DE1769369C - Verfahren zum Gewinnen von kondensierbaren Dämpfen aus einer Gasströmung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Gewinnen von kondensierbaren Dämpfen aus einer Gasströmung durch Abkühlen der Gasströmung unter die Kondensationsiemperatur der Dämpfe und Auffangen des entstandenen Kondensates.

In der Verfahrenstechnik und in der Radiologie ist es häufig notwendig, aus einer Gasströmung, die in der Radiologie beispielsweise durch Verbrennen von mit radioaktiven Indikator- oder Leitsubstanzen markierten Materialproben gewonnen wird, die darin ent- ίο lialtenen kondensierbaren Dämpfe durch Kondensation nahezu vollständig zu entfernen.

Hierzu ist mit herkömmlichen Kondensationsverfahren eine Mehrfachkondensation bzw. eine Kondensation bei relativ geringen Strömungsgeschvvindigkeilen erforderlich, was einen relativ hohen Zeit- und Kostenau/ and bedingt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das einlach, schnell und mit geringem Apparateaufwand durchgeführt werden kann und dennoch, dnc fast vollkommene Entfernung der kondensierbaren Dämpfe aus der Gasslrömurg gewährleistet.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Querschnitt der Gasströmung in der Kühlzone in zumindest einer zur Strömungsrichtung senkrechten Richtung derart verringert wird, daß ohne Kühlung die Strömung noch laminar ist und bei einer Kühlung in der Kiihl/.onc auf das on-stehende Kondensat eine Kapillarwirkung ausgeübt wird.

Durch diese Maßnahmen ,vird erreicht, daß das entstehende Kondensat "Tröpfchen bildet, was extrem günstige Würmeübergangsbedingungen zur Folge hat, so daß schon auf einer relativ kurzen Kühlstrecke cine schnelle und praktisch vollständige Kondensation erfolgt, und weiterhin vermieden, daß ein Rückstau auftritt, der das Eintreten der Gasströmung in die Kühl/one behindern könnte.

Bei vielen Anwendungen ist es weiterhin erforderlich, daß this entstellende Kondensat auch nahezu vollständig aufgefangen wird. Dies ist in der Radiologie uiiiiNil für den Wirkungsgrad der anschließenden Anaiv-.e von Bedeutung, zum anderen aber deshalb, weil etwaige Rückstände die folgenden Messungen durch radioaktive Verseuchung stören könnten.

Dies wird nach einer Ausgestaltung der Erfindung dadurch nahe/u vollkommen vermieden, daß nach tier Gasströmung eine Spülllüssigkeit durch die Küh!- /OMC geldtcl wird. Dabei ist es günstig, wenn als Spüllliissigkeil ein Lösungsmittel für (Ins Kondensat verwendet wird. Es kann aber auch vorleilhaflerweise, licia-bencnlalls anschließend, als Spülllüssigkeit eine liii eine Weilcrbehandlunt: des Kondensates ohnehin trl'orderlichc Flüssigkeit, bei radioaktive Stolle enthallenden Kondensaten vorzugsweise eine Szintillatorlliissipkeif, verwendet werden.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird iiiicli der Gasströmung und gegebenenfalls nach der Spüllliissiükeil ein inertes Spülgas durch die Kühlzone geleitet. Wenn die Gasströmung die weitere Verarbeitung des Kondensates störende Bestandteile enthüll, bei der Radiologie beispielsweise Reslsaticrstoff von der Verbrennung her, der bei der späteren Analyse die ratlioaklive Strahlung stark unterdrücken würde, kann das Spülgas vorleilhafterweise zum Verdrängen dieser Bestandteile verwendet werden, indem vor einem Verschließen des /.um Auffangen des entstandenen Kondensates dienenden Gefälles das inerte Spülgas in die öffnung des Gefäßes eingeleitet wird.

Eine hesonders einfache und wirkungsvolle Einrichtung zum Durchführen der Erfindung ist nach einer weiteren Ausgestaltung dadurch gekennzeiehnet, daß in der Kiihlzone ein Wärmetauscher vorgesehen ist, der für die Gasströmung ein im weseniliehen geradliniges Rohr auf wärmeleitendem Material aufweist, dessen Innendurchmesser kleiner als 2,5 mm ist. Das Rohr besteht dabei vorteilhafterweise aus Metall.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt dabei eine .Schnittdarstellung eines Wärmetauschers zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung mit den erforderlichen Zusatzeinrichtungen.

In der Zeichnung ist schemalisch eine Verbrennungskammer 18 angedeutet, in welcher gasförmige Verbrennungsprodukte erzeugt werden, die über eine Rohrleitung 34 und über ein T-Verbindungsstück 40 in einen Wärmetauscher41 zum Kühlen der Verbrenniingsprodr.k'c und zum Kondensieren der darin ciiihaltenen Dämpfe geleitet werden. Beim Ausführung'-beispiel wird angenommen, daß es sich dabei um radioaktive Isotope enthaltende Dämpfe handelt. Dor Wärmetauscher weist einen Innenkörper 42 auf, der einen Flüssigkeitsdurchlaß bildet und zur Aufnahme der Verbrennungsprodukte aus der Rohrleitung 34 dient. Der Innenköiper ist von einem Außcnniantel 43 umgebeil, der mit ihm einen Ringraum begrenzt, der zur Aufnahme einer Kühlflüssigkeit dient, um die Wände des Innenkörpers auf einer Temperatur zu halten, die mindestens so tief liegt wie die Kondensationstemperatur der den kir.L'iiküiper durchströmenden Dämpfe. Wenn das radioaktive I.eitisotop die Form eines kondensierbaren Dampfes hat, wie beispielsweise ΊΙ.,Ο, bewirkt der \Viirinetauscher41 eine Umwandlung des Leitisotops vom Dampfzustand in den flüssigen Zustand. In Füllen, in denen das radioaktive I.eitisotop in Gasform auftritt, das beispielsweise mit einem Bindesloff /111 Reaktion gebracht werden muß. dient der Wärmetauscher 41 dazu, die kondensierbrren Dämpfe von dem gasförmigen Leitisotop zu trennen, bevor das I.eitisolop mit dem Bindestoff zur Reaktion gebracht wird.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Flüssigkcilsdurchgangswcg de« Wärmetauschers aus wärmeleitendem Material gefertigt, das einen laminaren Fluß der hindurchgefiihrten Gase und Dämpfe bei nicht erfolgender Kondensation gewährleistet, und der Querschnitt des Müssigkeitsdurchgangsweges ist mindestens in einer Richtung quer zum I !iissigkeitslliiß ausreichend klein gehalten, um eine Kapillarwirkung auf die im Durthlaßweg kondensierte Flüssigkeit zu erzielen. Daher ist bei einer bevorzuglen Ausführtingsforni der Erfindung der Innenkörper 42 als geradliniges dünnwandiges Metallrohr ausgebildet, das einen Innendurchmesser von tingcführ 1,25 mm bei einer Wanddicke von ungefähr 0,1 nun und einer Länge von ungefähr 125 mm aufweist. Obgleich sowohl das Volumen als auch der eine Wärnicüberlragunj; bewirkende Oherfläclicnbereich eines solchen Rohres offensichtlich sehr klein «liiitl, hut sich herausgestellt, daß ein derartiger Wärmetauscher ausreicht, die Temperatur der Verhrcnmingsgase auf die Koiulensalionslemperatur mit einem solch hohen Wirkungsgrad /ti vermindern, daß

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unsachlich l()()"'n der kondensierharen Dämpfe am Auslaßende des Wärmetauschers in flüssiger Form gewonnen werden können. Darüber hinaus läßt sich der Wärmeaustausch ohne das Auftreten eines großen Rückdruckes oder anderer Nebenwirkungen erzielen, welche das Ausströmen der Verbrennungsprodiikte aus der Verbrennungskammer direkt vor dem Einlaß des Wärmetauschers verhindern könnten. Obgleich dieser Gesichtspunkt der Erfindung nicht auf eine besondere Theorie beschränkt werden soll, sei liier be- ίο merkt, da!.¹, angenommen wird, daß der erfindungsgemäß ausgebildete Flüssigkcitsdurchgangsweg eine i'röpfchenbüdung von flüssigem Kondensat entlang tier Wände des Durchlaßweges verursacht und dadurch extrem günstige Würmeiibertrugungsbeclingungen schafft. Diese tröpfchenweise Kondensation kam, der Kapillarnatur des Durchlaßweges zugeschrieben werden. Wenn der Flüssigkeitsdurchlaßkanai wie heim Ausfiihrungsbeispiel ronrförmig ist, läßt sich an -,einem F.ingang ein pulsierender Druck feststellen, Min welchem angenommen werden darf, daß er auf die tropfenweise Kondensation zurückzuführen ist. Der Flüssigkeitsdurchlaßkanal kann aber auch nicht rohrförmig sein und beispielsweise die Form eines schmalen Schlitzes haben, da eine Kapillarwirkung immer auftritt, wenn die Oberfläche einer Flüssigkeit an der Berührungsstclle mit einem festen Körper durch die relative Anziehung der Flüssigkeitsrnolekiile untereinander und der Moleküle des festen Körpers angehoben wird.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist mit dem Ätislaßendc des Wärmetauschers eine Trennvorrichtung verbunden, welche die Verbrennungsprodukte einschließlich der kondensierten Dämpfe ans dem Wärmetauschei empfängt und die kondensierten Dämpfe von den restlichen gasförmigen Produkten trennt. Mit der Verbrennungskammer ist eine Steuer- oder Regeleinrichtung gekoppelt, welche die Sauerstoffzufuhr einstellt und die Zufuhr eines inerten (Ciases in die Verbrennungskammer bewirkt, sobald die Verbrennung einer jeden Probe beendet ist, um damit eventuelle Reste von Verbrennungsprodukt'.·!! mis der Brennkammer hinaus und durch den Wärmetauscher hindurch in die Trennvorrichtung zu führen. So ist bei i_Vr dargestellten Einrichtung ein elastisches Verbindungsstück 50 am unteren Ende des Wärmetauschers 41 sorgesehen, mit welchem der Auslaß des einen Durchlaßweg bildenden Inncnkörpers 42 des Wärmetauschers mit einer üblichen Meß₍-roben- oder £ählphiolc 51 verbunden ist. Die Phiole 51 ist auf 5" finer Platte 52 befestigt, die in Richtung auf das Verbindungsstück 50 mittels einer Feder 53 vorgespannt ist, um rund um den oberen Rand der Phiole tine gasdichte Abdichturg zu gewährleisten. Wenn *lie VerbreniHingsproduktc aus dem unteren F.ndc des Wärmetauschers41 ausströmen, fließen sie nach unten in die Phiole 51, so daß die Flüssigkeit infolge der Schwerkraft in der Phiole zurückbleibt, während die Gase durch einen im elastischen Verbindungsstück SO ausgebildeten Auslaßkanal 54 weiterströmen,

Wenn d^:e Verbrennung eine bestimmten Probe beendet ist, wird das Ventil 23 geschlossen, um die Sauerstoffzufuhr in die Veinreniningskiimmcr zu beenden. Diin'i wird ein Ventil 60 gcölfnet. um ein incrlcs Gas, wie Stickstoff, über das gleiche Dosiergerät 24 und die Dtiichlaßkanäle 25 und 26, die vorher zur Zuführung des Sauerstoffs gedient haben, in die Verbrennungskammer /ti leiten. Dieses inerte Gas. das unter leichtem Druck zugeführt, wird, strömt durch die Verbrennungskammer IH nach oben und reinigt so die Kammer von jedem Rest an Verbrcnniinusprotlukien und strömt weiter durch dei; Ivunmcnuis-IaU 27, die Rohrleitung 34 und den Wärmetauscher 41. Das gesamte System von der Verbrennungskammer 18 bis zu der Phiole 51 wird also nach jeder Prohcnverbrennung sofort von allen gasförmigen Verbrenniingsprodiiklen gesäubert. Das Rcinigung-igas hat auch die Neigung, Reste von lliissigein Kondensat aus dem Wärmetauscher zu entfernen. Da das inerte Reinigungsgas aus dem Wärmetauscher 41 in den oberen Raum der Meßphinlcsl ausströmt, die als ein Teil der Flüssigkeits-Gas- T rennvorrichtimu dient. kann es auch dazu verwendet werden. Sauerstoff aus dem oberen Raum der Phiole auszutreiben, um eine Unterdriickiingswu-.umg dieses Sauerstoffes v-ähreiid der Analyse der gewonnenen Meßprobe auf Radioaktivität zu vermeiden. Wenn also die Meßpmlu'nphiole 51 von dem elastischen Verbindungsstück 15 gelöst wird, um die Phiole mit einer Abdeckkappe zu verschließen, kann der Hals der Phiole zunächst direkt unter dem Finlluß des aus dem Verbindungsstück 50 ausströmenden .Stickstoffes verbleiben, indem einfach die Phiole seitlich geneigt wird, so dal! der Stickstoff den oberen Raum der Phiole reinigt und von dort jeden Sauerstoff rückstand in die Atmosphäre austreibt. Jeder Fachmann wird erkennen, daß dies ein wesentlicher Punkt ist, da Sauerstoff eine starke Unterdriickungsvvirkung ausübt, d. h., er stört die Radioaklivitätsmessung, die durch eine bei l'hissigkcilsszintillation angewandte Zähltechnik durchgeführt wird, wenn nicht gewisse Vorkehrungen getroffen werden, mit denen dtr Einlluß des l.'nlerdriickunt!smittcls kompensiert werden kann. Zwar sind verschiedene Methoden zur Kompensation solcher Unterdrückungseffekte bekannt, doch komplizieren sie den Vorgang der Radioaklivitätsmessiing.

Nach der Reinigung der Verbrennungskammer und ties Wärmetauschers wird der Zustrom des inerten Reinigungsgases durch ein Schließen des Ventils 60 beendet, und der Einlaß des Wärmetauschers 41 kanu anschließend an ein Paar von Flüssigkeitsversorgungssystemen angeschlossen werden, die in der Zeichnung als Ganzes mit den Bezugsziffern 61 und 62 bezeichnet sind. Das erste Versorgungssystem 61 kann ein flüssiges Lösungsmittel einer Art enthalten, wie es üblicherweise bei der Behandlung von Proben verwendet wird, die Miiiius-Temperatiiren unterworfen werden sollen, um so die Probe in einem flüssigen Zustand zu halten. Das ersle FliissigkeiK-vcrsorgimgssystein 61 wird normalerweise bei tier Behandlung von Proben, die aus Plus-Temperaturen gehalten werden müssen, nicht verwendet. Die Steuerung der Flüssigkeitszufuhr.erfolgt durch ein Ventil 64, das mit einer Einrichtung zur Bemessung der /ugufiihrtcn Flüssigkeilsmcnge verbunden sein kanu.

Das zweite Flüssigkeitsversorgungssv stern 62 kann zur Lieferung einer vorbestimmten Menge von Scintillatorflüssigkcit in den Wärmetauscher 41 dienen. Diese Flüssigkeit gelangt über ein Ventil 67 in das T-Verbindungsstück 40 und weiter abwärts durch den Wärmetauscher 41 in die Phiole 51.

Um zu gewährleisten, daß die gesamte, dem T-Verbindungsstück 40 aus den f-Tüssigkeitsversnrgiingssystcmcn 61 und 62 /ugeführie Flüssigkeit durch den Wärmetauscher 41 Math unten Hießt, kann in der Rohrleitung 34 eine nicht dargestellte l'iusiliiiiinmi'

vorgesehen sein, mit welcher verhindert wird, daß Flüssigkeit aus dem T-Verbindungssliick 40 zurück in die Rohrleitung 34 lliel.ien kann. Die von den Sjsletnen 61 und l>2 gelieferten Fliissigkeitsmengen Hielten durch den Wärmetauscher 41 abwärts und s werden durch das Verbindungsstück 50 hindurch in die Meßpmbcnphiole 51 entleert, svu sie zusammen mil den vorher gcanimellen kondensierten Dämpfen \ erbleiben.

Die Verbindung der beiden Flüssigkeitsversorgungssjsteine mit dem Eingang des Wärmetauschers bildet nicht nur eine geeignete Hinrichtung zur Lieferung dieser Flüssigkeiten in die Mcßprobcnphiole, die mit dein Auslaß des Wärmetauschers verbunden ist, sondern gewährleistet auch, daö sämtliche koiidcnsieden Dämpfe um den Wänden des rohrförmigen Wäinielausdier-lniienkürpcrs 42 entfernt und damit erfaßt werden, lid dieser Verbindung besteht ein wichtiger Vorteil der dargestellten Einrichtung darin, das das radioaktive I.eitisotop durch kein Ventil oder andere Organe mit beweglichen Teilen hindurchgeleitet werden muH. wodurch die Wiedergewinnung des I.eilisotops erleichtert und eine radioaktive Verseuchung des Geräts vermieden wird. Wegen des kleinen Volumens des Wärmetauschers wird eine darin enthaltene Flüssigkeit relativ schnell verdrängt, wenn mit einer anderen Flüssigkeit gespült wird. Um sicherzustellen. daß alle Flüssigkeiten, die in den Wärmetauscher 41 gegeben werden, aus ihm auch wieder vollständig ausfließen, ist es vorteilhaft, den StiekslolTtluß durch den Wärmetauscher über die Verbrennungskammer für eine kurze Zeitspanne von ungefähr 5 Sekunden wieder einzuschalten, nachdem der Flüssigkeitsfluß aus den beiden Versorgungss\ stemen 61 und 62 beendet worden ist. (Dieser Stickstoffstrom kann auch zum Reinigen des oberen Raumes der Phiole 51 verwendet werden, wenn sie \om Verbindungsstück 50 abgenommen wird und bevor sie durch eine Kappe verschlossen wird, wie vorstehend beschrieben worden ist.) Bei dieser Einrichtung hat sich gezeigt, daß praktisch 100⁰Zo des radioaktiv en Fcitisotops. das im Ausgangsmaterial vorhanden ist. in der Mcßprobenphiolc: 51 wiedergewonnen werden kann, wenn das Isotop in Form eines kondensierbaren Dampfes anfällt.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verführen zum Gewinnen von kondcnsicrbaren Dämpfen aus einer Gusströmung durch Abkühlen der Gasströmung unter die Kondensationslemperatur der Dämpfe und Auffangen des entstandenen Kondensats, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Gasströmung in der Kühlzone in zumindest einer zur Strömlingsrichtung senkrechten Richtung derart verringert wird, daß ohne Kühlung die Strömung noch laminar ist und bei einer Kühlung in der Kiihlzone auf das entstehende Kondensat eine Kapillarwirkung ausgeübt wird.

2. Verlahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß nach der Gasströmung eine Spülflüssigkeii durch die Kiihlzone geleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß als Spülflüssigkdl ein Lösungsmittel für das Kondensat verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Spülflüssigkeit eine für eine Weiterbehandlung des Kondensats ohnehin erforderliche Flüssigkeit, bei radioaktive Stoffe enthaltenden Kondensaten vorzugsweise eine Szintillatorflüssigkeil, verwendet svird.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Gasströmung und gegebenenfalls nach der Spülflüssigkeit ein inertes Spülgas durch die Kiihlzone geleitet wird

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor einem Verschließen des zum Auffangen des entstandenen Kondensats dienenden Gefäßes das inerte Spülgas in die öffnung des Gcfäßrs eingeleitet wird.

7. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche. dadurch gekennzeichnet, daß in der Kühlzone ein Wärmetauscher vorgesehen ist. der für die Gasströmung ein im wesentlichen geradliniges Rohr (42) aus wärmeleitendem Material aufweist. dessen Innendurchmesser kleiner als 2,5 mm ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (42) aus Metall besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen