Verfahren zum Flüssighalten eines im Betrieb einer Wärmeübertragungsanlage geschmolzenen und umgewälzten Wärmeübertragungsmediums und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens Das Patent betrifft ein Verfahren zum Flüssig halten eines im Betrieb einer Wärmeübertragungs- anlage geschmolzenen und umgewälzten Wärmeüber- tragungsmediums, das bei Zimmertemperatur fest ist.
Das Patent betrifft auch eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Anorganische Salz mischungen, im allgemeinen Eutektika, wie z. B. eine Mischung von 40 Gew.o/o Natriumnitrit, 7 /a Natrium nitrat und<B>50019</B> Kaliumnitrat, bieten zahlreiche Vor teile als wärmeübertragende Medien, einschliesslich Widerstandsfähigkeit gegen Hydrolyse und hohe Wärmeleitfähigkeit. Ihre praktische Verwendung in Zirkulationssystemen war jedoch bisher wegen der Schwierigkeiten beschränkt, die beim Inbetriebsetzen im kalten Zustande auftreten.
Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass beim Stillsetzen der Anlage ein flüchtiges Lö sungsmittel unter einem solchen Druck in einer solchen Menge dem Wärmeübertragungsmedium beigegeben wird, dass das Festwerden des letzteren verhindert wird, und dass das Lösungsmittel beim Betrieb der Anlage durch Aufheizen unter einem zur Aufrechter haltung des flüssigen Zustandes des Wärmeaustausch mediums vorgegebenen Druck verdampft wird.
Die erfindungsgemässe Einrichtung zur Durch führung des Verfahrens weist eine Umwälzvorrich- tung für das Wärmeübertragungsmedium mit einem Vorratsbehälter für dieses und mindestens eine am Vorratsbehälter angeschlossene Leitung für das flüch tige Lösungsmittel auf.
In der beiliegenden Zeichnung sind zwei beispiels weise Ausführungsformen der erfindungsgemässen Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung dargestellt. Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Einrichtung zum über tragen von Wärme, und Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zwei ten Ausführungsbeispiels dieser Einrichtung.
In Fig. 1 ist ein Vorratsbehälter 1 für ein ge schmolzenes, bei Zimmertemperatur feste Form an nehmendes, wärmeübertragendes Medium über eine Flüssigkeitsleitung 2 und eine Umwälzpumpe 3 an ein Heizgerät 4 angeschlossen. Eine Leitungsschleife 5 führt vom Heizgerät 4 zurück zum Behälter 1. Chemische Reaktionsgefässe oder andere, nicht dar gestellte Apparate, welche gekühlt oder erwärmt wer den sollen, können zur Speisung mit dem Wärme übertragungsmedium in üblicher Weise durch nicht gezeigte Anzapfungen in Parallelschaltung zwi schen dem Ein- und dem Austrittsteil der Leitungs schleife 5 angeschlossen sein.
Eine Dampfleitung 6 verbindet den obern Teil des Behälters 1 mit dem obern Teil eines Tanks 7, der ein flüchtiges Lösungs mittel für das Wärmeübertragungsmedium enthält. In der Leitung 6 ist ein Ventil 8 eingebaut, welches sich bei einem vorbestimmten Dampfdruck im Be hälter 1 öffnet und mit einem Druckmesser 9 in Verbindung steht. Der untere Teil des Tanks 7 ist durch eine Flüssigkeitsleitung 10 über eine Pumpe 11 mit einem Zerstäuberring 12 im obern Teil des Behälters 1 verbunden. Eine Kühlwasserschlange 13 ist im Innern des Tanks 7 angeordnet, welcher fer ner mit einem Überdruckventil 14 versehen ist.
Beim Betrieb der Einrichtung wird eine konzen trierte wässrige Lösung einer Salzmischung in den Behälter 1 gefüllt. Dann wird die Pumpe 3 in Betrieb gesetzt und das Heizgerät 4 eingeschaltet bzw. ange- zündet. Wenn die Temperatur der Lösung den Siede punkt erreicht hat, steigt der Druck im Behälter 1 bis auf ungefähr 0,7 kg'cm'. Wenn der Druck diesen Betrag überschreitet, öffnet sich das Ventil 8 und lässt Dampf in den Tank 7 strömen, in welchem dieser Dampf durch die Kühlschlange 13 kondensiert wird.
Bei steigender Temperatur wird das Wasser nach und nach aus dem umgewälzten Wärmeaus tauschmedium ausgetrieben und kondensiert im Tank 7, bis der Schmelzpunkt der Salzmischung erreicht ist. Bei Temperaturen, welche diesen Schmelzpunkt überschreiten, ist das umgewälzte Wärmeaustausch medium praktisch wasserfrei.
Wenn die Wärmeübertragungsanlage ausser Be trieb gesetzt wird, wird die Pumpe 11 mit passender Drehzahl betrieben, um Wasser zum Behälter 1 zu fördern. Beim Bespritzen des geschmolzenen Wärme austauschmediums mit diesem Wasser wird ein Teil des Wassers absorbiert, während der Rest verdampft und durch die Leitung 6 zurück zum Tank 7 gelangt. Ein Druck von ungefähr 0,7 kalcm= wird im Be hälter 1 automatisch aufrechterhalten, bis die Tempe ratur unter etwa 100 C sinkt, bei welcher Tempera tur das Sieden aufhört und das ganze, im Tank 7 enthaltene Wasser in den die Salzlösung enthalten den Behälter 1 gepumpt wird, um letztere beim wei teren Abkühlen im flüssigen Zustand zu erhalten.
Die erforderliche Wassermenge hängt von der Temperatur der Umgebung ab. Falls diese etwas über 20 C liegt, kann beim Verwenden der genannten Salzmischung eine Konzentration derselben von 71 g pro 100 cm3 aufrechterhalten werden. Das Volumen der so erhaltenen Salzlösung beträgt annähernd das Dreifache des Volumens der geschmolzenen Salz mischung. Wenn z. B. das Fassungsvermögen der Umwälzvorrichtung (mit Einschluss des untern Teils des Behälters 1) 100 Liter beträgt, so ist es nötig, ein maximales Fassungsvermögen von etwa 300 Liter vorzusehen, was einem Fassungsvermögen von unge fähr 200 Liter für den Behälter 1 entspricht.
Fig. 2 zeigt eine abgeänderte Einrichtung, bei welcher ein Vorratsbehälter 1 von geringerem Fas sungsvermögen erforderlich ist. Diejenigen Teile, welche den in Fig. 1 gezeigten entsprechen, sind in Fig. 2 mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Zu sätzlich zum Behälter 1 ist bei diesem Ausführungs beispiel ein Hilfsspeicherbehälter 15 für das Wärme übertragungsmedium vorgesehen, dessen unterster Teil ein Rohr 16 mit einem darin untergebrachten Absperrventil 17 an dem untern Teil des Behälters 1 angeschlossen ist.
Eine Dampfleitung 18 führt vom Behälter 15 über ein Absperrventil 19 zur Leitung 6, welche gleichfalls ein Absperrventil 20 aufweist. Eine an beiden Enden mit dem Behälter 1 verbun dene, schleifenförmige Dampfleitung 21 erstreckt sich über ein Absperrventil 22 ins Innere des Behälters 15 und von da ein Stück weit koaxial durch das Rohr 16, verlässt dann letzteres und gelangt wieder zurück zum Behälter 1. Diese Dampfleitung dient als Heizorgan. Beim Betrieb wird zum Stillegen der Einrichtung die Pumpe 11 in Tätigkeit gesetzt, um, wie beim ersten Ausführungsbeispiel, Wasser in den Behälter 1 zu spritzen.
Dieser Vorgang dauert so lange, bis der im Behälter 1 vorhandene Flüssigkeitsspiegel ein vor bestimmtes Maximum erreicht, was durch ein geeig netes, nicht gezeigtes Messgerät angezeigt wird. In diesem Zeitpunkt werden von Hand das Ventil 17 geöffnet und das Ventil 20 geschlossen, während das Ventil 19 offen bleibt, so dass der im Behälter 1 vorhandene Dampfdruck die etwas verdünnte Salz mischung durch das Rohr 16 in den Behälter 15 drückt. Wenn letzterer genügend gefüllt ist, während der Flüssigkeitsspiegel im Behälter 1 auf ein vor bestimmtes Minimum gesunken ist, wird das Ventil 17 von Hand geschlossen, und das Ventil 20 geöffnet. Es wird dann weiter Wasser in den Behälter 1 ge pumpt, während durch die Leitung 6 und das Ventil 8 Dampf entweichen kann, um im Tank 7 zu konden sieren.
Wie zuvor dauert dieser Vorgang so lange, bis das ganze im Tank 7 vorhandene Wasser in den Behälter 1 gepumpt worden ist. Bei geschlossenem Ventil 22 erstarrt das im Behälter 15 vorhandene Wärmeaustauschmedium.
Beim Inbetriebsetzen werden die Ventile 17 und 19 geschlossen, die Ventile 20 und 22 geöffnet, und Kühlwasser strömt durch die Kühlschlange 13. Die Pumpe 3 wird, wie zuvor, zusammen mit dem Heiz- gerät 4 in Betrieb gesetzt, und Dampf gelangt vom Behälter 1 zum Tank 7, sobald der Dampfdruck 0,7 kg'cm= überschreitet, und wird darin konden siert. Gleichzeitig strömt Dampf vom Behälter 1 durch das Ventil 22 und schlägt sich in der durch den Behälter 15 geführten Leitung 21 nieder, wobei er in diesem Behälter 15 und im obern Teil des Rohrs 16 durch Aufschmelzen des erstarrten Wärme austauschmediums einen Durchgang schafft.
Nach dem der Flüssigkeitsspiegel im Behälter 1 auf ein vorbestimmtes Minimum gesunken ist, werden die Ventile 17 und 19 von Hand geöffnet und ersteres lässt Dampf in den Behälter 15 eintreten und darin kondensieren, um dessen Inhalt zu verflüssigen; dieser läuft dann durch das Ventil 17 und das Rohr 16 in den Behälter 1 ab. Überschüssiger Dampf strömt in den Tank 7, wo er sich wie zuvor niederschlägt. Wenn der Behälter 15 leer ist, kann das Ventil 22 geschlossen werden.
Der oben erwähnte Dampfdruck von 0,7 kg cm2 kann selbstverständlich je nach dem verwendeten Wärmeübertragungsmedium ändern; falls dieser Druck den Atmosphärendruck nicht überschreitet, kann das Ventil 8 weggelassen werden.
Ferner kann das Lösungsmittel dem sich ab kühlenden Wärmeübertragungsmedium, falls er wünscht, auch in Dampfform zugeführt werden. So könnte Wasserdampf statt Wasser einer sich abküh lenden Salzmischung zugeführt werden, und zwar zweckmässig erweise unter konstantem Druck von bei spiesweise 0,7 kg,'cm=. Wenn sich dann die Salz- mischung abkühlt, schlägt sich der Dampf nieder und verdünnt langsam diese Mischung, wodurch der flüssige Zustand aufrechterhalten bleibt. Bei dieser Ausführunsart des Verfahrens erübrigt sich der Vor ratstank<B>7,'</B> da der beim Erwärmen der Einrichtung abgegebene Dampf ins Freie abgelassen oder nützlich verwertet werden kann.
Eine solche Verfahrensart kann angewandt werden, ob ein zusätzlicher Vorrats tank für das Wärmeübertragungsmedium eingebaut ist oder nicht. Die Flüssigkeitsleitung sowie die Pumpe zwischen den Behältern für das Lösungsmittel und das wärmeübertragende Medium fallen dann weg und in die Dampfleitung wird ein in beiden Rich tungen wirkendes Druckregulierventil eingefügt.
Method for keeping a heat transfer medium molten and circulated during operation of a heat transfer system liquid and device for carrying out the method. The patent relates to a method for keeping liquid a heat transfer medium which is melted and circulated during operation of a heat transfer system and which is solid at room temperature.
The patent also relates to a device for carrying out the method. Inorganic salt mixtures, generally eutectics, such as. B. a mixture of 40 wt / o sodium nitrite, 7 / a sodium nitrate and <B> 50019 </B> potassium nitrate, offer numerous advantages as heat transfer media, including resistance to hydrolysis and high thermal conductivity. However, their practical use in circulation systems has heretofore been limited because of the difficulties involved in starting up when cold.
The method according to the invention consists in that when the system is shut down, a volatile solvent is added to the heat transfer medium under such a pressure in such an amount that the latter is prevented from solidifying, and that the solvent is maintained during operation of the system by heating under a pressure Maintaining the liquid state of the heat exchange medium given pressure is evaporated.
The device according to the invention for carrying out the method has a circulation device for the heat transfer medium with a storage container for this and at least one line connected to the storage container for the volatile solvent.
In the accompanying drawing, two exemplary embodiments of the device according to the invention for performing the method according to the invention are shown. It shows: FIG. 1 a schematic representation of a first exemplary embodiment of a device for transferring heat, and FIG. 2 a schematic representation of a second exemplary embodiment of this device.
In Fig. 1, a reservoir 1 for a ge melted, solid form at room temperature to accepting, heat-transferring medium via a liquid line 2 and a circulation pump 3 is connected to a heater 4. A line loop 5 leads from the heater 4 back to the container 1. Chemical reaction vessels or other, not presented apparatus, which are cooled or heated to who can be fed with the heat transfer medium in the usual way through taps, not shown, in parallel between the one - And the exit part of the line loop 5 be connected.
A steam line 6 connects the upper part of the container 1 with the upper part of a tank 7 which contains a volatile solvent for the heat transfer medium. In the line 6, a valve 8 is installed, which opens at a predetermined vapor pressure in the loading container 1 and is in communication with a pressure gauge 9. The lower part of the tank 7 is connected by a liquid line 10 via a pump 11 to an atomizer ring 12 in the upper part of the container 1. A cooling water coil 13 is arranged inside the tank 7, which fer ner is provided with a pressure relief valve 14.
During operation of the device, a concentrated aqueous solution of a salt mixture is filled into the container 1. Then the pump 3 is put into operation and the heater 4 is switched on or ignited. When the temperature of the solution has reached boiling point, the pressure in container 1 rises to about 0.7 kg'cm '. When the pressure exceeds this amount, the valve 8 opens and allows steam to flow into the tank 7, in which this steam is condensed by the cooling coil 13.
As the temperature rises, the water is gradually expelled from the circulating heat exchange medium and condenses in the tank 7 until the melting point of the salt mixture is reached. At temperatures which exceed this melting point, the circulated heat exchange medium is practically anhydrous.
When the heat transfer system is put out of operation, the pump 11 is operated at the appropriate speed in order to convey water to the container 1. When the molten heat exchange medium is sprayed with this water, part of the water is absorbed, while the rest evaporates and returns to the tank 7 through the line 6. A pressure of about 0.7 kalcm = is automatically maintained in the Be container 1 until the tempe temperature drops below about 100 C, at which temperature the boiling stops and all the water contained in the tank 7 in the container containing the salt solution 1 is pumped in order to keep the latter in the liquid state during further cooling.
The amount of water required depends on the temperature of the environment. If this is slightly above 20 C, a concentration of 71 g per 100 cm3 can be maintained when using the mentioned salt mixture. The volume of the salt solution thus obtained is approximately three times the volume of the molten salt mixture. If z. B. the capacity of the circulation device (including the lower part of the container 1) is 100 liters, it is necessary to provide a maximum capacity of about 300 liters, which corresponds to a capacity of approximately 200 liters for the container 1.
Fig. 2 shows a modified device in which a storage container 1 of lower Fas solution capacity is required. Those parts which correspond to those shown in FIG. 1 are provided with the same reference numerals in FIG. In addition to the container 1, an auxiliary storage container 15 is provided for the heat transfer medium in this embodiment, for example, the lowermost part of which is a pipe 16 with a shut-off valve 17 housed therein is connected to the lower part of the container 1.
A steam line 18 leads from the container 15 via a shut-off valve 19 to the line 6, which also has a shut-off valve 20. A verbun at both ends with the container 1 dene, loop-shaped steam line 21 extends through a shut-off valve 22 into the interior of the container 15 and from there a bit coaxially through the pipe 16, then leaves the latter and comes back to the container 1. This steam line serves as a heating element. During operation, in order to shut down the device, the pump 11 is activated in order, as in the first exemplary embodiment, to spray water into the container 1.
This process lasts until the liquid level present in the container 1 reaches a certain maximum, which is indicated by a suitable measuring device (not shown). At this point in time the valve 17 is opened and the valve 20 closed by hand, while the valve 19 remains open, so that the vapor pressure present in the container 1 pushes the somewhat diluted salt mixture through the pipe 16 into the container 15. If the latter is sufficiently filled, while the liquid level in the container 1 has fallen to a certain minimum before, the valve 17 is closed by hand, and the valve 20 is opened. Water is then pumped into the container 1, while steam can escape through the line 6 and the valve 8 in order to condense in the tank 7.
As before, this process lasts until all of the water present in the tank 7 has been pumped into the container 1. When the valve 22 is closed, the heat exchange medium present in the container 15 solidifies.
When starting up, the valves 17 and 19 are closed, the valves 20 and 22 opened, and cooling water flows through the cooling coil 13. The pump 3 is started up, as before, together with the heater 4, and steam comes from the container 1 to tank 7 as soon as the vapor pressure exceeds 0.7 kg'cm = and is condensed in it. At the same time, steam flows from the container 1 through the valve 22 and is reflected in the line 21 passed through the container 15, creating a passage in this container 15 and in the upper part of the tube 16 by melting the solidified heat exchange medium.
After the liquid level in the container 1 has dropped to a predetermined minimum, the valves 17 and 19 are opened by hand and the former allows steam to enter the container 15 and condense therein in order to liquefy its contents; this then runs through the valve 17 and the pipe 16 into the container 1. Excess steam flows into the tank 7, where it is precipitated as before. When the container 15 is empty, the valve 22 can be closed.
The above-mentioned vapor pressure of 0.7 kg cm2 can of course vary depending on the heat transfer medium used; if this pressure does not exceed atmospheric pressure, the valve 8 can be omitted.
Furthermore, the solvent can, if so desired, also be supplied in vapor form to the heat transfer medium which is cooling down. For example, instead of water, steam could be fed to a cooling salt mixture, expediently under constant pressure of 0.7 kg, in some cases, cm =. Then, when the salt mixture cools down, the vapor precipitates and slowly dilutes this mixture, thus maintaining the liquid state. In this embodiment of the method, the storage tank <B> 7, '</B> is unnecessary since the steam given off when the device is heated can be released into the open or used usefully.
Such a type of process can be used whether an additional storage tank for the heat transfer medium is installed or not. The liquid line and the pump between the containers for the solvent and the heat transfer medium are then omitted and a pressure regulating valve that acts in both directions is inserted into the steam line.