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Vorrichtung zum Verdampfen von Flüssigkeiten.
In Verdampfvorrichtungen mit langen senkrechten Röhren sind die Bedingungen, unter denen die Flüssigkeit siedet, aus zwei Gründen ungünstig :
1. In dem unteren Teil der Röhren können sich infolge des von der Flüssigkeit selbst ausgeübten Druckes keine Dampfblasen bilden. Die Flüssigkeit überhitzt sich, und es tritt daher eine Verminderung der Aufnahme von Wärme ein, weil sich der Temperaturabfall vermindert.
2. In dem oberen Teil tritt der andere Übelstand ein, dass nicht mehr ein Flüssigkeitsstrom umläuft, der sich mit grosser Geschwindigkeit bewegt, sondern eine schaumige Masse, die nicht mehr dieselbe Fähigkeit hat, Wärme aufzunehmen. An Stelle der bekannten Erscheinung der Emulsion, bei welcher eine Kette von aufeinanderfolgenden Zylindern aus Wasser und Dampf den ganzen Querschnitt der Röhren einnimmt, befindet sich in der Mitte der Röhren nur noch Dampf, während die Flüssigkeit unter dem Einfluss des strömenden Dampfes mit geringer Geschwindigkeit in dünner Schicht, die in konzentrisehen Ringen gestreift ist, gewissermassen an den Wänden der Röhren hochklettert. Die Aufnahme von Wärme ist viel schlechter.
Gemäss der Erfindung werden diese beiden Mängel zugleich beseitigt, indem die Flüssigkeit genötigt wird, unten mit grosser Geschwindigkeit in die Röhren einzutreten.
Als dann kann nämlich in dem unteren Teil keine Überhitzung mehr eintreten, weil die Flüssigkeit nicht ganz eine Sekunde braucht, um die ganze Länge der Röhren zu durchlaufen. Die Flüssigkeitsteilchen stehen daher nicht mehr unter hydrostatischem Überdruck, sondern werden im Gegenteil durch eine Kraft von unten nach oben gesaugt, die grösser ist als das Gewicht der Wassersäule. Alle bei der Berührung mit der heissen Wand entstehenden kleinen Dampfblasen werden sofort durch die Heftigkeit des Stromes losgerissen und nach den oberen Teilen hin mitgerissen.
Im oberen Teil der Röhren, der alsdann reichlich mit Flüssigkeit versehen ist, kann infolge dessen das beträchtliche Ausströmen von Flüssigkeit nur unter der Bedingung in ausreichendem Masse stattfinden, wenn die Flüssigkeit aus dem vollen Röhrenquerschnitt, also als Emulsion, ausgeblasen wird und nicht mehr nur an den Wandungen aufsteigt. Damit sind die gewünschten Bedingungen gegeben.
Die Vorrichtung, mittels welcher der schnelle Umlauf der zu verdampfenden Flüssigkeit erhalten werden kann, ist dadurch gekennzeichnet, dass mit einem senkrechten Röhrenbündel aus Röhren von ungefähr 3 m Länge oder mehr ein seitliches Rohr von grossem Querschnitt für den Rücklauf der Flüssigkeiten verbunden ist, wobei das Ganze eine Einheit bildet, in der der Kreislauf der Flüssigkeit vollständig unumkehrbar ist.
In der Zeichnung ist beispielsweise eine Ausführungsform einer solchen Vorrichtung dargestellt.
Fig 1 ist eine Ansicht, teilweise im Schnitt.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, besteht die Vorrichtung aus einem Kessel A, der ein Röhren- bündel a ; enthält. Über dem Kessel liegt eine Kammer B von geringer Höhe ; sie ist mit einem durch Bolzen befestigten Deckel C verschlossen, der leicht zu öffnen ist. Diese Kammer hat seitlich einen weiten Rohransatz D, der so gross ist, dass er den aus den Röhren austretenden Strom von Flüssigkeit und Dampf leicht durchtreten lässt.
Eine im rechten Winkel gebogene wagrechte Scheidewand E hält die mitgerissenen Flüssigkeitsteile zurück und zwingt sie, in einen seitlichen Zylinder F zu fallen, während der Dampf seine Richtung ändert und in ein zylindrisches Ableitungsrohr G und von da in ein Sicherheitsgefäss oder einen Schaum- fänger H aufsteigt.
Der Zylinder F, der zur Trennung der Flüssigkeit und des Dampfes dient, setzt sich in seinem unteren Teil in ein sehr weites Rohr J fort, das dazu dient, die Flüssigkeit in eine untere Kammer K des Röhrenkessels zu leiten, aus der die Verdampfungsröhren gespeist werden.
Wenn man dem Rohr J einen Querschnitt gleich dem Gesamtquerschnitt der Röhren in A geben würde, so ist ersichtlich, dass man in J eine Abstiegsgeschwindigkeit hervorrufen müsste, die gleich derjenigen ist, die man in den Röhren haben will, z. B. 2 m. Die Höhe der zur Erzielung dieser Geschwindigkeit
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In der dargestellten Vorrichtung beträgt die nach dem Gesetz der kommunizierenden Gefässe berechnete Flüssigkeitshöhe bereits rund 1 m über der unteren Röhrenplatte. Man kann also nicht noch eine Flüssigkeitssäule von 3-26 m hinzufügen, was 4-26 en ergeben würde, da die vorhandenen Röhren nur 4 m lang sind.
Der Querschnitt von J muss in dem Beispiel also zwischen einem Viertel und einem Drittel des Gesamtquerschnittes der Röhren liegen, damit man an deren unterem Ende eine Geschwindigkeit von 2 m erzielen kann.
Wegen der grossen Zuströmungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit ist es zweckmässig, eine gleichförmige Verteilung auf alle Röhren zu sichern. Diese Bedingung wird erfüllt, indem man die Flüssigkeit durch ein Rohr zutreten lässt, das sich nach unten öffnet. Diese Flüssigkeit verliert so ihre übermässige Geschwindigkeit in der Richtung von oben nach unten. Die Geschwindigkeit sinkt bis auf Null und vermehrt sich dann in entgegengesetztem Sinne bis zu den Röhrenmündungen.
Die Umkehrung der Bewegungsrichtung verursacht einige Wirbel, vermöge deren die suspendierten Teile in den unteren Kegel fallen. Die Kammer K bildet also einen Schlammfänger, der sehr kräftig wirkt, weil infolge der starken Erweiterung die Kammer einen etwa dreimal so grossen Querschnitt hat, wie die Röhren, so dass die Aufstiegsgeschwindigkeit der Flüssigkeit dort nur knapp ein Drittel derjenigen in den Röhren beträgt.
Die günstigste Geschwindigkeit, die man der Flüssigkeit an der unteren Mündung der Röhren geben muss, ist praktisch diejenige, bei der die Zylinder aus Wasser und Dampf bis zur oberen Mündung der Röhren gelangen können, ohne zerstört zu werden. Da man nun dieselbe Vorrichtung zeitweise mehr oder weniger schnell arbeiten lassen muss, ist es zweckmässig, den Flüssigkeitsaustritt ändern zu können, je nachdem man die Verdampfungsgeschwindigkeit erhöhen oder im Gegenteil mässigen will. Dies wird durch die Vorrichtung nach Fig. 2 ermöglicht.
Zu diesem Zweck ist das Rückflussrohr mit einer kreisförmigen Öffnung S versehen, die durch eine bewegliche Scheibe T verschlossen ist, deren Durchmesser etwas kleiner als der der Öffnung ist.
Wenn der Verschluss ganz geöffnet ist, ist der Flüssigkeitsaustritt am grössten. In dem Masse aber, wie man die Öffnung schliesst, vermindert sich der Zutritt zu den Röhren, die Emulsion kann nicht mehr bis oben bestehen bleiben und wird von einer gewissen Höhe ab durch das Aufsteigen der Flüssigkeit an der Wandung ersetzt, so dass die Verdampfung abnimmt.
In dem Masse, wie man die Verdampfung beschleunigen will, senkt man die Scheibe T bis in die punktiert gezeichnete Stellung T\ indem man ein Handrad VI betätigt. In dieser Endstellung ist der Durchtrittsquerschnitt gleich demjenigen des Rücklaufrohres M, d. h. gleich etwa einem Drittel des Gesamtquerschnittes der Röhren..
Mittels dieser Drosselscheibe T kann der Arbeiter durch Versuche die Stellung finden, bei welcher der Röhrenkessel den besten Verdampfungseffekt bei geringstem Temperaturabfall liefert.
Bei vollständiger Öffnung des Durchtrittes sind die in die Röhren aufsteigenden Flüssigkeitsvolumina sehr erheblich und können sich bei grossen Apparaten auf mehrere Kubikmeter in der Sekunde belaufen. Man muss also diesem Flüssigkeitsstrom einen ausreichenden Durchlass zu dem seitlichen Abscheider F (Fig. 1) verschaffen. Wenn die Flüssigkeit nicht schnell genug abfliesst, so staut sie sich, hindert den Austritt von Dampf aus den Röhren und kann sogar in diese zurücktreten, sie würde also den regelmässigen Umlauf stören. Es muss aber der Zweck erreicht werden, dass der heftige Umlauf der Flüssigkeit vollkommen in nicht umkehrbarer Richtung verläuft.
In Fig. 2 ist eine Vorrichtung dargestellt, mittels deren diese Bedingung selbst bei grossen Durchmessern verwirklicht werden kann. Bei dieser Vorrichtung ist die obere Röhrenplatte nach D hin geneigt, so dass sie emulgierte Flüssigkeit in einen Ringkanal d und von da in dem Rohrstutzen D leitet. Dieser Ringkanal hat einen umso grösseren Querschnitt, je mehr er sich dem Rohrstutzen D nähert. Man könnte auch eine gewölbte Röhrenplatte verwenden, wodurch ebenfalls der Abfluss der Flüssigkeit erleichtert
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auf die Röhrenplatte fliessende Flüssigkeit nicht in die Röhren zurückgelangen kann.
Es ist ohne weitere Erläuterung ersichtlich, dass diese verschiedenen Mittel dem gewünschten Zweck gut entsprechen und den schnellen Abfluss der Flüssigkeit nach D sichern, ohne dass ein Rückfluss zu den Röhren möglich ist. Gleichzeitig wird der Kraftverlust durch Wirbel auf ein Mindestmass zurückgeführt und somit eine Ersparnis an Wärmeeinheiten erzielt.
Da diese Vorrichtungen mit Mehrfachverdampfung arbeiten sollen, ist es mit Rücksicht auf die im Verhältnis zu den verdampften Massen geringe Flüssigkeitsmenge wichtig, in der Gesamtheit des Mehrfachverdampfers eine sehr regelmässige Erhitzung zu sichern, trotzdem Änderungen des Druckes in den Kesseln unvermeidlich sind.
Diese Regelung erfolgt mittels eines einstellbaren Dampfreglers, der aus zwei durch ein Tauchrohr W verbundenen Behältern U, V besteht. Der Röhrenkessel überträgt seinen Druck durch ein Rohr u auf den unteren Behälter. Die Flüssigkeit steigt in den oberen Behälter V und hebt einen Schwimmer v, der durch ein Hebelsystem auf das Dampfregelungsventil wirkt. Der Druck wird von demjenigen
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einem Druck von etwa 1-50 bis 1. 90 m entspricht. Diese Grenzen sind im allgemeinen für die verschiedenen Arten des Ganges der Vorrichtung ausreichend.
Das ausbalancierte Ventil 1 dieses Reglers regelt den Zutritt von zusätzlichem Frischdampf in dem ersten'Verdampfungskörper, während die Abdämpfe frei und in ihrer Gesamtheit einströmen.
Es sei angenommen, dass die Hähne 3,4 und 5 geschlossen sind. Die Flüssigkeit in dem unteren Behälter U stellt sich dann auf die Höhe des Überlaufstutzens 2 ein. Der Regler stellt dann in dem
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Temperaturabfälle werden entsprechend vermehrt und die Vorrichtung liefert eine stärkere Verdampfung.
Es ist selbstverständlich, dass die Abmessungen des Reglers je nach dem wirklichen Druck geändert werden müssen, der in dem als Grundlage der Regelung gewählten Verdampfungskörper herrscht. Wenn man einen regelmässigen Druck von 0. 5 leg erreichen will, müssen die beiden Behälter des Reglers so weit voneinander entfernt sein, dass der mittlere Druck h-h'eine Standänderung von etwa 5 m ergibt.
Zufuhrregelung. Die zugeführte Flüssigkeit tritt durch einen Rohrstutzen N ein. Sie mischt sich alsbald mit der Masse der in starkem Umlauf befindlichen Flüssigkeit und nimmt die mittlere Temperatur an, ehe sie in den Röhren erhitzt wird.
Die konzentrierte Flüssigkeit muss im allgemeinen ununterbrochen austreten, um zu den folgenden Verdampfungskörpern zu gelangen.
Fig. 1 zeigt, dass ein selbsttätiger Austritt sehr bequem zu erzielen ist. In F wird ein sehr kräftiger Schwimmer 1 angeordnet, der durch ein Hebelsystem ein Drosselventil P beeinflusst, das den Flüssigkeitsaustritt mehr oder weniger drosselt.
Der Schwimmer 1 wird oben durch eine Stange 11 geführt, die ihrerseits durch eine Metallscheibe g senkrecht gehalten wird. Diese Scheibe hat aussserdem den Zweck, den Schwimmer gegen den unmittelbaren Darauffluss der aus D austretenden Flüssigkeit zu schützen.
Die neue Vorrichtung ist für kleine und grosse Leistungen anwendbar und ermöglicht die Ausnutzung sehr geringer Temperaturunterschiede zwischen dem Heizdampf und der verdampften Flüssigkeit.
Die beschriebenen Vorrichtungen stellen nur Beispiele dar. Die Formen, Abmessungen und Einzelheiten können je nach dem Sonderfall ohne Änderung des Wesens der Erfindung Abweichungen aufweisen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Verdampfen von Flüssigkeiten, bei welcher die zu verdampfende Flüssigkeit ohne Verwendung äusserer Hilfsmittel mit so grosser Geschwindigkeit in Verdampfungsröhren getrieben wird, dass kein Aufsteigen der Flüssigkeit an den Rohrwandungen, sondern eine Emulgierung stattfindet und die mit einem senkrechten Bündel langer Verdampfungsröhren (a) versehen ist, das mit einem einzigen seitlichen Rückleitungsrohr (J) von grossem Querschnitt zwecks Erleichterung des lebhaften Umlaufes der zu verdampfenden Flüssigkeit in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Rückleitungsrohres (g) mindestens ein Sechstel und vorzugsweise ein Drittel bis die Hälfte des Gesamtquerschnittes der Röhren (a) beträgt, wobei in dem Rückleitungsrohr (J)
ein von aussen zu betätigender Abschlusskörper (T) angeordnet ist, mittels dessen der Umlauf auf die für den Verdampfungseffekt günstigste Geschwindigkeit eingestellt werden kann.