DE1719452B2 - Mehrstufiger Entspannungsverdampfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen mehrstufigen Entspannungsverdampfer mit einer Vielzahl getrennter Kammern, die bei Betrieb des Verdampfers unter einem Druck stehen, der von Kammer zu Kammer niedriger iss, und die durch Zwischenwände gclrennt sind, die in ihrem unteren Teil horizontale Einlaß- und Auslaßöffnungen aufweisen, die einen Verbindungsv^eg für in den Kammern vorhandene Flüssigkeit bilden, mit einer Einrichtung zum Einlassen einer zu verdampfenden Flüssigkeit in die Kammer mit dem höchsten Druck, mit einer Einrichtung zur Entfernung des in den Kammern entwickelten Dampfes und mit einer Einrichtung zur Entfernung der nicht verdampften Flüssigkeit aus dem Entspannungsverdämpfer.

Es ist bereits ein mehrstufiger Entspannungsverdampfer bekannt (französische Patentschrift 1 332 957), bei dem in den einzelnen Kammern je eine Leitwand vorgesehen ist, die sich quer zu der Flüssigkeitsstromrichtung erstreckt und vom Boden der Kammer aus nach oben gerichtet ist. Dadurch wird der jeweilige Flüssigkeitsstrom aufwärts und über die betreffende Leitwand geführt. Die betreffende Flüssigkeit strömt dabei über das jeweils vorgesehcne Wehr hinweg und sinkt dann ab. Dadurch wird die jeweilige statische Energie der Flüssigkeit in Wärme umgesetzt. Damit wird also höchst unwirksam die relativ aufwendige Pumpenenergie ausgenutzt, und außerdem ist ein relativ großer Raum für die Aufnahme der Flüssigkeit in der jeweiligen Kammer erforderlich.

Es sind auch schon Verdampfer bekannt (französische Patentschrift 1 267 468), die mehrere hintereinanderliegende Kammern aufweisen, die ebenfalls durch Leitwände getrennt sind. Auch bei diesen bekannten Verdampfern treten Schwierigkeiten der vorstehend betrachteten Art auf.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen thermisch sehr wirksamen Entspannungsverdampfer zu schaffen, bri dem im übrigen der für die Aufnahme einer Flüssigkeit in der jeweiligen Kammer vorzusehende Raum äußerst klein ist, wobei jedoch ein Abblasen des Dampfes von Kammer zu Kammer dennoch verhindert sein soll.

Gelöst vvird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe bei einem Enlspannungsvcrdampfer der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch, daß am Boden der Kammer ein Kanal vorgesehen ist, der sich von der Öffnung der Flüssigkeitsströmungsrichtung zur Aufnahme der Flüssigkeit in die Kammer erstreckt, und daß jede Kammer mit wenigstens einer geneigten Leitwand mit gekrümmtem Profil versehen ist. die sich quer zu der Flüssigkcilsströmungsrich-Uing erstreckt und vom Boden der Kammer aus nach oben gerichtet ist, so daß der Flüssigkeitsstrom aufwärts und über die Leitwand geführt ist und in Flüssigkcilsstroniiingsrichtung hinter der Leitwand ein höherer Flüssigkeitspegel als vor der Leitwand gebildet ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß bei cxtrcm kleinen Kammern eine Verdampfung einer Flüssigkeit mit relativ hohem Wirkungsgrad erzielt wird, und zwar unter relativ geringem konstruktivem Aufwand.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Ansicht eines mehrstufigen Entspanniingsvcrdampfers gemäß der Erfindung und

F i g. 2 eine teilweise perspektivische Ansicht einer Kammer des Entspanniingsverdampfers gemäß Fig. 1.

Der in Fig. I gezeigt« Entspannungsverdanipfer ist mit 10 bezeichnet. Er enthält eine Vielzahl von Enispannungsverdampfungskammern (beispielsweise vier) A, ö, C, D, nachstehend auch nur kurz Kammern genannt, von denen die Kammer A die erste ist und den höchsten Druck aufweist. Die nächste Kammer B weist einen etwas niedrigeren Druck auf; dann folgen die Kammern C und D, die einen noch niedrigeren Druck aufweisen. In der Kammer D herrscht der niedrigste Druck. Die Entspannungskammern sind durch äußere Gehäusestrukturen gebildet, die mit der Bezugsziffer 12 versehen sind. Sie werden durch Wände unterteilt, die durch die Bezugsziffer 14 bezeichnet sind. Die Kammern A, B, C, D sind durch öffnungen 16 im unteren Teil der Zwischenwände 14 derart verbunden, daß die in den Kammern vorhandene Flüssigkeit von einer Kammer zur anderen Kummer strömen kann.

Die Gehäusestrukiur 12 bildet ferner Kondensationsräume A' bis D' für die Verdampfungskammer^ in denen die in den Entspannungskammern A bis D gebildeten kondensierbaren Dämpfe aufgenommen werden. Die Kondensationsräume befinden sich im oberen Teil der Gehäusestruktur und sind nach unten durch sich horizontal erstreckende Schalen 18 von den Verdampfimgsräumen abgetrennt. Die Schalen 18 sind mit sich vertikal erstreckenden Durchflußöffmingen 19 versehen, durch die der in den Entspannungskammern gebildete Dampf aufwärts in die Kondensationsräume A' bis D' strömen kann.

Die Kondensationsräume A' bis D' sind mit geeigneten Oberflächen-Wärmeaustausch- Röhren-Strukturen versehen, die allgemein mit der Bezugsziffer 20 in den Kondensationsräumen A' bis C und mit der BezugszilTcr 22 in dem Kondensationsraum D' hcixichnct sind. Zum Zwecke der Illustration sind die Struktrren nur schematisch angedeutet.

Die zu verdampfende Flüssigkeit wird dem Entipannungsvcrdampfer 10 durch die Leitung 23 zugeführt. Die Flüssigkeit kann durch eine geeignete Pumpe unter Druck gesetzt und dann durch die Röhrensiruklur 22 in den Kondensalionsraum D' eingepumpt werden. Die aus der inispannungskammer D ir.ifsteiycndcn Dämpfe kondensieren, wodurch ihre Wiirmc auf die durch die Röhrcnstrukdir geleitete unreine Flüssigkeit übcrtraücn wird. Γ-iη Teil der crlii!/.len Flüssigkeit wird aus dem System durch eine Leitung 25 abgezogen und seiner Quelle in bekannter Weist wieder zugeführt. Der übrige Teil der crhilztcn Unreinen Flüssigkeit wird den Konclciisatinnsröhrcn 5u itruluuren 20 in den Komlcnsalionsräiimcn C bis A' zugeführt, damit die aus den Kammern C hi:; A auf-Itciucnclcn Dämpfe kondensiert worden.

Nachdem die vcrunrcinigle Flüssigkeil stufenweise In den Rohrenstruklurcn 20 in den Kondcnsalionsräumen C" bis A' erhit/l wurden ist. wird sie zur weiteren Erhitzung durch einen geeigneten Hocherhitzer 28 geleitet, der mit den Röhrcrtstrukturcn 20 durch eine Leitung 27 verbunden ist. Die erhitzte unreine Flüssigkeit wird dann über die Leitung 29 zu der erstcn Kammer A mit dem höchsten Druck geleitet, in der ein Teil der Flüssigkeit zu Dampf entspannt wird, vorzugsweise in cifcr Weise, die später noch genauer beschrieben wird.

F.s sollte jedoch zunächst bemerkt werden, daß die Temperatur der Flüssigkeit nahe dem Siedepunkt liegt, wenn sie eine Kammer verläßt, und daß sie darauf verdampft, wenn ihr Druck reduziert wird.

Innerhalb der Entspannungskammer A befindet sich ein schmaler Kanal 30, der durch eine sich horizon tal erstreckende Wand 32 und die Bodenfläche der Kammer gebildet ist (Fig. 2), Der Kanal ist lang genug, um eine Beschleunigung der verunreinigten Flüssigkeit zu bewirken, die durch ihn hindurchströmt, bevor sie ihn durch einen Auslaß 33 verläßt. In dem Kanal wird ein Teil der statischen Energie der Flüssigkeit in dynamische Energie übergeführt, wodurch der Druck der Flüssigkeit reduziert wird, so daß Dampf entsteht, der expandiert und die Flüssigkeit weiter beschleunigt.

Quer zu dem Flüssigkeitsstrom, der die Kanäle 30 verläßt, ist eine Leitwand 34 vorgesehen, die sich seitwärts zwischen den Seitenwänden der Entspannungskammer erstreckt, so daß ein Aufnahmeraum zwischen der Leitwand 34 und der Abströmwand 14 gebildet ist, der zum Zuri¹ khalten von unverdampfter Flüssigkeit 36 dient, wir man in F i g. 1 erkennt.

Die Leitwand 34 ist vorzugsweise geneigt und weist ein gekrümmtes Profil auf, so daß sie mit ihrem unte- :en Teil im wesentlichen tangential den Boden der Kammer berührt und mit ihrem oberen Teil für den Flüssigkeitsstrom einen Rücken bildet. Dadurch wird die Flüssigkeit vom Boden der Kammer aus nach oben abgelenkt, so daß die gesamte Menge des Wassers in die betreffende Kammer gedruckt wird. Bei dieser Anordnung wird ferner die dynamische Energie des am Boden einer Kammer in diese Kammer eintretenden Wassers ausgenutzt.

Unmittelbar oberhalb des oberen Teils der Leitwand 34 ist eine zweite Leitwand 38 angeordnet, die sich allgemein konform zu dem Profil des oberen Teiles der ersten Leitwand 34 erstreckt und mit der ersten Leitwand 34 einen Durchströmkanal 39 bildet. Dieser Durchströmkanal 39 hat an seinem Ausgang einen größeren Querschnitt als an seinem Eingang. Die noch nicht entspannte Flüssigkeit wird in diesen Durchslrömkanal eingeführt und in das Reservoir 36 durch den Ausgang 42 geleitet. Obwohl die Leitwiindc, wie in den Figuren gezeigt, vorzugsweise gekrümmt ausgebildet sind, können sie auch eben sein und einen Kanal mit sich vergrößerndem Querschnitt zur Durchführung des Flüssigkeitsstromes bilden. Zwischen der Leitwand 38 und dem Auslaß 33 des Kanals 30 ist eine Öffnung 34 vorgesehen, die es ermöglicht, daß der Dampf (sofern sich Dampf aus der Flüssigkeit entwickelt hat) entweicht. Es kann außerdem Dampf aus der Flüssigkeit entweichen, die den Ausgang 42 verläßt.

Ist die Anlage in Betrieb, so wird vorerhitzte unreine Flüssigkeit über die Leitung 29 dem Eingang 16 des Kanals 30 zugeführt. Der niedrige Druck in der Kammer / beschleunigt die Flüssigkeit in dem mit einem verringerten Querschnitt versehenen Kanal, wodurch sich der Flüssigkeitsdruck vermindert, so daß Dampfblasen in der Flüssigkeit entwickelt werden und eine Dampf-Flüssigkeits-Mischung entsteht. Diese Mischung hat ein vergrößertes Volumen. Wenn sie durch cIch Kanal 30 strömt, wird ihre Geschwindigkeit erhöht, d. h., es wird auch die dynamische Energie in dem Kanal erhöht. Die Mischung verläßt den Kanal mit hoher Geschwindigkeit durch die Öffnung 43.

In der Nähe der Öffnung 43 werden die beiden Phasen (Dampf und Flüssigkeit) der mit hoher Geschwindigkeit strömenden Mischung durch die Zcn-

trifugalkraft getrennt, da der Strom gegen die gekrümmte untere Fläche der Leitwand 34 gedrückt wird. Die Flüssigkeit wird dann durch den Kanal 39 und die Leitwände hindurchgeführt und auf ein höheres Niveau innerhalb der Kammer gehohen. Ein Hauptteil des in der Mischung enthaltenen Dampfes verläßt die Mischung über die Öffnung 43. bevor der Strom in den Durchströmkanal 39 gedruckt wird. Der Hauptdampfstrom ist durch gestrichelte Pfeile 40 in der F i g. 1 dargestellt.

Von dem Durchströmkanal 39 fließt die Flüssigkeit in das Reservoir 36. Die durch den Durchströmkanal fließende Flüssigkeit hat infolge ihrer hohen Geschwindigkeit zunächst eine hohe kinetische Energie; in dem Durchströmkanal erfolgt eine Umwandlung von kinetischer Energie in potentielle Energie, so daß in das Reservoir schließlich eine Flüssigkeit mit einer entsprechenden potentiellen Energie einströmt.

Während die Flüssigkeit in das Reservoir 36 fällt, wird sie nur dem Druck ausgesetzt, der in der betreffenden Kammer herrscht. Die Flüssigkeit bildet so lange Dampf 41, bis sie die Sättigungstemperatur für den Druck in der betreffenden Stufe erreicht, welche sie durchfließt. Bei diesem Beispiel ist diese Stufe die Fntspannungskammer A. Der Dampf (40 und 41) strömt in den Kondensationsraum A', wo er kondensiert wird und von wo er als gewünschtes Ausgangsprodukt entnommen wird.

Die Flüssigkeit, die sich in dem Reservoir 36 angesammelt hat. schließt die Öffnung zu der nächsten Kammer ab. so daß ein Überströmen des Dampfes im wesentlichen vermieden wird. Außerdem wird die statische Energie der Flüssigkeit dazu ausgenutzt, die

to Flüssigkeit in die nächste Stufe durch den Einlaß 16 zu drücken.

Der Flüssigkeitspegel in dem Reservoir ist selbstverständlich variabel und reguliert den Flüssigkeitsstrom zwischen den Stufen, da dieser Strom sich in Abhängigkeit von dem Flüssigkeitspegel erhöht oder erniedrigt. Wenn beispielsweise eine Druckänderung innerhalb einer Kammer oder mehrerer Kammern auftritt, tritt ein Angleich der Flüssigkeitspegel der Reservoire auf, wodurch die Änderung des Druckes

»β zwischen den Stufen wieder ausgeglichen wird. Das wiederum bewirkt, daß der Strom der verunreinigten Flüssigkeit durch den Entspannungsverdampfer stabil und gleichmäßig ist. Andere variable Betriebsgrößen werden auf ähnliche Weise durch die variablen Pegel

as der Flüssigkeit in den Reservoirs So stabilisiert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Mehrstufiger Entspannungsverdampfer mit einer Vielzahl getrennter Kammern, die bei Betrieb des Verdampfers unter einem Druck stehen, der von Kammer zu Kammer niedriger ist, und die durch Zwischenwände getrennt sind, die in ihrem unteren Teil horizontale Einlaß- und Auslaßöffnungen aufweisen, die einen Verbindungsweg für in den Kammern vorhandene Flüssigkeit bilden, mit einer Einrichtung zum Einlassen einer zu verdampfenden Flüssigkeit in die Kammer mit dem höchsten Druck, mit einer Einrichtung zur Entfernung des in den Kammern entwickelten Dampfes und mit einer Einrichtung zur Entfernung de_; nicht verdampften Flüssigkeit aus dem Enispannungsverdampfer, dadurch gekennzeichnet, daß am Boden der Kammer (/(, B, C. D) ein Kanal (30) vorgesehen ist, der sich von der Öffnung (16) in Flüssigkeitsströmungsrichtung zur Aufnahme der Flüssigkeit in die Kammer (A, B, C, D) erstreckt, und daß jede Kammer (A, B, C, D) mit mindestens einer geneigten Leitwand (34) mit gekrümmtem Profil versehen ist, die sich quer zu der Flüssigkeitsströmungsrichtung erstreckt und vorn Boden der Kammer (A, B, C. D.) aus nach oben gerichtet ist, so daß der Flüssigkeitsstrom a-'.fwärti and über die Leitwand (34) geführt ist und ^;n Flüssigkeitsströmungsrich-Uing hinter der Leitwand (. 4) ein höherer Flüssigkeitspegel als vor der Leitwand (34) gebildet ist.

2. Entspanniingsverdampfer nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitwand bzw. jede Leitwand (34) in Flüssigkcitsströniungsrichliing vor der in der nächsten Zwischenwand (14) Vorgesehenen .Auslaßöffnung (16) angeordnet ist Und sich höher erstreckt als das obere Ende dieser Auslaßöffnung (16). so daß zwischen der Leitwand (34) und der Zwischenwand (14) ein Ausnahmerauin (36) für die über die Leitwand (34) ttrönuMidc Flüssigkeit gebildet ist.

3. Fntspiinnungsvcrdanipfcr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Leitwand (34) eine weitere Leitwand (38) angeordnet Ist. die in der gleichen Weise wie die Leitwand (34) gekrümmt ist. so daß zwischen den beiden Leitwänden (34. 38) ein Durchslrömkana! (39) fchilclcl ist.

4. F.nispannungsvcrdampfer nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Leitwand (38) so in der Kammer (A, B, C, D) angeordnet ist. daß der Querschnitt des Durchllrömknnais an dessen Eingang (42) größer ist als an dessen Ausgang.