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Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung eines Umlaufes einer wärmeübertragenden
Flüssigkeit in einem geschlossenen Kreislaufsystem
Bei den bisher bekanntgewordenen
Verfahren zur Beheizung von Verdampfungs-, Destillier- und Reaktionsapparaten mittels
eines organischen Heizmittels, z. B. einer Mischung von Diphenyloxyd und Diphenyl,
im geschlossenen Kreislaufsystem hat sich gezeigt, daß die Thermosyphonwirkung allein
für eine gute Wärmeübertragung nicht ausreicht und daß es erforderlich war, das
Heizmittel umzupumpen. Das Heizmittel wird dabei in einem an sich bekannten geschlossenen
Heizschlangensystem derart verdampft und kondensiert, daß nach dem wärmeanfuehmenden
Teil des Heizschlangensystems ein die Flüssigkeitsteile zurückhaltender Abscheider
angeordnet ist, aus dem die flüssige Phase durch eine Rohrteitung zum wärmeaufnehmenden
Teil zurückgelangt, während die Dampfphase durch eine Leitung einem wärmeabgebenden
Apparat, z. B.
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Autoklav, zuströmt, aus dem sie als Kondensat in den wärmeaufnehmenden
Teil zurückkehrt.
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Durch die Erfindung ist ein Verfahren zur Durchführung eines Umlaufs
einer wärmeübertragenden Flüssigkeit in einem geschlossenen Kreislaufsystem geschaffen
worden, durch das zwangsläufig ohne Anwendung mechanischer Mittel der Umlauf gefördert
wird.
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Der 4er Erfindung zugrunde liegende Gedanke besteht darin, daß dem
Heizmittel, z. B. eine Mischung von Diphenyloxyd und Diphenyl, unter Druck ein oder
mehrere Gase, z. B. Wasserstoff, Helium, Stickstoff od. dgl., beigegeben werden,
wobei die Druckhöhe entsprechend der gewünschten Temperatur zu wählen ist. Die Gasphase
wird von der Flüssigkeit zum Teil absorbiert und bei der Verdampfung wieder ausgetrieben,
wodurch ein
Zw angsuml auf des wärmeübertragenden Mediums hervorgerufen
wird. Außerdem wird auch dieser Zwangs umlauf durch die temperaturabhängige Volumenänderung
der -Gasphase weiter erhöht.
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In der Zeichnung ist eine zur Durchführung des neuen Verfahrens geeignete
Anordnung in schematischer Weise dargestellt.
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In dem wärmeaufnehmenden Teil I des in einer Brennkammler angeordneten
Heizschfangensystems wird das organische Heizmittel zur Erhitzung gebracht und verdampft.
Die Brennkammer wird mittels Brenngas oder Öl G unter Zuführung von Preßluft -L
beheizt. Das Flüs§igkeits-Dampf-Gas-Gemisch gelangt in den Abscheider 2, in dem
die Trennung in die flüssige und Dampf-Gas-förmige Phase vor sich geht. Die aus
dem Abscheider 2 fließende Flüssigkeit gelangt durch das Rohr 3 wieder in den Teil
I zurück. Das aus dem Abscheider 2 strömende Dampf-Gas-Gemisch gelangt durch die
Rohrleitung 4 in den zu beheizenden Apparat 5, z. B. Autoklav, dessen Wärme einem
zu beheizenden Stoff zugeführt wird. Das aus dem Autoklav 5 ablaufende Kondensat
wird durch die Leitung 6 wieder in den wärmeaufnehmenden Teil I zurückgeführt.
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Für die bei erhöhter Temperatur eintretende Volumenvergrößerung des
Heizmittels ist in die Kondensatleitung 6 der Rezipient 7 eingeschaltet. Schon durch
die Schwerkraftwirkung wird ein Umlauf des Heizmittels in der durch die Pfeile angegebenen
Richtung dadurch hergestellt, daß sich in der Fallleitung das Kondensat bis zu einer
bestimmten Höhe anstaut. Die Höhe liegt auf jeden Fall über der oberen Windung der
Heizschlange I. Weiter trägt zur Erzeugung des. Umlaufs dieses Heizmittels die durch
Kondensation im Autoklav eintretende Volumenverminderung des Heizmittels sowie die
Volumenkontraktion der Gasphase bei. und der dadurch erzeugte Unterdruck in diesem
Teil des Systems. Hierdurch wird das Dampf-Gas-Gemisch aus dem wärmeaufnehmenden
Teil I angesaugt.
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Der Rezipient 7 ist als Rohrschlan,ge ausgebildet; er muß so hoch
wfe möglich über dem wärmeaufnehmenden Teil 1 sitzen, jedoch auch unterhalb des
Autoklavs 5. Durch diese Anordnung stellt sich ein hoher Kondensatspiegel ein, der
ebenfalls den Umlauf fördert. Gleichzeitig wird auch der Vorteil erreicht, daß der
Autoklav von Kondensat frei bleibt, Soll das beheizte Gut in kürzester Zeit abgekühlt
werden, so muß die Dampfleitung 4 mit der Kondensatleitung 6 kurzgeschlossen werden.
Diese Verbindungsleitung kann ein gekühltes Rohr sein oder auch als Kühler ausgebildet
werden. Diese Kurzschlußleitung 8 kann ohne Ventil ausgeführt werden, denn das Dampf-Gas-Gemisch
wird stets zu der Stelle strömen, an der ein geringerer Druck herrscht. Damit nun
der Autoklav 5 tatsächlich ausgeschaltet bleibt, muß die Kondensation in einem anderen
Teil des Kreislaufsystems sichergestellt werden, z. B. zwischen dem Autoklav 5 und
dem Wärmeaufnehmenden Teil I, wobei dieVerbindungsleitung 8 zu kühlen ist. Anstatt
diese Verbindungsleitung 8 zu kühlen, kann auch der Rezipient 7 oder auch die Kondensatleitung
6 als Kühler ausgebildet werden.
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Zur Füllung des Kreislaufsystems ist oberhalb des Autoklavs 5 ein
Vorratsbehälter g angeordnet, von dem aus das Heizmittel nach Öffnung der Ventile
Io und ii durch die eigene Schwere dem Kreislaufsystem zufließt. Bei der Füllung
muß der Entlüfter 12 geöffnet sein, damit die im Kreislauf befindliche Luft entweichen
kann. Das System wird mit dem Heizmittel bis zu dem Entlüfter gefüllt, das Entlüftungsventil
I2 dann geschlossen. Nach Schließen des Ventils II wird dem Kreislaufsystem die
Gasphase, z. B. Wasserstoff W, Helium, Stickstoff od. dgl., über die Rohrleitung
13 zugegeben, wobei sich der Flüssigkeitsspiegel und der Druck in gewünschter Form
einstellen lassen. Das überschüssige Heizmittel wird dabei in den Vorratsbehälter
zurückgedrückt. Nach der Füllung des Kreislaufsystems wird das Ventil IO geschlossen
und für den Betrieb sdas Regelventil II geöffnet bzw. die Umlaufgeschwindigkeit
des Heizmediums geregelt.
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Bei Entleerung des Kreislaufsystems wird das Ventil In geschlossen,,
das Ventil so geöffnet und mittels Preßluft über die Leitung I3 das Heizmittel in
den Vorratsbehälter zurückgedrückt. Durch diese Anordnung ist ein Verlust des Heizmittels
ausgeschlossen. Der Vorratsbehälter wird durch ein langes Rohr 14 mit Flüssigkeitsabscheider
über Dach entlüftet.