DE834860C

DE834860C - Verfahren und Einrichtung zur Verdampfung fluessiger Gase

Info

Publication number: DE834860C
Application number: DEB14713A
Authority: DE
Inventors: Anton Walter Freud; Adam Gregory Monroe
Original assignee: British Oxigen Ltd
Current assignee: BOC Group Ltd
Priority date: 1950-04-24
Filing date: 1951-04-24
Publication date: 1952-03-24
Also published as: GB696576A; FR1035930A; US2729074A

Description

(WJGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 24. MÄRZ 1952

B 14713} ο j 17 g

Middlesex (England)

sind als Erfinder genannt worden

Die vorliegende Erfindung )>ezieht sich auf die Verdampfung verflüssigter Gase mit niedrigem Siedepunkt, insibesondere auf die Verdampfung flüssigen Sauerstoffs und flüssigen Stickstoffs.

Gegenwärtig wird flüssiger Sauerstoff und flüssiger Stickstoff in der Regel in der Weise verdampft, daß das betreffende Gas durch einen Verdampfer, l>eispielsweise durch einen Röhrenverdampfer, hindurchgeführt wird, welcher durch direkte Berührung mit Dampf bzw. mit durch Dampf oder Elektrizität erwärmtem Wasser 1)eheizt wird. Die hierfür l>enöt igten Einrichtungen sind im allgemeinen kompliziert und teuer, insl>esondere dann, wenn der Sauerstoff unter hohem Druck zugeführt wird. Weiterhin ist die zur Aufbringung der erforderlichen Wärme verbrauchte Dampf- bzw. elektrische Energiemenge beträchtlich, so daß erhebliche Betriebskosten entstehen.

Um die Verwendung solch teurer Heizeinrichtungen zu vermeiden, wurde schon vorgeschlagen, die Atmosphäre als Heizmedium auszunutzen. In diesem Fall wird Energie lediglich «um Zwecke der Zuführung eines Luftstromes zur Verdampferoberfläche verbraucht. Die bisher vorgeschlagenen Verfahren konnten jedoch nur in sehr begrenztem Maße Anwendung finden, da sich infolge der Kondensation des in der Atmosphäre enthaltenen Wassers an der Oberfläche des das zu verdampfende, verflüssigte Gas enthaltenden Verdampfers Eisablagerungen bildeten. Die Ansammlung solcher Ablagerungen erschwert den Wärmeübergang zu der verdampfenden Flüssigkeit, verursacht also einen schlechten Wirkungs-

grad der Einrichtung und macht dieselbe fürDauerlx'trieb ungeeignet.

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Verdampfung verflüssigter Gase, infoesondere zur Verdampfung flüssigen Sauerstoffs oder flüssigen Stickstoffs, unter Verwendung der Atmosphäre als Heizmedium, ohne daß wesentliche Eisablagerungen entstehen. Der .Begriff Verdampfung bedeutet in diesem Rahmen nicht nur die Umwandlung kondensierten Gases in Dampf bei konstanter Temperatur, sondern auch die Erwärmung des so gebildeten Dampfes über die Verdampfiungstemperatur hinaus, jedoch nicht ülxr die Umgebungstemperatur hinaus.

Erfindungsgemäß besteht das Verfahren für die Verdampfung des verflüssigten Gases in der Hindurchführung des verflüssigten Gases durch einen Verdampfer unter mittelbarem Wärmeaustausch mit einem Strom atmosphärischer Luft, welcher außerhalb des Verdampfers vorbeigeführt wird, wobei die Verdampfungsbedingungen so gewählt sind, daß die Temperatur der Außenfläche des Verdampfers im wesentlichen nicht unter den Gefrierpunkt des Wassers bei atmosphärischem Dnuc.k fällt.

Um sicherzustellen, daß die Temperatur der Außenfläche des Verdampfers nicht unter diesen Wert fällt, muß ein rascher Wärmeübergang von der Luft zur Verdampferaberfläche herbeigeführt werden; zur Erreichung dieses Zieles muß einmal die Strömungsgeschwindigkeit der Luft entsprechend geregelt werden und zum anderen ein Verdampfer vorgesehen werden, dessen luftseitige Oberfläche im Verhältnis zu der Ol>erfläche auf Seite der zu verdampfenden Flüssigkeit groß ist.

Die Temperatur des Luftstromes wird infolge des an der Verdampferoberfläche stattfindenden Wärmeaustausches zwischen der vorbeistreichenden Luft und der Verdampferaberfläche fallen; die Größe dieses Temperaturabfalles wird in direktem Verhältnis zur Größe des Wärmeüberganges stehen, der seinerseits wieder von der Strömungsgeschwindigkeit der Luft abhängig ist; sie wird im umgekehrten Verhältnis zu der in der Zeiteinheit an der Verdampferoberfläche vorbeistreichenden Luftmenge stehen. Der Wärmeül>ergang von der Luft zur Verdampferoberfläche, der notwendig ist, um die Temperatur der Verdampferaberfläche am bzw. über dem Gefrierpunkt zu halten, kann dadurch erhalten werden, daß die Menge der vor1>eistreichenden Luft 'und die Strömungsgeschwindigkeit derselben jeweils so gewählt werden, daß ein großer Wärmeülxrgangswert erzielt wird und gleichzeitig die an dem Verdampfer vorl>eistreichende Luft nur einem geringen Temperaturabfall unterworfen ist. Der zulässige Temperaturabfall wird jeweils von der Anfangstemperatur und dem Feuchtigkeitsgrad der Luft abhängen. Im allgemeinen sollte die Lufttemperatur nicht unter 5⁰C abfallen.

Im Winter kann die Anfangstemperatur der Luft gelegentlich unter 0⁰C liegen, in welchem Fall der j kondensierte Wasserdampf unvermeidlich in Form von Eis auftritt. Unter solchen Bedingungen ist jedoch der Wassergehalt gesättigter Luft verhältnismäßig niedrig und es ist, wenn die Luft anfänglich nicht voll gesättigt ist, noch möglich, die Kondensation überhaupt zu verhindern, indem der Luftstrom so reguliert wird, daß die Luft nicht unter 7s ihre Kondensationstemperatur abgekühlt wird. Auch wenn diese Grenzbedingung etwas überschritten wird, werden die.\uswirkungen noch nacht schwerwiegend sein, da in einem solchen Fall die abgelagerte Eismenge klein sein wird.

Um zu gewährleisten, daß zwischen dem Luftstrom und der Oberfläche des Verdampfers ein guter Wärmeübergang stattfindet, ist es notwendig, daß der Verdampfer luftseitig im Verhältnis zu der Oberfläche der Seite, au welcher sich die zu verdampfende Flüssigkeit befindet, eine große Ol>erfläche besitzt. Vorzugsweise sollte das Verhältnis zwischen den beiden Olx?rflächen mindestens 10 : 1 sein. Wenn der Verdampfer ixMspielsweise ein Röhrenverdampfer ist, sollten die Röhren mit Lamellen oder Rippen ausgestattet sein, die in enger Berührung mit der Außenwandung der Röhren stehen bzw. die aus einem Stück mit diesen hergestellt sind. Diese Lamellen ver1>esseni den Wärmeübergang nicht nur dadurch, daß die wirk- g₀ same Oberfläche der Röhren vergrößert ist. sondern auch dadurch, daß in dem darül>er hinwegstreichenden Luftstrom ein hohes Maß von Turbulenz erzielt wird, wodurch bekanntermaßen der Wärmeübergang wesentlich verl>essert wird. Im Fall von Röhrenverdampfern hat es sich gezeigt, daß die gestellten Anforderungen durch die Verwendung von Lamellenröhren erfüllt werden, deren äußere Gesamtoberfläche nicht kleiner als das Zehnfache der Außenoberfläche der Röhren gleicher Dimensionen ohne Lamellen ist. Wenn die Lamellen senkrecht zur Röhrenachse angeordnet sind, sollte der Abstand zwischen den Lamellen 6 mm nicht ü1x>rschreiten.

Eine !bevorzugte Ausführungsform eines Verdampfers zum Gebrauch in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren l>esteht in einer Anzahl von Rippenrohren, die mit Verteilerrohren verbunden sind, die ihrerseits so angeordnet sind, daß der Sauerstoffstrom gezwungen ist, zweimal durch n₀ den Verdampfer hindurchzulaufen, das erste Mal im allgemeinen parallel zur Strömungsrichtung der Luft und das zweite Mal im Gegenstrom dazu. Diese Anordnung stellt sicher, daß der in den Verdampfer eintretende kalte, flüssige Sauerstoff zuerst an der warmen Luft vorlxMgeführt wird, so daß die Gefähr des Einfrierens an diesem linde vermindert ist, und daß der den Verdampfer verlassende gasförmige Sauerstoff ebenfalls an der warmen Luft vorbeigeführt wird, so daß das Gas den Verdämpfer mit der höchsten Temperatur verläßt. Wenn ein röhrenförmiger Verdampfer sowohl für die Verdampfung des flüssigen Sauerstoffs als auch für die darauffolgende Erwärmung des Dampfes auf die Umgebungstemperatur l>enutzt wird, dann stellt sich heraus, daß die Tendenz zur Eisab-

lagerung nur 1>ei denjenigen Röhren abtritt, in welchen der flüssige Sauerstoff verdampft wird, nicht jedoch in denjenigen Röhren, in welchen die Überhitzung des Dampfes stattfindet. In solchen Fällen kann ein zusätzlicher Schutz gegen die Ablagerung kleiner Eismengen dadurch vorgesehen sein, daß die Durchflußrichtung des flüssigen Sauerstoffs durch den Verdampfer periodisch umgekehrt wird, so daß die" Röhren an jedem Ende des Verdampfers abwechselnd zur Verdampfung und zur Überhitzung dienen. Durch diese Vorkehrung wird jegliche kleine Eisablagerung, die sich während einer Betriebsperiode im Verdampferteil des Verdampfers gebildet haben mag, während der darauffolgenden Betriebsperiode, in welcher der Flüssigkeitsdurchlauf umgekehrt stattfindet, wieder weggeschmolzen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Verfahren zur Verdampfung verflüssigter Gase, bestehend in der Hindurchführung des l>etreffenden verflüssigten Gases durch einen Verdampfer unter mittelbarem Wärmeaustausch mit einem außerhalb des Verdampfers vorbeigeführten Strom atmosphärischer Luft, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfungsbedingungen so gewählt sind, daß dieTemperafeur der Außenfläche des Verdampfers nicht wesentlich unter den Gefrierpunkt des Wassers bei atmosphärischem Druck fällt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Außenfläche des Verdampfers daran gehindert wird, unter den Gefrierpunkt des Wassers 'bei atmosphärischem Druck abzufallen, indem der in dem an idem Verdampfer vorixMstreicbenden Luftstrom entstehende Temperaturabfall entsprechend lxgrenzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem an dem Verdämpfer vonl>eistreichenden Luftstrom entstehende Temperaturabfall in der Weise begrenzt wird, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms entsprechend geregelt wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß das Verhältnis der der Luft ausgesetzten Oberfläche des Verdampfers zu der dem zu verdampfenden Gas ausgesetzten Oberfläche mindestens 10 : ι beträgt.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsrichtung des verflüssigten Gases durch den Verdampfer periodisch umgekehrt wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, daß als verflüssigtes Gas flüssiger Sauerstoff oder flüssiger Stickstoff dient.
7. Einrichtung zur Verdampfung verflüssigter Gase, bestehend aus einem Verdampfer, Einrichtungen zur Hindurchführung des verflüssigten Gases durch den Verdampfer und Einrichtungen zur Vorbeiführung eines Stromes atmosphärischer Luft mit bestimmter Geschwindigkeit außerhalb des Verdampfers unter mittelbarem Wärmeaustausch mit dem durch den Verdampfer hindurchströmenden verflüssigten Gas, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der dem Luftstrom ausgesetzten Verdampferoberfläche zu der dem verdampfenden, verflüssigten Gas ausgesetzten Verdampferoberfläche mindestens 10 : ι beträgt.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer ein Mehrröhrenverdampfer ist, daß ferner die einzelnen Röhren mit äußeren Lamellen ausgestattet sind, die sich in unmittelbarer Berührung mit der Röhrenoberfläche befinden, oder die mit den Röhren aus einem Stück bestehen, daß weiterhin die genannten Lamellen senkrecht zur Röhrachse angeordnet sind, und daß endlich dieselben in einem Abstand von nicht mehr als 6 mm voneinander angebracht sind.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhren miteinander so verbunden sind, daß ein zweimaliger Durchlauf des verflüssigten Gases in bezug auf den Luftstrom stattfindet, daß ferner die allgemeine Strömungsrichtung des verflüssigten Gases im ersten Durchlauf parallel zu dem Luftstrom ist und daß endlich dieselbe im zweiten Durchlauf im Gegenstrom zu diesem steht.

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