DE102007008534A1 - Apparatus for vaporizing cryogenic media and method for defrosting an evaporator unit of such apparatus - Google Patents

Apparatus for vaporizing cryogenic media and method for defrosting an evaporator unit of such apparatus Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verdampfen von cryogenen Medien und ein Verfahren zum Abtauen einer Verdampfereinheit einer solchen Vorrichtung. Die Vorrichtung umfasst zumindest zwei Verdampfereinheiten, Leitungen zum Zuführen einer Prozessflüssigkeit zu Eingängen der Verdampereinheiten und zum Abführen von Ausgängen der Verdampfereinheiten zu einem Verbraucher, wobei die Leitungen derart geschaltet sind, dass die Verdampfereinheiten abwechselnd mit Prozessflüssigkeit beschickbar sind. Diese Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass weitere Leitungen zum wechselseitigen Überführen von Prozessgas von einem Ausgang einer der beiden Verdampfereinheiten zu einem Eingang der anderen Verdampfereinheit, wobei in diesen Leitungen ein Gaserwärmer zum Erwärmen des Prozessgases angeordnet ist. Wird die Vorrichtung ausschließlich um Verdampfen benutzt, sind beide Verdampereinheiten parallel geschaltet. Wird eine der beiden Verdampfereinheiten abgetaut, dann sind die beiden Verdampfereinheiten in Reihe geschaltet, wobei der Gaserwärmer zwischen den Verdampfereinheiten angeordnet ist.The invention relates to a device for vaporizing cryogenic media and to a method for defrosting an evaporator unit of such a device. The device comprises at least two evaporator units, lines for supplying a process liquid to the inputs of the evaporator units and for discharging outlets of the evaporator units to a consumer, wherein the lines are connected in such a way that the evaporator units can be charged alternately with process liquid. This device is characterized in that further lines for the mutual transfer of process gas from an output of one of the two evaporator units to an input of the other evaporator unit, wherein in these lines a gas heater for heating the process gas is arranged. If the device is used exclusively for evaporation, both evaporator units are connected in parallel. If one of the two evaporator units defrosted, then the two evaporator units are connected in series, wherein the gas heater is arranged between the evaporator units.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verdampfen von cryogenen Medien nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Abtauen einer Verdampfereinheit dieser Vorrichtung.The The present invention relates to a device for vaporizing cryogenic media according to the preamble of patent claim 1 and a method for defrosting an evaporator unit of this device.

Eine solche Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruch 1 ist bekannt. Üblicherweise werden cryogene Medien in luftbeheizten Verdampfern vom flüssigen Zustand in den gasförmigen Zustand überführt. Dabei kommt es zu starker Eisbildung durch Luftfeuchtigkeitskondensation an den Rohren der Verdampfer. Diese Eisbildung kann so stark werden, dass es zu einem „Durchschlagen" der Verdampfer kommt und diese nicht mehr sicher und zuverlässig betrieben werden können.A Such device according to the preamble of claim 1 known. Usually cryogenic media in air-heated evaporators from the liquid state in the gaseous Condition convicted. there it comes to strong ice formation by humidity condensation on the pipes of the evaporator. This ice formation can become so strong that it comes to a "penetration" of the evaporator and these can no longer be operated safely and reliably.

Eine weitere aus dem Stand der Technik bekannte Möglichkeit zum Verdampfen cryogener Medien besteht in der Verwendung eines Wasserbadverdampfers. Dabei wird einem Röhrenwärmetauscher mittels Pumpen Prozesswasser zugeführt. Diesem Prozesswasser wird dann die notwendige Verdampfungs- und Erwärmungsenergie entzogen.A further possibility known from the prior art for evaporating cryogener Media is the use of a water bath evaporator. there becomes a tube heat exchanger Process water is supplied by means of pumps. This process water will then the necessary evaporation and heating energy withdrawn.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs erläuterte Vorrichtung zum Verdampfen von cryogenen Medien weiterzubilden und ein Verfahren zum Abtauen einer Verdampfereinheit in dieser Vorrichtung zu schaffen, so dass eine ganzjährige Betriebsfähigkeit sichergestellt ist und die Vorrichtung kleiner dimensioniert werden kann.Of the Invention is the object of the device explained in the introduction to develop for the evaporation of cryogenic media and a method to defrost an evaporator unit in this device, so that a year-round operability is ensured and the device are dimensioned smaller can.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.The The object is achieved by a device having the features of the claim 1 and solved by a method having the features of claim 8. advantageous Embodiments of the invention are specified in the respective subclaims.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verdampfen von cryogenen Medien umfasst zumindest zwei Verdampfereinheiten,
Leitungen zum Zuführen einer Prozessflüssigkeit zu Eingängen der Verdampfereinheiten und zum Abführen von Ausgängen der Verdampfereinheiten zu einem Verbraucher, wobei die Leitungen derart geschaltet sind, dass die Verdampfereinheiten abwechselnd mit Prozessflüssigkeit beschickbar sind.The device according to the invention for vaporizing cryogenic media comprises at least two evaporator units,
Ducts for supplying a process liquid to the inlet of the evaporator units and for discharging outlets of the evaporator units to a consumer, wherein the lines are connected such that the evaporator units are alternately fed with process liquid.

Diese Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass weitere Leitungen zum wechselseitigen Überführen von Prozessgas von einem Ausgang einer der beiden Verdampfereinheiten zu einem Eingang der anderen Verdampfereinheit vorgesehen sind, wobei in diesen Leitungen ein Gaserwärmer zum Erwärmen des Prozessgases angeordnet ist.These Device is characterized by the fact that more lines for mutual transfer of Process gas from an outlet of one of the two evaporator units are provided to an input of the other evaporator unit, wherein in these lines a gas heater for heating the Process gas is arranged.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine vereiste Verdampfereinheit mittels des in die Vorrichtung integrierten Gaserwärmers, der einen Teilstrom des Prozessgases oder das gesamte Prozessgas erwärmt, abgetaut werden.With the device according to the invention can an iced evaporator unit by means of integrated into the device gas heater, the one partial flow of the process gas or the entire process gas heated be defrosted.

Die Erwärmung dieses bereits verdampften Gases auf eine Temperatur oberhalb des Gefrierpunkts benötigt nur eine geringe Menge an Energie. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es nicht notwendig die vereisten Rohre von Hand zu enteisen. Somit entfallen erhebliche Enteisungskosten bzw. werden beträchtlich reduziert.The warming this already vaporized gas to a temperature above the Freezing point needed only a small amount of energy. In the device according to the invention it is not necessary to defrost the iced pipes by hand. Consequently significant cost of deicing is eliminated or will be considerable reduced.

Ein zuverlässiger Betrieb der Anlage ist das ganze Jahr über sichergestellt, da die vereisten Verdampferrohre jederzeit enteist werden können. Damit ist eine 5–10 fache Überdimensionierung, wie es bisher üblich ist, wenn die Anlagen für die maximale Belastung im Winter ausgelegt sind, überflüssig.One reliable Operation of the facility is ensured throughout the year, as the iced evaporator tubes can be defrosted at any time. This is a 5-10 over-dimensioning, as usual is when the facilities for the maximum load designed in winter are superfluous.

Ohne Überdimensionierung sind der Platzbedarf und die Investitionskosten deutlich geringer.Without oversizing the space requirements and investment costs are significantly lower.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in der einzigen Figur ein schematisches Schaltbild des erfindungsgemäßen Verdampfungssystems.The The invention will be described in the following with reference to an exemplary embodiment closer with the enclosed drawing explained. The drawing shows in the single figure a schematic diagram the evaporation system according to the invention.

Ein flüssiges Prozessmedium wird im erfindungsgemäßen Verdampfungssystem über einen Verdampfungsprozess in den gasförmigen Zustand überführt. Im flüssigen Zustand wird das Prozessmedium als Prozessflüssigkeit bezeichnet im gasförmigen Zustand wird es als Prozessgas bezeichnet. Als Prozessmedien werden insbesondere Stickstoff (N2), Sauerstoff (O2), Argon (Ar), Kohlendioxid (CO2), Wasserstoff (H2) und deren Gemische verwendet. Als Gemisch wird vor allem ein Gemisch aus Argon und Sauerstoff verwendet.A liquid process medium is converted in the evaporation system according to the invention via an evaporation process in the gaseous state. In the liquid state, the process medium is referred to as process liquid in the gaseous state, it is referred to as process gas. In particular, nitrogen (N 2 ), oxygen (O 2 ), argon (Ar), carbon dioxide (CO 2 ), hydrogen (H 2 ) and mixtures thereof are used as process media. The mixture used is above all a mixture of argon and oxygen.

Das Prozessmedium wird über einen ersten Leitungsabschnitt 1.1 dem Verdampfungssystem zugeführt.The process medium is via a first line section 1.1 supplied to the evaporation system.

Das erfindungsgemäße Verdampfungssystem weist zwei grundsätzlich unabhängige Verdampfereinheiten A und B auf. Im Folgenden wird der Aufbau des Verdampfungssystems zunächst anhand der Verdampfereinheit A erläutert.The inventive evaporation system has two in principle independent Evaporator units A and B on. The following is the structure of the Evaporation system first explained with reference to the evaporator unit A.

Der erste Leitungsabschnitt 1.1 mündet in eine erste Abzweigung 2.1. Von der Abzweigung 2.1 werden die beiden Verdampfereinheiten A und B mit dem Prozessmedium versorgt.The first line section 1.1 flows into a first turnoff 2.1 , From the junction 2.1 the two evaporator units A and B are supplied with the process medium.

Zur Versorgung der Verdampfereinheit A führt von der ersten Abzweigung 2.1 ein zweiter Leitungsabschnitt 1.2 zu einer zweiten Abzweigung 2.2. An der Abzweigung 2.2 teilt sich der Prozessmedienstrom zur Versorgung von zwei separaten Verdampfermodulen 4.1 und 4.2 in zwei Leitungsabschnitte 1.3 und 1.4 auf, die zu den jeweiligen Eingängen der Verdampfermodule 4.1 und 4.2 führen.To supply the evaporator unit A leads from the first branch 2.1 a second line section 1.2 to a second branch 2.2 , At the junction 2.2 the process media stream splits to supply two separate evaporator modules 4.1 and 4.2 in two line sections 1.3 and 1.4 up to the respective inputs of the evaporator modules 4.1 and 4.2 to lead.

Der Leitungsabschnitt 1.2 zwischen der ersten und zweiten Abzweigung 2.1, 2.2 umfasst ein Handventil 3.1, ein Sicherheitsventil 3.2, ein Magnetventil 3.3 und ein Sicherheitsventil 3.4. Die Leitungsabschnitte 1.3 und 1.4 weisen jeweils ein Handventil 3.5 bzw. 3.6 auf.The pipe section 1.2 between the first and second branch 2.1 . 2.2 includes a manual valve 3.1 , a safety valve 3.2 , a solenoid valve 3.3 and a safety valve 3.4 , The pipe sections 1.3 and 1.4 each have a manual valve 3.5 respectively. 3.6 on.

An den Ausgängen des Verdampfermoduls 4.1 und 4.2 ist jeweils ein Leitungsabschnitt 1.5 bzw. 1.6 angeschlossen, die an einer dritten Abzweigung 2.3 zusammengefasst sind. Die Leitungsabschnitte 1.5 und 1.6 weisen jeweils ein Sicherheitsventil 3.7 bzw. 3.9 sowie einen manuell betätigbaren Kugelhahn bzw. einen Kugelhahn mit Stellantrieb 3.8 bzw. 3.10 auf.At the exits of the evaporator module 4.1 and 4.2 is in each case a line section 1.5 respectively. 1.6 connected to a third turnoff 2.3 are summarized. The pipe sections 1.5 and 1.6 each have a safety valve 3.7 respectively. 3.9 and a manually operable ball valve or a ball valve with actuator 3.8 respectively. 3.10 on.

Die dritte Abzweigung 2.3 ist über eine vierte Abzweigung 2.4 mit einer fünften Abzweigung 2.5 über einen Leitungsabschnitt 1.7 verbunden. Der Leitungsabschnitt 1.7 beinhaltet einen Kugelhahn mit Stellantrieb 3.11 und einen Kugelhahn 3.12.The third turnoff 2.3 is over a fourth turnoff 2.4 with a fifth turn 2.5 over a line section 1.7 connected. The pipe section 1.7 includes a ball valve with actuator 3.11 and a ball valve 3.12 ,

Von der fünften Abzweigung 2.5 führt ein Leitungsabschnitt 1.8 zu einem Verbraucher 5.From the fifth junction 2.5 leads a line section 1.8 to a consumer 5 ,

Es besteht eine Verbindung zwischen dem Leitungsabschnitt 1.1 und dem Bereich des Leitungsabschnitts 1.2 zwischen dem Magnetventil 3.3 und den beiden Handventilen 3.5 und 3.6 über einen als Bypass wirkenden Leitungsabschnitt 1.19. Auf diese Weise kann der Prozessmedienstrom der Verdampfereinheit A zugeführt werden, ohne dass er die drei zur Abzweigung 2.1 benachbarten Ventile 3.1, 3.2 und 3.3 durchströmen muss.There is a connection between the line section 1.1 and the area of the line section 1.2 between the solenoid valve 3.3 and the two hand valves 3.5 and 3.6 via a bypass section acting as a bypass 1.19 , In this way, the process media stream can be fed to the evaporator unit A without having to branch off the three 2.1 adjacent valves 3.1 . 3.2 and 3.3 must flow through.

Die zur Verdampfereinheit A symmetrische Verdampfereinheit B wird ebenfalls über die Zuleitung 1.1 und die Abzweigung 2.1 mit dem Prozessmedium versorgt und besitzt den gleichen Aufbau wie die Verdampfereinheit A. Die Verdampfereinheit B umfasst von der Abzweigung 2.1 bis zur Abzweigung 2.6 in entsprechender Weise einen Leitungsabschnitt 1.9 mit einem Handventil 3.13, einem Sicherheitsventil 3.14, einem Magnetventil 3.15 und einem Sicherheitsventil 3.16, eine sechste Abzweigung 2.6, zwei Leitungsabschnitte 1.10 und 1.11, die jeweils ein Handventil 3.17 bzw. 3.18 beinhalten, zwei Verdampfermodulen 4.3 bzw. 4.4, zwei, jeweils ein Sicherheitsventil 3.19 bzw. 3.21 und einen manuell betätigbaren Kugelhahn bzw. einen Kugelhahn mit Stellantrieb 3.20 bzw. 3.22 aufweisende Leitungsabschnitte 1.12 bzw. 1.13, die in einer siebten Abzweigung 2.7 zusammengeführt sind, und einen, über eine achte Abzweigung 2.8, zur fünften Abzweigung 2.5 führenden Leitungsabschnitt 1.14 mit einem Kugelhahn 3.23 mit Stellantrieb und einen Kugelhahn 3.24 ohne Stellantrieb.The evaporator unit B symmetrical to the evaporator unit A is likewise supplied via the supply line 1.1 and the turnoff 2.1 supplied with the process medium and has the same structure as the evaporator unit A. The evaporator unit B comprises of the branch 2.1 to the junction 2.6 in a corresponding manner a line section 1.9 with a hand valve 3.13 , a safety valve 3.14 , a solenoid valve 3.15 and a safety valve 3.16 , a sixth turn 2.6 , two pipe sections 1.10 and 1.11 , each a manual valve 3.17 respectively. 3.18 include, two evaporator modules 4.3 respectively. 4.4 , two, one safety valve each 3.19 respectively. 3.21 and a manually operable ball valve or a ball valve with actuator 3.20 respectively. 3.22 having line sections 1.12 respectively. 1.13 in a seventh turnoff 2.7 are merged, and one, over an eighth junction 2.8 , to the fifth junction 2.5 leading line section 1.14 with a ball valve 3.23 with actuator and a ball valve 3.24 without actuator.

Um die zur Abzweigung 2.1 benachbarten Ventile 3.13–3.15 umgehen zu können, verbindet ein als Bypass dienender Leitungsabschnitt 1.20, entsprechend zum bereits beschriebenen Leitungsabschnitt 1.19, den Leitungsabschnitt 1.1 mit dem Leitungsabschnitt 1.9 über ein Handventil 3.26.To the turnoff 2.1 adjacent valves 3.13 - 3.15 To be able to bypass connects a bypass section serving as a bypass 1.20 , according to the already described line section 1.19 , the line section 1.1 with the line section 1.9 via a manual valve 3.26 ,

In das gesamte Verdampfungssystem ist ein Erwärmungssystem mit einem Gaserwärmer 6 integriert. Damit lässt sich das Prozessgas über den Gaserwärmer 6 zusätzlich erwärmen.In the entire evaporation system is a heating system with a gas heater 6 integrated. This allows the process gas via the gas heater 6 additionally warm.

Ein an der vierten Abzweigung 2.4 abzweigender Leitungsabschnitt 1.15 führt über einen Kugelhahn 3.27 mit Stellantrieb und einen Kugelhahn 3.28 ohne Stellantrieb zum Eingang des Gaserwärmes 6. An einen Ausgang des Gaserwärmers 6 ist ein Leitungsabschnitt 1.16 angeschlossen, der über einen Kugelhahn 3.29 ohne Stellantrieb und einen Kugelhahn 3.30 mit Stellantrieb in den Bereich des Leitungsabschnitts 1.9, zwischen dem Magnetventil 3.15 und den beiden Handventilen 3.17 bzw. 3.18, mündet.One at the fourth junction 2.4 branching line section 1.15 leads through a ball valve 3.27 with actuator and a ball valve 3.28 without actuator to the input of the gas heat 6 , To an outlet of the gas heater 6 is a line section 1.16 connected via a ball valve 3.29 without actuator and a ball valve 3.30 with actuator in the area of the line section 1.9 , between the solenoid valve 3.15 and the two hand valves 3.17 respectively. 3.18 , flows.

Der Gaserwärmer 6 kann auf entsprechende Weise über Leitungsabschnitte 1.17, 1.18 und Kugelhähne mit Stellantrieb 3.31, 3.32 über die Abzweigung 2.8 zwischen den Leitungsabschnitt 1.14 und den Leitungsabschnitt 1.2, im Bereich zwischen dem Magnetventil 3.3 und den beiden Handventilen 3.5 bzw. 3.6, zwischengeschaltet werden.The gas heater 6 can be done in appropriate ways via line sections 1.17 . 1.18 and ball valves with actuator 3.31 . 3:32 over the junction 2.8 between the line section 1.14 and the pipe section 1.2 , in the area between the solenoid valve 3.3 and the two hand valves 3.5 respectively. 3.6 , to be interposed.

Die Verdampfermodule 4.1–4.4 sind Wärmetauscher mit meanderfömig verlaufenden Rohren 8, z. B. aus Aluminium – Stranggussprofilen. Die Rohre 8 können zur Vergrößerung der Oberfläche und dem damit verbundenen besseren Wärmeübergang mit Rippen 9 versehen sein, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel sternför mig angeordnet sind. In den Verdampfermodulen 4.1-4.4 wird die Prozessflüssigkeit durch die höhere Temperatur der Umgebungstemperatur gegenüber der Prozessflüssigkeit in den gasförmigen Zustand des Prozessgases überführt.The evaporator modules 4.1 - 4.4 are heat exchangers with meanderfömig running tubes 8th , z. B. aluminum - extruded profiles. The pipes 8th can be used to increase the surface area and the associated better heat transfer with ribs 9 be provided, which are arranged sternför mig in the present embodiment. In the evaporator modules 4.1-4.4 the process liquid is converted by the higher temperature of the ambient temperature compared to the process liquid in the gaseous state of the process gas.

Die Kapazität dieser Verdampfermodule liegt beispielweise im Bereich zwischen 25 m3/h und 1500 m3/h, wobei das zu verdampfende cryogene Medium bei einer Temperatur von ca. 20°C über 8 Stunden verdampft wird.The capacity of these evaporator modules is for example in the range between 25 m 3 / h and 1500 m 3 / h, wherein the cryogenic medium to be evaporated is evaporated at a temperature of about 20 ° C for 8 hours.

Die beiden Verdampfermodule 4.1 und 4.2 der Verdampfereinheit A sind ebenso wie die beiden Verdampfermodule 4.3 und 4.4 der Verdampfereinheit B parallel geschaltet. Im normalen Verdampfungsbetrieb sind die beiden Verdampfereinheiten A und B ebenfalls parallel geschaltet. Wird hingegen die Verdampfereinheit A zum Abtauen der Verdampfereinheit B benutzt oder umgekehrt sind die Verdampfereinheiten A und B in Reihe geschaltet.The two evaporator modules 4.1 and 4.2 the evaporator unit A are as well as the two evaporator modules 4.3 and 4.4 the evaporator unit B connected in parallel. In normal evaporation operation, the two evaporator units A and B are also connected in parallel. Will, however the evaporator unit A is used to defrost the evaporator unit B or vice versa, the evaporator units A and B are connected in series.

Der Gaserwärmer 6 ist ein Wärmetauscher, der gasdicht gegenüber hochreinem Gas ausgebildet ist. Die Erwärmung eines bereits verdampften Prozessgases auf eine Temperatur oberhalb des Gefrierpunkts erfordert lediglich eine geringe Menge an Energie. Diese geringe Energiemenge kann aus verschiedensten Quellen, auch niedrigen Temperaturniveaus entstammen. Als Energiequellen können beispielsweise elektrische, geothermische oder in einem Abgas enthaltene Energie dienen. Die geothermische Energie kann beispielsweise durch eine Wärmepumpe nutzbar gemacht werden oder direkt eingesetzt werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein elektrisch beheizter Gaserwärmer 6 verwendet.The gas heater 6 is a heat exchanger that is gas-tight against high-purity gas. Heating an already evaporated process gas to a temperature above freezing requires only a small amount of energy. This small amount of energy can come from a variety of sources, including low temperature levels. As energy sources, for example, serve electrical, geothermal or energy contained in an exhaust gas. The geothermal energy can be made available for example by a heat pump or used directly. In the present embodiment, an electrically heated gas heater 6 used.

Eine Steuereinheit 7 steuert die Bauteile des Verdampfungssystems.A control unit 7 controls the components of the evaporation system.

In allen Leitungsabschnitten, die durch Ventile begrenzt sind und die die Prozessflüssigkeit führen, besteht die Gefahr, dass bei geschlossenen Ventilen eine darin eingeschlossene cryogene Flüssigkeit verdampft und einen Druck erzeugt, dem der Leitungsabschnitt nicht widerstehen kann. Deshalb sind in diesen von Ventilen begrenzten und Prozessflüssigkeit führenden Leitungsabschnitten die Sicherheitsventile vorgesehen, die sich ab einem vorbestimmten Druck automatisch öffnen.In all pipe sections, which are limited by valves and the the process fluid to lead, there is a risk that with valves closed a trapped therein cryogenic liquid evaporates and creates a pressure, the line section not can resist. Therefore, in these are limited by valves and process fluid leading Line sections provided the safety valves, which automatically open after a predetermined pressure.

Alle übrigen verwendeten Ventile können automatisch, beispielsweise elektrisch oder pneumatisch, ansteuerbare Ventile sein, die mit der Steuereinheit (7) verbunden sind.All other valves used may be automatically, for example, electrically or pneumatically, controllable valves that communicate with the control unit ( 7 ) are connected.

Im Folgenden wird das Verfahren zum Abtauen von Verdampfungsanlagen für cryogene Medien anhand des oben beschriebenen Verdampfungssystems erläutert.in the The following is the process for defrosting evaporation plants for cryogenic Media explained using the evaporation system described above.

In dem in der Figur gezeigten Schaltungszustand sind die Verdampfermodule 4.1 und 4.2 in Betrieb, d. h. Verdampfen und die Verdampfermodule 4.3 und 4.4 sind aufgrund einer vereisten äußeren Oberfläche der sternförmigen Rohre der Verdampfermodule außer Betrieb, d. h. Abtauen. Dabei sind die Ventile folgendermaßen geschaltet.In the circuit state shown in the figure, the evaporator modules are 4.1 and 4.2 in operation, ie evaporation and the evaporator modules 4.3 and 4.4 are out due to an iced outer surface of the star-shaped tubes of the evaporator modules, ie defrosting. The valves are connected as follows.

Alle Handventile sind offen bis auf die Handventile 3.25 und 3.26, die geschlossen sind. Alle elektrischen Ventile sind offen bis auf die Ventile 3.11, 3.15, 3.31 und 3.32, die geschlossen sind.All manual valves are open except for the manual valves 3.25 and 3.26 that are closed. All electrical valves are open except for the valves 3.11 . 3.15 . 3.31 and 3:32 that are closed.

Die Verdampfermodule 4.3 und 4.4 werden über einen durch den Gaserwärmer 6 zusätzlich erwärmten Prozessgasstrom abgetaut.The evaporator modules 4.3 and 4.4 be through one through the gas heater 6 additionally heated process gas stream defrosted.

Von einer Tankanlage (nicht dargestellt) strömt die Prozessflüssigkeit durch den ersten Leitungsabschnitt 1.1 zur Abzweigung 2.1. Über den Leitungsabschnitt 1.2 gelangt die Prozessflüssigkeit zur Abzweigung 2.2.From a tank system (not shown), the process fluid flows through the first line section 1.1 to the turnoff 2.1 , About the pipe section 1.2 the process liquid reaches the branch 2.2 ,

An der Abzweigung 2.2 wird die Prozessflüssigkeit aufgeteilt. Sie gelangt über zwei Leitungsabschnitte 1.3 und 1.4 in die beiden Verdampfermodule 4.1 und 4.2.At the junction 2.2 the process liquid is split. It passes over two line sections 1.3 and 1.4 in the two evaporator modules 4.1 and 4.2 ,

In den beiden Verdampfermodulen 4.1 und 4.2 wird die Prozessflüssigkeit durch die luftbeheizten Rohre 8 geführt und auf diese Weise verdampft, d. h. in den gasförmigen Zustand überführt. Die wesentliche zur Verdampfung der Prozessflüssigkeit benötigte Energie wird der Umgebungsluft entnommen.In the two evaporator modules 4.1 and 4.2 The process liquid is passed through the air-heated pipes 8th guided and vaporized in this way, ie transferred to the gaseous state. The essential energy required for the evaporation of the process liquid is taken from the ambient air.

Das durch die Verdampfermodule 4.1 und 4.2 erzeugte Prozessgas tritt an den Ausgängen der beiden Verdampfermodule 4.1 und 4.2 in die Leitungsabschnitte 1.5 bzw. 1.6 ein und strömt so zur Abzweigung 2.3.That through the evaporator modules 4.1 and 4.2 generated process gas occurs at the outputs of the two evaporator modules 4.1 and 4.2 in the line sections 1.5 respectively. 1.6 and flows to the turnoff 2.3 ,

An der Abzweigung 2.3 werden die beiden Gasströme wieder zusammengeführt und strömen über den Leitungsabschnitt 1.7 und die Abzweigung 2.4 in den Leitungsabschnitt 1.15 zum Gaserwärmer 6.At the junction 2.3 the two gas streams are brought together again and flow over the line section 1.7 and the turnoff 2.4 in the line section 1.15 to the gas heater 6 ,

Im Gaserwärmer 6 wird das Prozessgas mit einer geringen Menge an Energie auf eine Temperatur oberhalb des Gefrierpunkts erwärmt. Der Gaserwärmer 6 arbeitet als Wärmetauscher der einen Teil das Prozessgas erwärmt.In the gas heater 6 The process gas is heated with a small amount of energy to a temperature above freezing. The gas heater 6 works as a heat exchanger which heats a part of the process gas.

Das zusätzlich über den Gefrierpunkt erwärmte Prozessgas strömt durch den Ausgang des Gaserwärmers 6 in den Leitungsabschnitt 1.16 und von dort in den Leitungsabschnitt 1.9.The additional process gas, which is heated above the freezing point, flows through the outlet of the gas heater 6 in the line section 1.16 and from there to the line section 1.9 ,

An der Abzweigung 2.6 wird das erwärmte Prozessgas aufgeteilt und über die beiden Leitungsabschnitte 1.10 und 1.11 den vereisten Rohren der beiden Verdampfermodule 4.3 und 4.4 zugeführt.At the junction 2.6 the heated process gas is divided and over the two line sections 1.10 and 1.11 the icy pipes of the two evaporator modules 4.3 and 4.4 fed.

Die Rohre der Verdampfermodule 4.3 und 4.4 werden durch das erwärmte Prozessgas abgetaut. Den Verdampfermodulen 4.3 und 4.4 kann solange erwärmtes Prozessgas zugeführt werden bis die Rohre vollständig abgetaut sind.The tubes of the evaporator modules 4.3 and 4.4 are defrosted by the heated process gas. The evaporator modules 4.3 and 4.4 can be supplied as long as heated process gas until the tubes are completely defrosted.

Über die an die Ausgänge der Verdampfermodule angeschlossenen Leitungsabschnitte 1.12 und 1.13 gelangt das durch den Abtauvorgang abgekühlte Prozessgas zur Abzweigung 2.7.Via the line sections connected to the exits of the evaporator modules 1.12 and 1.13 the process gas cooled by the defrosting process reaches the branch 2.7 ,

An der Abzweigung 2.7 werden die beiden Prozessgasströme wieder zusammengeführt. Über den Leitungsabschnitt 1.14 und die Abzweigung 2.8 strömt das Prozessgas zur Abzweigung 2.5, wo es über den Leitungsabschnitt 1.8 zum Verbraucher 5 gelangt.At the junction 2.7 the two process gas streams are brought together again. About the pipe section 1.14 and the turnoff 2.8 the process gas flows to the branch 2.5 where it is above the line section 1.8 to the consumer 5 arrives.

Über eine entsprechende Ansteuerung der Kugelhähne mit Stellantrieb 3.11 und 3.27 ist es möglich nur einen Teil des Prozessgases dem Gaserwärmer 6 zuzuführen, um damit die vereisten Verdampfermodule abzutauen. Der andere Teil wird über den Leitungsabschnitt 1.7, die Abzweigung 2.5 und den Leitungsabschnitt 1.8 dem Verbraucher 5 zugeführt.Via a corresponding control of the ball valves with actuator 3.11 and 3.27 It is possible only a part of the process gas to the gas heater 6 feed in order to defrost the iced evaporator modules. The other part is over the pipe section 1.7 , the diversion 2.5 and the pipe section 1.8 the consumer 5 fed.

Wenn die Verdampfereinheit A vereist ist und die Verdampfereinheit B sich gerade im Betrieb befindet kann der eben beschriebenen Prozess umgekehrt genutzt werden, um die Verdampfereinheit B zum Verdampfen der Prozessflüssigkeit zu nutzen und die Verdampfereinheit A abzutauen. Dafür müssen gegenüber der vorherigen Ventilstellung die elektrischen Ventile 3.11, 3.15, 3.31 und 3.32 geöffnet werden und die Ventile 3.3, 3.23, 3.27 und 3.30 geschlossen werden.If the evaporator unit A is frozen and the evaporator unit B is currently in operation, the process just described can be reversed to use the evaporator unit B to evaporate the process liquid and defrost the evaporator unit A. For this, the electric valves have to be compared with the previous valve position 3.11 . 3.15 . 3.31 and 3:32 to be opened and the valves 3.3 . 3.23 . 3.27 and 3.30 getting closed.

Im Verdampfungsbetrieb ist es bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung, durch entsprechende Schaltung der Ventile und die parallele Anordnung der Verdampfermodule 4.1, 4.2, 4.3 und 4.4, möglich aus den Verdampfermodulen 4.1, 4.2, 4.3 und 4.4 eines oder mehrere beliebige auszuwählen, welche zum Verdampfen genutzt werden sollen.In the evaporating operation, it is in the apparatus according to the invention, by appropriate switching of the valves and the parallel arrangement of the evaporator modules 4.1 . 4.2 . 4.3 and 4.4 , possible from the evaporator modules 4.1 . 4.2 . 4.3 and 4.4 to select one or more of which are to be used for evaporation.

Sollte die Umgebungstemperatur zu gering sein und das Prozessgas nicht die vom Verbraucher gewünschte Temperatur erlangen, dann besteht die Möglichkeit das Prozessgas zusätzlich über den Gaserwärmer zu Erwärmen und dann dem Verbraucher zuzuführen Als Parameter dienen der Steuereinrichtung über Temperatursensoren (nicht dargestellt) aufgenommene Temperaturmesswerte.Should the ambient temperature is too low and the process gas is not the desired by the consumer Temperature gain, then there is the possibility of the process gas in addition to the gas heater to warm and then to the consumer As parameters of the control device via temperature sensors (not shown) recorded temperature readings.

Wird bspw. eine Verdampfereinheit zum Verdampfen verwendet und sinkt mit steigender Betriebsdauer die Prozessgastemperatur am Ausgang der Verdampfereinheit, dann ist dies ein Zeichen für eine einsetzende Vereisung der Verdampfereinheit. Die andere Verdampfereinheit kann in Betrieb genommen werden und die vereiste Verdampfereinheit abgetaut werden.Becomes For example, an evaporator unit used for evaporation and sinks with increasing operating time, the process gas temperature at the output of the Evaporator unit, then this is a sign of incipient icing the evaporator unit. The other evaporator unit can be in operation are taken and the iced evaporator unit are defrosted.

Wird bspw. eine Verdampfereinheit aufgetaut und sinkt die Temperaturdifferenz des Prozessgases zwischen dem Eingang der Verdampfereinheit und dem Ausgang der Verdampfereinheit auf einen kleinen Wert, der kleiner als ein vorbestimmter Schwellwert ist, kann davon ausgegangen werden, dass die Verdampfereinheit vollständig abgetaut ist.Becomes For example, thawed an evaporator unit and decreases the temperature difference the process gas between the inlet of the evaporator unit and the Output of the evaporator unit to a small value, the smaller is a predetermined threshold, it can be assumed that the evaporator unit is completely defrosted.

Die Erfindung kann folgendermaßen kurz zusammengefasst werden:
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verdampfen von cryogenen Medien und ein Verfahren zum Abtauen einer Verdampfereinheit einer solchen Vorrichtung. Die Vorrichtung umfasst zumindest zwei Verdampfereinheiten, Leitungen zum Zuführen einer Prozessflüssigkeit zu Eingängen der Verdampfereinheiten und zum Abführen von Ausgängen der Verdampfereinheiten zu einem Verbraucher, wobei die Leitungen derart geschaltet sind, dass die Verdampfereinheiten abwechselnd mit Prozessflüssigkeit beschickbar sind. Diese Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass weitere Leitungen zum wechselseitigen Überführen von Prozessgas von einem Ausgang einer der beiden Verdampfereinheiten zu einem Eingang der anderen Verdampfereinheit, wobei in diesen Leitungen ein Gaserwärmer zum Erwärmen des Prozessgases angeordnet ist. Wird die Vorrichtung ausschließlich zum Verdampfen benutzt sind beide Verdampfereinheiten parallel geschaltet. Wird eine der beiden Verdampfereinheiten abgetaut, dann sind die beiden Verdampfereinheiten in Reihe geschaltet, wobei der Gaserwärmer zwischen den Verdampfereinheiten angeordnet ist.The invention can be briefly summarized as follows:
The invention relates to a device for vaporizing cryogenic media and to a method for defrosting an evaporator unit of such a device. The apparatus comprises at least two evaporator units, lines for supplying a process liquid to the inlet of the evaporator units and for discharging outlets of the evaporator units to a consumer, wherein the lines are connected in such a way that the evaporator units can be charged alternately with process liquid. This device is characterized in that further lines for the mutual transfer of process gas from an output of one of the two evaporator units to an input of the other evaporator unit, wherein in these lines a gas heater for heating the process gas is arranged. If the device is used exclusively for evaporation, both evaporator units are connected in parallel. If one of the two evaporator units defrosted, then the two evaporator units are connected in series, wherein the gas heater is arranged between the evaporator units.

1.1–1.201.1-1.20
Leitungsabschnittline section
2.1–2.82.1-2.8
Abzweigungdiversion
3.1–3.323.1-3.32
VentilValve
4.1–4.44.1-4.4
Verdampfermodulevaporator module
55
Verbraucherconsumer
66
Gaserwärmergas heater
77
Steuereinheitcontrol unit
88th
Rohrpipe
99
Ripperib

Claims (10)

Vorrichtung zum Verdampfen von cryogenen Medien mit – zumindest zwei Verdampfereinheiten (4.1–4.4), – Leitungen zum Zuführen einer Prozessflüssigkeit zu Eingängen der Verdampfereinheiten (4.1–4.4) und zum Abführen von Ausgängen der Verdampfereinheiten (4.1–4.4) zu einem Verbraucher (5), wobei die Leitungen derart geschaltet sind, dass die Verdampfereinheiten (4.1–4.4) abwechselnd mit Prozessflüssigkeit beschickbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Leitungen zum wechselseitigen Überführen von Prozessgas von einem Ausgang einer der beiden Verdampfereinheiten (4.1–4.4) zu einem Eingang der anderen Verdampfereinheit (4.1–4.4) vorgesehen sind, wobei in diesen Leitungen ein Gaserwärmer (6) zum Erwärmen des Prozessgases angeordnet ist.Device for vaporizing cryogenic media with - at least two evaporator units ( 4.1 - 4.4 ), - lines for supplying a process fluid to the inputs of the evaporator units ( 4.1 - 4.4 ) and for discharging outputs of the evaporator units ( 4.1 - 4.4 ) to a consumer ( 5 ), wherein the lines are connected such that the evaporator units ( 4.1 - 4.4 ) are alternately fed with process liquid, characterized in that further lines for the mutual transfer of process gas from an outlet of one of the two evaporator units ( 4.1 - 4.4 ) to an input of the other evaporator unit ( 4.1 - 4.4 ) are provided, wherein in these lines a gas heater ( 6 ) is arranged for heating the process gas. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Verdampfereinheit zumindest ein Verdampfermodul (4.1–4.4) aufweist das aus Rohren (8) aus Stranggussprofilen mit sternförmig angeordneten Rippen (9) ausgebildet ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that each evaporator unit at least one evaporator module ( 4.1 - 4.4 ) comprises of tubes ( 8th ) made of extruded profiles with star-shaped arranged ribs ( 9 ) is trained. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaserwämer (6) ein elektrisch beheizter Gaserwärmer ist.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the Gaserwämer ( 6 ) is an electrically heated gas heater. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaserwämer (6) zum Zuführen von Energie an eine Erdwärmesonde gekoppelt ist.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the Gaserwämer ( 6 ) is coupled for supplying energy to a geothermal probe. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im jeweiligen Leitungsabschnitt hin zu den beiden Verdampfereinheiten (4.1–4.4) jeweils zumindest ein Ventil (3.3, 3.15), und im jeweiligen Leitungsabschnitt weg von den beiden Verdampfereinheiten (4.1–4.4) jeweils zumindest ein Ventil (3.11, 3.23), wobei im jeweiligen Leitungsabschnitt zum Gaserwärmer (6) zumindest jeweils ein Ventil (3.28), und im jeweiligen Leitungsabschnitt weg vom Gaserwärmer zumindest jeweils ein Ventil (3.29), vorhanden ist.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that in the respective line section towards the two evaporator units ( 4.1 - 4.4 ) at least one valve ( 3.3 . 3.15 ), and in the respective line section away from the two evaporator units ( 4.1 - 4.4 ) at least one valve ( 3.11 . 3.23 ), wherein in the respective line section to the gas heater ( 6 ) at least one valve each ( 3.28 ), and in the respective line section away from the gas heater at least one valve ( 3.29 ), is available. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile automatisch ansteuerbare Ventile sind, die mit einer Steuereinheit verbunden sind.Device according to claim 5, characterized in that that the valves are automatically controllable valves with a control unit are connected. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfereinheiten (4.1–4.4) jeweils zumindest einen Luftverdampfer aufweisen.Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the evaporator units ( 4.1 - 4.4 ) each have at least one air evaporator. Verfahren zum Abtauen einer Verdampfereinheit (4.1–4.4) in einer Vorrichtung mit zumindest zwei Verdampfereinheiten (4.1–4.4) und einem Gaserwärmer (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1–7, umfassend die folgenden Schritte – Zuführen der Prozessflüssigkeit einer der beiden Verdampfereinheiten, – Verdampfen der Prozessflüssigkeit zu einem Prozessgas, – Zuführen zumindest eines Teils des Prozessgases zum Gaserwärmer (6), – Erwärmen dieses Teils des Prozessgases auf eine Temperatur oberhalb des Gefrierpunkts, und – Zuführen des erwärmten Prozessgases zur anderen Verdampfereinheit zum Abtauen derselben.Method for defrosting an evaporator unit ( 4.1 - 4.4 ) in a device with at least two evaporator units ( 4.1 - 4.4 ) and a gas heater ( 6 ) according to one of the preceding claims 1-7, comprising the following steps - supplying the process fluid to one of the two evaporator units, - evaporating the process fluid to a process gas, - supplying at least a portion of the process gas to the gas heater ( 6 ), - heating this part of the process gas to a temperature above the freezing point, and - supplying the heated process gas to the other evaporator unit for defrosting the same. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturen und Drücke an den Ein- und Ausgängen der Verdampfereinheiten (4.1–4.4) und des Gaserwärmers (6) und die Umgebungstemperatur gemessen und an eine Steuereinheit (7) übertragen werden.A method according to claim 8, characterized in that the temperatures and pressures at the inlets and outlets of the evaporator units ( 4.1 - 4.4 ) and the gas heater ( 6 ) and the ambient temperature are measured and sent to a control unit ( 7 ) be transmitted. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass Stickstoff (N2), Sauerstoff (O2), Argon (Ar), Kohlendioxid (CO2), Wasserstoff (H2) und/oder deren Gemische verdampft werden.A method according to claim 8 or 9, characterized in that nitrogen (N 2 ), oxygen (O 2 ), argon (Ar), carbon dioxide (CO 2 ), hydrogen (H 2 ) and / or mixtures thereof are evaporated.
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