DE2165689A1

DE2165689A1 - Verfahren zur Erhitzung von durch eine Kammer fließendem Öl und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2165689A1
Application number: DE19712165689
Authority: DE
Inventors: David Beaconsfield Buckinghamshire; Mascall John Robert Harrow Weald Middlesex; Asdell (Großbritannien)
Original assignee: Churchill Instrument Co Ltd
Current assignee: Churchill Instrument Co Ltd
Priority date: 1971-01-01
Filing date: 1971-12-30
Publication date: 1972-07-20
Also published as: FR2120170A1; US3804154A; NL7118208A; GB1317121A; FR2120170B1

Description

. R. SPLANEMANN dipl-chem. dr. B. REITZNER - dipl-ing. J. RICHTER

MÜNCHEN HAMBURG

1505 - I - 7622 _pirma · aooo München » 3O₀ Desember 1971

,, Tal 13

Churchill Instrument Company iitcu Telefon toeni 22*207/226209

Telegramme! Inventius München

Middlesex, England

Patentanmeldung

Verfahren zur Erhitzung von durch eine Kammer fließendem öl und Vorrichtung zur Durchführung dee Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhitzung von durch eine Kammer fließendem Öl und eine Vorrichtung sur Durchführung dieses Verfahrene ο Bei dem öl kann es sieh um synthetische, natürliche, pflanzliche oder mineralische öle handeln« Insbesondere betrifft die Erfindung die Wärmeübertragung auf öl, dae durch einen geschlossenen Heiskreislauf strömte

Bs ist in der Industrie gut bekannt» daß eine beträchtliche Anzahl von Ölen eine Maxiiaaltemperatur aufweist, bis su der sie erwärmt werαen können, ohne daß sie zerfallen»

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obwohl sie ein wirkungsvolles Wärmeübertragungsmittel darstellen* Dies trifft insbesondere auf Petroleumöle und Kochöle zu, bei denon man gefunden hat, daß sie unter der Voraussetzung, daß die Wärmeübertragung auf das Öl unter einem vorgegebenem Maximum gehalten wird» in vielen Fällen ein wirkungsvolles Wärmeübertragungsmittel über einen weiten Temperaturbereich darstellen. Wenn jedoch die Wärmeübertragung derart ausfällt, daß die Temperatur eines Teils oder des gesamten Öls über ein vorgegebenes üaximum ansteigt» so tritt ein "Crackvorgang" auf und das Öl zerfällt.

Aus wirtschaftlichen Gründen wird manchmal empfohlen, das Wäroeübertragungoöl in einem Heizkreislauf durch Gras oder eine Ölheizung zu erwärmen» und obwohl auch elektrische Beheizung vorgeschlagen wurde» sind die Betriebskosten im allgemeinen hoch* Bei Öl- oder Gasbeheizung kann das Auftreffen von Flammen oder von hoch erhitztem Gas auf die Heizflächen« mit denen das Öl in Berührung steht, nur schwer vermieden werden und es wurden verschiedene Systeme entwickelt die dem Versuch dienen» sicherzustellen, daß die Temperatur der Wärmeübertragungsfläehe, die mit dem Öl in Berührung steht» keinen zu hohen Wert annimmt. Ss y wurden beispielsweise thermostatisch gesteuerte Kreise in das System einbezogen, um sicherzustellen» daS - falls die Öltemperatur zu hoch wird - die Temperatur der Wärmequellen entsprechend verringert wird, und es können in den Kreislauf des Systems Hochgeschwindigkeitspumpen, 'firbelvorrichtungen und Prallplatten vorgesehen werden» um sicherzustellen» daß die Strömungsgeschwindigkeit des Öls auf einem hohen Wert gehalten wird und daß turbulente Bedingungen herrschen, so daß für das öl wenig oder gar keine Gelegenheit besteht, an einem möglicherweise

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uberhitdon Punkt des Systems zu verweilen» Selbst mit diesen Vorkehrungen ist eo jedoch möglich und ereignet sich in der Praxis« daß sich eine unerwünschte örtliche Aufheizung des Öls entwickeln kann ι beispielsweise an einem heißen Punkt des Kreislaufs, falls die Strömungsgeschwindigkeit des Öls verringert ist» ohne daß eine entsprechende Verringerung der Temperatur der Wärmequelle möglich iat. Die Entwicklung eines solchen heißen Punkts kann -wie vorstehend erwähnt - zu einem Zerfall de3 Öls führen und in einem Versuch zur Überwindung dieses Problems wurden in das Heizsystem Sicherungen eingebaut, um zu gewährleisten, daß die Temperatur der mit dem öl in Berührung stehenden WärmeUbertragungsfl&chen nicht unzulässig hoch ist* Der Einbau solcher Sicherungen erfordert den Gebrauch spitzfindiger Steuergeräte und -kreise, große Pumpenkapazitäten bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten zur Erzeugung von Turbulenz und komplizierte Stromungssteuermittel. Es ergibt sich insgesamt ein aufwendiges Heizungssystem mit aufwendigen Bestandteilen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erhitzung von Öl zu schaffen» durch die die vorstehend geschilderten !fachteile der bisher vorgeschlagenen Systeme im wesentlichen vermieden werden können und die eine relativ einfache Konstruktion und eine Herstellung mit relativ niedrigen Kosten ermöglichen.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe besteht das erfindungagemäße Verfahren darin» daß in der Kammer ein geschlossenes Gefäß angeordnet ist, das ein Wäraeübertragungsmatorial enthält, wobei dieses Gefäß derart angeordnet ist, daß eich ein erster Teil innerhalb des Ölstroma und ein zweiter Teil

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vom Ölstrom entfernt befindet, so daß das Wärmettberti'agungsmaterial im Gefäß vom ersten zum zweiten Teil fließen kann, und daß der aweit© Teil dea Gefäßes bis zur vollständigen oder teilweisen Verdampfung dos darin enthaltenen \7ärmeilbertragungsmatoriala aufgeheizt wird, so daß der Dampf die Wärme auf dsn ersten Teil deo Gefäßes und damit auf das Öl mit einer Temperatur überträgt, die im wesentlichen mit der latenten Verdampfungawiirme des Wärmeübertragungsmaterials unter den im geschlossenen Gefäß herrschenden Druckbedingungen übereinstimmt*

Die erfindungsgemäßο Vorrichtung besteht darin, daß in der Wandung einer für den Öldurchfluß "bestimmten Kammer ein geschlossenes Gefäß angebracht ist, von dem ein erster Teil innerhalb der Kammer und ein zweiter Teil außerhalb der Kammer liegt und derart angeordnet ist, daß in dem Gefäß befindliches Material vom ersten zum zweiten Teil fließen kann, daß zur !Beheizung des zweiten Teils deo Gefäßes eine Heizvorrichtung vorgesehen ist, daß das Gefäß ein Wärmettbertragungsmaterial enthält, das geeignet ist, im geschlossenen Gefäß ganz oder teilweise zu verdampfen, wenn dieser zweite Teil erhitzt wird, wodurch der Dampf die Wärme auf den ersten Teil deo Gefäßes überträgt, wodurch die Kammer und das sie durchströmende Öl wenigstens auf eine Temperatur erhitzt wird, die im wesentlichen mit der Temperatur der latenten Verdampfungswärme des Wärmeübertragungsmaterials unter den innerhalb des geschlossenen Gefäßea herrschenden Druckbedingungen übereinstimmt.

Dabei besteht eine vorteilhafte Ausgestaltung darin, daß die Kammer einen Teil eines geschlossenen Kreislaufs bildet, der zu erwärmendes Öl enthält und eine Umwälzpumpe aufweist«

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Sas in geschlossenen Gefäß enthaltene "Waraeubertragungomaterial" kann aus vielen Substanzen ausgewählt sein$ aufgrund physikalischer Begrenzungen ist es jedoch wahrscheinlich, daß ein bestimmtes Material besonders geeignet ist» Im allgemeinen wird das. Y/änaeUbertragungsmaterial eine Flüssigkeit sein, obwohl auch ein normalerweise festes Material verwendet werden kann, daß bei der Erhitzung durch die flüssige Phase in die Dampfphase übergeht (oder sogar sublimiert), vorausgesetzt es ist sichergestellt* daß ein zyklisches Erhitzen und Abgeben der latenten Wärme, Kondensieren und/oder Verfestigung und Wiedererwärmen stattfinden kann. Ein geeignetes Wärmeübertragungsmaterial ist Wasser und zur Vereinfachung der Beschreibung wird nachfolgend auf dieses als Wärmeübertragungsmaterial Bezug genommen· So sollte jedoch beachtet werden» daß die vor« liegende Erfindung in keiner Weise auf die Verwendung von Wasser als Wärmeübertragungsmaterial beschränkt ist und daß andere geeignete Materialien benutzt werden können? wie für den Fachmann nach Kenntnis der vorliegenden Erfindung ersichtlich ist.

Der Ölstrom durch die Kammer wird vorzugsweise so geleitet» daß er direkt die äußere Oberfläche des oratea Teile des Gefäßes berührt und eine wirksame Wärmeübertragung zwischen dem ersten Teil des Gefäßes und dem Öl stattfinden, kann, wobei dieser erste Teil des Gefäßes außen mit Hippen versehen sein kann, um die Berührungsfläche mit dem Öl oder die turbulenz des Öls zu vergrößern* Wenn der zweite Teil des Gefäßea ( der zur Vergrößerung des Wärmeübergangs ebenfalls mit Bippen versehen sein kann) erwärmt wird, . vordampt das darin befindliche Wasser und überträgt die Wärme auf den ersten Seil des Gefäßes und dadurch auf das öl· Durch die Aufnahme der Wärme vom ersten Teil des Gefäßes

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durch das OX₉ wird der im Gefäß befindliche Dampf zur Kondensation veranlaßt und zur Rückkehr in den zweiten Teil des Gefäßes, wo er erneut erwärmt wird. Wenn die temperatur des zweiten Seils des Gefäßes durch kontinuierliche Beheizung ausreichend angestiegen ist, verdampft alles darin befindliche Wasser mit einer Temperatur« die mit der Verdampfungstemperatur des Wassers unter den Brück·· Verhältnissen übereinstimmt, die sich aus dem Volumen dea Gefäßes und dem Volumen des anfänglich darin enthaltenen Wassers ergeben» Abhängig vom Volumen des geschlossenen Gefäßes und des anfänglich darin enthaltenen Wassers ist die vom ersten Teil des Gefäß ©α erreichbare Maxiraaltom» peratur (mit einer später näher erläuterten Ausnahme) im wesentlichen die Temperatur» bei der das gesamte Wasser gerade verdampft worden ist« Ba die latente Verdampfungswärme vom ersten Teil des Gefäßes abgezogen wird, kondensiert der Dampf und das Wasser fließt in den zweiten Teil des Gefäßes zurück, wo es erneut erwärmt wird. Auf diese Weise und unter der Voraussetzung« daß die Heizvorrichtung dem zweiten Teil des Gefäßes kontinuierlich Wärme zuführt, bewirken die Wasser/Dampf -Phasen im Gefäß₉ daß dieses im wesentlichen als Thermostat wirksam wird, um sicherzustellen, daß die auf das öl in der Kammer übertragene Temperatur (für praktische Zwecke) nicht über ein vorgegebenes Maximum ansteigen kann. Wie oben erwähnt hängt dieses vorgegebene Maximum vom Volumen des Gefäßes und der anfänglich darin aufgenommenen Waasermenge ab» Diese Werte können verändert werden, falle es erforderlich ist, die am ersten Teil des Gefäßes zur Verfügung stehende Maximaltemperatur zu verändern. Die kritische Temperatur ist bei Wasser etwa 371⁰C und dies stellt die obere Grenze einstellbarer Maximaltemperaturen dar, die durch unterschiedliche Verhältnisse der Gefäß- und der Wasaervolumina für den ersten Teil des

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Gefäßoc erreichbar sind* Natürlich kann die obere Grenze des Bereichs der vorgegebenen Maicimaltemporaturen, die vom ersten Teil des Gefäßes erreicht werden können, bei Verwendung anderer Wärmeübertragungsmaterialien als Wasser entsprechend der kritischen Temperatur solcher anderer Materialien verändert werden. Beispielsweise beträgt die Maximaltemperatur, bis au der ein Üblicher Typ eineo Wärmeübertragungsisis ohne ernsthafte Zersetzung erhitzt worden kann, die Größenordnung von 35O°C. In einem solchen Fall kann die Wassermenge im Gefäß und dessen Volumen so bemessen werden, daß alles Wasser gerade verdampft ist, wenn der Druck im Gefäß mit der zu erreichenden Dampftemperatur von ZtBe 33O⁰C übereinstimmt.

Die Wärme wird auf die Kammer und das darin befindliche Öl direkt durch das Material des Gefäßes übertragen al© Ergebnis der Wärmeleitung vom zweiten Gefäßteil zum erstes und bei vollständiger Verdampfung des Wassers im Gefäß auch als Ergebnis von Konvektionsströmungen im Dampf, eine derartige Y/ärmeübertragung durch Wärmeleitung und Konvektion kann jedoch (für praktische Zwecke) im Vergleich zu dor durch die Kondensation des Dampfes zu Wasser freiwerdendon latenten Wärme vernachlässigt werden.

Obwohl das Gofäß und das darin enthaltene Wasser.im Ölheizungssystem als Thermostat wirken, wenn das Wasser vollständig verdampft 1st, können in der Einheit oder dem System thermostatisch gesteuerte Hilfoeinricfatun gen vorgesehen werden, derart, daß dann, wenn das Öl oder der erste Teil des Gefäßes eine vorgegebene Temperatur unterhalb der bei vollständiger Verdampfung des Wassers erreichbaren MajcLmaltomperatur erreicht hat (d.h. wann das Wasser

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nur teilweise verdampft ist) » die Wärmezufuhr von dor Hei ζ einrichtung zum zweiten Toil des Gefäßes automatisch gesteuert wird, um das System in einem Gleichgewicht zu halten» wodurch aus einer im Gefäß befindlichen Wassermenge im wesentlichen kontinuierlich Wasserdampf erzeugt und kondensiert wird, während der zweite Teil im wesentlichen auf konstanter Temperatur gehalten wird«

Das geschlossene Gefäß besitzt vorzugsweise die Porm eines an den Enden geschlossenen zylindrischen Rohrs. In dieser Form kann das geschlossene Gefäß einem "Perkino"-Dampfrohr ähnlich sehen» das man bisher zur Beheizung von Backöfen vorgeschlagen hat» um zu vermeiden» daß sich durch dle Verbrennung fester Brennstoffe ergebende Abgase mit den zu backenden Erzeugnissen in Berührung gelangen. Wenn das geschlossene Gefäß ein zylindrisches Rohr ist, wird es vorteilhafterweise so angebracht» daß seine Achse im wesentlichen vertikal verläuft» so daß sich sein oberer Abschnitt in die vom öl durchströmte Kammer durch deren Wandung erstreckt und sein unterer Abschnitt in eine Heizkammer ragt. Sine solche Heizkammer kann der vom Öl durchströmten Kammer benachbart oder von Ihr entfernt angeordnet sein und mit .einer geeigneten Heizeinrichtung versehen sein. Alternativ kann das Rohr gegen die Vertikale geneigt oder sogar horizontal angeordnet sein» vorausgesetzt» daß der Dampf nach der Kondonsation im ersten Seil des Rohrs in dessen zweiten Teil zurückfließen kann«

Die Heizeinrichtung kann für den zweiten Teil des Gefäßes eine direkte oder eine indirekte Beheizung vorsehen. Beispielsweise kann eine Ausführungsform einer direkten Heizung eine elektrische Heizspirale» einen mit Gas oder Öl befeuerten Brenner vorsehen, die dem zweiten Teil des

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Gefäßea benachbart angeordnet sind» Alternativ umfaßt eine Ausführungsform einer indirekten Heizung für den zweiten Teil des Gefäßes einen heißen Gasstrom der aufgrund einer Verbrennung in einem geeigneten Brenner (beispielsweise einem Propan/Luft-Brenner nach der britischen Batentanmeldung No. 46523/67) über diesen zweiten Teil fließt.

Gewöhnlich wird man in der vom öl durchf lossenen Kammer mehrere geschlossene Gefäße anordnen und der vorstehend erwähnte heiße Gasstrom stellt ein geeignetes Mittel dar, um in einer Heizkammer gleichzeitig alle zweiten Teile der Gefäßgruppe zu beheizen.

Anhand der nun folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung wird diese ' näher erläutert.
Es zeigts

1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen ölheizelnheit,

2 eine Draufsicht auf die in Fig. 1 gezeigte Einheit, Fig. 3 in größerem Detail eine Seitenansicht der vom öl durchströmten Kammer und der geschlossenen Gefäße, die damit verbunden sind« bestimmt für die in Fig. 1 gezeigte Einheit,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die vom öl durchströmte Kammer der Fig. 3, au3 der die Anordnung der geschlossenen Gefäße ersichtlich ist,

Fig· 5 eine Stirnansicht der in Fig. 3 gezeigten, vom öl durchf loss enen Kammer,

Flg. 6 einen Schnitt durch die vom öl durohflossene Kammer und die geschlossenen Gefäße nach der Linie A-A in Fig. 3 und

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Fig. 7 in schematischer Darstellung eine einfache Ausführungsform einea erfindung3gemäß konstruierten ölheizsystems mit einer Ölheizeinheit nach Fig.

Die allgemein in den Figuren 1 und 2 gezeigte ölheiäeinheit umfaßt eine vom öl durchflossene Kammer 1 mit einer Grund·» platte 2. Die Grundplatte 2 trennt diese ö !.durchflossen β Kammer von einer Heizkammer 3, die unterhalt) der öldurchflossenen, nachfolgend kurz ölkammer genannten Kammer liegt. Die Unterseite der Grundplatte 2 in der Kammer 3 ist mit einem wärmeisolierendon Material (nicht gezeigt) verkleidet» was auch auf die anderen Innenwände der Heizkammer 3 zutriffto Dio Grundplatte 2 verläuft horizontal und die Kammern 1 und 3 bestehen vorteilhafterweise aua Schmiedestahl· In einer Stirnwand 4 der Heizkammer 3 1st ein Gasbrenner 5 angeordnet. Die Heizkammer 3 ist sich verjüngend ausgebildet, so daß aich das von ihr umschlossene Volumen im Querschnitt von der Stirnwand 4 gegen eine Eadwand 6 verringert, die der Stirnwand 4 gegenüberliegt. Die Heizkammer 3 steht an einer der Endwand 6benachbarten Stelle mit einem Auslaßkanal 7 in Verbindung, durch den die heißen Abgase vom Brenner 5 über die ölkammer 1 streichend au einem Abgasrohr 8 geleitet werden· Die ölkammer 1 besitzt einen Öleinlaß 9 und einen Ölaualaß 10, mlttele der die Heizeinheit in ein ölheizsystem einbezogen werden kann» wie es beispielsweise in Figur 7 gezeigt ist· Die ölheizeinheit wird von einer nicht gezeigten Verkleidung umschlossen» die aus Wärmeisolationsmaterial besteht·

Der Brenner 5 verarbeitet eine Mischung aus Propangas und Luft, das an einer relativ großflächigen Auslaßöffnung des Brenners in der Heizkammer 3 verbrannt wird. Der Brenner umfaßt eine Brennerplatte aus faserigem kerami-. achem Material» durch das die Luft und das Propangas

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hindurchgeleitet werden, um eine innige Mischung au schaffen, die am Auslaß verbrannt wird. Der relativ große Brennerauslaß stellt sicher, daß trotz eines möglioherweise geringen Drucks der Gasmisehung am Auslaß und einer am Auslaß entstehenden kleinen Flamme die Wärmeausbeute vom Brenner beträchtlich sein kann. Obwohl für den Betrieb des Brenners Propangas bevorzugt wird, weil es eine relativ saubere Flamme ergibt, können andere brennbare Gase benutzt werden·

Die Grundplatte 2 trägt eine Gruppe geschlossener* abgedichteter Gefäße, die sich durch die Grundplatte erstrecken und teilweise in die Ölkammor 1 und teilweise in die Heizkammer 3 ragen* Diese Gefäße werden nun anhand der Figuren 3 bis 6 näher beschrieben.

Jedes geschlossene Gefäß umfaßt ein zylindidocb.es Rohr 11 aus Stahl mit geringem Kohlenstoffgehalt, das an seinen Enden durch Stopfen 12 mit niedrigem Kohlenstoffgehalt verschlossen ist, wobei die Stopfen mit dem Rohr verschwelet sind ο Jedes Rohr 11 ist in einer entsprechenden öffnung der Grundplatte 2 angeordnet und mit dieser derart verschweißt, daß es relativ zur Grundplatte im rechten Winkel verläuft und mit öAiiem oberen Teil in die ölkammer 1 ragt, während ein unterer Teil in die Heizkammer 3 ragt. Die Heizeinheit umfaßt mehrere geschlossene Gefäße bestehend aus Rohren 11, wobei diese Rohre über den Bereich der Grundplatte 2 mit Abstand voneinander angeordnet sind« Bei der vorliegenden AusfUhrung3form sind einundneunzig solcher geschlossener Gefäße vorgesehen, zur Vereinfachung dor Darstellung sind jedoch nicht alle dieser geschlossenen Rohre 11 gezeigt, obwohl ihre Positionen in Fig. 4 durch Kreuze und in Fig· 3 durch die zwischen den beiden gezeigten Rohren dargestellten Mittellinien angedeutet sind«

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Vor der Abdichtung wird j edea Rohr 11 mit einer vorgegebenen Wassermenge 13 gefüllt. Bei der vorliegenden AusfÜhrungsform enthält jedes der abgedichteten Rohre 11 ein gleiches Volumen und jedes Rohr ist mit der gleichen Wassermenge gefüllt.. Obwohl es bei der Verwendung von Wasser als Wäriaettbertragungsmaterial nicht erforderlich iat# kann es bei einigen anderen Wärmeübertragungsmaterialien erwünscht sein, das Stillen und Abdichten der Rohre 11 unter Vakuum durchzuführen,,

Wie oben erwähnt wurde, liefert der Brenner 5 eine kleine Flamme und diese ist so angeordnet, daß dio Flamme nicht auf die Rohre 11 auf trifft, und dio unteren Abschnitte der abgedichteten Rohre werden durch die vom Brenner 5 kommenden Abgase erwärmt.

Die Ö!kammer 1 besitzt einen Einlaß 9 und einen Auslaß 10, die mit einem Strömungsmittelheizsystem verbunden sind, das bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ein einfaches, geschlossenes, ölgefülltes Kreislaufsystem mit einer Umwälzpumpe 1oo umfaßt, durch welche Pumpe das Öl durch die Ölkammer 1 und anschließend durch eine Wärmetausoherkammer 101 befördert wird, bevor es zur ölkammer 1 zurückkehrt* Die Wärmetauscherkammer 101 ent·* hält ein gewünschtes Gerät oder Element, das erwärmt werden soll, z.B, eine Presse, einen Ofen, einen Reaktor oder ein Bad» Das System ist mit einem ölbehälter 102 verbunden, von dem aus es gefüllt und alle Leckverluste über die Leitung 103 ersetzt werden, die vom geschlossenen Kreislauf abzweigt« Das öl wird beim Durchwandern der Ölkammer 1 und beim Überströmen über die oberen Teile der abgedichteten Rohre 11 erwärmt (wie nachfolgend noch beschrieben wird), und um eine Querströmung in der ölkammer

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1 zu fördern, sind Prallplatten 14 In dieser Kammer vor*» gesehen, Me aus Fig. 4 ersichtlich let.

Bo wird nun die Wirkungsweise der Heizeinheit bei Durchfluß von Öl durch die Ölkammor 1 betrachtet. Sa die unteren Seile der abgedichteten Rohre 11 durch Abgase vom Brenner 5 erhitzt werden» verdampft das Wasser 13· Der Wasserdampf getongt in den oberen Teil der abgedichteten Rohre und seine latente Verdampfungswärme wird an das kältere öl in der ölkammer 1 abgegeben, wodurch der Wasserdampf kondensiert und in den unteren Seil der abgedichteten Rohre zurückfließt. Wenn die Temperatur der unteren Seile der abgedichteten Rohre 11 ansteigt und das Wasser verdampft, steigt auch der Druck in den abgedichteten Rohren 11. Es steigt entsprechend auch die Temeperatur, bei der das Wasser verdampft· Während jedoch bei ständig ansteigenden Temperaturen aus dem Wasser 13 Wasserdampf entwickelt wird, wird die latente Verdampfungswärme auf das öl übertragen und dieser Vorgang hält ao lange an, als Wasser in den abgedichteten Rohren vorhanden ist. Wenn alles Wasser in den abgedichteten Rohren verdampft worden ist und das öl noch nicht die Temperatur erreicht hat, bei der das Wasser verdampft worden ist (unter den Druckbedingungen, die sich aus dem Volumen eines jeden abgedichteten Rohres 11 und der darin eingeschlossenen Wassormengo ergeben), wird der Wasserdampf kondensiert und kontinuierlich wieder verdampft, um seine latente Vordampfungswärme abzugeben, bis die öltemperatur die des Wasserdampfs erreicht und sich ein Gleichgewichtszustand einstellt« Bei einem solchen Gleichgewichtszustand otellt jedes abgedichtete Rohr und das von ihm eingeschlossene Wasser praktisch einen Thermostat dar, dessen Wirkung.darin besteht, das öl auf einer

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Temperatur au halten, bei der alles Wasser im abgedichteten Rohr gerade verdampft· Bo kann demnach die Maximal«· temperatur, auf die das öl aufgeheizt werden soll, dadurch bestimmt werden, das jedes abgedichtete Rohr bei einem gegebenem Volumen mit einer bestimmten Waasermenge gefüllt wird· Der in üblichen Heizaystemen benutzte unterliegt bei Temperaturen in der Größenordnung von 35O⁰C einer Auflösung und einem Crack~Vorgang, so daß das Volumen der geschlossenen Rohre und der darin eingeschlossenen Waseermenge so bemessen werden kann, daß alles Wasser bei den entsprechenden Druokbedingungen mit einer Temperatur von z.B. 330° verdampft, wodurch ein Sioherheitsapielraum für die Erhitzung des öl geschaffen wird. In der Praxis wurde gefunden, daß die auf das öl infolge der Wärmeleitung durch das Material des Rohrs aus der Heizkammer 3 zur ölkammer 1 übertragene Wärme vernachlässigbar let im Vergleich mit der auf das öl durch die latente, während der Kondensation des Wasserdampfes sich entwickelnde Wärme übertragenen Wärmemenge. Ss ist verständlich, daß durch Auffüllen der abgedichteten Rohre mit unterschiedlichen Wassermengen die maximale, auf das öl su Übertragende Temperatur in einem Bereich vor-· bestirnt werden kann, der sich von etwa 1QO⁰C (oder darunter, falls die Rohre unter Vakuum gefüllt werden) bis au einer leicht unter der kritischen Temperatur für Wasser (etwa 371⁰C) liegenden Temperatur erstreckt· Dieser Bereich kann natürlich verändert werden, wenn man als Wärmettbertralpmgsmaterial ein anderes Material als Wasser benutzt·

Das vorteilhafteste Merkmal der vorstehend beschriebenen ölheiseinheit ist es, daß die abgedichteten Rohre 11 und

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das darin befindliche Wasser praktisch einen Thermostat darstellen, der sicherstellt;, daß das öl in der ölkammer 1 auf eine Temperatur aufgeheizt und auf dieser Temperatur gehalten werden kann, die unter der Zerfailtesgp$ratur liegt· Durch diese Anordnung wird seihst dann, wenn der ölkreielauf stillsteht« statisches Öl in der Ölkammer in direkter Berührung mit den oberen Seilen der abgedichteten Rohre nicht auf eine Temperatur gebracht, hei der das öl einem Craok-Vorgeng ausgesetzt ist»

Bsi einem ölheizsystem, wie es vorstehend anhand der 3?igur 7 beschrieben worden let, muß es nieht immer erforderlich sein, das die Öltemperatur auf die Iflaximaltemperetur des Systems ansteigt (die durch die Temperatur gegeben 1st, bei der alles Wasser in den abgedichteten Eohren verdampft worden ist)« Es kann deshalb eine thermoatatische Vorrichtung 105 in den Ölkreielauf dem Auslaß 10 benachbart

einbezogen werden. Die Vorrichtung 105 bildet einen Teil des Heizungssteuersyetems 106, das auch ein Ventil 107 enthält. Das Ventil 107 steuert den Gaoauatrom zum Brenner 5· Das Heizungssteuereystem 106 arbeitet iü der Wels«, daß dann, wenn das Öl eine vorgegebene Temperatur (unter*· halb des MmcIwbb) erreicht, die von der thermostatisch©!! Vorriohtußs 105 ermittelt wird, das Ventil 1o7 teilweise geschlossen wird und der Grasstrom zum Brenner 5 vermindert wird» Die Wärmezufuhr vom Brenner zur Heizkammer wird dadurch automatisch verringert, um einen (Uöiehgewiehtszustsnd aufrechtzuerhalten, bei dem die beim Kondensier en vom Wasserdampf abgegebene latente Wärme gerade ausreichend ist, um das Öl auf β einer vorgegebenen Temperatur zu halten· Auf diese Weise kann immer Wasser in den abgedichteten Bohren 11 vorhanden sein, obwohl einer Teil seines Volumens stets verdampft und kondensiert wird·

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Spezifische Beispiele für andere Wärmeübertragungamateria* Hen alo Wasser, von denen angenommen wird» daß sie in den abgedichteten Rohren 11 benutzt werden können, sinds eine Legierung aus Natrium und Kalium» Natrium, Schwefel, Quecksilber und Fluorkohlenstoffe nie Dichlordifluormethan? Trichlor'-monofluor-methan, Tiichlor -trifluor-äthan.

Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel der vorstehend beschriebenen und gezeigten Ausftthrungsform besitzt jedes geschlossene Gefäß mit einem Bohr 11 einen Außendurchmesser von etwa 34»3 &mi, einen Innendurchmesser von etwa 21,6 mm und eine äußere axiale länge von etwa 260 mm. Jedes dieser Gefäße enthielt etwa 5 ml Wasser und war in der Grundplatte 2 derart befestigt, daß es sich etwa 165 mm in die ölkammer 1 und etwa 95,3 mm in die Heizkammer 3 erstreckte· Diese Gefäße waren geeignet, das öl bis auf 300 ⁰C aufzuheizen, obwohl alles Wasser nicht vor dem Erreichen einer Temperatur von etwa 34O°C verdampfen wird.

Ansprüche:

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Claims

Anspruches

Verfahren zur Erhitzung von durch eine Kammer fließendem Öl, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer ein geschlossenes Gefäß angeordnet ist» das ein WärmeÜber· tragungsmaterial enthält, wobei dieses Gefäß derart angeordnet ist, daß sich ein erster Seil innerhalb des ölotroms und ein zweiter Seil vom ölstrom entfernt befindet, so daß das W&raeubertragungsmaterial im Gefäß vom ersten zum zweiten Teil fließen kann, und daß der aweite Seil des Gefäßes bis zur vollständigen oder teilweisen Verdampfung des darin enthaltenen Wäraeübertragungsmlttels äufgeheiait wird, so daß der Dampf die Wärme auf den ersten Seil des Gefäßes und damit auf das Öl mit einer Temperatur über* trägt, die im wesentlichen mit der latenten Verdampfungs-» wärme des Wäratettbertragungsmaterials unter den im geschlossenen Gefäß herrschenden Druckbedingungen übereinstimmt·

2· Vorrichtung zur Beheizung von öl, insbesondere zur Durchfuhrung des Verfahrene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wandung einer für den öldurchfluß bestimmten Kammer (1) ein geschlossenes Gefäß (11) angebracht ist, von dem ein erster ¹SeIl innerhalb der Kammer und ein zweiter Seil außerhalb der Kammer liegt und derart angeordnet ist, daß in dem Gefäß befindliches Material (13) vom ersten zum zweiten Seil fließen kann, daß zur Beheizung des zweiten Teils des Gefäßes eine Heizvorrichtung (5) vorgesehen 1st, daß das Gefäß ein Wärme· übertragungsmaterlal enthält, das geeignet 1st, im ge» schloss en en Gefäßganz oder teilweise zu verdampfen, wenn dieser zweit· Teil erhitzt wird, wodurch der Dampf dl· Wärme auf den ersten Teil des Gefäßes überträgt, wodurch

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die Kammer und das sie durchströmende öl wenigstens auf eine Temperatur erhitzt wird, die im wesentlichen mit der Temperatur der latenten Verdampfungawärme des Wärmeübertragungamittels unter den innerhalb des geschlossenen Gefäßes herrschenden !Druckbedingungen übereinstimmt·

3· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet» daß eine Mehrzahl dieser Gefäße (11) vorgesehen let, daß sich diese Gefäße mit Abstand voneinander angeordnet in einer Gruppe befinden» und daß von jedem Gefäß der erste Seil in die Kammer (1) ragt, die vom öl durchflossen werden soll» und der zweite Teil sich außerhalb dieser Kammer befindet« um dort durch die Heizvorrichtung (5) erhitzt zu werden.

4· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet» daß das Gefäß (11) oder die Gefäße aus einem Rohr mit abgedichteten Enden besteht bzw« bestehen·

5· Vorrichtung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß jedes Gefäß (11) zylindrisch ist und mit im wesentlichen vertikal verlauf ender Achse angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5» dadurch gekennzeichnet» daß die Heizvorrichtung die zweiten Teile der Gefäße (11) direkt beheizt.

7· Vorrichtung naoh Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung eine elektrische Heizspirale, einen Gas- oder einen ölbrenner umfaßt» die dem zweiten Teil eines jeden Gefäßes (11) benachbart sind·

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δ. Torrichtung nach einem der Ansprüche 2 T)Is 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (5) zur indirekten Beheizungg der zweiten Teile der Gefäße (11) ausgebildet iot.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung geeignet ist, einen heißen Gasstrom über die Gefäße (11) zu leiten, um deren zweite Seile aufzuheizen.

. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß der heiße Gasstrom durch Abgase eines Gasbrenners gebildet wird·

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl der Gefäße (11) vorgesehen 1st und die zweiten Seile dieser Gefäße in einer Heizkammer (3) angeordnet sind, durch die der heiße Gasstrom geleitet wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Heizkammer (3) längs des Strömungspfades des heißen Gases verjüngt, derart, daß der Querschnitt der Kammer stromauf größer ist als am stromab gelegenen Ende der Heizkamner.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasbrenner in einer Seitenwandung der Heizkammer (3) angeordnet 1st.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bl3 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizkammer (3) unterhalb der vom öl durchströmt«! Kammer (1) liegt und daß diese

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Kammern durch ein© Grundplatte (2) gatrenüt sind, von dor die Gefäß© (11) getragen werden und von der aus sie aich teilweise in beide Kammern erstrecken.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprache 2 bie 14, dadurch gekennzeichnet, daß die vom öl zu durchfließende Kammer (1) mit Prallplatten (H) versehen ist, um eine Querströmung oder Turbulenz des Öls zu bewirken«

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Teiel der Gefäße (11) derart angeordnet sind, daß sie mit dem durch die üldurehfloseene Kammer (1) fließenden öl in Berührung gelangen.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Gefäße (11) unter einem geringeren als dem Atmosphärendruck mit dem Wärmeübertragungsmaterial gefüllt sind.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmetibertragungsmaterial (13) Wasser ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmoübertragungsmaterial aus einer Gruppe ausgewählt ist, die eine liatrium-Kalium-Legiorung, Natrium₉ Schwefel, Quecksilber und einen Fluorkohlenstoff enthält.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein thermostatisch gesteuertes Element (105) vorgesehen ist, das auf die öltemperatur

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anspricht und zur Steuerung der Heizvorrichtung (5) mit dieser verbunden ist, derart, daß dann, wenn das öl eine Temperatur erreicht hat, die vorgegeben aber geringer als die maximal durch die Heizvorrichtung erreichbare öltemperatur ist, die Wärmeabgabe der Heizvorrichtung an die zweiten Teile der Gefäße (11) derart gesteuert wird, daß die Öltemperatur im wesentlichen konotant auf dieser vorgegebenen Temperatur bleibt.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die vom öl zu durchströmende Kammer (1) einen Teil eines geschlossenen Kreislaufs bildet» der das zu erwärmende öl enthält und In dem eine Umwälzpumpe (100) angeordnet 1st.

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