DE4339851C2 - Verdampfer zur Behälterkühlung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verdampfer zum Kühlen von Behältern zur industriellen Nutzung mit Umwälzung/Ver­ dampfung eines Kältemittels in einem geschlossenen Kreislauf, der im Vergleich mit üblichen Kühlprozessen unter Verwendung von flüssigem Kältemittel mehrere Vorteile in bezug auf Be-­ trieb, Kosten und Funktion bietet.

Bei dem derzeitig angewandten Verfahren für die Kühlung in Behältern für industrielle Nutzung, z. B. Tanks, die das zu kühlende Produkt enthalten, wird das Kältemittel, z. B. Ammo­ niak, R12, R22, R502 und andere, durch Kühlmäntel bei über­ höhter Pumpleistung von unten nach oben gepumpt. Das flüssige Kältemittel fließt in den unteren Teil des Mantels und kommt durch den oberen Teil in Form von Naßdampf heraus. Bei jedem Druck im Mantel weist das Kältemittel eine entsprechende Temperatur auf. Der Druck wird mit Thermostatventilen, Kon­ stantdruckregler oder durch Kombination beider geregelt.

Wenn das flüssige Kältemittel unter Druck im Mantel nach oben steigt, erfolgt der Wärmeaustausch mit dem zu kühlenden Produkt durch Verdampfung. Weil die Flüssigkeit mit Überschuß gepumpt wird, ist in den Mänteln Flüssigkeit und Dampf vorhanden, wobei dieser in Blasenform vorliegt und entlang den Behälterwänden nach oben steigt. Diese Blasen haften an der Behälterwand und isolieren deshalb die Wände des Behälters, was einen schlech­ teren Wärmeaustausch bedeutet. Außerdem besteht ein anderer nachteiliger Faktor bei diesem Prozeß darin, daß das Volumen der Flüssigkeit bei überfluteten Mänteln zu groß ist, wodurch ebenfalls erhebliche Probleme verursacht werden. Wenn nämlich die Flüssigkeit zu warm wird, ist der Innendruck in den Mänteln zu hoch. Überdies sind mit der kontinuierlichen Umwälzung sehr hohe Kosten verbunden. Ein weiterer Nachteil dieses Prozesses ist die Gefährdung der Umwelt und des Personals, das die ein­ zelnen Verfahrensschritte ausführt, weil es mit hohen Drücken, großen Kältemittelmengen und einem erheblichen Toxizitätsgrad zu tun hat.

Neben diesen Schwierigkeiten sind bei dem üblichen Prozeß be­ stimmte Wartungsarbeiten erforderlich, wenn der Zustand des Kältemittels nicht akzeptabel ist. Die Flüssigkeit wird in diesem Fall abgelassen, was die Konstruktion und Herstellung der Mäntel kompliziert.

Wenn die Mäntel eine erhebliche Höhe aufweisen, z. B. bei großen Tanks, sind die Betriebstemperaturen bei jeder Höhe der Flüssigkeitssäule verschieden, wobei der Dampfdruck des Systems erhöht wird. In diesen Fällen sind die Mäntel in Sektoren vorbestimmter Höhen unterteilt, was extrem hohe Einbaukosten verursacht, weil die Funktionsregelung und Wartung mehr Mäntel, mehr Rohre und mehr Zubehör erfordert, und auch die Kreise für die Umwälzung der Flüssigkeit komplizierter werden. Diese Unterteilung in Sektoren erfolgt auch, wenn bei be­ stimmten Verfahren erforderlich ist, nur die erste Zone, und danach zusätzliche Zonen zu kühlen, d. h., während der Ein­ füllung 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 Nachteile aufweist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Ver­ dampfer für Behälter zur industriellen Nutzung anzugeben, mit dem die oben beschriebenen Probleme beseitigt werden, und wobei sich die Kälteleistung des Verdampfers an die Füllhöhe des Behälters anpassen läßt. Das oben erwähnte Gerät besteht im wesentlichen aus mehreren, vertikal nach unten verlaufenden Kühlkanälen, 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 mitein­ ander verbunden, wobei im Innenteil des oberen Sammlers Rohre zur Verteilung des flüssigen Kältemittels angeordnet und an ein Zuführungsrohr angeschlossen sind. Die Flüssigkeit sinkt dann infolge der Schwerkraft zum unteren Sammler.

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

Fig. 1 ein Längsschnitt eines Teils des Verdampfers für einen Behälter für industrielle Nutzung, der das zu kühlende Produkt enthält,

Fig. 2 eine schematische Vorderansicht eines Teils des in Fig. 1 dargestellten Verdampfers, und

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

In Übereinstimmung mit den obigen Figuren umfaßt der Verdampfer für Behälter zur industriellen Nutzung mehrere nach unten verlaufende Kühlkanäle 10 mit länglichem Querschnitt und einem Sammler 11 am oberen Ende und einem Sammler 12 am unteren Ende. Im Inneren des oberen Sammlers ist ein erstes Verteilerrohr 13 angeordnet, das an ein Zuführungsrohr 14 angeschlossen ist und mindestens ein zweites Verteilerrohr­ system 15, das dünne Zuführrohre 16 enthält, die innerhalb der nach unten verlaufenden Kühlkanäle 10, deren Länge geringer ist als die der anderen Rohre, angeordnet sind, jedoch weist der untere Sammler 12 einen Abflußflansch 17 für Flüssigkeit und Dampf auf. Das ganze ist im Mantelraum des Behälters 18 installiert und von einer Wärmeisolierung 19 abgedeckt.

Bei dem Kühlprozeß mit Verwendung des oben beschriebenen Gerätes wird die Kühlflüssigkeit durch ein Rohr 14 bis zum ersten Verteilerrohrsystem 13 nach oben gepumpt, von wo sie infolge der Schwerkraft direkt durch die Kühlkanäle 10 nach unten sinkt oder, wenn nur der untere Teil 21 gekühlt werden soll, wird die Flüssigkeit in das zweite Verteilerrohrsystem 15 gepumpt, von wo sie ebenfalls infolge der Schwerkraft durch die dünnen Zuführungsrohre 16, die im Innern der Kühlkanäle 10 in einer Höhe zwischen den Sammlern 11, 12 angeordnet sind, nach unten sinkt. In beiden Fällen wird die Außenwände des Behälters 18 benetzt und Wärme mit dem Produkt 22 ausgetauscht, und auf diese Weise verdampft ein Teil des Kältemittels und gelangt in das untere Sammelrohr 12, in das auch das überflüssige Kühlmittel gepumpt wird. Beide entweichen durch den Abflußanschluß 17.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verdampfers sind vielfältig und nur einige dieser Vorteile können hier erwähnt werden:
Mit der Druckregelung im Mantel ist es möglich, bei jeder Größe des Behälters eine konstante und gleichmäßige Temperatur zu erzielen, weil die Flüssigkeitssäule, die zu verschiedenen Drücken und Temperaturen führt, nicht mehr vorhanden ist, und weil die Flüssigkeit nur und ausschließlich durch Schwerkraft­ wirkung sinkt.

Der Wärmeaustausch ist wirksamer, weil die gekühlte Fläche, auf der dieser Austausch stattfindet, permanent benetzt ist, da weniger Blasen haften bleiben.

Die von der gekühlten Fläche emittierten Dämpfe strömen in den Kühlkanal in Richtung auf den Abfluß, und die Flüssigkeit wird an der gekühlten Wand ständig erneuert.

Die Menge des im Mantel vorhandenen Kältemittels ist im Ver­ gleich mit dem üblichen Verfahren äußerst gering und enthält nur nach unten sinkende und verdampfende Flüssigkeit. Bei schon durchgeführten praktischen Versuchen wurde nachgewiesen, daß es möglich ist, die Menge des Kältemittels bei Anwendung dieses Prozesses drastisch zu reduzieren, nämlich bis zu 1/20 der Menge, die bei traditionellen Verfahren gebraucht wird, womit Nebenwirkungen auf Umwelt und Bedienungspersonal erheblich ein­ geschränkt und Kosten eingespart werden. Weil der Vorrats­ bereich nicht überhitzt wird, besteht auch keine Gefahr durch Ausdehnung des flüssigen Kältemittels, 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 zweiten Verteilerrohrsystems 15, dessen Röhren einen kleinen Durchmesser aufweisen und bis auf die gewünschte Stelle nach unten reichen, an welcher die Kühlung erwünscht ist. Für jede bestimmte Zone ist dann ein zweites Verteilerrohrsystem 15 mit entsprechenden dünnen Zuführröhren vorgesehen, deren Funktion von den Ventilen 20a und 20b geregelt wird. Bei Anwendung dieser Funktionsalternative bleibt die Druck-/Tempe­ raturregelung unverändert.

Claims (2)

1. Verdampfer zum Kühlen eines Behälters, mit einem oberen und einem unteren Sammelrohr zum Abführen von verdampftem Kälte­ mittel, die über mehrere vertikal verlaufende Kühlkanäle mit­ einander verbunden sind, wobei die Kühlkanäle mit der Behäl­ terwand in wärmeleitendem Kontakt stehen, mit einem ersten und einem zweiten Verteilerrohrsystem zum Verteilen von flüssigem Kältemittel auf die Kühlkanäle, wobei das flüssige Kältemittel des ersten Verteilerrohrsystems im oberen Bereich des Behälters in die Kühlkanäle einspeisbar ist, während das Kältemittel des zweiten Verteilerrohrsystems über Zuführrohre an einer Stelle in die Kühlkanäle eingespeist wird, die unterhalb des oberen Bereichs liegt.

2. Verfahren zum Betreiben eines Verdampfers nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Kältemittel in das Verteilerrohrsystem gepumpt und in den Kühlkanälen bzw. in den Zuführrohren durch die Schwerkraft nach unten fließt.