DE2651849B2 - Erhitzer zum Verdampfen großer Mengen tiefsiedener verflüssigter Gase - Google Patents
Erhitzer zum Verdampfen großer Mengen tiefsiedener verflüssigter GaseInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Erhitzer zum Verdampfen großer Mengen tiefsiedender verflüssigter Gase
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Die Erfindung kann in allen Fällen angewendet werden, in denen große Mengen von Flüssiggas
verdampft werden müssen. Dies kann z. B. die Herstellung von Inertgas zur Inertisierung von Tankschiffer
sein, die Verdampfung von verflüssigtem Erdgas zur Spitzenlastdeckung oder die Verdampfung
von Stickstoff zur Bekämpfung von Grubenbränden.
Die Verdampfung eines tiefsiedenden verflüssigten Gases in einem Erhitzer mit einem Gasbrenner ist z. B.
aus der US-PS 31 71 389 bekannt. Hierbei durchströmt das zu verdampfende Gas eine zylindrische Brennkammer,
der ein Konvektionsteil nachgeschaltet ist.
In der zylindrischen Brennkammer wird das zu verdampfende Gas durch Rohrleitungen geführt, mit
denen die Wand der Brennkammer ausgekleidet ist. Beim Eintritt des tiefsiedenden verflüssigten Gases in
den Erhitzer erfolgt eine Blasenverdampfung mit extrem hohem Wärmeübergang. Dieser Wärmeübergang
ist so stark, daß der Erhitzer vereist, wenn nicht besondere Gegenmaßnahmen getroffen werden. Dies
gilt selbst für Erhitzer, bei denen die Erhitzung fast ausschließlich durch Gasstrahlung erfolgt. Derartige
Erhitzer, bei denen der Konvektionsteil entfällt, sind beispielsweise aus der DE-PS 21 06 830 bekannt.
In der Vorrichtung gemäß der US-PS 31 71 389 wird die Eisbildung mit besonderen Flossenrohren verhindert.
In den Flossenrohren strömt das tiefsiedende verflüssigte Gas. Die Flossen sind so gestaltet, daß sie
einen direkten Kontakt zwischen Brenngasen und Rohr verhindern. Die der Strahlung ausgesetzten Flossen
erhitzen sich sehr stark und leiten die Wärme in das Rohr. Wegen der starken Erhitzung der Flossen kann
sich auf ihnen kein Eis bilden. Da die Bossen gleichzeitig den direkten Kontakt zwischen Rohrwand und Brenngasen
verhindern, kann an der Rohrwand auch kein Wasser kondensieren und gefrieren. Da derartige
Flossenrohre schwer herzustellen und daher entsprechend teuer sind, bietet die Vorrichtung gemäß der
US PS 31 71 389 nur beschränkte Vorteile gegenüber einem voluminösen Wasserbaderhitzsr üblicher Bauart
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen
ίο Erhitzer zum Verdampfen großer Mengen tiefsiedender
verflüssigter Gase zu schaffen, der eine völlige Sicherheit gegen Vereisung bietet, aus herkömmlichen
Bauelementen hergestellt werden kann, dabei leicht transportabel, problemlos regelbar und im Dauereinsatz
ι r> ohne ständige menschliche Überwachung betreibbar ist
Es wurde nun ein Erhitzer zum Verdampfen großer Mengen tiefsiedender verflüssigter Gase, im wesentlichen
bestehend aus einer zylindrischen Brennkammer ohne Konvektionsteil und einer die zylindrische
Brennkammer umgebenden Passage für das zu verdampfende Gas, sowie einem Gasbrenner zur Erzeugung
der Verdampfungswärme, gefunden, bei dem gemäß der Erfindung der Gasbrenner zwecks Erzeugung
einer Brennerflamme mit Strahlungsmaximum als Vormischbrenner ausgebildet ist, wobei die Gasbrenner-Düsen
(8) vor einer kanalförmigen, in den Erhitzer führenden Brennereintrittsöffnung (6) angeordnet sind
und in der Brennereintrittsöffnung ein Prallblech (10) angeordnet ist, auf welches die durch Aufnahme von
'<> Verbrennungsluft (15) aus dem Raum gebildete
Primärflamme gerichtet ist, und Sekundärluft (16) in den Raum hinter dem Prallblech zuführbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung besteht das Prallblech aus zwei konzentrisch angeord-
J' neten Ringen, die jeweils Teile eines Kegelmantels
darstellen und miteinander einen schrägen, auf die Brennkammerwand gerichteten Ringspalt bilden. Vor
diesen Prallringen werden kreisförmig Gasbrenner-Düsen angeordnet, die auf die Innenkante des kleineren
Ringes gerichtet sind. Die Ringe und die Gasbrenner-Düsen werden in einem kanalförmigen Führungsstück
in der brennerseitigen Stirnfläche der Brennkammer angeordnet.
Beim Eintritt des flüssigen tiefsiedenden Gases in den Erhitzer erfolgt eine Blasenverdampfung mit extrem hohem Wärmeübergang.
Beim Eintritt des flüssigen tiefsiedenden Gases in den Erhitzer erfolgt eine Blasenverdampfung mit extrem hohem Wärmeübergang.
Um daher an dieser Stelle des Erhitzers eine Vereisung zu vermeiden, erfolgt erfindungsgemäß die
Wärmezufuhr durch eine Brennerflamme mit einem
>!» Strahlungsmaximum. Die intensive Wärmezufuhr durch
Strahlung verhindert, daß sich ein Eispelz auf der inneren Erhitzerwand bildet.
Auf dem bevorzugten Anwendungsgebiet der Erfindung, nämlich der Bekämpfung von Grubenbränden,
" wird ein sicherer Dauerbetrieb über Wochen oder Monate ohne ständige menschliche Überwachung
verlangt. Die Möglichkeit eines Flammenrückschlages im Brenner muß daher völlig ausgeschlossen sein. Bei
dem erfindungsgemäßen Erhitzer wird dies erreicht, indem der Gasbrenner als Vormischbrenner ausgebildet
ist, bei dem das aus der Düse austretende Gas einen Teil der erforderlichen Verbrennungsluft aus dem Raum
aufnimmt und die so gebildete Primärflamme auf ein in der Brennereintrittsöffnung angeordnetes Prallblech
hr' trifft, hinter dem die Sekundärluft angesaugt und eine
Flamme mit Strahlungsmaximum erzeugt wird.
Der in der Brennkammer aufzubauende Druck hängt auch von der Art der verwendeten Gasbrenner-Düsen
ab. Als am besten geeignet haben sich hierzu normale SchweißdOsen erwiesen.
D;e Zeichnung veranschaulicht als Ausführungsbeispiel
der Erfindung eine Vorrichtung zur Verdampfung von flüssigem Stickstoff mit Propan als Brenngas. ·>
Die Vorrichtung besteht aus einer Brennkammerwand 1, in der eine Rohrleitung 2 schraubenförmig dicht
gewickelt ist, in welcher der flüssige Stickstoff verdampft Der flüssige Stickstoff tritt durch die Leitung
3 in die Vorrichtung ein und verläßt sie gasförmig durch ι ο die Leitung 4. Suttt einer Rohrleitung kann auch ein
Ringraum mit einer Wendel, ggf. auch ohne Wendel, verwendet werden. Das Brenngas Propan gelangt durch
die Leitung 5 in die Vorrichtung, wird in den schraubenförmig entlang der Innenwand des Führungs- ι ">
Stückes 6 gewickelten Rohrwindungen 7 verdampft und den Gasbrenner-Düsen 8 zugeführt In dem kanalförmigen
Führungsstück 6 befinden sich erfindungsgemäß als Prallblech zwei Ringe 9 und 10, die jeweils Teile eines
Kegelmantels darstellen und miteinander einen schrägen, auf die Brennkammerwand gerichteten Ringspalt
11 bilden. Die Gasbrenner-Düsen 8 sind kreisförmig so
angeordnet, daß sie auf die Innenkante des kleineren Prallringes 10 gerichtet sind. Hierdurch wird eine
optimale Zumischung der Sekundärluft zur Flamme 2r> erreicht. Die Zahl der Gasbrenner-Düsen 8 hängt ab
von der Größe des Erhitzers. In der dem Brenneraggregat gegenüberliegenden Stirnwand 12 des Erhitzers
befindet sich ein konisch geformter Pralleinsatz 13, der mit einer nicht dargestellten Einrichtung axial verscho- m
ben werden kann. Der Spalt 14 zwischen der Stirnwand
12 und dem Pralleinsatz 13 kann auf diese Weise
verändert werden. Durch den Spalt 14 entweichen die Rauchgase und je nach der Spaltbreite können
unterschiedlich Drücke in der Brennkammer eingestellt werden, so daß leicht eine optimale Betriebsweise der
Anlage erreicht werden kann. In dem rohrförmigen Führungsstück 6 befinden sich im Bereich der
Gasbrenner-Düsen 8 die öffnungen, durch welche die Primärluft, etwa 60% der gesamten Verbrennungsluft
angesaugt wird. Diese Primärluft ist mit durchgehenden Pfeilen 15 bezeichnet Es ergibt sich eine Primärflamme,
die auf die innere Kante des kleineren Ringes 10 auftrifft Die Primärflamme wird hier verwirbelt und es
entsteht ein heißes, miteinander reagierendes Gasgemisch aus Propan und Primärluft Dieses Gasgemisch
saugt nun die Sekundärluft etwa 40% der gesamten Verbrennungsluft, an. Die Sekundärluft strömt durch
den von den Ringen 9 und 10 gebildeten Ringspalt U sowie durch den vom Ring 9 und dem Führungsstück 6
gebildeten Spalt in die Brennkammer. Die Sekundärluft ist mit gestrichelten Pfeilen 16 bezeichnet Es ergibt sich
hierdurch in der Brennkammer eine leuchtende Flamme mit großem Strahlungsmaximum. Der durch die Leitung
3 in die Brennkammer einströmende flüssige Stickstoff beginnt sofort zu verdampfen (Blasenverdampfung).
Diese Art der Verdampfung ist mit einem extrem hohen Wärmeübergang verbunden, so daß an sich mit einer
Vereisung der durch die Rohrwindungen 2 gebildeten inneren Brennkammerwand gerechnet werden müßte.
Dadurch würde der Erhitzer innerhalb kürzester Zeit funktionsunfähig. Durch die intensive Wärmeausstrahlung
der erfindungsgemäß gebildeten Flamme wird eine derartige Eisbildung jedoch vermieden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Erhitzer zum Verdampfen großer Mengen tiefsiedender verflüssigter Gase, im wesentlichen
bestehend aus einer zylindrischen Brennkammer ohne Konvektionsteil und einer die zylindrische
Brennkammer umgebenden Passage für das zu verdampfende Gas, sowie einem Gasbrenner zur
Erzeugung der Verdampfungswärme, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasbrenner zwecks
Erzeugung einer Brennerflamme mit Strahlungsmaximum als Vormischbrenner ausgebildet ist, wobei
die Gasbrenner-Düsen (8) vor einer kanalförmigen, in den Erhitzer führenden Brennereintrittsöffnung
(6) angeordnet sind und in der Brennereintrittsöffnung ein Prallblech (10) angeordnet ist, auf welches
die durch Aufnahme von Verbrennungsluft (15) aas der Umgebung gebildete Primärflamme gerichtet ist,
und Sekundärluft (16) in den Raum hinter dem Prallblech zuführbar ist
2. Erhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Prallblech aus zwei konzentrischen
Ringen (10, 9) besteht, die jeweils Teile eines Kegelmantels darstellen, welche miteinander einen
schrägen, auf die Brennkammerwand (1) gerichteten Ringspalt (U) bilden.
3. Erhitzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasbrenner-Düsen (8) auf die
Innenkante des kleineren Ringes (10) gerichtet sind.
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