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Die Erfindung betrifft einen Badkondensator mit einem quaderförmigen Kondensatorblock, der Verdampfungspassagen für eine Flüssigkeit und Verflüssigungspassagen für ein Heizmedium besitzt und mindestens drei übereinander angeordnete Abschnitte (Umlaufabschnitte) aufweist, wobei die Verdampfungspassagen jeweils am unteren Ende eines Umlaufabschnittes mindestens eine Eintrittsöffnung für die Flüssigkeit und jeweils am oberen Ende eines Umlaufabschnittes mindestens eine Austrittsöffnung besitzen, wobei für jeden Umlaufabschnitt außer dem am tiefsten angeordneten Umlaufabschnitt ein Flüssigkeitsvorratsbehälter vorgesehen ist, der in Strömungsverbindung mit der Eintrittsöffnung und der Austrittsöffnung steht und eine Gasableitung besitzt, wobei sich die Gasableitung oberhalb der Austrittsöffnung der Verdampfungspassagen des jeweiligen Umlaufabschnittes in einem halboffenen Volumens befindet, welches durch die Austrittsöffnung aufweisende Seite des Umlaufabschnittes und senkrecht zur Seite ausgerichteten, einen Seitenrand beinhaltenden, Halbebenen begrenzt wird, wobei der am tiefsten gelegene Umlaufabschnitt eine Zuführung der Flüssigkeit von unten aus einem darunter befindlichen Flüssigkeitsbad und eine seitliche Ableitung des Heizmediums aufweist, der Kondensatorblock über seine gesamte Höhe über Passagen verfügt, die Verflüssigungspassagen für das Heizmedium über alle Umlaufabschnitte von oben nach unten durchgängig sind und die Flüssigkeitsvorratsbehälter Mittel aufweisen, die geeignet sind, die Flüssigkeit von einen Flüssigkeitsvorratsbehälter zum nächsten tieferen angeordneten Flüssigkeitsvorrat zu transportieren.
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Bei einer Luftzerlegungsanlage mit einer Drucksäule und einer Niederdrucksäule wird flüssiger Sauerstoff aus der Niederdrucksäule gegen gasförmigen Stickstoff aus der Drucksäule in indirektem Wärmeaustausch in einem Wärmetauscher verdampft, wobei der Stickstoff kondensiert.
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Der Wärmetauscher wird nach dem Stand der Technik im Wesentlichen in zwei verschiedenen Grundformen realisiert. Bei einem Fallfilmverdampfer wird die zu verdampfende Flüssigkeit über ein Verteilersystem, welches gleichzeitig den Gasverschluss bildet, von oben in die Verdampfungspassage eingeleitet. Die Flüssigkeit läuft als Flüssigkeitsfilm über die Heizfläche nach unten, wobei sie teilweise verdampft. Das entstehende Gas und die nicht verdampfte Restflüssigkeit treten unten aus dem Fallfilmverdampfer aus. Die Flüssigkeit sammelt sich in dem unter dem Kondensator angeordnetem Sammelraum, während der Gasanteil weitergeleitet wird.
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Bei einem Badkondensator steht dagegen der Kondensatorblock in einem Bad aus der zu verdampfenden Flüssigkeit. Die Flüssigkeit tritt von unten in die Verdampfungspassagen des Kondensatorblockes ein und wird teilweise gegen das durch die Verflüssigungspassagen strömende Heizmedium verdampft. Die Dichte des in den Verdampfungspassagen verdampfenden Mediums ist geringer als die Dichte der Flüssigkeit im Flüssigkeitsbad, wodurch eine Siphonwirkung entsteht, so dass permanent Flüssigkeit aus dem Bad in die Verdampfungspassagen nachströmt. Je größer die Eintauchtiefe des Kondensatorblockes in dem Flüssigkeitsbad ist, desto höher wird der mittlere hydrostatische Druck in den Verdampfungspassagen und desto schlechter verdampft die Flüssigkeit, da die Siedetemperatur der Flüssigkeit entsprechend der Dampfdruckkurve ansteigt.
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Der Wirkungsgrad eines Badkondensators nach dem Stand der Technik kann daher durch die Unterteilung des Kondensatorblockes in mehrere übereinander angeordnete Abschnitte (Umlaufabschnitte) erhöht werden. Der Vorteil einer solchen Anordnung liegt in der jeweils kleineren Eintauchtiefe eines einzelnen Umlaufabschnittes gegenüber einem einzigen hohen Kondensatorblock. Damit wird der hydrostatische Druck in den Verdampfungspassagen geringer und die Flüssigkeit kann leichter verdampfen.
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Ein solcher Badkondensator mit mehreren Umlaufabschnitten wird in
US6374636 beschrieben. Der, in der zitierten Patentschrift offenbarte, Badkondensator besteht aus drei Umlaufabschnitten. Jeder Umlaufabschnitt ist komplett in ein Flüssigkeitsbad eingetaucht, so dass die Flüssigkeit von unten in die Verdampfungspassagen strömen kann. Die einzelnen Umlaufabschnitte sind räumlich voneinander getrennt. Zwischen den einzelnen Umlaufabschnitten gibt es keine Passagen. In dem dort entstandenen Hohlraum trennt sich die restliche Flüssigkeit von dem entstandenen Gas, welches über die Seitenwände des Badkondensators abgezogen wird. Die restliche Flüssigkeit fließt in das Bad zurück beziehungsweise über ein Wehr auf den versetzt darunterliegenden Umlaufabschnitt. Das Heizmedium wird von oben durch Verflüssigungspassagen geführt, die über den gesamten Badkondensator durchgängig sind.
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Ein weiterer Badkondensator nach dem Stand der Technik wird in
DE 10 2007 003 437 offenbart und anhand der
1 und
2 im Folgenden näher erläutert.
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1 zeigt eine dreidimensionale Darstellung eines Badkondensator
1 nachdem Stand der Technik gemäß
DE 10 2007 003 437 , der aus vier getrennten Umlaufabschnitten
2a,
2b,
2c,
2d besteht und als Hauptkondensator in einer Anlage zur Tieftemperaturzerlegung der Luft verwendet wird. Der gasförmige Stickstoff wird von oben über die beiden Zuleitungen
3a,
3b und den zugehörigen Verteiler in die, über die gesamte Höhe des Badkondensators
1 durchgängigen, Verflüssigungspassagen geführt. Der verflüssigte Stickstoff wird über den Sammler
4a und die zugehörige Ableitung
4b direkt seitlich vom unteren Ende des am tiefsten gelegenen Umlaufabschnittes
2a weggeführt. Der flüssige Sauerstoff für die Verdampferpassagen der oberen Umlaufabschnitte
2b,
2c,
2d befindet sich in den seitlichen trapezförmigen Vorratsbehältern
5a,
5b,
5c während der am tiefsten gelegene Umlaufabschnitt
2a direkt in einem Flüssigkeitsbad steht. Der verdampfte gasförmige Sauerstoff wird über die Gasableitungen
6a,
6b,
6c in die Kolonne geführt. Der Flüssigkeitstransport von einer Etage in die darunterliegende Etage erfolgt durch die Überlaufrohre
12.
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2 zeigt die Passagenführung für die Verdampferflüssigkeit des Badkondensators aus 1 im Detail. Die Passagen für den flüssigen Sauerstoff 8 erstrecken sich über die gesamte Höhe des Badkondensators. Die einzelnen Umlaufabschnitte 2a, 2b, 2c, 2d sind jeweils durch Blechstreifen 7 voneinander getrennt. Im untersten Umlaufabschnitt 2a strömt der flüssige Sauerstoff aufgrund der Siphonwirkung direkt in die Verdampferpassagen 8. Das erwärmte Flüssigkeit-Gas-Gemisch wird am oberen Ende des Umlaufabschnittes 2a seitlich aus dem Badkondensator geführt 10. In dem Raum neben den Austrittsöffnungen 10 wird die Flüssigkeit aus dem Flüssigkeit-Gas-Gemisch abgeschieden und strömt zurück in das Bad 11a. In den oberen Umlaufabschnitten 2b, 2c, 2d wird der flüssige Sauerstoff aus den Vorratsbehältern 5a, 5b, 5c über die Eintrittsöffnungen 9 in die Verdampferpassagen 8 geführt. Das erwärmte Flüssigkeit-Gas-Gemisch strömt in den einzelnen Umlaufabschnitten jeweils seitlich aus den Austrittsöffnungen 10. Das halboffene Volumen neben den Austrittsöffnungen 10, welches aus den trapezförmigen Vorratsbehältern 5a, 5b, 5c gebildet wird, dient als Abscheideraum. Der flüssige Sauerstoff fließt zurück in das jeweilige Flüssigkeitsbad 11b, 11c, 11d während der gasförmige Sauerstoff über die Gasableitung 6a, 6b, 6c in die Kolonne tritt. Der Flüssigkeitstransport von einer Etage in die darunterliegende Etage wird durch die Überlaufrohre 12 sichergestellt. Die Einbauhöhe der Überlaufrohre 12 bestimmt dabei die Höhe des Flüssigkeitsstands in den jeweiligen Flüssigkeitsvorratsbehältern 5a, 5b, 5c.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Badkondensator gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 derart auszugestalten, dass dessen Herstellung und Fertigung vereinfacht wird.
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Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnende Merkmalskombination des Anspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß wird der Badkondensator ohne Überlaufrohr im untersten, tiefsten Flüssigkeitsvorratsbehälter ausgeführt. Es hat sich gezeigt, dass der Einbau der Überlaufrohre in die Flüssigkeitsvorratsbehälter einen hohen fertigungstechnischen Aufwand erfordert. Für den tiefsten Umlaufabschnitt ist jedoch kein extra Flüssigkeitsvorratsbehälter notwendig, da hier das Flüssigkeitsreservoir durch die umgebende Kolonne beziehungsweise durch den umgebenden Behälter gebildet wird. Daher kann bei dem tiefsten Vorratsbehälter überraschenderweise auf die gerichtete Führung der Flüssigkeit zum tiefsten Umlaufabschnitt verzichtet werden. Die Flüssigkeitsführung des tiefsten Vorratsbehälters wird bei dem erfindungsgemäßen Badkondensator dadurch gewährleistet, dass der tiefste Vorratsbehälter mindestens eine Aussparung aufweist, über die die Flüssigkeit aus den Vorratsbehälter in das Flüssigkeitsreservoir des tiefsten Umlaufabschnittes, die Kolonne selbst, strömen kann. Dadurch kann auch vermieden werden, dass der Flüssigkeitsstand im tiefsten Vorratsbehälter unter ein kritisches Niveau absinkt.
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Im Rahmen dieser Anmeldung beziehen sich Ortsangaben wie hoch, tief, oben, unten und seitlich auf die Orientierung des Badkondensators im bestimmungsgemäßen Gebrauch.
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Bevorzugt ist/sind die Überlaufkante/n auf der Höhe der Austrittsöffnungen der Verdampfungspassagen des zugehörigen Umlaufabschnittes angeordnet. Dadurch wird sichergestellt, dass dieser Umlaufabschnitt vollständig mit Flüssigkeit geflutet ist.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung reicht/en die Aussparung/en bis auf eine Höhe zwischen 200 mm und 400 mm, bevorzugt von 300 mm, unterhalb des Rands des Flüssigkeitsvorratsbehälters. Bevorzugt sind zwei Flüssigkeitsvorratsbehälter seitlich an dem Umlaufabschnitt angeordnet. Diese weisen vorteilhafterhafterweise eine trapezförmige Grundfläche auf, wobei sich die Aussparungen an den beiden kurzen, gegenüberliegenden Trapezseiten befinden. Dadurch wird ein übermäßiges Ablaufen der Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsvorratsbehälter durch beispielsweise ein Aufschäumen der Zweiphasenschicht vermieden. Die kurzen Trapezseiten schließen dabei mit der benachbarten Seite des Kondensatorblocks bevorzugt einen Winkel zwischen 40° und 70°, besonders bevorzugt einen Winkel von 60°, ein.
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Als ebenfalls vorteilhaft hat sich die Ausführung mindestens einer, bevorzugt aller, Ablaufkante/n als Ablaufrinne erwiesen. In dieser Ausgestaltung der Erfindung wird durch die Ablaufrinne ein quasi gerichtetes Ausströmen der Flüssigkeit ohne großen fertigungstechnischen Aufwand gewährleistet.
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In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist/wird eine, bevorzugt alle, Aussparung/en in der Form eines Fensters ausgeführt.
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Mit der vorliegenden Erfindung gelingt es insbesondere den Fertigungsaufwand für einen Badkondensator gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu minimieren. Der erfindungsgemäße Badkondensator ist besonders zur Verwendung als Hauptkondensator einer Anlage zur Tieftemperaturzerlegung der Luft geeignet.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.
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Es zeigen:
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1 perspektivische Darstellung eines Badkondensators nach dem Stand der Technik
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2 Darstellung der Passagen des Badkondensators nach dem Stand der Technik aus 1
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3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Badkondensators mit 4 Umlaufabschnitten
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4 den tiefsten Flüssigkeitsvorratsbehälter des Badkondensator aus 3 in der Seitenansicht
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5 den tiefsten Flüssigkeitsvorratsbehälter des Badkondensator aus 3 in der Aufsicht
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6 ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Badkondensators mit einer Ablaufrinne
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7 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Badkondensators mit einem Ablauffenster
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1 und
2 zeigen einen Badkondensator nach dem Stand der Technik gemäß
DE 10 2007 003 437 und wurden bereits bei der Schilderung des Standes der Technik beschrieben.
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3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Badkondensators mit 4 Umlaufabschnitten 2a, 2b, 2c, 2d. Dabei wurden die gleichen Bezugsziffern für gleiche Bauteile wie bei dem, in den 1 und 2 dargestellten, Badkondensator nach dem Stand der Technik verwendet. Die oberen Flüssigkeitsvorratsbehälter 5b, 5c der oberen Umlaufabschnitte 2c, 2d sind jeweils mit einem Überlaufrohr 12 versehen. Im Gegensatz zu dem in den 1 und 2 dargestellten Badkondensator nach dem Stand der Technik weisen die unteren, tiefsten Flüssigkeitsvorratsbehälter 5a jedoch kein Überlaufrohr auf. Der Flüssigkeitstransport aus dem tiefsten Flüssigkeitsvorratsbehälter 5a des zweittiefsten Umlaufabschnittes 2b wird in dieser Ausgestaltung der Erfindung durch Aussparungen 13 sichergestellt.
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Die Aussparungen 13 sind in der in 4 dargestellten Seitenansicht des tiefsten Vorratsbehälters 5a deutlich zu sehen. Die Überlaufkante 14 befindet sich dabei auf Höhe der seitlichen Austrittsöffnungen 10 der Verdampferpassagen 8 des untersten und tiefsten Umlaufabschnittes 2a. Die Aussparung 13 reicht in dieser Ausgestaltung bis auf eine Höhe von 300 mm unterhalb des Randes 15 des Flüssigkeitsvorratsbehälters 5a.
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5 zeigt den Vorratsbehälter 5a in der Aufsicht. Die obere Querschnittsfläche des Vorratsbehälters 5a ist trapezförmig, wobei die kürzeren Seiten des Trapezes einen Winkel von 60° mit der Seitenkante des Kondensatorblocks 1 bilden. Der Badkondensator 1 weist dabei 2 Vorratsbehälter 5a auf, die seitlich am Badkondensator angeordnet sind. Die Aussparung 13 befindet sich in dieser Ausgestaltung jeweils an den beiden kürzeren Seiten des Flüssigkeitsvorratsbehälters 5a.
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6 zeigt eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Badkondensators im Detail. In dieser Ausgestaltung wurde die Überlaufkante 14 der Aussparung 13 des tiefsten Vorratsbehälters 5a mit einer Überlaufrinne 15 versehen. Dadurch wird eine größere Richtwirkung der austretenden Flüssigkeit erreicht.
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7 zeigt eine andere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Badkondensators. In dieser Ausgestaltung sind die Aussparungen in der Form eines Fensters 16 ausgeführt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6374636 [0006]
- DE 102007003437 [0007, 0008, 0028]
