DD147912A5 - Fluessigkeitsverteiler fuer waermeaustauscher mit vertikalen rohren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gleichmaeszigen filmfoermigen Verteilung einer Fluessigkeit innerhalb eines vertikalen Rohres, wie sie beispielsweise Duennschichtverdampfer mit vertikalen Rohrbuendeln, Fallfilmabsorbern oder aehnlich aufgebauten Waermeaustauschern benoetigt werden. Der zylindrische Verteiler wird in den oberen Teil des Rohres eingesetzt und weist unten eine insbesondere kegelstumpffoermige Ausnehmung auf sowie im Zylindermantel schraubenfoermig angeordnete Rillen fuer den Fluessigkeitsdurchgang.

Description

Berlin, 17- 3. 1980

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Flüssigkeitsverteiler für Wärmeaustauscher mit vertikalen Rohren

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsverteiler zur Verteilung einer Flüssigkeit in Form eines Films an der Innenseite vertikaler Rohre, insbesondere in Filin-Wärmeaustauschern·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die -Verteilung einer Flüssigkeit in Form eines Films in einem Wärmeaustauscher ist von besonderer Bedeutung, da Film-Wärmeaustauscher in zunehmendem Maße für die Zufuhr oder Abfuhr von Wärme zur Anwendung gelangen» Ein bekanntes System zum Wärmeübergang durch teilweise Verdampfung einer flüssigen Phase oder Absorption einer Dampf- oder Gasphase in einer flüssigen Phase sind Dünnschichtverdampfer bzw. Fallfilmabsorber. Bei diesem System wird an den inneren Wandungen von vertikalen Rohren, die als eigentliche wärmeübertragende Fläche (Heizfläche) wirken, eine gleichmäßige Flüssigkeitsschicht gebildet, welche unter der Einwirkung der Schwerkraft entlang der Rohrwände von oben nach unten fließt.

Eine derartige Vorrichtung besteht aus einer oberen Sammelkammer für Flüssigkeit, deren Boden die obere Rohrplatte für das Rohrbündel darstellt, und einer unteren Sarnmelkammer, deren Decke die untere Rohrplatte für das Rohrbündel ist.

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Die oberen Rohrenden, über welche die Flüssigkeit eintritt, bleiben nicht frei, weil sonst die Flüssigkeit über die Wände hinweg laufen würde, anstatt an diesen einen gleichmäßigen Film zu bilden· Die Eintrittsseiten der Rohre sind daher mit einem entsprechenden Verteiler zu versehen, der die Ausbildung des Films begünstigt.

Üblicherweise sind solche Verteiler Rohrstücke, welche oben eine Reihe von tangentialen Bohrungen oder Schlitze auf v/ei sen, durch welche die Flüssigkeit strömen kann. Werden diese Rohrstücke nun in Drehung gesetzt, so wird der gesamte innere Umfang des Verteilerrohrs benetzt und damit an der Innenfläche der Fallrohre ein Flüssigkeitsfilm ausgebildet.

Sind jedoch diese Rohrstücke nicht exakt gearbeitet, so kann es innerhalb eines Teils des Rohrs zur Tropfenbildung kommen, also nicht zu einer Strömung entlang der Wand, Darüber hinaus beanspruchen diese Verteilerrohre in dem oberen Teil des Fallrohrs viel Raum, womit die verfügbare Heizfläche verringert wird.

Ein v/eiterer Nachteil dieser Art von Rohrstücken bei korrosiven Flüssigkeiten ist das Auftreten von schweren Korrosionserscheinungen in den Rohren unmittelbar unterhalb dieses Rohrteils. Dies beruht auf einer gewissen Turbulenz beim Übergang von der Wand des Rohrteils auf die Wand des Fallrohrs.

Ein weiterer beträchtlicher Nachteil sind die mit der Kompliziertheit verbundenen Herstellungskosten und die strengen Anforderungen an die Toleranz bei den Bohrungen des Rohrteils, dessen Bohrungen tangential in die innere zylindrische oder konische Fläche des Rohrteils münden.

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Ziel der Erfindung

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Ziel der Erfindung ist es, einen einfachen, korrosionsbeständigen und funktionssicheren Flüssigkeitsverteiler für Fallrohre von Wärmeaustauschern vorzuschlagen«

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flüssigkeitsverteiler zu schaffen, der eine einwandfreie Flüssigkeitsfilmbildung an der Innenwand vertikaler Rohre in einem breiten Bereich der Strömungsgeschwindigkeit gewährleistet, wobei diese Schwankungen in der Strömungsgeschwindigkeit vorübergehend und momentan oder während bestimmter Wartungs- und Reinigungsarbeiten eintreten können.

Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Flüssigkeitsverteiler aus einem massiven Zylinder besteht, der in der Art eines Stopfens in jedes Fallrohr an der oberen Rohrplatte des Rohrbündels eingesetzt wird. Der Zylinder weist oben einen Rand auf, womit die Eindringtiefe in das Fallrohr begrenzt wird.

Weiterhin weist der Zylinder unten eine Vertiefung auf, womit sich eine untere Kante in Form eines Kreisringes bildet. Die Vertiefung ist vorzugsweise kegelstumpfförmig, wobei die Neigung der Mantelfläche zwischen 20° und 60°, vorzugsweise 45°, betragen kann und die obere Fläche eben ist. In der Mantelfläche dieses Zylinders sind mit einem Rand versehene schraubenförmige Rillen vorgesehen, deren Tiefe geringer ist als die Breite des kreisförmigen Randes. Es können minimal zwei Rillen vorhanden sein. Die maximale Anzahl hängt von den Dimensionen des Zylinders ab und damit auch von dem Fallrohr, soll jedoch in jedem Fall nicht mehr als Zwanzig betragen.

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Auch die Rillen sind mit einem Rand versehen· Sie erstrecken sich über die Außenfläche des Zylinders schraubenförmig mit einer Steigung zwisehen 180° und 18°.

Die Rillen haben vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt, können aber auch einen vieleckigen oder runden Querschnitt haben. Die maximale Tiefe der Rillen liegt zwischen 0,05 und 10 mm und ist geringer als die Stärke des Basisrandes,

Der erfindungsgemäße Flüssigkeitsverteiler arbeitet wie folgt:

Die Flüssigkeit, welche auf der oberen Rohrplatte des vertikalen Rohrbündels steht, tritt ein in den Kanal, der von der Rille und der Innenfläche des Fallrohrs, in welches der Zylinder eingesetzt ist, gebildet wird, läuft durch diesen ganzen Kanal und wird unter dem Zylinder in Form eines Films über die ganze Wand des Fallrohrs verteilt.

Der erfindungsgemäße Flüssigkeitsverteiler eignet sich für einen breiten Bereich der Strömungsgeschwindigkeit, so daß eine einwandfreie Filmbildung an der Innenseite der Fallrohre sowohl bei hoher Strömungsgeschwindigkeit als auch bei sehr geringer Strömungsgeschwindigkeit gewährleistet wird. Solche weiten Schwankungen in der Strömungsgeschwindigkeit'können vorübergehend und momentan sein oder während bestimmter Wartungsarbeiten, wie zum Reinigen, z. B. Waschen mit Chemikalien, erforderlich werden.

Ausführungsbeispiel

An Hand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: eine Gesamtanlage zur Wärmeübertragung einschließlich des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsverteilers;

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Fig. 2: einen vereinfachten Schnitt entlang A-A aus Pig. 3;

Pig· 3: eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Flüssigkeitsverteiler und

Fig· 4: eine Seitenansicht des Verteilers, aus der sich die Rillen entnehmen lassen·

Die Anlage nach Fig. 1 umfaßt die obere mit Flüssigkeit 7 gefüllte Flüssigkeitskaminer 1 mit der oberen Rohrplatte 2, dem Bündel der Fallrohre 3 und die untere Flüssigkeitskammer 5, abgedeckt mit der unteren Rohrplatte 4. Im oberen Teil der Fallrohre sind die Flüssigkeitsverteiler 6 eingesetzt. Die konstruktiven Details des Verteilers gehen aus den Fig. 2 bis 4 hervor. Der Flüssigkeitsverteiler 6 besteht aus einem Zylinder 8, der mit engem Spiel und geringem Druck vollständig in den oberen Teil des Fallrohrs eingesetzt ist und in diesem durch den Rand 9 gehalten wird. Der Verteiler wei3t unten eine konvexe Ausnehmung 10 auf (kegelstumpfförmig), deren Mantelfläche 11 z. B. um 45° geneigt.ist und deren obere Fläche 12 eben ist.

Bevorzugt sind sechs Rillen 13 vorgesehen, jedoch kann die Anzahl der Rillen je nach den Anforderungen größer oder kleiner sein. Die Neigung der Rillen ist normalerweise 45°, jedoch kann diese je nach den Anforderungen auch größer oder kleiner sein.

Die Tatsache, daß die Flüssigkeit bereits in Berührung mit der Innenwand des Fallrohrs ist, wenn sie durch die Rillen fließt, vermeidet das Problem, welches sich bei den üblichen Verteilern in Form von Rohrstücken ergeben, wenn der Flüssigkeitsfilm über die Stufe gelangt, die zwischen dem Rohrte.il und dem Fallrohr besteht und wo es bei korrosiven Flüssigkeiten durch die Turbulenz zu schweren Korrosionen kommt, wie oben bereits darauf hingewiesen.

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Sechs Rillen mit einer Neigung von 45° können als Optimum angesehen werden, um Kontinuität des Flüssigkeitsfilms in einem extrem kleinen Abstand unter dem Verteiler zu erreichen. Der Verteiler reicht in das Fallrohr nicht weit hinein, so daß die Summe der Verteilerhöhe und der Strecke bis zur Ausbildung eines kontinuierlichen Films im allgemeinen nicht die normale Dicke der Rohrplatte übersteigt, wodurch für die Ausbildung des Flüssigkeitsfilms keine Heizfläche oder Austauscherfläche geopfert werden muß.

Die kegelstumpfförmige Ausnehmung 10 mit ihrer Mante!fläche 11, deren Neigung etwa 45 beträgt, verhindert aufgrund der Haftung des Flüssigkeitsfilms an der unteren Fläche des Verteilers, daß die Flüssigkeit gegen die lütte des Fallrohrs läuft, wodurch ein Teil der Flüssigkeit für die Filmbildung verloren ginge. Der verbleibende Ring um die Ausnehmung 10 muß immer stärker sein als die Tiefe der Rillen, um die an- -gestrebte Arbeitsweise zu gewährleisten.

Aus den Fig. 2 bis 4 ist auch die Einfachheit und Widerstandsfähigkeit des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsverteilers ersichtlich, welcher bei Gewährleistung der Funktionsfähigkeit einen minimalen Aufwand für die Herstellung erfordert.

Claims (6)

17. 3. 1980 56 638/13 21765 1 -τ- Erfindungsanspruch.

1# Flüssigkeitsverteiler für Dünnschichtverdampfer, Fallfilmabsorber oder ähnliche Wärmeaustauscher mit vertikalen Rohren, gekennzeichnet durch einen massiven Zylinder (8) mit einem Rand (9) zur Begrenzung der Einsatztiefe in das Rohr, eine Ausnehmung (10), so daß an der unteren Fläche . ein kreisförmiger Rand verbleibt, sowie mit einem Rand versehene schraubenförmige Rillen (13) am Zylindermantel, deren Tiefe geringer ist als die Breite des kreisförmigen Randes.

2. Flüssigkeitsverteiler nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Rillen eine Steigung von 180° bis 18° haben.

3# Flüssigkeitsverteiler nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Rillen im Querschnitt polygon oder rund, vorzugsweise jedoch rechteckig sind.

4. Flüssigkeitsverteiler nach Punkt 1 bis 3» gekennzeichnet dadurch, daß zwei bis zwanzig Rillen vorhanden sind.

5. Flüssigkeitsverteiler nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Rillen eine maximale Tiefe von 10 mm besitzen.

6. Flüssigkeitsverteiler nach Punkt 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Ausnehmung (10) .kegelstumpfförmig ist und eine ebene obere Fläche (12) und eine in einem Winkel von 20° bis 60°, vorzugsweise 45°, geneigte Mantelfläche (11) besitzt.

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