DE3837962A1 - Verfahren und vorrichtung zum verdampfen und/oder anwaermen von tiefkalten fluessigkeiten oder zum anwaermen von tiefkalten gasen - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum verdampfen und/oder anwaermen von tiefkalten fluessigkeiten oder zum anwaermen von tiefkalten gasenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Verdampfen und/oder Anwärmen von tiefkalten
Flüssigkeiten oder zum Anwärmen von tiefkalten Gasen
durch indirekten Wärmetausch mit durch Dampf erhitztem
Wasser.
In flüssigem Zustand gelagerten tiefkalten Gasen muß für
viele Anwendungen Wärme zugeführt werden, um sie zu
verdampfen und/oder anzuwärmen. So wird z.B. Wasserstoff,
in Zukunft an Bedeutung als Energieträger gewinnen wird,
aus Wirtschaftlichkeitsgründen zunehmend in flüssigem
Zustand gespeichert und bei Bedarf vor Ort verdampft und
angewärmt. Auch in anderen Anwendungsbereichen müssen in
kurzer Zeit große Mengen von flüssigem Wasserstoff
verdampft werden. Als Beispiel seien Teststände für
Raketentriebwerke oder Kraftfahrzeugmotoren genannt.
Ähnliche Probleme ergeben sich, wenn in kurzer Zeit große
Gasmengen angewärmt werden müssen, z.B. weil kaltes Abgas
anfällt und Nebelbildung nach dem Ablassen in die
Umgebung verhindert werden muß.
Es ist üblich, den zu verdampfenden und/oder
anzuwärmenden Stoffen durch Wärmetausch mit einem
Flüssigkeitsbad Wärme zuzuführen. Das Flüssigkeitsbad
wird dabei elektrisch beheizt oder durch Dampf erhitzt.
Diese Verfahren weisen den Nachteil auf, daß sie in der
Praxis nicht zufriedenstellend arbeiten und insbesondere
erst nach längerer Anlaufzeit einsatzbereit sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gegenüber
dem bekannten Verfahren verbessertes Verfahren zu
entwickeln, das insbesondere in kürzester Zeit
einsatzbereit ist.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs beschriebenen
Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Dampf
mindestens teilweise durch Verbrennen von Wasserstoffgas
erzeugt wird. Da diese Art von Dampferzeugung innerhalb
einer Startzeit von nur etwa 1 Sekunde ihre volle
Leistung erreicht, ergeben sich sehr kurze Anlaufzeiten
für das Verfahren. Somit können auch kurzzeitig in großen
Mengen anfallende tiefkalte Gase oder Flüssigkeiten
verdampft und/oder angewärmt werden.
Außerdem kann durch eine wenig aufwendige Steuerung der
Wasserstoffzufuhr die erzeugte Dampfmenge eingestellt
werden. Damit ergibt sich der Vorteil, daß die
Wärmeleistung des Systems leicht geregelt werden kann.
Dabei ist es auch möglich, den Wärmetausch zwischen Dampf
und zu verdampfenden und/oder anzuwärmenden Stoffen ohne
Wasserbad durchzuführen.
In einer speziellen Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Verfahrens zum Verdampfen und Anwärmen von flüssigem
Wasserstoff wird der zur Dampferzeugung zu verbrennende
Wasserstoff mindestens teilweise dem Strom des
verdampften Wasserstoffs entnommen. Dadurch wird die zur
Dampferzeugung und -erhitzung benötigte Energie direkt
aus dem am Verfahren beteiligten Gas gewonnen und muß
nicht über Fremdmedien wie elektrische Energie oder
Heizgas bezogen werden. Dadurch werden auch
Sicherheitsprobleme wie z.B. die Explosionsgefahr bei
Elektroerhitzern vermieden.
In einer weiteren speziellen Anwendung des
erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verdampfen und Anwärmen
von flüssigem Sauerstoff wird der zum Verbrennen
benötigte Sauerstoff mindestens teilweise dem Strom des
verdampften Sauerstoffs entnommen. Auf diese Weise
braucht der Sauerstoff nicht durch zusätzliche
Einrichtungen von außen in die Verbrennung eingebracht zu
werden. Falls sowohl Wasserstoff als auch Sauerstoff in
dem Verfahren verdampft werden sollen, wie etwa bei der
Anwendung zur Erzeugung und Erwärmung von Treibstoff für
Raketentriebwerke, ergibt sich in Kombination mit dem
vorhergehenden Erfindungsmerkmal, das sich auf das
Verdampfen und Anwärmen von flüssigem Wasserstoff
bezieht, ein Verfahren, das im wesentlichen ohne Stoff-
und Energiezufuhr von außen durchgeführt werden kann.
In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird dem durch Verbrennen erzeugten Dampf
Wasser in flüssigem oder dampfförmigem Zustand
beigemischt. Durch Verdampfen und/oder Erhitzen von
zusätzlich beigemischtem Wasser läßt sich die beim
Verbrennen entstandene Wärme besonders günstig zur
Erhitzung des Wasserbades nutzen.
Es erweist sich als zweckmäßig, wenn das dem Dampf
beigemischte Wasser der Wärmetauscheinrichtung entnommen
wird. So wird der zur Erhitzung des Wasserbades
kondensierte Dampf wieder zur Dampferzeugung
zurückgeleitet, so daß ein im wesentlichen geschlossener
Dampf-/Wasserkreislauf entsteht.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens zum Verdampfen und/oder
Anwärmen von tiefkalten Flüssigkeiten oder zum Anwärmen
von tiefkalten Gasen mit einem über eine Dampfleitung mit
einem Dampferzeuger verbundenen Wasserbadanwärmer, durch
den Rohre für die zu verdampfenden und/oder anzuwärmenden
Stoffe führen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der
Dampferzeuger eine Verbrennungseinrichtung enthält, in
der mindestens ein Teil des Dampfes durch Verbrennen von
Wasserstoff erzeugt wird.
ln einer vorteilhaften Weiterbildung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Dampferzeuger über
eine Wasserleitung mit dem Wasserbad des
Wasserbadanwärmers verbunden.
Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung
werden im folgenden anhand eines schematisch
dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
Die Fig. 1 zeigt hierbei eine Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verdampfen und Anwärmen
von flüssigem Wasserstoff.
Der flüssige Wasserstoff wird einem Tank 1 über eine
Leitung 3 entnommen und einem Wasserbadanwärmer 5
zugeführt. Er wird im Wärmetausch mit dem Wasserbad
verdampft und angewärmt und gasförmig über eine Leitung
18 weitergeführt.
Ein Teil des gasförmigen Wasserstoffs wird als ein
Seitenstrom 6 abgezweigt und durch die
Speichereinrichtung 8 über Leitung 10 in den
Dampferzeuger 12 eingebracht. Dort wird der Wasserstoff
zusammen mit Sauerstoff oder Luft 11 verbrannt. Die
Speichereinrichtung 8 dient insbesondere zum Start des
Dampferzeugers bei Inbetriebnahme der Vorrichtung. Es
braucht damit kein Wasserstoff von außen (etwa aus
Druckflaschen) bezogen zu werden, sondern der zum
Anfahren benötigte Brennstoff kann der
Speichereinrichtung entnommen werden. Diese
Ausführungsform ist besonders günstig, wenn der
gasförmige Wasserstoff unter Druck erzeugt wird. Es ist
darüber hinaus möglich, den Seitenstrom 6 vor der
Speichereinrichtung 8 zusätzlich zu verdichten, um den
für den Start des Dampferzeugers notwendigen Druck zu
erreichen.
Der in der Figur dargestellten Ausführungsform verhilft
eine Leitung 21 zu einer besonders vorteilhaften
Vorrichtung zur Erhöhung des Druckes in der
Speichereinrichtung 8. Über diese Leitung kann
beispielsweise beim Anfahren des Dampferzeugers flüssiger
beziehungsweise verdampfender Wasserstoff in die
Speichereinrichtung 8 eingeführt werden, um den
notwendigen Zünddruck im Dampferzeuger herzustellen. Die
durch Leitung 21 strömende Wasserstoffmenge wird dabei
durch ein in der Figur nicht gezeigtes Ventil gesteuert.
Der beim Verbrennen erzeugte Dampf wird über eine
Dampfleitung 13 dem Wasserbadanwärmer 5 zugeführt und
dort kondensiert. Die zugeführte Wassermenge wird an der
Oberfläche des Wasserbades als Überlauf 14 wieder
abgeführt und über eine Pumpe 16 in den Dampferzeuger 12
eingebracht. Das in den Dampferzeuger eingespritzte
Wasser 17 wird in dem sehr heißen Dampf aus der
Verbrennungsreaktion verdampft und erhitzt und erneut dem
Wasserbad zugeführt. Es entsteht so ein im wesentlichen
geschlossener Dampf-/Wasserkreislauf, nur die in der
Verbrennungsreaktion gebildete zusätzliche Wassermenge 15
muß entfernt werden.
Eine mögliche Erweiterung des Verfahrens auf das
Verdampfen und Anwärmen von flüssigem Sauerstoff ist in
Fig. 1 gestrichelt dargestellt. Diese Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens ist z.B. für die
Bereitstellung von Treibstoff an einem Teststand für
Raketentriebwerke besonders vorteilhaft.
Parallel zum Wasserstoff wird hier flüssiger Sauerstoff 4
einem Tank 2 entnommen und durch den Wasserbadanwärmer 5
geführt. Es wird ein Seitenstrom 7 vom Strom 19
abgezweigt und über eine Speichereinrichtung 9 zum
Sauerstoffeingang 11 des Dampferzeugers 12 geleitet.
Dadurch muß weder Sauerstoff noch Luft von außen dem
System zugeführt werden. Die Aussagen über Seitenstrom 6
und Speichereinrichtung 8 des Wasserstoffzweiges gelten
analog für den in Fig. 1 gestrichelt gezeichneten
Sauerstoffzweig. Über Leitung 22 kann flüssiger
beziehungsweise verdampfender Sauerstoff direkt in die
Speichereinrichtung 9 eingeführt werden, um den Druck im
Dampferzeuger zum Anfahren der Anlage zu erhöhen.
Insgesamt ergibt sich ein Verfahren zum Verdampfen und
Anwärmen von flüssigem Wasserstoff und flüssigem
Sauerstoff, dem in diesem speziellen Fall keine Stoffe
und keine Energie von außen zugeführt werden müssen. Eine
Vorrichtung, die nach diesem Verfahren arbeitet, kann
also weitgehend unabhängig von den
Infrastruktureinrichtungen der Umgebung aufgestellt
werden. Außerdem kann eine solche Anlage sehr kompakt
gestaltet werden.
Unabhängig von der speziellen Ausführungsform weist das
Verfahren den Vorteil einer guten Regelbarkeit auf, so
daß immer die für die jeweilige Menge anzuwärmenden
Stoffes benötigte Dampfmenge zur Verfügung gestellt
werden kann. Es können etwa Durchflußmesser in den
Leitungen 3 und/oder 4 oder - technisch leichter
realisierbar - in den Leitungen 18 und/oder 19 die Menge
des zu erwärmenden Stoffes bestimmen. Zusammen mit der
Verdampfungswärme und der gewünschten Endtemperatur kann
eine Regeleinrichtung die für die Verbrennung benötigte
Wasserstoff- und/oder Sauerstoffmenge berechnen und über
Ventile in den Leitungen 6 und/oder 7 einstellen. Dabei
ist auch eine Steuerung der Wasserpumpe 16 möglich.
Claims (7)
1. Verfahren zum Verdampfen und/oder Anwärmen von
tiefkalten Flüssigkeiten oder zum Anwärmen von
tiefkalten Gasen durch indirekten Wärmetausch mit
durch Dampf erhitztem Wasser, dadurch gekennzeichnet,
daß der Dampf mindestens teilweise durch Verbrennen
von Wasserstoffgas erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 zum Verdampfen und Anwärmen
von flüssigem Wasserstoff, dadurch gekennzeichnet,
daß der zur Dampferzeugung zu verbrennende
Wasserstoff (10) mindestens teilweise dem Strom (18)
des verdampften Wasserstoffs entnommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zum Verdampfen und
Anwärmen von flüssigem Sauerstoff, dadurch
gekennzeichnet, daß der zum Verbrennen benötigte
Sauerstoff (11) mindestens teilweise dem Strom (19)
des verdampften Sauerstoffs entnommen wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem durch
Verbrennen erzeugten Dampf Wasser (17) in flüssigem
oder dampfförmigem Zustand beigemischt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das dem Dampf beigemischte Wasser der
Wärmetauscheinrichtung (5) entnommen wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einem über eine
Dampfleitung mit einem Dampferzeuger verbundenen
Wasserbadanwärmer, durch den Rohre für die zu
verdampfenden und/oder anzuwärmenden Stoffe führen,
dadurch gekennzeichnet, daß der Dampferzeuger (12)
eine Verbrennungseinrichtung enthält, in der
mindestens ein Teil des Dampfes durch Verbrennen von
Wasserstoff (10) erzeugt wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Dampferzeuger über eine Wasserleitung (14)
mit dem Wasserbad des Wasserbadanwärmers (5)
verbunden ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19883837962 DE3837962A1 (de) | 1987-11-13 | 1988-11-09 | Verfahren und vorrichtung zum verdampfen und/oder anwaermen von tiefkalten fluessigkeiten oder zum anwaermen von tiefkalten gasen |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3738560 | 1987-11-13 | ||
DE19883837962 DE3837962A1 (de) | 1987-11-13 | 1988-11-09 | Verfahren und vorrichtung zum verdampfen und/oder anwaermen von tiefkalten fluessigkeiten oder zum anwaermen von tiefkalten gasen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3837962A1 true DE3837962A1 (de) | 1989-05-24 |
Family
ID=25861770
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19883837962 Withdrawn DE3837962A1 (de) | 1987-11-13 | 1988-11-09 | Verfahren und vorrichtung zum verdampfen und/oder anwaermen von tiefkalten fluessigkeiten oder zum anwaermen von tiefkalten gasen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3837962A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117570361A (zh) * | 2023-12-13 | 2024-02-20 | 烟台东德实业有限公司 | 一种高热能利用率的液氢站加氢*** |
-
1988
- 1988-11-09 DE DE19883837962 patent/DE3837962A1/de not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117570361A (zh) * | 2023-12-13 | 2024-02-20 | 烟台东德实业有限公司 | 一种高热能利用率的液氢站加氢*** |
CN117570361B (zh) * | 2023-12-13 | 2024-06-07 | 烟台东德实业有限公司 | 一种高热能利用率的液氢站加氢*** |
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