DE102016217841B4 - System aus einer Dispersionseinrichtung und einer Wärmeübertagungseinrichtung - Google Patents

System aus einer Dispersionseinrichtung und einer Wärmeübertagungseinrichtung Download PDF

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Abstract

System aus einer Dispersionseinrichtung (1) und einer Wärmeübertragungseinrichtung (2), wobei das System eine im Betrieb von einem mehrphasigen Medium durchströmte Wärmeübertragungseinrichtung (2) umfasst, wobei die Wärmeübertragungseinrichtung (2) ein Plattenwärmeüberträger ist, wobei die Dispersionseinrichtung (1) zur Bildung eines mehrphasigen Mediums einen primären Eingang (12) für ein Medium in einer ersten Phase, einen sekundären Eingang (11) für ein Medium in einer zweiten Phase und einen Dispersionseinrichtungsausgang (13) für das mehrphasige Medium umfasst, wobei die Wärmeübertragungseinrichtung (2) und die Dispersionseinrichtung (1) zumindest teilweise aus demselben Material gefertigt sind, wobei die Dispersionseinrichtung (1) im Bereich einer Mischdüse (14) eine offenporige zellulare Metallstruktur aufweist, wobei die Dispersionseinrichtung (1) derart gestaltet ist, dass im Betrieb das Medium in der ersten Phase entlang einer Strömungsrichtung einen konusförmigen Trichterbereich (14) passiert, wobei der primäre Eingang (12) für das Medium in der zweiten Phase mit dem konusförmigen Trichterbereich (14) derart verbunden ist, dass das Medium in der zweiten Phase in das Medium der ersten Phase über eine zellulare Metallstruktur innerhalb des konusförmigen Trichterbereichs (14) eingeleitet wird, wobei die Dispersionseinrichtung (1) derart ausgestaltet ist, dass sie das mehrphasige Medium entlang einer Strömungsrichtung gesehen innerhalb der Wärmeübertragungseinrichtung (2) als Dispersion bereitstellt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein System aus einer Dispersionseinrichtung und einer Wärmeübertragungseinrichtung.
  • Vorrichtungen zur Übertragung von thermischer Energie zwischen zwei Medien, insbesondere fluiden Medien, sind in Gestalt von Wärmeübertragern hinlänglich bekannt. Zur Übertragung von thermischer Energie werden hierbei beispielsweise ein wärmeabgebendes Medium und ein wärmeaufnehmendes Medium jeweils in eigenen Kanälen aneinander vorbeigeführt. Über einen Wärmespeicher bzw. eine Wärmekopplungseinrichtung, wie beispielsweise eine gemeinsame Kanalwand, die zwischen dem wärmeabgebenden und dem wärmeaufnehmenden Medium angeordnet ist, lässt sich Wärme gezielt übertragen.
  • Sofern ein mehrphasiges Medium als wärmeabgebendes bzw. wärmeaufnehmendes Medium verwendet wird, werden im Vorfeld der Wärmeübertragung in der Regel ein Medium in einer ersten Phase und ein Medium in einer zweiten Phase in einem einer Wärmeübertragungseinrichtung vorgeschalteten Verbindungsglied, beispielsweise einem T-Stück, zusammengeführt und anschließend in die Wärmeübertragungseinrichtung eingeleitet, in der wiederum die eigentliche Wärmeübertragung erfolgt. Hierbei wird allerdings eine gezielte Wärmeübertragung dadurch erschwert, dass vergleichsweise große Dichteunterschiede und wärmekapazitive Unterschiede zwischen den Phasen vorliegen und der Wärmeübertragungskoeffizient gerade in der Gasphase an der temperierten gemeinsamen Kanalwand vergleichsweise gering ist.
  • Als Lösung für diese Problematik kennt der Stand der Technik zumeist individuell ausgestaltete Rohrbündel-Wärmeübertrager, die allerdings in der Regel überdimensioniert und bauraumfüllend gestaltet sind.
  • Die Druckschrift DE 20 2010 008 826 U1 beinhaltet ein Klimatisierungsmodul zum Konditionieren eines in einem Kanal geführten Luftstroms zur Klimatisierung eines Raumes mit einem Wärmetauscher, einem Ventilator, einer Anzahl von Feldgeräten und einer Steuerungseinheit. Dem Ventilator ist eine Befeuchtungseinheit und nachfolgend der Wärmetauscher jeweils beabstandet zueinander nachgeordnet. Die Befeuchtungseinheit besitzt Sprühdüsen, um einen geeigneten Sprühnebel eines Befeuchtungsfluids in den Luftstrom einzutragen.
  • Die Druckschrift EP 0 172 375 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Erhitzung eines Fluidums und zur Reinigung der Abgase von Feuerungsanlagen. Die Vorrichtung besitzt einen Behälter, Mittel zur Erzeugung eines Sprühregens, eine Pumpe zur Förderung der Flüssigkeit für die Erzeugung des Sprühregens, einen Lüfter zur Förderung der Abgase und einen Wärmetauscher, welcher im Behälter angeordnet ist, um Wärme vom Abgas und/oder Wasser auf das zu erhitzende Fluidum zu übertragen. Dabei kommt das Abgas mit dem Wassernebel in Berührung, wobei im Abgas enthaltene Schadstoffe in das Wasser übergehen. Gleichzeitig wird Wärme auf das Wasser übertragen, welche über den Wärmetauscher zu Heizzwecken abgeführt wird.
  • Durch die Druckschrift US 2014 / 0 335 002 A1 ist ein System und ein Verfahren zum selektiven Entfernen einer gasförmigen Komponente aus einem Mehrkomponentengasstrom bekannt, welcher auch einem Mischer zuführbar ist. Gleichzeitig kann in dem Mischer ein Flüssigkeitsstrom strömen, wobei der Mischer Strömungskanäle und einen zentralen Gaseintrittskegel besitzen kann. Dem Mischer ist ein Stoffübertragungsabschnitt nachgeordnet.
  • Durch die Druckschrift DE 102 18 278 B4 ist ein Mikroreaktor mit einer Umhüllung bekannt, wobei innerhalb der Umhüllung ein dreidimensional strukturiertes Netzwerk angeordnet ist. Das Netzwerk kann als offenzelliger Metallschaum ausgebildet sein und stellt ein Reaktionsraum innerhalb der Umhüllung dar.
  • Die Druckschrift DE 10 2011 110 039 A1 beinhaltet eine Belüftungsanlage mit kühlbarem PCM-Wärmetauscher und ein Verfahren zum Betreiben der Belüftungsanlage. Die Belüftungsanlage besitzt eine Luftansaugöffnung, einen sich daran anschließenden Luftführungskanal mit einem Wärmetauscher mit einem Phasenwechselmaterial, einen Ventilator und eine Luftaustrittsöffnung. Weiterhin weist die Belüftungsanlage eine Anlage zur Flüssigkeitszuführung mit zumindest einer Mündungsöffnung auf, von der aus die austretende Flüssigkeit auf die Oberfläche des Wärmetauschers gelangt. Mittels des Wärmetauschers bleibt eine Luftkühlung möglich, wenn die Dauertemperaturen der Zuluft über einen längeren Zeitraum hinweg oberhalb des Temperaturniveaus des verwendeten Phasenwechselmaterials liegt.
  • Die Druckschrift US 2008 / 0 190 862 A1 zeigt einen Lösungsreaktor, welcher den Kontakt der Lösung mit einem Reaktionsgas ermöglicht. Der Reaktor umfasst eine Düse zum Versprühen der Lösung und eine Druckeinspeiseeinheit zum Einspeisen des unter Druck stehenden Reaktionsgases in die Düse, welche auch konisch ausgebildet sein kann.
  • Die Druckschrift DE 199 56 378 A1 offenbart ein Verfahren zum Einbringen von verschiedenen gasförmigen und/oder flüssigen Betriebsstoffen in einen Reaktionsraum. Das Verfahren dient zum Einbringen von verschiedenen gasförmigen und/oder flüssigen Betriebsstoffen zur Reformierung eines Kohlenwasserstoffs in einem Reaktionsraum. Dabei dient dieses Verfahren insbesondere zum Einbringen der Betriebsstoffe in einem Reformer zur Dieselreformierung, wobei dabei den Betriebsstoffen thermische Energie zugeführt wird.
  • Aus den Druckschriften sind Einrichtungen zur Erhöhung der Gleichmäßigkeit einer Dispersion nicht ableitbar.
  • Durch die Druckschrift US 2008 / 0 145 297 A1 ist eine Treibstoffverarbeitungseinheit mit einem Körper aus einem Metallschaum in einer konusförmigen Mischröhre bekannt. Weiterhin umfasst die Treibstoffverarbeitungseinheit einen Wärmetauscher, welcher beabstandet zu der Mischröhre mit dem Körper aus dem Metallschaum angeordnet ist.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein System bereitzustellen, das eine effektive und wirkungsvolle Übertragung von thermischer Energie sicherstellt, ohne dabei auf bauraumfüllende Bauteile zurückzugreifen zu müssen.
  • Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe durch ein System aus einer Dispersionseinrichtung und einer Wärmeübertragungseinrichtung, wobei das System eine im Betrieb von einem mehrphasigen Medium durchströmte Wärmeübertragungseinrichtung umfasst, wobei das System zur Bildung des mehrphasigen Mediums eine Dispersionseinrichtung aufweist.
  • Gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen umfasst das erfindungsgemäße System eine Dispersionseinrichtung und eine Wärmeübertragungseinrichtung. Mit Hilfe der Dispersionseinrichtung lässt sich gegenüber einfachen Verbindungsgliedern als mehrphasiges Medium ein weitgehend gleichmäßiges Gemisch aus einem Medium in einer ersten Phase und einem Medium in einer zweiten Phase der Wärmeübertragungseinrichtung bereitstellen. Dadurch lässt sich der Wärmeübergang verbessern, wodurch schließlich eine Effizienzsteigerung erzielt wird. Gegenüber einfachen Verbindungsgliedern, wie einem T-Stück, hat die Dispersionseinrichtung insbesondere den Vorteil, dass ein ungleichmäßig verteiltes Aufeinandertreffen und ein anschließendes ungewolltes Separieren zu großen Einphasenbereichen der beiden zu mischenden Medien vermieden werden kann. Statt dieser großflächigen Einphasenbereiche ermöglicht die Dispersionseinrichtung die Realisierung eines gleichmäßigen Gemischs für die Wärmeübertragungseinrichtung, wodurch letztendlich eine wirkungsvollere Wärmeübertragung möglich ist. Dabei lässt sich in vorteilhafter Weise wegen der Dispersionseinrichtung auf eine raumspezifizierte und überdimensionierte Vorrichtung zur Übertragung der Wärme verzichten. Unter Umständen lässt sich so eine aufwändige Sonderbauform an Wärmeübertragungseinrichtung vermeiden und den Rückgriff auf standardisierte Serienprodukte zu.
  • Weiterhin ist es vorgesehen, dass das mit der Dispersionseinrichtung bereitgestellte mehrphasige Medium auf eine Wärmeübertragungsfläche in der Wärmeübertragungseinrichtung trifft. Vorzugsweise handelt es sich bei der Wärmeübertragungsfläche um eine Kanalwand, die zur Führung des Gemischs bzw. des mehrphasigen Mediums verwendet wird. Beispielsweise ist die Wärmeübertragungseinrichtung ein Plattenwärmeübertrager. Es sind aber auch ein Spiralwärmeübertrager oder ein Mantelrohrwärmeübertrager als Wärmeübertragungseinrichtung vorstellbar. Unter einer Dispersionseinrichtung versteht der Fachmann insbesondere eine Einrichtung, mit deren Hilfe eine Fein- bzw. Feinstverteilung verschiedener Phasen untereinander realisierbar ist. Hierbei ist es im Besonderen vorgesehen, dass die Dispersionseinrichtung derart gestaltet ist, dass das mehrphasige Medium während der Übertragung der thermischen Energie in der Wärmeübertragungseinrichtung als Dispersion vorliegt. Unter einer Dispersion ist insbesondere ein heterogenes Gemisch aus mindestens zwei Stoffen zu verstehen, die sich im Wesentlichen nicht ineinander lösen oder chemisch miteinander verbinden. Vorzugsweise bezeichnen die erste Phase und die zweite Phase unterschiedliche Aggregatzustände in den beiden in der Dispersion vorliegenden Medien. Beispielsweise liegt das eine Medium gasförmig vor, während das andere Medium flüssig vor liegt. Abhängig vom Verhältnis zwischen dem gasförmigen Medium und dem flüssigen Medium kann es sich bei der Dispersion auch um einen Schaum handeln. Auch sind mit dieser Einrichtung Suspensionen und Emulsionen herstellbar.
  • Weiterhin ist vorgesehen, dass die Dispersionseinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie das mehrphasige Medium entlang einer Strömungsrichtung gesehen räumlich unmittelbar vor der Wärmeübertragungseinrichtung oder innerhalb der Wärmeübertragungseinrichtung als Dispersion bereitstellt. Dadurch lässt sich in vorteilhafter Weise vermeiden, dass sich die Medien in den einzelnen Phasen wieder separieren, bevor sie auf eine Wärmeübertragungsfläche der Wärmeübertragungseinrichtung treffen.
  • Weiterhin ist vorgesehen, dass die Wärmeübertragungseinrichtung und die Dispersionseinrichtung zumindest teilweise aus demselben Material gefertigt sind. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Dispersionseinrichtung Materialien, aus denen medienführende Teile der Wärmeübertragungseinrichtung gefertigt sind, umfasst. Vorzugsweise betrifft das die Dispersion hervorrufenden Komponenten der Dispersionseinrichtung. Dadurch lassen sich in vorteilhafter Weise unerwünschte Wechselwirkungen der Dispersionseinrichtung mit der unter Umständen zu bestimmten Materialgruppen physikalisch und/oder chemisch aggressiven Mehrphasenströmung des mehrphasigen Mediums vermeiden.
  • Weiterhin ist vorgesehen, dass die Dispersionseinrichtung im Bereich einer Mischdüse eine offenporige zellulare Metallstruktur aufweist. Mittels der Wahl der Porengröße lässt sich vorzugsweise die Feinheit der erzielten Dispersion einstellen. Ferner ist es vorstellbar, dass die Dispersionseinrichtung eine bestimmte Porenverteilung aufweist, um eine gewünschte Dispersion zu erzielen. Ferner ist es vorgesehen, dass eine Stegsubstanz oder eine Stegzusammensetzung der offenporigen Metallstruktur aus dem Material der Wärmeübertragungseinrichtung gefertigt ist. Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Kammern, die Düse und/oder eine Verteil- und Leiteinrichtung der Dispersionseinrichtung aus einer offenporigen zellularen Metallstruktur gefertigt ist. Dabei ist es ferner vorstellbar, dass die Metallstruktur hydrophob ausgerüstet ist.
  • Weiterhin ist vorgesehen, dass die Dispersionseinrichtung einen primären Eingang für ein Medium in einer ersten Phase, vorzugsweise das Dispersionsmittel, mindestens einen sekundären Eingang für ein Medium in einer zweiten Phase, vorzugsweise die disperse Phase, und einen Dispersionseinrichtungsausgang für das mehrphasige Medium umfasst. Über den primären Eingang und die sekundären Eingänge lassen sich jeweils das Medium in der ersten Phase und weitere Medien in einer gleichen oder anderen Phase in die Dispersionseinrichtung einleiten. Vorzugsweise umfassen die Eingänge und der Ausgang einen Flansch, um den Anschluss der Dispersionseinrichtung an vor- und nachgeschaltete Bauteile zu erleichtern. Auch weitere andere Verbindungselemente, wie Schraub- oder Steckmuffen, sind denkbar.
  • Weiterhin ist vorgesehen, dass die Dispersionseinrichtung derart gestaltet ist, dass im Betrieb das Medium in der ersten Phase entlang einer Strömungsrichtung einen konusförmigen Trichterbereich passiert, wobei der primäre Eingang für das Medium in der zweiten Phase mit dem konusförmigen Trichterbereich vorzugsweise derart verbunden ist, dass das Medium in der zweiten Phase in das Medium der ersten Phase, insbesondere über eine zellulare Metallstruktur, innerhalb des konusförmigen Trichterbereichs eingeleitet wird. Mit anderen Worten: Die Dispersionseinrichtung umfasst einen konusförmigen Trichterbereich, wobei der primäre Eingang für das Medium in der ersten Phase in Strömungsrichtung des Medium in der zweiten Phase gesehen auf Höhe des konusförmigen Trichterbereichs angeordnet ist. Ferner ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Dispersion aus dem Medium in der ersten Phase und dem Medium aus der zweiten Phase im Betrieb eine in Strömungsrichtung dem Dispersionseinrichtungsausgang vorgeschaltete Ausgangskammer, insbesondere eine Ausgangskammer mit gewölbten Kanalwänden, passiert. Dadurch lässt sich ein mehrphasiges Medium als möglichst gleichmäßige Dispersion aus dem Medium in der ersten Phase und dem Medium in der zweiten Phase der Wärmeüberträgereinrichtung bereitstellen.
  • Weiterhin ist vorgesehen, dass die Wärmeübertragungseinrichtung ein Plattenwärmeüberträger oder jede andere Art von Wärmeübertragungseinrichtung ist. Dadurch lässt sich ein vergleichsweise kompaktes System zur Übertragung von thermischer Energie bereitstellen, ohne dass bei der Nutzung eines mehrphasigen Mediums zur Übertragung der Wärme mit wesentlichem Effizienzverlust zu rechnen wäre.
  • Weiterhin weist die Dispersionseinrichtung im Bereich der Mischdüse eine offenporige zellulare Metallstruktur zur Herstellung der Dispersion auf. Die offenporige Metallstruktur hat den Vorteil, dass sich kurzfristig ein mehrphasiges Medium bereitstellen lässt, das vorzugsweise für eine Aufenthaltszeit in der Wärmeübertragungseinrichtung gemischt bleibt und so einen effektiven Wärmeaustausch sicherstellen kann. Zur Vermeidung einer Korrosion ist die offenporige zellulare Metallstruktur aus demselben Metall wie die Dispersionseinrichtung gefertigt. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Dispersionseinrichtung nachträglich an bereits installierte Wärmeübertragungseinrichtung angeschlossen wird. Vorzugsweise ersetzt die erfindungsgemäße Dispersionseinrichtung ein Verbindungsglied, wie beispielsweise ein T-Stück. Um an die entsprechende Wärmeübertragungseinrichtung angeschlossen werden zu können, ist der Ausgang der Dispersionseinrichtung an einen Eingang der Wärmeübertragungseinrichtung angepasst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Dispersionseinrichtung derart gestaltet ist, dass das Medium in der ersten Phase eine Kammer mit gewölbten Kanalwänden passiert, dort einen Drall erfährt und gemeinsam mit dem Medium aus der zweiten Phase im Betrieb als Dispersion in Strömungsrichtung den Dispersionseinrichtungsausgang passiert. Der entstehende Drall verbessert in vorteilhafter Weise die Wirkung der Dispersionsbildung. Grundsätzlich muss die Drallkammer dabei nicht als solche ausgeführt werden. Beispielsweise genügt es abhängig von den zu dispergierenden Medien auf eine den Drall hervorrufende Vorrichtung zu verzichten.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Dispersionseinrichtung reversibel aus dem System lösbar oder austauschbar ist. Dadurch lässt sich durch die entsprechende Wahl der Dispersionseinrichtung ein Feinheitsgrad nachträglich anpassen. Außerdem lässt sich die Dispersionseinrichtung für Wartungszwecke einfach lösen. Vorzugsweise umfasst die Dispersionseinrichtung einen Flansch, der beispielsweise mit einem Flansch einer Wärmeübertragungseinrichtung verbunden werden kann.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsform der Erfindung, welche den Erfindungsgedanken nicht einschränken.
    • Die 1 zeigt in einem Flussdiagramm schematisch ein Verfahren zur Übertragung von thermischer Energie gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • Die 2 zeigt ein System gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • Die 3 zeigt in einer Schnittansicht eine Dispersionseinrichtung des Systems aus der 2 im Detail.
  • In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
  • In 1 ist schematisch in einem Flussdiagramm ein Verfahren zur Übertragung von thermischer Energie gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Hierzu wird ein System verwendet, das eine Wärmeübertragungseinrichtung 2 umfasst. Beispielsweise handelt es sich bei der Wärmeübertragungseinrichtung um einen Plattenwärmeüberträger, einen Spiralwärmeüberträger oder einen Mantelrohrwärmeüberträger. Zur Übertragung der thermischen Energie wird die Wärmeübertragungseinrichtung 2, vorzugsweise ein oder mehrere Kanäle der Wärmeübertragungseinrichtung, von einem mehrphasigen wärmeabgebenden Medium in einem Wärmeübertragungsschritt 2 durchströmt. Durch die Wechselwirkung des wärmeabgebenden mehrphasigen Mediums mit einer Kanalwand oder mehreren Kanalwänden der Wärmeübertragungseinrichtung 2 während des Durchströmens lässt sich die thermische Energie beispielsweise auf ein wärmeaufnehmendes Medium übertragen, das die Wärmeübertragungseinrichtung 2, vorzugsweise in einem anderen Kanal, unabhängig vom mehrphasigen Medium durchströmt. Zur Erhöhung der Effizienz bei der Übertragung der thermischen Energie ist es insbesondere vorgesehen, dass das mehrphasige Medium mittels einer Dispersionseinrichtung 1 in einem Mischungsschritts 10 der Wärmeübertragungseinrichtung 2 als Dispersion bereitgestellt wird. Vorzugsweise ist die Dispersionseinrichtung 1 hierzu derart gestaltet, dass sie den gewünschten Grad der Feinheit für die Dispersion (in der Regel kolloidal- bis grobdispers) festlegt. Durch die Fein- bzw. Feinstverteilung der Phasen untereinander und einer damit einhergehenden Vergleichmäßigung im mehrphasigen Medium bzw. Gemisch lässt sich in vorteilhafter Weise der Wärmeübertrag verbessern, was sich letztendlich positiv auf die Effizienz bzw. einen Wirkungsgrad des Systems zur Übertragung der thermischen Energie auswirkt. Ferner ist es vorgesehen, dass die Dispersionseinrichtung 1 und die Wärmeübertragungseinrichtung 2 derart gestaltet sind, dass die Dispersion während ihres Aufenthalts in der Wärmeübertragungseinrichtung 2 aufrechterhalten wird.
  • Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Dispersionseinrichtung 1 Düsen, Kammern und/oder Verteil- bzw. Leiteinrichtungen aufweist. Hierbei ist es vorstellbar, dass Düsen, Kammern und/oder Verteil- bzw. Leiteinrichtungen eine offene oder geschlossene zellularen Metallstruktur, die beispielsweise hydrophob ausgerüstet ist, umfassen. Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Dispersionseinrichtung 1 zur Kombination mit einer Wärmeübertragungseinrichtung 2 vorgesehen ist und sich dadurch in vorteilhafter Weise für ein Aufrüsten einer Wärmeübertragungseinrichtung 2 zum erfindungsgemäßen System zur Übertragung von Energien eignet.
  • In der 2 ist ein System zur Übertragung von thermischer Energie gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Beispielsweise handelt es sich hierbei bei der Wärmeübertragungseinrichtung 2 um einen Plattenwärmeüberträger. Ein solcher beispielhafter Plattenwärmeüberträger umfasst vorzugsweise eine Mehrzahl an parallel und deckungsgleich entlang einer Stapelrichtung angeordneten Platten. Zur Bildung von entlang der Stapelrichtung durch den Plattenwärmeüberträger verlaufenden Kanälen weisen die einzelnen Platten Öffnungen auf, die im zusammengebauten Plattenwärmeüberträger die Kanäle zur Führung eines wärmeabgebenden und eines wärmeaufnehmenden Mediums dienen. Insbesondere ist es vorgesehen, dass auf einer Frontplatte des Plattenwärmeüberträgers für das wärmeaufnehmende und das wärmeabgebenden Medium jeweils ein Eingang 22 und ein Ausgang 21 vorgesehen ist. Hierbei sind der Eingang 22 und der Ausgang 21 jeweils paarweise im Kantenbereich von gegenüberliegenden Seiten der Frontplatte angeordnet. Nach dem Eintritt des wärmeabgebenden und wärmeaufnehmenden Mediums über den Eingang 22 folgen diese jeweils der Stapelrichtung einem Einführungskanal bis der Kanal im Bereich der letzten Platte eine Schleife aufweist, die das jeweilige Medium auf einen parallel zum Einführungskanal verlaufenden Rückführungskanal leitet, der das jeweilige Medium zum Ausgang 21 führt. Während des Transports wird über die Platten Wärme vom wärmeabgebenden Medium auf das wärmeaufnehmende Medium übertragen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass das wärmeabgebende Medium dem Eingang 22 am Plattenwärmeüberträger zweiphasig bereitgestellt wird. Um die Effizienz bei der im Plattenwärmeüberträger 2 stattfindenden Wärmeübertragung zu verbessern, ist eine Dispersionseinrichtung 1 vorgesehen, die - im dargestellten Ausführungsbeispiel - dem Eingang 22 des Plattenwärmeüberträgers 2 vorgeschaltet ist. Eine Anbindung kann dabei beispielsweise über eine Flanschverbindung erfolgen. Neben einem Dispersionseinrichtungsausgang 13, der mit dem Eingang des Plattenwärmeübertragers 22 verbunden ist, weist die Dispersionseinrichtung 1 insbesondere einen primären Eingang 12 zur Einleitung eines Mediums in einer ersten Phase und ein sekundären Eingang 11 zur Einleitung eines Mediums in einer zweiten Phase auf.
  • In der 3 ist in einer Schnittansicht eine Dispersionseinrichtung 1 des Systems aus der 2 im Detail dargestellt. In der dargestellten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Medium in der ersten Phase entlang einer auf den Dispersionseinrichtungsausgang 13 gerichteten Strömungsrichtung einen in Strömungsrichtung konusförmig verjüngenden Trichterbereich 14 passiert. Hierbei ist es vorstellbar, dass sich der Trichterbereich 14 entlang der Strömungsrichtung mehr als 30 %, bevorzugt mehr als 40 % und besonders bevorzugt mehr als 45% der Dispersionseinrichtung erstreckt. Im Trichterbereich 14 wird insbesondere das Medium in der zweiten Phase eingeleitet. Vorzugsweise wie das Medium in der zweiten Phase in einem Abschnitt des Trichterbereichs 14, d. h. einen Bereich, in dem der Innendurchmesser des Trichterbereichs am kleinsten ist, eingeleitet. Zusammen verlassen das Medium in der ersten Phase und das Medium in der zweiten Phase die Dispersionseinrichtung 1 als Dispersion, nachdem sie gemeinsam eine dem Dispersionsausgang 13 in Strömungsrichtung. Die vorgelagerte Kammer 15 mit gewölbten, insbesondere bauchig bzw. kelchförmig gewölbten Kanalwänden kann der Erzeugung von Drall am Medium der ersten Phase dienen. Mit anderen Worten: Es ist vorgesehen, dass im Bereich der Kammer 15 eine Kanalwandung eines Kanals, der das Medium in der ersten Phase führt, einen sich in Strömungsrichtung variierenden Querschnitt aufweist. Vorzugsweise verengt sich die Innenkontur und ändert sich auch in ihrer Querschnittsform hierbei in Strömungsrichtung gesehen zunächst, um sich anschließend unmittelbar vor dem Dispersionseinrichtungsausgang 13 wie der aufzuweiten und seine Querschnittsform der ursprünglichen wieder anzunähern.

Claims (3)

  1. System aus einer Dispersionseinrichtung (1) und einer Wärmeübertragungseinrichtung (2), wobei das System eine im Betrieb von einem mehrphasigen Medium durchströmte Wärmeübertragungseinrichtung (2) umfasst, wobei die Wärmeübertragungseinrichtung (2) ein Plattenwärmeüberträger ist, wobei die Dispersionseinrichtung (1) zur Bildung eines mehrphasigen Mediums einen primären Eingang (12) für ein Medium in einer ersten Phase, einen sekundären Eingang (11) für ein Medium in einer zweiten Phase und einen Dispersionseinrichtungsausgang (13) für das mehrphasige Medium umfasst, wobei die Wärmeübertragungseinrichtung (2) und die Dispersionseinrichtung (1) zumindest teilweise aus demselben Material gefertigt sind, wobei die Dispersionseinrichtung (1) im Bereich einer Mischdüse (14) eine offenporige zellulare Metallstruktur aufweist, wobei die Dispersionseinrichtung (1) derart gestaltet ist, dass im Betrieb das Medium in der ersten Phase entlang einer Strömungsrichtung einen konusförmigen Trichterbereich (14) passiert, wobei der primäre Eingang (12) für das Medium in der zweiten Phase mit dem konusförmigen Trichterbereich (14) derart verbunden ist, dass das Medium in der zweiten Phase in das Medium der ersten Phase über eine zellulare Metallstruktur innerhalb des konusförmigen Trichterbereichs (14) eingeleitet wird, wobei die Dispersionseinrichtung (1) derart ausgestaltet ist, dass sie das mehrphasige Medium entlang einer Strömungsrichtung gesehen innerhalb der Wärmeübertragungseinrichtung (2) als Dispersion bereitstellt.
  2. System gemäß Anspruch 1, wobei die Dispersionseinrichtung (1) derart gestaltet ist, dass das Medium in der ersten Phase eine Kammer (15) passiert, dort einen Drall erfährt und gemeinsam mit dem Medium aus der zweiten Phase im Betrieb als Dispersion in Strömungsrichtung den Dispersionseinrichtungsausgang (13) passiert.
  3. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dispersionseinrichtung (1) reversibel aus der Vorrichtung lösbar oder austauschbar ist.
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