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Einrichtung zur Dai.ipftrocknung bei Verdampfern, insbesondere von
Kälteanlagen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Dampftrocknung bei Verdampfern,
insbesondere von Kälteanlagen, mit ringförinigem 'Querschnitt für das zu verdampfende
Medium.
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3ei neu,-7eitli,-#hen, Ubertragungshöchstwerte erzielenden ist 'Voraussetzung,
daß der erzeugte Dampf den VerüamDfer mit etwa 10 # Feuchteanteil verläßt
um Gewähr zu haben, daß .Iie Verdainpferfläche bis zum Da##-,pfaustritt restlos
i#J-t benetzt ist. Dieses Vorgehen erfordert einen zweiten Auparat, einen sogenannten
Nachverdampferzum Verdampfen des Flü#si"r,keitsrestes. Au3h dabei tritt der Nachteil,
den man
beim Hauptverdampfer verme'iden-wollte, erneut auf, daß
am Austritt bei ganz oder weitgehend getrocknetem Dampf die Fläche nicht über ihren
ganzen Verlauf mit Flüssigkeit benetzt ist. Man hat diesen Nachteil bisher dadurch
zu kompensieren versucht, daß man ein größeres Temperaturgefälle beim Nachverdampfer
angewandt hat, als es beim Hauptverdampfer vorlag.
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Bei einem anderen Verfahren wird der unverdampfte Flüssigkeitsrest
durch eine Kältemittelpumpe, zusammen mit der neu eingespeisten Flüssigkeit erneut
der Verdampferfläche zugeführt.
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Bei einer weiteren bekannten Einrichtung hat eine Drahtwendel mit
Dreiecksform in Längsprojektion die Aufgabe, ein Kernrohr in einem Außenrohr zu
zentrieren und die zusätzliche Aufgabej durch Wirbelbildung den Wärmeübergang zu
steigern (U.S. Patent 2 020 860).
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Außerdem ist eine Einrichtung bekannt geworden, bei der eine Wendelrippe
fest und dichtend am Innen- und Außenrohr anliegt. Die verdampfende Flüssigkeit
legt im Wendelgang einen langen Weg zurück (U.S. Patent 2 775 685).
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In beiden Fällen ergibt sich eine starke Volumenvergrößerung und Geschwindigkeitssteigerung
und dadurch ein stark erhöhter Strömungswiderstand im ringförmigen Verdampfungsrauni
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen.. mit
der ohne fühlbare Widerstandserhöhung
für den Austrittsdampf ein
in diesem noch, vorhandener Flüssigkeitsrest abgeschieden und der Übertragungsfläche
des allein angewandten Hauptverdampfers zugeführt wird, also Nachverdampfer bzw.
Ilückführpuii"1)e entfallen können.
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Die Lösung dieser Aufgabe gelingt nun dadurch, daß im ringförmigen
Verdampfungsrohr nach. 80 - 90 %#o der wirksamen Heizrohrlänge mit
glattem axialen Durchgang im letzten Teil (20 - 10 %) der vom Medjuri zu
durchströmenden Heizrohrlänge, in der Üer erzeugte Dar!pf bereits das Strömungsvolumen
bestimmt, eine Wendelleiste angebracht, ist, die das Innenrohr mehr als einmal unischlinp
:t, wobei die der axialen Strömungskomponente entgegengewandte Wendelgangsbegrenzungswand
eine mitgeführte Flüssigkeitstropfen an iie beheizte Rohrwand hinführende Neigung
hat und zwischen der beheizten Rohrwand und der benachbarten tendelleistenkarite
ein Spalt von wenigen Zehntelmillimetern verbleibt.
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Uni eine wiederholte-Abseheidung vor Flüssigkeitst röpfehen aus derr-Dampf
zu erzielen, ist es besonders vorteilhaft, die 1.-jendelleiste init einer zwei oder
wehrgängigen SchraubenwinJung auszuführen.
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..#ie "fl-eiguii"--- der eir- o-ler mehrc#ängigen Schrauben-4-windung
der l,.enielleiste soll Illabei an# AustriLlt etwa Jem Leitrohrtmifang entspre2hen.
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Bei Außenbeheizung des Außenrohres bestehen die l#!?-ndelleisten aus
Blechstreifen, der-3n Profil in Strömungsrichtung
schräg vom Innenrohr
zum Außenrohr verläuft. Die Innenkante der Wendelleiste ist dabei an der Außenwand
des Innenrohres dicht befestigt bzw; anliegend.
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Bei Außenbeheizung des Außenrohres und Innenbeheizung des Innenrohres
bestehen die Wendelleisten aus Blechstreifen mit dachförmig oder halbrund gebogenem
Profil, sind mit schrägen Flächen zum Innen- und Außenrohr geneigt und mit einer
Mehrzahl von Stegen am Innenrohr befestigt, wobei die Außen-'und Innenkante der
Wendelleiste einen Abstand von wenigen Zehntelmillimetern von den beheizten äußeren
und inneren Rohrwänden besitzen.
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In vorteilhafter Weise sind die Außenkanten der Blechstreifen in der
Nähe der beheizten Rohrwände abgerundet um zu vermeiden, daß die durch den Spalt
zwischen Wendelleisten und beheizter Wand strömende, den kürzesten Weg nehmende,
Dampfteilmenge die Flüssigkeit versprüht und mit sich fortreißt, so daß sie erneut
abgeschieden werden muß.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist es ferner zweckmäßig,
daß die Steigung Dein schraubenförmig angeordneten Wendelleisten in Strömungsrichtung
des zu trocknenden Dampfes abnimmt um den Abscheideeffekt mit zunehmender Dampftrocknung
zu erhöhen.
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In entsprechender Weise kann auch die Anzahl der Gänge d'er schraubenförmig
angeordneten Wendelleisten in Strömungsrichtung
des zu trocknenden
Dampfes zunehmen.
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Anhand der Fig. 1 bis 5 sollen nun verschiedene besonders
vorteilhafte Ausführungsformen beispielsweise näher erläutert werden.
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Fig. 1 zeigt den Querschnitt durch ein Doppelrohr, bei dem
sowohl das Innen- als auch das Außenrohr beheizt ist. Fig. 2 zeigt eine spezielle
Ausführungsform eines Nadelrohrverdarfipfers, bei dem drei Rohre ineinanderliegen
und ein Teil des Ringraume.-j zwischen dem mittleren und äußeren Rohr zür Tr'ocknunG-
des Dampfes dient.
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Fii#,. 5 bis 5 zeilgen besondere Ausführunr,-sf ormen
von Wendelleistenprofilen im Querschnitt bzw. Teilschnitt. GeinUß Fig.
1 ist zwisch2n eineift Innenrohr 1 und einem Außenrohr 2 Raine Wendelleiste
3 init daci-iföri.,iigeri" Profil angeor#Inet. Am Flansch 4 des Außenrohres
j ist ein Mantelrohr Ü mit Flansch "(' oet'estigt. Das Innenrohr
1 kann dabel in beliebiger Weise z.B. duruh einen Rohrboden mit der"" Außenrohr
2 in V;aruindung stehen (niciit gezeicrinet).
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Das heizende bzw. zu kühlende Medlum gelangt sowohl durch (las Rohr
1 als auch durch Stutzen 8 des Mantelrohres in den Ringraum zwischen
dein Außenrohr 2 und Mantelrohr 6, aus dem es durch den Stutzen 81 wieder
austritt. Das -7(-L verdampfende strömt durch den ilingraum zwischen Rohr
1 und -kiohr 2 von reehts nach links und trifft etwa im letzten Sechstel
dieses
Ringraumes in Strömungsrichtung gesehen auf die Wendelleiste
die hier zweigängig gezeichnet ist. Die Innenkante der Wendelleiste 3 ist
durch eine Mehrzahl von Stegen 14 mit dem Innenrohr 1 verbunden (siehe Fig.
5). Zwischen der Außenkante der Wendelleiste 3 und dem Rohr 2 ebenso,
wie zwischen der Innenkante der Wendelleiste und dem Rohr 1 an den nicht
durch Stege befestigten Stellen ibt ein Spalt von wenigen Zehntelmillimetern vorgesehen.
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Der von rechts auf das Wendelleistenprofil auftreffende Dampf wird
von diesem abgelenkt, die hierin enthaltenen Flüssigkeitströpfchen werden an den
Wendelleisten adhäsionsgebunden und werden von diesen an die beheizten Wände geführt.
Über dem ring- oder sichelförmigen Spalt zwischen der Wen"--.elleiste und dem beheizten
Rohr wird Ciie angefallene Flüssigkeit mit Unterstützung eines den kürzesten Weg
suchenden #)a#.ipfteilstromes an der Rohrwand aufgetragen und durch den Dampfhauptstrom'hinter
der Wendelleiste zusätzlich verteilt.
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Die Wendelleiste umschlingt das Leitrohr mehrere Male um mit Sicherheit,
zu erreichen, daß sich im, Strömungswege der Abscheide- und Auftragevorgang einige
Male wiederholt. Die schräge Lage des Wendelleistenprofils zur beheizten Wand hat
dabei den Zweck, die auf der Iviendelleiste P",esammelten Tröpfchen möglichst rasch
an die beheizte #Jand abzuführen und sie nicht an der Wendelleiste entlang abfliessen
zu lassen.
Der mit zunehmender Trocknung erschwerten Abscheidewirkung
wird nachgeholfen, indem man bevorzugt am Verdampferrohrende die Wendelleiste mehrgängig
und/oder mit geringerer Steigung ausführt.
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Mit Vorteil wird dabei die Steigung der Wendelleisten unmittelbar
vor dem Rohraustritt etwa dem Leitrohrumfang entsprechend ausgeführt. Bei Ausführung
einer mehrgängigen Wendel verringert sich der Abstand der Wendelleisten in Achsrichtung
jeweils entsprechend der Gangzahl, d.h. bei zweigängiger Wendel etwa auf die Hälfte
etc.
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Von Bedeutung ist ferner die Lage des Wendelbeginns in bezug auf die
von dem zu verdampfenden Medium insgesamt durchströmte Rohrlänge. Liegt der Beginn
der Uendelleiste zu weit vorne in der Strömung entlang der Verdampfungsfläche, so
wird die zunächst unerwünsChte Entmischung begünstigt, weil das rasch strömende
Gemisch von sich aus eine gute Wandbenetzung gewährleistet. Liegt der Wendelbeginn
jedoch zu weit nach hinten, so ist die Trocknung in Frage gestellt. Übers--hlägig
wird der Wendelbeginn in den letzten 10 bis 20 % des Strömungskanals
des zu verdampfenden Mediums liegen.
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Fig. 2 zeigt im Schnitt einen Nadelrohrverdampfer, wobei der Zinfachheit
halber nur ein einzelnes Nadelrohr dargestellt ist. Bei dieser-Anordnung sind drei
verschieden lange, koaxial*und im Abstand zueinander angeordnete Rohre, also ein
Innen-
5, ein Mittel- It und ein Außenrohr 2, drei an einem Ende der Rohre im Abstand
zueinander angeordnete Rohrböden, je eine Verbindung des Außenrahres mit
dem inneren Rohrboden 4, des Mittelrohres mit dem mittleren Rohrboden
9 und des Innenrohres mit dem äußeren Rohrboden 10 und, eine Verbindung
von Außenrohr 2 und Innenrohr 5 am anderen, Ende der Rohre vorgesehen. sind,
so daß der zwischen dem Innenarchr 5 und dem Mittelrohr Ir gebildete Ringraum
mit dem Raum zwischen dem äußeren 10 und dem mittleren Rohrboden
9, der zwischen dem Mittelrohr lt und dem Außenrohr 2 gebildeten Ringraum
mit dem Raum zwischen dem mittleren 9 und dem inneren Rohrboden 4, die beiden
Ringräume am anderen Ende der Rohre miteinander, der Innenraum des Innen#ro,hres,5
mit dem Raum außerhalb des äußeren Rohrbodens 10 und am anderen Ende
mit dem Raum außerhalb des äußeren Rohres 2 in Verbindung stehen. Im in Strömungsrichtung
letzten Drittel bis Fünftel des Ringraumes zwischen der Außenwand des Mittelrohres
11 und der Innenwand des Außenrohres 2 ist eine Wend-elleiste 3 angebracht,
die das Innenrohr mehr als einmal =schlingt, deren Profil in Strömungsrichtung des
zu trocknenden Dampfes schräg von der Außenwand des Mittelrohres lt zur Innenwand
des Außenrohres 2 geneigt ist und zwischen sich und der Innenwand des beheizten
Außenrohres 2 einen Spalt 15 von wenigen Zehntelmillimetern freiläßt.
Mit
Vorteil besitzt dabei das mittlere sogenannte Leitrohr lt bei Beginn der Wendelleiste
3 im in der Strömungsrichtung außerhalb des Leitrohres letzten Drittel bis
Fünftel seiner Länge einen kleineren Durchmesser. Auf diese Weise ergeben sich für
die Strömung des zu verdampfenden Mediums im Laufe seiner Verdampfung günstigere
Strömungsquerschnitte, denn der Rauminhalt des zunächst flüssigen Mediums ist gering
und wird im Laufe der Verdampfung größer.
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In diesem Falle ist nur das Außenrohr von dem wärmeabgebenden bzw.
zu kühlenden Medium'berührt. Deshalb besitzt die Wendelleiste hier ein schräg von
der Innenwand zu der Außenwand in Strömungsrichtung des zu verdampfenden Mediums
bzw. des zu trocknenden Dampfes geneigtes Profil. Die Innenkante des Profils ist
dabei dicht mit dem Leitrohr verbunden oder mindestens dicht anliegend, während
zwischen der Außenkante des Profils und dem Außenrohr ein wenige Zehntelmillimeter
betragender Spalt vorgesehen ist.
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Bei allen Wendelprofilen ist es zweckmäßig, eine kleine Abrundung
der der beheizten Rohrwand benachbarten Kante vorzusehen, damit der durchtretende
Flüssigkeitsfilm, nicht aufgerissen und in den Dampf hinein zerstäubt wird (siehe
Fig.
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bis Das wärmeabgebende bzw. zu kühlende Medium, gelangt durch das:,
Innenrohr 5 und um dessen Ende in den Ringraum zwischen dem äußeren Rohr
2 und dem Mantel 6 und tritt durch
den Stutzen 8tt aus dem
Mantel aus. Das zu verdampfende Medium tritt in den Stutzen 11 ein, gelangt
durch den Ringraum zwisehen-dem Innenrohr 5 und dem Leitrohr It und um das
Ende des Leitrohrs lt herum in den Ringraum zwischen dem Leitrohr lt und dem Außenrohr
2. Nach Zurücklegung von zwei Drittel bis vier Fünftel des Weges in diesem Ringraum
beginnt die Wendelleiste 3.
Sie ist auch hier zweigängig vorgesehen. Der zweite
Gang beginnt jedoch erst etwas weiter hinten. Der Austritt des-verdampften und-getrockneten
Mediums erfolgt durch den Stutzen 12. Das Leitrohr lt ist, wie bereits ausgeführt,
bei Beginn der Wendelleiste abgesetzt und besitzt bis zum Ende einen kleineren Durchmesser.
Dadurch ergibt sich für das zu verdampfende Medium ein zunächst verhältnismäßig
kleiner #,uerschnitt zwischen dem Rohr 5 und dem Leitrohr lt,- das sich anschließend
erweitert. Der größte Ringraumquerschnitt steht dann für die Trocknung des noch
10 bis 20 % Restfeuchtigkeit enthaltenden Dampfes zur Verfügung. Selbstverständlich
sind für die Anordnung einer erfindungsgemäßen Dampftrocknungseinrichtung auch noch
andere Gesamtkonstruktionen von Verdampfern denkbar und sollen im Rahmen der Erfindung
inbegriffen sein, z. B. Wendelleiste aus Draht mit geeignetem Profil.