DE2852009C3 - Vorrichtung zum Erwärmen und/oder Verdampfen von Gasen - Google Patents

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 werden in vielen Fällen aus Wirtschaftlichkeitsgründen im flüssigen Zustand transportiert, gespeichert und gefördert. 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, ".vie dies die DE-OS 20 52 154 zeigt. Bei diesen bekannten Vorrichtungen dient zur Erwärmung des tiefkalten verflüssigten Gases die atmosphärische Luft, so daß solche Vorrichtungen, aufgrund ihrer kostenlosen Energiequelle, wirtschaftlich arbeiten. 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 Verdampferschlange, Heizkörper und Temperaturbegrenzer ist in einem solchen Falle nicht möglich.

Bei einem aus der DE-OS 21 34 874 bekannten

Propan-ßutan-Verdampfer dient zur Wärmeübertragung eine sog. Wärmeflüssigkeit wie Genantin oder Glysantin, mittels der das flüssige Gas (Propan/Butan) verdampft wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, 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 erwärmenden 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 μιη—45 μπι auf.

Dadurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine hohe Schüttdichte, die eine 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 bzw. Schrumpfung).
Der Grund hierfür liegt darin, daß das Metallpulver

so im Gegensatz zu der bekannten festen Gußausführung »elastisch« ist, so daß dadurch Dehnungs- bzw. Schrumpfungsänderungen der einzelnen Teile durch das Metallpulver absorbiert werden.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen im Zusammenhang mit der Zeichnung, in der in den Fig. 1—4 verschiedene Ausführungsformen von Vorrichtungen zum Erwärmen und/oder Verdampfen von Gasen dargestellt sind.

Eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in den Fig. 1 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 Behälters 10 sind zahlreiche Rohrleitungspaare 16 angeordnet. Jede dieser Rohrlei-

tungen ist U-förmig gebogen und bildet zusammen mit den anderen Rohrleitungen ein sogenanntes Rohrbündel, wie dies in F i g. 1 a am besten veranschaulicht ist

Wie diese Fig. la zeigt, sind die einander entsprechenden Enden eines jeden Rohres diame ;ral 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 zu 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 Fig. 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 Einstellwerten wird durch den Thermostat 24 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 so 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 10 μιη—45 μΐη, 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 sich 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 montiert sind. Durch leichtes Schütteln der metallischen Füllmasse werden eventuell noch vorhandene Hohlräume im Innenraum des Behälters 14 vermieden und es wird eine maximale Fülldichte erreicht, die — wie erwähnt — eine optimale Wärmeübertragung vom Heizelement 20 auf die eo Rohrleitungen 16 gewährleistet

In den F i g. 2 und 2a ist eine weitere Ausführungsform dargestellt Wie ersichtlich, sind im Innern des Behälters 10 zahlreiche, diesen in Längsrichtung durchziehende Rohrleitungen 16,32 angeordnet. Durch die Rohrleitungen 16 strömt, wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und la, das zu erwärmende Gas — im vorliegenden Falle von unten 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 (Wä-memedium) und der Rohrleitungen 16 (zu erwärmendes Medium) ist in Verbindung mit dem im Behälter 10 vorhandenen Metallpulver 30 gleichfalls ein 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 die;>e Rohrleitung 16 und auch die das Wärmemedium transportierende Rohrleitung 32 spiralförmig ausgebildet. Hierbei ist es nicht erforderlich, daß der Behälter 10 als Vollbehälter ausgebildet ist, sondern es ist ausreichend, wie in Fig.3 dargestellt, 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 eier 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 erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erwärmen von Gasen dargestellt Gemäß 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 hohem 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 Heizeinrichtung 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 erfindungsgemäße Verwendung dieses Metallpulvers als Übertragungsmittel ist in vorteilhafter Weise gewährleistet, daß bei einem eventuellen Defekt der Vorrichtung diese ohne Schwierigkeiten leicht und vor allen, schnell repariert werden kann bzw. entsprechende Austauscharbeiten vorgenommen werden können, da es hierbei lediglich erforderlich ist, das im Behälter vorhandene MetallDulver 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 eingefüllt und durch Schütteln verdichtet und die Vorrichtung ist wieder betriebsbereit.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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 dis Metallpulver (Granulat) eine Korngröße von 10 μιη—45 μπι aufweist.