DE2149691A1 - Behaelter mit Einrichtungen zum Waermeaustausch durch die Wand - Google Patents

Description

Patentanwälte DIpl.-lng. R.SUETZ sen*
DIpI-In ;. K. LAMP..ECHT

Dr.-Ing. R. D £ Ui Γ Ζ Jr.
«München 22, Steinsdorfetr. 10 . 01/QCQ1

510-17.578P(17.579H) 5. 10. 1971

Creusot-Loire. Paris (Frankreich)

Behälter mit Einrichtungen zum Wärmeaustausch durch die Wand

Die Erfindung bezieht sich auf einen Behälter mit Einrichtungen zum Wärmeaustausch durch die Wand mit einer innen durch eine Schutzhaut abgedeckten mechanisch festen Hülle, die durch einen Zwischenraum voneinander getrennt sind, in dem zumindest ein zu beiden Enden in eine Ein- bzw. Auslaßkammer am jeweiligen Ende des Behälters einmündendes Rohr für die Zirkulation des Kälte- bzw. Wärmeübertragungsmittels angeordnet ist, während der restliche Teil des Zwischenraums außerhalb des Rohres mit einem inkompressiblen wärmeleitenden Material ausgefüllt ist, nach Patent (Patentanmeldung P 21 31 149.9 vom 23. 6. 1971).

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Kühlung und gegebenenfalls Heizung von Behältern wie Autoklaven oder in ganz allgemeiner Weise von Behältern, die in der chemischen Industrie als Polymerisationsreaktoren verwendet werden.

31O-(7O/3^Aa)-N8-r (7)

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Bei dieser Art von chemischen Reaktionen wird im Innern des Behälters eine beträchtliche Wärmemenge entwickelt, die möglichst rasch abgeführt werden mußο Xn der Tat muß die Temperatur solcher Mischungen möglichst gut eingeregelt werden, damit beispielsweise ein "Durchgehen" der Reaktion vermieden wird.. Zu diesem Zweck muß mithin ein System für einen sehr wirksamen Wärmeaustausch zur Verfügung stehen. Andererseits kommt es ziemlich oft vor, daß eine Reaktion zu Beginn durch Aufheizung des Behälters ausgelöst werden muß. Ee ist daher nützlich, wenn man über ein Wärmeaustausch= system verfügt, mit dem zunächst eine Aufheizung und dann eine Kühlung des Behälters erreicht werden kann.

Im übrigen ist der im Innern des Behälters entwickelte Druck oft recht beträchtlich, und die Behälterwand muß daher diese Drücke aufnehmen können.

Nach dem Hauptpatent wird nun ein doppelwandiger Behälter vorgeschlagen, bei dem innerhalb des Doppelmantels für eine gesteuerte Zirkulation von Wärme- bzw. Kälteübertragungsmittel gesorgt wird, wodurch ein ausgezeichneter Wärmeaustausch bei gutem mechanischem Verhalten erreicht wird.

Es wurde gefunden, daß sich außer dem erzielten ausgezeichneten Wärmetransport neue und unvorhergesehene Vorteil· ergeben, wenn der Behälter in einen Kühlkreis und/ oder Heizkreis derart einbezogen wird, daß die Gesamtheit ein Wärmeaustauschsystem bildet, das sowohl wirksam als auch überraschend einfach und damit marktgünstig ist. Ander· bedeutende Vorteile werden aus dem Nachfolgenden hervorgehen.

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Nach dem Hauptpatent wird die Wand des Behälters durch eine äußere Hülle und eine innere Schutzhaut gebildet, die voneinander durch einen Zwischenraum getrennt werden, in dem eine Hehrzahl von Rohren für die Zirkulation eines Wärmeübertragungsmittels angeordnet sind, die an ihren Enden in zwei an den jeweiligen Enden des Behälters angeordnete Kammern einmünden, von denen sich die eine Kammer auf einem höheren Niveau befindet als die andere.

Nach der vorliegenden Erfindung wird nun die Zirkulation des Wärmeübertragungsmittels durch die Rohre der Behälterwand in einen geschlossenen Kreislauf mit Naturumlauf einbezogen. Im Falle der Kühlung des Behälterinhalts umfaßt der äußere Kreis dann eine Vorrichtung zur Kühlung und Kondensation des Wärmeübertragungsmittels, dessen Dämpfe von der oberen Verteilerkammer des Behälters zur Kondensationevorrichtung strömen, nach dort erfolgter Kondensation im flüssigen Zustand von der Kondensationsvorrichtung zur unteren Verteilerkammer gelangen und innerhalb der im Behälterdoppelmantel angeordneten Rohre unter Wärmeaufnahme erneut verdampfen, wobei die Zirkulation des Wärmeübertragungsmittels durch natürlichen Umlauf (grimpage) im Innern der Rohre gewährleistet wird. Im Falle einer gewünschten Wärmeabgabe-an den Behälterinhalt umfaßt der äußere Kreis eine Vorrichtung zur Aufheizung und Verdampfung des Wärmeübertragungsmittels, das wiederum im geschlossenen Kreislauf zirkuliert* und zwar im flüssigen Zustand von der unteren Verteilerkammer des Behälters zur Heizvorrichtung' und im gasförmigen Zustand von der Heizvorrichtung zur oberen Verteilerkammer, wobei es fortlaufend in den Rohren des Behälterdoppelmantels unter Wärmeabgabe kondensiert.

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Der erfindungsgemäße Behälter mit Einrichtungen zum Wärmeaustausch der eingangs genannten Art ist demgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. die Rohr(e) und die Ein- und Auslaßkammern Teile eines in sich geschlossenen Kreislaufs für das Wärmeübertragungsmittel mit natürlichem Fluidumlauf sind, der im äußeren Zweig eine insbesondere auf einem Niveau oberhalb des Behälters angeordnete Kühl- und Kondensationsvorrichtung und/oder eine insbesondere auf einem Niveau unterhalb des Behälters angeordnete Heizvorrichtung für das Wärmeübertragungsmittel aufweist, sowie eine die obere Kammer des Behälters mit der Kühlvorrichtung und/oder der Heizvorrichtung verbindende Dampfleitung, eine die untere Kammer des Behälters mit dem Kondensatteil der Kühl- und/oder Heizvorrichtung verbindende Flüssigkeitsleitung und Mittel zur Füllung des Kreises mit Flüssigkeit und Dampf eines Fluids, derart, daß der Druck im Kreislauf gleich dem Sättigungsdampfdruck des Fluids bei einer Temperatur ist, die niedriger liegt als die Temperatur, auf die der Behälterinhalt abgekühlt werden soll.

Nach einem wesentlichen Merkmal der Erfindung umfaßt der äußere Kreis zwei parallel angeordnete Zweigkreise, die mit den beiden Verteilungskammern für das Wärmeübertragungsmittel verbunden sind und zum einen eine Vorrichtung zum Verdampfen und zum anderen eine Vorrichtung zum Kondensieren des Wärmeübertragungsmittels aufweisen, wobei das Leitungssystem außerdem Ventile für die Steuerung" des Wärmeübertragungsmittels in den einen oder anderen Zweig aufweist.

Nachfolgend wird die Erfindung mehr im einzelnen unter

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Bezugnahme auf als Beispiel angegebene Ausführungsarten beschrieben. Die Beschreibung bezieht sich auf die angefügten Zeichnungen; es zeigen &chematischs

Fig. 1 ein Wärmeaustauschsystem gemäß der Erfindung

mit einbezogenem Behälter nach dem Hauptpatent für die Kühlung des Behälterinhalts;

Fig. 2 ein Wärmeaustauschsystem, das entweder zum Aufheizen oder zum Kühlen des Behälterinhalts verwendet werden kann;

Fig. 3 ein Wärmeaustauschsystem für eine schärfere Kühlung des Behälterinhalts, und

Fig. h einen Schnitt längs IV-IV der Fig. 1 (Teildarstellung) ,

Der in den Figuren gezeigte Behälter 1 wird bereits im einzelnen im Hauptpatent beschrieben. Er umfaßt eine Doppelwand, die sich aus einer äußeren dicken und mechanisch festen Hülle 11 zur Aufnahme von Drücken und einer inneren dünnen Schutzhaut 12 zusammensetzt, die gegenüber den im Behälter enthaltenen Produkten korrosionsbeständig ist.

Die beiden Wände 11 und 12 sind durch einen Zwischenraum voneinander getrennt, in dem eine Mehrzahl von Rohren 3 angeordnet sind, deren Durchmesser gleich dem Abstand

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zwischen den Wänden oder kleiner ist. Wie die Schnittdarstellung von Fig. k zeigt, sind die Rohre mit gleichmäßigem Abstand über die gesamte Wand verteilt. Es ist darüber hinaus vorteilhaft, wenn ihre Oberfläche derjenigen der Innenwand äquivalent ist.

Der außerhalb der Rohre verbleibende freie Zwischenraum zwischen beiden Wänden ist vollständig mit einem inkompressiblen wärmeleitenden Material k ausgefüllt. Auf diese Weise wird der auf die Wand 12 ausgeübte Druck integral auf die mechanisch feste Außenwand 11 übertragen und von dieser aufgenommen, und die im Innern des Behälters entwickelten Wärmemengen können rasch von dem durch die Rohre 3 zirkulierenden Wärmeübertragungsmittel absorbiert bzw. fortgeführt werden. Die Wärmedurchgangszahl kann dabei sehr hoch sein, so daß im Innern des Behälters eine Temperatur aufrechterhalten werden kann, die nur wenig höher ist als diejenige des Wärmeübertragungs- bzw. Kühlmittels.

Die Rohre 3 sind an ihren beiden Enden offen und münden jeweils in eine untere Kammer 51 bzw. einer oberen Kammer 52. Die Kammern sind derart eingerichtet, daß eine gute Verteilung des Wärmeübertragungsmittels über die Rohre gewährleistet wird; sie können im übrigen Führungsorgane für das Strömungsmedium enthalten und volutenförmig ausgebildet sein.

Wie Fig. 1 zeigt, wird das durch die Rohre 3 zirkulierende Wärmeübertragungsmittel innerhalb eines geschlossenen Kreislaufs 6 gehalten, der eine Kühlvorrichtung 60 für das Wärmeübertragungsmittel aufweist, die mit den beiden Kammern

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51 und 52 durch Leitungen 61 und 62 verbunden ist.

Vor der Inbetriebnahme des Systems wird der Kreislauf partiell mit Wärmeübertragungsmedium in flüssigem Zustand gefüllt. Die Leitung 62, welche die Kühlvorrichtung 60 mit der oberen Kammer 52 verbindet, führt über ein Ventil 71 zu einer Entleerungs- und Evakuierungsleitung 7» über die die im Kreis 6 enthaltene Luft abgezogen werden kann. Von einem bestimmten Druck an fängt dann das flüssige Wärmeübertragungsmittel an zu sieden und der entwickelte Dampf (Sättigungsdampf) ersetzt die zunächst im Kreis 6 enthaltene Luft.

Das Ventil 71 wird geschlossen, wenn festgestellt wurde, daß der Dampf des Wärmeübertragungsmediums die im Kreislauf enthaltene Luft ersetzt hat. Der Druck im Innern des Kreises ist dann gleich dem Sättigungsdruck des Wärmeübertragungsmittels bei der im Kreis 6 herrschenden Temperatur. Das Wärmeübertragungsmittel wird demnach so ausgewählt, daß seine Siedetemperatur unter den eingehaltenen Bedingungen etwas niedriger ist als die Temperatur, die im Behälter aufrechterhalten werden soll, wobei der Temperaturabstand durch die Wärmedurchgangszahl vom Behälterinnenraum zum Wärmeübertragungsmittel und die Möglichkeiten der Wärmeabführung durch das Wärmeübertragungsmittel bestimmt wird.

Wenn die Reaktion im Behälter in Gang kommt, steigt die Temperatur und überschreitet die Siedetemperatur des Wärmeübertragungsmittels im geschlossenen Kreislauf. Innerhalb des Wärmeübertragungsmittels entwickeln sich dann

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Blasen, die in Anbetracht der speziellen Ausbildung des Behälters innerhalb der Rohre 3 zu einer aufsteigenden Bewegung Anlaß geben, so daß jedes Rohr mit einem Zug aufwärts bewegter Blasen gefüllt ist, durch den die Flüssigkeit zu einer Aufwärtsbewegung angeregt wird.

Die Betriebsbedingungen werden derart festgelegt, daß die Mischung von Flüssigkeit und Dampf zumindest bis zur oberen Kammer 52 aufrechterhalten wird. Der Sättigungsdampf entweicht dann über die Leitung 62 und wird in der Kühlvorrichtung 60 kondensiert, von wo aus die rückgebildete Flüssigkeit über die Leitung 61 zur Kammer 51 zurückkehrt. Wie man sieht, ist der Druck in der Leitung 62 gleich dem Sättigungsdruck des Dampfes bei der durch die Kühlvorrichtung 6O bedingten Kondensationstemperatur. Besonders vorteilhaft wird als Kühlvorrichtung ein Luftkühler verwendet, wie er schematisch in der Figur angedeutet ist. In diesem Fall ist die Kondensationstemperatur praktisch die Temperatur der Umgebungsluft.

Die Zirkulation durch natürlichen Umlauf (circulation par grimpage) resultiert aus den Dichteunterschieden zwischen Blasenstrom und Flüssigkeit innerhalb der Rohre 3 einerseits und der absteigenden Flüssigkeitssäule (Leitung 6i), wobei die Zirkulationsgeschwindigkeit von der Höhe der absteigenden Flüssigkeitssäule und damit von der Höhe des Luftkühlers im Vergleich zum Behälter (i) abhängt.

Bei Kenntnis der zur Aufrechterhaltung der gewünschten Temperatur im Innern des Behälters vom Wärmeübertragungsmittel abzuführenden Wärmemenge ist es unter Berücksichti-

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gung der Wärmedurchgangszahlen der Behälterwand möglich, den erforderlichen Dampfdurchsatz unter Berücksichtigung der Eigenschaften des gewählten Wärmeübertragungsmittels zu bestimmen.

So ist es beispielsweise laut Berechnung zur Aufrechterhaltung einer Temperatur von beispielsweise kO C innerhalb des Behälters vorteilhaft, ein Fluid wie "Freon 11" zu verwenden, dessen Siedetemperatur bei Atmosphärendruck bei 23»8 ⁰C liegt und das eine Verdampfungswärme von h3,5 kcal/kg hat. Mit einem Fluiddurchsatz von 23.000 kg pro Stunde können 10 kcal pro Stunde abgeführt werden» Dies entspricht einem Dampfdurchsatz von 3750 m /h, der mit einem 250er Leitungssystem (tuyauteries de 250) mit einer Geschwindigkeit von 20 m/s bewältigt werden kann»

Diese Geschwindigkeit führt bekanntlich nicht zu übermäßigen Druckverlusten, mit denen Störungen der Funktionsweise zu befürchten wären. Der Druckverlust hängt selbstverständlich von der Zirkulationsgeschwindigkeit des Dampfes ab, die wiederum selbst mit dem notwendigen Durchsatz zur Abführung der int Innern des Behälters erzeugten Wärmemengen zusammenhängt.

Wenn die im Behälter aufrechtzuerhaltende Temperatur relativ hoch ist und beispielsweise zwischen 100 und I80 C liegt, wird die Verwendung von Wasser als Wärmeübertragungsmittel besonders vorteilhaft sein, da Wasser bekanntlich eine große Verdampfungswärme besitzt. Je nach Temperatur sollte der Druck im Innern des Systems zwischen 20 und 10 bar liegen. Wenn die im Autoklaven aufrechtzuerhaltende

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Temperatur relativ gemäßigt ist und beispielsweise zwischen kO und 80 C liegt, ist der zugehörige Sättigungsdampfdruck (von Wasser) dagegen nur gering. Die Dichte des Wasserdampfes ist dann ebenfalls gering, und man wäre dann gezwungen, zur Erzielung des erforderlichen Wärmetransports sehr hohe Dampfgeschwindigkeiten anzuwenden. Daraus würden sich dann wiederum beträchtliche Druckverluste ergeben, die zu einer Störung des für die Fluidzirkulation notwendigen Blasentransports bzw. natürlichen Umlaufs führen konnten.

Unter diesen Bedingungen sollte ein Fluid mit höherem Sättigungsdampfdruck bei relativ niedrigen Temperaturen gewählt werden, dessen Dampf vorzugsweise schwer ist, so daß dann der Durchsatz und damit die Dampfgeschwindigkeit vermindert werden können. Ein besonders interessantes Fluid ist das Freon, wie bereits aus den oben angegebenen numerischen Beispiel hervorgeht. Dieses Fluid wird bislang hauptsächlich in der Kältetechnik verwendet.

Das soeben beschriebene Beispiel zeigt, daß es möglich ist, den Behälter mit Hilfe eines im geschlossenen Kreislauf zirkulierenden Fluids zu kühlen, ohne daß eine Förderpumpe verwendet werden muß, da die Zirkulation durch natürlichen Umlauf erhalten werden kann. Dieser Vorteil ist wegen der Tatsache besonders interessant, daß die Oberflächen dank der Zirkulation im geschlossenen Kreis in völlig einwandfreiem kontaminationsfreien Zustand gehalten werden können. Andererseits ist die Wärmedurchgangszahl wegen der möglichen'Geschwindigkeiten sowie der gleichzeitigen Anwesenheit von flüssiger und dampfförmiger Phase sehr hoch.

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Schließlich ist die Temperatur längs der Wand bei einer solchen Regelung des Kreislaufes, bei der alle Rohre innerhalb der Wand über die gesamte Höhe mit Dampf und Blasenzug gefüllt sind, völlig konstant, während bei einem mit Umwälzung von Flüssigkeit oder Gas arbeitenden Kühlsystem ein Anstieg der Temperatur je nach aufgenommener Wärme zu verzeichnen ist. Beim erfindungsgemäßen System wird dagegen, da die Temperatur für einen bestimmten Druck konstant ist, die Abführung der überschüssigen Wärme bei praktisch auf konstanter Temperatur gehaltener Wand gewährleistet. Auf diese Weise können die Bedingungen für eine chemische Reaktion besser eingestellt werden.

Natürlich kann man nicht behaupten, daß diese Temperatur ganz exakt konstant ist, da der Druck im unteren Teil der Rohre wegen des Fluidgewichts etwas höher ist als im oberen Bereich. Da indessen die Dichte der Mischung von Flüssigkeit und Dampf relativ gering ist, wird diese Druckdifferenz etwa vernachlässigbar, vor allem wenn ein Fluid gewählt wird, dessen Sättigungsdampfdruck bei der Betriebstemperatur ziemlich hoch ist. Der Temperaturunterschied zwischen dem unteren und oberen Teil der Rohre aufgrund der Druckdifferenz kann damit bei korrekter Wahl des Fluids und der Funktionsbedingungen sehr gering sein.

Wie oben bereits angegeben wurde, kann die Kühlvorrichtung vorzugsweise ein Luftkühler sein. Obgleich nun die Wirksamkeit dieser Vorrichtung durch Einsprühen von Wasser in die quer durch das Rohrbündel für die Fluidzirkulation geblasene Luft erhöht werden könnte, bleibt die Kühltemperatur praktisch konstant, da sie im wesentlichen durch die Temperatur der Umgebungsluft bestimmt wird.

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Dank der speziellen Konzeption des Systems kann die Kühlwirkung jedoch den im Innern des Behälters herrschenden Temperaturbedingungen angepaßt werden, denn eine Erhöhung der Temperatur würde eine stärkere Verdampfung mit sich bringen und mithin eine Beschleunigung des natürlichen Umlaufs des Wärmeübertragungsmittels, wodurch die Kühlwirkung zunimmt. Vie man sieht, ist es also durch korrekte Auswahl des Fluids und der Funktionsbedingungen möglich, ein Wärmetransportgleichgewicht zu erreichen, das im Innern des Behälters die gewünschte Temperatur aufrechterhält. Im übrigen kann noch die Höhe des Luftkühlers verändert und beispielsweise erhöht werden, wodurch die Höhe der nach Kondensation zum Behälter zurückkehrenden Flüssigkeitssäule und damit die Zirkulationsgeschwindigkeit zunimmt.

Wegen der geringen Anzahl der im System verwendeten Einrichtungen und ihre Einfachheit arbeitet das beschriebene Kühlsystem sehr sicher. So kann, selbst wenn im Luftkühler eine Panne auftritt, dieser noch mit natürlicher Konvektion betrieben werden und die Kühlung und Kondensation des Wärmeübertragungsmittels durch eine Berieselung des Austauschrohrbündels des Luftkühlers erreicht werden. Diese Sicherheit bildet einen wichtigen Vorteil für die chemische Industrie.

Wie bereits im Hauptpatent erwähnt wurde, ermöglicht die spezielle Konzeption des Behälters 1 seinen Betrieb unter sehr unterschiedlichen Bedingungen, unter denen z. B. der Inhalt des Behälters aufgeheizt statt gekühlt werden soll.

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Wie in Fig. 2 gezeigt wird, kann der äußere Kreis 6 dann bzw. zusätzlich eine Vorrichtung 63 zum Aufheizen und Verdampfen des Wärmeübertragungsmittels aufweisen. Das dort verdampfte Fluid wird durch die Leitung 62a - 62 zur oberen Kammer 52 des Behälters 1 geleitet.

Der Dampf kondensiert in den Rohren 3 unter Abgabe von Wärme an das im Behälter enthaltene Produkt. Dieser Wärmetransport erfolgt dank der Verteilung der Rohre längs der Wandung gleichmäßig über die gesamte Wand des Behälters. Das kondensierte, nunmehr flüssige Fluid sammelt sich in der Kammer 51 und wird über die Leitung 61 zur Verdampfungsvorrichtung 63 zurückgeschickt, und zwar entweder unter Verwendung einer Förderpumpe oder durch natürlichen Umlauf, wenn die Vorrichtung 63 auf einem Niveau angeordnet ist, das tiefer liegt als der Behälter 1.

Dieses System bietet den sehr bedeutenden Vorteil, daß es leicht mit dem oben beschriebenen Kühlsystem kombiniert werden kann. Bei Polymerisationsreaktionen kommt es nämlich häufig vor, daß das im Innern des Behälters enthaltene Monomere zunächst aufgeheizt werden muß, um die Polymerisation in Gang zu bringen. Man kann daher dieses Heizsystem mit dem oben beschriebenen Kühlsystem kombinieren, wie es in Fig. 2 gezeigt wird; der äußere Kreis 6 umfaßt dann zwei Zweige, von denen der eine Kühlvorrichtung 60 und der andere die Verdampfungsvorrichtung 63 enthält, und die beiden Leitungen 61 und 62 können dann über Dreiweg-Ventile 6k und 65 mit dem einen oder anderen der beiden Zweige in Verbindung gebracht werden. Damit ist es dann möglich, den Behälter zunächst zur Auslösung der Reaktion aufzuheizen

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und dann den Heizkreis zu unterbrechen und den Kühlkreis anzuschließen-·

Vie oben angegeben wurde, wird die Kühltemperatur im Falle, daß die Verwendung eines Luftkühlers vorgezogen wird, durch die Temperatur der umgebenden Luft begrenzt, und eine wirksamere Kühlung kann nur in einem geringen Maße durch Versprühen von Wasser erreicht werden.

Es wurde nun gefunden, daß das soeben beschriebene System zur Erzielung einer Temperatur innerhalb des Behälters, die unter derjenigen der umgebenden Luft liegt, vorteilhaft verbessert werden kann.

Eine solche Verbesserung wird in Fig. 3 gezeigt;

Der Kreislauf von Fig. 3 gleicht grundsätzlich demjenigen von Fig. 1, wobei allerdings die Leitung 62 zum Abziehen des verdampften Fluids und Hinleiten zum Luftkühler 60 einen Kompressor 8 aufweist, der das Fluid vor seiner Abkühlung auf einen über dem Verdampfungsdruck liegenden Druck bringt.

Das so komprimierte Fluid wird im Luftkühler 60 gekühlt und kondensiert« Die kondensierte Flüssigkeit wird über die vom Kühler zum Behälter führende Flüssigkeitsleitung (6i) abgezogen und vor ihrem Eintritt in die untere Kammer 51 des Behälters 1 durch eine Entspannungsvorrichtung 9 auf die Verdampfungstemperatur abgekühlt bzw. auf den Verdampfungsdruck entspannt. Daraus ergibt sich eine zusätzliche Abkühlung des Fluids, das in den Rohren 3 des Behälters verdampft und so die Temperatur im Inneren des

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Behälters auf einen Temperaturbereich absenkt, der unter demjenigen der Umgebungsluft (bzw. der Kühlvorrichtung 6o) liegt, da der Verdampfungsdruck in den Rohren geringer sein kann als der Sättigungsdampfdruck bei Umgebungstemperatur.

Wie man sieht, kann der im Hauptpatent beschriebene Behälter so vorteilhaft mit einer geringen Anzahl von Einrichtungen zu einem Wärmeaustauschsystem kombiniert werden, das eine große Anpassungsfähigkeit hinsichtlich der Anwendung unter wirtschaftlich sehr günstigen Bedingungen ermöglicht. Außerdem wird dabei beständig das gleiche Fluid benutzt, ohne daß Leckverluste zu befürchten sind, da das Fluid im geschlossenen Kreislauf zirkuliert, was eine vollkommene Reinhaltung der Oberflächen gewährleistet.

Schließlich ist die Betriebssicherheit der gesamten Anordnung sehr hoch, da außerordentlich einfache mechanische Einrichtungen verwendet werden, die kaum reparaturanfällig sind, und im Falle einer "Panne" beispielsweise des Luftkühlere kann der Betrieb mit natürlicher Luftkonvektion immer aufrechterhalten werden, indem die Wärmeaustauschrohre durch eine Berieselung provisorisch gekühlt werden. Ebenso ist es dank des ausgezeichneten Wärmetransportes durch die speziell ausgebildete Doppelwand des Behälters 1 immer möglich, diesen im Eil- oder Notfall durch Aufsprühen von Wasser auf die Außenwand zu kühlen.

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Claims (6)

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   Patentansprüche

   Behälter mit Einrichtungen zum Wärmeaustausch durch die Wand mit einer innen durch eine Schutzhaut abgedeckten mechanisch festen Hülle, die durch einen Zwischenraum voneinander getrennt sind, in dem zumindest ein zu beiden Enden in eine Ein- bzw. Auelaßkammer am jeweiligen Ende des Behälters einmündendes Rohr für die Zirkulation des Kältebzw. Wärmeübertragungsmittels angeordnet ist, während der restliche Teil des Zwischenraums außerhalb des Rohres mit einem inkompressiblen wärmeleitenden Material ausgefüllt ist, nach Patent ... (Patentanmeldung P 21 31 1^9«9 vom 23· 6. 1971)» dadurch gekennzeichnet , daß das bzw. die Rohr(e) (3) und die Ein- und Auslaßkammern (51 und 52) Teile eines in sich geschlossenen Kreislaufs (6) für das Wärmeübertragungsmittel mit natürlichem Fluidumlauf sind, der im äußeren Zweig eine insbesondere auf einem Niveau oberhalb des Behälters angeordnete Kühl- und Kondensationsvorrichtung (60) und/oder eine insbesondere auf einem Niveau unterhalb des Behälters (1) angeordnete Heizvorrichtung (63) für das Wärmeübertragungsmittel aufweist, sowie eine die obere Kammer (52) des Behälters mit der Kühlvorrichtung (60) und/oder der Heizvorrichtung (63) verbindende Dampfleitung (62), eine die untere Kammer (50 des Behälters mit dem Kondensatteil der Kühl- und/oder Heizvorrichtung (60, 63) verbindende Flüssigkeitsleitung (61) und Mittel zur Füllung des Kreises (6) mit Flüssigkeit und" Dampf eines Fluids, derart, daß der Druck im Kreislauf gleich dem Sättigungsdampfdruck des Fluids bei einer Temperatur ist, die niedriger liegt als die Temperatur, auf die der Behälterinhalt abgekühlt werden soll.

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2. 2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Rohre (3) und die Art des Fluids in Abhängigkeit voneinander derart ausgewählt sind, daß sich im Innern der Rohre ein Blasenzug mit aufsteigender Bewegung ausbildet*
3. 3* Behälter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Fluidfüllung im Kreis (6), die in Abhängigkeit von der im Behälter (1) aufrechtzuerhaltenden Temperatur derart ausgewählt ist, daß die erforderlichen Dampfgeschwindigkeiten nur zu mäßigen Druckverlusten führen*
4. 4. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im Kühlkreis vorhandene Wärmeübertragungsmittel ein "Freon", insbesondere "Freon 11" ist.
5. 5* Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Teil des Kreislaufs (6)zwei Zweigkreise aufweist, die parallel zueinander mit den beiden Kammern (51f 52) des Behälters verbunden sind und von denen der eine Verdampfungsvorrichtung (63) und der andere eine Kondensationsvorrichtung (60) für das Wärmeübertragungsmittel enthält, wobei der Kreislauf Ventile (6k, 65) für die Umleitung der Zirkulation in den einen oder anderen Zweig aufweist.
6. 6. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Teil des Kreislaufs (6) einen Kompressor (8) zwischen der oberen Kammer (52) und der Kühl- und Kondensationsvorrichtung (60) aufweist und eine Entspannungs-

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   vorrichtung (9) vor dem Eintritt des kondensierten Fluids in die untere Kammer (51)» wobei der Kompressor derart dimensioniert ist, daß er das in den Rohren (3) verdampfte Fluid auf einen Druck bringt, der Über dem Sättigungsdampfdruck in den Rohren (3) liegt und die Entspannungsvorrichtung das abgekühlte kondensierte Fluid auf den Sättigungsdampfdruck zurückbringen kann·

   7· Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühl- und Kondensationsvorrichtung (60) durch ei-" nen Luftkühler gebildet wird.

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