DE3717520A1 - Durchlaufentspanner fuer verfluessigte gase, insbesondere kohlendioxyd - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Durchlaufentspanner nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In vielen Bereichen der Technik werden Gase in verflüssigter Form unter Druck in Vorratsbehältern aufbewahrt und bei Bedarf über einen Durchlaufentspanner in die Gasphase und auf den ge­ wünschten Druck gebracht. Im allgemeinen ist dabei eine Wärme­ zufuhr nötig, um die Temperatur des austretenden Gases zu er­ höhen. Ein spezielles Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Entspannung von Kohlendioxyd (CO₂), welches beispielsweise zum Spülen von Turbogenerator-Maschinengehäusen benötigt wird, um nur ein Anwendungsbeispiel zu nennen.

Durchlaufentspanner nach dem Stand der Technik bestehen im all­ gemeinen aus einem Aufwärmrohr, welches sich in einem flüssigen Wärmeträger befindet, welcher auf bestimmter Temperatur gehalten wird. Die Verwendung eines flüssigen Wärmeträgers erfordert je­ doch einen aufwendigen Behälter und führt zu Wärmeverlusten, die den Wirkungsgrad der Anlage verringern.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Durch­ laufentspanners, welcher ohne zusätzliches Wärmeträgermedium auskommt, einen hohen Wirkungsgrad hat und trotz des in seinem Inneren stattfindenden Phasenüberganges zwischen flüssiger Phase und Gasphase einen gleichmäßigen Durchlauf zuläßt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Durchlaufentspanner mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Die direkte Wärmezufuhr durch mindestens einen elektrischen Heizstab verbessert den Wirkungsgrad der Anlage und vereinfacht den Aufbau ganz erheblich.

Eine Möglichkeit zur Verwirklichung dieses Prinzips mit vor­ teilhaften Ausgestaltungen ist in den Ansprüchen 2 bis 7 be­ schrieben. Demgemäß wird die notwendige Wärmeenergie durch elektrische Heizstäbe zugeführt, welche sich im Inneren der Aufwärmrohre befinden und somit in direktem Kontakt zu dem Gas sind.

Eine andere Möglichkeit besteht gemäß den Ansprüchen 8 bis 11 darin, ein Aufwärmrohr von außen über einen längeren Bereich mit einem elektrischen Heizstab zu kontaktieren, wodurch sich ebenfalls eine gleichmäßige Erwärmung mit einem guten Wirkungs­ grad ergibt.

Beiden erfindungsgemäßen Alternativen ist gemeinsam, daß es be­ sonders vorteilhaft ist, im Einlaßbereich der Aufwärmrohre mehr Wärmeenergie pro Längeneinheit zuzuführen als im weiteren Ver­ lauf. Die Begründung hierfür ist, daß der Wärmeübergang in ein flüssiges Medium besser ist als der Wärmeübergang in ein Medium, welches bereits von Blasen durchsetzt oder vollständig gasförmig ist. Um die Aufwärmstrecke insgesamt möglichst kurz zu halten, wird daher entsprechend dem max. möglichen Wärmeübergang mög­ lichst viel Wärmeenergie bereits im Einlaßbereich der Aufwärm­ rohre zugeführt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung darge­ stellt und werden im folgenden näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 und 2 einen Durchlaufentspanner mit drei parallel ge­ schalteten Aufwärmrohren in Vorder- und Seitenansicht,

Fig. 3 und 4 ein Aufwärmrohr in Wendelform mit Zwischenlagen aus Heizstäben in Seitenansicht bzw. von oben.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Durchlaufentspanner, wie er insbesondere zur Entspannung von flüssigem Kohlendioxyd an­ gewendet werden kann. Das flüssige Kohlendioxyd steht unter einem Zulaufvordruck von etwa 50 bis 60 bar und gelangt über ein Einlaßrohr 1 zu einer Verteilerplatte 2. Von der Verteiler­ platte 2 aus gehen drei oder mehr Aufwärmrohre 3 a, 3 b, 3 c ab, im vorliegenden Beispiel etwa senkrecht nach oben. In diesen strömt das CO₂ aufwärts, um am oberen Ende über T-Stücke 4 a, 4 b, 4 c in ein Sammelrohr 5 zu gelangen. Von dort wird das inzwischen gasförmige CO₂ über dem Anschluß von Meßgeräten dienende T- Stücke 6, 7 zu einem Auslaßflansch 8 geführt. Eine Drosselblen­ de 9 kann beim Anschluß des gesamten Systems die Regulierung von Durchflußmenge bzw. Auslaßdruck übernehmen. In das Innere der Aufwärmrohre 3 a, 3 b, 3 c ragen jeweils von oben elektrische Heiz­ stäbe 10 a, 10 b, 10 c, welche mittels Verschraubungen 12 a, 12 b, 12 c 2c dicht an die T-Stücke 4 a, 4 b, 4 c angeschlossen sind. An ihren oberen Enden weisen die Heizstäbe schematisch angedeu­ tete elektrische Anschlüsse 11 a, 11 b, 11 c auf. Die Heizstäbe 10 a, 10 b, 10 c weisen vorzugsweise mindestens zwei Bereiche mit unterschiedlicher Wärmeleistung pro Längeneinheit auf, und zwar mindestens einen Bereich mit vergrößerter Wärmeleistung pro Längeneinheit im Einlaßbereich der Aufwärmrohre 3 a, 3 b, 3 c, d. h. für das dargestellte Ausführungsbeispiel im unteren Be­ reich. Die Vorrichtung ist zusätzlich am Einlaß mit einem Si­ cherheitsventil 13 ausgestattet, welches bei einem unzulässigen Druck am Einlaß anspricht. Am Auslaß sind ein Druckmeßgerät 14 und ein elektronisches Thermometer angeordnet, mit denen die Funktion der Anlage kontrolliert werden kann. Im allgemeinen ist auch an der Auslaßseite noch ein nicht dargestelltes Sicher­ heitsventil zum Schutz des nachgeschalteten Rohrleitungssystems vorhanden. Verteilerplatte 2, Aufwärmrohre 3 a, 3 b, 3 c, T-Stücke 4 a, 4 b, 4 c, Sammelrohr 5 und Heizstäbe 10 a, 10 b, 10 c sind in einem thermisch isolierten Gehäuse 16 untergebracht und mit Hal­ terungsschellen 17 befestigt.Die senkrechte Anordnung der Anla­ ge die nicht zwingend notwendig ist, hat den Vorteil, daß die sich in den Aufwärmrohren bildenden Gasblasen nach oben steigen und zum Gasauslaß wandern. Ein üblicher und für die Anwendung zur Spülung von Turbogenerator-Maschinengehäusen besonders gün­ stige Auslaßdruck ist etwa 1 bar bei einer Temperatur, die etwas höher liegt als die Raumtemperatur. Die Dimensionierung der An­ lage, d. h. Anzahl der Aufwärmrohre, Leistung der elektrischen Heizstäbe und Durchmesser der Leitungen, sowie die Maße der Drosselblende am Ausgang richten sich nach dem Bedarf an ent­ spanntem Gas.

In den Fig. 3 und 4 ist eine andere Gestaltungsmöglichkeit der Aufwärmrohre dargestellt. Wie Fig. 3 in einer Seitenansicht zeigt, kann ein Aufwärmrohr 32 in Form einer seitlich abge­ flachten Wendel verlaufen. Die einzelnen Windungen der Wendel sind dabei nicht dicht ausgeführt, sondern verlaufen mit einem solchen Abstand, daß gerade U-förmig gebogene Heizstäbe 34 a, 34 b, 34 c, 34 d zwischen den Windungen angeordnet werden können, und zwar jeweils mit engem Wärmekontakt zu beiden benachbarten Windungen. Besonders platzsparend ist es dabei, wenn Einlaß 31 und Auslaß 33 des zu entspannenden Mediums an einer Schmal­ seite der abgeflachten Wendel angeordnet sind, während die elek­ trischen Anschlüsse der Heizstäbe 34 a, 34 b, 34 c, 34 d an der gegenüberliegenden Seite liegen. Durch die U-Form können die Heizstäbe dabei besonders einfach aufgebaut werden, indem die beiden elektrischen Zuleitungen an den beiden Enden der Schen­ kel angeordnet werden. Ein bevorzugtes Material für das Auf­ wärmrohr ist Kupfer, während die Kühlrohre der elektrischen Heizstäbe im allgemeinen aus Edelstahl, beispielsweise VA, bestehen. Der Wärmekontakt zwischen Aufwärmrohr und Heiz­ stäben kann durch Verlötung zwischen diesen verbessert werden.

Erfindungsgemäße Durchlaufentspanner sind einfach aufgebaut, wenig störanfällig und zeichnen sich durch einen guten Wir­ kungsgrad aus.

Claims (11)

1. Durchlaufentspanner, welcher eingangsseitig (1; 31) mit einem verflüssigten Gas, insbesondere Kohlendioxyd, unter ho­ hem Druck beaufschlagbar ist und ausgangsseitig einen Gasaus­ laß (8; 33) für niedrigen Druck aufweist, wobei zwischen Einlaß (1; 31) und Auslaß (8; 33) mindestens ein der Wärmezufuhr die­ nendes Aufwärmrohr (3 a, 3 b, 3 c; 32) liegt, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Wärmezufuhr durch mindestens einen elektrischen Heizstab (10 a, 10 b, 10 c; 34 a, 34 b, 34 c, 34 d) bewirkt wird, welcher sich ohne Zwischenschaltung eines zusätz­ lichen Wärmeträgermediums in direktem Wärmekontakt mit dem Gas oder dem Aufwärmrohr (32) befindet.

2. Durchlaufentspanner nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Aufwärmrohr (3 a, 3 b, 3 c) in seinem Inneren einen elektrischen Heizstab (10 a, 10 b, 10 c) auf­ weist, der allseitig mit dem zu entspannenden Medium in Wärme­ kontakt steht.

3. Durchlaufentspanner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere parallel geschaltete Aufwärmrohre (3 a, 3 b, 3 c) vorhanden sind.

4. Durchlaufentspanner nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufwärmrohre ungefähr senk­ recht angeordnet sind.

5. Durchlaufentspanner nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, da­ durch gekennzeichnet, daß in jedem Aufwärm­ rohr (3 a, 3 b, 3 c) ein Heizstab (10 a, 10 b, 10 c) vorhanden ist, welcher vorzugsweise von einem Ende des Aufwärmrohres her dich­ tend eingesetzt ist.

6. Durchlaufentspanner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Heizstab (10 a, 10 b, 10 c) in mindestens zwei Bereiche unterschiedlicher Wärmeleistung pro Längeneinheit unterteilt ist, wobei sich ein Bereich mit höherer Wärmeleistung pro Längeneinheit im eingangs­ seitigen Bereich der Aufwärmrohre (3 a, 3 b, 3 c) befindet.

7. Durchlaufentspanner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufwärm­ rohre (3 a, 3 b, 3 c) mit ihren Heizstäben (10 a, 10 b, 10 c) modular aufgebaut sind, so daß durch Hinzufügen weiterer parallel ge­ schalteter Aufwärmrohre mit Heizstäben die Leistung des Durch­ laufentspanners erhöht werden kann.

8. Durchlaufentspanner nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mindestens ein Aufwärmrohr (32) vorhanden ist, welches in Form einer seitlich abgeflachten Wen­ del vom Einlaß (31) zum Auslaß (32) verläuft, wobei zwischen die einzelnen Windungen der Wendel jeweils etwa U-förmige Heiz­ stäbe (34 a, 34 b, 34 c, 34 d) eingebracht werden, welche in engem Wärmekontakt mit dem Aufwärmrohr (32) stehen.

9. Durchlaufentspanner nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Aufwärmrohr (32) und U-förmige Heizstäbe (34 a, 34 b, 34 c, 34 d) zumindest in Teilbereichen mit­ einander verlötet sind.

10. Durchlaufentspanner nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufwärmrohr (32) aus Kupfer besteht und die Hüllen der Heizstäbe (34 a, 34 b, 34 c, 34 d) aus Edelstahl.

11. Durchlaufentspanner nach Anspruch 8, 9 oder 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Heizstäbe (34 d, 34 c) im Einlaßbereich des Aufwärmrohres (32) eine höhere elektrische Leistung haben als die näher dem Auslaßbereich an­ geordneten Heizstäbe (34 a, 34 b).