DE102020001082A1 - Device and method for generating a temperature-controlled, cold gas flow - Google Patents

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Abstract

Eine Vorrichtung zum Erzeugen eines temperierten, kalten Gasstroms, mit einem Speichertank und einer an den Speichertank angeschlossenen Entnahmeleitung zum Entnehmen von verflüssigtem Gas aus dem Speichertank und mit einem in der Entnahmeleitung integrierten Verdampfereinheit, die mit einer Wärmetauscherfläche zum indirekten thermischen Kontaktieren des verflüssigten Gases mit einem Wärmeträgerfluid ausgerüstet ist, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass von der Entnahmeleitung, stromab zum Speichertank und stromauf zur Verdampfereinheit, eine Flüssigleitung abzweigt, die stromab zur Verdampfereinheit an einer Eintragseinrichtung in die Entnahmeleitung einmündet, wobei die Eintragseinrichtung mit einem Sensor zum Erfassen der Temperatur in der Entnahmeleitung und mit einem mit dem Sensor wirkverbundenen Regelventil zum Regeln des Eintrags von verflüssigtem Gas in die Entnahmeleitung ausgerüstet ist.

Figure DE102020001082A1_0000
A device for generating a temperature-controlled, cold gas flow, with a storage tank and an extraction line connected to the storage tank for extracting liquefied gas from the storage tank and with an evaporator unit integrated in the extraction line, which has a heat exchanger surface for indirect thermal contact of the liquefied gas with a Heat transfer fluid is equipped, according to the invention, is characterized in that a liquid line branches off from the extraction line, downstream to the storage tank and upstream to the evaporator unit, which opens into the extraction line downstream to the evaporator unit at an input device, the input device having a sensor for detecting the temperature in the Sampling line and is equipped with a control valve that is operatively connected to the sensor for regulating the entry of liquefied gas into the sampling line.
Figure DE102020001082A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen eines temperierten, kalten Gasstroms, mit einem Speichertank zum Speichern von tiefkalt verflüssigtem Gas und einer an den Speichertank angeschlossenen Entnahmeleitung zum Entnehmen von verflüssigtem Gas aus dem Speichertank und mit einer in der Entnahmeleitung integrierten Verdampfereinheit, die mit einer Wärmetauscherfläche zum indirekten thermischen Kontaktieren des verflüssigten Gases mit einem Wärmeträgerfluid ausgerüstet ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein entsprechendes Verfahren.The invention relates to a device for generating a temperature-controlled, cold gas flow, with a storage tank for storing cryogenic liquefied gas and an extraction line connected to the storage tank for removing liquefied gas from the storage tank and with an evaporator unit integrated in the extraction line, which has a heat exchanger surface is equipped with a heat transfer fluid for the indirect thermal contact of the liquefied gas. The invention also relates to a corresponding method.

Die Speicherung kryogener Medien wie beispielweise Stickstoff, Sauerstoff oder Kohlendioxid erfolgt häufig in wärmeisolierten Tanks in flüssiger Form. Da das gespeicherte Medium im Regelfall seitens der Verbraucher in gasförmiger Form benötigt wird, erfolgt nach einer Flüssigentnahme ein Überführen des gespeicherten Mediums in die Gasphase. Dies erfolgt üblicherweise mittels luftbeheizter Verdampfer (im Folgenden auch „Luftverdampfer“ genannt). Luftbeheizte Verdampfer haben freilich den Nachteil, dass es insbesondere bei ungünstigen Witterungsverhältnissen und/oder starker Belastung zu Eisbildungen kommt, die die Funktionsfähigkeit des Verdampfers erheblich beeinträchtigen können.Cryogenic media such as nitrogen, oxygen or carbon dioxide are often stored in liquid form in thermally insulated tanks. Since the stored medium is generally required by the consumer in gaseous form, the stored medium is converted into the gas phase after the liquid has been withdrawn. This is usually done using an air-heated evaporator (hereinafter also referred to as "air evaporator"). Air-heated evaporators, of course, have the disadvantage that ice formations occur, especially in the event of unfavorable weather conditions and / or heavy loads, which can significantly impair the functionality of the evaporator.

Anstelle luftbeheizter Verdampfer können jedoch auch Wärmetauscher zur Anwendung kommen, in denen das flüssige Medium mit einem Wärmeträgerfluid in indirekten Wärmekontakt tritt und dabei verdampft, während sich der Wärmeträger abkühlt. Derartige Wärmetauscher sind beispielsweise als Röhrenwärmetauscher oder als Kühlschlange ausgestaltet.Instead of air-heated evaporators, however, heat exchangers can also be used in which the liquid medium comes into indirect thermal contact with a heat transfer fluid and evaporates while the heat transfer medium cools down. Such heat exchangers are designed, for example, as tubular heat exchangers or as cooling coils.

Als Wärmeträgerfluid kann in den Wärmetauschern dabei insbesondere auch ein Prozessfluid zum Einsatz kommen, das im Zuge eines industriellen Prozesses als warmes Medium anfällt und vor einer weiteren Verwendung auf eine niedrigere Arbeitstemperatur abgekühlt werden muss. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf derartige Wärmeträgerfluide. Beispielsweise handelt es sich dabei um einen heißen Produktstrom oder um ein Kühlmedium, insbesondere Kühlwasser, das in einem Kühlkreislauf unter Einsatz einer Kälteanlage geführt wird, die auf diese Weise durch die Verdampfung des kryogenen Mediums zumindest entlastet wird. Der Einsatz derartiger Wärmeträgerfluide zum Verdampfen kryogener Medien hat sich bewährt. Er erspart dem Anwender zumindest teilweise die separate Kühlung des Wärmeträgerfluids auf seine Arbeitstemperatur und/oder die oben erwähnten Probleme beim Einsatz eines luftbeheizten Verdampfers.In particular, a process fluid can also be used as the heat transfer fluid in the heat exchangers, which occurs as a warm medium in the course of an industrial process and has to be cooled to a lower working temperature before further use. The present invention relates to such heat transfer fluids. For example, it is a hot product stream or a cooling medium, in particular cooling water, which is conducted in a cooling circuit using a refrigeration system, which in this way is at least relieved by the evaporation of the cryogenic medium. The use of such heat transfer fluids for evaporating cryogenic media has proven itself. It at least partially saves the user the separate cooling of the heat transfer fluid to its working temperature and / or the problems mentioned above when using an air-heated evaporator.

Problematisch beim Einsatz von Wärmeträgerfluid-gesteuerten Wärmetauschern ist jedoch, dass das Wärmeträgerfluid häufig keinen konstanten Wärmeinhalt besitzt bzw. der Mengenstrom des Wärmeträgerfluids nur unregelmäßig anfällt. In der Folge schwankt auch die Temperatur des verdampften kryogenen Mediums in einer schwer zu kontrollierenden Weise. Jedoch gibt es Anwendungsfälle, bei denen der Einsatz eines kalten Gasstroms mit einer stabilen Temperatur gefordert wird. Beispielsweise hängt bei der Karbonisierung von Getränken der sog. Karbonisierungsgrad, also die Menge an im Getränk bzw. in dem zur Herstellung des Getränks verwendeten Wasser einlösbaren Kohlendioxid empfindlich von der Temperatur des zugeführten Kohlendioxidgases ab. Das hierfür eingesetzte Kohlendioxid wird in der Regel in Niederdruck- oder Mitteldrucktanks im kalten verflüssigten Zustand bereitgestellt und vor der Zuführung an das Getränk bzw. das Wasser verdampft. In solchen Fällen sah man bislang davon ab, zur Verdampfung des Kohlendioxids ein Wärmeträgerfluid mit stark schwankendem Wärmeinhalt einzusetzen. Zudem ist eine aufwändige zusätzliche Einrichtung zur Temperierung des Kohlendioxidgases erforderlich.The problem with the use of heat exchangers controlled by heat transfer fluid, however, is that the heat transfer fluid often does not have a constant heat content or the mass flow of the heat transfer fluid only occurs irregularly. As a result, the temperature of the vaporized cryogenic medium also fluctuates in a manner that is difficult to control. However, there are applications in which the use of a cold gas flow with a stable temperature is required. For example, when carbonating beverages, the so-called degree of carbonation, that is to say the amount of carbon dioxide that can be dissolved in the drink or in the water used to produce the drink, depends sensitively on the temperature of the carbon dioxide gas supplied. The carbon dioxide used for this is usually made available in low-pressure or medium-pressure tanks in a cold, liquefied state and evaporated before being fed to the drink or water. In such cases, it has hitherto been refrained from using a heat transfer fluid with strongly fluctuating heat content to evaporate the carbon dioxide. In addition, an expensive additional device for temperature control of the carbon dioxide gas is required.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Möglichkeit zur Bereitstellung eines kalten, genau temperierten Gasstroms aus der Verdampfung eines tiefkalt, verflüssigten Gases anzugeben, bei dem verdampfungsbedingte Temperaturschwankungen ausgeglichen werden.The invention is therefore based on the object of specifying a possibility for providing a cold, precisely tempered gas flow from the evaporation of a cryogenic, liquefied gas, in which evaporation-related temperature fluctuations are compensated.

Gelöst ist diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6.This object is achieved by a device with the features of claim 1 and by a method with the features of claim 6.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung der eingangs genannten Art und Zweckbestimmung ist also dadurch gekennzeichnet, dass von der Entnahmeleitung, stromab zum Speichertank und stromauf zur Verdampfereinheit, eine Flüssigleitung abzweigt, die stromab zur Verdampfereinheit an einer Eintragseinrichtung in die Entnahmeleitung einmündet, wobei die Eintragseinrichtung mit einer Messeinrichtung zum Erfassen der Temperatur in der Entnahmeleitung stromab zur Verdampfereinheit und mit einem mit der Messeinrichtung wirkverbundenen Regelventil zum Regeln des Eintrags von verflüssigtem Gas in die Entnahmeleitung ausgerüstet ist.A device according to the invention of the type and purpose mentioned at the beginning is characterized in that a liquid line branches off from the extraction line, downstream to the storage tank and upstream to the evaporator unit, which opens into the extraction line downstream of the evaporator unit at an input device, the input device with a measuring device for Detection of the temperature in the extraction line downstream of the evaporator unit and is equipped with a control valve that is operatively connected to the measuring device for regulating the entry of liquefied gas into the extraction line.

Die Erfassung der Temperatur an der Messeinrichtung kann dabei stromauf oder stromab zur Eintragseinrichtung erfolgen. Insbesondere dann, wenn als Wärmeträgerfluid in der Verdampfereinheit ein Fluid mit einem unregelmäßigen und/oder schwer vorherbestimmbaren Wärmeeintrag zum Einsatz kommt, ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung die Bereitstellung eines kalten Gasstroms mit hoher Temperaturstabilität.The temperature at the measuring device can be recorded upstream or downstream of the feed device. In particular, when a fluid with an irregular and / or difficult to predict heat input is used as the heat transfer fluid in the evaporator unit, the inventive method enables Device providing a cold gas stream with high temperature stability.

Beim Wärmeträgerfluid handelt es sich beispielsweise um ein Kühlmedium aus einem Kühlkreislauf, etwa Kühlwasser. In diesem strömt das Wärmeträgerfluid von einem Prozesskühler zu einer Kühleinrichtung, die bevorzugt zusätzlich zu der Verdampfereinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Kältemaschine umfasst, in der die vom Prozesskühler in das Wärmeträgerfluid eingetragene Wärme teilweise abgeführt wird. Die Verdampfereinheit entlastet somit die Kältemaschine oder kann diese auch ersetzen, etwa im Falle eines vorübergehenden Ausfalls der Kältemaschine oder falls der Wärmeeintrag durch das Kühlmedium keine über die Verdampfung des verflüssigten Gases hinausgehende unerwünscht hohe Erwärmung des Gases zur Folge hat.The heat transfer fluid is, for example, a cooling medium from a cooling circuit, such as cooling water. In this, the heat transfer fluid flows from a process cooler to a cooling device which, in addition to the evaporator unit of the device according to the invention, preferably comprises a refrigeration machine in which the heat introduced into the heat transfer fluid by the process cooler is partially dissipated. The evaporator unit thus relieves the refrigeration machine or can also replace it, for example in the event of a temporary failure of the refrigeration machine or if the heat input from the cooling medium does not result in an undesirably high heating of the gas beyond the evaporation of the liquefied gas.

Um nach der Zuführung des verflüssigten Gases in das verdampfte Gas eine rasche Durchmischung zu erreichen, ist es besonders vorteilhaft, dass die Eintragseinrichtung einen mit einer Sprühdüse oder einem Sinterkörper ausgerüsteten, in das Innere der Entnahmeleitung hineinragenden Endabschnitt der Flüssigleitung umfasst. Aus der Flüssigleitung strömt das verflüssigte Gas in die Sprühdüse oder den Sinterkörper und wird feinverteilt in das durch die Entnahmeleitung geführte Gas eingesprüht. Dort verteilt es sich im Gasstrom und verdampft rasch. Zur Feinverteilung eignet sich insbesondere ein am Endabschnitt der Flüssigleitung montierter, aus Metall oder Keramik gefertigter, feinporiger Sinterkörper, durch dessen Öffnungen das verflüssigte Gas in den umgebenden Gasstrom eingetragen wird.In order to achieve rapid mixing after the supply of the liquefied gas into the vaporized gas, it is particularly advantageous that the entry device comprises an end section of the liquid line which is equipped with a spray nozzle or a sintered body and protrudes into the interior of the extraction line. The liquefied gas flows from the liquid line into the spray nozzle or the sintered body and is finely dispersed and sprayed into the gas passed through the extraction line. There it is distributed in the gas flow and evaporates quickly. For fine distribution, a fine-pored sintered body made of metal or ceramic and mounted on the end section of the liquid line, through the openings of which the liquefied gas is introduced into the surrounding gas flow, is particularly suitable.

Um die Effizienz des Eintrags dabei noch weiter zu verbessern, ist der Endabschnitt der Flüssigleitung bevorzugt derart innerhalb der Entnahmeleitung ausgerichtet, dass das verflüssigte Gas im Gegenstrom zum verdampften Gas in der Entnahmeleitung zuströmt. Der Endabschnitt der Flüssigleitung ist also beispielsweise konzentrisch im Innern der Entnahmeleitung angeordnet und weist mit seiner Mündungsöffnung, an der die Sprühdüse bzw. der Sinterkörper angeordnet ist, dem Gasstrom in der Entnahmeleitung entgegen.In order to improve the efficiency of the entry even further, the end section of the liquid line is preferably oriented within the withdrawal line in such a way that the liquefied gas flows in countercurrent to the vaporized gas in the withdrawal line. The end section of the liquid line is thus arranged, for example, concentrically in the interior of the extraction line and, with its mouth opening at which the spray nozzle or the sintered body is arranged, faces the gas flow in the extraction line.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Verdampfereinheit einen Wärmetauscher zum thermischen Kontaktieren des verflüssigten Gases mit dem Wärmeträgerfluid sowie einen parallel zum Wärmetauscher angeordneten Luftverdampfer sowie eine Schaltanordnung zum geregelten Zu- und Abschalten von Wärmetauscher und/oder Luftverdampfer umfasst. Der Luftverdampfer kommt insbesondere dann zum Einsatz, wenn der Wärmeeintrag über das Wärmeträgerfluid nicht ausreicht, um das durch die Verdampfereinheit geführte verflüssigte Gas vollständig zu verdampfen. Dies kann beispielsweise durch einen entsprechenden Regelkreis gewährleistet werden, der die Temperatur des verdampften Gases in der Entnahmeleitung stromab zur Verdampfereinheit (jedoch stromauf zur Eintragseinheit des verflüssigten Gases) misst und bei Unterschreiten eines vorgegebenen Temperaturwerts den Luftverdampfer zuschaltet, sodass zumindest ein Teilstrom des verflüssigten Gases über den Luftverdampfer geführt wird. Der Temperaturwert des verdampften Gases, der dabei nicht unterschritten werden sollte, liegt dabei über der Temperatur, die das verdampfte Gas in einem an die Entnahmeleitung angeschlossenen Verbraucher aufweisen sollte (im Folgenden „Bestimmungstemperatur“ genannt), damit durch die nachfolgende Zuführung des verflüssigten Gases an der Eintragseinheit die Bestimmungstemperatur genau eingestellt werden kann.A particularly preferred embodiment of the invention provides that the evaporator unit comprises a heat exchanger for thermally contacting the liquefied gas with the heat transfer fluid as well as an air evaporator arranged parallel to the heat exchanger and a switching arrangement for the controlled connection and disconnection of the heat exchanger and / or air evaporator. The air evaporator is used in particular when the heat input via the heat transfer fluid is insufficient to completely evaporate the liquefied gas passed through the evaporator unit. This can be ensured, for example, by a corresponding control circuit that measures the temperature of the vaporized gas in the extraction line downstream of the vaporiser unit (but upstream of the entry unit of the liquefied gas) and switches on the air vaporizer when the temperature falls below a specified value, so that at least a partial flow of the liquefied gas overflows the air evaporator is performed. The temperature value of the vaporized gas, which should not be undercut, is above the temperature that the vaporized gas should have in a consumer connected to the extraction line (hereinafter referred to as the "determination temperature"), thus due to the subsequent supply of the liquefied gas the entry unit, the determination temperature can be set precisely.

Bevorzugt handelt es sich bei dem im Speichertank bevorrateten tiefkalt verflüssigten Gas um ein verflüssigtes Luftgas, wie flüssiger Stickstoff, flüssiger Sauerstoff oder flüssiges Argon, oder um flüssiges Kohlendioxid.The cryogenic liquefied gas stored in the storage tank is preferably a liquefied air gas, such as liquid nitrogen, liquid oxygen or liquid argon, or liquid carbon dioxide.

Ein Verfahren zum Erzeugen eines temperierten, kalten Gasstroms, bei dem tiefkalt verflüssigtes Gas einem Speichertank entnommen, in einer Verdampfereinheit durch indirekten Wärmetausch mit einem Wärmeträgerfluid zu einem Strom verdampften Gases verdampft und der Strom verdampften Gases einem Verbraucher zugeführt wird, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass in den Strom des verdampften Gases an einer Eintragseinrichtung stromab zur Verdampfereinheit verflüssigtes Gas aus dem Speicherbehälter zugeführt wird, wobei die Menge des dabei zugeführten verflüssigten Gases in Abhängigkeit von einer Temperatur des verdampften Gases geregelt wird.A method for generating a temperature-controlled, cold gas flow, in which cryogenic liquefied gas is taken from a storage tank, evaporated in an evaporator unit by indirect heat exchange with a heat transfer fluid to form a flow of evaporated gas and the flow of evaporated gas is fed to a consumer, is characterized according to the invention in that Liquefied gas is fed from the storage container into the flow of the vaporized gas at an entry device downstream of the vaporiser unit, the amount of the liquefied gas supplied being regulated as a function of a temperature of the vaporized gas.

Die Menge des an der Eintragseinrichtung zugeführten verflüssigten Gases wird dabei zweckmäßigerweise in Abhängigkeit von der Bestimmungstemperatur geregelt, bei der das Gas beim Verbraucher vorliegen sollte.The amount of liquefied gas fed in at the feed device is expediently regulated as a function of the determination temperature at which the gas should be present at the consumer.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird also das in der Verdampfereinheit bereits verdampfte Gas durch eine temperaturgeregelte Zuführung von verflüssigtem Gas aus dem Speichertank temperiert und mit einer genau definierten Temperatur einem Verbraucher, beispielsweise einer Einrichtung zum Karbonisieren von Getränken zugeführt. Auf diese Weise ist es insbesondere dann, wenn in der Verdampfereinheit ein unregelmäßiger oder schwer vorhersagbarer Wärmeeintrag vom Wärmeträgerfluid auf das verdampfte Gas erfolgt, eine genaue Temperierung des dem Verbraucher zugeleiteten verdampften Gases möglich.In the method according to the invention, the gas already evaporated in the evaporator unit is tempered by a temperature-controlled supply of liquefied gas from the storage tank and supplied to a consumer, for example a device for carbonating beverages, at a precisely defined temperature. In this way, it is possible, in particular, when there is an irregular or difficult to predict heat input from the heat transfer fluid to the evaporated gas in the evaporator unit, precise temperature control of the evaporated gas supplied to the consumer is possible.

Die bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der Erzeugung eines temperierten, kalten Gasstroms in einem Prozess in der Lebensmittelindustrie, insbesondere zur Verwendung in einer Einrichtung zum Karbonisieren von Getränken und/oder zum Inertisieren von Produkten, Verpackungen oder Behältern. Diese Einrichtung oder Einrichtungen ist/sind der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Verbraucher nachgeschaltet und an die Entnahmeleitung, stromab zur Eintragseinrichtung für das verflüssigte Gas angeschlossen. Als zu temperierender Gasstrom kommt dabei bevorzugt Stickstoff oder Kohlendioxid zum Einsatz.The preferred use of the device according to the invention or the method according to the invention is the generation of a temperature-controlled, cold gas stream in a process in the food industry, in particular for use in a device for carbonating beverages and / or for inerting products, packaging or containers. This device or devices is / are downstream of the device according to the invention as a consumer and connected to the extraction line, downstream of the input device for the liquefied gas. The gas stream to be tempered is preferably nitrogen or carbon dioxide.

Anhand der Zeichnungen soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden. In schematischen Ansichten zeigen:

  • 1: Das Schaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
  • 2: Ein Eintragssystem für verflüssigtes Gas der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus 1 im Längsschnitt
An exemplary embodiment of the invention will be explained in more detail with the aid of the drawings. In schematic views show:
  • 1 : The circuit diagram of a device according to the invention,
  • 2 : An entry system for liquefied gas of the device according to the invention 1 in longitudinal section

Die in 1 gezeigte Vorrichtung 1 dient der Erzeugung eines temperierten Kaltgasstroms, wie er insbesondere in der Lebensmittelindustrie, beispielsweise bei der Karbonisierung von Getränken oder der Inertisierung von Lebensmittelprodukten zum Einsatz kommt. In einer Einrichtung zum Karbonisieren von Getränken wird das verdampfte Kohlendioxid einem Getränk zugeführt und zumindest teilweise in diesem gelöst. Der gewünschte bzw. erreichbare Karbonisierungsgrad ist u.a. von der Temperatur des zugeführten Gases abhängig und erfordert daher in der Produktion eine gleichmäßige Temperierung des zugeführten Gasstroms.In the 1 shown device 1 is used to generate a temperature-controlled cold gas flow, as it is used in particular in the food industry, for example in the carbonation of beverages or the inertization of food products. In a device for carbonating beverages, the evaporated carbon dioxide is fed to a beverage and at least partially dissolved in it. The desired or achievable degree of carbonation depends, among other things, on the temperature of the gas supplied and therefore requires uniform temperature control of the gas flow in production.

Die Vorrichtung 1 umfasst einen thermisch gut isolierten Speichertank 2 für ein tiefkalt verflüssigtes Gas, beispielsweise für flüssigen Stickstoff oder flüssiges Kohlendioxid. Über eine Entnahmeleitung 3 wird verflüssigtes Gas aus dem Speichertank 2 entnommen und einer Verdampfereinheit 4 zugeführt.The device 1 includes a thermally well insulated storage tank 2 for a cryogenic liquefied gas, for example for liquid nitrogen or liquid carbon dioxide. Via a sampling line 3 becomes liquefied gas from the storage tank 2 removed and an evaporator unit 4th fed.

Die Verdampfereinheit 4 umfasst einen Wärmetauscher 5, in dem das verflüssigte Gas in indirekten Wärmekontakt mit einem Wärmeträgerfluid gelangt und dabei verdampft. Beim Wärmeträgerfluid handelt es sich bevorzugt um Kühlwasser oder ein sonstiges Medium, das im Zuge eines industriellen Prozesses ohnehin gekühlt werden muss und dessen überschüssige Wärme in vorteilhafter Weise zur Verdampfung des verflüssigten Gases genutzt werden kann. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich beim Wärmeträgerfluid um ein Kühlmedium, das in einem Kühlkreislauf 6 geführt wird. Das Kühlmedium durchläuft dabei nacheinander einen Prozesskühler 7, eine Kältemaschine 8 und den Wärmetauscher 5. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel dient der Wärmetauscher 5 also vorwiegend zur Unterstützung der Kältemaschine 8, die im Übrigen den Großteil der Kühlung des im Prozesskühler 7 erwärmten Wärmeträgerfluids übernimmt; im Rahmen der Erfindung ist es jedoch nicht ausgeschlossen, dass der Wärmetauscher regelmäßig oder im Falle eines Ausfalls der Kältemaschine 6 deren Rolle im Kühlkreislauf 6 vollständig übernimmt.The evaporator unit 4th includes a heat exchanger 5 , in which the liquefied gas comes into indirect thermal contact with a heat transfer fluid and evaporates in the process. The heat transfer fluid is preferably cooling water or some other medium that has to be cooled anyway in the course of an industrial process and whose excess heat can advantageously be used to evaporate the liquefied gas. In the exemplary embodiment shown here, the heat transfer fluid is a cooling medium that is in a cooling circuit 6th to be led. The cooling medium runs through a process cooler one after the other 7th , a chiller 8th and the heat exchanger 5 . In the embodiment shown here, the heat exchanger is used 5 so mainly to support the refrigeration machine 8th which incidentally do most of the cooling in the process cooler 7th takes over heated heat transfer fluid; In the context of the invention, however, it is not excluded that the heat exchanger can be used regularly or in the event of a failure of the refrigeration machine 6th their role in the cooling circuit 6th takes over completely.

Im Wärmetauscher 5 kommt das Wärmeträgerfluid des Kühlkreislaufs 6 an einer Wärmetauscherfläche 9 in indirekten Wärmekontakt mit dem über den zum Wärmetauscher 5 anströmseitigen Teil der Entnahmeleitung 3 herangeführten verflüssigten Gas aus dem Speichertank 2. Dabei verdampft das verflüssigte Gas und strömt als verdampftes Gas weiter durch den zum Wärmetauscher 5 abströmseitigen Teil der Entnahmeleitung 3.In the heat exchanger 5 comes the heat transfer fluid of the cooling circuit 6th on a heat exchanger surface 9 in indirect thermal contact with the via the to the heat exchanger 5 Upstream part of the extraction line 3 liquefied gas brought in from the storage tank 2 . The liquefied gas evaporates and flows as evaporated gas through the to the heat exchanger 5 Downstream part of the extraction line 3 .

Für den Fall, dass der Wärmeeintrag aus dem Wärmeträgerfluid in das verflüssigte Gas im Wärmetauscher 5 nicht ausreicht, das verflüssigte Gas vollständig zu verdampfen, weist die Verdampfereinheit 4 im hier gezeigten Ausführungsbeispiel einen parallel zum Wärmetauscher 5 angeordneten Luftverdampfer 10 auf. Ein Regelventil 11 steuert den Zufluss des verflüssigten Gases in den Wärmetauscher 5 und/oder den Luftverdampfer 10 in Abhängigkeit von einem Parameter, der an einem Sensor 12 in einem zum Wärmetauscher 5 stromabwärtigen Abschnitt der Entnahmeleitung 3 gemessen wird und bei dem es sich insbesondere um die Temperatur oder die Konsistenz des Gases in diesem Abschnitt der Entnahmeleitung 3 handelt. Sinkt beispielsweise die Temperatur des Gases am Sensor 12 unter einen vorgegeben Wert, wird der Strom des verflüssigten Gases ganz oder teilweise über den Luftverdampfer 10 geführt, um die vollständige Verdampfung des Gases zu gewährleisten.In the event that the heat input from the heat transfer fluid into the liquefied gas in the heat exchanger 5 is not sufficient to completely evaporate the liquefied gas, the evaporator unit 4th in the embodiment shown here one parallel to the heat exchanger 5 arranged air evaporator 10 on. A control valve 11 controls the flow of liquefied gas into the heat exchanger 5 and / or the air evaporator 10 depending on a parameter that is on a sensor 12th in one to the heat exchanger 5 downstream section of the extraction line 3 is measured and which is in particular the temperature or the consistency of the gas in this section of the extraction line 3 acts. For example, if the temperature of the gas at the sensor drops 12th below a specified value, the flow of liquefied gas is wholly or partly via the air evaporator 10 led to ensure the complete evaporation of the gas.

Von der Entnahmeleitung 3 zweigt, stromab zum Speichertank 2, jedoch stromauf zur Verdampfereinheit 4, eine Flüssigleitung 13 ab, die an einer unten näher beschriebenen Eintragseinrichtung 15 stromab zur Verdampfereinheit 4 wieder in die Entnahmeleitung 3 einmündet. Die Flüssigleitung 13 ist mit einem Regelventil 16 ausgerüstet, das in Abhängigkeit von einem an einer Messeinrichtung 17 stromab zur Eintragseinrichtung 15 in der Entnahmeleitung 3 gemessenen Parameter, insbesondere der Temperatur des verdampften Gases, den Zustrom von verflüssigtem Gas in das durch die Entnahmeleitung 3 geführte verdampfte Gas regelt. Die Messeinrichtung 17 kann im Übrigen auch stromauf zur Eintragseinrichtung 15 an der Entnahmeleitung, jedoch stromab zur Verdampfereinheit 4, angeordnet sein.From the sampling line 3 branches, downstream of the storage tank 2 , but upstream of the evaporator unit 4th , a liquid pipe 13th starting at an entry facility described in more detail below 15th downstream of the evaporator unit 4th back into the sampling line 3 joins. The liquid line 13th is with a control valve 16 equipped, depending on a measuring device 17th downstream of the entry device 15th in the sampling line 3 measured parameters, in particular the temperature of the vaporized gas, the inflow of liquefied gas into the through the extraction line 3 guided vaporized gas regulates. The measuring device 17th can incidentally also upstream of the entry device 15th on the extraction line, but downstream of the evaporator unit 4th , be arranged.

Im Betrieb der Vorrichtung 1 wird verflüssigtes Gas aus dem Speichertank 2 entnommen, in der Verdampfereinheit 4 verdampft und seiner bestimmungsgemäßen Verwendung in einem an die Entnahmeleitung stromab zur Eintragseinrichtung 15 angeschlossenen Verbraucher 14 zugeführt. Beispielsweise handelt es sich bei dem Verbraucher 14 um eine Einrichtung zum Karbonisieren von Getränken. Bei dieser ist es erforderlich, dass das Gas im Verbraucher mit einer möglichst exakt definierten Temperatur (Bestimmungstemperatur) zum Verbraucher 14 gelangt.In operation of the device 1 becomes liquefied gas from the storage tank 2 removed, in the evaporator unit 4th evaporated and its intended use in one to the extraction line downstream of the entry device 15th connected consumer 14th fed. For example, it is the consumer 14th a device for carbonating beverages. In this case, it is necessary that the gas in the consumer reaches the consumer at a temperature that is as precisely defined as possible (determination temperature) 14th got.

Die über den Wärmetauscher 5 und/oder den Luftverdampfer 10 in das verdampfte Gas eingetragene Wärmemenge ist jedoch nicht immer hinreichend konstant und kann im Laufe der Zeit Schwankungen unterworfen sein. Die über den Luftverdampfer 10 eingetragene Wärmemenge hängt insbesondere von atmosphärischen Faktoren, wie Umgebungstemperatur, Umgebungsdruck oder Luftfeuchtigkeit ab, die eine genaue Einstellung der Temperatur des verdampften Gases in der Entnahmeleitung erschweren oder gar unmöglich machen. Die Temperatur des verdampften Gases in der Entnahmeleitung 3 ist stromauf zur Eintragseinrichtung 15 also von der Umgebungstemperatur oder der Temperatur des Kühlmediums abhängig, je nachdem, ob der Gasstrom am Regelventil 11 über den Luftverdampfer 10 oder den Wärmetauscher 5 geführt wird. Sie sollte jedoch auf jeden Fall oberhalb der Bestimmungstemperatur des Gases liegen. Um Temperaturschwankungen auszugleichen, wird an der Eintragseinrichtung 15 verflüssigtes Gas direkt in das verdampfte Gas in der Entnahmeleitung 3 eingetragen und kühlt dieses bevorzugt auf die Bestimmungstemperatur ab. Durch die Temperaturregelung des Regelventils 16 ist dies mit hoher Präzision möglich; die Vorrichtung 1 ermöglicht so eine sehr genaue Temperierung des verdampften Gases in der Entnahmeleitung 3 vor dessen Zuführung an den Verbraucher 14. Gleichzeitig erübrigt sich eine weitere, separate Beheizung oder Kühlung des verdampften Gases vor der Zuführung an den Verbraucher 14.The one through the heat exchanger 5 and / or the air evaporator 10 However, the amount of heat introduced into the vaporized gas is not always sufficiently constant and can fluctuate over time. The one through the air evaporator 10 The amount of heat entered depends in particular on atmospheric factors, such as ambient temperature, ambient pressure or air humidity, which make it difficult or even impossible to set the temperature of the vaporized gas in the extraction line precisely. The temperature of the vaporized gas in the extraction line 3 is upstream of the entry facility 15th So depending on the ambient temperature or the temperature of the cooling medium, depending on whether the gas flow at the control valve 11 via the air evaporator 10 or the heat exchanger 5 to be led. In any case, it should be above the determination temperature of the gas. In order to compensate for temperature fluctuations, the entry device 15th liquefied gas directly into the vaporized gas in the extraction line 3 entered and this preferably cools down to the determination temperature. By regulating the temperature of the control valve 16 this is possible with high precision; the device 1 thus enables very precise temperature control of the vaporized gas in the extraction line 3 before it is supplied to the consumer 14th . At the same time, there is no need for any additional, separate heating or cooling of the vaporized gas before it is supplied to the consumer 14th .

In 2 ist ein besonders vorteilhaftes Eintragssystem 15 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 gezeigt. Das Eintragssystem 15 ist in der Entnahmeleitung 3, stromab zur Verdampfereinheit 4, angeordnet. Es umfasst einen L-förmig gebogenen Endabschnitt 18 der Flüssigleitung 13, dessen einer Schenkel innerhalb, bevorzugt konzentrisch, in der Entnahmeleitung 3 angeordnet ist und eine gegen die durch Pfeil 19 angedeutete Strömungsrichtung des verdampften Gases in der Entnahmeleitung 3 gerichtete Mündungsöffnung 20 aufweist. An der Mündungsöffnung 20 ist ein Streukörper, beispielsweise eine Sprühdüse oder ein Sinterkörper 21 aus Metall oder Keramik, montiert, der zu einer sehr feinen Verteilung des verflüssigten Gases im Strom des verdampften Gases führt. Durch die feine Verteilung des verflüssigten Gases im Strom des verdampften Gases kommt es zu einer innigen Durchmischung und das verflüssigte Gas verdampft rasch, sodass an der Messeinrichtung 17 bereits ein Gas mit einer weitestgehend homogenen Temperatur vorliegt.In 2 is a particularly advantageous entry system 15th the device according to the invention 1 shown. The entry system 15th is in the sampling line 3 , downstream of the evaporator unit 4th , arranged. It comprises an L-shaped bent end section 18th the liquid line 13th , one leg of which is inside, preferably concentrically, in the removal line 3 is arranged and one against the by arrow 19th indicated flow direction of the vaporized gas in the extraction line 3 directed mouth opening 20th having. At the mouth 20th is a diffuser, for example a spray nozzle or a sintered body 21 made of metal or ceramic, which leads to a very fine distribution of the liquefied gas in the flow of the vaporized gas. The fine distribution of the liquefied gas in the flow of the vaporized gas results in an intimate mixing and the liquefied gas evaporates quickly, so that at the measuring device 17th a gas with a largely homogeneous temperature is already present.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Vorrichtungcontraption
22
Tanktank
33
EntnahmeleitungSampling line
44th
VerdampfereinheitEvaporator unit
55
WärmetauscherHeat exchanger
66th
KühlkreislaufCooling circuit
77th
ProzesskühlerProcess cooler
88th
KältemaschineChiller
99
WärmetauscherflächeHeat exchanger surface
1010
LuftverdampferAir evaporator
1111
RegelventilControl valve
1212th
Sensorsensor
1313th
FlüssigleitungLiquid line
1414th
Verbraucherconsumer
1515th
EintragseinrichtungEntry facility
1616
RegelventilControl valve
1717th
MesseinrichtungMeasuring device
1818th
Endabschnitt (der Flüssigleitung 13)End section (of the liquid line 13th )
1919th
Pfeilarrow
2020th
MündungsöffnungMouth opening
2121
SinterkörperSintered body

Claims (8)

Vorrichtung zum Erzeugen eines temperierten, kalten Gasstroms, mit einem Speichertank (2) zum Speichern von tiefkalt verflüssigtem Gas und einer an den Speichertank (2) angeschlossenen Entnahmeleitung (3) zum Entnehmen von verflüssigtem Gas aus dem Speichertank (2) und mit einer in der Entnahmeleitung (3) integrierten Verdampfereinheit (4), die mit einer Wärmetauscherfläche (9) zum indirekten thermischen Kontaktieren des verflüssigten Gases mit einem Wärmeträgerfluid ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, dass von der Entnahmeleitung (3), stromab zum Speichertank (2) und stromauf zur Verdampfereinheit (4), eine Flüssigleitung (13) abzweigt, die stromab zur Verdampfereinheit (4) an einer Eintragseinrichtung (15) in die Entnahmeleitung (3) einmündet, wobei die Eintragseinrichtung (15) mit einer Messeinrichtung (17) zum Erfassen der Temperatur in der Entnahmeleitung (3) stromab zur Verdampfereinheit (4) und mit einem mit der Messeinrichtung (17) wirkverbundenen Regelventil (16) zum Regeln des Eintrags von verflüssigtem Gas in die Entnahmeleitung (3) ausgerüstet ist.Device for generating a temperature-controlled, cold gas flow, with a storage tank (2) for storing cryogenic liquefied gas and a withdrawal line (3) connected to the storage tank (2) for withdrawing liquefied gas from the storage tank (2) and with one in the Withdrawal line (3) integrated evaporator unit (4) which is equipped with a heat exchanger surface (9) for indirect thermal contact of the liquefied gas with a heat transfer fluid, characterized in that from the withdrawal line (3), downstream to the storage tank (2) and upstream to Evaporator unit (4) branches off a liquid line (13) which opens into the withdrawal line (3) downstream of the evaporator unit (4) at an entry device (15), the entry device (15) having a measuring device (17) for detecting the temperature in the extraction line (3) downstream of the evaporator unit (4) and with a measuring device (17) operatively connected control valve (16) is equipped to regulate the entry of liquefied gas into the extraction line (3). Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintragseinrichtung (15) einen mit einer Sprühdüse oder einem Sinterkörper (21) ausgerüsteten, in das Innere der Entnahmeleitung (3) hineinragenden Endabschnitt (18) der Flüssigleitung (13) umfasst.Device according to Claim 1 , characterized in that the feed device (15) comprises an end section (18) of the liquid line (13) equipped with a spray nozzle or a sintered body (21) and protruding into the interior of the removal line (3). Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt (18) der Flüssigleitung (13) derart innerhalb der Entnahmeleitung (3) ausgerichtet ist, dass das verflüssigte Gas in seinem Innern im Gegenstrom zum verdampften Gas in der den Endabschnitt (18) umgebenden Entnahmeleitung (3) zuströmt.Device according to Claim 2 , characterized in that the end section (18) of the liquid line (13) is aligned within the extraction line (3) in such a way that the liquefied gas flows inside in countercurrent to the vaporized gas in the extraction line (3) surrounding the end section (18) . Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass die Verdampfereinheit (4) einen Wärmetauscher (5) zum thermischen Kontaktieren des verflüssigten Gases mit dem Wärmeträgerfluid sowie einen parallel zum Wärmetauscher (5) angeordneten Luftverdampfer (10) sowie eine Schaltanordnung (11, 12) zum geregelten Zu- und Abschalten von Wärmetauscher (5) und/oder Luftverdampfer (10) umfasst.Device according to one of the preceding claims, that the evaporator unit (4) has a heat exchanger (5) for thermally contacting the liquefied gas with the heat transfer fluid and an air evaporator (10) arranged parallel to the heat exchanger (5) and a switching arrangement (11, 12) for controlled Includes switching on and off the heat exchanger (5) and / or air evaporator (10). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als tiefkalt verflüssigtes Gas im Speichertank (2) ein Luftgas, wie Stickstoff, Sauerstoff oder Argon, oder Kohlendioxid zum Einsatz kommt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that an air gas, such as nitrogen, oxygen or argon, or carbon dioxide is used as the cryogenic liquefied gas in the storage tank (2). Verfahren zum Erzeugen eines temperierten, kalten Gasstroms, bei dem tiefkaltes verflüssigtes Gas einem Speichertank (2) entnommen, in einer Verdampfereinheit (4) durch indirekten Wärmetausch mit einem Wärmeträgerfluid zu einem Strom verdampften Gases verdampft und der Strom verdampfen Gases einem Verbraucher (14) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in den Strom des verdampften Gases an einer Eintragseinrichtung (15) stromab zur Verdampfereinheit (4) verflüssigtes Gas aus dem Speicherbehälter (2) zugeführt wird, wobei die Menge des zugeführten verflüssigten Gases in Abhängigkeit von einer Temperatur des verdampften Gases geregelt wird.Method for generating a temperature-controlled, cold gas flow, in which the cryogenic liquefied gas is taken from a storage tank (2), evaporated in an evaporator unit (4) by indirect heat exchange with a heat transfer fluid to form a flow of vaporized gas and the flow of vaporized gas is fed to a consumer (14) is, characterized in that liquefied gas is fed from the storage container (2) into the flow of the vaporized gas at an entry device (15) downstream of the vaporizer unit (4), the amount of the supplied liquefied gas depending on a temperature of the vaporized gas is regulated. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des an der Eintragseinrichtung (15) zugeführten verflüssigten Gases in Abhängigkeit von einer zu erreichenden Bestimmungstemperatur im Verbraucher (14) geregelt wird.Procedure according to Claim 6 , characterized in that the amount of liquefied gas fed to the feed device (15) is regulated as a function of a determination temperature to be reached in the consumer (14). Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5 oder eines Verfahrens nach Anspruch 6 oder 7 zur Erzeugung eines temperierten, kalten Gasstroms in einem Prozess in der Lebensmittelindustrie.Using a device according to Claim 1 until 5 or a procedure according to Claim 6 or 7th for generating a temperature-controlled, cold gas flow in a process in the food industry.
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