DD239258B1

DD239258B1 - Vorrichtung zur waermeuebertragung

Info

Publication number: DD239258B1
Application number: DD27840985A
Authority: DD
Inventors: Helmut Rosenstock; Wolfgang Adolph; Klaus Schoenwaelder; Harald Boettcher; Karl-Heinz Scholz
Original assignee: Dsf Waermeanlagenbau
Priority date: 1985-07-09
Filing date: 1985-07-09
Publication date: 1988-10-26
Also published as: DD239258A1; DE3626140A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erwärmen von Wasser mit Dampf nach dem Mischvorwärmerprinzip. Es wird eine in der zu erwärmenden Flüssigkeit angeordnete, aus einem Dampfverteilerkörper bestehende Vorrichtung vorgeschlagen, deren Ansaugöffnungen für die Flüssigkeit in geringem Abstand Mischrohre zugeordnet sind, wobei die einander gegenüberliegenden Durchmesser der Ansaugöffnung und des Mischrohres identisch sind. In die Grenzschicht der Flüssigkeitssäule wird dadurch mit einem Beschieunigungsimpuls ein ringförmiger Dampffilm eingetragen, so daß 1,1 bis 1,3% des Enthalpiegefälles zwischen dampfförmiger und flüssiger Phase in Geschwindigkeit umgesetzt werden (Figur).

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung wird in der Energie- und Verfahrenstechnik angewendet und bezieht sich auf die kontinuierliche Wärmeübertragung bei direkter Berührung zwischen einem wärmeabgebenden, dampfförmigen und einem wärmeaufnehmenden, flüssigen Stoffstrom.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Zum Aufheizen von Wasser durch direkte Einführung von Wasserdampf sind Strömungsmischvorwärmer bekannt, bei denen der Dampf über Düsen in ein Wasserreservoir eingeblasen wird. Die Mischung von Dampf und Wasser erfolgt über ein in einem Mantelrohr angeordnetes Dampfdüsenrohr, über das der durchströmende Dampf beim Eindringen in das Wasser seine Wärme durch Kondensation abgibt.

In der DD-PS 221539 ist ein Dampf/Wasser-Mischrohr beschrieben, bei dem ein mit einer definierten Anzahl von Bohrungen versehenes, wasserdurchströmtes Rohr in einem dampfbefahrenen Mantelrohr steckt, so daß der Dampf in das Wasser von außen und innen eindringen kann.

Gemäß der DE-OS 2439562 erfolgt das Aufheizen des Wassers in der Weise, daß der Dampf zunächst in einem Rohr oder Rohrbündel entspannt und kondensiert wird und das Kondensat anschließend in das das Rohr umgebende Wasser austritt.

Nach einem weiterhin bekannten Verfahren (DD-PS 157628, DE-OS 2550675) wird der Druck des flüssigen Wärmeträgers während des gesamten Aufheizvorganges höher gehalten als der Siededruck, indem die Mischung vorzugsweise in einem Rohr erfolgt, in welches der Dampf eingedüst wird bzw. indem die Mischung über eine Ejektorwärmehülse erfolgt.

Schließlich wird in der DE-OS 2422096 ein Verfahren zur Kondensation von Dampf unter direkter Mischung mit Wasser beschrieben, wonach der in einer Diffusorstrecke eine Druck- und Temperaturerhöhung erfahrende Dampf von unten in eine strömende Wasserschicht, die eine parallel zur Diffusorstrecke verlaufende Kondensationsstrecke bildet, gleichmäßig über die Länge der Kondensationsstrecke verteilt, eingeleitet wird.

Gemäß der DE-OS 3131785 werden zum Einbringen des Dampfes in die strömende Flüssigkeit Strömungsbedingungen in Form einer achsparallel in die Flüssigkeit hinreichenden Dampfsäule geschaffen.

Bei einer anderen bekannten Vorrichtung zum Aufheizen von Wasser mit Heißdampf wird der Dampf über ringförmige Dampfdüsen, die die Durchtrittskanäle für die Flüssigkeit umgeben, in den Strömungskanal mit dem zu erwärmenden Wasser geleitet (GB-PS 686752). Die Vermischung des Dampfes mit dem Flüssigkeitsstrom erfolgt in einem sich diffusorartig erweiternden Mischrohr.

Die Nachteile der dargestellten Verfahren und Einrichtungen liegen, neben dem teilweise beträchtlichen apparativen Aufwand, im wesentlichen darin, daß eine erhebliche Geräuschbelästigung und starke Schwingungen der Apparate zu verzeichnen sind, da die Ausbildung von Dampfblasen, also die örtliche Verdampfung und anschließende Kondensation, nicht ausgeschlossen werden kann.

Bei den beschriebenen Vorrichtungen kommt hinzu, daß eine gleichmäßige Durchmischung von Dampf und Wasser nicht erreicht wird, da Dampf und Wasser gleichsam nebeneinander in dem Mischungskanal strömen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, auf der Basis eines geringen Apparatevolumens hohe Wärmeleistungen, bei gleichzeitiger Ausschaltung von Schwingungen und unter Verminderung der Lärmbelästigung, zu erreichen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Unter dieser Zielstellung liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum direkten Wärmeaustausch zwischen Wasser und Dampf anzugeben, mit der Bedingungen geschaffen werden, die die Ausbildung von Dampfblasen und deren anschließende Kondensation sowohl örtlich als auch zeitlich vermeiden. Die Vorrichtung ist so auszubilden, daß neben einer guten Durchmischung der Stoffströme ein geringer apparativer Aufwand und ein verminderter Platzbedarf erforderlich sind. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die in dem Dampfverteilerraum einander gegenüberliegenden Öffnungen des Mischrohrs und der Blende für die Flüssigkeit im Durchmesser identisch sind und zwischen beiden Öffnungen ein Abstand, vorzugsweise von 0,05 bis 2,0mm, besteht. Dadurch wird ein 0,2 bis 0,8mm starker Dampffilm erzeugt und in die Grenzschicht der Wassersäule eingetragen.

Der Wassersäule wird mit einem durch Stärke und Richtung des Dampffilms definierten Bewegungsimpuls eine Beschleunigung erteilt, wobei 1,1 bis 1,3% des zwischen dampfförmiger und flüssiger Phase bestehenden Enthalpiegefälles für die Beschleunigung der flüssigen Phase eingesetzt werden. Mit diesem Verfahren wird einerseits die Bildung von Dampfblasen vermieden und andererseits eine innige Vermischung des kondensierenden Dampfes mit dem aufzuwärmenden Wasser ermöglicht. Der Dampf- und Wassermassenstrom wird so eingestellt, daß die entstehende Mischung den Siedezustand nicht erreicht. Der Dampfdruck ist höher als der Speisewasserdruck, wobei vorzugsweise das Verhältnis Speisewasserdruck zu Dampfdruck für überhitzten Dampf <0,546 und für Sattdampf < 0,577 beträgt.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist der zwischen dem Boden des Dampfverteilerraums und dem Mischrohr verbleibende Spalt über ein Positioniergewinde des Mischrohres verstellbar. Der untere Rand des Mischrohres ist wulstförmig ausgebildet. Es sind mehrere Dampfverteilerkörper nebeneinander oder direkt hintereinander in der Flüssigkeit angeordnet. Die Ansaugöffnung ist als sich in Strömungsrichtung verjüngende Blende in den Boden des Dampfverteilerkörpers eingebracht. Mit der Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung wird aufgrund der erzielten Geschwindigkeiten der Medien und der dadurch erzeugten Turbulenzen eine hohe Dispersion von Wasser und Dampf und damit eine gute Wärmeleistung erreicht. Durch den feinen Dampffilm sowie die Erhöhung des Gesamtdruckes sind eine Dampfblasenbildung sowie daraus resultierende Kondensationsschläge und Schwingungen der Gesamteinrichtung ausgeschlossen, so daß Lärmbelästigungen vermieden werden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung, in der ein Dampfverteilerkörper schematisch dargestellt ist, näher erläutert.

Zwischen Deckel 2 und Boden 3 des Dampfverteilerkörpers wird ein Dampfverteilerraum 6 gebildet, dem der Dampf über den Dampfeintrittsstutzen 4 von außen zugeführt wird. In den Boden 3 sind blendenförmige, sich nach innen verjüngende Ansaugöffnungen 5 eingelassen, denen in der gleichen Achse im Deckel 2 befestigte Mischrohre 1 gegenüberstehen.

Das Mischrohr ist diffusorförmig ausgeführt. Seine in den Dampfverteilerraum 6 ragende, sich dicht über den Ansaugöffnungen befindliche Kante ist gut gerundet. Der Durchmesser des Mischrohres 1 ist am Anfang mit dem kleineren Durchmesser der Ansaugöffnung 5 identisch. Das Mischrohr 1 ist mit einem Bund 7 versehen und über eine Positionier-Gewindeverbindung 8 im Deckel 2 einstellbar, im Ausführungsbeispiel mit einem Abstand von 0,3mm zwischen Boden 2 und Mischrohr 1, befestigt.

Der Dampfverteilerkörper ist in dem von dem aufzuheizenden Wasser durchströmten, mit einem Kaltwasserzulauf und einem Warmwasserablauf versehenen Behälter so angeordnet, daß die Ansaugöffnungen 5 zum Kaltwasserzulauf weisen.

Der Dampf wird mit 1,3MPa und 200⁰C über den Dampfeintrittsstutzen 4 dem Dampfverteilerraum 6 zugeführt, während das Speisewasser mit 0,75MPa und 90⁰C an den Ansaugöffnungen ansteht.

Der in den Dampfverteilerraum gelangende Dampf wird an der Unterkante des Mischrohres zu einem ringförmigen Dampffilrr geformt, der in die Grenzschicht der aus dem Behälter angesaugten Wassersäule eindringt. Dadurch werden eine optimale Dispersion des Dampfes in der Flüssigkeit und gleichzeitig deren Beschleunigung in Richtung Mischrohraustritt erreicht. Die feinste Verteilung des Dampfes, die erzielte Geschwindigkeitserhöhung und Turbulenz bewirken eine innige Vermischung des kondensierenden Dampfes mit dem aufzuwärmenden Wasser und damit eine optimale Wärmeübertragung, d.h. hohe Wärmeleistungen. Durch den feinen Dampffilm sowie die Erhöhung des Gesamtdruckes sind eine Dampfblasenbildung und daraus resultierende Kondensationsschläge ausgeschlossen. Im Ergebnis der Wärmeübertragung erreicht das erwärmte Wasser eine Temperatur von 15O⁰C.

Claims

1. Vorrichtung zur Wärmeübertragung zwischen einem dampfförmigen und einem flüssigen Stoffstrom, vorzugsweise zur Erwärmung von Wasser für Heizungssysteme, mit einem in der zu erwärmenden Flüssigkeit angeordneten Dampfverteilerkörper, in dessen Dampfverteilerraum Ansaugöffnungen für das zu erwärmende Wasser und, den Ansaugöffnungen gegenüberstehend, sich diffusorartig erweiternde Mischrohre münden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines ringförmigen Dampffilms in der Grenzschicht der angesaugten Flüssigkeitssäule zwischen der Ansaugöffnung (5) und dem Mischrohr (1) ein Abstand besteht und die aneinandergrenzenden Durchmesser von Ansaugöffnung (5) und Mischrohr (1) identisch sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Mischrohr (1) und Ansaugöffnung (5) 0,05 bis 2,0 mm beträgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2-, dadurch gekennzeichnet, daß der der Ansaugöffnung (5) gegenüberliegende untere Rand des Mischrohres (1) wulstförmig ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischrohre (1) über ein Positioniergewinde (8) im Deckel (2) des Dampfverteilerkörpers befestigt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Dampfverteilerkörper nebeneinander oder direkt hintereinander geschaltet in der Flüssigkeit angeordnet sind.