DE2511840C3

DE2511840C3 -

Info

Publication number: DE2511840C3
Application number: DE19752511840
Authority: DE
Inventors: Yoshio Misasagicho Nara Ninomiya; Sadakazu Kyoto Yamada
Original assignee: Stotz und Co AG
Current assignee: Stotz und Co AG
Priority date: 1974-03-18
Filing date: 1975-03-18
Publication date: 1978-07-13
Also published as: NL7503202A; DE2511840B2; DE2511840A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einti Flüssigkeitserhitzer zum Erwärmen von einer oder mehreren voneinander getrennten Flüssigkeiten, mit einem evakuierten, teilweise mit einer verdampfbaren Flüssigkeit gefülltem, beheizten Behälter und darin angeordneten, unabhängig voneinander wirkenden Wärmeaustauschern. Einrichtungen dieser Art sind bekannt (DE-PS 12 70 258, DE-OS 21 49 884 und 22 28 510).

Einrichtungen dieser Art weisen den Vorteil auf, daß die Arbeitsweise der in dem evakuierten Behälter bzw. der ihm zugeordneten Wärmeaustauscher unabhängig voneinander steuerbar ist, weil diese Wärmeaustauscher durch den Dampfraum voneinander isoliert sind. Wird also einer dieser Wärmeaustauscher durch Entnahme einer Flüssigkeit gekühlt, dann wirkt sich diese Abkühlung des Wärmeaustauschers nicht auf die anderen Wärmeaustauscher aus. Selbstverständlich ist es erforderlich, daß das in dem Behälter erzeugte Vakuum beibehalten wird, was durch entsprechendes Abdichten der Stellen erreicht werden kann, an denen irgendwelche Vorrichtungen an den evakuierten Behälter angeschlossen sind, wie Steuergeräte, die das Aufheizen der im Behälter angeordneten, verdampfbaren Flüssigkeit regeln.

Nachteilig wirkt sich die Tatsache aus, daß in dem evakuierten Behälter Wasserstoffgas erzeugt wird, welches man bisher beispielsweise durch eine Vakuumpumpe abzog. Diese Notwendigkeit ist nicht nur unzweckmäßig, weil sich durch die Entwicklung von Wasserstoffgas sowohl vor als auch nach dem Abziehen des Wasserstoffgases eine Leistungsveränderung ergibt und /um Abziehen des Wasserstoffgases Energie aufgewandt werden muß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das

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55 sich im Betrieb dieser bekannten Einrichtungen entwickelnde Wasserstoffgas abzuführen, ohne daß es eines Energieaufwandes bedarf.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das obere Ende des Innenraumes des evakuierten Behälters mit einem Raum verbunden ist, der gegenüber der Atmosphäre durch einen für nichtkondensierbare Gase durchlässigen Polymerfilm abgeschlossen ist

Da der Polymerfilm eine verhältnismäßig gute Durchlässigkeit für Wasserstoffgas, eine verhältnismäßig geringe Durchlässigkeit für Sauerstoff, Stickstoff und Wasser aufweist, und gegen Wasser, Temperatureinflüsse, Chemikalien beständig ist, wird der größte Teil des sich im Betrieb der Einrichtung bildenden Wasserstoffgases automatisch aus dem evakuierten Behälter abgeführt

Da nun ein Polymerfilm im Langzeiteinsatz durch Wasser oder Dampf mit verhältnismäßig hoher Temperatur erhärten kann, wobei an seiner Oberfläche Risse entstehen können und dementsprechend die Gefahr besteht, daß sich die Menge der verdampfbaren Flüssigkeit im evakuierten Behälter verringert, wird zweckmäßig der Polymerfilm auf seiner dem Innenraum des Behälters gegenüberliegenden Seite mit einem Siliconfilm versehen. Ein Siliconfilm weist in bezug auf Wasser ein verhältnismäßig geringes Durchlässigkeitsvermögen auf, er läßt also das Entweichen von Wasserstoffgas zu, ohne daß sich dabei die Menge der verdampfbaren Flüssigkeit im evakuierten Behälter verringert

Zweckmäßig ist es, den Innenraum des Behälters mit dem Raum durch ein Rohrstück zu verbinden, dessen Oberfläche kühlbar ist, was durch das Rohrstück umstreifende Luft oder durch Kühlwasser, beispielsweise einer Kühlwasserleitung, erreicht werden kann. Wenngleich Kondensat aus dem durch einen Polymerfilm od. dgl. abgeschlossenen Raum auch dann entweichen kann, wenn dieser Raum mit dem Innenraum des evakuierten Behälters durch ein lotrecht verlaufendes Rohrstück verbunden ist, kann es zweckmäßig sein, dieses Rohrstück schräg anzuordnen, beispielsweise mit einer Neigung von 45° bis 75° zur Lotrechten, so daß sowohl das Wasserstoffgas aufsteigen als auch Kondensat in den Behälter zurückfließen kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand schematischer Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigt

Fi g. 1 einen Längsschnitt durch einen Flüssigkeitserhitzer,

Fig.2 einen Teil-Längsschnitt durch die Anordnung nach Fig. 1 mit einem schräggestellten Rohr, welches den Innenraum des evakuierten Behälters mit dem Raum verbindet, über den Wasserstoffgas abgeführt werden kann,

Fig.3 einen Teilschnitt durch den Raum, über den Wasserstoffgas abgeführt wird, wobei als Abschlußmittel sowohl ein Polymerfilm als auch ein Siliconfilm vorgesehen ist

In einem luftdicht abschließbaren Behälter 1, der über ein Luftauslaßventil 2 evakuiert ist, ist eine verdampfbare Flüssigkeit 3 vorgesehen, die den Innenraum des evakuierten Behälters 1 nur teilweise ausfüllt. In dem Behälter 1 sind im Falle des Ausführungsbeispieles zwei Wärmetauscher 4 und 5 angeordnet, von denen der eine beispielsweise dem Erwärmen von Brauchwasser, der andere der Erwärmung von Heizwasser dienen kann, wie dies an sich bekannt ist. Dem Aufheizen der verdampfbaren Flüssigkeit 3 dient hier ein Gasbrenner 6, der in an sich bekannter Weise regelbar ist. Beim

Erwärmen eier verdampfbaren Flüssigkeit 3 bildet sich Dampf, der seine Wärme an die in zweckmäßiger Weise wärmeisolierten Behälter I angeordneten Wärmetauscher abgibt, und zwar in dem Maße, in dem diese reiner Erwärmung bedürfen.

Mit dem Innenraum 7 des Behälters 1 ist der Raum 8 eines Gehäuses 9 über ein Rohrstück 10 verbunden. Der Raum 8 des Gehäuses ist gegenüber der Atmosphäre durch einen Polymerfilm 11 abgeschlossen, der Wass,erstoffgas durchtrsten läßt, andere Gase, Dampf od. dgl. jedoch am Hindurchtreten hindert. Das Rohrstück 10 ist umfaßt von einem Wärmetauscher 12, durch den beispielsweise kaltes Frischwasser geführt wird, um die Oberfläche des Rohrstücks 10 zu kühlen, und damit die Temperatur des Polymerfilmes auf einer möglichst konstanten Temperatur zu halten, um den Polymerfilm nicht ungünstig zu beeinflussen. Das Rohrstück 10 kann auch, wie die F i g. 2 zeigt, schräg angeordnet werden, was nicht heißen soll, daß das Gehäuse 9, wie aus F i g. 2 ersichtlich, auch schräg angeordnet sein muß.

Obwohl die Temperatur des im evakuierten Behälter 1 erzeugten Dampfes im Regelfall unter JOO⁰C liegt, ist das Rohrstück 10 mit einem verhältnismäßig kleinen Durchmesser versehen, weil dadurch nur verhältnismäßig geringe Dampfmengen oberhalb des Behälters 1 vorhanden sind, die verhältnismäßig einfach durch Kühlen zum Kondensieren gebracht werden können. Allerdings darf der Durchmesser des Rohrstücks auch nicht zu klein sein, weil sonst Kondensat im Rohrstück verbleibt und dasselbe örtlich verstopfen könnte. Diese Gefahr wird durch ein Schrägstellen des Rohrstücks vermindert.

Empfehlenswert ist es, dafür zu sorgen, daß das Gasentweichungsverhältnis zwischen Wasserstoff und Luft von PFLV(PO₂ + PN₂) mehr als 5 beträgt, wobei ein Verhältnis von 10 am Zweckmäßigsten ist.

Die Gasdurchlässigkeit von Polyst/Ien (Polystyrol ?) und Polycarbonat ist wie folgt:

Temp.	Gasdurchlässigkeit	PN₂	Gasentweichungs verhältnis
	PH₂ PO₂	• CmHg)	PH₂/(PO₂ + PN₂)
°C	(P-IO⁹ cccm/cm² · see	wie links

Polystylen
Polycarbonat

20
20

1,89
0314

0,09
0,01

5,5
8,4

Eine experimentelle Studie des Erfinders ergab, daß nichtkondensierbares Gas von 435 ecm, das im Innenraum 7 des Behälters 1 nach sechs Monaten Betriebszeit eines bekannten Flüssigkeitserhitzers mit einer Leistung von 15 000kcaI/h erzeugt wurde, sich aus 98% Wasserstoff und aus 2% Stickstoff zusammensetzt. Als nach Anbau eines Gehäuses 9 mit einem Polycarbonatfilm von 0,5 nim Dicke und mit einem Durchmesser von 40 mm erneut gemessen wurde, setzte sich das nichtkondensierbare Gas von 45 ecm, das im !nnenraum 7 nach sechs Monaten Betriebszeit verblieben war, aus 45% Wasserstoff, 45% Stickstoff und 10% Sauerstoff zusammen. Der im Behälter erzeugte Wasserstoff konnte also leicht durch den Polymerfilm entweichen, wie dies durch das Durchlässigkeitsverhältnis von

PH₂/(PO₂ + PN₂) = 8,4

zwischen Wasserstoff unci Luft im Falle von Polycarbonat gezeigt ist. Der durch den Polymerfilm in den Behälter eingedrungene Sauerstoff wird im Behälter fast verbraucht, wie dies aus der nachstehenden Formel der Desoxidationsreaktion von Sauerstoff hervorgeht:

'/₂O₂/H₂O + 2e-2OH

Das Gasdurchlässigkeitsverhältnis wird daher zu PH₂/PN₂. Dieses Verhältnis erhöht sich, und das fio Volumen des nichikondensierbaren im Behälter verbliebenen Gases kann auf ein Minimum heruntergedrückt werden.

Als Polymerfilme kommen mich noch andere als die vorstehend angegebenen in Betracht, beispielsweise fts Polytrifluorchloräthylen, Polysulfon od. dgl.

Da nun der Polymerfilm bei Langzeiteinsatz und Beeinflussung durch Wasser oder Dampf mit verhältnismäßig hoher Temperatur zum Erhärten neigt, so daß an seiner Oberfläche Risse entstehen können, wodurch sich die Menge der im evakuierten Behälter 1 befindlichen verdampfbaren Flüssigkeit allmählich verringern kann, ist die dem Dampfraum zugewandte Fläche des Polymerfilms mit einem Siliconfilm geringen Durchlässigkeitsvermögens in bezug auf Wasser versehen, so daß nur das Wasserstoffgas entweichen kann, die Menge der ver.iampfbaren Flüssigkeit also nicht verringert wird.

Dies veranschaulicht Fig.3. Hier ist ein Gehäuse 9' vorgesehen, welches aus einem Unterteil 13 und einem Deckelteil 14 gebildet ist, die beispielsweise über eine Schraubenverbindung verbunden sind. /\m Boden des Unterteils 13 ist eine Lochplatte 15 vorgesehen, auf der ein Siliconfilm 16 aufliegt, auf dem ein Polymerfilm 11 angeordnet ist. Der Befestigung dieser beiden Filme gegenüber der Lochplatte 16 dient ein über eine Dichtung 17 abgedichteter, topfartiger Körper 18, dessen Boden 19 als Lochplatte ausgebildet ist. Aus dem Raum 8' entweichendes Wasserstoffgas verläßt den Raum 20 über eine Öffnung 21 im Deckelteil 14. Auch in diesem Fall kann das Rohrstück 10, wie oben schon ausgeführt, gekühlt werden.

Dringt beispielsweise Dampf mit einer Temperatur von 90°C in das Rohrstück 10 ein und wird angenommen, daß die Außentemperatur der das Rohrstück 10 umgebenden Luft 30°C beträgt, dann nimmt der Polymerfilm eine Temperatur von etwa 80—85°C an, die noch verringert werden kann, und zwar unter Umständen weit unter 50°C, wenn man das Rohrstück 10 beispielsweise durch kaltes Frischwasser kühlt.

Die Durchlässigkeit des Pulymerfilnis und des Siliconfilms in bezug auf Wasserstoff, Luft und Wasser ist wie im folgenden angegeben:

Temp. Gasdurchlässigkeit

PH₂ PO₂ PN₂

(⁰C) (P ■ 10"«: ■ cm/cm² ■ sec · CmHg)

Polytrifluorchlorethylen 20 0.065

Polysulfon ' 20 1,08

Polycarbonat 20 0,914

Silicon 20 500

0,0035 0,0008

0,14 0,024

0.10 0,01

400

	Gasentweichungs
	verhältnis
PH₂O	PH₂/(PO₂+ PN₂)
	wie links
1	15,1
62	6,6
90	8,4
2	8.6

Hatte man einem Behälter 1 das Gehäuse 9' nach Γ i g. J zugeordnet, so sammelten sich nach sechsmonatiger Betriebsdauer dieser Einrichtung bei einer I .cistung von 15 000 kcal/h bei den gleichen nctricbsbe- ι · clingtingen, die oben erwähnt wurden. 45 ecm nichtkondensierbaren Gases an. wobei sich das Gas aus 45% Wasserstoff. 45% Stickstoff und 10% Sauerstoff /!.!«■!""'Tn'ifi-'tf. Auch hier wurde als Polymerfilm Polycarbonat verwendet. Die Gasdurchlässigkeil des 2» .Siliconfilms ist gemäß vorstehend angegebener Tabelle ungefähr 550mal größer im Vergleich der des Polycarbonats hinsiehtlich Wasserstoff, sie ist ungefähr 4000inal größer hinsiehtlich Sauerstoff und ungefähr l900mal größer hinsiehtlich Stickstoff, sowie ungefähr 0.022mal größer in bezug auf Dampf. Wenn ein Polynierfilm aus einem Polycarbonat von 0,5 mm Dicke durch einen Siliconfilm von 2 mm abgedeckt ist. vermindert sich das Durchlässigkeitsvolumen nur um ungefähr 1% bei Wasserstoff, um ungefähr 0,5% und 0.3% jeweils im Falle von Sauerstoff bzw. Stickstoff, im Vergleich zu dem Fall, bei welchem ein Polycarbonatfilm von 0 5 mm Dicke verwendet wird. Somit ist der Einfluß des Siliconfilmes auf diese Gase fast vernachlässigbar. Durch den Siliconfilm kann das Austrittsvolumen von Wasserdampf 'ois auf ungefähr '/>,„, verringert werden.

Hierzu 2 Hlntt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Flüssigkeitserhitzer zum Erwärmen von einer oder mehreren voneinander getrennten Flüssigkeiten, mit einem evakuierten, teilweise mit einer verdampfbaren Flüssigkeit gefüllten, beheizten Behälter und darin angeordneten, unabhänig voneinander wirkenden Wärmetauschern, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende des Innenraumes (7) des evakuierten Behälters (1) mit einem Raum (8,8') verbunden ist, der gegenüber der Atmosphäre durch einen für nichtkondensierbare Gase durchlässigen Polymerfilm (11) abgeschlossen ist.

2. Flüssigkeitserhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Polymerfilm (11) auf seiner dem Innenraum (7) des Behälters (1) gegenüberliegenden Seite mit einem Silikonfilm (16) versehen ist.

3. Flüssigkeitserhitzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch getennzeichnet, daß der Innenraum (7) des Behälters (1) mit dem Raum (8, 8') durch ein Rohrstück (10) verbunden ist, dessen Oberfläche kühlbar ist -

4. Flüssigkeitserhitzer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Innenraum (7) des Behälters (1) mit dem Raum (8, 8') verbindende Rohrstück (10) schräg angeordnet ist.