DE3644364A1 - Einrichtung zur erwaermung von fluiden in speichertanks und transportroehren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erwärmung von Fluiden in Speichertanks und Transportröhren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Einrichtung dient insbesondere dazu, Flüssigkeiten oder Gase, deren Viskosität sich bei niedriger Temperatur stark erhöht, zu erwärmen oder die Flüssigkeiten und Gase für bestimmte Zwecke auf einer geeigneten Temperatur zu halten.

Derartige Fluide müssen häufig gegenüber einer festen Temperatur auf eine hö­ here Temperatur aufgeheizt werden, beispielsweise in einem Speichertank, in Pipelines zum Transport der Fluide usw.

Eine häufig benutzte konventionelle Einrichtung zur Erwärmung von Fluiden ist in Fig. 11 gezeigt. Diese konventionelle Einrichtung weist eine Wärmeübertragungs­ röhre 8 auf, die aus einem Stahlrohr besteht, und ist derart innerhalb eines Speichertanks 9 angeordnet, daß eines ihrer Enden aus dem Speichertank 9 he­ rvorsteht. Innerhalb der Wärmeübertragungsröhre 8 befindet sich ein Innenzylinder 82, der mit Gesteinsfasern bzw. Steinwolle 81 gefüllt ist. Um den äußeren Umfang des Innenzylinders 82 herum ist ein sogenanntes MI-Kabel 83 (loses isolierendes Kabel) spiralförmig und relativ dicht herumgewickelt, wobei sich im Raum zwischen dem MI-Kabel 83 und der Wärmeübertragungsröhre 8 Aluminiumoxid 84 befindet, um den Wärmewiderstand zwischen dem MI-Kabel 83 und der Wärmeübertra­ gungsröhre 8 so gering wie möglich zu halten. Fließt durch das MI-Kabel 83 ein elektrischer Strom so wird Joulsche Wärme erzeugt, die über die mit dem Alu­ miniumoxid 84 gefüllte Schicht und die Wärmeübertragungsröhre 8 zu einem im Speichertank 9 gespeicherten Medium übertragen wird, wobei sich im Speicher­ tank 9 beispieisweise ein Öl befinden kann. Mit dem Bezugszeichen 91 ist ein Flansch bezeichnet, damit die Wärmeübertragungsröhre 8 mit dem Speichertank 9 verbunden werden kann. Ein Anschlußkasten 85 befindet sich am außenstehenden Ende der Wärmeübertragungsröhre 8 in Fig. 11.

Die Handhabung der zuletzt beschriebenen Einrichtung zur Erwärmung von Flui­ den ist relativ einfach, sofern sie einwandfrei arbeitet. Tritt jedoch ein Fehler auf, so muß sie vollständig ausgewechselt werden, was bedeutet, daß auch die Wärme­ übertragungsröhre 8 ausgetauscht werden muß. Zu diesem Zweck muß der Speichertank entleert werden, jedenfalls so weit, bis der Tankpegel unterhalb der entsprechenden Öffnung liegt, durch die die Wärmeübertragungsröhre 8 in den Tank eingesetzt wird. Bei Gasen innerhalb des Speichertanks ist das Problem noch schwieriger, da der Speichertank dann entweder vollständig entleert oder die ent­ sprechende Öffnung für die genannte Einrichtung in geeigneter Weise abgedeckt werden muß.

Nachteilig bei der konventionellen Einrichtung ist außerdem, daß der Wärmewider­ stand selbst bei einem Aluminiumoxid zwischen der Wärmeübertragungsröhre und dem MI-Kabei relativ hoch ist, was dazu führt, daß die Temperatur des MI-Kabels hohe Werte annimmt. Die obere Heiztemperatur der konventionellen Einrichtung liegt daher beträchtlich unterhalb der Toleranztemperatur für das MI-Kabel. Pro­ blematisch ist auch, daß die Wärmeabgabe der Einrichtung und die Länge der Wärmeübertragungsröhre begrenzt sind, und zwar durch die Wärmeabgabe­ fähigkeit und die Länge des MI-Kabels, so daß sich diese Einrichtung nicht zum Einsatz in Speichertanks mit großer Kapazität, usw. eignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genann­ ten Art zur Erwärmung von Fluiden zu schaffen, die sich einfacher warten bzw. reparieren läßt, deren Wärmeabgabe und Heiztemperatur ohne Beschränkung durch irgendwelche Bauteile wie zum Beispiel Kabel usw. eingestellt werden können, und die mit niedrigen Kosten in einem Haupt- bzw. Zentralpunkt auch dann installiert werden kann, wenn durch sie ein Medium in einem Speichertank mit großer Kapazität erwärmt werden soll.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentan­ spruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unter­ ansprüchen zu entnehmen.

Eine Einrichtung zur Erwärmung eines Fluids in einem Speichertank oder einer Transportröhre zeichnet sich dadurch aus, daß ein an seiner einen Seite einen Bedienungsabschnitt aufweisender Thermosiphon innerhalb eines Speichertanks oder einer Transportröhre für Fluide oder um den äuerßen Wandbereich von Spei­ chertank oder Transportröhre herum derart angeordnet ist, daß der Thermosiphon horizontal positioniert oder in Richtung seines Bedienungsabschnittes nach unten geneigt ist und der Bedienungsabschnitt außerhalb des Speichertanks oder der Transportröhre liegt, daß ein Empfangsabschnitt für ein Arbeitsfluid am Boden des Thermosiphons an der Seite des Bedienungsabschnittes gebildet ist, ein Gasab­ scheidungrohr von der Seite des Bedienungsabschnittes in den Thermosiphon eingsetzt ist, und daß das Arbeitsfluid im Empfangsabschnitt durch eine Heizein­ richtung zwecks Verdampfung aufheizbar ist, die sich innerahlb oder außerhalb des Arbeitsfluids befindet.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Empfangsabschnitt für Arbeitsfluid vom Thermosiphon getrennt und als außerhalb oder innerhalb des Speichertanks bzw. der Transportröhre angeordneter Empfangsbehälter ausgebil­ det, wobei der Thermosiphon und der Empfangsbehälter über eine Röhre mitei­ nander verbunden sind. Die Stellung von Thermosiphon und Röhre sind so ge­ wählt, daß im Thermosiphon durch Kondensation erzeugtes Arbeitsfluid durch die Röhre zurück zum Empfangsbehälter fließen kann. Das Arbeitsfluid im Empfangs­ behälter ist dabei durch eine Heizeinrichtung zwecks Verdampfung aufheizbar, wobei die Heizeinrichtung von außerhalb des Speichertanks bzw. der Transport­ röhre bedienbar ist. Die Heizeinrichtung läßt sich insbesondere durch die Wand des Speichertanks bzw. der Transportröhre hindurch in den Empfangsbehälter hineinschieben, der sich innerhalb des Speichertanks bzw. der Transportröhre befindet. Steht der Empfangsbehälter außerhalb des Speichertanks oder der Transportröhre, so läßt sich auch in diesem Fall die Heizeinrichtung von der Seite her in den Empfangsbehälter hineinschieben und aus diesem wieder heraus­ nehmen.

Vorzugsweise ist der Thermosiphon durch eine gerade bzw. wellenfreie Röhre ge­ bildet, also durch eine Röhre mit konstantem Querschnitt. Der Bereich des Thermo­ siphons, durch den nicht der Empfangsabschnitt bzw. Empfangsbehälter für Ar­ beitsfluid gebildet wird, kann ferner als Röhre mit wellenartiger Wandstruktur aus­ gebildet sein. Dabei kann der Thermosiphon einen spiralförmigen oder in einer Ebene geschwungenen Verlauf sowie in vertikaler Richtung einen wendelartigen oder in anderer Weise gewählten Verlauf aufweisen.

Nach einer sehr vorteilhaften anderen Ausgestaltung der Erfindung sind Speicher­ tank bzw. Transportröhre wenigstens in ihrem Umfangswandbereich zur Bildung einer Zwischenschicht doppelwandig ausgebildet, wobei ein Thermosiphon mit in ihm eingeschlossenem Arbeitsfluid vorhanden und mit der Zwischenschicht ver­ bunden ist, derart, daß in der Zwischenschicht durch Kondensation erzeugtes Arbeitsfluid zurück zum Thermosiphon fließen kann, wobei das Arbeitsfluid im Thermosiphon durch die Heizeinrichtung zwecks Verdampfung aufheizbar ist.

Die Heizeinrichtung kann sich innerhalb des Arbeitsfluids bzw. innerhalb der Ar­ beitsflüssigkeit oder außerhalb des Empfangsabschnittes bzw. des Empfangs­ behälters für Arbeitsfluid bzw. Arbeitsflüssigkeit des Thermosiphons befinden. Die Heizeinrichtung liegt dann unterhalb des Flüssigkeitspegels des Arbeitsfluids.

Entsprechend der Erfindung wird ein Fluid innerhalb eines Speichertanks oder einer Transportröhre mit Hilfe eines Thermosiphons erwärmt, in dem sich ein Arbeitsfluid befindet. Dieses Arbeitsfluid wird innerhalb des Thermosiphons erhitzt, so daß es verdampfen kann. Die Verdampfungswärme wird an das zu erwärmende Fluid innerhalb des Speichertanks bzw. der Transportröhre abgegeben, so daß das verdampfte Arbeitsfluid kondensiert und zurück zu einem Empfangsabschnitt inner­ halb des Thermosiphons fließt. Dort wird es erneut erhitzt, so daß es wiederum ver­ dampfen kann.

Gemäß einem ersten praktischen Ausführungsbeispiel ist ein an seiner einen Seite einen Bedienungsabschnitt aufweisender Thermosiphon innerhalb eines Speicher-tanks oder einer Transportröhre für Fluide derart angeordnet, daß der Thermo-siphon horizontal positioniert oder in Richtung seines Bedienungsabschnittes nach unten geneigt ist, wobei der Bedienungsabschnitt außerhalb des Speichertanks oder der Transportröhre liegt. Ein Empfangsabschnitt für ein Arbeitslfuid ist am Boden des Thermosiphons an der Seite des Bedienungsabschnittes gebildet. Ein Gasabscheidungsrohr ragt von der Seite des Bedienungsabschnittes in den Thermosiphon hinein. Das Arbeitsfluid im Empfangsabschnitt wird durch eine Heizeinrichtung zwecks Verdampfung aufgeheizt, die sich innerhalb oder außerhalb des Arbeitsfluids bzw. der Arbeitsflüssigkeit befindet.

Gemäß einem zweiten praktischen Ausführungsbeispiel ist der Empfangsabschnitt für Arbeitsfluid vom Thermosiphon getrennt und als außerhalb oder innerhalb des Speichertanks bzw. der Transportröhre angeordneter Empfangsbehälter ausge­ bildet. Kondensiertes Arbeitsfluid innerhalb des Thermosiphons kann dann zurück zum Empfangsbehälter fließen.

Gemäß einem dritten praktischen Ausführungsbeispiel sind Speichertank bzw. Transportröhre wenigstens in ihrem Umfangswandbereich zur Bildung einer Zwischenschicht doppelwandig ausgebildet, wobei ein Thermosiphon mit in ihm eingeschlossenem Arbeitsfluid mit der Zwischenschicht derart verbunden ist, daß in der Zwischenschicht durch Kondensation erzeugtes Arbeitsfluid zurück zum Thermosiphon fließen kann. Dort wird das Arbeitsfluid durch erneute Aufheizung mit Hilfe der Heizeinrichtung wieder verdampft. Die Heizeinrichtung befindet sich dabei unterhalb des Flüssigkeitspegels des Arbeitsfluids.

Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Es zeigen:

Fig. 1 bis 3 ein erstes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung, wobei in Fig. 1 ein verkürzter Querschnitt durch einen Thermosiphon mit einer Heizeinrichtung, in Fig. 2 ein verkürzter Querschnitt durch eine Modifikation des in Fig. 1 dargestellten Thermosiphons und in Fig. 3 eine Draufsicht auf die Grundebene des Thermo­ siphons nach Fig. 2 mit der Heizeinrichtung dargestellt sind,

Fig. 4 bis 7 ein zweites Ausführungsbeispiel nach der Erfindung, wobei in Fig. 4 ein Querschnitt durch einen Thermosiphon mit Heizeinrichtung, in Fig. 5 ein ver­ kürzter Querschnitt eines Thermosiphons in abgewandelter Ausführungsform, in Fig. 6 eine weitere Einrichtung mit dem Thermosiphon nach Fig. 5 und in Fig. 7 eine andere Modifikation der Einrichtung mit Thermosiphon dargestellt sind,

Fig. 8 bis 10 ein drittes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung, wobei in Fig. 8 ein Thermosiphon mit Heizeinrichtung, in Fig. 9 ein verkürzter Querschnitt eines vergrößert dargestellten Thermosiphons gemäß dem Beispiel in Fig. 8 und in Fig. 10 ein Querschnitt durch eine modifizierte Einrichtung mit Thermosiphon dargestellt sind, und

Fig. 11 einen Querschnitt durch eine konventionelle Einrichtung.

Die Einrichtung nach der Erfindung enthält einen Thermosiphon, in welchem la­ tente Wärme durch Verdampfung und Kondensation des Arbeitsfluids abgegeben und empfangen wird. Das Prinzip der Heizröhre kommt auch hier zum Einsatz. Aufgrund der Verdampfung des Arbeitsfluids wird die latente Verdampfungswärme auf den gesamten Thermosiphon und auf weitere Raumschichten übertragen, die sich an der Umfangsseitenwand des Containers befinden, so daß die darin ent­ haltenen Fluide (Flüssigkeiten bzw. Gase) durch Kontakt mit dem Thermosiphon erwärmt werden. Gleichzeitig kondensiert das Arbeitsfluid im Thermosiphon und läuft zu einem Empfangsbereich für Arbeitsfluid zurück, der sich innerhalb oder außerhalb des Thermosiphons befindet, so daß das zurückgelaufene Arbeitsfluid zur erneuten Verdampfung aufgeheizt werden kann. Durch wiederholtes Abgeben und Empfangen der latenten Verdampfungwärme kann somit ein Fluid im Speichertank oder innerhalb einer Transportröhre erhitzt werden.

Das für den Thermosiphon vorgesehene Arbeitsfluid wird in Abhängigkeit der­ jenigen Temperatur gewählt, die das Zielfluid bzw. zu erwärmende Fluid annehmen oder auf der es gehalten werden soll. Um ein Zielfluid bzw. zu erwärmendes Fluid auf eine Temperatur zu bringen und auf dieser Temperatur zu halten, die nachfolgend in Klammern angegeben ist, können folgende Arbeitsfluide oder Kombinationen dieser Fluide verwendet werden: Wasser (50- 150°C), Wasser mit einem Zusatz, Freon (-10-50°C), Naphthalin (150-220°C), Phenylmethan bzw. Toluol (60-150°C), Diphenyl (150-200°C), eine Mischung aus Diphenyl mit Diphenyl-äther (150-260°C), usw. Darüber hinaus lassen sich neben den genannten Arbeitsfluiden weitere Fluide verwenden, wenn sie bei einer Temperatur verdampfen, die in der Nähe der festen Arbeitstemperatur liegt. Ein mit einem derartigen Arbeits-fluid arbeitender Thermosiphon weist neben einer guten thermischen Stabilität auch eine hohe Übertragungsrate von Verdampfungswärme und Kondensationswärme auf.

Die Erwärmung des Arbeitsfluids kann auf direktem Wege durch Eintauchen einer Heizeinrichtung in das Arbeitsfluid erfolgen, oder auf indirektem Wege durch Aufheizung des Empfangsabschnittes oder des Behälters für das Arbeitsfluid des Thermosiphons von außen. Als Heizeinrichtung kann beispielsweise eine Heizröhre verwendet werden, die von einem heißen Medium durchströmt wird. Als heißes Medium können beispielsweise heißes Wasser oder ein erhitztes Gas verwendet werden. Selbstverständlich kann die Heizeinrichtung auch als elek­ trische Heizeinrichtung ausgebildet sein. Ist die Heizeinrichtung in Form einer Patrone oder Katusche ausgebildet, so ist es aus Sicherheitsgründen erwünscht, sie mit einem Thermoelement auszustatten, um die mit der Heizeinrichtung ver­ bundene Spannungs- bzw. Energiequelle auszuschalten, wenn die Temperatur der Heizeinrichtung einen Wert erreicht, der oberhalb eines vorbestimmten Wertes liegt, beispielsweise infolge Austrocknung des Arbeitsfluides, Bildung eines nicht- kondensierenden Gases, oder dergleichen. Bei einer als Patrone ausgebildeten Heizeinrichtung ist es ferner wünschenswert, einen Verschraubbereich an der Abdeckung oder Endplatte anzubringen, so daß die Heizeinrichtung in den Empfangsabschnitt für das Arbeitsfluid hineingeschoben werden kann. Dadurch läßt sie sich im Falle einer Störung schneller austauschen.

Innerhalb des Thermosiphons befindet sich ein Temperaturdetektor zur Fest­ stellung der Temperatur des verdampften Arbeitsmediums. Durch Steuerung der Heizeinrichtung anhand des gemessenen Temperaturwertes innerhalb des Thermosiphons an einem Punkt läßt sich die Temperatur innerhalb des Thermosi­ phons konstant halten.

Ferner ist beim Thermosiphon ein dünnes Gasabscheidungsrohr vorgesehen. Ein Ende dieses Gasabscheidungsrohres befindet sich innerhalb des Thermosiphons und ist offen. Das andere Ende ragt im Bedienungsabschnitt des Thermosiphons nach außen hindurch und ist verschlossen, beispielsweise mit Hilfe eines Ventils oder dergleichen. Dieses Gasabscheidungsrohr ist so ausgebildet, daß der offene Bereich soweit wie möglich vom Empfangsabschnitt für das Arbeitsfluid entfernt liegt. Sammelt sich daher nicht-kondensierendes Gas innerhalb des Thermosi­ phons, so ist es möglich, das sich im Innern des Thermosiphons bildende Gas über das dann geöffnete äußere Ende des Gasabscheidungsrohres im Bedienungsbe­ reich des Thermosiphons abzulassen.

Die Wärmeübertragungsröhre des Thermosiphons muß nicht unbedingt aus einer Stahlröhre bestehen, die aus Kohlenstoffstahl hergestellt ist. Sie kann auch aus anderem rostfreiem Stahl hergestellt werden. Ferner kann die Wärmeübertra­ gungsröhre auch aus Kupfer oder einer entsprechenden Kupferlegierung sowie aus Aluminium oder einer entsprechenden Aluminiumlegierung bestehen. Sie kann als flexible oder keramische Röhre oder in anderer geeigneter Weise aus­ gebildet sein. Wichtig ist, daß das Material jeweils auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt werden kann, ohne Schaden zu nehmen. Wärmeübertragungsröhren mit Rippen bzw. Wärmeleitblechen können ebenfalls zum Einsatz kommen.

Mit Hilfe des Einrichtung nach der Erfindung lassen sich die verschiedensten Flu­ ide aufheizen. Dies können zum Beispiel Öle sein, beispielsweise Erdöle (Minas crude oil), Schweröle (C-grade heavy oil), Schmieröle, Speiseöle, und dergleichen. Als Fluide kommen aber auch andere und gegebenenfalls aggressive Materialien, Zwischenprodukte und Endprodukte in Frage, beispielsweise Wasser, schwefelsaure Lösungen, ätzende Laugen bzw. Sodalösungen., Phenole, Paraffine, Harnstoffe, Schwefelsäure bzw. Schwefel, metallisches Natrium, Asphalt, Pech, Teer, Schololade, Butter, Margarine, TDI, MDI, Lacke, Firnisse, Tinten, usw. Andererseits kommen auch in Frage Luft, LPG, Chlorgas, Schwefeldioxid, und dergleichen.

Im Nachfolgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

Beispiel 1

In Fig. 1 ist ein Speichertank für Öl mit dem Bezugszeichen 9 bezeichnet, wobei der Speichertank 9 eine Öffnung 92 aufweist, die von einem Flansch 91 umgeben ist. Die Öffnung 92 befindet sich an einer Seitenfläche des Speichertanks 1 und dient zur Aufnahme eines Thermosiphons.

Ein derartiger Thermosiphon ist in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet und weist einen Bedienungsabschnitt 12 an seiner einen Seite auf. Innerhalb des Thermosiphons 1 befindet sich an der Bodenseite des Bedienungsabschnittes 12 ein Empfangsabschnitt 2, der zur Aufnahme eines Arbeitsfluids 3 dient, das sich dort als Flüssigkeit sammelt. Im vorliegenden Beispiel ist ein kurzes Röhrenstück 1 a mit großem Durchmesser mit eine Hauptröhre 1 b verbunden, die einen kleineren Durchmesser aufweist. Beide Röhrenteile bestehen aus Kohlenstoffstahl und sind miteinander verschweißt, wobei zwischen den beiden Röhrenteilen 1 a und 1 b ein sich verjüngender Abschnitt 1 c angeordnet ist. Dieser Abschnitt 1 c dient praktisch zur Verbindung der beiden Röhrenteile 1 a und 1 b. Das andere Ende der Haupt-röhre 1 b ist zur Abdeckung mit einer Kappe 1 d verschweißt.

Dieser Thermosiphon 1 ist so in den Tank 9 eingesetzt, daß der Bedienungs­ abschnitt 12, der unter anderem die Heizeinrichtung 4 enthält, aus dem Tank 9 herausragt. Der Thermosiphon 1 verläuft etwa horizontal durch die Öffnung 92 innerhalb des Tanks 9 in diesen hinein, oder ist mit seinem Bedienungsabschnitt 12, an dessen Seite sich der Empfangsabschnitt 2 befindet leicht nach unten geneigt. Der Thermosiphon 1 weist eine Abdeckung 11 auf, die an ihrem äußeren Umfangsrand mit dem Flansch 91 dicht verbindbar ist. Falls erforderlich, kann der Thermosiphon 1 innerhalb des Tanks 9 auch durch eine geeignete Einrichtung unterstützt bzw. getragen werden (nicht dargestellt).

Wird innerhalb des Thermosiphons 1 ein kondensiertes Fluid gebildet, so kann dieses von selbst in dem Empfangsbschnitt 2 für Arbeitsfluid 3 hineinfließen. Innerhalb des Empfangsabschnittes 2 für Arbeitsfluid 3 befindet sich die Heiz­ einrichtung 4, die als Patrone ausgebildet ist. Diese Heizeinrichtung 4 verläuft durch die Abdeckung 1 1 hindurch. Durch die Heizeinrichtung 4 läßt sich das Arbeitsfluid 3 im Empfangsabschnitt 2 aufheizen und verdampfen.

Innerhalb des Thermosiphons 1 befindet sich weiterhin ein Temperaturdetektor 5, der ebenfalls durch die Abdeckung 11 hindurchläuft. Darüber hinaus wird die Ab­ deckung 11 von einem Gasabscheidungsrohr 6 durchsetzt, das dünn ausgebildet ist, um den tiefstsen bzw. entferntesten oberen Bereich im Thermosiphon 1 zu erreichen. Ein nicht dargestelltes Versorgungstor (switch-free-port) in der Nähe des Empfangsabschnitts 2 für Arbeitsfluid 3 dient zur Zuführung des Arbeitsfluids 3. Zur Abdeckung des Bedienungsabschnittes 12 einschließlich der nach außen ra­ genden Temperatureinrichtung 4, des Temperaturdetektors 5, einer Drossel 61, usw. ist ein stationärer Kasten 7 am stirnseitigen Außenende des Thermosiphons 1 angeordnet (switch-free connection box).

Entsprechend dem zuvor genannten Ausführungsbeispiel wird das Arbeitsfluid 3 im Empfangsabschnitt 2 mit Hilfe der Heizeinrichtung 4 aufgeheizt und verdampft, so daß es sich im gesamten Innern des Thermosiphons 1 ausbreiten kann. Die latente Wärme des Arbeitsfluids wird dann auf das im Speichertank 9 vorhandene Öl über­ tragen, und zwar mit Hilfe des Thermosiphons 1. Das durch Abgabe der latenten Wärme kondensierte Arbeitsfluid 3 kehrt dann zum Empfangsabschnitt 2 zurück. Durch wiederholtes Abgeben und Empfangen der latenten Wärme läßt sich das Öl im Speichertank 9 mit Hilfe des Arbeitsfluids 3 bzw. des Thermosiphons 1 auf eine gewünschte bzw. geeignete Temperatur aufheizen.

Weist der Speichertank 9 eine große Kapazität bzw. ein großes Fassungsvermö­ gen auf, so können mehrere der oben beschriebenen Thermosiphone 1 entlang des Tankumfangsrandes unter jeweils gleichen Abständen voneinander in den Speichertank 9 hineinragen. Sie können aber auch in vertikaler Richtung zuei­ nander verteilt angeordnet sein.

Die Fig. 2 zeigt ein weiteres Beispiel eines Thermosiphons mit Heizeinrichtung. Er besteht aus einem Röhrenstück 1 a mit großem Durchmesser und aus einer Haupt­ röhre 1 b mit kleinerem Durchmesser, die im wesentlichen als flexible und gewellte Röhre ausgebildet ist. Beide Röhren 1 a und 1 b sind über ein Reduzierungsstück 1 c miteinander verbunden bzw. verschweißt, wobei das freie Ende der Hauptröhre 1 b wiederum mit einer Kappe 1 d dicht verschweißt ist. Die Elemente 1 a, 1 b, 1 c und 1 d bilden den Thermosiphon 1, gemeinsam mit der Wand 11. In einem derart aus­ gebildeten Thermosiphon sammelt sich kondensiertes Fluid auf der inneren Bodenseite der Hauptröhre 1 b, die einen kleineren Durchmesser als das Röhrenstück 1 a aufweist, so daß das kondensierte Arbeitsfluid 3 in den Empfangsabschnitt 2 fließt, wenn sich mehr als eine bestimmte Menge angesammelt hat.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Thermosiphon 1 ist es möglich, die Hauptröhre 1 b spiralförmig im Speichertank 9 auszubilden, wie die Fig. 3 zeigt, oder die Haupt­ röhre 1 b innerhalb des Speichertanks 9 spiralförmig nach oben laufen zu lassen, wobei derselbe funktionale Effekt wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig, 1 erhalten wird.

Beispiel 2

In Fig. 4 ist ein Speichertank zur Speicherung von Öl mit dem Bezugszeichen 9 versehen. Der Thermosiphon 1 weist an seiner Bodenfläche eine Öffnung 16 auf und wird innerhalb des Speichertanks 1 durch Beine 17 gestützt. Zur Bildung des Thermosiphons 1 ist eine Stahlröhre aus Kohlenstoffstahl an einem Ende mit einer Endplatte 1 e und am anderen Ende mit einer Kappe 1 d dicht verschweißt. Die Stellung des Thermosiphons 1 innerhalb des Speichertanks 9 ist so gewählt, daß im Thermosiphon 1 kondensiertes Fluid in Richtung der zuvor erwähnten Öffnung 16 fließen kann. Der Thermosiphon 1 liegt also entweder horizontal oder ist in Richtung der Öffnung 16 leicht nach unten geneigt, wie bereits beim letzten Aus­ führungsbeispiel beschrieben.

Ein Empfangsbehälter 2 a dient zur Aufnahme des Arbeitsfluids 3. An der oberen Seite steht der Empfangsbehälter 2 a mit der Öffnung 16 des Thermosiphons 1 über eine Röhre 15 in Verbindung, so daß das im Empfangsbehälter 2 a erzeugte und verdampfte Arbeitsfluid 3 über diese Röhre 15 in den Thermosiphon gelangen kann. Ebenfalls fließt das im Thermosiphon 1 kondensierte Arbeitsfluid 3 wieder durch diese Röhre 15 zurück zum Empfangsbehälter 2 a. An einer geeigneten Stelle ist der Empfangsbehälter 2 a mit einem nicht dargestellten Versorgungstor (switch-free supply port) versehen, damit dem Empfangsbehälter 2 a Arbeitsfluid 3 bzw. Flüssigkeit zugeführt werden kann.

Innerhalb des Empfangsbehälters 2 a für Arbeitsfluid 3 ist die Heizeinrichtung 4 angeordnet, die aus einer Heizpatrone besteht. Diese Heizeinrichtung 4 ragt durch eine Seitenwand 21 in den Empfangsbehälter 2 a hinein. Durch diese Heizein­ richtung 4 läßt sich das Arbeitsfluid 3 innerhalb des Empfangsbehälters 2 a aufhei­ zen und verdampfen. Es ist andererseits auch möglich, die Heizeinrichtung 4 auch außerhalb des Empfangsbehälters 2 a für Arbeitsfluid 3 vorzusehen.

Mit dem Bezugszeichen 5 ist ein Temperaturdetektor bezeichnet, der sich innerhalb des Thermosiphons 1 befindet und durch die Endplatte 1 e sowie durch die Seiten­ wand des Speichertanks 9 hindurchragt. Der Temperaturdetektor 5 wird vorzugs­ weise in den Thermosiphon 1 durch eine Führung 71 hindurch hineingeschoben, die ebenfalls röhrenförmig ausgebildet ist. Diese Führung 71 dient gleichzeitig als Abdeckung und ist mit ihrem einen Ende mit der Endplatte 1 e des Thermosiphons 1 verschweißt. Das andere Ende der Führung 71 ragt durch die Seitenwand des Speichertanks 9 nach außen hindurch.

Mit dem Bezugszeichen 6 ist ein dünnes Gasabscheidungsrohr bezeichnet, das so ausgebildet bzw. angeordnet ist, daß es den tiefsten bzw. hintersten obersten Bereich im Thermosiphon 1 erreichen kann. Dieses Gasabscheidungsrohr 6 durchragt ebenfalls die Endplatte 1 e und die Seitenwand des Speichertanks 9. Es wird in den Thermosiphon 1 durch eine Führung 72 hindurch hineingeschoben, die ebenfalls röhrenförmig ausgebildet ist und als Abdeckung dient. Ein Ende der Führung 72 ist wiederum mit der Endplatte 1 e verschweißt, während das andere Ende der Führung 72 durch die Seitenwand des Speichertanks 9 nach außen hindurchragt.

Ein Kasten 92 (switch-free connection box) dient zur Abdeckung des Bedienungs­ bereichs des Thermosiphons in dem sich unter anderem der Empfangsbehälter 2 a, die Heizeinrichtung 4, der Temperaturdetektor 5, das Ventil 61, und dergleichen, befinden.

In Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel wird auch hier das Ar­ beitsfluid 3 innerhalb des Empfangsbehälters 2 a mit Hilfe der Heizeinrichtung 4 so aufgeheizt, daß es schließlich verdampft und den gesamten inneren Bereich des Thermosiphons 1 erreichen kann. Die latente Wärme des Arbeitsfluids 3 wird dann an das sich im Speichertank 9 befindende Öl abgegeben, und zwar über den Ther­ mosiphon 1. Infolge der Abgabe der latenten Wärme kondensiert das Arbeitsfluid 3 und fließt zum Empfangsbehälter 2 a durch die Röhre 15 zurück. Durch wieder­ holtes Speichern und Abgeben der latenten Wärme läßt sich somit das im Speichertank 9 vorhandene Öl mit Hilfe des Arbeitsfluids 3 auf eine gewünschte Temperatur aufheizen.

Weist der Speichertank 9 eine große Kapazität bzw. ein großes Fassungsver­ mögen auf, so können mehrere Thermosiphone der oben beschriebenen Art in gleichmäßigen Abständen zueinander entlang des Umfangsrands oder in vertikaler Richtung übereinanderliegend innerhalb des Speichertanks 9 angeordnet sein.

Die Stellung des Thermosiphons 1 und der Röhre 15 sind entsprechend Fig. 4 so angeordnet, daß das im Thermosiphon 1 durch Kondensation gebildete Arbeitsfluid 3 wieder durch die Röhre 15 zurück in den Empfangsbehälter 2 a fließen kann. Die Lage der Öffnung 16 innerhalb des Thermosiphons 1 ist nicht auf diejenige in Figur 4 dargestellte Lage beschränkt. Ebenfalls ist es möglich, die Öffnung 16 im unteren Bereich der Endplatte 1 e oder der Kappe 1 d vorzusehen.

Entsprechend der Fig. 5 kann der Thermosiphon 1 gegenüber dem Ausführungs­ beispiel nach Fig. 4 auch eine wellenförmig ausgebildete und flexible Röhre aufweisen, deren eines Ende mit der Endplatte 1 e und deren anderes Ende mit der Kappe 1 d dicht verschweißt sind. Es ist hier also keine Röhre mit konstantem Durchmesser vorhanden. Bei dem in Fig. 5 gezeigten Thermosiphon 1 sammelt sich das kondensierte Arbeitsfluid an der Bodeninnenseite, fließt jedoch zum Empfangsbehälter 2 a, wenn sich mehr als eine bestimmte Menge angesammelt hat.

Der Thermosiphon 1 in Fig. 5 kann so ausgebildet sein, daß er spiralförmig in vertikaler Richtung innerhalb des Speichertanks 9 verläuft, wie die Fig. 6 zeigt. Er kann auch in einer Ebene des Speichertanks 9 spiralförmig verlaufen. Mit ihm wird der gleiche Effekt erreicht, wie mit dem in Fig. 4 gezeigten Thermosiphon 1.

Bei jedem der oben beschriebenen Beispiele ist es selbstverständlich auch mög­ lich, den Empfangsbehälter 2 a für Arbeitsfluid 3 innerhalb des Speichertanks 9 zu installierern, wie anhand der Fig. 7 zu erkennen ist. Bei dem Beispiel nach Fig. 7 liegt der Empfangsbehälter 2 a unter dem Thermosiphon 1, wobei Thermosiphon 1 und Empfangsbehälter 2 a über eine gerade Röhre 15 miteinander verbunden sind. Die aus einer Heizpatrone gebildete Heizeinrichtung 4 kann austauschbar in den Empfangsbehälter 2 a hineingeschoben werden, und zwar durch die Außenseite des Speichertanks 9 hindurch, wozu eine Führung 22 vorgesehen ist, die röhren­ förmig ausgebildet ist. Diese Führung 22 dient als Abdeckung für die Heizein­ richtung 4, so daß diese durch die Führung 22 hindurchgeschoben werden kann. Die Führung 22 ist mit ihrem einen Ende mit dem Empfangsbehälter 2 a bzw. mit einem Deckel des Empfangsbehälters 2 a fest verbunden, zum Beispiel ver­ schweißt, während sie mit ihrem anderen Ende durch die Seitenwand des Speichertanks 9 hindurchragt. Eine Versorgungsleitung 23 dient zur Zuführung von Arbeitsfluid 3 in den Empfangsbehälter 2 a. Eine derartige Leitung kann auch bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen vorhanden sein. Diese Versorgungsleitung 23 ist so ausgebildet, daß sie mit ihrem einen Ende mit dem Empfangsbehälter 2 a verbunden ist, während ihr anderes Ende durch die Seiten­ wand des Speichertanks 9 nach außen hindurchragt. Dieses außen liegende Ende kann mit einem Ventil abgeschlossen sein. Auch mit dieser Einrichtung wird der gleiche Effekt wie mit der in Fig. 4 gezeigten Einrichtung erreicht.

Beispiel 3

In den Fig. 8 und 9 ist ein Container bzw. Öltank mit dem Bezugszeichen 9 ver­ sehen. Dieser Tank 9 besteht aus einem äußeren Tank 31 und einem inneren Tank 32, der praktisch die gleiche Form wie der äußere Tank 31 aufweist und nur etwas kleiner als dieser ist. Der äußere Tank 31 und der innere Tank 32 sind fest mitein­ ander verbunden, und zwar über sogenannte Abstandsstücke 33, die in Umfangs­ richtung gesehen unter gleichen Abständen voneinander angeordnet sind. Bei­ spielsweise sind der innere Tank 32 und der äußere Tank 31 trichterförmig aus­ gebildet. Aufgrund der Abstandsstücke 33 wird sowohl im Bereich der Seitenwand 9 a und im Bereich der Bodenwand 9 b des Speichertanks 9 eine Doppelwan­ dstruktur erhalten, wobei zwischen den jeweiligen Wänden eine Schicht s liegt. Vorzugsweise wird die äußere Umfangsfläche des äußeren Tanks 31 durch eine wärmeisolierende Schicht abgedeckt (nicht dargestellt), um zu verhindern, daß zuviel Wärme von der Schicht s nach außen abgestrahlt wird.

Obwohl entgegen der Darstellung in Fig. 8 das obere Ende der Schicht s abge­ schlossen ist, kann dennoch von dort aus ein verschließbares Gasabscheidungs­ rohr in die Schicht s hineinragen, um auf diese Weise erforderlichenfalls Gas aus der Schicht s entfernen zu können, wenn sich in ihr nicht-kondensierbares Gas, usw., gesammelt hat.

Mit dem Bezugszeichen 1 ist ein Thermosiphon bezeichnet, in dem ein Arbeitsfluid 3 dicht eingeschlossen ist. Die Endplatte 21 ist mit einem Ende einer geraden Röh­ re verschweißt, während das andere Ende der geraden Röhre mit einer Kappe 1 d verschweißt ist. Der Thermosiphon 1 liegt wenigstens annähernd horizontal unter dem Speichertank 9 und ist mit der Schicht s über eine Verbindungsröhre 14 ver­ bunden, so daß das innerhalb der Schicht s des Speichertanks 9 kondensierte Arbeitsfluid 3 über die Verbindungsröhre 14 zurück zum Thermosiphon 1 fließen kann. Vorzugsweise ist der Thermosiphon 1 mit wärmeisolierendem Material umgeben (nicht dargestellt), um zu verhindern, daß zuviel Wärme nach außen abgegeben wird.

Innerhalb des zuvor erwähnten Thermosiphons 1 befindet sich die Heizeinrichtung 4, die aus einer Heizpatrone besteht. Diese Heizeinrichtung 4 wird durch die End­ platte 21 in den Thermosiphon 1 eingesetzt und ist dort vom Arbeitsfluid 3 umge­ ben. Die Heizeinrichtung 4 liegt also innerhalb des Thermosiphons 1 unterhalb des Flüssigkeitspegels der Arbeitsflüssigkeit. Das Arbeitsfluid 3 wird mit Hilfe der Heiz­ einrichtung 4 erhitzt, so daß es innerhalb des Thermosiphons 1 verdampfen kann. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Heizeinrichtung außerhalb des Thermo­ siphons 1 vorzusehen.

Mit dem Bezugszeichen 5 ist ein Temperaturdetektor versehen, der in den Thermo­ siphon 1 hineingeschoben werden kann. Dieser Temperaturdetektor 5 ragt durch die Endplatte 21 in das Innere des Thermosiphons 1, wobei mit Hilfe des Tempe­ raturdetektors 5 die Temperatur innerhalb des Thermosiphons 1 und innerhalb der Abstandsschicht s des Tanks 9 konstantgehalten werden kann.

Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Arbeitsfluid 3 im Thermo­ siphon 1 mit Hilfe der Heizeinrichtung 4 erhitzt, so daß es verdampft. Das ver­ dampfte Arbeitsfluid 3 gelangt dann in die Abstandsschicht s des Speichertanks 9, so daß die latente Wärme des verdampften Arbeitsfluids auf das Öl innerhalb des Speichertanks 9 übertragen werden kann. Dabei kondensiert das verdampfte Ar­ beitsfluid 3 unter Abgabe der latente Wärme und fließt über die Röhre 14 zurück zum Thermosiphon 1. Durch wiederholtes Aufnehmen und Abgeben von latenter Wärme läßt sich somit das Öl innerhalb des Speichertanks 9 auf eine gewünschte Temperatur erhitzen.

Weist der Speichertank 9 eine große Kapazität bzw. ein großes Fassungsvermögen auf, so können in der bereits oben beschriebenen Weise mehrere Thermosiphone 1 vorhanden sein.

Im zuvor genannten Ausführungsbeispiel ist die Abstandsschicht s auch im Bereich der Bodenwand 9 b des Speichertanks 9 vorhanden. Je nach Größe des Speicher­ tanks 9 kann aber die Abstandsschicht s auch nur im Umfangswandbereich 9 a des Speichertanks 9 vorhanden sein, wobei diese dann ebenfalls mit dem Thermo­ siphon 1 verbunden ist.

Die Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Speichertanks, der so ausgebildet ist, daß er als Zwischenstück einer Pipeline zum Transport von Fluiden bzw. Flüssigkeiten oder Gasen verwendet werden kann.

Ein Röhrenstück 10 in Fig. 10 weist eine äußere Röhre 18 mit großem Durch­ messer und eine koaxial zu ihr liegende innere Röhre 19 mit geringerem Durch­ messer auf, so daß durch beide Röhren 18 und 19 eine zwischen ihnen liegende Raumschicht s erhalten wird. Die Enden der beiden Röhren 18 und 19 auf jeweils einer Röhrenseite sind mittels eines Flansches 36 bzw. 37 miteinander dicht verschweißt. Die genannnte Raumschicht s ist in ähnlicher Weise wie bei den zuvor genannten Ausführungsbeispielen über eine Röhre 14 mit einem Thermosiphon 1 verbunden, so daß innerhalb der Raumschicht s durch Kondensation erzeugtes Arbeitsfluid 3 durch die Röhre 14 hindurch zurück zum Thermosiphon 1 fließen kann. Im oberen Endbereich der Röhre 10 ist in ähnlicher Weise wie bei den anderen Ausführungsbeispielen ein Gasabscheidungsrohr (nicht dargestellt) vorhanden, um nicht-kondensierbares Gas aus der Raumschicht s ableiten zu können. Statt des Gasabscheidungsrohres kann auch ein geeignetes Tor, zum Beispiel ein schaltfreies Tor, vorhanden sein. Dies gilt auch für die anderen Ausführungsbeispiele. Ansonsten unterscheiden sich Aufbau und Wirkungsweise der in Fig. 10 gezeigten Einrichtung nicht von den anderen Einrichtungen, so daß auf eine nochmalige Beschreibung verzichtet wird.

Die oben beschriebenen Einrichtungen zur Erwärmung von Fluiden in Speicher­ tanks und Transportröhren weisen einen sehr einfachen Aufbau auf, so daß ihre Installation ausgesprochen kostengünstig erfolgen kann. Tritt zum Beispiel eine Störung im Bereich der Heizung auf, so braucht nur die Heizeinrichtung 4 ausge­ tauscht zu werden, ohne daß die gesamte Einrichtung aus dem Speichertank herausgenommen werden muß. Entsprechendes gilt auch für den Temperatur­ detektor 5 und das Gasabscheidungsrohr 6. Beschränkungen hinsichtlich der Größe durch Verwendung bestimmter Bauteile bestehen nicht. Es ist daher mög­ lich, eine Heizeinrichtung mit großer Leistung bzw. Heizkapazität zu verwenden.

Wie aus der vorangegangenen Beschreibung klar hervorgeht, können bei der Einrichtung nach der Erfindung Wartungsarbeiten im Fall eines Betriebsausfalls in einfacher Weise durchgeführt werden, beispielsweise im Bereich der Heizeinrich­ tung 4, des Temperaturdetektors 5 und des Gasabscheidungsrohres 6. Arbeitsfluid 3, zum Beispiel eine geeignete Flüssigkeit, kann ebenfalls in einfacher Weise nachgefüllt werden. Die erforderliche Wärmeabgabe bzw. Heiztemperatur kann im Vergleich zu einer konventionellen Einrichtung ohne Zuhilfenahme elektrischer Kabel und dergleichen erzeugt werden. Soll ein Fluid (Flüssigkeit oder Gas) inner­ halb eines großen Volumens erwärmt werden, so kann die Einrichtung nach der Erfindung leistungsmäßig an die Größe des zu erwärmenden Volumens leicht angepaßt werden. Ihr Aufbau ist ausgesprochen einfach, so daß die Installations­ kosten niedrig gehalten werden können. Zusätzlich sind die Betriebskosten dieser Einrichtung gering, da nur wenig Arbeitsfluid benötigt wird und dieses nur mit ver­ hältnismäßig wenig Energie aufgeheizt werden muß.

Claims (7)

1. Einrichtung zur Erwärmung eines Fluids in einem Speichertank oder einer Transportröhre, dadurch gekennzeichnet, daß ein an seiner einen Seite einen Bedienungsabschnitt (12) aufweisender Thermosiphon (1) innerhalb eines Spei­ chertanks (9) oder einer Transportröhre (10) für Fluide oder um den äußeren Wandbereich von Speichertank (9) oder Transportröhre (10) herum derart an­ geordnet ist, daß der Thermosiphon (1) horizontal positioniert oder in Richtung seines Bedienungsabschnittes (12) nach unten geneigt ist und der Bedienungs­ abschnitt (12) außerhalb des Speichertanks (9) oder der Transportröhre (10) liegt, daß ein Empfangsabschnitt (2, 2 a) für ein Arbeitsfluid (3) am Boden des Thermo­ siphons (1) an der Seite des Bedienungsabschnittes (12) gebildet ist, ein Gasab­ scheidungsrohr (6) von der Seite des Bedienungabschnitts (12) in den Thermo­ siphon (1) eingesetzt ist, und daß das Arbeitsfluid (3) im Empfangsabschnitt (2, 2 a) durch eine Heizeinrichtung (4) zwecks Verdampfung aufheizbar ist, die sich innerhalb oder außerhalb des Arbeitsfluids (3) befindet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Em­ pfangsabschnitt für Arbeitsfluid (3) vom Thermosiphon (1) getrennt und als außerhalb oder innerhalb des Speichertanks (9) bzw. der Transportröhre (10) angeordneter Empfangsbehälter (2 a) ausgebildet ist, der Thermosiphon (1) und der Empfangsbehälter (2 a) über eine Röhre (14, 15) miteinander verbunden sind, wobei die Stellung von Thermosiphon (1) und Röhre (14, 15) so gewählt sind, daß im Thermosiphon (1) durch Kondensation erzeugtes Arbeitsfluid (3) durch die Röhre (14, 15) zurück zum Empfangsbehälter (2 a) fließen kann, und das Arbeitsfluid (3) im Empfangsbehälter (2 a) durch die Heizeinrichtung (4) zwecks Verdampfung aufheizbar ist, wobei die Heizeinrichtung (4) von außerhalb des Speichertanks (9) bzw. der Transportröhre (10) bedienbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermosiphon (1) durch eine gerade bzw. wellenfreie Röhre gebildet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich des Thermosiphons (1), durch den nicht der Empfangsabschnitt (2) bzw. Empfangsbehälter (2 a) für Arbeitsfluid (3) gebildet wird, als Röhre mit wellenartiger Wandstruktur ausgebildet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ther­ mosiphon (1) einen spiralförmigen oder in vertikaler Richtung einen wendelartigen Verlauf aufweist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Speicher­ tank (9) bzw. Transportröhre (10) wenigstens in ihrem Umfangswandbereich zur Bildung einer Zwischenschicht (s) doppelwandig ausgebildet sind, ein Thermo­ siphon (1) mit in ihm eingeschlossenem Arbeitsfluid (3) vorhanden ist, die Zwischen­ schicht (s) und der Thermosiphon (1) miteinander derart verbunden sind, daß in der Zwischenschicht (s) durch Kondensation erzeugtes Arbeitsfluid (3) zurück zum Thermosiphon (1) fließen kann, und das Arbeitsfluid (3) im Thermosiphon (1) durch die Heizeinrichtung (4) zwecks Verdampfung aufheizbar ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (4) innerhalb des Arbeitsfiuids (3) oder außerhalb des Empfangs­ abschnitts (2) bzw. des Empfangsbehälters (2 a) für Arbeitsfluid (3) des Thermo­ siphons (1) angeordnet ist.