DE102010055452A1

DE102010055452A1 - Strömungsleitvorrichtung im Einlaufbereich eines abfallenden Flüssigkeitskanals

Info

Publication number: DE102010055452A1
Application number: DE102010055452A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Alzner; Stefan Lenz; Christian Matten
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2012-06-21

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strömungsleitvorrichtung für Einlauföffnungen (55) von abfallenden Flüssigkeitskanälen (54). Die Strömungsleitvorrichtung weist zumindest ein flächiges Strömungsleitelement (20), beispielsweise ein Strömungsleitrohr (20) auf, das ausgebildet und angeordnet ist, um die in die Einlauföffnung (55) des Flüssigkeitskanals (54) einfließende Flüssigkeit in Längsrichtung des Flüssigkeitskanals (54) nach unten in einen Ringspalt (59) zu lenken. Des Weiteren umfasst die Strömungsleitvorrichtung zumindest einen Strömungsbrecher (45), der ausgebildet und angeordnet ist, um die zu dem flächigen Strömungsleitelement (20) oder entlang des flächigen Strömungsleitelements (20) fließende Flüssigkeitsströmung in voneinander beabstandete Flüssigkeitsströme derart aufzuteilen, dass die Flüssigkeitsströme eine Durchtrittsöffnung (60) für in dem Flüssigkeitskanal (54) aufsteigendes Gas freigeben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Strömungsleitvorrichtung für Einlauföffnungen von abfallenden Flüssigkeitskanälen aufweisend zumindest ein flächiges Strömungsleitelement, das ausgebildet und angeordnet ist, um die in die Einlauföffnung des Flüssigkeitskanals einfließende Flüssigkeit in Längsrichtung des Flüssigkeitskanals nach unten zu lenken.
In Stoffaustauschkolonnen oder in Wärmeaustauschern werden oft abfallende Flüssigkeitskanäle benötigt, die Flüssigkeiten von einem höherliegenden Niveau zu einem niedrigeren Niveau leiten.
Stand der Technik
Zur Verteilung von Flüssigkeit in Stoffaustausch- oder Wärmeaustauschkolonnen werden häufig Flüssigkeitsverteileinrichtungen eingesetzt, bei welchen die Flüssigkeit über zentral in der Kolonne verlaufende Hauptkanäle dem Verteilersystem zugeführt werden. Die Hauptkanäle werden auch als zentrale Steigrohre bezeichnet. Die Gebrauchsmusterschrift DE 20 2009 015 458 U1 zeigt in 4 eine Flüssigkeitsverteileinrichtung, die einen Sammelbehälter 27 aufweist, von dem aus Flüssigkeit in einen kreisrohrförmigen Hauptkanal 21 strömt. Die Flüssigkeit fällt über den gesamten Kanalumfang in den Kanal 21 ein. Hierdurch entsteht in der Regel ein in den Kanal herabfallender, geschlossener Flüssigkeitsvorhang. Durch eingetragenes oder aufsteigendes Gas besteht die Gefahr, dass dieser Flüssigkeitsvorhang innerhalb des Kanalrohres Pendelbewegungen zur Rohrmitte hin ausführt. Der pendelnde Flüssigkeitsvorgang behindert das Aufsteigen des im Rohr befindlichen Gases. Durch das Pendeln wird zudem Gas in die Flüssigkeit eingetragen.
In der WO 01/60488 A1 wird vorgeschlagen, die Ablaufschächte von Austauschböden in Stoffaustauschkolonnen mit flächigen Strömungsleitelementen zu versehen. Jedes Strömungsleitelement hat ein oberes Ende, das sich über den Austauschboden hinaus nach oben erstreckt und in Richtung der gegen die Einlauföffnung strömenden Flüssigkeit geneigt ist. Ein Verstopfen des Ablaufschachtes (engl.: downcomer choking) soll mit den Strömungsleitelementen verhindert werden. Bei dem in der WO 01/60488 A1 beschriebenen in den Ablaufschacht einlaufenden Fluid handelt es sich um eine stark mit Gasblasen versetzte Flüssigkeit.
Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt eine Strömungsleitvorrichtung gemäß Anspruch 1 und eine Halterung für Strömungsleitelemente in Einlauföffnungen von abfallenden Flüssigkeitskanälen gemäß Anspruch 15 bereit. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.
Demnach wird eine Strömungsleitvorrichtung für Einlauföffnungen von abfallenden Flüssigkeitskanälen bereitgestellt, die zumindest ein flächiges Strömungsleitelement aufweist, das ausgebildet und angeordnet ist, um die in die Einlauföffnung des Flüssigkeitskanals einfließende Flüssigkeit in Längsrichtung des Flüssigkeitskanals nach unten zu lenken. Erfindungsgemäß weist die Strömungsleitvorrichtung zumindest einen Strömungsbrecher auf, der ausgebildet und angeordnet ist, um die zu dem oder entlang des flächigen Strömungsleitelements, beispielsweise eines Strömungsleitrohres, fließende Flüssigkeitsströmung in voneinander getrennt fließende Flüssigkeitsströme derart aufzuteilen, dass die Flüssigkeitsströme eine Durchtrittsöffnung für in dem Flüssigkeitskanal aufsteigendes Gas freigeben.
Vorteile der Erfindung
Durch die gebildete Durchtrittsöffnung kann Gas, das zwischen dem einfließenden Flüssigkeitsvorhang und der Kanalinnenwand im Kanal aufsteigt, entweichen. Hierbei kann es sich um Gas handeln, das sich zu Beginn des Füllens des Kanals im Kanal befindet, sowie um Gas, das mit der Flüssigkeit in den Kanal mitgerissen wurde. Die Hinterlüftung des Flüssigkeitsvorhangs mithilfe des Strömungsbrechers bewirkt ein gleichmäßiges Herabfallen der Flüssigkeit in Längsrichtung des Flüssigkeitskanals. Ein Pendeln der Flüssigkeit zur Kanalmitte hin durch Aufstauen von Gas hinter einem geschlossenen Flüssigkeitsvorhang wird somit verhindert. Zentrale Bereiche des Flüssigkeitskanals bleiben für aufsteigendes Gas frei.
Vorzugsweise weist der zumindest eine Strömungsbrecher zumindest zwei winklig, vorzugsweise spitzwinklig, zueinander angeordnete Strömungsleitplatten auf, die an einer Stoßkante aneinander anliegen. Die Stoßkante ist bevorzugt derart ausgerichtet, dass die in Richtung der Zulauföffnung strömende Flüssigkeitsströmung auf die Stoßkante auftrifft und durch die auseinanderlaufend angeordneten Strömungsleitplatten in voneinander getrennte Flüssigkeitsströme aufgeteilt wird. Dies bedeutet, dass die in Draufsicht auf den Strömungsbrecher durch die Strömungsleitplatten gebildete Spitze in Richtung der auf den Flüssigkeitskanal zulaufenden Flüssigkeitsströmung zeigt. Die winklige, vorzugsweise spitzwinklige Anordnung der Strömungsleitplatten ist strömungsgünstig, da sich die Flüssigkeit an der Stoßkante nur in geringer Höhe aufstaut. Eine quer zur Flüssigkeitsströmung angeordnete flächige Platte ist als Strömungsbrecher ebenfalls denkbar, bei dieser ist die Anstauhöhe der Flüssigkeit jedoch größer. Vorzugsweise sind die Strömungsleitplatten des zumindest einen Strömungsbrechers eben ausgebildet. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, gebogene Platten vorzusehen.
Vorzugsweise ist die Stoßkante, an denen die Strömungsleitplatten des Strömungsbrechers aneinander anliegen, parallel zur Längsachse des Flüssigkeitskanals angeordnet. Die bedeutet, dass die Stoßkante in der Regel wie der Flüssigkeitskanal vertikal ausgerichtet ist.
Bei der erfindungsgemäßen Strömungsleitvorrichtung erstreckt sich der zumindest eine Strömungsbrecher vorzugsweise über das höchste flächige Strömungsleitelement in vertikaler Richtung nach oben hinaus. Bei dieser Ausführungsform bewirkt jeweils ein Strömungsbrecher ein Aufbrechen des Flüssigkeitsstromes für mehrere Strömungsleitelemente. Es ist jedoch auch möglich, für jedes Strömungsleitelement einen separaten Strömungsbrecher vorzusehen, der beispielsweise auf der Oberfläche des jeweiligen Strömungsleitelements angeordnet ist.
Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Strömungsleitvorrichtung mehrere über den Umfang des Flüssigkeitskanals verteilt angeordnete Strömungsbrecher. Hierdurch wird eine sichere Hinterlüftung des Flüssigkeitsvorhangs über den gesamten Kanalumfang gewährleistet. Die Strömungsbrecher sind vorzugsweise mit gleichen Abständen über den Umfang des Flüssigkeitskanals verteilt angeordnet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind vier Strömungsbrecher vorgesehen, die bevorzugt einen jeweiligen Winkelabstand von 90° besitzen.
Bei der erfindungsgemäßen Strömungsleitvorrichtung ist der zumindest eine Strömungsbrecher vorzugsweise strömungsaufwärts des zumindest einen Strömungsleitelements und beabstandet zu diesem angeordnet. Durch diese Anordnung besteht die Möglichkeit, mit einem Strömungsbrecher die Flüssigkeitsströmung wirksam für mehrere Strömungsleitelemente aufzubrechen und damit die in den Spalten zwischen der Kanalinnenwand und den Strömungsleitelementen fließenden Flüssigkeitsvorhänge zu hinterlüften.
Für kreisrohrförmige Flüssigkeitskanäle ist eine Strömungsleitvorrichtung bevorzugt, bei welcher das zumindest eine flächige Strömungsleitelement von einem kreisquerschnittsförmigen Strömungsleitrohr gebildet ist. Vorzugsweise ist das obere Ende des Strömungsleitrohres in Richtung der in die Einlauföffnung eintretenden Flüssigkeit geneigt. Zwischen der Kanalinnenwand des Flüssigkeitskanals und dem Strömungsleitrohr ist ein Ringspalt gebildet, in welchen die Flüssigkeit einströmt. Durch das Strömungsleitrohr wird die Flüssigkeit in Längsrichtung des Kanals nach unten gelenkt. Das obere Ende des Strömungsleitrohres kann scharf abgewinkelt oder kontinuierlich abgebogen sein. Ansonsten verläuft das Strömungsleitrohr vorzugsweise mit konstantem Durchmesser vertikal gerade nach unten. An seinem unteren Ende kann das Strömungsleitrohr nach außen in Richtung der Innenwand des Flüssigkeitskanals geneigt sein. Hierdurch wird die Flüssigkeit in Richtung der Kanalinnenwand des Flüssigkeitskanals gelenkt. Vorzugsweise ist das Strömungsleitrohr aus zwei oder mehr Rohrsegmenten zusammengesetzt. Hierdurch besteht die Möglichkeit, die einzelnen Rohrsegmente so zu dimensionieren, dass diese durch ein Mannloch einer Kolonne hindurchgeführt werden können.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Strömungsleitvorrichtung ein zweites kreisquerschnittsförmiges Strömungsleitrohr auf, das konzentrisch zu dem ersten Strömungsleitrohr angeordnet ist, wobei das innere Strömungsleitrohr in vertikaler Richtung nach oben das äußere Strömungsleitrohr überragt. Durch diese Anordnung der Strömungsleitrohre werden zwei Ringspalten gebildet, in welche Flüssigkeit einströmen kann. Bei großen Kanaldurchmessern und großen Schwankungen in der Flüssigkeitsbelastung können Strömungsleitvorrichtungen auch mit mehr als zwei konzentrisch zueinander angeordneten Strömungsleitrohren eingesetzt werden. Das innerste Strömungsleitrohr weist hierbei vorteilhafterweise jeweils die größte Höhe auf.
Die erfindungsgemäße Strömungsleitvorrichtung kann auch für rechteckige oder quadratische Kanalquerschnitte ausgestaltet sein. Als Strömungsleitelemente können in diesem Fall rechteckige Strömungsleitplatten 9 dienen, wie sie in der WO 01/60488 A1 in Bezug auf die 1 und 2 beschrieben sind. Auch rohrförmige Strömungsleitelemente mit quadratischem oder rechteckigem Rohrquerschnitt, die vorzugsweise konzentrisch zueinander angeordnet sind, können verwendet werden. Diese können aus jeweils vier an ihren Längskanten miteinander verbundenen Strömungsleitplatten gebildet sein. Die Flüssigkeitsvorhänge in den Spalten werden mithilfe des zumindest einen Strömungsbrechers, vorzugsweise mit mehreren über den Umfang des Flüssigkeitskanals verteilt angeordneten Strömungsbrechern, aufgebrochen.
Die erfindungsgemäße Strömungsleitvorrichtung weist vorzugsweise eine Halterung für das zumindest eine flächige Strömungsleitelement auf. Die Halterung umfasst vorzugsweise zumindest zwei horizontal verlaufende, sich kreuzende Träger sowie Aufhängemittel, mit denen die Träger von oben in den Flüssigkeitskanal einhängbar und am Rand der Einlauföffnung des Flüssigkeitskanals befestigbar sind. Vorzugsweise ist der zumindest eine Strömungsbrecher an der Halterung, besonders bevorzugt an den Aufhängemitteln befestigt. Die Aufhängemittel sind bevorzugt aus Materialstreifen gebildet, die in einem unteren Abschnitt parallel zur Innenwand des Flüssigkeitskanals verlaufen, sowie einen oberen abgewinkelten Abschnitt aufweisen, der abgeschrägte Kanten umfasst, an denen die Strömungsleitplatten des Strömungsbrechers anliegen. Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass die Strömungsbrecher zusammen mit der Halterung in einer Bauteilgruppe vormontiert werden können. Abweichend von dieser Ausführungsform kann die Halterung auch ohne Befestigungsmöglichkeit für einen Strömungsbrecher ausgebildet sein.
Die Bauteile oder vormontierten Bauteilgruppen der erfindungsgemäßen Strömungsleitvorrichtung sind vorzugsweise so dimensioniert, dass diese durch ein Mannloch in eine Kolonne einbringbar sind. Hierdurch besteht die Möglichkeit, eine Kolonne mit der erfindungsgemäßen Strömungsleitvorrichtung nachzurüsten. Beispielsweise kann ein Strömungsleitrohr aus mehreren Rohrsegmenten zusammengesetzt sein.
Die erfindungsgemäße Strömungsleitvorrichtung kann überall dort Verwendung finden, wo eine Flüssigkeit in einen abfallenden Kanal eingeleitet wird und ein Eintrag von Gas in die Flüssigkeit vermieden werden soll oder eine verbesserte Entgasung des Kanals gewünscht ist. Dies ist beispielsweise bei Flüssigkeiten mit niedriger Oberflächenspannung von Vorteil, die zur Aufnahme von Gas d. h. zum Schäumen neigen.
Vorteilhaft ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Strömungsleitvorrichtung für Stoffaustausch- oder Wärmeaustauschkolonnen, beispielsweise gewickelte Wärmeaustauscher, die eine Flüssigkeitsverteilereinrichtung mit einem abfallenden Flüssigkeitskanal, der auch als zentrales Steigrohr bezeichnet wird, aufweisen. Die erfindungsgemäße Strömungsleitvorrichtung kann dort im Einlaufbereich des zentralen Steigrohrs eingesetzt werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird des Weiteren eine Halterung für Strömungsleitelemente in Einlauföffnungen von abfallenden Flüssigkeitskanälen bereitgestellt. Die Halterung weist zumindest zwei horizontal verlaufende, kreuzend zueinander angeordnete Träger sowie Aufhängemittel auf, mit denen die Träger von oben in den Flüssigkeitskanal einhängbar und am Rand der Einlauföffnung des Flüssigkeitskanals befestigbar sind. Vorzugsweise sind die Aufhängemittel jeweils aus Materialstreifen gebildet, die in einem unteren Abschnitt parallel zur Innenwand des Flüssigkeitskanals verlaufen, sowie einen oberen abgewinkelten Abschnitt aufweisen, der am Rand der Einlauföffnung befestigbar ist. Die Halterung kann auch abgeschrägte Kanten zum Befestigen der Strömungsleitplatten eines Strömungsbrechers aufweisen.
Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Strömungsleitvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine Draufsicht auf die Strömungsleitvorrichtung nach 1;
3 ein vormontiertes Halterungsteil der Strömungsleitvorrichtung von 1 und 2 in einer Draufsicht;
4 einen Längsschnitt durch eine Einrichtung zur Verteilung von Flüssigkeit in einer Stoff- oder Wärmeaustauschkolonne mit einer erfindungsgemäßen Strömungsleitvorrichtung an der Einlauföffnung des zentralen Hauptkanals;
5a einen Längsschnitt durch den Hauptkanal von 3 im Betrieb der Kolonne;
5b eine Draufsicht auf die Anordnung von 5a;
6 dieselbe Ansicht von 5a mit einer Strömungsleitvorrichtung ohne Strömungsbrecher.
In 1 ist in perspektivischer Ansicht eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Strömungsleitvorrichtung für Flüssigkeiten gezeigt. Die 2 zeigt eine Draufsicht auf die Strömungsleitvorrichtung von 1.
Die in den 1 und 2 dargestellte Strömungsleitvorrichtung umfasst ein inneres Strömungsleitrohr 10 und ein äußeres Strömungsleitrohr 20, die konzentrisch zueinander angeordnet sind. Das innere Strömungsleitrohr 10 umfasst einen ersten, unteren Rohrabschnitt 11, der einen kreisförmigen Querschnitt mit konstantem Durchmesser aufweist. In einem zweiten, oberen Rohrabschnitt 12 ist das innere Strömungsleitrohr 10 nach außen abgewinkelt ausgestaltet. Der Durchmesser des inneren Strömungsleitrohres 10 nimmt in diesem Abschnitt 12 nach oben hin stetig zu. Das äußere Strömungsleitrohr 20 besitzt mit einem unteren Rohrabschnitt 21 und einem oberen Rohrabschnitt 22 denselben Aufbau wie das innere Strömungsleitrohr 10, es weist jedoch einen größeren Durchmesser und eine geringere Höhe als das innere Strömungsleitrohr 10 auf. Wie aus 4 zu ersehen, welche einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Strömungsleitvorrichtung in einem Anwendungsbeispiel zeigt, überragt das innere Strömungsleitrohr 10 in seiner Höhe das äußere Strömungsleitrohr 20.
Die Strömungsleitrohre 10 und 20 sind jeweils aus zwei Rohrhälften zusammengesetzt, die in vorliegendem Beispiel durch Nieten miteinander verbunden sind. Die beiden Rohrhälften können durch ein Mannloch einer Kolonne hindurchgeführt werden. Der Aufbau aus zwei oder mehr Rohrsegmenten besitzt den Vorteil, dass auch bereits montierte Stoff- oder Wärmeaustauschkolonne mit der erfindungsgemäßen Strömungsleitvorrichtung nachgerüstet werden können.
Die erfindungsgemäße Strömungsleitvorrichtung umfasst des Weiteren eine Halterung 30, auf der die beiden Strömungsleitrohre 10 und 20 aufliegen und an welcher sie befestigt sind. In 1 ist in unterbrochenen Linien ein Einlaufabschnitt 3 eines senkrecht nach unten abfallenden Flüssigkeitskanals 2 dargestellt, in welchen die erfindungsgemäße Strömungsleitvorrichtung eingebracht ist. Der Flüssigkeitskanal 2 ist durch ein Rohr 2 mit kreisförmigem Querschnitt mit konstantem Durchmesser gebildet. Die Längsachse des flüssigkeitsführenden Rohres 2 ist mit der Bezugsziffer 5 bezeichnet. Ein ebenfalls in unterbrochnen Linien dargestellter Ring 4 zeigt einen Teil einer Zulaufebene, über welche im Betrieb eine Flüssigkeit in das Rohr 2 einströmt.
Wie in den 1 und 2 gezeigt, umfasst die Halterung 30 zwei Halterungsteile 31 und 31, die im Wesentlichen den gleichen Aufbau besitzen. Die beiden Halterungsteile 31 und 31 sind innerhalb des Rohres 2 über Kreuz angeordnet. Der Kreuzungspunkt beider Halterungsteile 31 und 31' fällt mit der Längsachse 5 des Kanals 2 zusammen.
3 zeigt eines der Halterungsteile 31 in einer Draufsicht. Es umfasst einen langgestreckten Träger 32 mit rechteckigem Querschnitt, der sich in radialer Richtung annährend über den gesamten Querschnitt des Rohres 2 erstreckt. An den beiden Enden des Trägers 32 sind rechteckförmige Verbindungsplatten 34 angeschweißt. Über diese Verbindungsplatten 34 ist der Träger 32 mit Auflegern 35 verbunden. Diese Verbindung kann eine Niet- oder Schraubverbindung sein. Die Aufleger 35 sind aus dickwandigen Blechstreifen (s. auch 1) gebildet, die in einem unteren Abschnitt 36 parallel und mit Abstand zur Innenwand des Flüssigkeitskanals 2 verlaufen. Ein oberer Endabschnitt 37 der Aufleger 35, der im Folgenden auch, als Lasche 37 bezeichnet wird, ist zum unteren Abschnitt 36 abgewinkelt ausgeführt und mit einer Bohrung 39 versehen.
Des Weiteren weisen die Laschen 37 jeweils zwei abgeschrägte Kanten 42 auf. An diesen abgeschrägten Kanten 42 sind pro Lasche 37 jeweils zwei ebene rechteckförmige Platten 43 beispielsweise durch Schweißen befestigt. Die Platten 43 schließen einen spitzen Winkel α miteinander ein. Der Winkel α liegt vorzugsweise im Bereich von 15° bis 75°, besonders bevorzugt im Bereich von 25° bis 50°. In vorliegendem Beispiel beträgt der Winkel α etwa 40°. An Kanten 44, an denen die Platten 43 winklig aneinander stoßen, sind diese miteinander durch Schweißen oder Löten verbunden. Jeweils zwei winklig zueinander angeordnete Platten 43 an jeder Lasche 37 bilden einen Strömungsbrecher 45.
Zentral in der Mitte des Trägers 32 des ersten Halterungsteils 31 befindet sich eine Aussparung 33, in welche das zweite Halterungsteil 31' über eine komplementär ausgebildete Aussparung 33' eingesteckt wird. Nach dem Zusammenstecken der beiden Halterungsteile 31 und 31' werden diese mit Hilfe von nicht dargestellten Winkeln miteinander verschraubt. Die sich daraus ergebende kreuzenden Anordnung der beiden Halterungsteile 31 und 31 ist in 2 gezeigt. Anschließend werden die Strömungsleitrohre 10 und 20 mithilfe von Halteelementen 40 (s. 1), die an den Trägern 32 und 32' befestigt sind, an der Halterung 30 fixiert. Zur Montage innerhalb einer Kolonne werden beiden Halterungsteile 31 und 31' getrennt voneinander durch ein Mannloch eingebracht und anschließend wie beschrieben miteinander verbunden. Somit können auch bereits bestehenden Kolonnen mit der erfindungsgemäßen Strömungsleitvorrichtung ausgestattet werden. Die Strömungsleitrohre 10 und 20 sowie die Halterung 30 sind im vorliegenden Beispiel aus Metall gefertigt.
Die fertig montierte Strömungsleitvorrichtung weist, wie aus 2 zu ersehen, vier gleichmäßig über den Umfang des Flüssigkeitskanals 2 verteilt angeordnete Strömungsbrecher 45 auf. Damit sind die Strömungsbrecher 45 in einem Abstand von 90° zueinander angeordnet. Die Strömungsbrecher 45 dienen dazu, die in den Kanal 2 einlaufende Flüssigkeit jeweils in separate Ströme aufzuteilen. Dies wird anhand der 5a und 5b noch näher erläutert.
Die Bauteile der erfindungsgemäßen Strömungsleitvorrichtung sowie die vormontierten Baugruppen wie die Halterungsteile 31 und 31' sind derart dimensioniert, dass diese durch ein Mannloch einer Kolonne hindurchgeführt werden können. Damit besteht die Möglichkeit, bereits montierte Kolonnen mit der erfindungsgemäßen Strömungsleitvorrichtung auszustatten.
4 zeigt die erfindungsgemäße Strömungsleitvorrichtung in einem Anwendungsbeispiel. Dargestellt ist eine Flüssigkeitsverteilungseinrichtung für beispielsweise einen gewickelten Wärmeaustauscher. Diese umfasst eine senkrechte Zuleitung 50, über welche eine Flüssigkeit zugeführt wird. Am unteren Austrittsende der Zuleitung 50 ist ein Prallblech 51 angebracht, auf das die ankommende Flüssigkeit auftrifft. Die Flüssigkeit läuft dann entlang des nach unten gewölbten Prallblechs 51 in einen nur teilweise dargestellten Sammelbehälter 52, der die Flüssigkeit in einen zentral am Sammelbehälter angeschlossenen Hauptkanal 54 weiterleitet. Die Längsachse des Hauptkanals 54 ist mit der Bezugsziffer 57 bezeichnet. Am unteren Ende des Hauptkanals 54 ist ein nicht näher dargestelltes Verteilerarmsystem 53 angeordnet, welche die am unteren Ende des Kanals 54 aufgestaute Flüssigkeit auf den Kolonnenquerschnitt verteilt.
Der Hauptkanal 54 ist durch ein kreisquerschnittsförmiges Rohr 54 gebildet, das eine kreisförmige Einlauföffnung 55 aufweist, die in der Ebene des Bodens 56 des Sammelbehälters 52 liegt. In diesem Ausführungsbeispiel sind demnach keine Wehre vorgesehen. Die Fallhöhe der Flüssigkeit beträgt bis zum Auftreffen auf die Flüssigkeitsoberfläche der aufgestauten Flüssigkeit im vorliegenden Beispiel bis zu etwa zwei Meter.
Mit den Laschen 37 liegt die mit Bezug auf 1 bis 3 beschriebene Strömungsleitvorrichtung auf dem Boden 56 des Sammelbehälters 52 auf. Über Schrauben 58, die durch die Bohrung 39 der Laschen 37 geführt sind, ist die Strömungsleitvorrichtung am Boden 56 des Sammelbehälters 52 und an der Rohrwandung des Hauptkanals 54 fixiert. Wie aus dieser Ansicht zu ersehen ist, verlaufen die Stoßkanten 44, an denen die Platten 43 der Strömungsbrecher 45 miteinander fixiert sind, vertikal und damit parallel zur Längsachse 57 des Hauptkanals 54.
Die Platten 43 der Strömungsbrecher 45 sind so dimensioniert, dass diese sich in vertikaler Richtung über das höchste, d. h. das innere Strömungsleitrohr 10, hinweg erstrecken. Damit ist die strömungsaufbrechende Funktion der Strömungsbrecher 45 auch im Hinblick auf eine entlang des inneren Strömungsleitrohrs 10 in dem Ringspalt 61 fließende Strömung gewährleistet.
5a zeigt eine Teilansicht der Anordnung von 4 im Betrieb des Wärmeaustauschers. Flüssigkeit fließt über den Boden des Sammelbehälters 52 radial nach innen in Richtung der Einlauföffnung 55 des Hauptkanals 54. Da die Flüssigkeitsbelastung im gezeigten Betriebszustand gering ist, fließt Flüssigkeit nur in einen Ringspalt 59 zwischen der Innenwand des Hauptkanals 54 und dem äußeren Strömungsleitrohr 20. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist daher in diesem Längsschnitt das innere Strömungsleitrohr 10 nicht dargestellt. Die Abwinklung des oberen Abschnitts 22 des Strömungsleitrohrs 20 bewirkt ein weiches Hereinleiten der Flüssigkeit in den Ringspalt 59. Mit der Weite des Ringspaltes 59 kann die Auftauhöhe der Flüssigkeit in dem Sammelbehälter 52 eingestellt werden.
5b zeigt eine Draufsicht auf die Anordnung von 5a in einer Teilansicht. Wie aus den 5a und 5b zu ersehen, trifft der Flüssigkeitsstrom auf die Stoßkante 44 des Strömungsbrechers 45 auf. Der Flüssigkeitsstrom wird an diesem in zwei Ströme aufgeteilt, die entlang der Platten 43 strömen und durch deren winklige Anordnung stetig räumlich voneinander beabstandet werden. Hierdurch entsteht eine Öffnung 60 im Flüssigkeitsvorhang, der über den Umfang des Hauptkanals 54 in den Ringspalt 59 einströmt. Durch diese Öffnung 60 im Flüssigkeitsvorhang kann Gas entweichen, das innerhalb des Hauptkanals 54 zwischen Kanalinnenwand und Flüssigkeitsvorhang aufsteigt.
6 zeigt die Situation bei einem Strömungsleitrohr 70, das keinen vorangestellten Strömungsbrecher aufweist. Bei dieser Anordnung fließt die Flüssigkeit in den Ringspalt 72 zwischen der Kanalinnenwand und dem Strömungsleitrohr 70 in einem über den Umfang geschlossenen Flüssigkeitsvorhang hinein. Gas, das von unten nach oben im Kanal 71 aufsteigt wird hinter dem Flüssigkeitsvorhang eingeschlossen. Dieses Gas bahnt sich einen Weg zur Kanalmitte, sodass der Flüssigkeitsvorhang zur Rohrmitte hin verblasen wird.
Ein Verblasen des Flüssigkeitsvorhangs wird mit dem Strömungsbrecher in 5a und 5b dadurch verhindert, dass der Flüssigkeitsvorhang in beschriebener Weise mithilfe der Strömungsbrecher 45 aufgebrochen und hinterlüftet wird. Die Flüssigkeit wird im Weiteren durch das Strömungsleitrohr 20 in Längsrichtung des Kanals 54 nach unten geleitet bzw. gelenkt. Es fließt in glatten Strömen nahe der Kanalinnenwand herab. Im Zentrum des Hauptkanals 54 kann somit Gas, das mit der Flüssigkeit in den Hauptkanal mitgerissen wurde, sowie Gas, das sich zu Beginn des Füllens mit Flüssigkeit im Hauptkanal 54 befindet, ungehindert nach oben aufsteigen. Die erfindungsgemäße Strömungsleitvorrichtung dient daher als Entgasungshilfe für abfallende Flüssigkeitskanäle.
Ist die Flüssigkeitsbelastung stärker, so fließt Flüssigkeit auch in den zwischen dem äußeren Strömungsleitrohr 20 und dem inneren Strömungsleitrohr 10 (s. 4) gebildeten Ringspalt 61 ein. Auch in diesem Fall bewirken die Strömungsbrecher 45 ein Aufspalten der Strömung in mehrere Teilströme mit Öffnungen im Flüssigkeitsvorhang, durch welche Gas entweichen kann. Ein Verblasen der durch die Ringspalte 59 und 61 fließenden Flüssigkeitsströme zur Mitte des Hauptkanals 54 hin wird verhindert. Das innere Strömungsleitrohr 10 lenkt die Flüssigkeit in Längsrichtung des Kanals 54 nach unten. Im Kernbereich des Hauptkanals 54 kann somit Gas ungehindert durch das innere Strömungsleitrohr 10 hindurch nach oben entweichen.
Die Strömungsbrecher 45 weisen in vorliegendem Beispiel eine strömungsgünstige Dreiecksform auf und sind derart positioniert, dass die durch die Stoßkanten 44 in der Draufsicht gebildeten Spitzen entgegen der in den Kanal einströmenden Flüssigkeit ausgerichtet sind. Platten, die quer zur Strömung angeordnet sind, können abweichend von der vorliegenden Ausführungsform ebenfalls verwendet werden. Die strömungsgünstige Dreiecksform besitzt jedoch den Vorteil, dass die Anstauhöhe der Flüssigkeit im Vergleich zu quer gestellten Platten geringer ist.
Wie aus den 1 bis 5b zu ersehen ist, sind die Strömungsbrecher 45 strömungsaufwärts der Strömungsleitrohre 10 und 20 mit Abstand zu diesen angeordnet. Die Strömungsbrecher 45 sind an der Halterung 30 montiert. Die Flüssigkeitsströmung wird somit aufgebrochen, bevor diese in die Ringspalte 59 oder 61 einströmt. Abweichend von der vorliegenden Ausführungsform sind jedoch auch Ausgestaltungen denkbar, bei denen die Strömungsbrecher 45 direkt auf der Oberfläche der Strömungsleitrohre befestigt sind. Es muss jedoch sicher gestellt sein, dass die Flüssigkeitsvorhänge in allen Ringspalten aufgebrochen werden.

Abweichend von der vorliegenden Ausführungsform können die Strömungsleitrohre 10 und 20 an ihren unteren Enden in einem Rohrabschnitt nach außen in Richtung des Flüssigkeitskanals 54 geneigt, beispielsweise abgewinkelt oder abgebogen, ausgebildet sein. Bezugszeichenliste

Flüssigkeitskanal	2
Einlaufabschnitt	3
Zulaufebene	4
Längsachse des Flüssigkeitskanals	5

inneres Strömungsleitrohr	10
erster, unterer Rohrabschnitt	11
zweiter, oberer Rohrabschnitt	12

äußeres Strömungsleitrohr	20
erster, unterer Rohrabschnitt	21
zweiter, oberer Rohrabschnitt	22

Halterung	30
Halterungsteil	31, 31'
Träger	32, 32'
Aussparung	33
Platte	34
Aufleger	35
unterer Abschnitt des Auflegers	36
Lasche	37
Bohrung	39
Halteelement	40
abgeschrägte Kante	42
Platte	43
Stoßkante	44
Strömungsbrecher	45

Zuleitung	50
Prallblech	51
Sammelbehälter	52
Verteilerarmsystem	53
Hauptkanal	54
Einlauföffnung	55
Boden des Sammelbehälters	56
Längsachse des Hauptkanals	57
Schraube	58
Ringspalt	59
Öffnung	60
Ringspalt	61

Strömungsleitrohr	70
Kanal	71
Ringspalt	72

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202009015458 U1 [0003]
WO 01/60488 A1 [0004, 0004, 0015]

Claims

Strömungsleitvorrichtung für Einlauföffnungen (55) von abfallenden Flüssigkeitskanälen (2; 54) aufweisend zumindest ein flächiges Strömungsleitelement (10, 20), das ausgebildet und angeordnet ist, um die in die Einlauföffnung (55) des Flüssigkeitskanals (2; 54) einfließende Flüssigkeit in Längsrichtung des Flüssigkeitskanals (2; 54) nach unten zu lenken, gekennzeichnet durch zumindest einen Strömungsbrecher (45), der ausgebildet und angeordnet ist, um die zu dem flächigen Strömungsleitelement (10, 20) oder entlang des flächigen Strömungsleitelementes (10, 20) fließende Flüssigkeitsströmung in voneinander getrennt fließende Flüssigkeitsströme derart aufzuteilen, dass die Flüssigkeitsströme eine Durchtrittsöffnung (60) für in dem Flüssigkeitskanal (2; 54) aufsteigendes Gas freigeben.
Strömungsleitvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der zumindest eine Strömungsbrecher (45) zumindest zwei winklig, insbesondere spitzwinklig, zueinander angeordnete Strömungsleitplatten (43) aufweist, die an einer Stoßkante (44) aneinander anliegen.
Strömungsleitvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoßkante (44) parallel zur Längsachse (5; 57) des Flüssigkeitskanals (2; 54) angeordnet ist.
Strömungsleitvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei sich der zumindest eine Strömungsbrecher (45) in vertikaler Richtung nach oben über das höchste Strömungsleitelement (10) hinaus erstreckt.
Strömungsleitvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend mehrere, insbesondere vier, über den Umfang des Flüssigkeitskanals (2; 54) verteilt angeordnete Strömungsbrecher (45).
Strömungsleitvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Strömungsbrecher (45) strömungsaufwärts des zumindest einen Strömungsleitelements (10, 20) und beabstandet zu diesem angeordnet ist.
Strömungsleitvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere für kreisrohrförmige Flüssigkeitskanäle (2; 54), wobei das zumindest eine flächige Strömungsleitelement (10, 20) durch ein kreisquerschnittsförmiges Strömungsleitrohr (10, 20) gebildet ist.
Strömungsleitvorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Strömungsleitrohr (10, 20) an seinem oberen Ende in Richtung der in die Einlauföffnung (55) eintretenden Flüssigkeit geneigt ist.
Strömungsleitvorrichtung nach Anspruch 7, aufweisend ein zweites kreisquerschnittsförmiges Strömungsleitrohr (20, 10) nach Anspruch 7 oder 8, das konzentrisch zu dem ersten Strömungsleitrohr (10, 20) angeordnet ist, wobei das innere Strömungsleitrohr (10) in vertikaler Richtung nach oben das äußere Strömungsleitrohr (20) überragt.
Strömungsleitvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend eine Halterung (30) für das zumindest eine flächige Strömungsleitelement (10, 20), wobei die Halterung (30) zumindest zwei sich kreuzende, horizontal verlaufende Träger (32, 32') umfasst sowie Aufhängemittel (35), mit denen die Träger (32, 32') von oben in den Flüssigkeitskanal (2; 54) einhängbar und am Rand der Einlauföffnung (55) des Flüssigkeitskanals (2; 54) befestigbar sind.
Strömungsleitvorrichtung nach Anspruch 10, wobei der zumindest eine Strömungsbrecher (45) an der Halterung (30), insbesondere an den Aufhängemitteln (35), befestigt ist.
Strömungsleitvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei die Aufhängemittel (35) jeweils aus Materialstreifen (35) gebildet sind, die in einem unteren Abschnitt (36) parallel zur Innenwand des Flüssigkeitskanals (2; 54) verlaufen, sowie einen oberen abgewinkelten Abschnitt (37) aufweisen, der abgeschrägte Kanten (42) umfasst, an denen die Strömungsleitplatten (43) des Strömungsbrechers (45) anliegen.
Strömungsleitvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei deren Bauteile oder vormontierte Bauteilgruppen derart dimensioniert sind, dass diese durch ein Mannloch in eine Kolonne einbringbar sind.
Stoffaustausch- oder Wärmeaustauschkolonne, insbesondere gewickelter Wärmeaustauscher, mit einer Flüssigkeitsverteilereinrichtung, die einen abfallenden Flüssigkeitskanal (54) mit einer Strömungsleitvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche aufweist.
Halterung für Strömungsleitelemente (10, 20) in Einlauföffnungen (55) von abfallenden Flüssigkeitskanälen (2, 54), insbesondere für Strömungsleitelemente (10, 20) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, aufweisend zumindest zwei horizontal verlaufende, kreuzend zueinander angeordnete Träger (32, 32') und Aufhängemittel (35), mit denen die Träger (32, 32') von oben in den Flüssigkeitskanal (2; 54) einhängbar und am Rand der Einlauföffnung (55) des Flüssigkeitskanals (2; 54) befestigbar sind.
Halterung nach Anspruch 15, wobei die Aufhängemittel (35) jeweils aus Materialstreifen (35) gebildet sind, die in einem unteren Abschnitt (36) parallel zur Innenwand des Flüssigkeitskanals (2; 54) verlaufen, sowie einen oberen abgewinkelten Abschnitt (37) aufweisen, der am Rand der Einlauföffnung (55) des Flüssigkeitskanals (2; 54) befestigbar ist.