DE2525451B2 - Verdampfer zum Umwandeln eines verflüssigten Gases in ein erhitztes Gas für die Versorgung eines Gasverteilungssystems - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Verdampfer nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Es können hiermit verschiedene verflüssigte Gase, wie z. B. Ammoniak, Schwefeldioxid oder Chlor behandelt werden. Insbesondere für aus verflüssigtem Chlor gewonnenes Chlorgas liegen vielfache Anwendungsmöglichkeiten bei der Wasseraufbereitung, Abwasserbehandlung und bei vielen industriellen Prozeßverfahren vor.

Ein Verdampfer der genannten Art ist aus der US-PS 33 46 718 bekannt. Hierbei ist ein elektrischer Heizkörper direkt im verflüssigten Gas innerhalb des Druckkessels angeordnet, was eine isolierte, druckfest abdichtende Einführung von entsprechenden Anschlußleitern in den Druckkessel erfordert. Der aus mehreren parallelgeschalteten Heizstäben bestehende Heizkörper ist an einem die elektrischen Zuleitungen aufnehmenden Halterohr befestigt und taucht stehts voll in das Flüssiggas ein. Unabhängig vom Bedarf an Gas und der vom Druck abhängigen Nachlieferung von Flüssiggas ist damit immer der gleiche oberflächige Wärmekontakt zum Flüssiggas vorhanden. Bei unveränderter elektrischer Leistung bleibt somit die Heizleistung konstant. Außerdem sind die Anschlüsse der Zuleitungen zum Heizkörper dem Einfluß des Flüssiggases ausgesetzt. Bei einem aus der GB-PS 6 13 144 bekannten Verdampfer sind zwar die Zuleitungen zum Heizkörper geschützt durch das außenliegende Ende seines Halterohres geführt, jedoch ist in diesem Fall die Nachlieferung von Flüssiggas unabhängig vom Druck im Druckkessel, so daß sie gesondert gesteuert werden muß. Der sich mit der Höhe des Flüssiggases im Druckkessel ändernde Wärmekontakt mit dem Heizkörper bleibt dabei ohne Einfluß.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den elektrischen Heizkörper zur Vermeidung druckfester Abdichtungen und gesonderter Steuervorrichtungen gänzlich außerhalb des Druckkessels anbringen und dennoch die Wärme direkt auf das Flüssiggas übertragen zu können unter selbsttätiger Anpassung der Wärmekontaktoberfläche an die jeweiligen Betriebsbedingungen.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt auf einfache Weise durch die Maßnahmen nach dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und nachfolgend erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Verdampfer,

F i g. 2 einen Schnitt durch ein Wärmerohr.

Der Gasverdampfer nach der Erfindung besteht aus einem betriebsmäßig senkrecht stehenden zylindrischen Druckkessel 10, der an den Stirnseiten durch eine Bodenplatte U und eine Deckelplatte 12 abgeschlossen ist, die mit Ringvorsprüngen auf ebenen Flanschen des Druckkessels abdichtend liegen und durch Schraubbol-/.en lösbar an diesen angepaßt werden. Mit der Bodenplatte 11 ist ein Ständer 13 lösbar verbunden, so daß der Druckkessel einen entsprechenden Abstand vom tragenden Untergrund hat und Platz zur Aufnahme von Teilen der Einrichtung vorhanden ist. Der Druckkessel 10 samt Ständei 13 ist durch eine schrankartige Hülle 14 geschützt umgeben, deren Frontwand einen Druckanzeiger 15 sowie einen Temperaturanzeiger 16 aufweist, die mit Druck- und Temperaturfühlern 15/4, i6A verbunden sind. Diese Fühler liegen innerhalb des Druckkessels an der Unterseite der Deckelplatte 12 im Bereich einer an diese grenzenden Auslaßpassage 17.

Koaxial zum Druckkessel 10 ragt in diesen von unten her abgedichtet durch die Bodenplatte 11 ein sogenanntes Wärmerohr (heat pipe) Pbis in die Auslaßpassage 17 und endet mit Abstand vor einem mittig die Deckelplatte 12 durchdringenden Auslaßrohr 23 für das überhitzte Gas. Das obere Ende des Wärmerohres wird koaxial von der Auslaßpassage 17 der Stauhülse 24 umgeben, zu der mittig die Öffnung des Auslaßrohres der Deckelplatte liegt. Das untere Ende des Wärmerohres P liegt außerhalb des Druckkessels unterhalb der Bodenplatte 11 im Innern des Ständers 13 und ist mit einer dort untergebrachten Heizquelle 18 mechanisch und wärmeleitend gekuppelt. Die Heizquelle 18 ist durch Kabel 19 mit einem Energieregelkasten CB verbunden, dessen Steuerkreis durch eine Leitung 20 mit einem nicht gezeigten Temperaturfühler im oberen Teil des Druckkessels verbunden ist, der die Temperatur des Gases in der überhitzten Zone mißt.

Verflüssigtes Chlor wird durch ein außermittig angebrachtes Einlaßrohr 22 in das Innere des Druckkessels 10 eingeführt. Das Einlaßrohr durchdringt abgedichtet die Deckelplatte 12 und reicht bis kurz vor die Innenseite der Bodenplatte 11. Das überhitzte Gas kann nur durch die Ausgangspassage 17 der Stauhülse 24 in das Auslaßrohr 23 entweichen.

Das Wärmerohr hat keine dem Verschleiß unterliegenden beweglichen Teile und benötigt keine Energiezufuhr über die übertragene Wärme hinaus. Bei der gezeigten Lage des Wärmerohres und der Anordnung der Heizquelle unter der Wärmesenke werden die inneren kapillaren Flüssigkeitspumpkräfte durch die

Erdanziehung unterstützt, wodurch eine optimale energieübertragung des Wärmerohres möglich ist.

Das Wärmerohr P besteht aus einem endseitig dicht verschlossenen gut wärmeleitenden und gegen das Flüssiggas widerstandsfähigen Metallrohr 25, dessen innere Mantelfläche von einem Metalldocht 26 bedeckt ist, der mit einer Arbeitsflüssigkeit als primäres Wärmetransportmittel getränkt ist. Die Wärmebewegung im Wärmerohr erfolgt in dessen hohlen Dampfkern 27 (F ig. 2).

Das untere Ende des Wärmerohres, das beheizt ist, wirkt als Verdampfungszone. Wärmeenergie wird infolge Wärmeleitung durch die Wand des Metallrohres 25 und den getränkten Metalldocht 26 in die Verdampfungszone befördert, wo die Arbeitsflüssigkeit verdampft. Der Dampf strömt durch den Dampfkern 27 zur Kondensationszone, das ist der Bereich des Wärmerohres, der einer Wärmesenke ausgesetzt ist. Im speziellen Fall ist das der Bereich des Wärmerohres innerhalb des Druckkessels, der von verflüssigtem Chlor umgeben ist.

In der Kondensationszone wird der den Dampfkern 27 durchströmende Dampf wiederum kondensiert. Infolge Wärmeleitung wird von dort Wärme durch den getränkten Metalldocht in die umgebende Wärmesenke abgegeben. Die kondensierte Arbeitsflüssigkeit wandert dann innerhalb des Metalldochtes in bekannter Weise zur Verdampfungszone zurück.

Die Wirkungsweise des Verdampfens ist nachfolgend näher erläutert. Bei eingeschalteter Heizquelle 18 und festgelegtem Bedarf an Chlorgas wird aus einem nicht gezeigten Vorratsbehälter flüssiges Chlor durch das Einlaßrohr 22 in den Druckkessel 10 geleitet und bildet dort im unteren Kesselbereich einen direkt mit dem Wärmerohr in Verbindung stehenden Chlorvorrat, der dem Wärmerohr Wärme entzieht, die das flüssige Chlor zum Sieden bringt und es in heißes Chlorgas umwandelt, das durch das Auslaßrohr 23 in ein nicht gezeigtes Gasverteilungssystem gelangt, z. B. zum Zusetzen von Chlorgas in Wasser.

Wenn anfänglich der Bedarf des Gasverteilungssystems die Umwandlungsrate von beispielsweise flüssigem Chlor in Chlorgas übersteigt, sinkt der Gasdruck im Druckkessel etwas unter den normalen Arbeitsdruck ab, der über dem flüssigen Chlor bis zum Vorratsbehälter herrscht. Als Folge davon tritt flüssiges Chlor in den Druckkessel mit einer Geschwindigkeit, die die Umwandlungsgeschwindigkeit von Chlor in Chlorgas übersteigt, so daß der Flüssigkeitsspiegel im Druckkessel steigt, dadurch wird ein größerer Wärmekontakt zwischen flüssigem Chlor und Wärmerohr hergestellt, so daß auch die Menge an Chlorgas auf den benötigten Wert zunimmt. Die größere Umwandlung in Chlorgas in Abhängigkeit zum festgelegten Bedarf läßt den Gasdruck im Druckkessel ansteigen, was seinerseits eine verringerte Zufuhr an flüssigem Gas zur Folge hat, .solange bis ein Gleichgewicht erreicht ist. Bei Erreichen des Gleichgewichtes zwischen erforderlicher Gasmen^r> ge und Flüssigkeitszufuhr wird der Anstieg des Flüssigkeitsspiegel gestoppt. Der Druckkessel ist vorteilhafterweise so dimensioniert, daß er bei maximalev Arbeitsleistung und genauer Arbeitsiemperatur etwas weniger als die Hälfte mit flüssigem Gas gefüllt

ι« ist. Der tatsächliche Flüssigkeitsstand hängt jeweils von der Arbeitstemperatur und dem Gasbedarf des Gasverteilungssystems ab.

bei einer Änderung des Gasbedarfes ändert sich demnach der Flüssigkeitsstand im Druckkessel. Wenn bei e'nem gegebenen Gleichgewichtszustand der Bedarf an Chlorgas sinkt, bleiben alle anderen Faktoren unverändert, die Umwandlungsgeschwindigkeit bleibt für den ersten Augenblick gleich. Der Überschuß an Gaserzeugung gegenüber dem Gasbedarf erhöht den Gasdruck im Druckkessel und drückt flüssiges Chlor aus dem Druckkessel in den Vorratsbehälter zurück. Der sinkende Flüssigkeitsspiegel verringert die Wärmekontaktfläche zum Wärmerohr so weil, bis wieder ein Gleichgewicht an Gaserzeugung und Gasbedarf erreicht ist. Entsprechendes gilt in umgekehrter Weise bei ansteigendem Gasbedarf.

Bei einem Gleichgewicht der besagten Art bleiben bei einer Temperaturänderung die anderen Faktoren gleich. Dies gilt für den ersten Augenblick auch für die

ίο Gasmenge. Bei sinkender Temperatur fällt die erzeugte Gasmenge unter den Gasbedarf, so daß der Gasdruck leicht abnimmt. Dies erlaubt einen größeren Zufluß an flüssigem Chlor in den Druckkessel, wodurch eine größere Erhitzungsfläche bei steigendem Flüssigkeits-

Jj spiegel erscheint, was zu vermehrter Gasumwandlung führt, die den Druck steigen läßt, bis wieder das Gleichgewicht herrscht. Entsprechendes gilt umgekehrt bei steigender Temperatur.

Da die Wärme vom Wärmerohr zum flüssigen Gas

•to transportiert wird, fällt die Temperatur des überhitzten Gases ab, bis der untere Ansprechwert eines Wärmerohr-Steuerthermostaten in dem Regelkasten CB erreicht ist. Bei dieser Temperatur schaltet der Thermostat den Heizkörper 18 ein, der die zur

•»5 Aufrechterhaltung der benötigten Arbeitstemperatur erforderliche Wärmt liefert. Bei Ansteigen der Temperatur bis auf einen oberen Ansprecnwert des Thermostaten wird der Heizkörper 18 selbsttätig abgeschaltet.
Vor dem Verlassen des Verdampfers wird das Chlorgas überhitzt, d. h. es nimmt zusätzliche Wärme bei gleichem Druck auf, wenn es auf seinem Weg zum Auslaßrohr 23 die Auslaßpassage 17 zwischen der Stauhülse 24 und der heißen Wand des Wärmerohres durchstreift.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verdampfer zum Umwandeln eines verflüssigten Gases in ein erhitztes Gas, das einem Gasverteilungssystem zugeführt wird, mit einem als Vorratsbehälter mitbenutzten Druckkessel, der ein unten in den Druckkessel mündendes Einlaßrohr für das verflüssigte Gas und ein zu dem Verteilungssystem führendes oben angeordnetes Auslaßrohr für das erhitzte Gas sowie einen mit dem verflüssigten Gas im Druckkessel in unmittelbarer Berührung stehenden, vertikal angeordneten, abgedichtet eingefügten Heizkörper enthält, dadurch gekennzeichnet, daß als Heizkörper ein von unten in den Druckkessel (10) ragendes geschlossenes Wärmerohr (P) vorgesehen ist, dessen beheiztes unteres geschlossenes Ende außerhalb des Druckkessels (10) liegt und dessen im Druckkessel (10) befindliches oberes geschlossenes Ende dem Auslaßrohr (23) im Abstand gegenüberliegt.

2. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Decke (!2) des Druckkessels (10) eine die Mündung des Auslaßrohres (23) sowie das obere Ende des Wärmerohres (P) unter Bildung einer ringförmigen Auslaßpassage (17) konzentrisch im Abstand umgebende Stauhülse (24) angeordnet ist.

3. Verdampfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der ringförmigen Auslaßpassage (17) Druck- und/oder Temperaturfühler (154, \6A) angeordnet ist.