DE1261525B

DE1261525B - Verdampfer fuer verfluessigte Gase

Info

Publication number: DE1261525B
Application number: DEA44567A
Authority: DE
Inventors: Maurice Grenier; Maurice Bosquain
Original assignee: Air Liquide SA
Current assignee: Air Liquide SA
Priority date: 1962-11-22
Filing date: 1963-11-16
Publication date: 1968-02-22
Also published as: US3326280A; FR1349289A; ES293542A1; NL300398A; GB1053760A; BE639176A; CH398656A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Ch:

F25j

Deutschem.: 17 g-2/03

Nummer: 1261525

Aktenzeichen: A 44567-1 a/17 g

Anmeldetag: 16. November 1963

Auslegetag: 22. Februar 1968

Die Erfindung betrifft einen aus mehreren in Reihe geschalteten Elementen aufgebauten, waagerechten Verdampfer, dessen achsparalleles Rohrbündel von dem abzukühlenden und zu kondensierenden Gas durchströmt wird und seine Wärme zur Temperatur-Steigerung und Verdampfung eines die Rohre umspülenden verflüssigten Gases abgibt. Jedes dieser Rohrbündel wird von einer Innenhülle mit Ein- bzw. Austrittsöffnungen in ihrem unteren respektive oberen Teil umgeben. Diese innere Hülle wird wiederum von einem Außenmantel umschlossen, welcher an entgegengesetzten Enden Zu- und Ablauföffnungen enthält und bis auf Rohrdurchführungen und Öffnungen zur Verbindung der Austrittszone des einen mit der Eintrittszone des folgenden Elementes durch Trennwände gegenüber diesem abgeteilt ist.

Ein derartiger Wärmeaustauscher ist bereits aus der USA.-Patentschrift 2 091757 bekannt; in dieser wird eine Anordnung beschrieben, bei welcher unterhalb des Rohrbündels schräge Ablaufrinnen angebracht und derart geneigt sind, daß sie die Flüssigkeit zu einem am Boden vorgesehenen Auslaß führen, nachdem sich der Dampf abgetrennt hat und durch einen oben angebrachten Stutzen entweicht. Die Trennung der zu verdampfenden Flüssigkeit in eine unmittelbar nach ihrem Entstehen abgeführte Gasphase und eine im Erwärmungsprozeß verbleibende Flüssigkeitsphase ist insofern nachteilig, als dadurch erstens das Volumen des in Bewegung befindlichen Flußmittels und somit auch dessen Geschwindigkeit gesenkt wird, wodurch die Wärmeübertragung verschlechtert wird, und zweitens durch das Entweichen des Dampfes der flüchtigen Fraktionen die Partialdampfspannung der schwereren Fraktionen in den Blasen erhöht wird.

Weiterhin wird in der französischen Patentschrift 1123 353 ein Wärmeaustauscher beschrieben, bei welchem die Erwärmung und Verdampfung eines Gemisches aus Flüssigkeit und Gas im direkten Austausch mit einem Gasgemisch während dessen Kondensation bewirkt wird. Bei diesem Wärmeaustauscher wird die zu erwärmende und zu verdampfende Flüssigkeit von oben in das Rohrsystem eingeführt und durch ihre Schwerkraft nach unten bewegt, während die sich in den Rohren bildenden Dämpfe im Gegenstrom zur Flüssigkeit aufsteigen.

Eine solche Einrichtung kommt jedoch nicht in Betracht, wenn man wünscht, daß die im Verlauf der teilweisen Kondensation des Gases gebildete Flüssigkeit einerseits und das im Verlauf der teilweisen Verdampfung der Flüssigkeit gebildete Gas andererseits zusammen mit dem Restgas bzw. der Restflüssigkeit Verdampfer für verflüssigte Gase

Anmelder:

L'Air Liquide, Societe Anonyme pour l'fitude

et !'Exploitation des Procedes George Claude,

Paris

Vertreter:

Dr. H.-H. Willrath, Patentanwalt,

6200 Wiesbaden, Hildastr. 18

Als Erfinder benannt:
Maurice Grenier,
Maurice Bosquain, Paris

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom_22. November 1962 (916 301)

abgezogen werden. Unter diesen speziellen Bedingungen kann man offensichtlich einen Gegenstromkreislauf der beiden Fließmittel erzielen.

Es ist außerdem in allen Fällen, in denen das im Wärmeaustausch mit einer Mischung von Flüssigkeit und Gas befindliche Fließmittel unter hohem Druck steht, zweckmäßig, dieses im Inneren der Rohre durchströmen zu lassen, während die zu erwärmende und zu verdampfende Mischung um das Rohrbündel streicht; dies ist jedoch mit der vorstehend genannten Einrichtung nicht durchzuführen.

Durch die Erfindung werden diese Nachteile beseitigt und eine Vorrichtung geschaffen, welche einen engen Kontakt zwischen den Gas- und Flüssigkeitsphasen während des ganzen Verlaufs der Verdampfung dieser Flüssigkeit gewährleistet, so daß sich ein sehr wirksamer Wärmeaustausch zwischen dem abzukühlenden und zu kondensierenden Gas und der zu erwärmenden und zu verdampfenden Flüssigkeit einstellt.

Dies wird dadurch erreicht, daß die Ablaufrinnen zwischen dem Außenmantel und den senkrechten Seitenblechen der Innenhülle, also seitlich des Rohrbündels und in Strömungsrichtung des Flüssigkeits-Gas-Gemisches abfallend angeordnet sind und in jedem Element eine über die Eintrittsöffnung mit dem Inneren der Innenhülle verbundene Eintrittszone und

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eine an die Austrittsöffnung dieser Hülle angeschlossene Austrittszone für die zu verdampfende Flüssigkeit abteilen.

Die gegenüber den bekannten Einrichtungen vorteilhaften Eigenschaften dieses Verdampfers beruhen auf der Führung des Flüssigkeits-Dampf-Gemisches über die ganze Länge der Vorrichtung mit Hilfe der Ablaufrinnen, deren eine Wandung zweckmäßigerweise durch symmetrisch zur Achse des Rohrbündels liegende Seitenbleche gebildet wird.

Da der in den einzelnen Kammern gebildete Dampf nicht abgezogen sondern zur jeweils nachfolgenden Kammer weitergeleitet wird, erhöht sich der dampfförmige Bestandteil des Dampf-Flüssigkeits-Gemisches und damit das Volumen sowie die Geschwindigkeit des in Bewegung befindlichen Flußmittels von Kammer zu Kammer in Flußrichtung, also in Richtung des Auslaßendes der Anordnung. Dadurch wird die Wärmeübertragung des Verdampfers erheblich gesteigert, zumal bei Flüssigkeitsgemischen der Dampf der flüchtigen Fraktionen die Partialdampfspannung der schwereren Fraktionen in den Blasen vermindert.

Im folgenden wird ein Ausfuhrungsbeispiel nach der Erfindung mit Hilfe von Zeichnungen beschrieben.

F i g. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht unter teilweiser Fortbrechung des Mantels ein Element des Wärmeaustauschers;

F i g. 2 ist ein Querschnitt durch das Element der Fig. 1 in der EbeneXY senkrecht zur Austauscherachse;

F i g. 3 zeigt einen Axialschnitt durch einen Wärmeaustauscher, der vier Elemente entsprechend F i g. 1 aufweist.

Das Wärmeaustauschelement nach Fig. 1 und 2 besitzt im Inneren eines Mantels 1 ein Rohrbündel 2 und eine prismatische Innenhülle 3, die aus zwei symmetrischen Halbschalen besteht. Jede Haftschale weist ein oberes schräges Blech 4, ein senkrechtes Seitenblech 5 und ein schräges unteres Blech 6 auf. Diese beiden Halbschalen lassen zwischen sich eine Längsöffnung 10 für den Eintritt des Gas-Flüssigkeits-Gemisches zur Außenseite der Rohrbündel und eine Längsöffnung 11 für den Austritt dieses Gemisches frei, wie durch Pfeile angedeutet ist. Andererseits sind schräge Rinnen 8, die aus geneigten Blechen 7 bestehen, an dem Außenmantel 1 und an die senkrechten Seitenbleche 5 der Innenhülle angeschweißt, und senkrechte Bleche 12 sind an dem Außenmantel entlang von Erzeugenden angeschweißt. Diese Bleche unterteilen das Element in eine Eintrittszone, die allein an die Eintrittsöffnungen 10 für das Gemisch zum Inneren der Innenhülle angeschlossen ist, und eine Austrittszone, die allein an die Austrittsöffnungen 11 für dieses Gemisch angeschlossen ist. Das Element ist von dem folgenden durch eine Wand 9 abgetrennt. Diese ist mit Öffnungen 13 versehen, die den Übertritt des das eine Element verlassenden Gemisches zum Eintritt des folgenden EIementes gestatten.

Der Umlauf des Gemisches von Gas und Flüssigkeit in dem Element ist durch die Pfeile klar angedeutet. Die Mischung tritt durch die unteren Eintrittsöffnungen 10 ins Innere der Innenhülle ein, steigt darin die Bündelrohre umspülend auf, ergießt sich durch die Austrittsöffnungen 11 und rieselt durch Schwerkraft in die Rinnen 8. Anschließend gelangt sie durch die Öffnungen 13 der Trennwand 9 zum Boden des folgenden Elementes.

Der in F i g. 3 wiedergegebene Wärmeaustauscher besteht aus vier Elementen 16,17,18 und 19, die entsprechend Fig.! und 2 ausgebildet und durch die Wände 20,21 und 22 voneinander getrennt sind. Das unter Druck zu kondensierende Gas tritt in den Austauscher durch den Stutzen 23 ein, darauf gelangt es in das zwischen den Rohrplatten 27 und 28 befestigte Rohrbündel und wird durch den Stutzen 25 abgezogen.

Die Mischung aus Flüssigkeit und Dampf, die verdampft und erwärmt werden soll, tritt in das erste Element 16 des Austauschers durch den Stutzen 29 ein und durchläuft nacheinander die vier Elemente, wie vorstehend angegeben. Dabei wird sie vor allem durch die Schrägbleche 7 geführt und schließlich durch den Stutzen 30 abgezogen. In bekannter Weise kann das Rohrbündel mit Prallwänden 31 ausgerüstet sein.

Die vorstehend beschriebene Wärmeaustauscherkonstruktion kann in bestimmtem Rahmen abgewandelt werden, ohne von der Erfindung abzuweichen. Im besonderen kann die Innenhülle irgendeinen polygonalen Querschnitt haben, vorausgesetzt, daß er zu einer senkrechten Axialebene symmetrisch ist. Die Innenhülle kann auch zylindrisch sein. Die Einlaß- und Auslaßeinrichtungen für das Gas-Flüssigkeits-Gemisch können aus einer Reihe von Öffnungen beliebiger Form statt aus einer einzigen Längsöffnung bestehen. Ebenso kann man mehrere seitliche Rinnen auf jedem Element statt deren eine an jeder Seite der Innenhülle vorsehen.

Claims

Patentansprüche:

1, Aus mehreren in Reihe geschalteten Elementen bestehender, waagerechter Verdampfer für verflüssigte Gase mit einem von sich abkühlendem und kondensierendem Gas durchströmten, achsparallelen Rohrbündel, einer dieses umschließenden Innenhülle mit Eintrittsöffnungen für die zu verdampf ende Flüssigkeit in ihrem unteren Teil und Austrittsöffnungen für die verdampfte Flüssigkeit in ihrem oberen Teil, einem Außenmantel mit dementsprechendenZu- und Ablauf öffnungen und mindestens einer dessen ganzen Querschnitt mit Ausnahme der Durchführungen des Rohrbündels und der Öffnungen zur Verbindung der Austrittszone des einen Elementes mit der Eintrittszone des folgenden einnehmenden Trennwand und schrägen Ablaufrinnen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaufrinnen(8) zwischen dem Außenmantel (1) und den senkrechten Seitenblechen (5) der Innenhülle (3), also seitlich des Rohrbündels (2) und in Strömungsrichtung des Flüssigkeits-Gas-Gemisches abfallend angeordnet sind und in jedem Element eine über die Eintrittsöffnung (10) mit dem Inneren der Innenhülle (3) verbundene Eintrittszone und eine an die Austrittsöffnung (11) dieser Hülle angeschlossene Austrittszone für die zu verdampfende Flüssigkeit abteilen.
2. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenbleche (5) der Innenhülle (3) symmetrisch zur Achse des Rohrbündels (2) liegen.
3. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintritts- und Austrittsöffnungen (10,11) als über die Länge der Elemente durchgehend verlaufende Längsöffnungen ausgebildet sind.
4. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaß- und Auslaßanschlüsse des Rohrbündels (2) sowie die Eintritts- und Austrittsöffnungen (10,11) des Gas-Flüssigkeits-Gemisches für Gegenstrombetrieb des Verdampfers angeordnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1123 353; USA.-Patentschrift Nr. 2 091757; Ruhemann, »Separation of Gases«, 2. Auflage (1949), S. 168.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen