption of heat and reduces the temperature of the welding flame in such a way that the work performance as well as the quality of the welded joints are impaired.
This low level is eliminated by using the anhydrous evaporation products of the liquid oxygen and wages are saved. The industry is also relieved of the tremendously high acquisition costs for the usual steel bottles, and the mass production of oxygen vaporizers creates a new and profitable industry.
The power costs for the filling compression are saved and outweigh the power losses for the air compression in the oxygen plant due to the elimination of the relatively low evaporation cold in the air liquefaction by a multiple. An important advantage of using low pressure evaporation vessels is that the risk of severe explosions, which is always linked to the commercial type of steel bottles, remains causally eliminated.
It was originally intended to regulate the heating of the liquid in such a way that the evaporation products, after they have exchanged part of their coldness with the surrounding air in a pipe coil, pass through the liquid again in this pipe coil and can be used for heating the same do.
During the tests it has been found that the type of heating can also be achieved simply by guiding controllable amounts of atmospheric air through the liquid in a pipe coil. This coil can be arranged in such a way that one end of the upper outer wall and the other end of the lower outer wall of the vessel are in contact with the atmospheric air and only has a larger heating surface at the point on the vessel where the Evaporation of the liquid can be effected most advantageously.
The outside air contained in the pipe coil exchanges its heat with the liquid and is cooled down into a state of greater specific gravity and density, so that the warmer fresh air sucks in through the upper mouth of the pipe coil and an outflow corresponding to the amount of fresh air sucked in through the lower opening is effected. It is therefore up to you to regulate the amount of fresh air flowing through and thus the amount of evaporation products in such a way that the entry of the fresh air and, if necessary, its exit as well, is throttled.
In the accompanying drawing, as an embodiment of the subject matter of the invention, an evaporation vessel for liquid oxygen is shown, which can be connected directly to the hose line of a welding torch or to a distribution vessel for a plurality of welding torches by means of a coil. Pressure reducing valves are superfluous if the welding torch is used for operating pressures of approximately the same size, or if there is a pressure equilibrium between oxygen and acetylene.
The hose line can also be connected to the pipeline of a welding shop and the gasification pressure can be set to a total pressure level by increasing or decreasing the load on the air inlet opening on the evaporation vessel, although this total pressure is also the usual way by installing a pressure reducing valve at each individual tapping point can be regulated within the total pressure head.
The regulation of the amount of heating air flowing through the heating coil in the evaporation vessel can advantageously be effected by transferring the pressure fluctuations in the pipeline or in a distribution vessel to the throttle device.
In order to prevent the heating of the liquid oxygen as a result of the changing liquid level in the evaporation vessel from already occurring in the upper layers of the same, which gives rise to stormy gasification, the evacuated space preventing the transition is the evacuated space close to the lower part of the Liquid out, so that the evaporation takes place in the lowest layers of the liquid and is limited to the point that needs to be effective alone.
On the accompanying drawing, FIG. 1 shows such an evaporation vessel for liquid oxygen.
1 is the evacuated evaporation vessel with the tubular extension 2, through which the heating pipe 3 for the atmospheric heating air, which goes over into a pipe coil, is passed. The same is passed tightly at the lower end through the two walls of the evaporation vessel and ends again in the air at 3a.
The upper inlet opening for the heating air can be opened so far by lifting the plug 4 that the amount of heating air required for the respective requirement is able to enter. The Verdampfuiigsgefäß 1 goes at its upper end in a ver reinforced cover 5, on which a similar Licher cover 6 can be placed and best connected tightly by means of a bayonet lock.
The upper cover carries the outlet pipe 7 for the ver gassed oxygen, which is connected by means of a coil either with the oxygen hoses of the welding torch directly or with a majority of the same with a distribution container, or with the distribution pipe for the oxygen in the whole welding plant. FIG. 8 shows a schematic view of an embodiment of the device for transmitting the pressure of the gasified oxygen to the air sealing plug 4.
It is held in the final position of the stopper 4 by the weight of the device 9, which has its pivot point at 10 on the vessel cover 6, where this is still supported by the pressure in the tube 7. 8. This final effect is counteracted by the tension spring 11, which causes a corresponding lifting of the plug 4 to be effected in accordance with the pressure reduction through transmission via 9.
In operation, the plug 4 adjusts itself so that that amount of heating air can enter the heating coil 3 which is necessary for the evaporation of a corresponding amount of liquid oxygen. 12 is a foot ring for (the evaporation vessel, which is intended to prevent damage to the evacuated space.
During use, the vessel in the oxygen plant is filled with liquid oxygen, after which it is brought to the consumer plant and connected to the oxygen supply. During transport, the air inlet and outlet openings must be secured with a removable lock.
After the vessel has been erected, it is tightly connected to the closure piece 6 and the plug 4 is then inserted in place of the detachable cover at the air inlet opening, the closure at 3a is opened and the evaporation vessel is then in operation. It works continuously under a pressure that can be set at a drainage device installed at any point in the pipe or hose line.