DD279613A1

DD279613A1 - TASK DEVICE FOR CASE FILM EVAPORATOR

Info

Publication number: DD279613A1
Application number: DD32528489A
Authority: DD
Inventors: Joachim Gerstel; Wolf-Eberhard Kraus; Hans-Joachim Reibert; Klaus Schoenwaelder; Frank Goebel
Original assignee: Orgreb Inst Kraftwerke; Techn Uni Dresden
Priority date: 1989-01-27
Filing date: 1989-01-27
Publication date: 1990-06-13

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. 1The invention includes a feeder for falling film evaporator. It is to be used in the Kaelte- and heat pump technology with the aim of non-azeotropic Keltemittelgemische 12 before they flow into the evaporator tubes 10 film-like, free of the dissolved vapor phase 8 and so to allow a homogeneous trickle film in the evaporator tubes 10. For this purpose, a separating trough 1 is provided below the outlet of the injection line 11, which receives above projecting and below in the fluid sump 6 for the evaporator tubes 10 immersed overflow pipes 4 in the ground. This forms a liquid sump 5 in the separating trough 1. Holes 14 in the projecting part of the overflow pipe 4 and wall holes 9 in the separation tray 1 favor the phase separation in advance of the actual evaporation. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung wird in der Verfahrens-, der Kälte- und Wärmepumpentechnik für den Einsatz im Fallfilmverdampfer angewendet.The invention is used in process, refrigeration and heat pump technology for use in the falling film evaporator.

Characteristic of the known state of the art

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.Falling-film evaporators are preferably used when the phase transition from the liquid to the steam is to take place at low temperature gradients. Another advantage of the falling film evaporator is that only small pressure differences are required for the flow through the apparatus. This property is particularly important in performing cycle processes for refrigeration with non-azeotropic refrigerant mixtures, since the pressure drop occurring, in addition to its negative energetic effect, lowers the temperature band of the refrigerant mixture, i. H. changed unfavorably.

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.The uniform distribution of the liquid to the individual evaporator tubes is an important problem in the falling film evaporator, which is also closely associated with the formation of a uniform and stable trickle film over the entire tube inner wall.

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):To solve the above problem, numerous devices have been developed, which can be divided into three types of feeders (Struve: "Contribution to the design of falling film evaporators" refrigeration air conditioning 24 [19721, p.241]:

1. Überlauftyp1st overflow type

2. Spalttyp2nd split type

3. Düsentyp3. nozzle type

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 genauIn the overflow type, the task of the liquid is problematic. If the liquid is punctiform abandoned in the middle of the tube sheet, the liquid pours radially outward and leads to a nonuniform liquid distribution such that the tubes are better supplied near the feed point than the more distant tubes. The gap type eliminates the above disadvantages, since the liquid is accumulated through an annular gap and distributed on the pipe circumference. The annular gap is formed by a distributor insert inserted into the evaporator tube. Such a distributor insert is described in more detail in SU 903 685 of Feb. 7, 1982 (A. A. Schechtman et al., "Rope Film Type Heat and Mass Transfer Apparatus") However, in order to produce a uniform film on the pipe inner wall, the device must be very accurate

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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.be worked. In addition, the distributor insert prevents the flow of this expansion steam into the evaporator tube, so that the stabilizing effect of the expansion steam flow on the giant film is eliminated.

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.A third, less frequently used method is to spray the liquid through nozzles onto the heating surface. Also in the case of cdm, the core flow of the flash vapor can not be formed.

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.Wegon said disadvantages was provided for the liquid distribution an additional distributor base, which is designed as a pan with sieve bottom (Process Engineering Calculation Methods Bd. 1 heat exchanger, Leipzig, 1980). An example of this is a patented design (Wiegand, S., Hess, F. "Apparatus for the uniform distribution of the liquid on the heating tubes of a direct and falling stream evaporator", DE 11 26 358 -W 27 149 / Vc [1962] 12a). Steam and liquid are separated by beating the baffle plate, the liquid is collected in a pan, and the holes in the bottom of the sump are designed to maintain a level in the sump Into these tubes, the expansion steam should be additionally introduced as core flow, so that the liquid is led to the inside of the evaporator tubes, whereby however confusing flow conditions prevail, since the steam must penetrate through the liquid jet, as core flow Another development of the two-stage principle of fluid distribution is Staffo and Others "Rohrbündelfallfilmwärmeübertrager with arranged on concentric rings pipes and a liquid distributor" US 45 67 942 from 4.2.86. The apparatus is preferably used for cooling purposes. For example, for drinking water from seawater, by the water content is frozen into ice and separated from the concentrated salt solution.

Object of the invention

Mit der Erfindung soll eine verbesserte Materialökonomie unter Schaffung besserer Wärmeübergangsverhältnisse erreicht werden.With the invention, an improved material economy to achieve better heat transfer conditions to be achieved.

Explanation of the essence of the invention

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.The invention has for its object to separate the material which has been expanded into the liquid-vapor region into the liquid and vapor phase and to introduce the two phases into the evaporation tube separately.

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.This process can be accomplished over two levels. In the first level septum, the expanded fluid is separated into both phases. It forms a Flüssigkeitstsurnpf, which is achieved by the liquid discharge according to the overflow principle. This discharge takes place through vertically inserted into the separation tank pipes, which are: slightly above the ground.

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.In the protruding pipe ends are horizontal holes through which the liquid also leaves the separation tank. In this case, the sum of the bore cross sections is smaller than the pipe cross section of the injection power projecting into the container. Thus, a defined maximum level can be maintained. The injection power is preferably immersed in the liquid sump of the separation tank. Above the formed liquid level, the gas phase collects, which is sucked through located in the outer wall of the separator wells upwards. In the second level, the feed floor, d6r is distributed evenly into the liquid sump by the overflow pipes introduced vertically into the floor and comes to rest.

Zur Ausbildung eines homogen stabilen Rieselfilms in den Verdampferrohren trägt erfindungsgemäß die Trennung der gasförmigen Phase von der flüssigen bei.In order to form a homogeneously stable trickle film in the evaporator tubes, the separation of the gaseous phase from the liquid contributes according to the invention.

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.The formation of a uniform film is ensured by a separate discharge of the liquid phase from the separation tank on the submerged overflow pipes. Thus, the vapor, without disturbing the formation of the film by entrainment of liquid droplets, flows unhindered into the evaporator tubes. In this case, a grain flow is formed, which leads the liquid to the evaporator tube inside.

Weiter besteht auch die Möglichkeit, den entstandenen Dampf über einen Absaugstutzen direkt zum Verdichter zu leiten.Furthermore, it is also possible to direct the resulting vapor through a suction directly to the compressor.

embodiment

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.In the exemplary embodiment, a falling film evaporator for use in compression refrigerating machines or heat pumps is described. This offers the possibility to separate the liquid phase from the gaseous before entering into the Wärmeübertraysrrohre (Fig. 1). For this purpose, a round separator 1 is inserted by means of brackets 2 in the flange 3 of the heat exchanger. In the bottom of the separation tank 1 overflow pipes 4 are introduced, which protrude up to a third in the interior of the separation trough 1. As a result, a liquid sump 5 can form. By defined holes 14 in the protruding part of the overflow pipes 4, the discharge rate and the level height of the liquid sump 5 is determined. The overflow pipes 4 end at the bottom in a lower liquid sump 6 above the feed bottom 7 of the falling-film evaporator and secure a smooth liquid surface of the lower liquid sump 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.The deposited in the separation tank 1 vapor phase 8 passes over the edge and additional wall holes 9 in the space between the separation tank 1 and the bottom 7 and from there directly into the evaporator tubes 10, in which they as a core flow, the film formation of the liquid phase on the inner wall of the evaporator tubes 10 supported. The impingement of the separation trough 1 with the phase mixture 12 via an injection line 11 which extends into the upper liquid sump 5, so that the effluent phase mixture 12 can not get into the overflow pipes 4 prior to its separation. 2 shows another possibility of impingement of the separating trough 1 by the phase mixture 12 is introduced via a distributor cone 13 in the upper liquid sump 5, wherein the running of the phase mixture 12 via this cone 13 favors the phase separation.

Claims

1. Feed device for falling film evaporator, consisting of a flange with centrally inserted from above into the heat exchanger injection line for the liquid-gas mixture and a feed bottom with protruding evaporator tubes, which also serves as a flange, characterized by the following features:

- At a small distance to the feed tray (7) a separation tray (1) is arranged,

- The side wall of the separation trough (1) is provided in the upper third with holes (9),

- In the bottom of the separation tank (1) are evenly distributed and vertically downwards laxative overflow pipes (4),

- The overflow pipes (4) also protrude upwards to about one third of the height of the Trenrwanne (1) on the bottom,

the upwardly projecting part of the overflow tubes (4) is provided with wall bores (14) distributed uniformly over its circumference,

- The overflow pipes (4) dive with their lower ends in the through the projecting Verdatnpforrohre (10) in the discharge tray (7) formed liquid sump (6).

2. Feeding device according to claim 1, characterized in that the injection line (11 jacks near the bottom of the separation trough (1) ends.

3. Feeding device according to claim 1, characterized in that the injection line (11) ends at the bottom of a distributor cone (13).

4. Feed device according to claim 1, characterized in that the cross section of the evaporator tubes (10) is designed for passage of the gas phase.

5. Feeding device according to claim 1, characterized in that in the flange (3) a suction nozzle for the gas phase is provided.

6. Feeding device according to claim 1, characterized in that the overflow pipes (4) on the feed floor (7) sit down and are provided with horizontal openings.