Hintergrund der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Wärmebehandlungsvorrichtung zur sicheren und wirkungsvollen Wärmebehandlung von
Erzeugnissen, die bei relativ niedriger Temperatur, wie
beispielsweise unter 100ºC behandelt werden, wobei Dampf
und/oder Wasser mit reduziertem Druck als Wärmeträger
verwendet werden.
-
In der chemischen Industrie und der Lebensmittelindustrie
können Stoffe bei relativ niedriger Temperatur, wie ungefähr
50ºC, behandelt werden, um beispielsweise Arbeitssicherheit
und Aufrechterhaltung der Produktqualität zu gewährleisten.
Eine derartige Dampf-Wärmebehandlungsvorrichtung mit
reduziertem Druck, wie sie in JP-A-1-315 336 offenbart wird, ist
für diese Wärmebehandlung vorgeschlagen worden. Diese
Vorrichtung enthält, wie in Fig. 1 dargestellt, ein
Reaktionsgefäß 1, das die Reaktion der durch einen Einlaß 5
zugeführten Materialien beim Rühren mit einem Rührwerk 7 bewirkt und
das Reaktionsprodukt aus einem Auslaß 9 ausgibt, einen
Wärmeaustauscher 11 vom Manteltyp mit einem Einlaß 13 und einem
Auslaß 15 eines Wärmeträgers, wie beispielsweise Dampf und
Wasser, der das Gefäß 1 umgibt, eine Rohrleitung 17, die dem
Wärmeaustauscher 11 über ein automatisches Ventil 19
Wärmedampf zuführt, eine Saugpumpe 21 vom Saugstrahltyp,
deren Saugöffnung 23 über eine Rohrleitung 24 mit dem Auslaß
15 des Wärmeaustauschers 11 verbunden ist, einen
Wasserbehälter 25, mit dessen oberem Raum ein Diffusor (diffuser) 27
der Saugstrahlpumpe 21 verbunden ist, und der mit
Pegelsensoren 29a und 29b sowie mit einem Temperatursensor 31
versehen ist, eine Rohrleitung 33, die dem Wasserbehälter 25 über
ein automatisches Ventil 35 Kühlwasser zuführt, eine
Rohrleitung 37, die einen unteren Abschnitt des Behälters 25
über eine Pumpe 39 mit einer Strahldüse 41 der
Saugstrahlpumpe
21 verbindet, eine Rohrleitung 43, die die Rohrleitung
37 über ein automatisches Ventil 45 mit dem Einlaß 13 des
Wärmeaustauschers 11 verbindet, eine Ablaßleitung 47, die
die Rohrleitung 43 über ein automatisches Ventil 49 mit der
Außenumgebung verbindet, sowie eine zentrale Regeleinheit
51, die Signale von den Sensoren 29a und 29b sowie 31
empfängt und die entsprechenden automatischen Ventile regelt.
Wenn die Pumpe 39 angetrieben wird, zirkuliert das Wasser im
Behälter 25 durch die Rohrleitung 37 und die Saugstrahlpumpe
21, um die Saugstrahlpumpe 21 in einem Saugzustand zu
halten.
-
Wenn der Reaktionsbehälter 1 erwärmt wird, wird durch ein
Signal von der zentralen Regeleinheit 51 das Ventil 19
geöffnet und das Ventil 45 geschlossen, und dem
Wärmeaustauscher 11 wird durch die Rohrleitung 17 Wärmedampf
zugeführt. Der Dampf wird durch die Saugstrahlpumpe 21 angesaugt
und tritt zusammen mit Kondenswasser in den Wasserbehälter
25 ein, wodurch die Wassertemperatur im Behälter 25
allmählich erhöht wird. Da das Innere des Wärmeaustauschers 11
durch die Saugstrahlpumpe 21 in einen Zustand reduzierten
Drucks versetzt wird, ist der Taupunkt des Dampfes niedrig,
und die Stoffe können bei einer niedrigen Temperatur unter
100ºC zur Reaktion gebracht werden. Wenn von Erwärmung auf
Abkühlung umgeschaltet wird, wird durch ein Signal von der
zentralen Regeleinheit 51 das Ventil 19 geschlossen und das
Ventil 45 geöffnet, und dem Behälter 25 wird Kühlwasser
zugeführt, wodurch die Wassertemperatur im Behälter 25
allmählich abgesenkt wird. Somit wird der Reaktionsbehälter 1 mit
Wasser gekühlt, dessen Temperatur allmählich sinkt. Die
Wassertemperatur im Behälter 25 wird durch den Temperatursensor
31 erfaßt, und die zentrale Regeleinheit 51 reagiert mit
Regelung des Ventils 35, wodurch eine Veränderung der
Wassertemperatur gemäß einem vorgegebenen Programm ausgeführt
wird, um eine Temperaturänderung des Wärmeaustauschers 11 zu
regeln. Die Pegelsensoren 29a und 29b erfassen die obere
bzw. untere Grenze des Wasserpegels, und die zentrale
Regeleinheit
51 reagiert mit Regelung der Ventile 35 und 49,
wodurch der Wasserpegel des Behälters 25 im wesentlichen
konstant gehalten wird.
-
Bei dieser Vorrichtung nach dem Stand der Technik ist der
Temperaturunterschied zwischen dem anfänglichen Kühlwasser
und dem Wärmedampf zum Zeitpunkt des Umschaltens von
Erwärmung auf Abkühlung gering, und daher weist sie
vorteilhafterweise kein durch Wärmeschock verursachtes Schlagen auf,
wodurch die Lebensdauer der Vorrichtung verlängert werden
kann.
-
Die Vorrichtung weist jedoch insofern ein Problem auf, als
der verringerte Druckpegel im Wärmeaustauscher 11 genau
geregelt werden muß, um eine vorgegebene Temperaturregelung
des Wärmeaustauschers 11 zu bewirken, wobei Wasser, das aus
dem Dampf in dem Wärmeaustauscher 11 zum Zeitpunkt der
Erwärmung kondensiert ist oder aus der Verdampfung zum
Zeitpunkt der Abkühlung darin verblieben ist, sich in der Nähe
des Auslasses 15 sammeln und ihn zusetzen kann, wodurch
eine Änderung des verringerten Druckpegels und damit der
Temperatur bewirkt wird, was zu einer Änderung der Qualität
des Reaktionsproduktes führt. Darüber hinaus besteht ein
Problem darin, daß es die Wasseransammlung in der Nähe des
Auslasses 15 unmöglich macht, die Erwärmungstemperatur auf
unter 50ºC abzusenken, da sie die Druckverringerung im
Wärmeaustauscher 11 behindert. Obwohl in Erwägung gezogen wird,
die Rohrleitung 24 zu verzweigen und sie mit dem oberen
Abschnitt des Wärmeaustauschers 11 zu verbinden, um die
Druckreduzierung zu fördern, führt dies nicht zu einer
tatsächlichen Druckverringerung, da das Kondenswasser bevorzugt
angesaugt wird. Andererseits ist es nicht vorteilhaft, die
Zufuhr von Dampf und Wasser so zu steuern, daß sich kein
Wasser ansammelt, da dazu eine außerordentlich komplizierte und
kostenaufwendige Regelungsvorrichtung erforderlich ist.
-
Dementsprechend besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung
darin, eine verbesserte Vorrichtung zu schaffen, die eine
wirksame Wärmebehandlung bei weitaus geringerer Temperatur
unabhängig von der obenerwähnten Wasseransammlung
ermöglicht, indem der obenerwähnten Vorrichtung nach dem Stand
der Technik eine einfache Verbesserung hinzugefügt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
-
Erfindungsgemäß wird eine Wärmebehandlungsvorrichtung mit
reduziertem Druck geschaffen, die einen Wärmeaustauscher mit
einem Einlaß und einem Auslaß für Wärmeträger an dem oberen
bzw. unteren Abschnitt desselben umfaßt, der Wärmeaustausch
mit dem der Wärmebehandlung zu unterziehenden Erzeugnis
bewirkt, eine Dampferzeugungseinrichtung, die mit dem Einlaß
verbunden ist und der Zufuhr von Dampf des Wärmeträgers zum
Wärmeaustauscher dient, eine erste Saugeinrichtung, die mit
dem Auslaß verbunden ist und dem Ansaugen des Wärmeträgers
dient, um das Innere des Wärmeaustauschers in einen Zustand
reduzierten Drucks zu versetzen, einen Vorratsbehälter, der
mit der ersten Saugeinrichtung verbunden ist und den
Wärmeträger enthält, sowie eine Pumpeneinrichtung, die den
Wärmeträger aus dem Vorratsbehälter dem Einlaß des
Wärmeaustauschers zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß die
Vorrichtung des weiteren eine zweite Saugeinrichtung enthält, die
über ein Regelventil mit dem oberen Abschnitt des
Wärmeaustauschers verbunden ist und Dampf des Wärmeaustauschers, der
in dem Wärmeaustauscher erzeugt wird, absaugt, um selbigen
daraus zu entfernen und die Druckreduzierung in dem
Wärmeaustauscher zu fördern, ein Regelventil, das zwischen den
Auslaß des Wärmeaustauschers und die erste Saugeinrichtung
eingesetzt ist, sowie eine über ein Regelventil mit dem
oberen Abschnitt des Wärmeaustauschers verbundene Einrichtung
zum Nachfüllen des Wärmeaustauschers mit dem Wärmeträger.
-
Diese und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden
unten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
ausführlicher beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Bei den Zeichnungen ist:
-
Fig. 1 eine schematische Ansicht, die einen Aufbau der
Wärmebehandlungsvorrichtung mit reduziertem Druck
gemäß dem Stand der Technik zeigt;
-
Fig. 2 eine schematische Ansicht, die einen Aufbau einer
Ausführung der erfindungsgemäßen
Wärmebehandlungsvorrichtung mit reduziertem Druck zeigt;
-
Figuren
3, 4,
5 und 6 Teilansichten, die jeweils Abwandlungen der
Ausführung nach Fig. 2 zeigen; und
-
Figuren
7 und 8 Teilansichten, die weitere Abwandlungen der
Ausführung nach Fig. 2 zeigen.
-
In allen Zeichnungen tragen entsprechende Bauteile die
gleichen Bezugszeichen und ihre Beschreibung wird nicht
wiederholt.
Beschreibung bevorzugter Ausführungen
-
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, die eine Ausführung der
vorliegenden Erfindung zeigt, wird diese Ausführung hergestellt,
indem der Vorrichtung nach dem Stand der Technik in Fig. 1
einige Bauteile hinzugefügt werden. Da die gleichen
Bauteile, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind, im wesentlichen die
gleiche Funktion wie oben beschrieben erfüllen, werden diese
Bauteile nicht beschrieben, sondern nur die zusätzlichen
Bauteile.
-
Im einzelnen sind ein Kondenstopf 53 und ein automatisches
Ventil 55 parallel in eine Rohrleitung 24 zwischen einen
Wärmeaustauscher 11 und eine Saugstrahlpumpe 21 eingesetzt,
und als ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist eine
Unterdruckpumpe 57 über eine Rohrleitung 59 und ein
automatisches Ventil 61 mit einem oberen Abschnitt des
Wärmeaustauschers 11 verbunden. Ein Einlaß 13 des Wärmeaustauschers
11 ist des weiteren über ein automatisches Ventil 63 und
eine Rohrleitung 65 mit einer Kühlwasserzufuhrleitung 33
verbunden. Der Einlaß 13 öffnet sich über den gesamten
Umfang der Seitenwand eines Reaktionsbehälters 1, so daß
Wärmeträger, wie beispielsweise Dampf und Wasser, gleichmäßig
über den gesamten Umfang seiner Seitenwand verteilt werden.
Darüber hinaus ist der Reaktionsbehälter 1 mit einem
Temperatursensor 67 versehen, dessen Temperatursignal zu einer
zentralen Regeleinheit 51 geleitet wird.
-
Die Funktion dieser Ausführung gleicht im wesentlichen der
der Vorrichtung nach dem Stand der Technik in Fig. 1, wenn
das Ventil 55 geöffnet wird und die Ventile 61 und 63
geschlossen werden. Bei dieser Ausführung wird jedoch die
Unterdruckpumpe 57 angetrieben, und das Ventil 61 wird
dementsprechend durch einen Befehl von der Regeleinheit 51
geöffnet. Damit werden Gase wie Dampf und Luft in dem
Wärmeaustauscher 11 durch die Rohrleitung 59 entzogen, und
Kühlwasser und Kondenswasser werden durch die Saugstrahlpumpe 21
angesaugt und wie gewöhnlich zu einem Wasserbehälter 25
zurückgeführt. Das heißt, die Flüssigkeiten und die Gase
werden über verschiedene Wege abgeführt, und daher kommt es
nicht zu dem beim Stand der Technik auftretenden Problem.
Dadurch wird ein ausreichender Zustand reduzierten Drucks im
Wärmeaustauscher 11 erreicht, und es ist möglich die
Behandlung bei einer niedrigen Temperatur, wie beispielsweise
unter 50ºC, auszuführen. In diesem Fall ist es möglich, das
Ventil 63 zu öffnen und dem Wärmeaustauscher 11 direkt
Kühlwasser normaler Temperatur zuzuführen, da durch das
Kühlwasser kein Schlagen verursacht wird.
-
Wenn das Kondenswasser nicht in dem Maße in einem
Erwärmungsverfahren, bei dem nur Dampf verwendet wird, erzeugt
wird, wird das Ventil 55 geschlossen und betätigt den
Kondenstopf 53. Dadurch wird das Kondenswasser hier entfernt
und sammelt sich nicht am Auslaß 15 des Wärmeaustauschers
11, wodurch die Unterdruckpumpe 57 nicht mehr benötigt wird.
-
Obwohl es möglich ist, jede geeignete Art der
Unterdruckpumpe 57 zu verwenden, zeigt Fig. 3 eine Abwandlung, bei der
eine Saugstrahlpumpe 73 für diesen Zweck verwendet wird. Da
das Gas im Wärmeaustauscher 11 hauptsächlich aus Wasserdampf
besteht, der auf dem Weg des Abzugs kondensieren kann, wird
die Saugstrahlpumpe als Unterdruckpumpe 57 bevorzugt. Die
Düse der Saugstrahlpumpe 73 ist über ein automatisches
Ventil 69 und eine Rohrleitung 71 mit der Dampfzufuhrleitung 17
verbunden, so daß sie mit Dampf betrieben wird. Darüber
hinaus weist sie eine Diffusoröffnung zur umgebenden Luft auf.
-
Fig. 4 zeigt eine weitere Abwandlung, in der des weiteren
zwei Saugstrahlpumpen 74 und 75 in Reihe mit der
Saugstrahlpumpe 73 in Fig. 3 verbunden sind, um ihre
Unterdruckleistung zu verbessern. Die Düse der zweiten Saugstrahlpumpe
74 ist über ein automatisches Ventil 77 mit der Rohrleitung
71 verbunden und wird so mit Dampf betrieben, wohingegen die
Düse der dritten Saugstrahlpumpe 75 über ein automatisches
Ventil 79 mit der Kühlwasserleitung 33 verbunden ist und so
durch Wasserfluß betrieben wird. Die Diffusoren der ersten
und der zweiten Saugstrahlpumpe sind jeweils mit dem
Saugraum der folgenden Saugstrahlpumpe verbunden, und der
Diffusor der dritten Saugstrahlpumpe ist zur umgebenden Luft hin
offen.
-
In Fig. 5, die eine weitere Abwandlung zeigt, werden zwei
Reihen-Saugstrahlpumpen 73 und 74 verwendet, und der
Diffusor der zweiten Saugstrahlpumpe 74 ist zusammen mit der
Rohrleitung 24 vom Auslaß des Wärmeaustauschers 11 mit dem
Saugraum der flüssigkeitsansaugenden Saugstrahlpumpe 21
verbunden, um Kondensat zurückzugewinnen. Diese Rückgewinnung
von Kondensat ist oft wichtig, wenn der Wärmeträger eine
andere Substanz als Wasser ist.
-
Bei der Abwandlung nach Fig. 6 ist die Düse der
Saugstrahlpumpe 73 in Fig. 3 mit dem Auslaß der Pumpe 39 verbunden,
wodurch die Saugstrahlpumpe 73 mit Abgabefluid der Pumpe 39
betrieben wird. Der Diffusor der Saugstrahlpumpe 73 ist mit
dem Behälter 25 verbunden und dient der Rückgewinnung des
Antriebsfluids
-
Bei der Abwandlung in Fig. 7 ist die Abgasleitung 59 mit dem
Saugraum der Saugstrahlpumpe 21 verbunden, so daß die
Saugstrahlpumpe 21 gleichzeitig zwei Funktionen erfüllt. In
diesem Fall ist die Düse der Saugstrahlpumpe 21 über eine
Rohrleitung 81 mit einem automatischen Ventil 83 mit der
Dampfzufuhrleitung 17 verbunden und wird mit Hochdruckdampf
angetrieben, um ihre Saugleistung zu erhöhen. Ein Kondenstopf 85
ist in die Rohrleitung 81 eingesetzt, um Kondenswasser zu
entfernen.
-
Die Abwandlung nach Fig. 8 stellt eine Verbesserung des
Wärmeaustauschers 11 dar. Der Einlaß 13 des Wärmeaustauschers
11 ist mit vielen Düsen 87 versehen, die der Seitenwand des
Reaktionsbehälters 1 zugewandt sind, so daß Kühlwasser an
die Seitenwand gespritzt wird und an ihr gleichmäßig nach
unten fließt, um so den Behälter 1 wirksam zu kühlen. Eine
Düse 89 ist ebenfalls im unteren Abschnitt des
Wärmeaustauschers 11 angeordnet und über eine Rohrleitung 91 mit
einem automatischen Ventil 93 mit einer Druckluftzufuhr (nicht
abgebildet) verbunden. Die Düse 89 bewirkt, daß die von ihr
ausgestoßene Luft im Wärmeaustauscher 11 in Spiralen nach
oben strömt und durch die Unterdruckpumpe 57 abgesaugt wird.
Dieser Aufbau bewirkt gleichmäßige Temperatur im
Wärmeaustauscher 11, und jegliche ungleichmäßige Kühlung kann
verhindert werden.
-
Der Wärmeaustauscher 11 ist nicht auf den dargestellten
Manteltyp beschränkt und kann jeder Art sein, die für die
Ausführung der Erfindung geeignet ist. Obwohl Saugstrahlpumpen
als bevorzugte Ausführung der Saugpumpeneinrichtung zum
Abziehen von Flüssigkeiten und Gasen verwendet werden, kann
jede Art mit einer geeigneten Saugleistung für diesen Zweck
verwendet werden. Obwohl Wasser und sein Dampf als die
Wärmeträger eingesetzt werden, können den
Behandlungsbedingungen entsprechend andere bekannte Materialien verwendet
werden. Darüber hinaus kann ein Teil der dargestellten
automatischen Ventile manuell betätigt werden oder entsprechend
weggelassen werden.