DE102004012276A1

DE102004012276A1 - Flüssigkeitsverteiler

Info

Publication number: DE102004012276A1
Application number: DE102004012276A
Authority: DE
Inventors: Mario Harm; Christian Schweigler; Franz Storkenmaier
Original assignee: ZAE Bayern Bayerisches Zentrum fuer Angewandte Energieforschung eV
Current assignee: ZAE Bayern Bayerisches Zentrum fuer Angewandte Energieforschung eV
Priority date: 2004-03-12
Filing date: 2004-03-12
Publication date: 2005-09-29
Also published as: EP1723377B1; EP1723377A2; ATE371158T1; ES2293562T3; WO2005088226A3; WO2005088226A2; DE502005001318D1

Abstract

Es wird ein Flüssigkeitsverteiler zur gleichmäßigen Verteilung von Flüssigkeit auf Stoff- und Wärmeaustauschflächen, z. B. in Absorbern, Verdampfern, Rohrbündelwärmetauschern usw. bereitgestellt. DOLLAR A Der Flüssigkeitsverteiler umfaßt eine Verteilerwanne (2) mit einem Wannenboden (4), eine Flüssigkeitszuführung (6), in die ein Flüssigkeitszulauf (8) mündet und mittels der die zu verteilende Flüssigkeit in die Verteilerwanne (2) einbringbar ist, und eine Mehrzahl von im Wannenboden (4) der Verteilerwanne (2) vorgesehenen Flüssigkeitsabläufen (10), die einen Flüssigkeitsverteilbereich (12) definieren. Die Flüssigkeitsabläufe (10) umfassen Aufgaberöhrchen (16), die jeweils eine obere (18) und eine untere Öffnung (20) aufweisen. Die Aufgaberöhrchen (16) durchsetzen den Wannenboden (4) der Verteilerwanne (2), sie ragen eine bestimmte Länge in die Verteilerwanne (4) hinein und erstrecken sich nach unten von dem Wannenboden (4) weg. Durch unterschiedliche Dimensionierung der Aufgaberöhrchen (16) lassen sich unterschiedliche Flüssigkeitsverteilungsprofile einstellen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsverteiler nach Anspruch 1.
Die gleichmäßige Verteilung von Flüssigkeit auf eine Fläche ist in einer Vielzahl von technischen Anwendungen, z. B. Absorber, Verdampfer, Rohrbündelwärmetauscher usw. notwendig.

Aus der US-A-4,567,942 ist ein Fallfilmwärmetauscher bekannt, der eine Verteilerwanne mit einem Wannenboden aufweist, in den eine Vielzahl von regelmäßig über den Wannenboden verteilten Aufgaberöhrchen vorgesehen sind. Die Aufgaberöhrchen erstrecken sich nach unten von der Unterseite des Wannenbodens und tauchen in einen Flüssigkeitssumpf ein, dessen Überlauf in Verdampferrohre einmündet. Die aus der unteren Öffnung der Aufgaberöhrchen austretende Flüssigkeit vermischt sich damit zwangsweise mit Flüssigkeit aus anderen Aufgaberöhrchen.

Aus US-A-5,622,060 ist eine Vorrichtung zum gleichmäßigen Aufbringen von wäßriger LiBr-Lösung auf ein Rohrbündel bekannt. Hierzu ist über dem Rohrbündel ein Verteilerrohr angeordnet, das Verteilerschlitze aufweist aus denen die zu verteilende wäßrige LiBr-Lösung austritt und auf das Rohrbündel tropft. Die Verteilerschlitze weisen nach Innen in das Verteilerrohr weisende Seitenwände auf, so daß in dem Verteilerrohr erst ein gewisser Flüssigkeitspegel überschritten werden muß, bevor Flüssigkeit über die Verteilerschlitze austritt. Die Verteilerschlitze weisen zwar eine regelmäßige Verteilung auf, jedoch können Tropfen von benachbarten Verteilerschlitzen ineinanderlaufen und dann gemeinsam abtropfen. Damit ist die gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit nicht mehr gewährleistet.

Aus der US-A-6,253,571 ist ebenfalls ein Flüssigkeitsverteiler zum gleichmäßigen Aufbringen von zu verteilender Flüssigkeit auf ein Rohrbündel bekannt. Hierzu ist eine Verteilerwanne über dem Rohrbündel angeordnet. In dem Wannenboden sind eine Vielzahl von gleichmäßig verteilten Auslaßöffnungen vorgesehen, durch die die zu verteilende Flüssigkeit austritt und auf das Rohrbündel tropft. Diese in einer ebenen Fläche angeordneten Auslaßöffnungen definieren einen Flüssigkeitsverteilbereich. Wiederum wird die regelmäßige Verteilung der Flüssigkeit dadurch gestört, daß aus den einzelnen Auslaßöffnungen austretende Tropfen ineinanderlaufen und dann gemeinsam abtropfen können. Ein gezielt einstellbares, insbesondere ein gleichmäßiges Verteilungsprofil über den Flüssigkeitsverteilbereich ist daher nicht möglich.

Ausgehend von der US-A-4,567,942 ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Flüssigkeitsverteiler anzugeben, mittels dem gezielt ein bestimmtes Flüssigkeitsverteilungsprofil über den Flüssigkeitsverteilbereich ermöglicht wird.

Durch das Vorsehen von Aufgaberöhrchen, die den Wannenboden durchsetzen, werden definierte Abtropfstellen an der unteren Öffnung der Aufgaberöhrchen bereitgestellt. Tropfen aus unterschiedlichen Aufgaberöhrchen können sich daher nicht vermischen, so daß das gewünschte Flüssigkeitsverteilungsprofil, z. B. ein gleichmäßiges Verteilungsprofils, durch die Gleichmäßigkeit der Verteilung der Aufgaberöhrchen in dem Wannenboden gegeben ist.

Dadurch, daß die Aufgaberöhrchen auch nach Innen in die Verteilerwanne hineinragen, wird verhindert, daß die Verteilerwanne leer läuft und folglich Flüssigkeit nur noch aus den Aufgaberöhrchen unmittelbar im Bereich des Zuflusses austreten würde. Die nach Innen ragenden Aufgaberöhrchen haben auch eine Schmutz-Rückhaltefunktion, da sich am Boden der Verteilerwanne absetzender Schmutz nicht in die Aufgaberöhrchen eindringen kann.

Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß der erfindungsgemäße Flüssigkeitsverteiler drucklos arbeiten kann, d.h. das gewünschte Flüssigkeitsprofil, z.B. eine gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung wird allein durch die Schwerkraft erreicht.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die zu verteilende Flüssigkeit nicht unmittelbar in die Verteilerwanne eingeführt, sondern die Flüssigkeitszuführung umfaßt eine Vorabsetzwanne, in die der Flüssigkeitszulauf mündet. Die Vorabsetzwanne dient zur Beruhigung der Flüssigkeit. Die beruhigte Flüssigkeit gelangt dann über einen Überlauf in die Verteilerwanne. Durch die Beruhigung kann sich Schmutz absetzen und gelangt nicht in die Verteilerwanne. Die beruhigte Flüssigkeitsströmung ermöglicht ein Ausgasen bzw. ein kontrolliertes Abführen von Dampf bei Eintritt von überhitzten Flüssigkeiten in den Flüssigkeitsverteiler. (Anspruch 2)

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in der Vorabsetzwanne vor dem Überlauf ein Schmutzabscheider vorgesehen. Hierdurch wird verhindert, daß Schmutzpartikel in die Verteilerwanne gelangen und einzelne Aufgaberöhrchen zusetzen. (Anspruch 3 und 4)

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist über dem Flüssigkeitspegel in der Verteilerwanne und unter dem Überlauf aus der Vorabsetzwanne eine Siebvorrichtung vorgesehen, die ebenfalls verhindert, daß Schmutzpartikel die Aufgaberöhrchen zusetzen. (Anspruch 5)

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Flüssigkeitsverteilbereich so dimensioniert, daß der Flüssigkeitspegel in der Verteilerwanne höher ist als das Niveau der oberen Öffnung der Aufgaberöhrchen. Dies wird durch die Anzahl der Aufgaberöhrchen pro Flächeneinheit und durch die Abmessungen der Aufgaberöhrchen selbst erreicht. Damit ist immer gewährleistet, daß in alle oberen Öffnungen der Aufgaberöhrchen Flüssigkeit eintreten und damit auch von der unteren Öffnung der Aufgaberöhrchen abtropfen kann. Leichte Schrägstellungen, die unter Umständen vorübergehend sind, beeinflussen daher das gewünschte Flüssigkeitsverteilungsprofil nicht negativ. (Anspruch 6)

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Aufgaberöhrchen mit unterschiedlichen Durchmessern versehen und/oder weisen unterschiedliche Längen auf, so daß sich ein bestimmtes Flüssigkeitsverteilerprofil einstellen läßt. (Anspruch 7)

Zusätzlich oder alternativ kann das Flüssigkeitsverteilungsprofil auch dadurch beeinflußt werden, daß das Niveau der oberen Öffnung der Aufgaberöhrchen unterschiedlich gewählt ist. Hierdurch kann beispielsweise die gewünschte oder notwendige Schräglage der Verteilerwanne ausgeglichen werden. Darüberhinaus läßt sich dadurch die Menge der verteilten Flüssigkeit gezielt beeinflußen, indem bei unterschiedlich hohen Aufgaberöhrchen einmal soviel Flüssigkeit in die Verteilerwanne gegeben wird, so dass alle oberen Öffnungen geflutet sind oder nur so viel Flüssigkeit zugeführt wird, dass nur ein Teil der oberen Öffnungen der Aufgaberöhrchen geflutet wird. (Anspruch 8)

Auch durch die Anzahl der Aufgaberöhrchen pro Flächeneinheit läßt sich das Flüssigkeitsverteilungsprofil beeinflussen. (Anspruch 9)

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist auch im Bereich der oberen Öffnung der Aufgaberöhrchen eine Schmutzabscheidevorrichtung vorgesehen. Auch hierdurch wird verhindert, daß Schmutz die Aufgaberöhrchen zusetzt. (Anspruch 10)

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Aufgaberöhrchen als Spiralspannstifte ausgebildet, die in Bohrungen im Wannenboden der Verteilerwanne eingepaßt sind. Durch die Verwendung von Spiralspannstiften ergibt sich eine sehr einfache Montage durch Klemmsitz in den Bohrungen im Wannenboden. (Anspruch 11)

Die übrigen Unteransprüche beziehen sich auf weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Es zeigt:
1 eine Schnittdarstellung einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung,
2 eine Schnittdarstellung eines Details aus 1, und
3 eine perspektivische Darstellung einer zweiten beispielhaften Ausführungsform mit einer modifizierten Vorabsetzwanne,
1 und 2 zeigen eine erste beispielhafte Ausgestaltung der Erfindung. Der erfindungsgemäße Flüssigeitsverteiler ist als ganzes quaderförmig. Er umfaßt eine Verteilerwanne 2 mit einem ebenen Wannenboden 4. Über eine Flüssigkeitszuführung 6 mit einem Flüssigkeitszulauf 8 gelangt die zu verteilende Flüssigkeit in die Verteilerwanne 4. Im Wannenboden 4 sind eine Mehrzahl von Flüssigkeitsabläufen 10 vorgesehen, die einen Flüssigkeitsverteilbereich 12 definieren. Die Flüssigkeitsabläufe 10 sind regelmäßig über den rechteckigen Wannenboden 4 verteilt. Die Flüssigkeitsabläufe 10 umfassen Bohrungen 14 im Wannenboden 4 in die jeweils ein Aufgaberöhrchen 16 mit einer oberen Öffnung 18 und einer unteren Öffnung 20 flüssigkeitsdicht eingepaßt ist. Die Aufgaberöhrchen 16 durchsetzen den Wannenboden 4 und ragen ein Stück in das Innere der Verteilerwanne 2 hinein und erstrecken sich nach unten über die Unterseite des Wannenbodens 4 hinaus. Die untere Öffnung 20 der Aufgaberöhrchen 16 bildet einen Flüssigkeitsabtropfbereich 22.
In Strömungsrichtung vor der Verteilerwanne 2 ist eine Vorabsetzwanne 24 vorgeschaltet. Die Vorabsetzwanne 24 ist ebenfalls quaderförmig. An einer Seite mündet der Flüssigkeitszulauf 8 in die Vorabsetzwanne 24. An der gegenüberliegenden Seite der Absetzwanne 24 ist ein Überlauf 26 vorgesehen, der in die Verteilerwanne mündet. Damit die zu verteilende Flüssigkeit über den Überlauf 24 in die Verteilerwanne 2 ablaufen kann, liegt das Flüssigkeitsniveau 28 in der Vorabsetzwanne 24 über dem Flüssigkeitsniveau 30 der Verteilerwanne 2. Der Überlauf 26 umfaßt einen waagerechten Rinnenabschnitt 32 und daran an schließend einen sich schräg nach unten neigenden Rinnenabschnitt 33.
Die beiden Rinnenabschnitte 32 und 33 erstrecken sich in die Verteilerwanne 2 hinein. Unmittelbar unter dem schräg nach unten laufenden Rinnenabschnitt 33 ist eine Siebvorrichtung 34 vorgesehen, die sich über die gesamte Breite der Verteilerwanne 2 und über etwa 2/3 der Länge der Verteilerwanne 2 erstreckt. Durch die Siebvorrichtung 34 werden eventuell in der zu verteilenden Flüssigkeit enthaltene Schmutzpartikel zurückgehalten. Die zu verteilende Flüssigkeit tropft aus der Siebvorrichtung 34 in die Verteilerwanne 2 ab. Das Flüssigkeitsniveau 30 in der Verteilerwanne 2 ist dabei höher als das Niveau 36 der oberen Öffnung 18 der einzelnen Aufgaberöhrchen 16, so daß die Aufgaberöhrchen 16 immer geflutet sind.
Verteilerwanne 2 und Vorabsetzwanne 24 sind in einer einstückig ausgebildeten quaderförmigen Wanne 38 nebeneinander angeordnet. Die gemeinsame Wanne 38 ist durch einen Deckel 40 verschlossen. Durch den Deckel 40 wird verhindert, dass bei Eintritt von überhitzter und damit kochender Flüssigkeit in die Verteilerwanne 2 Flüssigkeit aus der Verteilerwanne 2 herausspritzt und damit verlorengeht.
Als Aufgaberöhrchen 16 werden vorzugsweise Spiralspannhülsen aus Edelstahl verwendet.
3 zeigt eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform, die sich hinsichtlich der Ausgestaltung der Vorabsetzwanne 24 von der ersten Ausführungsform unterscheidet. Es sind zwar in 3 keine Aufgaberöhrchen eingezeichnet, dennoch sind auch bei der zweiten Ausführungsform Aufgaberöhrchen vorgesehen. In 3 sind lediglich die Bohrungen 14 dargestellt, in die Aufgaberöhrchen 16 eingesetzt werden. Die Vorabsetzwanne 24 unterscheidet sich von der Vorabsetzwanne der Ausführungsform gemäß 1 lediglich dadurch, daß der Flüssigkeitszulauf 8 von oben in die Vorabsetzwanne 24 mündet und dadurch, daß der Überlauf 26 anders ausgestaltet ist. Der Überlauf 26 umfaßt eine schräg nach innen und unten in die Vorabsetzwanne 24 hineinragendes Abscheiderplatte 42, die zusätzlich oder an Stelle der Siebvorrichtung 34 der ersten Ausführungsform verhindert, das Schmutzpartikel in die Verteilerwanne gelangen und einzelne Ausgaberöhrchen 16 verstopfen.

2: Verteilerwanne
4: Wannenboden
6: Flüssigkeitszuführung
8: Flüssigkeitszulauf
10: Flüssigkeitsabläufe
12: Flüssigkeitsverteilbereich
14: Bohrungen im Wannenboden
16: Aufgaberöhrchen
18: obere Öffnung in 16
20: untere Öffnung in 16
22: Flüssigkeitsabtropfbereich
24: Vorabsetzwanne
26: Überlauf
28: Flüssigkeitsniveau in der Vorabsetzwanne 24
30: Flüssigkeitsniveau in der Verteilerwanne 2
32: waagerechter Rinnenabschnitt
33: schräger Rinnenabschnitt
34: Siebvorrichtung
36: Niveau der oberen Öffnung 18 der Aufgaberöhrchen 16
38: gemeinsame Wanne
40: Deckel
42: Abscheiderplatte

Claims

Flüssigkeitsverteiler, insbesondere zum gleichmäßigen Aufbringen von Flüssigkeit auf Stoff- und Wärmeaustauschflächen, mit einer Verteilerwanne (2) mit einem Wannenboden (4), einer Flüssikeitszuführung (6), in die ein Flüssigkeitszulauf (8) mündet und mittels der die zu verteilende Flüssigkeit in die Verteilerwanne (2) einbringbar ist, einer Mehrzahl von im Wannenboden (4) der Verteilerwanne (2) vorgesehenen Flüssigkeitsabläufen (10), die einen Flüssigkeitsverteilbereich (12) definieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsabläufe (10) Aufgaberöhrchen (16) umfassen, die jeweils eine obere (18) und eine untere Öffnung (20) aufweisen, dass die Aufgaberöhrchen (16) den Wannenboden (4) der Verteilerwanne (2) durchsetzen, dass die Aufgaberöhrchen (16) eine bestimmte Länge in die Verteilerwanne (4) hineinragen und sich nach unten von dem Wannenboden (4) wegerstrecken, dass die untere Öffnung (18) der Aufgaberöhrchen (16) einen Flüssigkeitsabtropfbereich (22) bildet.
Flüssigkeitsverteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitszuführung (6) eine Vorabsetzwanne (24) aufweist, an deren einem Ende der Flüssigkeitszulauf (8) mündet und an deren anderem Ende ein Überlauf (26) vorgesehen ist, der in die Verteilerwanne (2) mündet.
Flüssigkeitsverteiler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorabsetzwanne (24) so ausgebildet ist, dass der Flüssigkeitspegel (28) in der Vorabsetzwanne (24) höher ist als der Flüssigkeitspegel (30) in der Verteilerwanne (2), und dass im Bereich des Überlaufs (26) ein Schmutzabscheider (34, 42) vorgesehen ist.
Flüssigkeitsverteiler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmutzabscheider als sich vom Überlauf (26) schräg nach unten in die Flüssigkeit der Vorabsetzwanne (24) erstreckende Abscheiderplatte (42) ausgebildet ist.
Flüssigkeitsverteiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass über dem Flüssigkeitspegel (30) in der Verteilerwanne (2) und unter dem Überlauf (26) der Vorabsetzwanne (24) eine Siebvorrichtung (34) vorgesehen ist.
Flüssigkeitsverteiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufgaberöhrchen (16) so dimensioniert sind, dass der Flüssigkeitspegel (30) in der Verteilerwanne (2) höher ist als das Niveau (36) der oberen Öffnung (18) der Aufgaberöhrchen (16).
Flüssigkeitsverteiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufgaberöhrchen (16) unterschiedliche Durchmesser und/oder unterschiedliche Länge aufweisen.
Flüssigkeitsverteiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Niveau (36) der oberen Öffnung (18) der Aufgaberöhrchen (16) unterschiedlich ist.
Flüssigkeitsverteiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Aufgaberöhrchen pro Flächeneinheit entsprechend dem gewünschten Flüssigkeitsverteilungsprofil gewählt ist.
Flüssigkeitsverteiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der oberen Öffnung (18) der Aufgaberöhrchen (16) eine Schmutzabscheidevorrichtung vorgesehen ist.
Flüssigkeitsverteiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufgaberöhrchen (16) Spiralspannstifte sind, die in Bohrungen (14) in dem Wannenboden (4) der Verteilerwanne (2) eingepaßt sind.