WO2008101569A2 - Vorrichtung zum verdampfen von cryogenen und verfaren zum abtauen einer verdampfereinheit einer solchen vorrichtung - Google Patents

Vorrichtung zum verdampfen von cryogenen und verfaren zum abtauen einer verdampfereinheit einer solchen vorrichtung Download PDF

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WO2008101569A2
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Uwe Lauke
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    • F17C2227/0309—Heat exchange with the fluid by heating using another fluid
    • F17C2227/0311—Air heating

Definitions

  • the present invention relates to a device for evaporating cryogenic media according to the preamble of patent claim 1 and to a method for defrosting an evaporator unit of this device.
  • cryogenic media in air-heated evaporators are transferred from the liquid state to the gaseous state. It comes to heavy ice formation by humidity condensation on the tubes of the evaporator. This ice formation can become so strong that it comes to a "penetration" of the evaporator and these can not be operated safely and reliably.
  • the invention has for its object to further develop the device described above for vaporizing cryogenic media and to provide a method for defrosting an evaporator unit in this device, so that a year-round operability is ensured and the device can be made smaller.
  • the object is achieved by a device having the features of claim 1 and by a method having the features of claim 8.
  • Advantageous embodiments of the invention are specified in the respective subclaims.
  • the device according to the invention for vaporizing cryogenic media comprises at least two evaporator units,
  • Ducts for supplying a process liquid to the inlet of the evaporator units and for discharging outlets of the evaporator units to a consumer, wherein the lines are connected such that the evaporator units are alternately fed with process liquid.
  • This device is characterized in that further lines are provided for the mutual transfer of process gas from an outlet of one of the two evaporator units to an inlet of the other evaporator unit, wherein a gas heater for heating the process gas is arranged in these lines.
  • an iced evaporator unit can be defrosted by means of the gas warmer integrated in the device, which heats a partial stream of the process gas or the entire process gas.
  • a liquid process medium is converted into the gaseous state via an evaporation process.
  • the process medium is referred to as process liquid in the gaseous state, it is referred to as process gas.
  • nitrogen (N 2 ), oxygen (O 2 ), argon (Ar), carbon dioxide (CO 2 ), hydrogen (H 2 ) and mixtures thereof are used as process media.
  • the mixture used is above all a mixture of argon and oxygen.
  • the process medium is supplied to the evaporation system via a first line section 1.1.
  • the evaporation system according to the invention has two basically independent evaporator units A and B.
  • the construction of the evaporation system will first be explained with reference to the evaporator unit A.
  • the first line section 1.1 opens into a first branch 2.1. From branch 2.1, the two evaporator units A and B are supplied with the process medium.
  • a second line section 1.2 leads from the first branch 2.1 to a second branch 2.2.
  • the process media stream for supplying two separate evaporator modules 4.1 and 4.2 divides into two line sections 1.3 and 1.4, which lead to the respective inputs of the evaporator modules 4.1 and 4.2.
  • the line section 1.2 between the first and second branches 2.1, 2.2 comprises a manual valve 3.1, a safety valve 3.2, a solenoid valve 3.3 and a safety valve 3.4.
  • the line sections 1.3 and 1.4 each have a manual valve 3.5 or 3.6.
  • a line section 1.5 or 1.6 is connected in each case, which are summarized at a third branch 2.3.
  • the line sections 1.5 and 1.6 each have a safety valve 3.7 or 3.9 and a manually operable ball valve or a ball valve with actuator 3.8 or 3.10.
  • the third branch 2.3 is connected via a fourth branch 2.4 to a fifth branch 2.5 via a line section 1.7.
  • the line section 1.7 includes a ball valve with actuator 3.11 and a ball valve 3.12.
  • the evaporator unit A symmetrical to the evaporator unit A is also supplied via the feed line 1.1 and the branch 2.1 with the process medium and has the same structure as the evaporator unit A.
  • the evaporator unit B comprises from the junction 2.1 to the junction 2.6 in a corresponding manner a line section 1.9 with a manual valve 3.13, a safety valve 3.14, a solenoid valve 3.15 and a safety valve 3.16, a sixth branch 2.6, two line sections 1.10 and 1.11, each containing a manual valve 3.17 or 3.18, two evaporator modules 4.3 and 4.4, two, one each safety valve 3.19 and 3.21 and a manually operable ball valve or a ball valve with actuator 3.20 or 3.22 having line sections 1.12 and 1.13, which are merged into a seventh branch 2.7, and one, via an eighth branch 2.8, leading to the fifth branch 2.5 line section 1.14 with a ball valve 3.23 with actuator and a ball valve 3.24 without actuator.
  • a line section 1.20 serving as a bypass connects the line section 1.1 to the line section 1.9 via a manual valve 3.26.
  • a heating system with a gas heater 6 is integrated.
  • the process gas via the gas heater 6 can be additionally heated.
  • a branched off at the fourth branch 2.4 line section 1.15 leads via a ball valve 3.27 with actuator and a ball valve 3.28 without actuator to the input of the gas heat 6.
  • a line section 1.16 is connected, the drive via a ball valve 3.29 without Stellan- and a ball valve 3.30 with actuator in the area of the line section 1.9, between the solenoid valve 3.15 and the two manual valves 3.17 and 3.18, respectively.
  • the gas heater 6 can be interposed in a corresponding manner via line sections 1.17, 1.18 and ball valves with actuator 3.31, 3.32 via the branch 2.8 between the line section 1.14 and the line section 1.2, in the region between the solenoid valve 3.3 and the two manual valves 3.5 and 3.6, respectively.
  • the evaporator modules 4.1 - 4.4 are heat exchangers with meandering tubes 8, eg of aluminum extruded profiles.
  • the tubes 8 can be provided to increase the surface and the associated better heat transfer with ribs 9, which in the present embodiment starför- are arranged mig.
  • the process fluid is transferred by the higher temperature of the ambient temperature compared to the process liquid in the gaseous state of the process gas.
  • the capacity of these evaporator modules is for example in the range between 25m 3 / h and 1500m 3 / h, wherein the cryogenic medium to be evaporated is evaporated at a temperature of about 20 0 C for 8 hours.
  • the two evaporator modules 4.1 and 4.2 of the evaporator unit A, as well as the two evaporator modules 4.3 and 4.4 of the evaporator unit B are connected in parallel. In normal evaporation operation, the two evaporator units A and B are also connected in parallel. If, however, the evaporator unit A is used to defrost the evaporator unit B or vice versa, the evaporator units A and B are connected in series.
  • the gas heater 6 is a heat exchanger which is gas-tight against high-purity gas. Heating an already evaporated process gas to a temperature above freezing requires only a small amount of energy. This small amount of energy can come from a variety of sources, including low temperature levels. As energy sources, for example, serve electrical, geothermal or energy contained in an exhaust gas. The geothermal energy can, for example, be harnessed by a heat pump or used directly. In the present embodiment, an electrically heated gas heater 6 is used.
  • a control unit 7 controls the components of the evaporation system.
  • valves and process fluid line sections which open automatically from a predetermined pressure. All other valves used may be automatically, for example, electrically or pneumatically controllable valves, which are connected to the control unit (7).
  • the evaporator modules 4.1 and 4.2 are in operation, i. Evaporation and evaporator modules 4.3 and 4.4 are inoperative due to an iced outer surface of the star-shaped tubes of the diluent modules, i. Defrosting.
  • the valves are connected as follows.
  • the evaporator modules 4.3 and 4.4 are defrosted by a gas gas heater 6 additionally heated process gas stream.
  • the process fluid flows through the first line section 1.1 to the junction 2.1. Via the line section 1.2, the process liquid reaches the branch 2.2.
  • the process liquid is divided. It passes through two line sections 1.3 and 1.4 in the two evaporator modules 4.1 and 4.2.
  • the process liquid is passed through the air-heated tubes 8 and evaporated in this way, that is converted into the gaseous state.
  • the essential energy required for the evaporation of the process liquid is taken from the ambient air.
  • the process gas generated by the evaporator modules 4.1 and 4.2 enters at the outputs of the two evaporator modules 4.1 and 4.2 in the line sections 1.5 and 1.6, and flows to branch 2.3.
  • the two gas streams are brought together again and flow via the line section 1.7 and the branch 2.4 in the line section 1.15 to the gas heater. 6
  • the process gas is heated with a small amount of energy to a temperature above freezing.
  • the gas heater 6 works as a heat exchanger of a part of the process gas heated.
  • the additionally heated over the freezing point process gas flows through the outlet of the gas heater 6 in the line section 1.16 and from there into the line section 1.9.
  • the heated process gas is divided and fed via the two line sections 1.10 and 1.11 the icy pipes of the two evaporator modules 4.3 and 4.4.
  • the tubes of the evaporator modules 4.3 and 4.4 are defrosted by the heated process gas.
  • the evaporator modules 4.3 and 4.4 can be supplied as long as heated process gas until the tubes are completely defrosted.
  • the two process gas streams are brought together again.
  • the process gas flows to the branch 2.5, where it reaches the consumer 5 via the line section 1.8.
  • Via a corresponding control of the ball valves with actuator 3.11 and 3.27 it is possible to supply only part of the process gas to the gas heater 6 in order to defrost the iced evaporator modules.
  • the other part is supplied to the consumer 5 via the line section 1.7, the branch 2.5 and the line section 1.8.
  • the process just described can be reversed to use the evaporator unit B to evaporate the process liquid and defrost the evaporator unit A.
  • the electric valves 3.11, 3.15, 3.31 and 3.32 must be opened and the valves 3.3, 3.23, 3.27 and 3.30 must be closed compared with the previous valve position.
  • the parameters used by the control device are temperature measured values (not shown) via temperature sensors.
  • an evaporator unit is used for evaporation and the process gas temperature at the outlet of the evaporator unit drops as the operating time increases, then this is an indication of incipient icing of the evaporator unit.
  • the other evaporator unit can be put into operation and the iced evaporator unit can be defrosted. If, for example, an evaporator unit is thawed and the temperature difference of the process gas between the inlet of the evaporator unit and the outlet of the evaporator unit drops to a small value, which is smaller than a predetermined threshold value, it can be assumed that the evaporator unit has completely defrosted.
  • the invention relates to a device for vaporizing cryogenic media and to a method for defrosting an evaporator unit of such a device.
  • the device comprises at least two evaporator units, lines for supplying a process liquid to the inlet of the evaporator units and for discharging outlets of the evaporator units to a consumer, wherein the lines are connected such that the evaporator units can be charged alternately with process liquid.
  • This device is characterized in that further lines for the mutual transfer of process gas from an output of one of the two evaporator units to an input of the other evaporator unit, wherein in these lines a gas heater for heating the process gas is arranged. If the device is used exclusively for evaporation, both evaporator units are connected in parallel. If one of the two evaporator units is defrosted, then the two evaporator units are connected in series, the gas heater being arranged between the evaporator units.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verdampfen von crycgenen Medien und ein Verfahren zum Abtauen einer Verdampfereinheit (4.1- 4.4) einer solchen Vorrichtung. Die Vorrichtung umfasst zumindest zwei Verdampfereinheiten (4.1- 4.4), Leitungen zum Zuführen einer Prozessflüssigkeit zu Eingängen der Verdampfereinheiten (4.1- 4.4) und zum Abführen von Ausgängen der Verdampfereinheiten (4.1- 4.4) zu einem Verbraucher (5), wobei die Leitungen derart geschaltet sind, dass die Verdampfereinheiten (4.1- 4.4) abwechselnd mit Prozessflüssigkeit beschickbar sind. Diese Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass weitere Leitungen zum wechselseitigen Überführen von Prozessgas von einem Ausgang einer der beiden Verdampfereinheiten (4.1- 4.4) zu einem Eingang der anderen Verdampfereinheit (4.1- 4.4), wobei in diesen Leitungen ein Gaserwärmer (6) zum Erwärmen des Prozessgases angeordnet ist. Wird die Vorrichtung ausschließlich zum Verdampfen benutzt sind beide Verdampfereinheiten (4.1- 4.4) parallel geschaltet. Wird eine der beiden Verdampfereinheiten abgetaut, dann sind die beiden Verdampfereinheiten in Reihe geschaltet, wobei der Gaserwärmer (6) zwischen den Verdampfereinheiten (4.1- 4.4) angeordnet ist.

Description

Vorrichtung zum Verdampfen von crvogenen Medien und Verfahren zum Abtauen einer Verdampfereinheit einer solchen Vorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verdampfen von cryogenen Medien nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Abtauen einer Verdampfereinheit dieser Vorrichtung.
Eine solche Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruch 1 ist bekannt. Üblicherweise werden cryogene Medien in luftbeheizten Verdampfern vom flüssigen Zustand in den gasförmigen Zustand überführt. Dabei kommt es zu starker Eisbildung durch Luftfeuchtigkeitskondensation an den Rohren der Verdampfer. Diese Eisbildung kann so stark werden, dass es zu einem „Durchschlagen" der Verdampfer kommt und diese nicht mehr sicher und zuverlässig betrieben werden können.
Eine weitere aus dem Stand der Technik bekannte Möglichkeit zum Verdampfen cry- ogener Medien besteht in der Verwendung eines Wasserbadverdampfers. Dabei wird einem Röhrenwärmetauscher mittels Pumpen Prozesswasser zugeführt. Diesem Prozesswasser wird dann die notwendige Verdampfungs- und Erwärmungsenergie entzogen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs erläuterte Vorrichtung zum Verdampfen von cryogenen Medien weiterzubilden und ein Verfahren zum Abtauen einer Verdampfereinheit in dieser Vorrichtung zu schaffen, so dass eine ganzjährige Betriebsfähigkeit sichergestellt ist und die Vorrichtung kleiner dimensioniert werden kann. Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verdampfen von cryogenen Medien umfasst zumindest zwei Verdampfereinheiten,
Leitungen zum Zuführen einer Prozessflüssigkeit zu Eingängen der Verdampfereinheiten und zum Abführen von Ausgängen der Verdampfereinheiten zu einem Verbraucher, wobei die Leitungen derart geschaltet sind, dass die Verdampfereinheiten abwechselnd mit Prozessflüssigkeit beschickbar sind.
Diese Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass weitere Leitungen zum wechselseitigen Überführen von Prozessgas von einem Ausgang einer der beiden Verdamp- fereinheiten zu einem Eingang der anderen Verdampfereinheit vorgesehen sind, wobei in diesen Leitungen ein Gaserwärmer zum Erwärmen des Prozessgases angeordnet ist.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine vereiste Verdampfereinheit mittels des in die Vorrichtung integrierten Gaserwärmers, der einen Teilstrom des Prozessgases oder das gesamte Prozessgas erwärmt, abgetaut werden.
Die Erwärmung dieses bereits verdampften Gases auf eine Temperatur oberhalb des Gefrierpunkts benötigt nur eine geringe Menge an Energie. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es nicht notwendig die vereisten Rohre von Hand zu enteisen. Somit entfallen erhebliche Enteisungskosten bzw. werden beträchtlich reduziert.
Ein zuverlässiger Betrieb der Anlage ist das ganze Jahr über sichergestellt, da die vereisten Verdampferrohre jederzeit enteist werden können. Damit ist eine 5-10 fache Überdimensionierung, wie es bisher üblich ist, wenn die Anlagen für die maximale Belastung im Winter ausgelegt sind, überflüssig. Ohne Überdimensionierung sind der Platzbedarf und die Investitionskosten deutlich geringer.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammen- hang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in der einzigen Figur ein schematisches Schaltbild des erfindungsgemäßen Verdampfungssystems.
Ein flüssiges Prozessmedium wird im erfindungsgemäßen Verdampfungssystem ü- ber einen Verdampfungsprozess in den gasförmigen Zustand überführt. Im flüssigen Zustand wird das Prozessmedium als Prozessflüssigkeit bezeichnet im gasförmigen Zustand wird es als Prozessgas bezeichnet. Als Prozessmedien werden insbesondere Stickstoff (N2), Sauerstoff (O2), Argon (Ar), Kohlendioxid (CO2), Wasserstoff (H2) und deren Gemische verwendet. Als Gemisch wird vor allem ein Gemisch aus Argon und Sauerstoff verwendet.
Das Prozessmedium wird über einen ersten Leitungsabschnitt 1.1 dem Verdampfungssystem zugeführt.
Das erfindungsgemäße Verdampfungssystem weist zwei grundsätzlich unabhängige Verdampfereinheiten A und B auf. Im Folgenden wird der Aufbau des Verdampfungssystems zunächst anhand der Verdampfereinheit A erläutert.
Der erste Leitungsabschnitt 1.1 mündet in eine erste Abzweigung 2.1. Von der Ab- zweigung 2.1 werden die beiden Verdampfereinheiten A und B mit dem Prozessmedium versorgt.
Zur Versorgung der Verdampfereinheit A führt von der ersten Abzweigung 2.1 ein zweiter Leitungsabschnitt 1.2 zu einer zweiten Abzweigung 2.2. An der Abzweigung 2.2 teilt sich der Prozessmedienstrom zur Versorgung von zwei separaten Verdampfermodulen 4.1 und 4.2 in zwei Leitungsabschnitte 1.3 und 1.4 auf, die zu den jeweiligen Eingängen der Verdampfermodule 4.1 und 4.2 führen. Der Leitungsabschnitt 1.2 zwischen der ersten und zweiten Abzweigung 2.1 , 2.2 um- fasst ein Handventil 3.1 , ein Sicherheitsventil 3.2, ein Magnetventil 3.3 und ein Sicherheitsventil 3.4. Die Leitungsabschnitte 1.3 und 1.4 weisen jeweils ein Handventil 3.5 bzw. 3.6 auf.
An den Ausgängen des Verdampfermoduls 4.1 und 4.2 ist jeweils ein Leitungsabschnitt 1.5 bzw. 1.6 angeschlossen, die an einer dritten Abzweigung 2.3 zusammen- gefasst sind. Die Leitungsabschnitte 1.5 und 1.6 weisen jeweils ein Sicherheitsventil 3.7 bzw. 3.9 sowie einen manuell betätigbaren Kugelhahn bzw. einen Kugelhahn mit Stellantrieb 3.8 bzw. 3.10 auf.
Die dritte Abzweigung 2.3 ist über eine vierte Abzweigung 2.4 mit einer fünften Abzweigung 2.5 über einen Leitungsabschnitt 1.7 verbunden. Der Leitungsabschnitt 1.7 beinhaltet einen Kugelhahn mit Stellantrieb 3.11 und einen Kugelhahn 3.12.
Von der fünften Abzweigung 2.5 führt ein Leitungsabschnitt 1.8 zu einem Verbraucher 5.
Es besteht eine Verbindung zwischen dem Leitungsabschnitt 1.1 und dem Bereich des Leitungsabschnitts 1.2 zwischen dem Magnetventil 3.3 und den beiden Handventilen 3.5 und 3.6 über einen als Bypass wirkenden Leitungsabschnitt 1.19. Auf diese Weise kann der Prozessmedienstrom der Verdampfereinheit A zugeführt werden, ohne dass er die drei zur Abzweigung 2.1 benachbarten Ventile 3.1 , 3.2 und 3.3 durchströmen muss.
Die zur Verdampfereinheit A symmetrische Verdampfereinheit B wird ebenfalls über die Zuleitung 1.1 und die Abzweigung 2.1 mit dem Prozessmedium versorgt und besitzt den gleichen Aufbau wie die Verdampfereinheit A. Die Verdampfereinheit B um- fasst von der Abzweigung 2.1 bis zur Abzweigung 2.6 in entsprechender Weise einen Leitungsabschnitt 1.9 mit einem Handventil 3.13, einem Sicherheitsventil 3.14, einem Magnetventil 3.15 und einem Sicherheitsventil 3.16, eine sechste Abzweigung 2.6, zwei Leitungsabschnitte 1.10 und 1.11 , die jeweils ein Handventil 3.17 bzw. 3.18 beinhalten, zwei Verdampfermodulen 4.3 bzw. 4.4, zwei, jeweils ein Sicherheitsventil 3.19 bzw. 3.21 und einen manuell betätigbaren Kugelhahn bzw. einen Kugelhahn mit Stellantrieb 3.20 bzw. 3.22 aufweisende Leitungsabschnitte 1.12 bzw. 1.13, die in einer siebten Abzweigung 2.7 zusammengeführt sind, und einen, über eine achte Abzweigung 2.8, zur fünften Abzweigung 2.5 führenden Leitungsabschnitt 1.14 mit einem Kugelhahn 3.23 mit Stellantrieb und einen Kugelhahn 3.24 ohne Stellantrieb.
Um die zur Abzweigung 2.1 benachbarten Ventile 3.13 - 3.15 umgehen zu können, verbindet ein als Bypass dienender Leitungsabschnitt 1.20, entsprechend zum bereits beschriebenen Leitungsabschnitt 1.19, den Leitungsabschnitt 1.1 mit dem Lei- tungsabschnitt 1.9 über ein Handventil 3.26.
In das gesamte Verdampfungssystem ist ein Erwärmungssystem mit einem Gaserwärmer 6 integriert. Damit lässt sich das Prozessgas über den Gaserwärmer 6 zusätzlich erwärmen.
Ein an der vierten Abzweigung 2.4 abzweigender Leitungsabschnitt 1.15 führt über einen Kugelhahn 3.27 mit Stellantrieb und einen Kugelhahn 3.28 ohne Stellantrieb zum Eingang des Gaserwärmes 6. An einen Ausgang des Gaserwärmers 6 ist ein Leitungsabschnitt 1.16 angeschlossen, der über einen Kugelhahn 3.29 ohne Stellan- trieb und einen Kugelhahn 3.30 mit Stellantrieb in den Bereich des Leitungsabschnitts 1.9, zwischen dem Magnetventil 3.15 und den beiden Handventilen 3.17 bzw. 3.18, mündet.
Der Gaserwärmer 6 kann auf entsprechende Weise über Leitungsabschnitte 1.17, 1.18 und Kugelhähne mit Stellantrieb 3.31 , 3.32 über die Abzweigung 2.8 zwischen den Leitungsabschnitt 1.14 und den Leitungsabschnitt 1.2, im Bereich zwischen dem Magnetventil 3.3 und den beiden Handventilen 3.5 bzw. 3.6, zwischengeschaltet werden.
Die Verdampfermodule 4.1 - 4.4 sind Wärmetauscher mit meanderfömig verlaufenden Rohren 8, z.B. aus Aluminium - Stranggussprofilen. Die Rohre 8 können zur Vergrößerung der Oberfläche und dem damit verbundenen besseren Wärmeübergang mit Rippen 9 versehen sein, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel sternför- mig angeordnet sind. In den Verdampfermodulen 4.1-4.4 wird die Prozessflüssigkeit durch die höhere Temperatur der Umgebungstemperatur gegenüber der Prozessflüssigkeit in den gasförmigen Zustand des Prozessgases überführt.
Die Kapazität dieser Verdampfermodule liegt beispielweise im Bereich zwischen 25m3/h und 1500m3/h, wobei das zu verdampfende cryogene Medium bei einer Temperatur von ca. 200C über 8 Stunden verdampft wird.
Die beiden Verdampfermodule 4.1 und 4.2 der Verdampfereinheit A sind ebenso wie die beiden Verdampfermodule 4.3 und 4.4 der Verdampfereinheit B parallel geschaltet. Im normalen Verdampfungsbetrieb sind die beiden Verdampfereinheiten A und B ebenfalls parallel geschaltet. Wird hingegen die Verdampfereinheit A zum Abtauen der Verdampfereinheit B benutzt oder umgekehrt sind die Verdampfereinheiten A und B in Reihe geschaltet.
Der Gaserwärmer 6 ist ein Wärmetauscher, der gasdicht gegenüber hochreinem Gas ausgebildet ist. Die Erwärmung eines bereits verdampften Prozessgases auf eine Temperatur oberhalb des Gefrierpunkts erfordert lediglich eine geringe Menge an Energie. Diese geringe Energiemenge kann aus verschiedensten Quellen, auch nied- rigen Temperaturniveaus entstammen. Als Energiequellen können beispielsweise elektrische, geothermische oder in einem Abgas enthaltene Energie dienen. Die geo- thermische Energie kann beispielsweise durch eine Wärmepumpe nutzbar gemacht werden oder direkt eingesetzt werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein elektrisch beheizter Gaserwärmer 6 verwendet.
Eine Steuereinheit 7 steuert die Bauteile des Verdampfungssystems.
In allen Leitungsabschnitten, die durch Ventile begrenzt sind und die die Prozessflüssigkeit führen, besteht die Gefahr, dass bei geschlossenen Ventilen eine darin einge- schlossene cryogene Flüssigkeit verdampft und einen Druck erzeugt, dem der Leitungsabschnitt nicht widerstehen kann. Deshalb sind in diesen von Ventilen begrenzten und Prozessflüssigkeit führenden Leitungsabschnitten die Sicherheitsventile vorgesehen, die sich ab einem vorbestimmten Druck automatisch öffnen. Alle übrigen verwendeten Ventile können automatisch, beispielsweise elektrisch oder pneumatisch, ansteuerbare Ventile sein, die mit der Steuereinheit (7) verbunden sind.
Im Folgenden wird das Verfahren zum Abtauen von Verdampfungsanlagen für cryo- gene Medien anhand des oben beschriebenen Verdampfungssystems erläutert.
In dem in der Figur gezeigten Schaltungszustand sind die Verdampfermodule 4.1 und 4.2 in Betrieb, d.h. Verdampfen und die Verdampfermodule 4.3 und 4.4 sind aufgrund einer vereisten äußeren Oberfläche der sternförmigen Rohre der Verdarnpfer- module außer Betrieb, d.h. Abtauen. Dabei sind die Ventile folgendermaßen geschaltet.
Alle Handventile sind offen bis auf die Handventile 3.25 und 3.26, die geschlossen sind. Alle elektrischen Ventile sind offen bis auf die Ventile 3.11 , 3.15, 3.31 und 3.32, die geschlossen sind.
Die Verdampfermodule 4.3 und 4.4 werden über einen durch den Gaserwärmer 6 zusätzlich erwärmten Prozessgasstrom abgetaut.
Von einer Tankanlage (nicht dargestellt) strömt die Prozessflüssigkeit durch den ersten Leitungsabschnitt 1.1 zur Abzweigung 2.1. Über den Leitungsabschnitt 1.2 gelangt die Prozessflüssigkeit zur Abzweigung 2.2.
An der Abzweigung 2.2 wird die Prozessflüssigkeit aufgeteilt. Sie gelangt über zwei Leitungsabschnitte 1.3 und 1.4 in die beiden Verdampfermodule 4.1 und 4.2.
In den beiden Verdampfermodulen 4.1 und 4.2 wird die Prozessflüssigkeit durch die luftbeheizten Rohre 8 geführt und auf diese Weise verdampft, d.h. in den gasförmi- gen Zustand überführt. Die wesentliche zur Verdampfung der Prozessflüssigkeit benötigte Energie wird der Umgebungsluft entnommen. Das durch die Verdampfermodule 4.1 und 4.2 erzeugte Prozessgas tritt an den Ausgängen der beiden Verdampfermodule 4.1 und 4.2 in die Leitungsabschnitte 1.5 bzw. 1.6 ein und strömt so zur Abzweigung 2.3.
An der Abzweigung 2.3 werden die beiden Gasströme wieder zusammengeführt und strömen über den Leitungsabschnitt 1.7 und die Abzweigung 2.4 in den Leitungsabschnitt 1.15 zum Gaserwärmer 6.
Im Gaserwärmer 6 wird das Prozessgas mit einer geringen Menge an Energie auf eine Temperatur oberhalb des Gefrierpunkts erwärmt. Der Gaserwärmer 6 arbeitet als Wärmetauscher der einen Teil das Prozessgas erwärmt.
Das zusätzlich über den Gefrierpunkt erwärmte Prozessgas strömt durch den Ausgang des Gaserwärmers 6 in den Leitungsabschnitt 1.16 und von dort in den Lei- tungsabschnitt 1.9.
An der Abzweigung 2.6 wird das erwärmte Prozessgas aufgeteilt und über die beiden Leitungsabschnitte 1.10 und 1.11 den vereisten Rohren der beiden Verdampfermodule 4.3 und 4.4 zugeführt.
Die Rohre der Verdampfermodule 4.3 und 4.4 werden durch das erwärmte Prozessgas abgetaut. Den Verdampfermodulen 4.3 und 4.4 kann solange erwärmtes Prozessgas zugeführt werden bis die Rohre vollständig abgetaut sind.
Über die an die Ausgänge der Verdampfermodule angeschlossenen Leitungsabschnitte 1.12 und 1.13 gelangt das durch den Abtauvorgang abgekühlte Prozessgas zur Abzweigung 2.7.
An der Abzweigung 2.7 werden die beiden Prozessgasströme wieder zusammenge- führt. Über den Leitungsabschnitt 1.14 und die Abzweigung 2.8 strömt das Prozessgas zur Abzweigung 2.5, wo es über den Leitungsabschnitt 1.8 zum Verbraucher 5 gelangt. Über eine entsprechende Ansteuerung der Kugelhähne mit Stellantrieb 3.11 und 3.27 ist es möglich nur einen Teil des Prozessgases dem Gaserwärmer 6 zuzuführen, um damit die vereisten Verdampfermodule abzutauen. Der andere Teil wird über den Leitungsabschnitt 1.7, die Abzweigung 2.5 und den Leitungsabschnitt 1.8 dem Verbraucher 5 zugeführt.
Wenn die Verdampfereinheit A vereist ist und die Verdampfereinheit B sich gerade im Betrieb befindet kann der eben beschriebenen Prozess umgekehrt genutzt werden, um die Verdampfereinheit B zum Verdampfen der Prozessflüssigkeit zu nutzen und die Verdampfereinheit A abzutauen. Dafür müssen gegenüber der vorherigen Ventilstellung die elektrischen Ventile 3.11 , 3.15, 3.31 und 3.32 geöffnet werden und die Ventile 3.3, 3.23, 3.27 und 3.30 geschlossen werden.
Im Verdampfungsbetrieb ist es bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung, durch ent- sprechende Schaltung der Ventile und die parallele Anordnung der Verdampfermodule 4.1 , 4.2, 4.3 und 4.4, möglich aus den Verdampfermodulen 4.1, 4.2, 4.3 und 4.4 eines oder mehrere beliebige auszuwählen, welche zum Verdampfen genutzt werden sollen.
Sollte die Umgebungstemperatur zu gering sein und das Prozessgas nicht die vom Verbraucher gewünschte Temperatur erlangen, dann besteht die Möglichkeit das Prozessgas zusätzlich über den Gaserwärmer zu Erwärmen und dann dem Verbraucher zuzuführen
Als Parameter dienen der Steuereinrichtung über Temperatursensoren (nicht dargestellt) aufgenommene Temperaturmesswerte.
Wird bspw. eine Verdampfereinheit zum Verdampfen verwendet und sinkt mit steigender Betriebsdauer die Prozessgastemperatur am Ausgang der Verdampferein- heit, dann ist dies ein Zeichen für eine einsetzende Vereisung der Verdampfereinheit. Die andere Verdampfereinheit kann in Betrieb genommen werden und die vereiste Verdampfereinheit abgetaut werden. Wird bspw. eine Verdampfereinheit aufgetaut und sinkt die Temperaturdifferenz des Prozessgases zwischen dem Eingang der Verdampfereinheit und dem Ausgang der Verdampfereinheit auf einen kleinen Wert, der kleiner als ein vorbestimmter Schwellwert ist, kann davon ausgegangen werden, dass die Verdampfereinheit voll- ständig abgetaut ist.
Die Erfindung kann folgendermaßen kurz zusammengefasst werden:
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verdampfen von cryogenen Medien und ein Verfahren zum Abtauen einer Verdampfereinheit einer solchen Vorrichtung. Die Vorrichtung umfasst zumindest zwei Verdampfereinheiten, Leitungen zum Zuführen einer Prozessflüssigkeit zu Eingängen der Verdampfereinheiten und zum Abführen von Ausgängen der Verdampfereinheiten zu einem Verbraucher, wobei die Leitungen derart geschaltet sind, dass die Verdampfereinheiten abwechselnd mit Prozessflüssigkeit beschickbar sind. Diese Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass weitere Leitungen zum wechselseitigen Überführen von Prozessgas von einem Ausgang einer der beiden Verdampfereinheiten zu einem Eingang der anderen Verdampfereinheit, wobei in diesen Leitungen ein Gaserwärmer zum Erwärmen des Prozessgases angeordnet ist. Wird die Vorrichtung ausschließlich zum Verdampfen benutzt sind beide Verdampfereinheiten parallel geschaltet. Wird eine der beiden Verdampferein- heiten abgetaut, dann sind die beiden Verdampfereinheiten in Reihe geschaltet, wobei der Gaserwärmer zwischen den Verdampfereinheiten angeordnet ist.
Bezuqszeichenliste
1.1-1.20 Leitungsabschnitt
2.1-2.8 Abzweigung
3.1-3.32 Ventil
4.1-4.4 Verdampfermodul
5 Verbraucher
6 Gaserwärmer
7 Steuereinheit
8 Rohr
9 Rippe

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Verdampfen von cryogenen Medien mit -zumindest zwei Verdampfereinheiten (4.1 - 4.4),
-Leitungen zum Zuführen einer Prozessflüssigkeit zu Eingängen der Verdampfereinheiten (4.1 - 4.4) und zum Abführen von Ausgängen der Verdampferein- heiten (4.1 - 4.4) zu einem Verbraucher (5), wobei die Leitungen derart geschaltet sind, dass die Verdampfereinheiten (4.1 - 4.4) abwechselnd mit Prozessflüssigkeit beschickbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Leitungen zum wechselseitigen Überführen von Prozessgas von einem Ausgang einer der beiden Verdampfereinheiten (4.1 - 4.4) zu einem
Eingang der anderen Verdampfereinheit (4.1 - 4.4) vorgesehen sind, wobei in diesen Leitungen ein Gaserwärmer (6) zum Erwärmen des Prozessgases angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass jede Verdampfereinheit zumindest ein Verdampfermodul (4.1 - 4.4) aufweist das aus Rohren (8) aus Stranggussprofilen mit sternförmig angeordneten Rippen (9) ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaserwämer (6) ein elektrisch beheizter Gaserwärmer ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaserwämer (6) zum Zuführen von Energie an eine Erdwärmesonde gekoppelt ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im jeweiligen Leitungsabschnitt hin zu den beiden Verdampfereinheiten (4.1 - 4.4) jeweils zumindest ein Ventil (3.3, 3.15), und im jeweiligen Leitungsabschnitt weg von den beiden Verdampfereinheiten (4.1 - 4.4) jeweils zumindest ein Ventil (3.11 , 3.23), wobei im jeweiligen Leitungsabschnitt zum Gaserwärmer (6) zumindest jeweils ein Ventil (3.28), und im jeweiligen Leitungsabschnitt weg vom Gaserwärmer zumindest jeweils ein Ventil (3.29), vorhanden ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile automatisch ansteuerbare Ventile sind, die mit einer Steuer- einheit verbunden sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfereinheiten (4.1 - 4.4) jeweils zumindest einen Luftverdamp- fer aufweisen.
8. Verfahren zum Abtauen einer Verdampfereinheit (4.1 - 4.4) in einer Vorrichtung mit zumindest zwei Verdampfereinheiten (4.1 - 4.4) und einem Gaserwärmer (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-7, umfassend die folgenden Schritte
-Zuführen der Prozessflüssigkeit einer der beiden Verdampfereinheiten,
-Verdampfen der Prozessflüssigkeit zu einem Prozessgas,
-Zuführen zumindest eines Teils des Prozessgases zum Gaserwärmer (6), -Erwärmen dieses Teils des Prozessgases auf eine Temperatur oberhalb des Gefrierpunkts, und
-Zuführen des erwärmten Prozessgases zur anderen Verdampfereinheit zum Abtauen derselben.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturen und Drücke an den Ein- und Ausgängen der Verdampfereinheiten (4.1 - 4.4) und des Gaserwärmers (6) und die Umgebungstempe- ratur gemessen und an eine Steuereinheit (7) übertragen werden.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass Stickstoff (N2), Sauerstoff (O2), Argon (Ar), Kohlendioxid (CO2), Wasser- Stoff (H2) und/oder deren Gemische verdampft werden.
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