DE3626613A1

DE3626613A1 - Device for heating up (preheating) and/or evaporating a liquid

Info

Publication number: DE3626613A1
Application number: DE19863626613
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dipl Ing Haas
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1986-08-06
Filing date: 1986-08-06
Publication date: 1988-02-18

Abstract

A device is described for heating up and/or evaporating a liquid, in particular an ultracold liquefied (liquid) gas. The device has at least one flow path 1 for guiding the liquid, which is provided with ribs 2, 2a. A heatable duct 3 is arranged in at least one of the ribs 2. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anwärmen und/oder Verdampfen einer Flüssigkeit mit mindestens einem Strömungsweg zur Führung der Flüssigkeit, der an seiner Außenseite mit Rippen versehen ist.The invention relates to a device for heating and / or evaporating a liquid with at least one Flow path for guiding the liquid at its Ribs on the outside.

Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise zum Verdampfen von verflüssigten tiefkalten Gasen wie Stickstoff, Sauerstoff, Argon oder LNG, oder zum Verdampfen von verflüssigten Kältemitteln in Kühl- oder Wärmepumpenkreisläufen verwendet. Die anzuwärmende bzw. zu verdampfende Flüssigkeit wird im Innern des Strömungswegs geführt, wobei der Strömungsweg mit einem wärmeren Medium umgeben ist. Zur Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche ist die Außenseite des Strömungswegs mit Rippen versehen.Such devices are used for Vaporizing liquefied cryogenic gases such as Nitrogen, oxygen, argon or LNG, or to Evaporation of liquefied refrigerants in cooling or Heat pump cycles used. The one to be warmed up or too evaporating liquid is inside the flow path led, the flow path with a warmer medium is surrounded. To increase the heat transfer area the outside of the flow path is ribbed.

In vielen Anwendungsfällen ist die Vorrichtung durch atmosphärische Luft beheizt, d.h. an der Außenseite des Strömungswegs befindet sich Luft aus der Umgebung. Ein derartiger Wärmetauscher, der durch mehrere an ihrem äußeren Umfang mit Rippen versehene Rohre gebildet ist, ist in der EP-PS 57 928 beschrieben worden. Es ist in dieser Druckschrift bereits darauf hingewiesen, daß es bei einem kontinuierlichen Betrieb des Wärmetauschers zu Ausfrierungen an den Außenflächen des Strömungswegs kommen kann. Aber selbst bei diskontinuierlichem Betrieb kann es bei ungünstigen Bedingungen (niedrigere Temperaturen, hohe Luftfeuchtigkeit) zur Bildung einer permanenten Eisschicht auf den Wärmetauschflächen kommen. Die sich bildende Eisschicht verschlechtert den Wärmeübergang und verhindert das Verdampfen bzw. eine ausreichende Anwärmung der Flüssigkeit, so daß der Betrieb unterbrochen werden muß.In many applications, the device is through atmospheric air heated, i.e. on the outside of the Air from the environment is located in the flow path. A such heat exchanger, which by several at their outer circumference is formed with finned tubes has been described in EP-PS 57 928. It is in this document already pointed out that it continuous operation of the heat exchanger Freezes on the outer surfaces of the flow path come can. But even with discontinuous operation it can in unfavorable conditions (lower temperatures, high Humidity) to form a permanent layer of ice come on the heat exchange surfaces. The forming Ice layer worsens heat transfer and prevents it the evaporation or sufficient heating of the Liquid, so that the operation must be interrupted.

Probleme mit Ausbildung treten im übrigen nicht nur bei luftbeheizten Wärmetauschern auf, sondern auch bei Wärmetauschern, die in einem Flüssigkeitsbad, z.B. Wasser, befindliche Strömungswege aufweisen und bei denen die Flüssigkeit an den Wärmetauschflächen ausfriert.Incidentally, problems with training do not only occur air-heated heat exchangers, but also at Heat exchangers operating in a liquid bath, e.g. Water, have located flow paths and in which the Liquid freezes out on the heat exchange surfaces.

In der erwähnten Druckschrift ist die Möglichkeit angedeutet, die Vorrichtung zusätzlich oder alternativ mit einer anderen Wärmequelle als Umgebungsluft zu beheizen, etwa mittels elektrischer Energie oder Dampf. Diese Möglichkeit wird allerdings aufgrund der steigenden Energiekosten als nachteilig angesehen. Stattdessen wird dort vorgeschlagen, die Abmessungen der Rohre, der Rippen sowie der Rohrabstände und die Anzahl der Rippen in bestimmten Bereichen zu wählen, um auf diese Weise die Wärmeübertragung zu verbessern.In the mentioned publication is the possibility indicated, the device additionally or alternatively with a heat source other than ambient air heating, for example by means of electrical energy or steam. However, this possibility is due to the increasing Energy costs viewed as disadvantageous. Instead it will there suggested the dimensions of the pipes, the fins as well as the pipe spacing and the number of fins in certain areas to choose in this way the To improve heat transfer.

Allerdings stellen die genauen Dimensionierungs vorschriften eine Einschränkung dar und können in vielen Anwendungsfällen bei räumlich beengten Verhältnissen nicht eingehalten werden. Abgesehen davon ist ein derartiger Wärmetauscher, der für einen bestimmten Anwendungsfall, d.h. zum Verdampfen einer bestimmten Flüssigkeit, konzipiert ist, ausschließlich für diesen Verwendungszweck zu gebrauchen, da es bei anderweitiger Verwendung unter Umständen wieder zu Eisbildung kommen kann.However, the exact sizing regulations are a limitation and can in many Not for use in tight spaces be respected. Apart from that, it is one Heat exchanger, for a specific application, i.e. to evaporate a certain liquid, is designed exclusively for this purpose to use as it is used elsewhere under Under certain circumstances, ice formation can occur again.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu entwickeln, die universell einsetzbar ist und die auf energetisch günstige Weise auch im kontinuierlichen Betrieb das Anwärmen und/oder Verdampfen einer Flüssigkeit ermöglicht und die einen hohen Wärmeübergang aufweist.The invention is therefore based on the object Develop device of the type mentioned, the is universally applicable and the energetically favorable Way, even in continuous operation and / or vaporization of a liquid and the has a high heat transfer.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in zumindest einer der Rippen ein beheizbarer Kanal angeordnet ist.This object is achieved in that in at least one of the fins is a heated channel is arranged.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die Wärmetauschflächen entweder nur im Bedarfsfall oder kontinuierlich beheizt. Im Gegensatz zu vorbekannten Vorrichtungen befindet sich die Wärmequelle nicht außerhalb, sondern innerhalb der Vorrichtung, nämlich innerhalb der Rippen. Erfindungsgemäß folgt daher die zusätzliche Beheizung nicht von außen, sondern von innen. Dadurch ist ein besonders inniger Kontakt zwischen der Heizquelle und der Wärmeübertragungsfläche sichergestellt. Die zugeführte Wärmeenergie gelangt nahezu verlustfrei unmittelbar an die Stelle, an der die Wärme benötigt wird. Selbst wenn nur ein einziger Kanal vorgesehen ist, wird die Wärme durch Wärmeleitung gleichmäßig über den gesamten Querschnitt von Strömungskanal und Rippen verteilt. Unabhängig von der Geometrie der Vorrichtung läßt sich mit geringem Energieaufwand ein Vereisen des Strömungswegs und der Rippen verhindern oder eine bereits bestehende Vereisung entfernen. Durch Änderung der zugeführten Wärmemenge oder durch Bereitstellung einer größeren Anzahl derartiger Kanäle, die nur bei Bedarf beheizt werden, läßt sich ein sehr weites Anwendungsspektrum abdecken.In the device according to the invention Heat exchange surfaces either only if necessary or continuously heated. In contrast to previously known The heat source is not located in devices outside, but inside the device, namely inside the ribs. According to the invention therefore follows additional heating not from the outside, but from the inside. This is a particularly intimate contact between the Heat source and the heat transfer surface ensured. The thermal energy supplied is almost lossless right where the heat is needed. Even if only a single channel is provided, the heat by conduction evenly over the entire Cross section of flow channel and ribs distributed. Regardless of the geometry of the device, low energy consumption icing of the flow path and prevent the ribs or an existing one Remove icing. By changing the feed Amount of heat or by providing a larger number such channels, which are heated only when needed cover a very wide range of applications.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes enthält der Kanal ein elektrisches Heizelement. Insbesondere ist es von Vorteil, wenn der Kanal einen Heizdraht enthält, der zusammen mit der notwendigen elektrischen Isolierung den Kanal vollständig ausfüllt.In a preferred development of the Subject of the invention, the channel contains an electrical Heating element. It is particularly advantageous if the Channel contains a heating wire, which together with the necessary electrical insulation the channel completely fills out.

Bei einer anderen bevorzugten Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes weist der Kanal Anschlüsse zur Zu- und Abführung eines Heizfluids auf. Als Heizfluid wird beispielsweise Heißdampf oder heißes Öl verwendet.In another preferred development of the Subject of the invention, the channel has connections for and removal of a heating fluid. As a heating fluid for example, superheated steam or hot oil is used.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes besitzt der Kanal rechteckigen oder kreisförmigen Querschnitt.In a preferred development of the Subject of the invention has the channel rectangular or circular cross section.

Es erweist sich als zweckmäßig, wenn gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes der Kanal im wesentlichen parallel zu dem Strömungsweg verläuft.It proves to be useful if according to a Further development of the subject matter of the channel in runs essentially parallel to the flow path.

Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention and further details of the invention are shown schematically using Embodiments explained in more detail.

Hierbei zeigen:Here show:

Fig. 1 ein Rippenrohr mit zwei Rippen und einem beheizten Kanal im Querschnitt, Fig. 1 shows a finned tube with two ribs and a heated channel in cross-section,

Fig. 2 ein Rippenrohr mit 12 Rippen und zwei beheizten Kanälen im Querschnitt, Fig. 2 a finned tube with 12 ribs and two heated channels in cross-section,

Fig. 3 ein Rippenrohr mit einem durch ein Fluid beheizten Kanal, Fig. 3 is a finned tube with a heated fluid through a channel,

Fig. 4 ein Rippenrohr gemäß Fig. 3 im Querschnitt. Fig. 4 shows a finned tube according to FIG. 3 in cross section.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zum Anwärmen und/oder Verdampfen einer Flüssigkeit, insbesondere einer tiefkalten Flüssigkeit, z.B. von flüssigem Stickstoff. Die Vorrichtung weist einen Strömungsquerschnitt in Form eines Rohres auf. Das Rohr weist an seiner Außenseite zwei einander gegenüberliegende Rippen 2, 2 a auf, die in radialer Richtung weisen. Das Rohr befindet sich an freien Atmosphäre, d.h. die umgebende Luft liefert die für die Anwärmung und Verdampfung benötigte Wärme. Fig. 1 shows a device for heating and / or evaporation shows a liquid, in particular a cryogenic liquid, for example liquid nitrogen. The device has a flow cross section in the form of a tube. The tube has on its outside two mutually opposite ribs 2 , 2 a , which point in the radial direction. The pipe is in a free atmosphere, ie the surrounding air supplies the heat required for heating and evaporation.

An einer der Flossen 2 ist ein Kanal 3 von rechteckigem Querschnitt vorgesehen, der sich im wesentlichen parallel zu dem Rohr erstreckt. Der Kanal 3 ist beheizt. In seinem Inneren verläuft ein elektrisches Heizelement 4, das von einer elektrischen Isolierung 5 umgeben ist. Das Heizelement 4 ist und die Wärmeisolierung 5 füllen den Kanal 3 vollständig aus, um einen guten Wärmeübergang von dem Heizelement 4 auf die Rippe 2 und damit auf den Querschnitt der gesamten Vorrichtung zu ermöglichen. Durch die Beheizung im Innern des Kanals 3 wird mit sehr geringer Heizenergie eine Vereisung durch festfrierende Luftfeuchtigkeit vermieden.A channel 3 of rectangular cross section is provided on one of the fins 2 and extends essentially parallel to the tube. Channel 3 is heated. An electrical heating element 4 , which is surrounded by electrical insulation 5 , runs in its interior. The heating element 4 is and the heat insulation 5 completely fill the channel 3 in order to enable good heat transfer from the heating element 4 to the rib 2 and thus to the cross section of the entire device. Due to the heating inside the channel 3 , icing due to freezing humidity is avoided with very low heating energy.

Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung, die im Gegensatz zu der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung ein Rohr mit insgesamt 12 über den Umfang verteilten radialen Rippen 2, 2 a aufweist, von denen zwei einander gegenüberliegende Rippen 2 jeweils einen beheizten Kanal 3 aufweisen. Die Beheizung erfolgt wiederum mittels elektrischer Heizelemente 4, die mit einer elektrischen Isolierung 5 versehen sind. Fig. 2 shows a device which, in contrast to the device shown in Fig. 1, has a tube with a total of 12 radial ribs 2 , 2 a distributed over the circumference, of which two mutually opposite ribs 2 each have a heated channel 3 . The heating is again carried out by means of electrical heating elements 4 , which are provided with electrical insulation 5 .

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zwei Rippen 2, 2 a, bei der in einer Rippe 2 ein Kanal 6 mit kreisförmigem Querschnitt angeordnet ist. Der Kanal 6 weist Anschlüsse 7, 8 zur Zu- und Abführung eines heißen Fluides, z.B. Dampf oder Öl, auf. Die Pfeile deuten die Strömungsrichtungen der anzuwärmenden bzw. zu verdampfenden Flüssigkeit sowie des Heizöls an. FIGS. 3 and 4 show an embodiment of a device according to the invention with two ribs 2, 2 a, is a channel 6 of circular cross section in which in a rib 2. The channel 6 has connections 7 , 8 for the supply and discharge of a hot fluid, for example steam or oil. The arrows indicate the directions of flow of the liquid to be heated or evaporated and of the heating oil.

Claims

1. A device for heating and / or evaporating a liquid with at least one flow path for guiding the liquid, which is provided on its outside with ribs, characterized in that in at least one of the ribs ( 2 ) heatable channel ( 3 , 6 ) is arranged .

2. Device according to claim 1, characterized in that the channel ( 5 ) contains an electric heating element ( 4 ).

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the channel ( 6 ) has connections ( 7 , 8 ) for supplying and discharging a heating fluid.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the channel ( 3 , 6 ) has a rectangular or circular cross section.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the channel ( 3 , 6 ) extends substantially parallel to the flow path ( 1 ).