DE2852009B2 - Vorrichtung zum Erwärmen und/oder Verdampfen von Gasen - Google Patents
Vorrichtung zum Erwärmen und/oder Verdampfen von GasenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen und/oder Verdampfen von Gasen,
insbesondere tiefkalten verflüssigten Gasen, bestehend aus einem Behälter, in dem wenigstens eine Rohrleitung
für das zu erwärmende/verdampfende Gas, eine Heizeinrichtung sowie wenigstens ein Temperaturbegrenzer
angeordnet sind.
Gase wie z.b. Sauerstoff, Stickstoff, Argon und Kohlenwasserstoffe wetden it vielen Fällen aus
Wirtschaftlichkeitsgründen Im flüssigen Zustand transportiert, gespeichert und gefördev. Die Anwendung
dieser Gase erfolgt in der Regel im Gaszustand bei Raumtemperatur. Deshalb müssen diese Gase zuerst
verdampft und erwärmt werden.
Vorrichtungen zum Verdampfen/Erwärmen von beispielsweise Flüssiggasen bei tiefen Temperaturen
gehören seit langem zum Stand der Technik, wie dies die DE-OS 2052 154 zeigt Bei diesen bekannten Vorrichtungen
dient zur Erwärmung des tiefkalten verflüssigter! Gases die atmosphärische Luft, so daß solche
Vorrichtungen, aufgrund ihrer kostenlosen Energiequelle, wirtschaftlich arbeilen. Nachteilig ist jedoch bei
diesen luftbeheizten Vorrichtungen, daß ihre Leistung von nicht beeinflußbaren Faktoren, wie z. B. Lufttemperatur,
Luftfeuchtigkeit oder Luftgeschwindigkeit abhängig ist Die durch Änderung dieser Parameter
hervorgerufenen Schwankungen der Austrittstemperatur des zu verdampfenden/erwärmenden Gases können
im Jahresdurchschnitt über 60 K betragen.
Andere Vorrichtungen zum Verdampfen von Flüssigkeiten, wie z.B. in der DE-AS 14 51 314 beschrieben,
bestehen aus einem metallischem Gußkörper, in den eine Verdampferschlange und ein Heizkörper mit
Temperaturbegrenzer eingegossen sind. Bei diesen Vorrichtungen erfolgt eine verhältnismäßig gute Wärmeübertragung
vom Heizkörper auf die zu erwärmende Verdampferschlange durch den die Wärme gut leitenden
Gußkörper. Eine derartige Vorrichtung ist jedoch in ihrer Fertigung verhältnismäßig aufwendig, wobei
weiterhin eventuelle Undichtigkeiten oder sonstige Störungen in der Vorrichtung, aufgrund des Vergießens
der einzelnen Elemente, nicht zu beheben sind. Ein Austauschen oder eine Reparatur der eingebauten
Elemente, wie VerdamDferschlanee. Heizkörper und Temperaturbegrenzer ist in einem solchen Falle nicht
möglich.
gung eine sog, Wärmeflüssigkeit wie Genantin oder
verdampft wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung jst er, eine Vorrichtung zum Erwärmen und/oder Verdampfen von
ίο Gasen zu schaffen, die in ihrem Aufbau verhältnismäßig
einfach gehalten ist und trotzdem eine gute Wärmeübertragung vom Heizelement auf das oder die zu
erwärmenden1 Rohre gewährleistet und bei der weiterhin sichergestellt ist, daß bei einem eventuellen Defekt
der Vorrichtung diese ohne Schwierigkeiten repariert werden kann bzw. beschädigte Teile ausgetauscht und
durch neue ersetzt werden können.
Zur Lösung der genannten Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß zum Zwecke der
Wärmeübertragung zwischen Heizeinrichtung und der Rohrleitung im Behälter ein Metallpulver vorgesehen
ist
Um eine gute Wärmeübertragung erzielen zu können, schlägt die Erfindung weiterhin vor, daß als Metallpulver
Kupfer und/oder Aluminium vorgesehen ist Es ist selbstverständlich, daß auch andere gut wärmeleitende
Metallpulver Anwendung finden können.
Gemäß der Erfindung weist das Metallpulver (Granulat) eine Korngröße von 10 um—45μηι auf.
Dadurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine hohe Schüttdichte, die «ne optimale Wärmeleitfähigkeit des
Metallpulvers gewährleistet
Die erfindungsgemäße Verwendung von Metallpulver
als Wärmeübertragungsmittel von der Heizeinrichtung zu den Rohrleitungen bringt den Vorteil, daß
jederzeit und ohne großen technischen Aufwand eine eventuell notwendige Reparatur an der Vorrichtung
vorgenommen werden kann, da es in einem solchen Fall lediglich erforderlich ist, den Behälter zu öffnen und das
Metallpulver aus diesem herauszuschütten, so daß dadurch mühelos Reparaturen oder Austausch der
Heizeinrichtung, der Rohrleitungen etc. vorgenommen werden können. Weiterhin werden in vorteilhafter
Weise durch die Verwendung von Metallpulver im Behälter Spannungen vermieden, die durch die unterschiedlichen
Temperaturbelastungen der Heizeinrichtung sowie der Rohrleitungen auftreten (Dehnung bz-.v.
Schrumpfung).
im Gegensatz zu der bekannten festen Gußausführung »elastisch« ist, so daß dadurch Dehnungs- bzw.
nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen im Zusammenhang mit der Zeichnung, tn der in
den Fig. 1—4 verschiedene Ausführungsformen von Vorrichtungen zum Erwärmen und/oder Verdampfen
von Gasen dargestellt sind.
Eine erste Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in den Fig, I und la dargestellt.- Wie
ersichtlich, besteht die Vorrichtung aus einem Behälter 10, dessen Wandung aus einem Isolationsmaterial 12
besteht. Dadurch wird wirkungsvoll verhindert, daß die im Innern des Behälters vorhandene Wärme nutzlos in
die Umgebung abströmt.
Im Innenraum 14 des Behalters 10 sind zahlreiche Rohrleitungspaare 16 angeordnet. Jede dieser Rohrlei-
tungen ist U-förmig gebogen und bildet zusammen mit den anderen Rohrleitungen ein sogenanntes Rohrbönde|,
wie dies in F i g, la am besten veranschaulicht ist
Wie diese Fig, la zeigt, sind dlie einander entsprechenden
Enden eines jeden Rohres diametral einander gegenüberliegend angeordnet Die Rohrleitungen 16
sind so im Innenraum 14 des Behälters gruppiert daß sie auf einem konzentrischen Kreis zur Mittelachse 18 des
Behälters angeordnet sind.
Zentrisch im Behälter und damit auch zur Mittelachse 18 ist ein elektrisches Heizelement 20 angeordnet
Dieses Heizelement hat die Form eines Heizstabes und besitzt den üblichen, an sich bekannten Aufbau, der an
dieser Stelle nicht weiter erläutert im werden braucht
Dem Heizelement 20 ist ein Temperaturbegrenzer in Form eines Thermostaten 22, zugeordnet der die jeweils
vorhandene Temperatur des Heizelementes feststellt und bei Erreichen einer zu großen Temperatur dieses
Heizelement abschaltet um es vor einer Überhitzung und dadurch vor Beschädigung zu schützen.
Wie aus F i g. 1 weiterhin zu entnehmen ist ist an
einer der Rohrleitungen 16 ein zweiter Thermostat 24
vorgesehen, welcher zur eigentlichen Steuerung des Heizelementes dient Entsprechend seinen Ein&tellwerten
wird durch den Thermostat 24t das Heizelement 20 ein- bzw. ausgeschaltet so daß dadurch das die
Rohrleitungen 16 durchströmende zu erwärmende/verdampfende Gas im Austrittsbereich des Rohres aus dem
Behälter 10 stets den gewünschten Temperaturbereich aufweist. Der Thermostat 24 ist über eine Leitung 26 mit
der (nicht dargestellten) Steuereinrichtung für das Heizelement 20 verbunden, zu der ebenfalls die Leitung
28 des Thermostaten 22 führt durch den das Heizelement 20 vor Überhitzung geschützt ist
Zur Übertragung der vom Heizelement 20 erzeugten Wärmeenergie auf die Rohrleitungen 16 (Rohrbündel)
dient erfindungsgemäß Metallpulver 30, mit dem der Innenraum 14 des Behälters 10 fast vollständig gefüllt
ist Das Metallpulver (Granulat), vorzugsweise aus Kupfer oder Aluminium besitzt eine Korngröße von <to
10 μπι—45 μτη, so daß dadurch eine optimale Auffüllung
und Verdichtung des Metallpulvers im Behälter gewährleistet ist und dadurch ebenfalls eine optimale
Wärmeübertragung vom Heizelement 20 auf die Rohrleitungen 16 sichergestellt ist Bevorzugt wird
Metallpulver aus Kupfer, welches Hch wegen seiner sehr guten Wärmeleitfähigkeit besonders hierfür eignet.
Auch Aluminium eignet sich als Wärmeübertragungsmittel, ist jedoch in Verbindung mit Sauerstoff
unzulässig, d. h. es darf dann nicht verwendet werden, wenn durch die Rohrleitungen 16 Sauerstoff zum
Zwecke des Erwärmens (Verdampfens) geschickt wird.
Das Auffüllen des Behälters 10 erfolgt nachdem das Heizelement 20, die Thermostate 22, 24 und die
Rohrleitungen 16 raontiert sind. Durch leichtes Schütteln
der metallischen Füllmasse werden eventuell noch vorhandene Hohlräume im Innenraum des Behälters 14
vermieden und es wird eine maximale Fülldichte et reicht die — wie erwähnt — eine optimale
Wärmeübertragung vom Heizelement 20 auf die Rohrleitungen 16 gewährleistet
In den F i g. 2 und 2a ist eine weitere Ausführungsforni
dargestellt Wie ersichtlich, sind im Innern des Behälters 10 zahlreiche, diesen in Längsrichtung
durchziehende Rohrleitungen 16,32 angeordnet. Durch *-.
die Rohrleitungeti 16 strömt, wie im Ausführungsbeispiel
der Fig. 1 und la, das zu erwärmende Gas — im vorlieeenden Falle von u;iten nach oben, wie durch die
Pfeilrichtung angedeutet — wogegen durch die Rohrleitungen 32 in Gegenströmungsrichtung ein
Wärmemedium, wie z.B. Dampf, heiße Gase oder Warmwasser strömt Durch die gegenseitige Anordnung
der Rohrleitungen 32 (Wärmemedium) und der Rohrleitungen 16 (zu erwärmendes Medium) ist in
Verbindung mit dem im Behälter 10 vorhandenen Metallpulver 30 gleichfalls ei;: optimaler Wärmeaustausch
gewährleistet Auch in diesem Ausführungsbeispiel dienen (nicht dargestellte) Thermostate dazu, daß
die Heizungstemperatur so geregelt wird, daß die gewünschte Erwärmung oder Verdampfung des durch
die Rohrleitung 16 strömenden Gases sichergestellt ist
Eine Abwandlung der Fig.2 ist in Fig.3—3b
dargestellt Zur Erzielung einer vergrößerten Wärmeaufnahme durch die Rohrleitung 16 im Behälter 10 wird
diese Rohrleitung 16 und auch die das Wärmemedium transportierende Rohrleitung 32 spiralförmig ausgebildet
Hierbei ist es nicht erforderlich, daß der 3ehälter 10 als Vollbehälter ausgebildet ist sondern es ist
ausreichend, wie in Fig.3 darg(f,i,ellt daß dieser
Behälter als ein zylindrischer Hohlkörper konstruiert
ist dessen Innen- und Außenwandung ebenfalls aus Isolationsmaterial 12 besteht In dem dabei gebildeten
kreisringförmigen Innenraum 14 verlaufen die beiden Rohrleitungen 16, 32 spiralförmig vom einen zum
anderen Behälterende und erzielen auf diese Weise eine — trotz der Kleinheit des Behälters — große
Austauschfläche des Wärmemediums, z. B. Dampf, so daß dadurch ebenfalls eine gute Wärmeübertragung
von der Rohrleitung 32 auf die Rohrleitung 16 mit Hilfe des Metallpulvers 30 als Übertragungsmittel erfolgt
In den Fig.4, 4a ist schließlich eine weitere
Ausführungsform der erfindungsgeinäßen Vorrichtung zum Erwärmen von Gasen dargestellt GemäS dem
Ausführungsbeispiel ist in Strömungsrichtung betrachtet hinter einem Absperrventil 34 einer Gasflasche 36
und vor einem Druckminderer 38 die Vorrichtung angeordnet Um zu verhindern, daß das unter Lohem
Druck aus der Flasche 36 strömende Gas die Rohrleitung 16 und vor allen den Druckminderer 38
vereist ist dieser Rohrleitung ebenfalls ein Heizelement 20 zugeordnet das zentrisch im Innern der spiralförmig
gewundenen Rohrleitung 16 vorgesehen ist wie dies Fig.4a veranschaulicht. Durch das zwischen dem
Heizelement 20 und der spiralförmigen Rohrleitung 16 im Behälter 10 vorhandene Metallpulver 30 erfolgt die
praktisch verlustfreie Wärmeübertragung. An der Ausgangsseite des Behälters 10 ist an der Rohrleitung 16
gleichfalls ein Thermostat 24 angeordnet durch den die jeweils im Rohr vorhandene Temperatur des erwärmten
Gases festgestellt wird und bei dessen Unter' bzw. Überschreitung die mit dem Thermostat 24 verbundene
Hsize'.n.fichtu.ig 20 ein- bzw. abgeschaltet wird.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen
einer Vorrichtung zum Erwärmen und/oder Verdampfen von Gasen, insbesondere tiefkalten verflüssigten
Gasen dient als Wärmeübertragungsmittel Von der Heizeinrichtung auf die die Gase transportierenden
Rohrleitungen jeweils ein Metallpulver. Durch die erfindurigsgemäße Verwendung dieses Metallpulvers
als Übertragungsmittel ist in vorteilhafte! Weise gewährleistet, daß bei einem eventuellen Defekt der
Vorrichtung diese ohne Schwierigkeiten leicht und vor allem schnell repariert werden kann bzw. entsprechende
Austauscharbeiten vorgenommen werden können, da es hierbei lediglich erforderlich ist, das im Behälter
vorhandene Metallpulver auszuschütten, um dadurch
leicht und ohne Mühen an die im Behälter vorhandenen einzelnen Elemente der Vorrichtung heranzukommen.
Nach erfolgter Reparatur (oder Austausch) wird lediglich wieder das Metallpulver eingerollt und durch
Schütteln verdichtet und die Vorrichtung ist wieder betriebsbereit.
Claims (3)
- Patentansprüche:1, Vorrichtung zum Erwärmen und/oder Verdampfen von Gasen, insbesondere tiefkalten verflüssigten Gasen, bestehend aus einem Behälter, in dem wenigstens eine Rohrleitung für das zu erwärmende/ verdampfende Gas, eine Heizeinrichtung sowie wenigstens ein Temperaturbegrenzer angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der Wärmeübertragung zwischen Heizeinrichtung (20, 32) und der Rohrleitung (16) im Behälter (10) ein Metallpulver (30) vorgesehen ist
- 2 Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß als Metallpulver (Granulat) Kupfer und/oder Aluminium vorgesehen ist
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver (Granulat) eine Korngröße von 10 μτη—45 μπι aufweist
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