DE10013437C1 - Folienpaket für einen aus Folien aufgebauten Verdampfer - Google Patents

Abstract

Eine Folie dient für einen aus Folien aufgebauten, insbesondere zweigängigen, Verdampfer zur Überführung eines flüssigen Medien-Massenstroms in einen gasförmigen Medien-Massenstrom, mit beheizbaren Folienpaketen. Jedes der Folienpakete weist wenigstens eine von dem Medium durchströmte Folie sowie wenigstens eine weitere Folie auf. Jedes Folienpaket weist einen Eintrittsbereich für das flüssige Medium und einen Austrittsbereich für das gasförmige Medium auf. Der Austrittsbereich ist dabei derart ausgebildet, daß ein Druckgradient in dem Medium über die wenigstens annähernd gesamte Breite des Austrittsbereichs deutlich kleiner ist als ein Druckgradient in dem Medium über die wenigstens annähernd gesamte durchströmte Länge der Medienfolie. Der Austrittsbereich ist beheizbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein Folienpaket für einen aus Folien aufgebauten, insbesondere zweigängigen, Ver­ dampfer zur Überführung eines schlüssigen Medien- Massenstroms in einen gasförmigen Medien-Massenstrom nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definier­ ten Art.

Ein entsprechender, in vergleichbarer Weise aus Folien aufgebauter eingängiger Verdampfer ist in der DE 44 26 692 C1 beschrieben. Die dort beschriebene, zweistufige Verdampfereinheit dient zum Überführen eines in Abhän­ gigkeit einer Lastvorgabe einstellbaren flüssigen Re­ aktand-Massenstroms in einen gasförmigen Reaktand- Massenstrom, wobei der flüssige Reaktand-Massenstrom mit Hilfe eines Wärmeträgermediums in einer ersten Stufe zumindest teilweise verdampft und in einer zwei­ ten Stufe gegebenenfalls vollständig verdampft und anschließend überhitzt wird. Dabei wird vorgeschlagen, daß die Verdampfereinheit durch abwechselndes Aufeinanderstapeln von Folien mit Wärmeträgerkanälen und von Folien mit Reaktionskanälen ausgebildet ist, und daß jeweils zumindest eine erste und eine zweite Stufe in einer Folie integriert sind, wobei die erste Stufe als Kanal mit minimierter Querschnittsfläche an der sich direkt an die Zuströmleitung anschließt ausgebildet ist, und daß die erste Stufe bei hohen Wärmeübergangs­ zahlen betrieben wird, und weiter daß der Gesamtquer­ schnitt der Reaktionskanäle in der zweiten Stufe in Strömungsrichtung zunimmt.

Üblicherweise wird bei derartig aufgebauten Verdamp­ fern der verdampfte Reaktand-Massenstrom aus jeder der Reaktions- bzw. Medienfolien in einen gemeinsamen Sam­ melraum im Austrittsbereich austreten und von dort wird über eine Austrittsleitung der gasförmige Re­ aktand-Massenstrom abgeleitet. In dem im Austrittsbe­ reich angeordneten Sammelraum kann es dabei zu einer Durchmischung der aus den jeweiligen Reaktionsfolien strömenden Reaktand-Massenströmen kommen, so daß am Ausgang ein vergleichsweise gleichmäßig verdampfter Reaktand-Massenstrom vorliegt.

Dennoch weist eine derartige Verdampfereinheit den Nachteil auf, daß nicht sicher bestimmt werden kann in welchem Bereich der in die Folie eingebrachten Kanäle die eigentliche Verdampfung stattfindet, wodurch eine gleichmäßige Verteilung des zu verdampfenden Reaktand- Massenstroms in jeder der Folien selbst in nachteili­ ger Weise beeinflußt wird. Dieser Nachteil kann zwar durch die oben beschriebene Vermischung in dem Sammel­ raum teilweise aufgehoben werden, für die Effizienz und die bestmögliche Leistungsübertragung in der Ver­ dampfereinheit wäre es jedoch wünschenswert, eine gleichmäßige Verteilung bereits in jeder der Folien zu bekommen. Ansonsten ist nämlich auch insgesamt mit sehr ungleichmäßig erwärmten bzw. verdampften Re­ aktand-Massenströmen zu rechnen, welche in Teilberei­ chen des Verdampfers bereits überhitzt werden, wobei in anderen Teilbereichen und gegebenenfalls auch im Ausgangsbereich noch flüssige Tröpfchen in dem Re­ aktand-Massenstrom vorliegen. Im schlimmsten Fall kön­ nen sich deshalb "kalte Kanäle" in der Verdampferein­ heit ausbilden durch welche vergleichsweise kalte, gegebenenfalls sogar flüssige Anteile des Reaktand- Massenstroms durch die Verdampfereinheit gelangen.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung eine ideale und daher gleichmäßige Verteilung des zu verdampfenden und des verdampften Mediums insbesondere im Austrittsbe­ reich der Folien eines aus Folien aufgebauten Verdamp­ fers zu erreichen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn­ zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Dadurch, daß der Druckgradient in dem Medium aufgrund der Tatsache, daß der durchströmte Querschnitt über die wenigstens annähernd gesamte Breite des Austritts­ bereichs deutlich größer ist als über die durchströmte Länge der Medienfolie, deutlich kleiner ist, als der Druckgradient über die durchströmte Länge der Medien­ folie, wird eine sehr gleichmäßige Verteilung des ver­ dampften Mediums in dem Austrittsbereich erreicht. Letztlich wird dies auch dadurch in besonders vorteil­ hafter Weise unterstützt, daß der Austrittsbereich beheizbar ist.

Durch die sehr gleichmäßige Verteilung des Mediums über den gesamten Bereich, inbesondere über die gesam­ te Breite des Austrittsbereichs, welche durch den dort erheblich kleineren Druckgradienten als der Druckgra­ dient über die durchströmte Länge, erreicht wird, kann sichergestellt werden, daß sich das Medium in dem Aus­ trittsbereich sehr gleichmäßig verteilt, und daß keine Totzonen entstehen, in denen keine oder nur eine sehr geringe Medienströmung vorliegt. Damit kann erreicht werden, daß auch in dem in Strömungsrichtung direkt vor dem Austrittsbereich angeordneten Bereich der Me­ dienfolie eine gleichmäßige Strömung und damit eine gleichmäßige Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Energie stattfindet, da es hier nicht durch sich im Austrittsbereich sammelndes, stehendes Medium zu einem "Rückstau" in dem Bereich der Medienfolie kommen kann.

Außerdem wird der Austrittsbereich in dem beheizten Bereich der Medienfolien angeordnet, so daß der Aus­ trittsbereich über die reine Funktion eines Sammel­ raums hinausgeht und eine Durchmischung der über die Breite der jeweiligen Medienfolie austretenden gasför­ migen Medienanteile in dem beheizten Austrittsbereich erfolgen kann. Damit kommt es zu einer sehr gleichmä­ ßigen Verteilung des in der jeweiligen Folie verdamp­ fenden Mediums, bevor dieses die Folie in einen Sam­ melraum verläßt welcher dann mehrere derartige Folien und eine Austrittsleitung miteinander verbindet.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und dem anhand der Zeichnung nachfolgend dargestellten Ausführungs­ beispiel.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Teil eines zwei­ gängigen Verdampfers, und

Fig. 2 einen prinzipmäßigen Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Folienpaket 1 eines in seiner Ge­ samtheit nicht dargestellten Verdampfers erkennbar. Der Verdampfer ist hier zweigängig aufgebaut. Dies bedeutet, daß der Verdampfer wenigstens zwei getrennte Eingänge für zwei Medien-Massenströme aufweist, ent­ sprechend weist hier jedes der Folienpakete 1 eine erste Medienfolie 2 und eine zweite Medienfolie 3 auf. Zwischen den beiden Medienfolien 2, 3 ist hier eine Zwischenfolie 4 angeordnet. Diese drei Folien 2, 3, 4 sind dann zu dem Folienpaket 1 zusammengefaßt.

Auf wenigstens zwei Seiten des Folienpakets 1 sind dann weitere Räume 5 in denen einen Heizmedium strömt oder in denen die thermische Energie zur Beheizung der Folienpakete 1 in irgendeiner anderen Art, beispiels­ weise durch eine katalytische Verbrennung oder der­ gleichen, zur Verfügung stellt wird. Ein denkbarer Aufbau wäre beispielsweise das abwechselnde Übereinan­ derstapeln von Folienpaketen 1 und Räumen 5, wie dies hier ansatzweise dargestellt ist.

Die erste Medienfolie 2 weist einen der Verdampfung und/oder Überhitzung des ersten Medienstroms dienenden Verdampfungsbereich 6 auf, an welchen sich in der Strömungsrichtung des Medienstroms ein Ausgangsbereich 7 anschließt. Der Verdampfungsbereich 6 weist dabei Strukturen, Kanäle, Gänge oder dergleichen auf, die hier nicht explizit dargestellt sind, da sie an sich bekannt und für die Erfindung von untergeordnetem In­ teresse sind. Der Ausgangsbereich 7 der ersten Medien­ folie 2 kann, muß jedoch nicht, frei von derartigen Strukturen sein.

Einen vergleichbaren Aufbau zeigt die zweite Medienfo­ lie 3 welche ebenfalls einen Verdampfungsbereich 8 und einen Ausgangsbereich 9 aufweist.

Im Bereich des Ausgangsbereichs 7 der ersten Medienfo­ lie 2 ist in der Zwischenfolie 4 eine Öffnung 10 ange­ ordnet. Durch diese Öffnung 10 und eine Vertiefung 11 in der zweiten Medienfolie 3 ergibt sich somit eine starke Querschnittsvergrößerung im Bereich des Aus­ gangsbereichs 7, im Vergleich zu dem Verdampfungsbe­ reich 6. Dieser Bereich der Querschnittsvergrößerung, welcher in hier dargestelltem Ausführungsbeispiel aus dem Ausgangsbereich 7, der Öffnung 10 und der Vertie­ fung 11 besteht, bildet in seiner Gesamtheit einen Austrittsbereich 12 für den Medien-Massenstrom in der ersten Medienfolie 2. Durch die Querschnittsvergröße­ rung wird sich im Bereich des Austrittsbereichs 12, ein weitaus geringerer Druckgradient einstellen als dies über die Lauflänge des Medienstroms in dem Ver­ dampfungsbereich 6 der Fall ist.

In der zweiten Medienfolie 3, deren Verdampfungsbe­ reich 8 hier eine geringere Lauflänge aufweist als der Verdampfungsbereich 6 der ersten Medienfolie 2, ist eine derartige Vergrößerung des Querschnitts im Be­ reich des Ausgangsbereichs 9 aufgrund von technischen Gegebenheiten, welche die Erfindung nicht betreffen und welche hier nicht weiter erläutert werden sollen, nicht erwünscht. Prinzipiell wäre es jedoch auch hier denkbar, beispielsweise durch das Einbringen einer punktiert angedeuteten Vertiefung 13 in die Zwischen­ folie 4, einen dem Austrittsbereich 12 vergleichbaren Bereich zu schaffen.

In Fig. 2 ist nun ein prinzipmäßger Schnitt durch die erste Medienfolie 2 bzw. eine Draufsicht auf die dar­ unter angeordnete Zwischenfolie 4 erkennbar. Dabei ist der Austrittsbereich 9 der zweiten Medienfolie 3 ver­ deckt angedeutet. Er mündet in einen mit der zweiten Medienfolie 3 korrespondierenden Sammelraum 14, wel­ cher sämtliche zweiten Medienfolien 3 der Folienpakete 1 untereinander verbindet, und welcher mit einer Aus­ trittsleitung (nicht dargestellt) für den zweiten Me­ dienstrom korrespondiert.

In der ersten Medienfolie 2 ist der Verdampferbereich 6 erkennbar durch welchen der erste Medienstrom gemäß der durch den Pfeil A angedeuteten Strömungsrichtung strömt. Im Ausgangsbereich 7 der ersten Medienfolie 2 sind dann die Öffnung 10 und die darunter angeordnete Vertiefung 11 in der zweiten Medienfolie 3, also der Austrittsbereich 12, erkennbar. Dieser sich in seinem Querschnitt vergrößernde Austrittsbereich 12 korre­ spondiert mit einem Sammelraum 15, welcher wiederum mit einer Austrittsleitung (nicht dargestellt) für den ersten Medienstrom verbunden ist.

Der Austrittsbereich 12 verläuft dabei über die gesam­ te Breite des Verdampfungsbereichs 6 der ersten Medi­ enfolie 2, so daß sich über die gesamte Breite des Folienpaktes 1 der stark verringerte Druckgradient einstellen kann. Somit kann erreicht werden, daß es in diesem Austrittsbereich 12 zu einem sehr geringen Druckverlust und damit zu einer sehr gleichmäßigen Verteilung des aus dem Verdampfungsbereich 6 strömen­ den Mediums kommt.

Durch die gute Gleichverteilung wird außerdem ein "Rückstau" der Strömung in den Verdampferbereich 6 verhindert, welcher ansonsten insbesondere in dem dem Sammelraum 15 abgewandten Ende des Austrittsbereichs 12 bzw. des Verdampfungsbereichs 6 auftreten könnte. Damit kann die gesamte Fläche des Verdampfungsbereichs 6 für die bestimmungsgemäße Aufgabe, nämlich die Über­ führung des flüssigen Medien-Massenstroms in den gas­ förmigen Medien-Massenstrom, genutzt werden, was letztendlich eine bessere Leistungsübertragung je Flä­ cheneinheit ermöglicht, und was wiederum zu einem kleineren Gesamt-Bauraum des Verdampfers führen kann. Auch erhöhte Materialspannungen durch einen sehr hohen Temperaturgradienten im Bereich von stehendem Medium in dem Folienpaket 1 können verhindert oder zumindest reduziert werden.

Dadurch, daß der Bereich in dem Austrittsbereich 12, in der Art in dem Folienpaket 1 angeordnet ist, daß er, ebenso wie die Verdampfungsbereiche 6, 8 und der Ausgangsbereich 9, in direktem wärmeleitendem Kontakt mit den Räumen 5 zur Beheizung steht, wird erreicht, daß der Austrittsbereich 12 durchgehend beheizt ist, was ebenfalls die Bildung von "kalten" Totzonen der Strömung des Medien-Massenstroms verhindert und die gleichmäßige Verteilung und Durchmischung des Medien- Massenstroms vor dem Eintreten in den Sammelraum 15 stark verbessert.

Selbstverständlich sind auch andere Bauformen eines Folienpakets 1 möglich, welche den gleichen, oder ei­ nen zumindest sehr ähnlichen Effekt erreichen würden. Beispielsweise könnten in die Zwischenfolie im Bereich der Ausgangsbereiche 7, 9 lediglich entsprechende Ver­ tiefungen eingearbeitet und auf eine Öffnung 10 in der Zwischenfolie 4 verzichtet werden, so daß auch eine gleiche Lauflänge der Medien-Massenströme in den bei­ den Medienfolien 2, 3 durchaus denkbar wäre.

Bei den eingesetzten Folien 2, 3, 4 kann es sich bei­ spielsweise um dünne Platten bzw. Folien aus einem hochlegierten Stahlwerkstoff handeln, in die die Ver­ tiefungen 11 und die Strukturen in der Verdampfungsbe­ reichen 6, 8 eingeätzt sind.

Claims (4)

1. Folienpaket für einen aus Folien aufgebauten, ins­ besondere zweigängigen, Verdampfer zur Überführung eines flüssigen Medien-Massenstroms in einen gas­ förmigen Medien-Massenstrom, welches beheizbar ist, und welches wenigstens eine von dem Medium durchströmte Medienfolie sowie wenigstens eine weitere Folie aufweist, wobei jedes Folienpaket einen Eintrittsbereich für das flüssige Medium und einen Austrittsbereich für das gasförmige Medium aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittsbereich (12) derart ausgebildet ist, daß ein Druckgradient in dem Medium über die we­ nigstens annähernd gesamte Breite des Austrittsbe­ reichs (12) deutlich kleiner ist, als ein Druck­ gradient in dem Medium über die wenigstens annä­ hernd gesamte, durchströmte Länge der Medienfolie (2, 3), wozu ein durchströmter Querschnitt über die wenigstens annähernd gesamte Breite des Austritts­ bereichs (12) deutlich größer ist als über die durchströmte Länge der Medienfolie (2, 3), wobei der Austrittsbereich (12) beheizbar ist.

2. Folienpaket nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittsbereich (12) im beheizbaren Bereich des Folienpakets (1) angeordnet ist.

3. Folienpaket nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittsbereich (12) durch in der wenigstens einen weiteren Folie (3, 4) angeordnete Ausnehmun­ gen (10, 11) gebildet ist.

4. Folienpaket nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem zweigängigen Verdampfer das Folienpaket (1) zwei Medienfolien (2, 3) und eine Zwischenfolie (4) aufweist, wobei die Zwischenfolie (4) im Be­ reich des Austrittsbereichs (12) der einen der Me­ dienfolien (2) wenigstens eine Öffnung (10) auf­ weist, und wobei die andere der Medienfolien (3) im Bereich der wenigstens einen Öffnung (10) Ver­ tiefungen (11) aufweist.