DE3840024C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Luftverdampfer, insbe­ sondere Druckzusatzluftverdampfer für Speicherbehälter für tiefkalte verflüssigte Gase mit einem Massenstrom­ begrenzer.

Speicherbehälter werden entsprechend der Aufgabenstel­ lung unterschieden in Kaltvergaser, Kältetank und Pumpentank. Dabei wird einem Kaltvergaser das ver­ flüssigte Gas mit dem erforderlichen Druck in be­ nötigter Menge entnommen, in einem nachgeschalteten Verdampfer in Gas umgewandelt und in das Verbrauchs­ netz eingespeist.

Zur direkten Verwendung als Kälteträger wird z.B. tiefkalter flüssiger Stickstoff in einem Kältetank ge­ speichert und wieder entnommen.

Pumpentanks bieten für Hochdruck-Kolbenpumpen optimale Zulaufbedingungen und ermöglichen verlustfreien Pumpen­ betrieb.

Der Aufbau dieser Speicherbehälter sowie die dazuge­ hörige Ausrüstung sind allgemein bekannt und beispiels­ weise in den Firmendruckschriften, Sachnummer 08 12 036 und 08 12 037 der Anmelderin näher beschrieben.

Zu der genannten Ausstattung zählen auch sogenannte Druckzusatzverdampfer (s. a. DE-OS 31 28 243), die sicherstellen sollen, daß bei der Entnahme von ver­ flüssigtem Gas das im Behälter frei gewordene Volumen (= entnommene Flüssigvolumen) durch Druckgas ersetzt wird, wodurch der Entnahmedruck konstant gehalten wird. Dabei wird, wie allgemein bekannt (s. a. u. a. Druck­ schriften), dem Speicherbehälter verflüssigtes Gas entnommen, in einem Druckzusatzverdamper in Gas umge­ wandelt und das Gas dem Speicherbehälter oberhalb des Flüssigspiegels zugeführt. Die Druckzusatzverdampfer können dabei durch Dampf, Elektrizität oder warmes Wasser beheizt werden. Ein energiesparender Druckzusatz- Luftverdampfer wird von der Umgebungswärme beheizt, wobei dieser Luftverdampfer, hintereinander angeordnet, eine Anwärmzone, eine Verdampfungszone und eine Gasüberhitzungszone aufweist.

Diese Druckzusatzluftverdampfer sind klima- und betriebs­ dauerabhängig, d.h. bei konstantem Massendurchsatz schwankt die Gasaustrittstemperatur und damit das Gasvolumen erheblich. So erfordert beispielsweise ein Absinken der Gasaustrittstemperatur eine Zunahme des dem Verdampfer zugeführten verflüssigten Gases (Massenstrom) um auch bei niedriger Gasaustrittstemperatur das frei gewordene Behältervolumen aufzufüllen. Eine Zunahme des Massenstromes bedeutet jedoch, daß mehr Wärme aus der Umgebung benötigt wird und da diese nicht zur Ver­ fügung steht, die oben genannten Zonen sich inner­ halb des Verdampfers zum Verdampferaustritt hin ver­ schieben. Mit Verkleinerung der Überhitzungszone sinkt die Gasaustrittstemperatur weiter und der Druckzusatz benötigt noch mehr Massenstrom. Es entsteht damit ein Kreislauf, der schnell zum Vollaufen des Verdampfers mit verflüssigtem Gas und zur völligen Funktionsuntüchtig­ keit führt.

Zur Vermeidung des Vollaufens des Verdampfers ist aus WPI-Abstract Nr. 83-8 03 520/44 eine aufwendige Anordnung bekannt, bei der ein Ventil in Abhängigkeit von gemessenen Gastemperatur- und Gasdruckwerten gesteuert wird.

Darüberhinaus ist aus der DE-OS 29 19 070 eine ein­ fache Strömungsreguliereinrichtung bekannt, bei der z. B. bei einem Gasdruckanstieg eine Kugel gegen einen Sitz bewegt wird, der Bypaßöffnungen für eine ständige Leckströmung aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Luftverdampfer, insbesondere Druckzusatzluftverdampfer, der eingangs genannten Art durch einen besonders ein­ fach ausgebildeten Massenstrombegrenzer ein Vollaufen mit verflüssigtem Gas zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Ein­ richtung durch die kennzeichnenden Merkmale des An­ spruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 4 angegeben.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch den Massenstrombegrenzer, welcher bevorzugt am Ende der Verdampfungszone ange­ ordnet ist, die Verdampfungszone geometrisch eindeutig gegenüber der Überhitzungszone abgegrenzt ist. Wird bei einem als Schwimmerventil ausgebildeten Massen­ strombegrenzer der Kugelschwimmkörper von verflüssigtem Gas umflutet und so die Lei­ stungsgrenze des Luftverdampfers erreicht, dann wird durch das verflüssigte Gas der Schwimmer maximal bis zu einem Anschlag angehoben und reduziert aufgrund der besonderen Formgebung des Ventilgehäuses dabei den Durch­ strömquerschnitt im Massenstrombegrenzer bis zu einem vorgegebenen Minimum. Damit wird der Massenstrom ebenfalls begrenzt, wodurch die restlichen Verdampfer­ zonen, insbesondere die Gasüberhitzungszone nicht mehr mit verflüssigtem Gas volläuft, da noch genügend Ver­ dampfergeometrie zum Verdampfen und zur Gasüberhitzung zur Verfügung steht. Durch den Massenstrombegrenzer wird damit eine große Gasüberhitzung sichergestellt. Ferner wird durch den Anschlag verhindert, daß ein Totalverschluß stattfinden kann, der eine Absicherung des dann zwischen einem Absperrventil und dem Massen­ strombegrenzer entstehenden Druckraumes notwendig machen würde. Ferner werden durch den Massenstrombe­ grenzer dem Verdampfer nachgeschaltete Armaturen, wie z.B. Sicherheitsventile, Berstscheiben und Stahllei­ tungen vor tiefkaltem verflüssigtem Gas geschützt. Dies auch dann, wenn hinter einem Luftverdampfer ein Lei­ tungsbruch erfolgt und der erfindungsgemäße Massen­ strombegrenzer in diesem Fall als Rohrbruchsicherung wirkt, die verhindert, daß tiefkaltes verflüssigtes Gas mit nachgeschalteten Armaturen, Leitungen etc. in Berührung kommt bzw. aus der Bruchstelle z.B. in die Atmosphäre austritt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher be­ schrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Speicherbehälter mit Drucksatzluftver­ dampfer,

Fig. 2 den Massenstrombegrenzer nach der Erfindung im Längsschnitt.

In Fig. 1 ist ein doppelwandiger Speicherbehälter (Kaltvergaser) in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichnet. Der innere zylindrische Druckbehälter 11 besteht aus kaltzähem Stahl, der Außenbehälter 12 aus Kohlenstoff­ stahl. Die Isolierung 13 ist in Pulver-Vakuum-Technik ausgeführt. An den Druckbehälter 11 ist eine Druckzu­ satzschaltung 14 angeschlossen, die im wesentlichen eine Entnahmeleitung 15, einen Druckzusatzluftverdampfer 16, eine Gasrückführleitung 17 sowie die Absperrventile 18, 19 sowie die Sicherheits-Wechselventil-Kombination 20 umfaßt. Die z.B. zum Verbraucher führende Entnahme­ leitung ist mit 21 bezeichnet, das dazugehörige Ab­ sperrventil mit 22.

Der Druckzusatzluftverdampfer weist die hintereinander­ liegenden Zonen Anwärmzone 23, Verdampfungszone 24 und Überhitzungszone 25 auf. Gemäß der Erfindung ist in der Verdampfungszone 24, vorzugsweise an deren Ende 26 ein Massenstrombegrenzer 27 angeordnet.

Gemäß Fig. 2 ist der Massenstrombegrenzer 27 ein Schwimmerventil mit einem Kugelschwimmkörper 28, der in z. B. drei radial in einem Ventilgehäuse 38 ange­ ordneten Führungsstegen 29 axial (Doppelpfeilrichtung 30) leichtgängig beweglich gehalten ist. Die Füh­ rungsstege 29 weisen in Austrittsrichtung 31 Anschläge 32 auf, so daß beim Anliegen der Kugel 28 ein minimaler Ventilquerschnitt offengehalten und damit der Massenstrom (flüssiges Gas) durch den Ver­ dampfer 16 auf ein vorgegebenes Minimum reduziert wird. Zur Veränderung dieses minimalen Querschnitts sind die Anschläge 32 einstellbar/veränderbar ausge­ staltet und/oder werden bevorzugt Kugeln mit verschiedenen Durchmessern verwendet. Zur Erzielung unterschiedlicher Ventilquerschnitte beim Bewegen der Kugel 28 weist das Ventil 27 eine unterschiedlich gestaltete, sich verändernde Innenform 33, 34 auf, die beim Ausführungsbeispiel von einer zylindrischen (33) in eine sich konisch verengende (34) Form übergeht. Diese Formgebung des Gehäuseinneren ergibt eine definierte Durchfluß- oder Druckverlustkennlinie in Abhängigkeit von der Stellung der Kugel 28. Beim Ausführungsbeispiel sind bevorzugt Ventilaustritte 31, Führungsstege 29, Bewegungsrichtung 30 der Kugel 28 und eine Ventilverschlußschraube 35 in einer gemeinsamen Achse 36 angeordnet. Dies ermöglicht eine besonders einfache Herstellung sowie eine problemlose Wartung und Reparatur des Ventils/Schwimmkörpers und erlaubt ferner an bzw. in der Verschlußschraube 36 eine bevorzugt höhenverstellbare Haltevorrichtung (Gewindebolzen 37) für die Kugel 28 zu befestigen. Dadurch ist die untere Kugelstellung besonders einfach fixierbar. Eine besonders einfache Vorrichtung ergibt sich, wenn die Verschlußschraube 36 gleichzeitig zur Fixierung der unteren Kugelstellung dient und entsprechend ausgebildet ist. Der Ventileingang 39 ist tangential ausgebildet.

Erreicht dabei der Massenstrom (flüssiges Gas) die Kugel 28 und umflutet diese, dann hebt sich die Kugel.

Je höher die Kugel 28 "aufschwimmt" desto größer wird der Druckverlust den das Schwimmventil erzeugt und die konische Ventilform 34 reduziert so den Massen­ strom bis zu einem vorgegebenen Minimum (Anschläge 32). Der so reduzierte Massenstrom wird in der Gasüberhitzungszone verdampft/überhitzt und als Volumenausgleich dem Behälterinneren zugeführt, ohne daß ein Vollaufen/Überfluten des Verdampfers erfolgt.

Claims (5)

1. Luftverdampfer, insbesondere Druckzusatzluftver­ dampfer für Speicherbehälter, für tiefkalte, ver­ flüssigte Gase mit einem Massenstrombegrenzer (27), dadurch gekennzeichnet, daß

• a) der Massenstrombegrenzer (27) als Schwimmerventil ausgebildet ist, dessen Kugelschwimmkörper (28) durch Führungsstege (29) in einem Ventilgehäuse (38) axial beweglich gehalten ist,
• b) zur Erzielung unterschiedlicher Ventilquerschnitte beim axialen Bewegen des Kugelschwimmkörpers (28) das Ventilgehäuse sich konisch verengt (34) und
• c) beim Anliegen des Kugelschwimmkörpers (28) an einem Anschlag (32) ein minimaler Ventildurch­ gangsquerschnitt resultiert, wobei
• d) die Bewegungsrichtung des Kugelschwimmkörpers, die Führungsstege und der Ventilaustritt (31) in einer Achse angeordnet sind.

2. Luftverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Boden des Schwimmerventils eine höhenver­ stellbare Haltevorrichtung (37) angeordnet ist, auf welcher der Kugelschwimmkörper (28) aufliegt.

3. Luftverdampfer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (32) am Ventilauslaß zur Veränderung des minimalen Querschnitts einstellbar ausgestaltet ist.

4. Luftverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Massenstrombegrenzer (27) in der Verdampfungs­ zone (24) im Verdampfer (16) angeordnet ist.

5. Luftverdampfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Massenstrombegrenzer (27) am Ende (26) der Verdampfungszone (24) angeordnet ist.