DE871291C - Waermeuebertragungssystem und Verfahren zur Waermeuebertragung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Nutzbarmachung von Wärmeenergie durch die Verwendung einer Umlaufflüssigkeit und insbesondere Wärmeübertragungssysteme sowie ein Verfahren zur Anwendung von Wärme durch Berührenlassen mit einer Wärmeübertragungsflüssigkeit.

Gewisse Arten von Wärmeübertragungssystemen sind dazu bestimmt, um Wärme auf eine zu erhitzende Oberfläche durch Umlauf einer Flüssigkeit bei einer erhöhten Temperatur im Kreislauf zu übertragen. Die Flüssigkeit hat notwendigerweise einen hohen Siedepunkt, der wesentlich über der Arbeitstemperatur liegt. Ein derartiges System enthält normalerweise einen Generator oder Erhitzer zum Erwärmen der Flüssigkeit, eine Austauscheinheit,, die das zu erhitzende Material enthält, eine Vorrichtung zum Bewegen der Flüssigkeit im Kreislauf durch das System, z. B. eine Pumpe, und einen Vorrats« oder Expansionsbehälter zur Aufnahme von Flüssigkeit bei Ausdehnung der Flüssigkeit " während des Erhitzens.

B:ei einem derart einfachen System ergeben sich unter der Voraussetzung, daß die Wärmeübertragungsflüssigkeit beständig ist und im ganzen System in flüssigem Zustand bleibt, keine Schwierigkeiten. Wenn die statische Druckhöhe über dem Dampfdruck aller Bestandteile der Flüssigkeit liegt, so bleibt das Wärmeübertragungsmittel in flüssigem Zustand. Ein solches System, bei dem ein Wärmeübertragungsmittel in flüssigem Zustand verwendet wird, muß von einem System, bei dem das Wärmeübertragungsmittel verdampft und der Dampf zum Erhitzen verwendet wird, unterschieden werden, ■

Wenn die'Temperatur der-Flüssigkeit nahte dem Siedepunkt eines ihrer Bestandteile ist, so kann es unmöglich werden, den zur Verhinderung der Verdampfung von mindestens einem Teil der Flüssigkeit notwendigen Druck aufrechtzuerhalten. Wenn die Temperatur sich dem Siedepunkt eines· Bestandteiles der Flüssigkeit bei dem im System herrschenden Druck nähert, besteht stets die Möglichkeit der Dampfbildung. Ferner neigen derartige Flüssigkeiten oft zur Zersetzung infolge Krackens, Spaltungsaktionen oder anderer Arten von Reaktionen, wenn sie lange Zeit auf hohen Temperaturen gehalten werden, so daß' Bestandteile mit niedrigeren Siedepunkten frei werden.

Wenn aus irgendeinem Grunde Dampfbildung stattfindet, so kann das System durch Dampfblasenbildung verstopft werden. Die Dampfbildung kann am leichtesten an dem Punkt geringsten Druckes eintreten, was im allgemeinen an der Einlaßseite der Pumpe der Fall ist. Wenn Dampfblasen in der Pumpe gebildet sind, so wird der Umlauf der Flüs>sigkeit durch das System unterbrochen. Nachdem der Umlauf gestört ist, wird die Zersetzung der Flüssigkeit an bestimmten Punkten infolge Überhitzens unter Bildung weiteren Dampfes und oft unter Bildung von Harzen oder anderen Feststoffen, die in den Leitungen niedergeschlagen werden, beschleunigt.

Bei den oben beschriebenen Schwierigkeiten infolge Zersetzung der Flüssigkeit kann· die Bildung niedrigersiedender Bestandteile das Ergebnis einer' im wesentlichen irreversiblen Reaktion sein. In derartigen Fällen sind die niedrigsiedenden Bestandteile in dem System ohne Wirkung, und ihre Gegenwart ist aus den obenerwähnten Gründen unerwünscht. Das Kracken von Kohlenwasserstoffölen ist typisch für diese Art von Reaktionen.

Die Bildung niedrigere iedender Bestandteile kann jedoch auch das Ergebnis einer Dissoziation bzw. einer Reaktion sein, die wenigstens bis zu einem gewissen Grade reversibel ist. In derartigen Fällen ist es erwünscht, die niedrigsiedenden Bestandteile in Berührung mit der Flüssigkeit zu halten, um die Spaltung zurückzudrängen und die Wiedervereinigung der Bestandteile unter dafür günstigen Bedingungen zu ermöglichen. Die Dis-, soziation organischer Silicate ist ein Beispiel für eine solche Reaktion. Aus Tetraarylsilicaten werden beispielsweise nach längerem Erhitzen bei hoher Temperatur Phenole in Freiheit gesetzt, die unterhalb der Temperatur sieden, bei der das System unter Verwendung von Tetraphenylsilicaten im allgemeinen getrieben wird.

Wenn die.Flüssigkeit in Kontakt mit dem· Phenol . gehalten' wird, so wird die Spaltung zu freiem Phenol bis zu einem gewissen Grade zurückgedrängt, und das Phenol kann sieh, wenigstens zum Teil, mit der Flüssigkeit wieder vereinigen unter Bedingun-. gen, die dafür günstig sind, wie z. B, beim Kühlen der Flüssigkeit. Eine gewisse Zersetzung in der Art von Reaktionen, die nicht reversibel sind, beispielsweise die Bildung von Kohlenwasserstoffen, kann stattfinden, jedoch können durch sorgfältige Auswahl" des Tetraarylsilicates in bezug auf die Arbeitetemperatur die irreversiblen Spaltungs- oder Zersetzungsreaktionien auf ein geringstes Maß herabgesetzt werden, wenn alles freiwerdende Phenol in dem System im Berührung mit der Flüssigkeit in dem System gehalten wird.

Schwieriger ist es·, wenn das Tetraarylsdlikat Tetrakresylsilicat ist oder dieses· enthält. Die Verwendung dieser Verbindungen wurde wegen ihrer hohen Siedepunkte und tiefen Gefrierpunkte vorgeschlagen. Mischungen mit 20% Tetrakresylorthosilicat und 8o°/o Tetraphenylorthosilicat wurden in der Patentliteratur empfohlen. Die Erfahrung hat gezeigt, daß derartige Mischungen keine ausreichend tiefen Gefrierpunkte haben, und infolgedessen enthalten die meisten der handelsüblichen Gemische annähernd 40% Tetrakresylorthosilicat und 60% Tetraphenylorthosilicat.

Es wurde, gefunden, daß, wenn reines Tetrakresylorthosilicat oder Mischungen · daraus mit Tetraphenylorthosilicat hohen Temperaturen, z.B. in der Größenanordnung von 371⁰ C, während einer Zeit von einigen Monaten ausgesetzt sind, selbst in einem geschlossenen System, aus- dem weder Flüssigkeit noch Dampf entweichen und in das weder Luft, Feuchtigkeit noch Verunreinigungen eindringen können, wesentliche Mengen an niedrigersiedenden Produkten gebildet werden. Diese Stoffe sind weitgehend niedrigsiedende Substanzen und bestehen aus Phenol und Kresol, die unter geeigneten Bedingungen reassoziieren können, sowie aus Benzol, Toluol, Xylolen und anderen Kohlenwasserstoffen, von denen angenommen werden muß, daß sie nicht zu reassoziieren vermögen. Während ein System, bei dem eine derartige Flüssigkeit verwendet wird, zu Anfang einige Zeit lang bei der gewünschten hohen Temperatur betrieben werden kann, kann es bei einem Betrieb während einiger Monate notwendig werden, die Arbeitstemperatur allmählich herabzusetzen, um die Bildung von Dampfblasen in der Pumpe infolge Freiwerdens von Dämpfen bei höheren Temperaturen zu vermeiden.

Es wurde nun festgestellt, daß, wenn gasförmige, niedrigsiedende Bestandteile der Flüssigkeit abgetrennt wenden bevor beträchtliche Mengen davon die Pumpe erreicht haben, die Betriebsdauer des Systems verlängert werden'kann. Dementsprechend besteht die Erfindung darin, ein Verfahren zum Abtrennen gasförmiger, niedrigsiedender Bestandteile 'aus Wärmeübertragungsmitteln bei normaler Verwendung und ein Wärmeübertragungssystem vorzusehen, in dem Mittel zum Abtrennen von Gas aus der Flüssigkeit während des normalen Kreislaufes durch das System enthalten¹ sind.

Ferner besteht die Erfindung darin, ein Wärmeübertragungssystem der beschriebenen Art vorzusehen, das- eine Sammelvorrichtung und einen Gasabscheider sowie eine Vorrichtung zum Ausströmentlassen des· Gases daraus in die Sammelvorrichtung enthält.

Weiterhin sieht die Erfindung in einem Wärmeübertragungssystem eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Abtrennen von Gasen aus Flüssigkeiten

und ein, Ansammeln der Gase in flüssigem Zustand in einem anderen Teil des Systems vor.

Ferner besteht die Erfindung in einem Verfahren oder einem System, in dem die niedrigersiedenden Bestandteile abgetrennt und kondensiert und, ungeachtet der Abtrennung dieser niedrigersiedenden Bestandteile aus der Flüssigkeit, um die Bildung von Gasblasen in dem System zu verhindern, die Gase in Berührung mit der Flüssigkeit gehalten

ίο werden, -so daß die Dissoziation auf ein Minimum herabgesetzt und die Wiedervereinigung der abgetrennten Bestandteile unter günstigen Bedingungen ermöglicht wird. In dieser Hinsicht wird nach der Erfindung die Flüssigkeit in dem System in einem chemischen und physikalischen Gleichgewicht gehalten.

Das Wärmeübertragungssystem nach der Erfindung enthält eine Vorrichtung zum Erhitzen der Flüssigkeit, eine durch die Flüssigkeit zu erwärmende Vorrichtung, eine Vorrichtung zum Fördern der Flüssigkeit im Kreislauf von der Erhitzung^ vorrichtung zu der zu erwärmenden Vorrichtung, eine Sammelvorrichtung zur Aufnahme von Umlaufmitteln (Flüssigkeit oder Gas) aus dem System und zur Abgabe von Flüssigkeit an das System und eine Vorrichtung zum Abtrennen von Gas aus der Flüssigkeit bzw. zur Überführung des Gases in die Sammelvorrichtung.

Das System kann· gegen die Atmosphäre abgeschlossen arbeiten, wobei dann die Drucke in, dem System beschränkt sind auf die statische Druckhöhe in den Leitungen und die kinetischen Druckhöhen, die durch den Umlauf bewirkt werden. Das System kann aber auch so arbeiten, daß ein positiver Druck über den. Atmosphärendruck hinaus auf das System ausgeübt wird,'d.h., das System kann mit Überatmosphärendruck betrieben werden. In beiden Fällen wird die Zersetzung der Flüssigkeit gehemmt, wenn der Druck auf das System in ausreichendem Maße= die Partialdrucke der niedrigsiedenden Bestandteile in der Umlaufflüssigkeit übersteigt, so daß wesentliche Mengen dieser Substanzen in der flüssigen Phase verbleiben. Der Druck braucht nicht, obgleich dies der Fall sein kann, auszureichen, um im wesentlichen alle niedrigsiedenden Substanzen, einschließlich der Zersetzungsprodukte, in der Umlaufflüssigkeit zurückzuhalten. Die Anwesenheit wesentlicher Mengen derartiger Substanzen scheint die Zereetzungsreaktion bereits zu unterdrücken.

Wenn der Partialdruck der niedrigsiedenden, Substanzen in der Umlaufflüssigkeit den Druck auf die Flüssigkeit, gleichgültig ob bei Atmosphärendruck oder positivem Überdruck gearbeitet wird, über^- steigt, so können die entsprechenden Gase aus, der Flüssigkeit, obgleich nicht aus dem· System, entweichen und werden beispielsweise in einem Vorratsbehälter gesammelt, von dem aus sie in erwünschter Weise in das System zurückgeführt werden können, beispielsweise wenn die Arbeitstemperatur des Systems gesenkt wird oder Flüssigkeit aus dem System an einem anderen Punkt entnommen wird.

Das Verfahren nach der Erfindung besteht daher nicht nur darin, die niedrigsiedenden Bestandteile aus der Wärmeübertragungsflüssigkeit zu entfernen, um ihre Ansammlung bis zu einer Menge, bei der Gasblasenbildung auftritt, zu verhindern, sondern auch darin, das System unter einem Überdruck zu halten, um in der Flüssigkeit niedrigsiedende Bestandteile, die bei der Zersetzung der Flüssigkeit während des Betriebes frei werden können, in, einer Menge zurückzuhalten, die ausreicht, um die Zersetzung der Flüssigkeit zu hemmen, während den tiefsiedenden Bestandteilen im Überschuß gegenüber dieser Menge, vorzugsweise unter Ansammlung in einem anderen Teil des Systems, ein Entweichen aus der Flüssigkeit gestattet wird.

Ein anderer wesentlicher Gesichtspunkt der Erfindung ist die Anordnung der Elemente zueinander. Der Wärmeerzeuger und das zu erwärmende Material sinid so miteinander gekoppelt, daß* die erwärmte Flüssigkeit zu dem zu erwärmenden Material gefördert werden und die abgekühlte Flüssigkeit zu dem Wärmegenerator zurückkehren kann. Die Umlauffördervorrichtung, im allgemeinen eine Pumpe, kann in der Leitung, die vom Wärmeerzeuger wegführt, oder in der Leitung, die die Flüssigkeit zu ihm zurückführt, angeordnet sein. Aus später zu erörternden Gründen wird letzteres im allgemeinen bevorzugt. Die Gasabtrennvorrichtung ist jedoch in der Nähe der Umlauf fördervorrichtung an deren Einlaßseite angeordnet, da dies der Punkt des geringsten Druckes in dem System ist und die Abtrennung von Gasen an diesem Punkt die größte Sicherheit gegen Störung des Systems infolge Gasblasenbildung in der Umlauffördervorrichtung bietet.

In der Zeichnung sind einige Ausführungsformen der Vorrichtung nach der Erfindung beispielsweise dargestellt.

Fig. ι ist eine .schematische Ansicht eines Ausführungsbeispieles nach der Erfindung;

Fig. 2 ist ein schematischer Querschnitt durch eine Gasabtrennvorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 3 ist eine gleiche Darstellung einer anderen Ausführungsform einer Gasabtrennvorrichtung;

Fig. 4 ist eine schematische Darstellung eines anderen Ausführungsbeispieles nach der Erfindung.

Das in Fig. 1 dargestellte System· besteht aus einem Generatori, einem Vorratsi- und Expansionsbehälter 2, der mit einer Kühlschlange 3 und einem Kondensationstopf 4 versehen und mit dem Rest des Systems an zwei Punkten verbunden ist, einer Austauschvorrichtung 5, die die zu erwärmende Oberfläche enthält, einem Gasabscheider 6 und einer Pumpe 7 zur Förderung der Flüssigkeit im Kreislauf durch das System in Richtung der Pfeile.

Der Flüssigkeitsstrom durch das System· wird durch Ventile 8 und 9 sowie 11 bis 15 geregelt.

Der Gasabscheider 6 besteht in der dargestellten Form aus einem stationären, aufrecht stehenden Behälter und enthält eine Trennkammer 16, die mit Einlaß- und Auslaßrohren 17 bzw. 18 verbunden ist. Ein Rohr 19 verbindet den oberen Teil der Kammer 16 mit dem Expansionsbehälter 2, wobei der Flüssigkeits- und bzw. oder Gasstrom durch das Ventil 9

geregelt werden..kann. Durch das untere Ende des· Rohres 19 wird der Gasaufnahmeraum 20, der durch den oberen· Teil der Kammer 16 gebildet wird, nach unten begrenzt. Das aus der umlaufenden Flüssigkeit in. der Kammer 16 entweichende Gas neigt dazu, darin aufzusteigen und sich in dem obe^ ren Teil 20 der Kammer 16 anzusammeln. Der Gasabscheider 6 kann eine Reihe verschiedener Formen haben. Er kann einfach ein geschlossener Behälter mit einem Einlaß und Auslaß sein, wie dies in Fig, 2 dargestellt ist. Wenn die Anordnung entsprechend Fig. 2 getroffen ist, wird nur eine geringe Bewegung bzw. Umwälzung stattfinden. Das Gas sammelt sich im oberen Teil des Behälters an und steigt durch das Rohr 19 auf. Der Einlaß und Auslaß können auch entsprechend Fig. 3 angeordnet sein, so daß die Flüssigkeit durch den Behälter unter Wirbelbewegung hindurchtritt. Dies erleichtert die Abtrennung des Gases in der Mitte in der Nähe des Eintritts des Rohres 19. Andere Vorrichtungen, bei denen Gasabscheidung stattfindet, wie beispielsweise Staukörper bzw. -wände, können ebenfalls verwendet werden. Das Rohr 19 kann auch weiter heruntergezogen werden, um eine größere Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche zum Entfernen von an der Oberfläche gebildeten. Blasen vorzusehen.

Zum Ingangsetzen des Systems werden die Ventile 8, 9, 12, 1.3 und 15 geöffnet und die Ventile n und 14 geschlossen. Ein Wärmeübertragungsumlauf mittel, das niedrigsiedende Substanzen entwickeln kann, wird in das System gegeben, bis dies gefüllt ist. Der Brenner des Generators· 1 wird dann geöffnet und die Flüssigkeit erwärmt, wobei man sie zugleich mit Hilfe der Pumpe 7 umlaufen läßt, bis die Arbeitstemperatur erreicht ist. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, verläßt die Flüssigkeit normalerweise durch eine Leitung 21 den Generator i, passiert die Austauscheinheit 5 durch das Ventil 14, gelangt dann durch eine Leitung 22 in den Gasabscheider und in die Kammer 16, durch eine Leitung 23 -zur Pumpe 7 und zurück in den Generator i.Wenn die Flüssigkeit erhitzt wird, so dehnt sie sich aus; der Überschuß kann aus der Leitung 21 durch eine Leitung 24-im den Vorratsbehälter 2 gelangen. Nachdem die Flüssigkeit die Arbeitstemperatur erreicht hat und die Ausdehnung beendet ist, werden die Ventile 8 und 15 geschlossen und das Ventil 14 geöffnet. Damit setzt die Zirkulation durch die Austauscheinheit 5 ein.

Bei normalem Betrieb findet Zersetzung der Wärmeübertragungsflüssigkeit unter Freiwerden niedrigsiedender Substanzen statt. Wenn die Flüssigkeit durch die Kammer 16 des Gasabscheiders 6 tritt, so treten gasförmige, niedrigsiedende Substanzen durch die Flüssigkeit hindurch nach oben und sammeln sich in dem oberen Teil 20 des Abscheiders. Der Druck der Gase steigt, und der Flüssigkeitsrspiegel in dem Abscheider senkt sich infolgedessen, wodurch etwas von der Flüssigkeit in das Rohr 19 gedrückt wird, bis schließlich der Partialdruck des Gases in der Kammer der statischen Druckhöhe der Flüssigkeit in dem Rohr 19 gleich ist. Wenn· das der Fall ist, befindet sich der Flüssigkeitsspiegel gerade an dem unteren Ende des Rohres 19. Wenn sich dann weiter Gas in dem Teil 20 der Kammer ansammelt, so übersteigt der Druck darin die statische Druckhöhe in dem Rohr (und damit in dem System), und sowie der Flüssigkeitsspiegel sich unterhalb des Endes des Rohres senkt, entweicht Gas nach oben durch das Rohr 19 in den Vorratsbehälter 2. Dort wird das Gas durch die Kühlschlangen 3 kondensiert, wenn eine Kühlung durch die Außenluft nicht ausreicht.

Der Teil der Flüssigkeit, der auf diese Weise in den. Vorrats- und Expansionsbehälter übergeführt wird, wird durch Flüssigkeit daraus ersetzt. Auf diese Weise steht die Flüssigkeit in dem Behälter im Gleichgewicht mit der Flüssigkeit in dem System, und der Abscheider bewirkt den Ersatz der ursprünglich in dem Tank befindlichen hochsiedenden Flüssigkeit durch niedrigsiedende Bestandteile, die während des Betriebes gebildet werden.

Allmählich steigt während des Betriebes, wenn die Wärmeübertragungsflüssigkeit sich zersetzt, die Konzentration an flüssigen, niedrigsiedenden Bestandteilen in dem Vorrats- und Expansionsbehälter an. Selbst wenn niedrigsiedenden Bestandteilen in flüssiger Form durch das Rohr 19 in das System zurückkehren, werden sie sofort verdampft, wenn sie auf die heiße Flüssigkeit in der Kammer 16 treffen, und werden entfernt. Die in das System durch das Rohr 19 zurückgelangende Flüssigkeit ist ein Gemisch aus hoch- und niedrigsiedenden Bestandteilen. Die hochsiedenden Substanzen gehen in die Systemflüssigkeit, während die niedrigsiedenden Substanzen wieder abgetrennt werden. Auf diese Weise sind die niedrigsiedenden Bestandteile in Berührung mit der Flüssigkeit in dem System und für Wiedervereinigungsreaktionen bzw. zum Zurückdrängen der Zersetzung, die in Abhängigkeit von der Flüssigkeit und der Betriebstemperatur stattfinden können, verfügbar.

Bei Tetraarylorthosilicaten ist es erwünscht, daß Phenol in der Flüssigkeit gegenwärtig ist, da dadurch die Zersetzung auf ein Minimum herabgesetzt und die Spaltung unterdrückt wird. Die Gegenwart des Phenols ist nur dann von Nachteil, wenn sie eine Unterbrechung des Kreislaufs des Systems bewirkt. Bei dem System nach der Erfindung enthält die Flüssigkeit stets die maximale Menge an Phenol, die unter den Betriebsbedingungen geduldet werden kann. Wenn beispielsweise die Bedingungen] sich verändern, so daß eine größere Menge Phenol in der Flüssigkeit vorhanden sein kann, so kehrt Flüssigkeit von dem Vorratstank durch das Rohr 19 in die Flüssigkeit zurück. Der Überschuß wird zur Wiedervereinigung unter geeigneten Bedingungen mit der Flüssigkeit bereit gehalten. Sb stellt sich also die chemische Zusammensetzung der Flüssigkeit selbst entsprechend den Erfordernissen des Systems ein, und im Hinblick hierauf ist das System sowohl im chemischen als auch im physikalischen Gleichgewicht.

Wenn der Expansions- und Vorratsbehälter lediglich niedrigsiedende Substanzen enthält, so kann das System nicht länger in-der Weise arbeiten, daß

niedrigsiedende Bestandteile entfernt werden, da die Flüssigkeit, die als Gas durch die Leitung 19 entfernt wird, die gleiche ist wie diejenige, die als Flüssigkeit zurückgeführt wird. In solch einem Falle kann die Flüssigkeit in dem Tank durch frische Wärmeübertragungsflüssigkeit ohne Unterbrechung des Betriebes des· Systems ausgewechselt werden. Durch diese Hilfsmaßnahme kann die Lebensdauer der Flüssigkeit unibeschränkt verlängert werden. Es wurden keine Schwierigkeiten, wie z. B* verminderte Pumpbarkeit, in Erfahrung gebracht.

Wenn das System abgeschaltet wird, so kühlt sich die Wärmeübertragungsflüssigkeit natürlich! ab und zieht sich in beträchtlichem Maße zusammen. Wenn die Kontraktion der Flüssigkeit fortschreitet, so fließen kondensierte, tiefsiedende Substanzen durch das Rohr 19 in das eigentliche Umlaufsystem. Dies erhöht die Konzentration an tiefsiedenden Substanzen in der Umlaufflüssigkeit. Bei Flüssigkeiten, bei denen die niedrigsiedenden Bestandteile sich chemisch mit der Flüssigkeit wieder vereinigen können, findet diese Wiedervereinigung rasch statt. Wenn das System erneut in Gang gesetzt wird, so werden die vorhandenen oder gebildeten niedrigsiedenden Substanzen während des Betriebes wieder in dem Vorratsbehälter zurückgehalten.

Die schematisch in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung nach der Erfindung kann in einfacher Weise zum Betrieb bei Überatmosphärendruck verwendet werden. Es wird dann Druck auf das System ausgeübt und durch eine Druckregel- und Vakuumausgleichisvorrichtung, die mit dem Vorratsbehälter verbunden ist, konstant gehalten, und zwar wird der Druck auf die Oberfläche der Flüssigkeit in dem Behälter ausgeübt und dadurch auf das. System übertragen. In anderer Hinsicht ist das System gleich dem der Fig. i, und auch seine Arbeitsweise ist die gleiche. Wenn jedoch das abgeänderte System unter Überatmosphiärendruck steht, so muß das in Teil 20 des Abscheiders angesammelte Gas einem höheren Dampfdruck entsprechen als in der nicht abgeänderten Vorrichtung der Fig. 1, bevor die Flüssigkeit unter die Ebene des Rohres 19 gedruckt werden und Gas· in den Vorratsbehälter entweichen! kann. Der höhere Gasdruck in dem Teil 20 neigt dazu, das Entweichen von Gas aus der Wärmeübertragungstflüssigkeit zu verhindern, so daß eine höhere Konzentration von niedrigsiedenden Bestandteilen in der Wärmeübertragungsflüssigkeit aufrechterhalten wird.

Wenn das System unter Überatmosphärendruck in Gang gesetzt wird und die Zersetzung der Wärmeübertragungsflüssigkeit beginnt, so werden niedrigsiedende Zersetzungsprodukte in der Flüssigkeit angesammelt, bis ider Partialdruck dieser Produkte dem auf das System angewendeten Druck entspricht. Danach entweichen die gasförmigen Zersetzungsprodukte aus der Flüssigkeit im Gasabscheider genau so lebhaft wie in dem unter Atmosphärendruck arbeitenden System.

Um die Vorteile des: Systems nach der Erfindung gegenüber dem üblichen System zu veranschaulichen, wurde ein gleiches System wie das in Fig. 1 gezeigte, das jedoch keinen Gasabscheider 6 und das kein mit dem Vorratsbehälter verbundenes Rohr 19 enthielt, betrieben. Das System w^;urde mit einem Tetraarylsilicat gefüllt, das im wesentlichen aus 60% Tetrapbenylsilicat und 40% Tetrakresylsilicat bestand. Die Flüssigkeit wurde auf eine Temperatur von 427⁰C erhitzt. Beim Arbeiten bei dieser Temperatur fand bereits nach wenigen Stunden Gasblasenbildung in der Pumpe statt. Die Temperatur wurde allmählich gesenkt und bei derjenigen höchsten Temperatur gehalten, bei der keine Gasblasen, auftraten. Nachdem das System einige Tage in Tätigkeit war, betrug die höchste Temperatur, die aufrechterhalten werden konnte, 249⁰ C. Obgleich die niedrigsiedenden Zersetzungsprodukte in der Flüssigkeit zu dieser Zeit lediglich einige Prozente ausmachten, reichte diese geringe Menge niedrigsiedender Bestandteile aus, ein Herabsetzen der Betriebstemperatur erforderlich zu machen, um den Umlauf in dem System aufrechtzuerhalten. Entsprechend Fig. 1 wurdedann ein Gasabscheider eingebaut und mit dem Vorrats- und Expansionsbehälter mittels des Rohres 19 verbunden (Fig. 1). Das System wurde erneut in Betrieb gesetzt und die Temperatur langsam auf 382⁰ C erhöht. Bei dieser Temperatur konnte das System 10 Tage lang ohne Unterbrechung des Flüssigkeitskreislaufes gehalten werden. Während dieser Zeit wurden die niedrigersiedenden Bestandteile abgetrennt und in dem Vorrats- und Expansionsbehälter angesammelt, wie die Analyse des Materials in diesem Behälter zeigte.

An dem Gasabscheider können eine Reihe von Veränderungen vorgenommen- werden, ohne daß der Erfindungsgedanke verlassen wird. Beispielsweise braucht das Rohr 19 sich nicht in die Trennkammer ιό hinein zu erstrecken. In diesem Falle werden· die gasförmigen, niedrigsiedenden Substanzen nicht in dem oberen Teil der Kammer 16 gesammelt, sondern sie gelangen direkt durch das Rohr 19 in den Vorratsbehälter, wenn sie gebildet werden. Das System arbeitet trotzdem unter einer Druckhöhe, die dem i°5 durch die Flüssigkeit in dem Vorratsbehälter und in dem Rohr 19 auf die umlaufende Flüssigkeit ausgeübten Druck entspricht.

Das System kann auch mit einer Pumpe betrieben werden,, die in der Leitung 21 zwischen dem Generator und der Austauscheinheit angeordnet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Gasabscheider ebenfalls an der Einlaßseite der Pumpe angeordnet, d. h. zwischen dem Generator und der Pumpe, und er ist in gleicher Weise durch das Rohr 19 mit dem Vorrats^ und Exparasionsbehälter verbunden. Da die Flüssigkeit beim Verlassen des Generators, eine höhere Temperatur hat als beim Zurücklaufen in den Generator, hat sie auch eine größere Neigung zur Dampfbildung. Im Hinblick auf die Tatsache, daß die höchste Temperatur und der geringste Druck in dem System an der Einlaßseite der in der Leitung 21 angeordneten Pumpe herrschen, wird aller Dampf, der sich zu bilden vermag, an diesem Punkt entstehen. Daher werden mehr niedrigersiedende Bestandteile entfernt, wenn die Pumpe und der

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Gasabscheider, in der Leitung'21 angeordnet sdnd, als wenn sie in der Leitung 22, 23 angeordnet sind, wie dies in Abb. 1 dargestellt ist.

Bei Verwendung von Tetraarylorthosilicateh ist S es erwünscht, nur die geringstmögliche Menge an Phenol und anderen Zersiatzungsprodukten zu entfernen und doch den Kreislauf aufrechtzuerhalten, wie dies oben dargelegt wurde.

Aus diesem Grunde ist es in einem System, in dem Arylorthosilicate als Wärmeübertragungsmittel verwendet' werden, in "höchstem Grad© wünschenswert, die Pumpe und den Gasabscheider in der Rücklaufleitung anzuordnen, wie dies· in Fig. 1 dargestellt ist. Im Falle anderer Wärmeübertragungsflüssigkeiten, wie z. B. Kohlenwasserstoffölen, bei denen."keine reversiblem Reaktionen stattfinden und" bei denen die Rückführung'größerer Mengen niedrigsiedender Bestandteile das System nicht beeinflußt, ist es genau so vorteilhaft, die Pumpe und . 20 den Gasabscheider in der Leitung 21 vorzusehen^ wobei natürlich der Gasabscheider an der Einlaßt seite der Pumpe angeordnet sein muß.

In einem weiteren!, schematisch in Fig. 4 dargestellten Ausf ührunigsibeispiel der Erfindung wird vor allem auf den Kreislauf hingewiesen, der ein Venturirohr 24, einen Wärmeerzeuger 1, einen Ab-· scheider :6, einen Kondensor (Wärmeaustauscher) 25 und ei© Strömungsregelventil 26 enthält. Das Wärmeübertragungsmittel folgt dem Fließweg, der die Pumpe 27, das Venturirohr 24, den Wärmeerzeuger i, den Abscheider 6 und die Austausch-' einheit 5 umfaßt, und enthält auf diesem Wege stets mindestens denjenigen Prozentsatz an flüchtigen (oder phenolischen) Stoffen, der der Temperatur und dem statischen Druck, die in dem Abscheider 6 herrschen, entspricht (unter der Annahme, daß das Gesetz nach Henry und Raoult gift).'Der größere Teil der flüchtigen Stoffe folgt dem ersten Kreislauf. Die Antriebskraft in dem'unteren Fließweg ist natürlich die Pumpe 27. Die Antriebskraft in dem oberen Fließ weg stammt aus zwei Quellen, Erstens verringert das Venturirohr den Pumpendruck an der Austrittsseite entsprechend bekannten Gesetzen; zweitens setzt der Kondensor den Druck durch Abkühlen und Kondensieren der Dampfe herab. Daher ist die" Antriebskraft für die Zirkula-■ tion der flüchtigen (oder phenolischen) Stoffe im wesentlichen die Druckdifferenz, die zwischen dem Abscheider 6 und dem Einlaß des Venturirohres 24 besteht. Es ist wesentlich, daß die Phenole (oder flüchtigen Bestandteile) hinter der Pumpe, um Gas-■;·: Stauung, wie .in manchen gebräuchlichen Zentri-■f ugalpumpen, zu vermeiden, und vor dem Eintritt in' den Wärmeerzeuger ϊ eingeführt werden, so daß die maximale Konzentration an Phenolen (oder anderen flüchtigen Bestandteilen) in der Gegend der höchsten Temperatur vorhanden ist.

Die Strömungsregelung 26 lcann durch Druck-

und'Temperaturbedirigungeri, die irgendwo in dem System Tierrschen, betätigt werden.· 28 ist.- eine Druck- (und Vakuum-) Regelung, die einem doppel-

• ten Zweck dient. Sie regelt das· Niveau des statischen Druckes in dem System und damit die Gleichgewichtslage bzw. den durchschnittlichen Prozentgehalt an Phenol (oder anderen flüchtigen Bestand- teilen), die in dem Teil des Systems verbleiben, in dem eine hohe Temperatur herrscht. Der statische Druck in dem System ist wichtig, da nach dem Henryschen Gesetz in verdünnten Lösungen eine Verdoppelung des absoluten Druckes auch eine Verdoppelung des Gehaltes an idealem Gas oder Dampf in der Flüssigkeit bewirkt. Die Regelung 28 steuert jedoch auch den Flüssigkeitsstrom in'den Vorratsbehälter 2 und aus diesem Behälter in das Hauptsystem und verhindert damit, daß Luft in Berührung mit der heißen Wärmeübertragungsflüssigkeit kömmt, wodurch unerwünschte Oxydation stattfinden würde. 29 ist ein Sammelbehälter zum Ablassen des Hauptsystems und zur Erleichterung des Mischen« der flüchtigen oder phenolischen Flüssigkeiten mit der Wärmeübertragungsflüssigkeit, um deren Viskosität herabzusetzen und auf diese Weise die Pumpbarkeit bei tiefen Temperaturen zu erhöhen, was mit Hilfe der Pumpen 30 und 31 geschieht, .

Im allgemeinen wirkt das System folgendermaßen: Wärmeübertragungsflüssigkeit mit niedrigem Phenolgehalt aus der Pumpe 27 vereinigt sich mit hochphenolhaltigem Gemisch aus dem Ventil 26 an dem Venturirohr 24 und tritt in den Wärmeerzeuger 1 ein, wo sich folgende zwei Wirkungen ergeben:

1. Eine verminderte Zersetzung in dem Hochtemperaturfilm infolge der erhöhten Konzentration an phenolischen Stoffen und

2. eine verringerte Filmtemperatur infolge Erhöhung des Wärmeübertragungskoeffizienten infolge Siedens des Films, wobei sich eine Verringerung der Zersetzung ergibt.

Wenn das Gemisch den Wärmeerzeuger 1 verläßt, ioo tritt es in den Gasabscheider 6, wo der größte Teil der niedrigsiedenden Bestandteile abgetrennt und in den Kondensor 25, in dem diese Bestandteile kondensiert werden, übergeführt wird, worauf er zum Wiedereintritt in den Kreislauf bereit ist.

Obgleich die Anwendung der Erfindung auf aus Tetraarylorthosdlicaten und Kohlenwasserstoffölen zusammengesetzte Wärmeübertragungsflüssigkeiten beschrieben wurde, können nach der Erfindung natürlich auch alle Arten in der Hitze zersetzbare Wärmeübertragungsmittel mit Vorteil angewendet werden, einschließlich Mischungen anderer Silicatester und auch Nichtsllicate, wie beispielsweise chlorierte Diphenyle und andere Flüssigkeiten, die niedrigsiedende Bestandteile bilden, wenn sie während langer Zeit einer hohem Temperatur ausgesetzt sind.

Claims (18)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   ι. Wärmeübertragungssystem zum Betrieb mit Wärmeübertragungsflüssigkeiten, die niedrigsiedende Substanzen in Freiheit zu setzen vermögen, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Erwärmen der Flüssigkeit, Mittel zum For-

   dem der erwärmten Flüssigkeit zu einem zu erwärmendem Material, Mittel zum Zurückführen der Flüssigkeit zu der Vorrichtung zum Erwärmen, eine Fördervorrichtung zum Umlaufenlassen der Flüssigkeit durch das System, eine Vorratsvorrichtung zur Aufnahme von Flüssigkeit aus dem System und zum Zurückführen in das System und eine Vorrichtung zum Abtrennen von Gas aus der Flüssigkeit und zum ίο Überführen des Gases in die Vorratsvorrichtung.
2. 2. Wärmeübertragungssystem nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Abtrennen des Gases von der Flüssigkeit in der Nähe des Einlasses der Umlauffördervorrichtung angeordnet ist.
3. 3. Wärmeübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Abtrennen des Gases von der Flüssigkeit aus einer zur Aufnahme gasförmiger, niedrigsiedender Bestandteile in ihrem oberen Teil eingerichteten Trennkammer besteht und Mittel zum Überführen des Gases daraus in die Vorratsvorrichtung vorgesehen sind, wobei die Abtrennvorrichtung hinter dem zu erhitzenden Material und der Umlauffördervorrichtung angeordnet ist.
4. 4. Wärmeübertragungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennvorrichtung ein durch den Gasdruck in der Abtrennvorrichtung beeinflußtes Mittel zum Regulieren des Ausströmen« des Gases· enthält, wobei das Ausströmen ermöglicht, wenn das Gas einen bestimmten Druck erreicht, und verhindert wird, wenn das Gas diesen bestimmten Druck nicht erreicht hat.
5. 5. Wärmeübertragungssystem nach Anspruch^, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Regulieren des Gasausströmen die Flüssigkeit in der Kammer ist.
6. 6. Wärmeübertragungssystem zum Betrieb mit einer Wärmeübertragungsflüssigkeit, die niedrigsiedende Bestandteile in Freiheit zu setzen vermag, gekennzeichnet durch eine Vorratsvorrichtung zur Aufnahme von Flüssigkeit aus dem System und zum Zurückführen von Flüssigkeit in das System und in Aufeinanderfolge eine Vorrichtung zum Erwärmen der Flüssigkeit, Mittel zum Überführen der Flüssigkeit zu einem zu erhitzenden Material, eine zu erhitzende Austauscheinheit, Mittel zum Zurückführen der Flüssigkeit, die eine Vorrichtung zum Abtrennen des Gases aus der Flüssigkeit enthalten, die aus einer zur Aufnahme der gasförmigen, niedrigsiedenden Substanzen in ihrem oberen Teil eingerichteten Trennkammer und aus einer Vorrichtung zur Entnahme von Gas daraus besteht, die ein Rohr enthält, dasi sich nach unten in die Kammer durch den Gassammelraum der Trennkammer erstreckt und dessen unteres Ende normalerweise in die in der Kammer enthaltene Flüssigkeit eintaucht, wobei das Entweichen des Gases daraus durch den Gasdruck in dem Gassammeiraum geregelt, die Ent nahme des Gases, wenn das Gas einen Druck erreicht hat, der den Flüssigkeitsspieger unter das untere Ende des Rohres herabdrückt, ermöglicht, und, wenn das Gas. nicht einen Druck erreicht hat, der ausreicht, um den Flüssigkeitsspiegel unter das untere Ende des Rohres zu drücken, verhindert wird sowie eine Fördervorrichtung zum Umlaufenlassien der Flüssigkeit.
7. 7. Wärmeübertragungssystem nach Ansprucho, dadurch gekennzeichnet, daß. das: Gas aus der Abscheidevorrichtung in einen Kondensor geleitet wird.
8. S.WärmeübertragungssystemnachAnspruchiö, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas aus der Abscheidevorrichtung mittel eines Venturirohres in den Flüssigkeitskreislauf zurückgeführt wird.
9. 9. Wärmeübertragungssystem nach Anspruchö, dadurch gekennzeichnet, daß der statische Druck in dem System durch eine Druck- und Vakuumregelvorrichtumg gesteuert wird.
10. 10. Wärmeübertragungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß dieDruck- und Vakuumregelvorrichtung auch den Flüssigkeitsstrom in die Vorratsvorrichtung und aus dieser Vorrichtung steuert.
11. 11. Wärmeübertragungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekenmzeichnet, daß ein Sammelbehälter zum Ablassen des Systems vorgesehen ist, aus dem die Flüssigkeit in die A⁷Orratsvorrichtung zurückgeführt werden kann.
12. 12. Wärmeübertragungssystem zum Betrieb mit einer Wärmeübertragungsflüssigkeit, die unterhalb der Betriebstemperatur der Wärmeübertragungsflüssigkeit siedende Substanzen in Freiheit zu setzen vermag, gekennzeichnet durch einen Wärmeerzeuger, ein zu erwärmendes Material, eine Pumpe zum Fördern der Flüssigkeit im Kreislauf durch den Wärmeerzeuger und das zu erwärmende Material, einen Vorrats- und Expansionsbehälter, eine Gasabscheidevorrichtung zum Trennen der niedrigersiedenden Bestandteile und zum Überführen dieser Bestand¹-teile in den Vorrats- und Expansionsbehälter.
13. 13. Wärmeübertiragungssystem nach Anspruch

    12, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasabscheidevorrichtung in der Nähe des Pumpeneinlasses angeordnet ist.
14. 14. Wärmeübertragungssystem nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Leitung zum Fördern der erwärmten Flüssigkeit von dem Wärmeerzeuger zur Austauschvorrichtung und einer Leitung zum Zurückführen der Flüssigkeit von der Austauschvorrichtung zurück zum Wärmeerzeuger.
15. 15. Wärmeübertragungssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasabscheider in der Leitung zum Zurückführen der Flüssigkeit angeordnet ist.
16. 16. Verfahren zum Übertragen von Wärme mit einer erwärmtem Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit erwärmt, im
17. Kreislauf zu dem zu erhitzenden Material geführt und) die abgetrennten Bestandteile, die unterhalb der Temperatar der Flüssigkeit sieden, am Punkt geringstenDruckes abgetrennt werden. jj. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die niedrigsiedenden Substanzen von der Flüssigkeit abgetrennt, jedoch mit ihr in Berührung gehalten werden.
18. 18. Verfahren nach Anspruch i6, dadurch gekennzeichnet, daß die erwärmte Flüssigkeit ein Tetraarylorthosilicat ist und daß die niedrigsiedendem Bestandteile Phenol enthalten.

    Hierzu ι Blatt Zeichnungen

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