DD279613A1 - Aufgabevorrichtung fuer fallfilmverdampfer - Google Patents

Abstract

Die Erfindung beinhaltet eine Aufgabevorrichtung fuer Fallfilmverdampfer. Sie ist in der Kaelte- und Waermepumpentechnik anzuwenden mit dem Ziel, nichtazeotrope Kaeltemittelgemische 12, bevor sie in die Verdampferrohre 10 filmartig einfliessen, freizumachen von der geloesten Dampfphase 8 und so einen homogenen Rieselfilm in den Verdampferrohren 10 zu ermoeglichen. Zu diesem Zweck ist eine Trennwanne 1 unterhalb des Auslaufes der Einspritzleitung 11 vorgesehen, welche oben ueberstehende und unten in den Fluessigkeitssumpf 6 fuer die Verdampferrohre 10 eintauchende Ueberlaufrohre 4 im Boden aufnimmt. Es bildet sich dadurch ein Fluessigkeitssumpf 5 in der Trennwanne 1 aus. Bohrungen 14 im ueberstehenden Teil des Ueberlaufrohrs 4 und Wandbohrungen 9 in der Trennwanne 1 beguenstigen die Phasentrennung im Vorfeld der eigentlichen Verdampfung. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung wird in der Verfahrens-, der Kälte- und Wärmepumpentechnik für den Einsatz im Fallfilmverdampfer angewendet.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Fallfilmverdampfer werden vorzugsweise dann eingesetzt, wenn der Phasenübergang von der Flüssigkeit zum Dampf bei geringen Temperaturgradienten erfolgen soll. Ein weiterer Vorteil des Fallfilmverdampfers besteht darin, daß für die Durchströmung des Apparates nur geringe Druckdifferenzen erforderlich sind. Diese Eigenschaft ist besonders wichtig bei der Durchführung von Kreisprozessen zur Kälteerzeugung mit nichtazeotropen Kältemittelgemischen, da der auftretende Druckverlust neben seiner negativen energischen Auswirkung das Temperaturband des Kältemittelgemisches senkt, d. h. ungünstig verändert.

Die gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit auf die einzelnen Verdampferrohre ist beim Fallfilmverdampfer ein wichtiges Problem, das auch eng mit der Ausbildung eines gleichmäßigen und stabilen Rieselfilms über die gesamte Rohrinnenwand verbunden ist.

Zur Lösung der genannten Aufgabe wurden zahlreiche Vorrichtungen entwickelt, die sich in drei Typen von Aufgabevorrichtungen einteilen lassen (Struve: „Beitrag zur Bemessung von Rieselfilmverdampfern" Kältetechnik-Klimatisierung 24 [19721,S.241):

1. Überlauftyp

2. Spalttyp

3. Düsentyp

Beim Überlauftyp ist die Aufgabe der Flüssigkeit problematisch. Wird die Flüssigkeit punktförmig in der Mitte des Rohrbodens aufgegeben, so ergießt sich die Flüssigkeit radial nach außen und führt zu einer ungleichmäßigen Flüssigkeitsverteilung dergestalt, daß die Rohre in Nähe der Aufgabestelle besser versorgt werden als die entfernteren Rohre. Beim Spalttyp entfallen obige Nachteile, da die Flüssigkeit durch einen Ringspalt angestaut und auf dem Rohrumfang verteilt wird. Der Ringspalt wird durch einen in das Verdampferrohr eingesetzten Verteilereinsatz gebildet. In SU 903 685 vom 7.2.82 (A.A. Schechtman u. a. „Wärme- und Stoffübertragungsapparat vom Rieselfilm-Typ") wird ein derartiger Verteilereinsatz näher beschrieben. Um einen gleichmäßigen Film auf der Rohrinnenwand zu erzeugen, muß die Vorrichtung allerdings sehr genau

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gearbeitet sein. Außerdem verhindert dei Verteilereinsatz das Einströmen dses Entspannungsdampfes in das Verdampferrohr, so daß die stabilisierende Wirkung der Entspannungsdampfströmung auf den Riesefilm wegfällt.

Eine dritte, seltener angewendete Methode besteht darin, die Flüssigkeit durch Düsen auf die Heizfläche aufzuspritzen. Auch in diecdm Falle kann sich die Kernströmung des Entspannungsdampfes nicht ausbilden.

Wegon der genannten Nachteile wurde für die Flüssigkeitsverteilung ein zusätzlicher Verteilerboden vorgesehen, der als Wanne mit Siebboden ausgeführt ist (Verfahrenstechnische Berechnungsmethoden Bd. 1 Wärmeübertrager, Leipzig, 1980). Als Beispiel dazu dient eine patentgemäße Ausführung (Wiegand, S.; Hess, F. „Vorrichtung zur gleichmäßigen Verteilung der Flüssigkeit auf die Heizrohre eines Gleich-und Fallstromverdampfers", DE 11 26 358 -W 27 149/Vc [1962] 12a). Dampf und Flüssigkeit we. den dadurch getrennt, daß sie ai if eic.e Prallplatte stoßen. Die Füssigkeit wird in einer Wanne aufgefangen. Die Bohrungen im Siebboden der Wanne sind so ausgeführt, daß in der Wanne ein Flüssigkeitsstand erhalten bleibt. Die Flüssigkeit läuft aus dem Siebboden direkt in die Konusbohrungen der Verdampferrohre. In diese Rohre soll zusätzlich der Entspannungsdampf als Kernströmung einyeieitet werden, damit die Flüssigkeit an die Innenseite der Verdampferrohre geführt wird. Dabei herrschen aber unübersichtliche Strömungsverhältnisse, da der Dampf durch den Flüssigkeitsstrahl dringen muß, um als Kernströmung zu wirken. Eine andere Ausbildung des zweistufigen Prinzips der Flüssigkeitsverteilung enthält Stafford u. a. „Rohrbündelfallfilmwärmeübertrager mit auf konzentrischen Ringen angeordneten Rohren und einem Flüssigkeitsverteiler" US 45 67 942 vom 4.2.86. Der Apparat wird vorzugsweise zu Kühlzwecken genutzt. Beispielsweise zir Trinkwassergewinnung aus Meerwasser, indem der Wasseranteil zu Eis gefroren und von der konzentrierten Salzlösung getrennt wird.

Ziel der Erfindung

Mit der Erfindung soll eine verbesserte Materialökonomie unter Schaffung besserer Wärmeübergangsverhältnisse erreicht werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den in das Flüssigkeit-Dampf-Gebiet expandierten Arbeitsstoff stofflich in die flüssige und dampfförmige Phase zu trennen und beide Phasen in die Verdampfen öhre separat einzuleiten.

Dieser Vorgang kann über zwei Ebenen vollzogen werden. In der Trennwanne der ersten Ebene wird das expandierte Fluid in beide Phasen getrennt. Es bildet sich ein Flüssigkeitssurnpf aus, der durch die Flüssigkeitsabführung nach dem Überlaufprinzip erzielt wird. Diese Abführung erfolgt durch vertikal in den Trennbehälter eingebrachte Rohre, die: etwas über dem Boden stehen.

In den überstehenden Rohrenden befinden sich waagerechte Bohrungen, durch die ebenfalls die Flüssigkeit die Trennwanne verläßt. Dabei ist die Summe der Bohrungsquerschnitte kleiner als der Rohrquerschnitt der in den Behälter hineinragenden Einspritzleistung. Damit kann ein definierter maximaler Füllstand eingehalten werden. Die Einspritzleistung wird vorzugsweise in den Fiüssigkeitssumpf der Trennwanne eingetaucht. Oberhalb des ausgebildeten Flüssigkeitsspiegels sammelt sich die Gasphase, die durch in der Außenwand der Trennwanne befindliche Bohrungen nach oben abgesaugt wird. In der zweiten Ebene, dem Aufgabeboden, wird d6r durch die vertikal in den Boden eingebrachten Überlaufrohre strömende flüssige Arbeitsstoff gleichmäßig in den Flüssigkeitssumpf verteilt und kommt zur Ruhe.

Zur Ausbildung eines homogen stabilen Rieselfilms in den Verdampferrohren trägt erfindungsgemäß die Trennung der gasförmigen Phase von der flüssigen bei.

Die Ausbildung eines gleichmäßigen Filmes wird durch eine separate Abführung der flüssigen Phase aus der Trennwanne über die getauchten Überlaufrohre gewährleistet. Somit strömt der Dampf, ohne die Entstehung des Films durch Mitreißen von Flüssigkeitstropfen zu stören, ungehindert in dio Verdampferrohre. Dabei bildet sich eine Kornströmung aus, die die Flüssigkeit an die Verdampferrohrinnenseite führt.

Weiter besteht auch die Möglichkeit, den entstandenen Dampf über einen Absaugstutzen direkt zum Verdichter zu leiten.

Ausführungsbeispiel

AIa Ausführungsbeispiel wird ein Rieselfilmverdampfer für die Anwendung in Kompressions-Kältemaschinen bzw. -Wärmepumpen beschrieben. Dies bietet die Möglichkeit, die flüssige Phase von der gasförmigen vor Eintritt in die Wärmeübertraysrrohre zu trennen (Fig. 1). Zu diesem Zweck wird eine runde Trennwanne 1 mittels Halterungen 2 in den Flanschdeckel 3 des Wärmeübertragers eingebracht. In den Boden der Trennwanne 1 sind Überlaufrohre 4 eingebracht, die oben zu einem Drittel in den Innenraum der Trennwanne 1 hineinragen. Dadurch kann sich ein Flüssigkeitssumpf 5 ausbilden. Durch definierte Bohrungen 14 im hineinragenden Teil der Überlaufrohre 4 wird die Ablaufmenge und die Füllstandshöhe des Flüssigkeitssumpfes 5 bestimmt. Die Überlaufrohre 4 enden unten in einem unteren Flüssigkeitssumpf 6 über dem Aufgabeboden 7 des Rieselfilmverdampfers und sichern eine ruhige Flüssigkeitsoberfläche des unteren Flüssigkeitssumpfes 6.

Die in der Trennwanne 1 abgeschiedene Dampfphase 8 gelangt über den Rand sowie über zusätzliche Wandbohrungen 9 in den Freiraum zwischen Trennwanne 1 und Aufgabeboden 7 und von dort direkt in die Verdampferrohre 10, in denen sie als Kernströmung die Filmbildung der flüssigen Phase an der Innenwand der Verdampferrohre 10 unterstützt. Die Beaufschlagung der Trennwanne 1 mit dem Phasengemisch 12 erfolgt über eine Einspritzleitung 11, die bis in den oberen Flüssigkeitssumpf 5 hineinragt, damit das ausströmende Phasengemisch 12 nicht vor seiner Auftrennung in die Überlaufrohre 4 gelangen kann. Fig.2 zeigt eine andere Möglichkeit der Beaufschlagung der Trennwanne 1, indem das Phasengemisch 12 über einen Verteilerkegel 13 in den oberen Flüssigkeitssumpf 5 eingeleitet wird, wobei das Ablaufen des Phasengemisches 12 über diesen Kegel 13 die Phasentrennung begünstigt.

Claims (6)

1. Aufgabevorrichtung für Fallfilmverdampfer, bestehend aus einem Flanschdeckel mit zentral von oben in den Wärmeübertrager eingeführter Einspritzleitung für das Flüssigkeits-Gas-Gemisch und einem Aufgabeboden mit überstehenden Verdampferrohren, der auch als Flansch dient, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- im kleinen Abstand zum Aufgabeboden (7) ist eine Trennwanne (1) angeordnet,

- die Seitenwand der Trennwanne (1) ist im oberen Drittel mit Bohrungen (9) versehen,

- im Boden der Trennwanne (1) befinden sich gleichmäßig verteilte und senkrecht nach unten abführende Überlaufrohre (4),

- die Überlaufrohre (4) ragen auch nach oben etwa zu einem Drittel der Höhe der Trenrwanne (1) über deren Boden heraus,

- der nach oben herausragende Teil der Überlaufrohre (4) ist mit über deren Umfang gleichmäßig verteilte Wandbohrungen (14) versehen,

- die Überlaufrohre (4) tauchen mit ihren unteren Enden in den durch die überstehenden Verdatnpforrohre (10) im Aufgabeboden (7) gebildeten Flüssigkeitssumpf (6) ein.

2. Aufgabevorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Einspritzleitung (11 Junten nahe über dem Boden der Trennwanne (1) endet.

3. Aufgabevorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Einspritzleitung (11) unten an einem Verteilerkegel (13) endet.

4. Aufgabevorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Querschnitt der Verdampferrohre (10) zur Durchleitung der Gasphase ausgelegt ist.

5. Aufgabevorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß im Flanschdeckel (3) ein Absaugstutzen für die Gasphase vorgesehen ist.

6. Aufgabevorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Überlaufrohre (4) auf dem Aufgabeboden (7) aufsitzen und unten mit horizontalen Öffnungen versehen sind.