DE4339851A1 - Kühlgerät - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlgerät für Behäl­ ter zur industriellen Nutzung mit Umwälzung/Verdampfung einer Kühlflüssigkeit in geschlossenem Kreislauf, und den Kühlprozeß bei Verwendung dieses Gerätes, der im Vergleich mit üblichen Kühlprozessen unter Verwendung von Kühl­ flüssigkeit mehrere Vorteile in bezug auf Betrieb, Kosten und Funktion bietet.

Bei dem derzeitig angewandten Verfahren für die Kühlung in Behältern für industrielle Nutzung, zum Beispiel Tanks, die das zu kühlende Produkt enthalten, wird die Kühlflüssig­ keit, z. B. Ammoniak, R12, R22, R502 und andere, durch Kühlmäntel bei überhöhter Pumpleistung von unten nach oben gepumpt. Die Kühlflüssigkeit fließt jedoch in den unteren Teil des Mantels und kommt durch den oberen Teil in Form von flüssigerem Dampf heraus. Bei jedem Druck im Mantel weist die Kühlflüssigkeit eine entsprechende Temperatur auf. Der Druck wird mit Thermostatventilen, Gleichdruck oder durch Kombination beider geregelt.

Wenn die Kühlflüssigkeit unter Druck im Mantel nach oben steigt, erfolgt der Wärmeaustausch mit dem zu kühlenden Produkt, wobei Verdampfung entsteht. Weil die Kühlflüssig­ keit mit Überschuß gepumpt wird, ist in den Mänteln Kühl­ flüssigkeit und Dampf von der Kühlflüssigkeit vorhanden, wobei dieser in Blasenform vorliegt und entlang den Behäl­ terwänden nach oben steigt. Diese Blasen werden klebrig und isolieren deshalb die Wände der Kühlflüssigkeit, was einen geringeren Wirkungsgrad des Wärmeaustausches bedeutet. Außerdem besteht ein anderer nachteiliger Faktor bei diesem Prozeß darin, daß das Volumen der Kühlflüssigkeit bei überfluteten Mänteln zu groß ist, wodurch ebenfalls erheb­ liche Probleme verursacht werden. Wenn nämlich die Kühl­ flüssigkeit zu warm wird, ist der Innendruck in den Mänteln wegen der Ausdehnung der Flüssigkeit zu hoch. Überdies sind mit der kontinuierlichen Umwälzung einer großen Menge Kühlflüssigkeit sehr hohe Kosten verbunden. Ein weiterer Nachteil dieses Prozesses ist die Gefährdung der Umwelt und des Personals, das die einzelnen Verfahrensschritte aus­ führt, weil es mit hohen Drücken, großen Kühlflüssigkeits­ mengen und einem erheblichen Toxizitätsgrad zu tun hat.

Neben diesen Schwierigkeiten sind bei dem üblichen Prozeß des Pumpens der Kühlflüssigkeit mit übermäßiger Pump­ leistung bestimmte Arbeitstakte erforderlich, wenn die Kühlflüssigkeit nicht akzeptabel ist. Die Flüssigkeit wird in diesem Fall abgelassen, was Einbau und Funktion der Mäntel kompliziert.

Wenn die Mäntel eine erhebliche Höhe aufweisen, z. B. bei großen Tanks, sind die Betriebstemperaturen bei jeder Höhe der Flüssigkeitssäule infolge der direkten Beaufschlagung der Säule der Kühlflüssigkeit mit statischem Druck ver­ schieden, wobei der Dampfdruck des Systems erhöht wird. In diesen Fällen sind die Mäntel in Sektoren vorbestimmter Höhen unterteilt, was extrem hohe Einbaukosten verursacht, weil für Funktionsregelung und Wartung mehr Mäntel, mehr Rohre und mehr Zubehör erforderlich sind, und auch die Kreise für die Umwälzung der Kühlflüssigkeit komplizierter werden. Diese Unterteilung in Sektoren erfolgt auch, wenn bei bestimmten Verfahren erforderlich ist, nur die erste Zone, und danach zusätzliche Zonen zu kühlen, d. h., während der Einfüllung des zu kühlenden Produkts wird zuerst nur die untere Tankzone gekühlt, und später, wenn der Tank gefüllt ist, werden die Zwischenzonen gekühlt. Es ist offensichtlich, daß auch dieses Verfahren die obigen Nach­ teile aufweist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist deshalb, ein Kühl­ gerät für Behälter zur industriellen Nutzung und den Prozeß mit Verwendung dieses Kühlgerätes anzugeben, mit denen die oben beschriebenen Probleme ein für alle Male beseitigt werden. Das obenerwähnte Gerät besteht im wesentlichen aus mehreren, vertikal nach unten verlaufenden Kanälen, die an der Außenseite der Behälterwände angeordnet sind. Diese Kanäle weisen einen länglichen Querschnitt auf und sind an ihren oberen und unteren Teilen über Sammler miteinander verbunden, wobei im Innenteil des oberen Sammlers Rohre zur Verteilung der Kühlflüssigkeit angeordnet und an ein Zufüh­ rungsrohr angeschlossen sind, das bei diesem Gerät die Kühlflüssigkeit in die obere Position zuführt. Die Flüssig­ keit sinkt dann infolge der Schwerkraft.

Die vorliegende Erfindung wird zum besseren Verständnis mit Verweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in diesen Zeichnungen sind:

Fig. 1 ein Längsschnitt eines Teils eines Behälters für industrielle Nutzung, der das zu kühlende Produkt enthält, und in dem das in Frage kommende Gerät installiert ist;

Fig. 2 eine schematische Vorderansicht eines Teils des in Fig. 1 dargestellten Gerätes; und

Fig. 3 eine Teilansicht entlang der Linie A-A in Fig. 2.

In Übereinstimmung mit den obigen Figuren umfaßt das Kühl­ gerät für Behälter zur industriellen Nutzung mehrere nach unten verlaufende Vertikalkanäle (10) mit länglichem Quer­ schnitt und einem Sammler (11) am oberen Ende und einem Sammler (12) am unteren Ende. Im Inneren des oberen Samm­ lers ist ein Hauptverteilerrohr (13) angeordnet, das an ein Zuführungsrohr (14) angeschlossen ist, und mindestens ein Sekundärverteilerrohrsystem (15), das dünne Vertikalröhren (16) enthält, die innerhalb der nach unten verlaufenden Vertikalkanäle (17), deren Länge geringer ist als die der anderen Rohre, angeordnet sind, jedoch weist der untere Sammler (12) einen Abflußanschluß (17) für Kühlflüssigkeit und Dampf auf. Das Ganze ist zusammen mit dem Außenteil der Seitenwand des Behälters (18) installiert und von einem Wärmeisolierelement (19) abgedeckt.

Bei dem Kühlprozeß mit Verwendung des oben beschriebenen Gerätes wird die Kühlflüssigkeit durch ein Zuführungsrohr (14) bis zum Hauptverteilerrohrsystem (13) nach oben gepumpt, von wo sie infolge der Schwerkraft direkt durch die Vertikalkanäle (10) nach unten sinkt oder, wenn nur der obere Teil (21) gekühlt werden soll, wird die Kühlflüssig­ keit in das Sekundärverteilerrohrsystem (15) gepumpt, von wo sie ebenfalls infolge der Schwerkraft durch die dünnen Vertikalröhren (16), die im Innern der Vertikalkanäle (10) in einer Höhe zwischen den Sammlern (11, 12) angeordnet sind, nach unten sinkt. In beiden Fällen wird die Seiten­ wand des Behälters (18) benetzt und Wärme mit dem Produkt (22) ausgetauscht, und auf diese Weise verdampft ein Teil der Kühlflüssigkeit und gelangt in das untere Rohr (12), in das auch die überflüssige Kühlflüssigkeit gepumpt wird. Beide entweichen durch den Abflußanschluß (17).

Die der kombinierten Verwendung des oben beschriebenen Gerätes und Prozesses innewohnenden Vorteile sind vielfäl­ tig, und nur einige dieser Vorteile können hier erwähnt werden:

Mit der Druckregelung im Mantel ist es möglich, bei jeder Ausdehnung des Mantels eine konstante und gleichmäßige Temperatur zu erzielen, weil die Flüssigkeitssäule, die verschiedene Drücke und Temperaturen erzeugt, nicht mehr vorhanden ist, und weil die Flüssigkeit nur und ausschließ­ lich durch Schwerkraftwirkung sinkt.

Der Wärmeaustausch ist wirksamer, weil die gekühlte Fläche, auf der dieser Austausch stattfindet, permanent benetzt ist.

Die von der gekühlten Fläche emittierten Dämpfe strömen in den Vertikalkanal in Richtung auf den Abfluß, und die Kühlflüssigkeit wird dann in der gekühlten Wand ständig erneuert.

Die Menge der im Mantel vorhandenen Kühlflüssigkeit ist im Vergleich mit dem üblichen Verfahren äußerst gering und enthält nur nach unten sinkende und verdampfende Flüssig­ keit. Bei schon durchgeführten praktischen Versuchen wurde nachgewiesen, daß es möglich ist, die Menge der Kühlflüs­ sigkeit bei Anwendung dieses Prozesses drastisch zu redu­ zieren, nämlich bis zu 1/20 der Menge, die bei traditionel­ len Verfahren gebraucht wird, womit Nebenwirkungen auf Umwelt und Bedienungspersonal erheblich eingeschränkt, und Kosten eingespart werden. Weil der Vorratsbereich nicht überhitzt wird, besteht auch keine Gefahr durch Ausdehnung der Kühlflüssigkeit, was von großer Bedeutung ist, wenn es sich um flüssiges Ammoniak handelt.

Wenn die Kühlung in obere und untere Zonen oder in Zwi­ schenzonen unterteilt werden soll, genügt die Verwendung des Mechanismus, den das Sekundärröhrensystem (15) dar­ stellt, dessen Röhren einen kleinen Durchmesser aufweisen und bis auf die gewünschte Stelle nach unten reichen, womit die Kühlung bewirkt wird. Für jede bestimmte Zone ist dann ein Sekundärverteilerrohrsystem (15) mit entsprechenden dünnen Vertikalröhren vorgesehen, deren Funktion von den Ventilen (20a und 20b) geregelt wird. Bei Anwendung dieser Funktionsalternative bleibt die Druck-/Temperaturregelung unverändert.

Claims (2)

1. Kühlgerät für industrielle Nutzung, dadurch gekennzeichnet, daß es mehrere nach unten verlaufende Vertikalkanäle (10) mit länglichem Querschnitt mit einem oberen Sammler (11) und einem unteren Sammler (12) aufweist. Im Inneren des oberen Sammlers ist ein Hauptverteilerrohrsystem (13) vorgesehen, das an ein Zuführungsrohr (14) und an mindestens ein Sekundärverteilerrohrsystem (15) angeschlossen ist, das innerhalb der nach unten verlaufenden Vertikalkanäle (17) dünne Vertikalröhren (16) enthält, deren Längen kürzer sind als die Längen der Kanäle, jedoch ist im unteren Sammler (12) ein Abflußanschluß (17) für Kühlflüssigkeit und Dampf angeordnet. Das Ganze ist zusammen mit dem Außenteil der Seitenwand des Behälters (18) installiert und mit einem Wärmeisolierelement (19) abgedeckt.

2. Kühlprozeß für Behälter zur industriellen Nutzung, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssig­ keit durch ein vertikales Zuführungsrohr (14) nach oben in das Hauptverteilerrohrsystem (13) gepumpt wird, von wo sie infolge der Schwerkraft durch die nach unten verlaufenden Vertikalkanäle (10) direkt nach unten sinkt oder, wenn nur der obere Teil (21), der in das Sekundärverteilerrohrsystem (15) führt, gekühlt werden soll, die Kühlflüssigkeit ebenfalls infolge der Schwer­ kraft durch die dünnen, im Innern der nach unten ver­ laufenden, in einer Höhe zwischen den Sammlern (11, 12) installierten Vertikalkanäle (10) angeordneten Verti­ kalröhren (16) sinkt. In beiden Fällen wird dadurch die Seitenwand des Behälters (18) benetzt und Wärme mit dem Produkt (22) ausgetauscht, und auf diese Weise ver­ dampft ein Teil der Kühlflüssigkeit und gelangt in das untere Rohr (12), in das auch die überflüssige Kühl­ flüssigkeit gepumpt wird. Dampf und Kühlflüssigkeit entweichen durch den Abflußanschluß (17).