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Vorrichtung zum stufenweisen Austreiben von Gasen und Dämpfen aus
den im Kreislauf einer Mehrstoffanlage geführten Lösungen Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum stufenweisen Austreiben von Gasen und Dämpfen aus den im Kreislauf
einer insbesondere zur Umsetzung von Wärmeenergien in mechanische Energie bestimmten
Mehrstoffanlage als Arbeitsmittel enthaltenden Lösungen unter Wärmezuführung, wobei
zur schrittweisen Rektifikation der Entgaser in mehrere hintereinandergeschaltete
Gruppen aufgeteilt ist.
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Die Erfindung bezweckt, derartige Mehrstoff anlagen weiter auszugestalten
und zu verbessern, um zu ermöglichen, daß die Wärmezufuhr und die durch sie bewirkte
Aufwärmung und Trennung der Arbeitsmittel in besonders günstiger und wirksamer Weise
erfolgt, so daß die Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit dieser Anlagen wesentlich
erhöht wird.
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Vorrichtungen, mit welchen aus einer verschiedene Stoffe als Arbeitsmittel
enthaltenden Lösung Gase oder Dämpfe mittels zugeführter Wärme laufend ausgetrieben
werden, sind an sich nicht neu.
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Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art wird zur Verringerung der
dem Kondensator einer Kraftmaschine zugeführten und mit dein Kühlwasser abgeleiteten
Wärmemenge ein Teil des Abfalldampfes in eine konzentrierte Lauge, z. B. Natronlauge,
eingeleitet, wobei die frei werdende Wärmemenge in einem Wärmeaustauscher zur Erzeugung
von Dampf für den Niederdruckteil zur Verwendung kommt. Der aus der Kraftmaschine
anfallende Dampf wird durch das Einleiten in eine Lösung unter Druckumformung regeneriert
und die verdünnte Lösung anschließend im Kreislauf unter Dampfabgabe wieder konzentriert.
Die Austreibung des Dampfes aus der Lösung erfolgt in der Weise, daß die durch den
eingeleiteten Dampf verdünnte Lauge in ein Rohrsystem gedrückt und hier durch einen
Brenner beheizt wird. In einem Abscheider wird das dampfförmige Lösungsmittel von
der Lösung getrennt und der Kraftmaschine zur Umwandlung in mechanische Energie
zugeführt, während die konzentrierte Lösung über einen @N'ärmeaustauscher wieder
im Kreislauf zur Mischung mit neuem Abfalldampf in dem Mischer zurückgeführt wird.
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Diese bekannte Anlage hatte aber den Nachteil, daß eine wirkungsvolle
Austreibung des dampfförmigen Lösungsmittels aus der Lösung nicht erzielt werden
konnte, weil die Lösung zusammen mit dem sich hei der Wärmezufuhr bildenden Dampf
in gleicher Richtung das gesamte Rohrsystem durchströmt, bevor sie am Ende des Rohrsystems
in einem Abscheider von dem Dampf getrennt wird. Sollen durch Wärmezufuhr aus einem
im Kreislauf geführten flüssigen Gemisch ständig große Mengen eines gasförmigen
Arbeitsmittels ausgetrieben werden, so läßt sich ein solcher Austreiber, der nur
aus einem einfachen Rohrsystem besteht, nicht verwenden. Es sind auch bereits Entgasungsanlagen
bekannt, bei denen zur Rektifikation von.Lösungen und zum Austreiben einer Gemischkomponente
die stufenweise Entgasung in einem größeren Behälter vorgenommen wird, in dem Einbauten,
z. B. Kaskadenbleche, angeordnet sind, damit das oben in den Entgaser einströmende
Wasser stufenförmig herabrieseln und im Gegenstrom von dem aufsteigenden Dampf durchströmt
werden kann. Bei diesen Rektifikationsanlagen erfolgt die Austreibung durch Wärmezuführung
in der Weise, daß die zu trennende Flüssigkeit stufenweise nach außen geführt und
außerhalb der Anlage in besonderen Wärmeaustauschern erhitzt wird.
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Derartige Anlagen sind aber nicht zum Austreiben der gasförmigen Komponente
unter hohem Druck geeignet, da es sich bei diesen Entgasern um Behälter mit sehr
großem Durchmesser handelt, die also für hohe Drücke kaum hergestellt werden können
bzw. deren Herstellung viel zu teuer würde. Außerdem sind derartige Entgasungsanlagen
für eine Wärmezufuhr durch direkte Befeuerung kaum verwendbar.
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Bei dem Verdampfer einer Absorptions-Kältemaschine wurde für die Ammoniakflüssigkeit
ein in mehrere nebeneinanderliegende Teilkammern aufgeteilter, liegender Behälter
mit direkter Befeuerung von außen erwärmt. Bei dieser Anlage erfolgte jedoch an
Stelle einer stufenweisen Austreibung des Ammoniaks die Führung der Ammoniaklösung
durch mehrere Kammern hindurch, wobei für das ausgetriebene Gas nur ein gemeinsamer
Ausdampfraum zur Verfügung stand. Der Austreiber bildete hierbei kein Rohrsystem,
auch konnte der Verdampfer nicht mit höherem Druck betrieben werden.
Alle
diese bekannten Einrichtungen zur Austreibung von Gasen und Dämpfen aus Lösungen
unter Wärmezuführung sind aber ungeeignet, wenn es sich darum handelt, ständig sehr
große Mengen eines gasförmigen Arbeitsmittels aus einem im Kreislauf geführten Gemisch
restlos aus der Flüssigkeit auszutreiben. Soll z. B. das aus der Lösung ausgetriebene,
gasförmige Arbeitsmittel für einen Mehrstoff-Kraftprozeß in einer Kraftmaschine
entspannt werden, so muß der Austreiben unter sehr hohem Druck und mit großer Wärmezufuhr
betrieben werden, damit ein genügendes Druckgefälle und eine ausreichende Gasmenge
zur Verfügung steht. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das an sich bekannte
Rektifil:ationsverfahren mit den ganz anders gearteten Erfordernissen einer Feuerung
finit großer stündlicher Wärmeleistung in Einklang zu bringen.
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Dies wird mit der Erfindung dadurch erreicht, daß jede Entgasergruppe
einen oberen Sammler und einen unteren Sammler aufweist, die unter sich durch Fallrohre
miteinander verbunden sind, während die von den unteren Sammlern ausgehenden Steigrohre
an die oberen Sammler der jedesmal nachfolgenden Gruppe angeschlossen sind.
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Diese Ausführung gemäß der Erfindung hat den Vorteil, daß nunmehr
eine vollständige Austreibung des gasförmigen Arbeitsmittels aus dein im Kreislauf
geführten Gemisch gewährleistet werden kann. Dadurch, daß jede Entgasergrüppe mit
einem oberen und unteren Sammler versehen ist und die beheizten Steigrohre jeder
Gruppe mit dem oberen Sammler der nachfolgenden Gruppe verbunden sind, wird es möglich,
das gasförmige Arbeitsmittel im Gegenstrom zum flüssigen Gemisch zu führen und in
jeder Stufe im oberen Sammler von der eintretenden flüssigen Lösung derart berieseln
zu lassen, daß eine größtmöglichste Entgasung stattfindet. Der Austreiben kann hierbei
für größte Leistungen und für höchste Drücke ausgelegt werden. Durch die Anordnung
der oberen Sammler für jede Entgasergruppe können die im Entgasen ausgetriebenen
Gase in das Austauschgleichgewicht mit der eingespeisten reichen Lösung gebracht
werden.
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Dadurch, daß die Heizflächen des Entgasers in mehrere hintereinandergeschaltete
Gruppen aufgeteilt sind, die von der Lösung nacheinander durchströmt werden, kann
der obere Sammler jeder Gruppe, in dem die Trennung des in der Gruppe ausgetriebenen
Gases von der ärmer gewordenen Lösung stattfindet, mit einem wesentlich kleineren
Durchmesser als eine übliche Kesseltrommel ausgeführt werden, wodurch eine nicht
unerhebliche Materialersparnis erzielt wird.
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Da in Weiterbildung der Erfindung der obere Sammler jeder nachfolgenden
Stufe etwas tiefer angeordnet ist als der obere Sammler jeder vorhergehenden Stufe,
findet eine selbsttätige und zwangsweise Durchströmung der gesamten Entgaserheizfläche
statt, ohne daß hierfür eine besondere Umwälzpumpe erforderlich ist. Hierdurch werden
die Stopfbuchsschwierigkeiten an einer solchen Pumpe vermieden und ihr Kraftbedarf
eingespart sowie die Sicherheit des Entgäserbetriebes erhöht. Mit dieser Schaltung
werden auch alle Umlaufschwierigkeiten vermieden, die sich meist einstellen, wenn
der Entgasen als Selbstumlaufheizfläche auf Grund des Auftriebes der Gasblasen gebaut
ist. Durch die Zwangströmung in allen Heizflächen wird dies jedoch vermieden, und
es werden alle Heizflächen ausreichend gekühlt, so daß die Heizflächen der Mehrstoffanlage
mit Vorteil beispielsweise in einen Schmelzkammerkessel eingebaut werden können.
Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt, und
zwar zeigt Abb.1 eine gemäß der Erfindung ausgestaltete Mehrstoffanlage in einem
senkrechten, schematischen Schnitt, Abb. 2 ein Schaltschema der einzelnen Heizflächen.
Der betrachtete Teil der Mehrstoff anlage besteht aus einem Schinelzkammerkessel1
mit der Schmelzkammer 2, dem eine Strahlungskammer 3 nachgeschaltet ist. Die Schmelzkammer
2 ist mit ausgekleideten Rohren 4 und 10 des Entgasers versehen. Der untere Teil
der Strahlungskammer 3 ist an den Wänden mit den Rohren 6 gekühlt, die zur Überhitzerheizfläche
der Gaserhitzer gehören. Im oberen Teil der Strahlungskammer 3 ist eine Schottenheizfläche
7 und im danach folgenden Zug ein Schlangenrohrbündel 8 untergebracht. Beide Heizflächen
7 und 8 gehören zum Gaserhitzer. Dem Gaserhitzer ist noch ein Gaszwischenüberhitzer
9 nachgeschaltet.
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Durch die Speiseleitung 34 (Abb. 2) wird die reiche Lösung in den
Sammler 11 eingespeist. Von dein Sammler 11 gelangt die reiche Lösung über Fallrohre
12 zu dem Sammler 13. Von dein Sammler 13 gehen die beheizten Steigrohre 4 ab. die
in den Sammler 14 münden. Der Sammler 14 ist durch Fallrohre 15 mit dem Sammler
16 verbunden, der wiederum finit den Steigrohren 10 mit dem Sammler 17 in Verbindung
steht. Die Seitenwände der Schmelzkarmner 2 sind mit den Steigrohren 20 (Abb. 2)
ausgekleidet, die von den Sammlern 19 ausgehen und in die Sammler 21 münden. Die
Sammler 19 erhalten von dem Sammler 17 durch die Fallrohre 18 die arme Lösung. Von
den Sammlern 21 gelangt die Lösung über die Fallrohre 22 und 23 zu den Sammlern
24. Die von den Sammlern 24 ausgehenden Steigrohre 5 sind an den Wänden des unteren
Teiles der Strahlungskammer 3 angeordnet und enden in den Sammlern 25, von wo die
arme Lösung in den Fallrohren 26 und 27 in den Sammler 28 gelangt. Die vordere Wand
der Strahlungskammer 3 ist im unteren Teil von den Rohren 29 ausgekleidet, die vom
Sammler 28 ausgehen und im Sammler 30 enden. Aus dem Sammler 30 wird dem Schmelzkammerkessel
1 die arme Lösung entnommen.
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In Abb. 2 ist das Schaltschema des Entgasers genau zu ersehen. In
die Sammler sind die Berieselungsbleche 31 eingebaut. Die Einspeisungsleitung 34
der reichen Lösung sowie die jeweiligen Steigrohre der einzelnen Gruppen münden
in den entsprechenden Sammlern jeweils über den Berieselungsblechen 31. Damit ist
die Gewähr geboten, daß die eintretende Lösung das in den oberen Sammlern ausgetriebene
Gas im Gegenstrom berieselt. Das in den oberen Sammlern ausgetriebene Gas entweicht
aus diesen über die entsprechenden Stücke der Verbindungsleitungen 32 jeweils in
den höhengelegenen Sammler der vorgeschalteten Gruppe. Die einzelnen Stücke der
Verbindungsleitung 32 münden jeweils unter den Berieselungsblechen 31 und über dem
Spiegel 33 der in den oberen Sammlern ausgeschiedenen Lösung.
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Das gesamte ausgetriebene Gas aus dem Entgasen wird nun in den Gaserhitzer
-geleitet, der aus den Heizflächen der Strahlungskammer 3, der Schottenheizfläche
7 und dem Schlangenrohrbündel 8 besteht.
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Das Schaltungsschema des Gaserhitzers ist ebenfalls aus Abb. 2 ersichtlich.
Das aus den einzelnen Gruppen ausgetriebene Gas kommt aus dem Sammler 11 zunächst
über die Leitung 35 in den Sammler 36. .An den Sammler36 sind die Rückwandrohre37
der Strahlungskammer 3 angeschlossen, die in die Schottenheizfläche 7 übergehen.
Die Rohre der Schottenheizfläche 7
münden in den Sammler 38, von
dem die Vorderwandrohre 39 der Strahlungskammer 3 ausgehen und in den Sammler 40
einmünden. Das Gas wird nunmehr auf die Sammler 41 aufgeteilt und gelangt von diesen
über die Seitenwandrohre 6 der Strahlungskammer 3 in die Sammler 42. Weiter geht
das Gas über die Sammler 43, die Tragrohre 44 des Schlangenrohrbündels 8 zu dem
Sammler 45. Von dem Sammler 45 gehen die Rohre des Schlangenrohrbündels 8 ab und
gelangen in den Sammler 46, von wo das erhitzte Gas dem Schmelzkammerkessel 1 entnommen
wird.