DE1810850A1

DE1810850A1 - Verfahren und Einrichtung zum Foerdern einer heissen Fluessigkeit

Info

Publication number: DE1810850A1
Application number: DE19681810850
Authority: DE
Inventors: Jaques Sterlini
Original assignee: Compagnie Electro Mecanique SA
Current assignee: Compagnie Electro Mecanique SA
Priority date: 1967-12-01
Filing date: 1968-11-25
Publication date: 1969-07-17
Also published as: CH487344A; GB1244667A; FR1546222A; US3560111A

Description

CEM 1269/Allemagne

französische Patentanmeldung 130 635

vom 1. Dezember 1967

COKPAGNIE ELECTRO-MECANIQUE 12, Rue Portalis, 75 Paris 8e (Frankreich)

Verfahren und Einrichtung zum Fördern einer heißen Flüssigkeit

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Fördern oder Pumpen einer heißen Flüssigkeit durch Bildung einer Gas-Flüssigkeits-Mischung.

Pumpen zum Umwälzen von heißen Flüssigkeiten sind sehr aufwendig, insbesondere wenn es sich um korrosive Flüssigkeiten, wie geschmolzene Metalle, handelt. Für solche Fälle wäre eine Pump- und Fördervorrichtung erwünscht , die keine mit der heißen Flüssigkeit direkt in Berührung stehenden beweglichen Bauteile aufweist.

Es ist bereits ein Verfahren bekannt, um eine Flüssigkeit ohne Hilfe eines beweglichen Bauteils in Bewegung zu setzen. Dieses Verfahren wurde insbesondere für den Antrieb von Maschinen durch Rückstoß in einem flüssigen Medium verwendet und ist in der französischen Patentschrift 1 044 115 beschrieben. Man führt bei diesem Verfahren in die zu beschleunigende Flüssigkeit ein Gas in Form feinverteilter Bläschen ein und läßt dann die so erhaltene Mischung entspannen, um eine Beschleunigung der Flüssigkeit zu bewirken.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , eine spezielle Anwendung dieses Prinzips zum Beschleu-

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nigen von heißen Flüssigkeiten zu schaffen.

Ein Verfahren zum Fördern einer heißen Flüssigkeit durch Bildung einer Gas-Flüssigkeits-Mischung ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß ein Gas verdichtet wird, das verdichtete Gas derart in die heiße Flüssigkeit eingeführt wird, daß sich eine Mischung aus feinen Bläschen in der zu fördernden Flüssigkeit bildet, daß man das Gas sich auf die Temperatur der Flüssigkeit erwärmen läßt, daß man die so gebildete Gas-Flüssigkeits-Mischung mit Wärmeübertragung von der Flüssigkeit auf das Gas entspannt, daß das Gas von der Flüssigkeit abgetrennt und auf eine Temperatur am Einlaß eines Kompressors abgekühlt wird, der das Gas vor der Einführung in die Flüssigkeit verdichtet, wenn auch die Erhöhung des Generatordruckes, der erforderlich ist um die Bewegung der Flüssigkeit in ihrem Kreislauf sicher zu stel len, von der Wärmeenergie der Flüssigkeit ausgehend über das mit ihr gemischte Gas erhalten wird.

Vorzugsweise führt man einen Wärmeaustausch zwischen dem von der Flüssigkeit abgetrennten entspannten heißen Gas und dem verdichteten Gas vor seiner Einführung in die Flüssigkeit aus, so daß der thermodynamische Wirkungsgrad erhöht und die Wärmeverluste in der Kühlvorrichtung verringert v/erden.

Die Erfindung betrifft ferner eine Einrichtung

zur Durchführung dieses Verfahrens, die gekennzeichnet ist durch einen Flüssigkeitskreis, der einen Einlaßkanal, welcher mit einem divergierenden Teil verbunden ist, eine Vorrichtung zum Einführen von verdichtetem Gas in die Flüssigkeit, die beim Verbindungs bereich zwischen dem Einlaßkanal und dem divergierenden Teil angeordnet ist, und eine auf den divergierenden Teil folgende Beruhigungskammer, die mit einem konvergierenden Teil verbunden ist, welcher in eine Gas-Flüssigkeits-Trennvorrichtung mündet, enthält, und durch einen Gaskreis, dei· zwei Kanäle enthält, von denen der erste mit dem Gasausgang der Trennvorrichtung verbunden ist, einen Wärmetauscher sowie anschließend eine Kühlvorrichtung durchsetzt und zum Einlaß eines Kaltgas-Kompressors führt, während der zweite vom Auslaß des Kompressors zu einer Vorrich-

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tung zum Einfahren des Gases in die Flüssigkeit führt und ebenfalls den Wärmetauscher durchsetzt, wo ein Wärmetausch zwischen dem durch den ersten Kanal strömenden, entspannten heißen das und dem durch den »reiten Kanal strömenden verdichteten kalten Gas stattfindet.

Durch das Verfahren und die Einrichtung gemäß der Erfindung werden mehrere Vorteile erreicht. Die Einrichtung enthält als enfces keine beweglichen oder umlaufenden Teile außer dem Kompressor für das das, das sich auf einer niedrigen Temperatur befindet. Die Einrichtung und das Verfahren arbeiten außerdem umso besser, je höher die Temperatur der Flüssigkeit ist. In der Praxis ist die Arbeit, die durch die Entspannung des heißen, auf der Temperatur der Flüssigkeit befindlichen Gases geleistet wird umso größer als die vom Verdichter für das kalte Gas verbrauchte Arbeit, je größer das Verhältnis der absoluten Temperaturen der Flüssigkeit und des kalten Gases ist.

Mit der Einrichtung gemäß der Erfindung können außerdem Flüssigkeiten bis zu der Temperaturgrenze gepumpt werden, die mit der jeweiligen Technologie statisch beherrscht werden können, man kann also viel heißere Flüssigkeiten fördern als es mit umlaufenden Maschinen.möglich ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer zum Fördern einer heißen Flüssigkeit dienenden Einrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Fig. 2 ein Entropie-Diagramm des Oaskreislaufes.

Die dargestellte Fördereinrichtung enthält einen Strömungskanal oder Kreis, der von der Flüssigkeit und teilweise von Blasen des eingeführten Gases durchströmt wird und einen ausschließlich vom Gas durchströmten Kreis.

Der Flüssigkeitskreis enthält einen zylindrischen Einlaßkanal 11, der mit einem divergierenden Teil 12 verbunden

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ist. Im Bereich 13, wo der zylindrische Einlaßkanal 11 mit dem divergierenden Teil 12 verbunden ist,- ist eine Vorrichtung 14 ; zum Einführen von Gas in Form feinverteilter Bläekhen vorgesehen. Daß Gas ist bezüglich der Flüssigkeit chemisch inert. Mit dem divergierenden Teil 12 ist eine Beruhigungskainmer 15 verbunden, auf die ein konvergierender Teil 16 folgt, der in* eine Trennvorrichtung 17 bekannter Bauart, z.B. einem Wirbelabscheider, . mündet. Vom Auslaß der Trennvorrichtung 17 strömt die Flüssigkeit in einen Diffuser 18. Das in die Flüssigkeit eingeführte Gas strömt durch einen ersten Kanal 19» welcher mit dem Gasauslaß der Trennvorrichtung 17 verbunden ist. Der Kanal 19 durchsetzt einen Wärmetauscher 21 und anschließend eine Kühlvorrichtung 22, bevor er in den Einlaß eines Gasverdichters 23 mündet. Mit dem ' Auslaß des Kompressors 23 ist ein zweiter Kanal 24 verbunden, der den Wärmetauscher 21 in umgekehrter Richtung wie der Kanal 19 durchsetzt und an die Vorrichtung 14 zum Einführen des verdichteten Gases in die Flüssigkeit verbunden ist.

Zur Erläuterung der Arbeitsweise der beschriebenen Einrichtung wird auf das Diagramm in Fig. 2 Bezug genommen, in dem längs der Abszisse die Entropie S und längs der Ordinate die Temperatur des Gases aufgetragen sind.

Das eingeführte Gas durchläuft einen geschlossenen Kreis. Als Ausgangspunkt des Kreislaufes-sei der Punkt O des Diagrammes in Fig. 2 gewählt, der dem Zustand des Gases im Punkt a am Einlaß des Kompressors 23 entspricht. Das Gas ist dort kalt, es befindet sich also auf einer Temperatur T_Q, die in der Nähe der Raumtemperatur liegt, und der Gasdruck P₀ ist niedrig. Das Gas wird dann im Kompressor 23 (z.B. adiabatisch, wie es in Fig. 2 dargestellt ist) bis zum Zustand 1' (Druck P₁, Temperatur T₁) verdichtet. Eine adiabatische Kompression wird aus Gründen der bestehenden Technologie, obgleich hinsichtlich des Wirkungsgrades eine isotherme Kompression günstiger wäre.

Das ßas wird dann im Wärmetauscher 21 im Gegenstrom mit dem entspannten heißen Gas, das am Ende des Zyklus 4urch die Leitung 19 strömt, erwärmt. Im Wärmetauecher geht das

¹WWH/ tfl7§

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Gas vom Zustand I¹ in den Zustand 1" (Druck P₁,,, Temperatur T₁,,) über. Das Gas verläßt den Wärmetauscher 21 mit dem Zustand 1" und wird in Form feiner gleichmäßig verteilter Blasen in die Flüssigkeit eingeführt, die mit dem Druck P₁ im Einlaßkanal ankommt.

Nachdem es mit der Flüssigkeit gemischt worden ist, befindet sich das Gas im Zustand 1 (Druck P₁ gleich dem Flüssigkeitsdruck , der wegen der Strömungsverluste etwas kleiner als P₁,, ist, Temperatur T₁,,). Das Stück des Strömungskreises zwischen den Punkten b (an der Gaseinführungsstelle) und c(an der Verbindungsζone zwischen der Kammer 15 und dem konvergierenden Teil 16) ist eine Beruhigungszone, wo das Gas allmählich die Temperatur T₂ der Flüssigkeit annimmt. Es gelangt also allmählich in den Zustand 2 (Druck P₁, Temperatur T_?).

Die Gasflüssigkeits-Mischung durchströmt dann

das Stück c-d des Strömungskreises im konvergierenden Teil 16, i/o sich die Mischung auf den Druck P-, entspannt. Dieses Stück hat eine solche Länge , daß sich eine Berührungszeit genügender Dauer zwischen dem Gas und der Flüssigkeit ergibt, um eine nahezu isotherme Entspannung zu ermöglichen. Das Gas geht dabei in den Zustand 3 (Druck P₅, Temperatur, T-,, welche etwas kleiner als T₀ ist) über. Im Punkt d hat die Mischung wegen der voran-Entspannung eine höhere Strömungsgeschwindigkeit.

Das folgende Stück d-e des Strömungskreises bildet einen Teil der Trennvorrichtung 17, wo das Gas von der Flüssigkeit getrennt wird. Das abgetrennte Gas hat den Zustand 4i Seine Temperatur ist T-, und sein Druck P^. Die Druckdifferenz P₇-P₁, rührt von den Verlusten bei der Abtrennung her.

Das heiße, entspannte Gas fließt durch den Kanal 19 urüden Wärmetauscher 21 ab, wo es einen beträchtlichen Teil seiner i/ärme an das verdichtete kalte Gas abgibt, das im Gegenstrom durch den Wärmetauscher geführt ist. Am Auslaß des Wärmetauschers 21 hat das Gas den Zustand h mit dem Druck P₁,, (die Differenz. P₁^- P₁₊, beruht auf den Strömungsverlusten im Wärme-

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tauscher) und Temperatur Th,. '

Die für das Funktionieren des Wärmetausehers 21 erforderlichen Temperaturdifferenzen sind T, - T₁„ am Einlaß und Tj., -T₁, am Auslaß.

Das Gas durchströmt-dann die Kühlvorrichtung 22, durch die die Restwärme an die Atmosphäre übertragen wird. Am Auslaß der Kühlvorrichtung 22 hat das Gas wieder seinen Ausgangszustand 0. Die Druckdifferenz Pj,, - P_Q beruht auf dem Strömungswiderstand der Kühlvorrichtung 22.

Zwis-'Chen den Punkten c und d des Kreises hat das Gas auf die Flüssigkeit eine Arbeit ausgeübt, die gleich der von ihr aufgenommenen Wärmemenge ist, wenn es sich um eine isotherme Entspannung handelt und die kinetische Energie des Gases bezüglich der der Flüssigkeit vernachlässigt werden kann, was offensichtlich zulässig ist. Insgesamt bewirken die oben beschriebenen Vorgänge also die Umsetstang von thermischer Energie der Flüssigkeit in kinetische F^/gie» Die Einrichtung gemäß der Erfindung bildet also eine iJär-meaiaschine_s in der die Wärmekapazität der Flüssigkeit die Wärmequelle und die Kühlvorrichtung 22 die Kältequelle darstellen.

Im Punkt e des Flüssigkeitskreises, also am Ausgang der Trennvorrichtung 17 _s hat der Staudruck der Flüssigkeit einen höheren Wert als am Punkt b. Man kann die Flüssigkeit dann in dem dem Diffuser· 18 entsprechenden Stück e-f des Flüssigkeitskreises wieder komprimieren, in dem man sie auf die gewünschte Geschwindigkeit verlangsamt.

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BAD ORfGINAL

Claims

1810856 Patentansprüche

1. Verfahren zum Fördern einer heißen Flüssigkeit durch Bildung einer Gas-Flüssigkeits-Mischung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gae verdichtet wird, das verdichtete Gas derart in die heiße Flüssigkeit eingeführt wird, daß sich eine Mischung aus feinen Bläschen in der zu fördernden Flüssigkeit bildet, daß man das Gas dann sich auf die Temperatur der Flüssigkeit erwärmen läßt, daß man dann die so gebildete Gas-Flüssigkeits-Mischung mit Wärmeübertragung von der Flüssigkeit auf das Gas entspannt, daß das Gas von der Flüssigkeit abgetrennt und auf eine Temperatur am Einlaß eines Kompressors abgekühlt wird der das Gas vor der Einführung in die Flüssigkeit verdichtet, wenn auch die Erhöhung des Druckes, der erforderlich ist um die Bewegung der Flüssigkeit in ihrem Kreislauf sicherzustellen, von der Wärmeenergie der Flüssigkeit ausgehend über das mit ihr gemischte Gas erhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß ein Wärmetausch zwischen dem von der Flüssigkeit abgetrennten, entspannten heißen Gas und dem verdichteten Gas vor dessen Einführung in die Flüssigkeit durchgeführt wird.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Flüssigkeitskreis mit einem Einlaßkanal (11), welcher mit einem divergierenden Teil (12) verbunden ist, einer Vorrichtung (1*0 zum Einführen von verdichtetem Gas in die Flüssigkeit, die beim Verbindungsbereich (13) zwischen dem Einlaßkanal (11) und dem divergierenden Teil (12) angeordnet ist, und einer auf den divergierenden Teil folgenden Beruhigungskammer (15)» die mit einem konvergierenden Teil (16) verbunden ist, welcher in eine Gas-Flüssigkeits-Trennvorrichtung (17) mündet, und durch einen

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Gaskreis mit swei Kanälen (19, 24), von denen der eine '(19) mit dem Gasauslaß der Trennvorrichtung verbunden ist, einen Wärme-■ tauscher (21) sowie anschließend eine Kühlvorrichtung-(22)
durchsetzt und zum Einlaß, eines KaltgaB-Kampreseorg (23) führt, während der andere (24) vom .Auslaß des Kompressors (25) au einer Vorrichtung (14) zvm Einführen des Gases- in die Flüssigkeit
führt und ebenfalls den. Wärmetauscher (21) durcheetst, wo ein, Wärmetausch zwischen dem durch den einen Kanal strömenden entspannten heißen Gae und dem durch den anderen Kanal strömenden verdichteten kalten Gas stattfindet.

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