DE2525451A1 - Verdampfer zum umwandeln von verfluessigtem gas in erhitztes gas fuer die versorgung eines gasverteilungssystems - Google Patents
Verdampfer zum umwandeln von verfluessigtem gas in erhitztes gas fuer die versorgung eines gasverteilungssystemsInfo
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Description
I1P 75/4
Anm.: FISCHER & PORTER GMBH, 3401 Groß Ellershausen
Verdampfer zum Umwandeln von verflüssigtem Gas in erhitztes Gas für die Versorgung eines Gasverteilungssystems
Es wird die Priorität der entsprechenden US-Patentanmeldung Ser.No. 496.194 vom 9. August 1974 in Anspruch genommen.
Die Erfindung "betrifft einen Verdampfer zum Umwandeln eines
verflüssigten Gases in ein erhitztes Gas, das einem Gasverteilungssystem zugeführt wird. Es können hiermit verschiedene verflüssigte
Gase, wie z.B. Ammoniak, Schwefeldioxid oder Chlor behandelt werden. Insbesondere für aus verflüssigtem Chlor gewonnenes
Chlorgas liegen vielfache Anwendungsmöglichkeiten bei der Wasseraufbereitung, Abwasserbehandlung und bei vielen industriellen
Prozeßverfahren vor.
Bei bekannten Chlorverdampfern (FISCHER & PORTER GMBH Bedienungsanleitung
dN71V1100A) der genannten Art für Chlor ist eine Chlorkammer
in einer größeren Wasserkammer mit darin eingefügtem Tauchsieder gehalten. Dabei wird die Wärme des erhitzten Wassers
gleichmäßig auf die Oberfläche der Chlorkammer verteilt. Das durch ein Einlaßrohr in die Chlorkammer geleitete verflüssigte
Chlor absorbiert durch die Wand der Chlorkammer dem erhitzten Wasser die Siedewärme und wird in überhitztes Chlorgas umgewandelt,
das durch ein Auslaßrohr entweicht. Bei diesem Verdampfer ist die Wärmeübertragungscharakteristik relativ schlecht, da die
Wärme des Tauchsieders auf das Wasser und von diesem durch die Wand der Chlorkammer dem verflüssigten Chlor zugeführt werden
muß. Außerdem unterliegt die Wand der Chlorkammer der Korrosion, die die Wärmeübertragung verschlechtert. Darüber hinaus sind
hohe Arbeitstemperaturen notwendig, die zu hohen Wärmeverlusten
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und beschleunigter Korrosion führen. Ferner ist ein Bedarf an reinem Wasser notwendig sowie Rohrverlegungen vom Verdampfer
zur Versorgung mit Wasser- und lemperatursteuervorrichtungen, die die Anlage komplizieren und verteuern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verdampfer der eingangs genannten Art zu schaffen, der einfacher im Aufbau ist
und eine effektivere schnellere Umwandlung von verflüssigtem Gas in überhitztes Gas ermöglicht und der eine große Wärmeenergiemenge
einer außenliegenden Heizqueslle bei nur geringem Temperaturabfall und ohne zusätzlichen Energiebedarf außer der
Heizenergie dem verflüssigten Gas zuführen kann, wobei aufwendige Rohranlagen und Überwachungseinrichtungen vermieden und die
Gefahr der Korrosion stark gemindert wird.
Die Lösung der Aufgabe gelingt nach der Erfindung dadurch, daß in einen als Vorratsbehälter mitbenutzten Druckkessel mit einem
Einlaßrohr für das verflüssigte Gas und einem zu dem Verteilungssystem führenden Auslaßrohr für das erhitzte Gas ein vertikal
angeordnetes Wärmerohr in Berührung mit dem verflüssigten Gas stehend von unten her abgedichtet in den Druckkessel ragt und
sein beheiztes unteres Ende außerhalb des Druckkessels liegt und daß sein im Druckkessel befindliches oberes Ende dem Auslaßrohr
im Abstand gegenüberliegt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand
von Unteransprüchen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht
dargestellt und nachfolgend erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Verdampfer, Fig. 2 einen Querschnitt des Gegenstandes der Fig. 1 nach der
Linie H-II und
Fig. 3 einen Schnitt durch ein Wärmerohr.
Fig. 3 einen Schnitt durch ein Wärmerohr.
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Der Gasverdampfer nach der Erfindung "besteht aus einem "betriebsmäßig
senkrecht stehenden zylindrischen Druckkessel 10, der an den Stirnseiten durch eine Bodenplatte 11 und eine Deckelplatte
12 abgeschlossen ist, die mit Ringvorsprüngen auf ebenen Planschen
des Druckkessels abdichtend liegen und durch Schraubbolzen lösbar an diesen angepaßt werden. Mit der Bodenplatte 11 ist ein
Ständer 13 lösbar verbunden, so daß der Druckkessel einen entsprechenden Abstand vom tragenden Untergrund hat und Platz zur
Aufnahme von Teilen der Einrichtung vorhanden ist. Der Druckkessel 10 samt Ständer 13 ist durch eine schrankartige Hülle 14
geschützt umgeben, deren Frontwand einen Druckanzeiger 15 sowie einen Temperaturanzeiger 16 aufweist, die mit Druck- und Temperaturfühlern
15A, 16A verbunden sind. Diese Fühler liegen innerhalb des Druckkessels an der Unterseite der Deckelplatte 12 im
Bereich einer an diese grenzenden Auslaßpassage 17.
Koaxial zum Druckkessel 10 ragt in diesen von unten her abgedichtet
durch die Bodenplatte 11 ein sogenanntes Wärmerohr (heat pipe) P bis in die Auslaßpassage 17 und endet mit Abstand vor
einem mittig die Deckelplatte 12 durchdringenden Auslaßrohr 23 für das überhitzte Gas. Das obere Ende des Wärmerohres wird
koaxial von der Auslaßpassage 17 der Stauhülse 24 umgeben, zu der mittig die Öffnung des Auslaßrohres der Deckelplatte liegt.
Das untere Ende des Wärmerohres P liegt außerhalb des Druckkessels unterhalb der Bodenplatte 11 im Innern des Ständers 13
und ist mit einer dort untergebrachten Heizquelle 18 mechanisch und wärmeleitend gekuppelt. Die Heizquelle 18 ist vorzugsweise
eine anklemmbare elektrische Widerstandsheizvorrichtung.
Die Heizquelle 18 ist durch Kabel 19 mit einem Energieregelkasten CB verbunden, dessen Steuerkreis durch eine leitung 20
mit einem nicht gezeigten Temperaturfühler im oberen Teil des Druckkessels verbunden ist, der die Temperatur des Gases in der
überhitzten Zone mißt. Der Regelkreis ist von Signalen dieses Temperaturfühlers abhängig, so daß eine gewünschte Überhitzungstemperatur
eingehalten wird. Ein anderer nicht gezeigter Tempe-
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raturfühler zur Erfassung der Temperatur des Wärmerohres ist
durch eine Leitung 21 mit dem "besagten Regelkreis verbunden. Er zeigt etwaige Übertemperaturen des Wärmerohres an, die auf eine
Verschmutzung oder den Ausfall von Teilen desselben schließen lassen. Ein Übertemperatursignal schaltet die Heizquelle ab und
löst ein äußeres Alarmsignal aus.
Verflüssigtes Chlor wird durch ein außermittig angebrachtes Einlaßrohr
22 in das Innere des Druckkessels 10 eingeführt. Das Einlaßrohr durchdringt abgedichtet die Deckelplatte 12 und reicht
bis kurz vor die Innenseite der Bodenplatte 11. Das überhitzte
Gas kann nur durch die Ausgangspassage 17 der Stauhülse 24 in das Auslaßrohr 23 entweichen.
Das Wärmerohr hat keine dem Verschleiß unterliegenden beweglichen Teile und benötigt keine Energiezufuhr über die übertragene
Wärme hinaus. Bei der in Fig. 1 und 2 gezeigten Lage des Wärmerohres und der Anordnung der Heizquelle unter der Wärmesenke
werden die inneren kapillaren Flüssigkeitspumpkräfte durch die Erdanziehung unterstützt, wodurch eine optimale Energieübertragung
des Wärmerohres möglieh ist.
Das Wärmerohr 8 besteht aus einem endseitig dicht verschlossenen Metallrohr 25, dessen innere Mantelfläche von einem Metalldocht
26 aus vorzugsweise gesintertem Kupferpulver bedeckt ist, der mit einer Arbeitsflüssigkeit als primäres Wärmetransportmittel
getränkt ist. Die Wärmebewegung im Wärmerohr erfolgt in dessen hohlen Dampfkern 27 (Fig. 3). Ein solches Wärmerohr kann große
Wärmemengen transportieren von einer Heizquelle zu einer Wärmesenke bei nur geringem Temperaturabfall.
Das Metallrohr 25 hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit und ist widerstandsfähig
gegen das es außen umgebende verflüssigte Gas im Druckkessel. Außerdem ist das besagte Metallrohr verträglich mit
dem Metalldocht 26. Für Chlor-Verdampfer kann das Metallrohr z.B. aus Monel-Metall (70 56 Ni, 30 56 Gu) oder Kupfer bestehen.
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Als Arbeitsflüssigkeit eignet sich Wasser, Ammoniak, Alkohol oder Freon. Vor abdichtendem Verschluß des Wärmerohres wird nur
der Metalldocht mit der Arbeitsflüssigkeit füllend durchtränkt.
Das untere Ende des Wärmerohres, das beheizt ist, wirkt als Verdampfungszone.
Wärmeenergie wird infolge Wärmeleitung durch die Wand des Metallrohres 25 und den getränkten Metalldocht 26 in
die Verdampfungszone befördert, wo die Arbeitsflüssigkeit verdampft. Der Dampf strömt durch den Dampfkern 27 zur Kondensationszone,
das ist der Bereich des Wärmerohres, der einer Wärmesenke ausgesetzt ist. Im speziellen Fall ist das der Bereich
des Wärmerohres innerhalb des Druckkessels, der von verflüssigtem Chlor umgeben ist.
In der Kondensationszone wird der den Dampfkern 27 durchströmende Dampf wiederum kondensiert. Infolge Wärmeleitung wird von dort
Wärme durch den getränkten Metalldocht in die umgebende Wärmesenke abgegeben. Die kondensierte Arbeitsflüssigkeit wandert dann
innerhalb des Metalldochtes in bekannter Weise zur Verdampfungszone zurück.
Die Wirkungsweise des Verdampfens ist nachfolgend näher erläutert.
Bei eingeschalteter Heizquelle 18 und festgelegtem Bede -f
an Chlorgas wird aus einem nicht gezeigten Vorratsbehälter flüssiges Chlor durch das Einlaßrohr 22 in den Druckkessel 10 geleitet
und bildet dort im unteren Kesselbereich einen direkt mit dem Wärmerohr in Verbindung stehenden Chlorvorrat, der dem Wärmerohr
Wärme entzieht, die das flüssige Chlor zum Sieden bringt und es in heißes Chlorgas umwandelt, das durch das Auslaßrohr 23 in
ein nicht gezeigtes Gasverteilungssystem gelangt, z.B. zum Zusetzen von Chlorgas in Wasser.
Wenn anfänglich der Bedarf des Gasverteilungssystems die Umwandlungsrate
von beispielsweise flüssigem Chlor in Chlorgas übersteigt, sinkt der Gasdruck im Druckkessel etwas unter den normalen
Arbeitsdruck ab, der über dem flüssigen Chlor bis zum
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Vorratsbehälter herrscht. Als Folge davon tritt flüssiges Chlor in den Druckkessel mit einer Geschwindigkeit, die die Umwandlungsgeschwindigkeit
von Chlor in Chlorgas übersteigt, so daß der Flüssigkeitsspiegel im Druckkessel steigt, dadurch wird ein
größerer Wärmekontakt zwischen flüssigem Chlor und Wärmerohr hergestellt, so daß auch die Menge an Chlorgas auf den benötigten
Wert zunimmt. Die größere Umwandlung in Chlorgas in Abhängigkeit zum festgelegten Bedarf läßt den Gasdruck im Druckkessel
ansteigen, was seinerseits eine verringerte Zufuhr an flüssigem Gas zur Folge hat, solange bis ein Gleichgewicht erreicht
ist. Bei Erreichen des Gleichgewichtes zwischen erforderlicher Gasmenge und Flüssigkeitszufuhr wird der Anstieg des
Flüssigkeitsspiegels gestoppt. Der Druckkessel ist vorteilhafterweise so dimensioniert, daß er bei maximaler Arbeitsleistung
und genauer Arbeitstemperatur etwas weniger als die Hälfte mit flüssigem Gas gefüllt ist. Der tatsächliche Flüssigkeitsstand
hängt jeweils von der Arbeitstemperatur und dem Gasbedarf des Gasverteilungssystems ab.
Bei einer Änderung des Gasbedarfes ändert sich demnach der Flüssigkeitsstand im Druckkessel. Wenn bei einem gegebenen
Gleichgewichtszustand der Bedarf an Chlorgas sinkt, bleiben alle anderen Faktoren unverändert, die Umwandlungsgeschwindigkeit
bleibt für den ersten Augenblick gleich. Der Überschuß an Gaserzeugung gegenüber dem Gasbedarf erhöht den Gasdruck im
Druckkessel und drückt flüssiges Chlor aus dem Druckkessel in den Vorratsbehälter zurück. Der sinkende Flüssigkeitsspiegel
verringert die Wärmekontaktfläche zum Wärmerohr soweit, bis wieder ein Gleichgewicht an Gaserzeugung und Gasbedarf erreicht
ist. Entsprechendes gilt in umgekehrter Weise bei ansteigendem Gasbedarf.
Bei einem Gleichgewicht der besagten Art bleiben bei einer Temperaturänderung
die anderen Faktoren gleich. Dies gilt für den ersten Augenblick auch für die Gasmenge. Bei sinkender Temperatur
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fällt die erzeugte Gasmenge unter den Gasbedarf, so daß der Gasdruck
leicht abnimmt. Dies erlaubt einen größeren Zufluß an flüssigem Chlor in den Druckkessel, wodurch eine größere Erhitzungsfläche
bei steigendem Flüssigkeitsspiegel erscheint, was zu vermehrter Gasumwandlung führt, die den Druck steigen läßt,
bis wieder das Gleichgewicht herrscht. Entsprechendes gilt umgekehrt bei steigender Temperatur.
Da die Wärme vom Wärmerohr zum flüssigen Gas transportiert wird, fällt die Temperatur des überhitzten Gases ab, bis der untere
Ansprechwert eines Wärmerohr-Steuerthermostaten in dem Regelkasten
CB erreicht ist. Bei dieser Temperatur schaltet der Thermostat den Heizkörper 18 ein, der die zur Aufrechterhaltung
der benötigten Arbeitstemperatur erforderliche Wärme liefert. Bei Ansteigen der Temperatur bis auf einen oberen Ansprechwert
des Thermostaten wird der Heizkörper 18 selbsttätig abgeschaltet.
Vor dem Verlassen des Verdampfers wird das Chlorgas überhitzt, d.h. es nimmt zusätzliche Wärme bei gleichem Druck auf, wenn es
auf seinem Weg zum Auslaßrohr 23 die Auslaßpassage 17 zwischen der Stauhülse 24 und der heißen Wand des Wärmerohres durchstreift,
5 Patentansprüche
3 Figuren
3 Figuren
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Claims (5)
1. Verdampfer zum Umwandeln eines verflüssigten Gases in ein
erhitztes Gas, das einem Gasverteilungssystem zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einen als Vorratsbehälter mitbenutzten
Druckkessel (10) mit einem Einlaßrohr (22) für das verflüssigte Gas und einem zu dem Verteilungssystem führenden
Auslaßrohr (23) für das erhitzte Gas ein vertikal angeordnetes Wärmerohr (P) in Berührung mit dem verflüssigten Gas
stehend von unten her abgedichtet in den Druckkessel ragt und sein beheiztes unteres Ende außerhalb des Druckkessels liegt
und daß sein im Druckkessel befindliches oberes Ende dem Auslaßrohr (23) im Abstand gegenüberliegt.
2. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkessel (10) endseitig als bis auf die Zu- und Auslaßöffnung
verschlossener Zylinder ausgebildet ist, in den konzentrisch das Wärmerohr (P) ragt.
3. Verdampfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßrohr (22) bis in die Nähe des Bodendeckels (11)
in den Druckkessel (10) eingefügt ist.
4. Verdampfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß konzentrisch zum oberen Ende des Wärmerohres (P) eine
zylindrische Stauhülse (24) an der oberen Deckplatte (12)
des Druckkessels (10), die Auslaßöffnung freilassend, angebracht ist.
5. Verdampfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Druck- und/oder Temperaturfühler in der ringförmigen Auslaßpassage
(17) zwischen Stauhülse und Wärmerohr angeordnet sind.
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| FR2461975A1 (fr) * | 1979-07-23 | 1981-02-06 | British Nuclear Fuels Ltd | Appareil pour mesurer et commander un debit de vapeur de fluorure d'hydrogene |
| DE102004061027A1 (de) * | 2004-12-18 | 2006-06-22 | Bayerische Motoren Werke Ag | Einrichtung und Verfahren zur Entnahme von Gas aus einem Behälter |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2525451C3 (de) | 1978-12-21 |
| JPS5141249A (de) | 1976-04-07 |
| DE2525451B2 (de) | 1978-04-20 |
| US3949565A (en) | 1976-04-13 |
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