DE19502538C2 - Vorrichtung zur Dampfkühlung - Google Patents

Description

Sowohl in der Wärme- als auch in der Verfahrenstech­ nik müssen Gase oder Dämpfe häufig gekühlt werden. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn Dampf zu Heizzwecken geliefert wird, der zum Erreichen einer hohen Energiedich­ te gespannt ist, daß heißt unter einem höheren Druck steht, sowie eine hohe Temperatur aufweist, die über 500°C liegen kann. Auf der Seite der Wärmeverbraucher sind aber häufig viel geringere Temperaturen gewünscht, so daß es erforderlich ist, die Dampftemperatur bei dem Wärmever­ braucher herabzusetzen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß der gespannte und Überhitzte Dampf mit Kon­ densat, mit kälterem Dampf oder mit Kaltwasser vermischt wird.

Aus der Praxis ist es bekannt, dem überhitzten Dampf mittels einer Strahlpumpe Naßdampf zuzuführen. Die Strahl­ pumpe ist dabei mit ihrem Treibmittelanschluß an dem Heiß­ dampf angeschlossen und an ihrem Sauganschluß ist ein zu einem Kondensatableiter führender Kanal vorgesehen. Die Strahlpumpe saugt den in dem Kondensatableiter aus nach­ verdampfendem Kondensat entstehenden Naßdampf ab, wobei sich der Naßdampf in der Strahlpumpe mit dem Heißdampf­ strahl mischt.

Der entstehende Dampf hat eine verringerte Tempera­ tur, wobei er jedoch in der Regel noch etwas überhitzt, also weder satt noch naß ist. Die maximal beimischbare Naßdampfmenge und damit die erreichbare Temperaturernied­ rigung an der Strahlpumpe sind durch die anfallende Kon­ densatmenge und Kondensattemperatur begrenzt, die die Nachverdampfung des Kondensats bestimmen.

Es ist außerdem bekannt, den Dampf durch Wasserinjek­ tion abzukühlen, wobei der Kühleffekt hauptsächlich auf der Verdampfung des eingespritzten Wassers beruht.

Eine solche als Dampfumformerventil bezeichnete Kühl­ einrichtung ist aus der DE-OS 25 05 657 bekannt. Diese Kühleinrichtung weist ein Gehäuse mit einem durchführenden Kanal auf, in dem ein Ventilsitz ausgebildet ist. Dem Ven­ tilsitz ist eine axial verstellbare Ventilspindel zugeord­ net. Im Anschluß an das so gebildete Sitzventil weist der Kanal einen im wesentlichen zylindrischen Abschnitt auf, der in einen sich trichterartig erweiternden Abschnitt übergeht. Dieser ist mit einer als Schalldämpfer dienenden Lochplatte verschlossen. In dem auf den Ventilsitz folgen­ den zylindrischen Abschnitt ist eine ringspaltförmige Mün­ dung eines Wasserzuführungskanals ausgebildet. Über diesen ist in den Dampf führenden Kanal Wasser einspritzbar.

Aus der US-PS 2550683 ist darüberhinaus ein Venturi­ rohr mit einer Wasserzuführungseinrichtung zur Dampfküh­ lung bekannt. Im einzelnen ist in einem langgestreckten zylindrischen Rohr ein Einsatz befestigt, der in Durch­ strömungsrichtung eine Verengung mit darauf folgender all­ mählicher Erweiterung der lichten Weite bildet. In Durch­ strömungsrichtung vor dem Einsatz ist an dem Rohr ein radial abzweigender Stutzen ausgebildet. An diesem ist ein seitliches Wasserzuführrohr gehalten, das einen Kopf mit einer Sprühdüse trägt. Die Austrittsrichtung der Sprühdüse ist axial in den Einsatz hinein festgelegt.

Aus der DE-AS 11 37 037 ist eine Vorrichtung zur Dros­ selung und Kühlung von Heißdampf bekannt, bei der in einem Venturirohrabschnitt eine Wasserzerstäubereinrichtung an­ geordnet ist. Die Wasserzerstäubereinrichtung weist eine Dampfleitung für gespannten Dampf, mit einer koaxial zu dem Venturirohrabschnitt angeordneten Mündung auf. In der Mündung mündet außerdem eine Wasserleitung, deren Wasser von dem umgebenden Dampf mitgerissen und zerstäubt wird. Der zur Wasserzerstäubung erforderliche Dampf wird einer vor einer Drossel liegenden Stelle mit erhöhtem Druck ent­ nommen. Zusätzlich sind an der Engstelle des Venturirohr­ abschnittes Wassereinspritzöffnungen vorgesehen.

Bei allen genannten Dampfkühlern wird der Kühleffekt ausschließlich durch Entspannung und Mischung des Dampfes mit Wasser erreicht.

Aus dem GM 1833236 ist eine Strahlpumpe mit axialver­ stellbarem Regulierkegel bekannt, die zusätzlich einen Wasserzuführkanal enthält. Die Strahlpumpe weist dazu eine speziell ausgebildete Treibdüse auf, die ausgehend von einer Engstelle einen sich in Strömungsrichtung konisch erweiterenden Querschnitt aufweist. Unmittelbar an der Engstelle der Treibdüse mündet ein ringförmiger Kanal, über den Kühlwasser zugeführt wird. Die ringförmige Kanal­ mündung ist in Bezug auf die Treibdüse fest, während die Ventilspindel axial verstellbar ist, und somit den Treib­ düsenquerschnitt mehr oder weniger freigibt. Entsprechend ändern sich die Druckverhältnisse auch an der Mündung der ringförmigen Wassereinspritzöffnung.

Durch die Zuführung des Kühlwassers auf den regulier­ ten Frischdampfstrahl von außen wird dieser insbesondere an seinem Außenmantel gekühlt, der bei Austritt aus der Treibdüse mit dem über den Sauganschluß zugeführten Ent­ nahmedampf in Berührung kommt. Dies kann einen unruhigen Betrieb verursachen.

Aus der DE-AS 11 51 521 ist darüber hinaus ein sogenanntes Reduzierventil bekannt, das der Dampfkühlung mittels Kühlwassers dient. Das Reduzierventil weist ein Ventilgehäuse auf, in dem in einem Dampfkanal eine Enge­ stelle mit einem Ventilsitz ausgebildet ist. An diese Eng­ stelle schließt sich zunächst ein sich konisch erweitern­ der Abschnitt, und daran ein Venturidüsenabschnitt an. Dem Ventilsitz ist ein axial verstellbar gelagertes Ventilver­ schlußglied zugeordnet, dessen freies Ende einen Drossel­ kegel trägt. Dieser ist als Zerstäuberkopf ausgebildet. Er weist eine innenliegende Mischkammer auf, der über einen axialen Kanal Kühlwasser zugeführt wird. Außerdem ist der Drosselkegel mit im Bereich des Ventilsitz beginnenden Radialbohrungen versehen, die ebenfalls in die Mischkammer münden. Etwa im Bereich der Spitze des Regulierkegels weist dieser einen rohrförmigen Fortsatz auf, der den Aus­ gang der Mischkammer bildet, und im Bereich der Engstelle der Venturidüse mündet.

In der Mischkammer findet eine Vormischung von Wasser und Dampf statt, so daß dem Drosselkegel umströmenden Dampfstrom vorzerstäubtes Wasser bzw. stark gekühlter Dampf zugeführt wird.

Die Regulierung des Dampfzutritts zu der Mischkammer erfolgt durch Einstellung der Axialposition des Drosselke­ gels wobei die Relativposition zwischen den Dampfüberlei­ tungskanälen und dem Wasserkanal die in die Mischkammer münden unverändert bleibt.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Strahlpumpe zur Kühlung von gas- oder dampfförmigen Medien anzugeben mit der sich ein verbessertes Teillastverhalten erreichen läßt.

Die obige Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Zum Kühlen des gas- oder dampfförmigen Mediums wird dem betreffenden heißen Medium in einer Strahlpumpe kälte­ res Medium, vorzugsweise der gleichen Art, beigemischt. Zusätzlich wird in dem sich in der Strahlpumpe ausbilden­ den Strahl flüssiges Medium, in Dampfanlagen Wasser, zu­ gegeben. Dieses wird in den sich vor der Treibdüse ausbil­ denden, die Fangdüse durchquerenden Strahl zentral einge­ spritzt. Diese Mischvorrichtung hat ein gegenüber den be­ kannten Vorrichtungen deutlich verbessertes Teillastver­ halten. Ist beispielsweise der Wärmeverbrauch bei einem an die Auslaßöffnung angeschlossenen Wärmeverbraucher gering, kann dieser mit entsprechend geringen, durch die Treibdüse in die Vorrichtungen einströmenden Heißdampfmengen gedeckt werden. Das über den Saugkanal zuströmende kühlere gas- oder dampfförmige Medium wird von dem einströmenden Heiß­ dampf mitgenommen und zu dem die Fangdüse durchquerenden Strahl beschleunigt. Dies ergibt auch im Teillastbetrieb einen Dampf- oder Gasstrom in dem Bereiche vor der Treib­ düse bzw. in der Fangdüse, der zum Zerstäuben eingespritz­ ten Wassers ausreichend ist. Während bei bekannten Vorrichtungen ein ausreichender Zerstäubungseffekt erst dann erreicht wird, wenn der Heißdampfstrom selbst eine gewisse untere Grenze von ungefähr 50% des Maximalwertes überschritten hat, ist die die Zerstäubung herbeiführende Gas- oder Dampfströmung auch im extremen Teillastbereich von ungefähr 10% Vollast so stark, daß eingespritzte Flüssigkeit vollständig zerstäubt wird, verdampft und da­ bei den Gas- oder Dampfstrom kühlt.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist, daß mit der als Strahlpumpe ausgebildeten Mischeinrichtung die Nutzung der im Kondensat enthaltenen Restwärme möglich wird. Die­ ses verdampft nach, gibt dabei relativ kühlen Dampf und damit einen großen Teil seiner Restwärme ab.

Das der Strahlpumpe über den Saugkanal zuzuführende kältere gas- oder dampfförmige Medium kann dem nachge­ schalteten System an unterschiedlichen Stellen entnommen werden. Ist der Dampfdurchsatz bei dem Wärmeverbraucher im Teillastbereich nicht beschränkt, kann der Saugkanal der Vorrichtung mit einer von dem Verbraucher herkommenden Rücklaufleitung oder einem an diese angeschlossenen Kon­ densatsammelgefäß verbunden werden. Soll jedoch auch der durch den Wärmeverbraucher geführte Massestrom reduziert werden, ist der Saugkanal an die zu dem Wärmeverbraucher führende und diesen mit der Auslaßöffnung verbindende Vor­ laufleitung angeschlossen. Dies kann sowohl durch eine äußere Rohrverbindung, als auch innerhalb der Vorrichtung selbst geschehen. In allen drei genannten Fällen ergibt sich eine von dem im Teillastbetrieb in seinem Massestrom reduzierten Dampfstrahl angetriebene Zirkularströmung von gas- oder dampfförmigem Medium mit reduzierter Temperatur.

Die Strömung führt aus der Fangdüse und dem Mischkanal direkt oder über den angeschlossenen Wärmeverbraucher zu dem Saugkanal. Der Massestrom in dieser Zirkularströmung ist deutlich höher, als der des aus der Treibdüse austre­ tenden Treibdampfstrahls.

Der eine Einstellung der Wärmeübertragung auf den Wärmeverbraucher ermöglichende Regelbereich der Vorrich­ tung ist sehr weit. Auch wenn die beispielsweise in einem Kondensatsammelgefäß angefallene Dampfmenge nicht ausrei­ chend ist, um einen Heißdampfstrom ausreichend zu kühlen, kann durch eine erhöhte Zumischung von Flüssigkeit die ge­ wünschte Temperatur eingestellt werden. Eine erste Mög­ lichkeit der Flüssigkeitseinspritzung ergibt sich, wenn die Flüssigkeit quer zu dem die Fangdüse und den Mischka­ nal durchquerenden Strahl in diesen eingespritzt wird. Das quer zu der Bewegungsrichtung eingespritzte flüssige Medi­ um wird von dem gas- oder dampfförmigen Strahl erfaßt und beschleunigt, wobei es zerstäubt wird.

Die mit Öffnungsrichtung quer zu der Fangdüse ange­ ordnete Einspritzdüse weist vorzugsweise eine deren Mün­ dungsöffnung umgebende, geneigt zu der Mittelachse der Fangdüse stehende Ringfläche auf. Diese erzeugt hinter der Einspritzdüse einen Wirbelbereich, der zur Zerstäubung der eingespritzten Flüssigkeit beiträgt.

Eine verbesserte Möglichkeit der Flüssigkeitsein­ spritzung ist, die Flüssigkeit axial zu der Treibdüse durch diese hindurch in den austretenden Treibdampfstrahl einzuspritzen. Der Zerstäubungseffekt wird hier unmittel­ bar vor der Mündung der Treibdüse durch den sich hier ex­ pandierenden und beschleunigenden Treibdampf- oder Gass­ trahl herbeigeführt. Für die Verdampfung der zerstäubten Flüssigkeit steht die gesamte Länge des Mischkanals zur Verfügung, wodurch sich diese Ausführungsform besonders gut für den extremen Teillastbetrieb eignet.

Die bezüglich der Treibdüse zentrale und axiale Ein­ spritzung von Flüssigkeit in den Treibdampfstrahl läßt sich auf einfache Weise sehr wirkungsvoll realisieren, wenn ein entsprechender Wasserzuführungskanal in einer zur Regulierung des aus der Treibdampfdüse austretenden Dampf­ strahls ohnehin vorhandenen Reguliernadel angeordnet wird. Der Flüssigkeitskanal kann vorzugsweise an ihrer Spitze münden, so daß die Flüssigkeit an einer Stelle höchster Gas- oder Dampfgeschwindigkeit austritt. Außerdem ist bei dieser Anordnung der Wasseraustritt selbst bei nahezu ge­ schlossener Treibdampfdüse völlig offen, so daß der Was­ serzustrom unabhängig von der Axialstellung der Regulier­ nadel separat einstellbar ist. Eine insbesondere für den Teillastbetrieb vorteilhafte Strahlpumpe weist einen im Querschnitt vorzugsweise ringförmig ausgebildeten Kanal zur Rückführung von an der Auslaßöffnung anstehendem Ge­ misch in den von der Treibdüse und der Fangdüse begrenzten Gangspalt auf.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen über eine Vorrichtung zur Dampfkühlung an eine Heißdampfleitung angeschlossenen Wärmeverbraucher,

Fig. 2 die zum Speisen des Wärmeverbrauchers in Fig. 1 vorgesehene Vorrichtung zum Kühlen des von der Heiß­ dampfleitung herkommenden Dampfes, in einer schematisier­ ten Schnittdarstellung,

Fig. 3 eine andere Bauform einer Vorrichtung zum Küh­ len des von der Heißdampfleitung herkommenden Dampfes, mit radialer Wassereinspritzung, in einer schematisierten Schnittdarstellung,

Fig. 4 einen über die Vorrichtung nach Fig. 2 an eine Heißdampfleitung angeschlossenen Wärmeverbraucher, der über einen an eine Saugleitung der Vorrichtung ange­ schlossenen Kondensatableiter entwässert ist,

Fig. 5 einen über eine Vorrichtung zum Dampfkühlen mit innerer Zirkulation an eine Heißdampfleitung ange­ schlossenen Wärmeverbraucher, und

Fig. 6 eine Vorrichtung zum Dampfkühlen mit innerer Zirkulation nach Fig. 5 in einer schematischen Schnitt­ darstellung.

In Fig. 1 ist eine Wärmeverbraucherstation 1 darge­ stellt, die einen Wärmeverbraucher 2 aufweist. Die Wärme­ verbraucherstation 1 ist über eine Dampfleitung 01 ge­ speist und mit Heißdampf versorgt sowie über eine Konden­ satsammelleitung 02 entwässert. Zur Steuerung oder Rege­ lung der Wärmeverbraucherstation 1 ist eine rechner­ gestützte Steuereinheit 3 vorgesehen, deren zentraler PC 4 mit einem auf einen Mikroprozessor basierenden Regler 5 verbunden ist, der in der Wärmeverbraucherstation Druck­ werte p und Temperaturwerte ν erfaßt, worauf an späterer Stelle im einzelnen eingegangen wird. Der PC 4 ist mit einer Tastatur 4T, einem Monitor 4M, einem Drucker 4D und einem Alarmgeber 4A sowie einer Schnittstelle 45 zur Kopp­ lung mit dem Regler 5 verbunden.

Bei der Wärmeverbraucherstation 1 führt eine Abzweig­ leitung 6, die einen Druck- und Temperatursensor 7 auf­ weist, zu einem Treibmittelanschluß 8 einer im einzelnen in Fig. 2 dargestellten Dampfkühlvorrichtung 10, die als Strahlpumpe ausgebildet ist. Die Dampfkühlvorrichtung 10 weist außerdem einen Sauganschluß 12 sowie einen Ausgangs­ anschluß 14 für gekühlten Dampf auf. Der Ausgangsanschluß 14 ist über eine einen Druck- und Temperatursensor 15 auf­ weisende Vorlaufleitung 16 mit dem Wärmeverbraucher 2 ver­ bunden, der den in der Dampfkühlvorrichtung 10 vorgekühl­ ten Dampf kondensiert und über eine Kondensatleitung 18 in die Kondensatsammelleitung als Kondensat abgibt. Auch an der Kondensatleitung 18 ist ein mit dem Regler 5 verbunde­ ner Druck- und Temperatursensor 19 vorgesehen. Die Vor­ laufleitung 16 ist über eine Nebenschlußleitung 20 mit dem Sauganschluß 12 der Dampfkühlvorrichtung 10 verbunden. An der Nebenschlußleitung 20 ist ein Meßwerte an den Regler liefernder Druck- und Temperatursensor 21 angeordnet.

Die Dampfkühlvorrichtung 10 ist mit einem Wasseran­ schluß 22 versehen, der über eine entsprechende Leitung 24 mit Wasser beaufschlagt ist. In der Leitung 24 ist ein Temperatursensor 25 angeordnet, der mit dem Regler 5 ver­ bunden ist. Außerdem ist die Dampfkühlvorrichtung 10, um eine Anpassung an unterschiedliche Lastzustände zu ermög­ lichen, mit einem aus Fig. 2 ersichtlichen Stellorgan 26, wie bspw. eine Düsennadel versehen, das über einen mit dem Regler 5 verbundenen Elektromotor 28 betätigt wird.

Die insoweit beschriebene Wärmeverbraucherstation 1 ist an unterschiedliche Lastfälle anpaßbar. Über den Elek­ tromotor 28 kann das Stellorgan 26 derart betätigt werden, daß bedarfsweise mehr oder weniger aus der Dampfleitung 01 herkommender Dampf zu dem Wärmeverbraucher 2 gelangt. Der Heißdampf strömt dabei durch die Abzweigleitung 6 in die Dampfkühlvorrichtung 10 ein, wobei er aus der Nebenschluß­ leitung 20 kommenden, kühleren Dampf ansaugt und mitnimmt, sich mit diesem vermischt und über den Ausgangsanschluß 14 ausströmt und so über die Vorlaufleitung 16 an den Wärme­ verbraucher 2 gelangt. Dabei wird ein Teil des in der Vor­ laufleitung 16 fließenden, vorgekühlten Dampfes über die Nebenschlußleitung 20 abgezweigt, so daß sich über den Sauganschluß 12 und den Ausgangsanschluß 14 der Dampfkühl­ vorrichtung 10, sowie einen Abschnitt der Vorlaufleitung 16 und die Nebenschlußleitung ein Kreislauf mit gegenüber der einströmenden Heißdampfmenge erhöhtem Massestrom aus­ bildet. Dieser ist größer als der Massestrom in der Ab­ zweigleitung 6 und er ist ebenfalls größer als der Masse­ strom in der Vorlaufleitung 16 unmittelbar vor dem Wärme­ verbraucher 2.

In diesem Kreislauf mit erhöhtem Durchsatz wird über die Leitung 24 und den Wasseranschluß 22 Wasser einge­ spritzt, das zerstäubt wird und dabei verdampft. Dabei nimmt es Wärme auf, wobei es den Dampfstrom kühlt, so daß an dem Ausgangsanschluß 14 Dampf mit erniedrigter Tempera­ tur ansteht. Der Dampf kann dabei bis zum Siedepunkt abge­ kühlt werden, also bedarfsweise gesättigt oder naß sein. Die Rechnereinheit 3 erfaßt die Drücke und Temperaturen in der Wärmeverbraucherstation 1 mit den Sensoren 7, 15, 19, 21, 25 und regelt die Dampfkühlvorrichtung 10 auf minima­ len Dampfverbrauch bei vorgegebenem Wärmebedarf an dem Wärmeverbraucher 2. Dazu ist die Charakteristik der Strahlpumpe in Formel- oder Tabellenform in dem PC 4 abge­ legt, so daß entsprechend der gemessenen Druck- und Tempe­ raturwerte sowohl über den Elektromotor 28 die einströmen­ de Heißdampfmenge als auch über nicht weiter dargestellte Regelorgane, die über die Leitung 24 zuströmende Wasser­ menge eingestellt werden. Bedarfsweise kann in der Neben­ schlußleitung 20 ein vom Regler 5 gesteuertes Ventil vor­ gesehen werden, über das die rückgeführte Dampfmenge ein­ stellbar ist.

Die Dampfkühlvorrichtung 10 ist im einzelnen in Fig. 2 dargestellt. Sie weist ein Gehäuse 30 auf, das einen mit dem Treibmittelanschluß 8 in Verbindung stehenden Dampf­ raum 32 umschließt. Über den Dampfraum 32 ist eine Treib­ düse 34 mit Dampf beaufschlagt, die eine konisch ausgebil­ dete, zentrale Düsenöffnung 36 aufweist. Die Düsenöffnung 36 verjüngt sich dabei zu ihrer von dem Dampfraum 32 ab­ liegenden Mündung.

An dem Gehäuse 30 ist außerdem über voneinander be­ abstandet angeordnete Gleitführungen 38, 40 eine als das Regelorgan 26 dienende Düsennadel 42 gehalten und axial verschiebbar gelagert. Die Düsennadel 42 ist dabei koaxial zu der Düsenöffnung 36 angeordnet und auf diese zu bzw. von dieser weg verstellbar. Diese Bewegung ist von dem Elektromotor 28 gesteuert.

An ihrer der Düsenöffnung 36 zugewandten Seite trägt die Düsennadel 42 einen Regulierkegel, dessen Abmessungen und Stellung so bemessen sind, daß durch eine entsprechen­ de Linearbewegung der Düsennadel 42 die Düsenöffnung 36 ganz freigegeben, gedrosselt oder bedarfsweise ganz ge­ schlossen werden kann.

Die Gleitführungen 38, 40 sind miteinander fluchtend an einem entsprechenden Gehäuseabschnitt 46 angeordnet und halten die Düsennadel 42 abgedichtet und axial verschieb­ bar. Der Gehäuseabschnitt 46 umschließt eine ringförmige, mit dem Wasseranschluß 22 in Verbindung stehende Wasser­ zuführungskammer 48, die nach außen und gegen den Dampf­ raum 32 abgedichtet ist. Von der Wasserzuführungskammer 48 führen Bohrungen 50 in einen in der Düsennadel 42 vorgese­ henen Kanal 52, der an dem treibdüsenseitigen Ende der Düsennadel 42 in einer an dem Regulierkegel 44 vorgesehe­ nen Spritzdüsenöffnung 54 mündet.

Sowohl die Düsennadel 42, als auch die dazu koaxial angeordnete Treibdüse 34 definieren eine Längsmittelachse 56, zu der eine Fangdüse 58 koaxial angeordnet ist. Die sich, ausgehend von der Treibdüse 34 trichterartig veren­ gende Fangdüse 58 begrenzt mit der Treibdüse 34 einen ringförmigen Saugspalt 60, der radial geöffnet ist. Im Anschluß an die Fangdüse 58 ist ein langgestreckter hohl­ zylindrischer Mischkanal 62 vorgesehen, der in einen sich kegelstumpfförmig erweiternden Diffusor 64 übergeht. Der Mischkanal erstreckt sich vorzugsweise geradlinig über eine Länge, die ein Vielfaches der lichten Weite der Fangdüse (58) beträgt. Bei dem von der Treibdüse 34 ablie­ genden Ende des Diffusors 64 ist der Ausgangsanschluß 14 vorgesehen. Die Länge des Mischkanales 62 ist derart bemessen, daß die maximale einzuspritzende Wassermenge bei minimalem Dampfdurchsatz und minimaler Dampftemperatur auf dem Wege durch den Mischkanal 62 sicher verdampft.

Der zwischen der Treibdüse 34 und der Fangdüse 58 definierte Saugspalt 60 mündet in einen mit dem Saug­ anschluß 12 in Verbindung stehenden und ansonsten nach außen abgedichteten, ringförmigen Ansaugraum 66.

Die insoweit beschriebene Dampfkühlvorrichtung 10 arbeitet in der in Fig. 1 dargestellten Wärmeverbraucher­ station 1 wie folgt:

Über den Treibmittelanschluß 8 zuströmender Heißdampf gelangt in den Dampfraum 32 und beaufschlagt die Treibmit­ teldüse 34. Wenn das Stellorgan 26 in einer Freigabestel­ lung steht, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, ist die Düsenöffnung 36 offen, so daß der in dem Dampfraum 32 ste­ hende Dampf als Strahl mit hoher Geschwindigkeit aus der Düsenöffnung 36 austritt und in die Fangdüse 58 mit dem sich anschließenden Mischkanal 62 und Diffusor 64 ein­ strömt. Dadurch wird im Bereich des Saugspaltes 60 ein Unterdruck erzeugt, der über den Sauganschluß 12 zum An­ saugen von kälterem Dampf führt. Der aus der Düsenöffnung 36 austretende Heißdampf und der über den Saugspalt 60 angesaugte kältere Dampf vermischen sich in dem zylindri­ schen Mischkanal 62, wodurch die Dampftemperatur herabge­ setzt wird.

Über den Wasseranschluß 22, die Wasserzuführungskam­ mer 48 und die Bohrungen 50 wird dem in der Düsennadel 42 vorgesehenen Kanal 52 Wasser zugeführt, das bei der Spritzdüsenöffnung 54 axial zu der Düsenöffnung 36 der Treibdüse 34 austritt. Der aus der Spritzdüsenöffnung 54 austretende Wasserstrahl ist von dem mit hoher Ge­ schwindigkeit durch die Düsenöffnung 36 strömenden Heiß­ dampf umgeben, der den Wasserstrahl aufreißt und zu Tröpf­ chen zerstäubt. Gleichzeitig legt sich der Heißdampfstrahl in seinem äußeren Bereich wie ein Mantel um den zerstäub­ ten Wasserstrahl, so daß eine Berührung der relativ kalten Wassertröpfchen mit den aufgeheizten Teilen der Fangdüse 58, des Mischkanals 62, des Diffusors 64 oder anderen Tei­ len der Dampfkühlvorrichtung 10 verhindert wird. An dem Ausgangsanschluß 14 steht zweifach gekühlter Dampf an, der durch die Wassereinspritzung bis kurz oberhalb seiner Kon­ densationstemperatur heruntergekühlt sein kann.

Im Teillastbereich, daß heißt wenn der an dem Aus­ gangsanschluß 14 angeschlossene Wärmeverbraucher nur sehr wenig Wärme abnimmt, wird ein großer Teil des in der Vor­ laufleitung 16 strömenden, vorgekühlten Dampfes über die Nebenschlußleitung abgezweigt und dem Sauganschluß 12 zu­ geführt. Gleichzeitig wird mittels entsprechender Einstel­ lung des Steuerorgans 26 der Düsenkegel 44 so weit in die Düsenöffnung 36 hineingefahren, daß lediglich ein Heiß­ dampfstrahl mit einem geringen Volumen- oder Massenstrom aus der Treibdüse 34 austreten kann. Dieser weist eine Geschwindigkeit auf, die ausreicht, an dem Sauganschluß 12 eine Saugwirkung zu erzielen, so daß durch den Ringspalt 60 ein beträchtlicher Volumen- oder Massenstrom von vor­ gekühltem Dampf nachströmt. Dadurch ergibt sich innerhalb des Mischkanales 62 ein für die Zerstäubung des einge­ spritzten Wassers ausreichender Massenstrom und das selbst bei sehr weit gedrosselter Treibdüse 34. Auch in diesem Betriebszustand wirkt der eingespritzte Heißdampf als äu­ ßerer Mantel schützend und verhindert eine Berührung von unverdampften Wassertropfen mit Gehäusewandungen.

Eine weitere Dampfkühlvorrichtung 10a ist in Fig. 3 dargestellt, wobei bau- oder funktionsgleiche Teile ohne weitere Bezugnahme mit den im Zusammenhang mit der Dampf­ kühlvorrichtung 10 bereits verwendeten Bezugszeichen ver­ sehen sind, die zur Kenntlichmachung mit einem "a" ergänzt sind.

Abweichend von der bereits beschriebenen Dampfkühl­ vorrichtung 10 ist bei der Dampfkühlvorrichtung 10a die Düsennadel 42a voll, daß heißt ohne inneren Kanal 52 aus­ gebildet. Auch der Regulierkegel 44a ist voll, daß heißt ohne irgendwelche Auslaßöffnungen ausgebildet und weist eine Kegelspitze 70 auf. Entsprechend entfällt bei der in Fig. 3 dargestellten Dampfkühlvorrichtung 10a die Wasser­ kammer 48.

Der Wasseranschluß 22a führt zu einer Spritzdüse 72, die eine zylindrische, radial zu der Längsmittelachse 56a angeordnete Spritzdüsenöffnung aufweist. Die Spritzdüsen­ öffnung 74 ist ungefähr mittig zwischen der Längsmittel­ achse 56a und der den Mischkanal 62a definierenden Wandung angeordnet, so daß eingespritztes Wasser entlang der Längsmittelachse 56a mitgenommen wird. Die Spritzdüse 72 ist an dem fangdüsenseitigen Ende des Mischkanals 62a an­ geordnet, so daß nahezu dessen gesamte Länge zur Bildung des Wasser-Dampf-Gemisches und zum Verdampfen des Wassers zur Verfügung steht. Eine ringförmige, gegen die Längsmit­ telachse 56a geneigt angeordnete Planfläche 76 umgibt die Spritzdüsenöffnung 74.

Die Funktionsweise der insoweit beschriebenen Dampf­ kühlvorrichtung 10a, die beispielsweise in einer Wärmever­ braucherstation 1 nach Fig. 1 vorgesehen ist, entspricht weitgehend der im Vorstehenden beschriebenen Funktionswei­ se der Dampfkühlvorrichtung 10. Jedoch wird bei der Dampf­ kühlvorrichtung 10a Wasser quer in den durch die Fangdüse 58a, den Mischkanal 62 und den Diffusor 64 gehenden Strahl eingespritzt, der aus bereits vorgemischtem Dampf besteht. Dieses Gemisch strömt mit so großer Geschwindigkeit durch den Mischkanal 62a, daß das eingespritzte Wasser ohne wei­ teres zerstäubt wird, auch wenn die Treibdüse 34a nahezu geschlossen ist und lediglich wenig hochgespannter Dampf aus der Düsenöffnung 36a austritt. Durch die Schrägstel­ lung der Ringfläche 76 wird eine zusätzliche Verwirbelung herbeigeführt.

Eine abgewandelte Wärmeverbraucherstation 1b ist in Fig. 4 dargestellt, die, wie bereits die im Zusammenhang mit der Fig. 1 beschriebene Wärmeverbraucherstation 1, sowohl mit einer Dampfkühlvorrichtung 10, wie sie in Fig. 2, als auch mit einer Dampfkühlvorrichtung 10a, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, ausgerüstet sein kann. Außerdem ist zur Regelung oder Steuerung die bereits erläuterte, nicht weiter dargestellte Steuereinheit 3 vorgesehen. Im Unterschied zu der bereits beschriebenen Wärmeverbraucher­ station 1 ist jedoch die Vorlaufleitung nicht angezapft, sondern als Vorlaufleitung 16b von dem Ausgangsanschluß 14 der Dampfkühlvorrichtung 10 ohne Abzweigung zu dem Wärme­ verbraucher 2b geführt. Die Kondensatleitung 18b führt zu einem Kondensatableiter 80, der über eine weitere Konden­ satleitung 18b in die Kondensatsammelleitung 02 entwäs­ sert. Aus dem Kondensatableiter 80 wird dort durch Nach­ verdampfung entstehender Dampf über die Nebenschlußleitung 20b zu dem Sauganschluß 12 der Dampfkühlvorrichtung 10 geführt. Der über den Sauganschluß 12 auf den Kondensat­ ableiter 80 durchgreifende niedrige Druck und die in dem Kondensat, das in dem Kondensatableiter steht, enthaltene Restwärme führen zu einer Nachverdampfung des Kondensats, so daß relativ kühler und nasser Dampf an den Sauganschluß 12 gelangt, der sich in der Dampfkühlvorrichtung 10 mit dem von der Dampfleitung 01 über die Abzweigleitung 6b herangeführten Heißdampf mischt. Zur weiteren Abkühlung wird diesem über den Wasseranschluß 22 Wasser zugeführt.

Auch bei dieser Wärmeverbraucherstation 1 wird im Teillastbetrieb von einem Heißdampfstrahl mit relativ ge­ ringem Massen- oder Volumenstrom eine über die Vorlauflei­ tung 16b, den Wärmeverbraucher 2b, die Kondensatleitung 18b, den Kondensatableiter 80 und die Nebenschlußleitung 20b gehender Kreislauf mit höherem Massedurchsatz ange­ trieben. In dem dem Ausgangsanschluß 14 der Dampfkühlvor­ richtung 10 vorgelagerten Mischkanal 62 ist deshalb ein für die Zerstäubung des eingespritzten Wassers ausreichen­ der Dampfstrom vorhanden. Insbesondere reicht die Geschwindigkeit gerade auch im extremen Teillastbereich von beispielsweise lediglich 10% der maximalen, einströ­ menden Heißdampfmenge für die Wasserverdampfung aus.

In Fig. 5 ist eine weitere Wärmeverbraucherstation 1c dargestellt, die eine Dampfkühlvorrichtung 10c mit innerer Rückführung aufweist. Die Wärmeverbraucherstation 1c ist mittels der nicht dargestellten Steuereinheit 3 geregelt. Wie die vorstehend beschriebenen Dampfkühlvorrichtungen 10, 10a weist die Dampfkühlvorrichtung 10c einen Treibmit­ telanschluß 8c und einen Ausgangsanschluß 14c auf. Jedoch ist auf einen Sauganschluß verzichtet worden. Der Treib­ mittelanschluß 8c ist über die Abzweigleitung 6c direkt an die Dampfleitung 01 angeschlossen und der Ausgangsanschluß 14c liegt über die Vorlaufleitung 16c direkt an dem Wärme­ verbraucher 2c, der über die Kondensatleitung 18c direkt mit der Kondensatsammelleitung 02 verbunden ist und in diese entwässert.

Die Dampfkühlvorrichtung 10c weist einen Entwässe­ rungsanschluß 82 auf, aus dem evtl. innerhalb der Dampf­ kühlvorrichtung 10 entstehendes Kondensat in einen Konden­ satableiter 84 und von diesem in die Kondensatsammellei­ tung 02 abfließen kann. Der allen in den Fig. 1, 4 und 5 dargestellten Wärmeverbraucherstationen 1, 1b, 1c ge­ meinsame Dampfkreislauf ist bei der Wärmeverbrauchersta­ tion 1c innerhalb der Dampfkühlvorrichtung 10c lokali­ siert.

Die Dampfkühlvorrichtung 10c ist separat und schema­ tisch in Fig. 6 dargestellt, wobei soweit mit der Dampf­ kühlvorrichtung 10 übereinstimmende Teile vorhanden sind, diese mit den bereits eingeführten, durch ein c kenntlich gemachtes Bezugszeichen versehen sind, ohne das diese nochmals erläutert sind.

Bei der Dampfkühlvorrichtung 10c ist ein von dem Aus­ gangsanschluß 14c zu dem Ansaugraum 66c führender Kanal 90 vorgesehen, der den Diffusor 64c und den Mischkanal 62c umgibt. Die Fangdüse 58c, der Mischkanal 62c und der Dif­ fusor 64c sind durch ein Rohrstück gebildet, das von dem im Querschnitt kreisförmigen Kanal 90 umgeben und mittels einer Bohrungen 92, 94 aufweisenden Zwischenwand in dem Gehäuse 30c gehalten ist. Der Kanal 90 stellt somit einen Nebenschluß dar, der die bei der Wärmeverbraucherstation 1 vorgesehene (Fig. 1) Nebenschlußleitung 20 ersetzt. In der Fangdüse 58c und dem Mischkanal 62c mischen sich der über die Düsenöffnung 36c einströmende Heißdampf mit über den Kanal 90 rückgeführten, vorgekühlten Dampf und aus der Spritzdüsenöffnung 54c in den Heißdampfstrahl eingespritz­ tes Wasser.

Der Ansaugraum 66c ist an den Kondensatauslaßanschluß 82 geführt, über den sich in dem Ansaugraum 66c befindli­ ches oder entstehendes Kondensat abfließen kann.

Beim Betrieb der Dampfkühlvorrichtung 10c wird, wie mit den Pfeilen 96 angedeutet ist, aus dem in der strich­ punktiert angedeuteten Vorlaufleitung 16c strömenden Dampfstrom ein Teilstrom abgezweigt und über den Kanal 90 durch den Saugspalt 60c dem aus der Treibdüse 34c austre­ tendem Treibstrahl zugemischt. Es wird so auch bei schwa­ chem Treibstrahl eine kräftige Strömung aufrecht erhalten, die zum Zerstäuben und Verdampfen von über die Spritzdü­ senöffnung 54c eingespritzten Wassers ausreicht.

Den Dampfkühlvorrichtungen 10, 10a, 10c ist gemein­ sam, daß die Dampfgeschwindigkeit an den Stellen der Was­ sereinspritzung sehr groß und weitgehend unabhängig vom primären Dampfdurchsatz ist. Das ergibt insbesondere ein gutes Regelverhalten von Vollast bis Schwachlast. Außerdem ist die Dampfqualität des gekühlten Dampfes gegenüber von bekannten Dampfkühlvorrichtungen abgegebenem Dampf erheb­ lich verbessert. Infolge der intensiven Durchmischung von Dampf und Wasser innerhalb des Mischkanals 62, 62a, 62b, 62c ist der gekühlte Dampf sehr homogen. Dadurch wird es möglich, gesättigten oder nahezu gesättigten Dampf zu er­ zeugen, der wenig oder keine Wassertropfen mitführt.

Claims (12)

1. Strahlpumpe (10) zum Fördern und Kühlen von gas- oder dampfförmigen Medien,
mit einer mit dem unter Druck stehenden Medium beauf­ schlagbaren Treibdüse (34), die eine Düsenöffnung (36) aufweist, zum Erzeugen eines mit hoher Geschwindigkeit austretenden Strahles des dampfförmigen Mediums,
mit einer Düsennadel (42), die koaxial zu der Düsen­ öffnung (36) angeordnet und auf diese zu bzw. von dieser weg verstellbar ist, um die Strahlpumpe (10) zu regulie­ ren, wobei die Düsenöffnung (36) und die Düsennadel (42) untereinander eine Längsmittelachse (56, 56a) festlegen,
mit einem in einer Spritzdüsenöffnung (54, 74) mün­ denden Kanal (52), der mit einem flüssigen Medium beauf­ schlagbar ist und der so angeordnet ist, daß das einge­ spritzte flüssige Medium entlang der Längsmittelachse (56, 56a) mitgenommen wird,
mit einer der Treibdüse (34) gegenüberliegend an­ geordneter Fangdüse (58), einem sich an diese anschließen­ den Mischkanal (62) sowie einem Diffusor (64) zum Auf­ nehmen und Ableiten des in die Fangdüse (58) eintretenden Strahles,
wobei der koaxial zu der Längsmittelachse (56, 56a) angeordnete Mischkanal (62) sich über eine Länge geradli­ nig erstreckt, die größer ist als seine lichte Weite, und
mit einem in den Bereich zwischen der Treibdüse (34) und der Fangdüse (58) mündenden Saugkanal (12), über den dem Strahl gas- oder dampfförmiges Medium zuführbar ist.

2. Strahlpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Mischkanal (62) zylindrisch ausgebildet ist.

3. Strahlpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kanal (52) in der Düsenöffnung (36) mündet.

4. Strahlpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kanal (52) vor der Düsenöffnung (36) mündet.

5. Strahlpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Düsennadel (42) eine mit Wasser beaufschlag­ bare Wasserzuführungskammer (48) durchgreift, in der sie abgedichtet und gleitend verschiebbar geführt ist.

6. Strahlpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß sie einen die Auslaßöffnung (14) mit dem Saug­ kanal (12) verbindenden Kanal (90) aufweist.

7. Strahlpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kanal (90) im Querschnitt kreisringförmig ist und zu dem Mischkanal (62) und dem Diffusor (64) konzen­ trisch angeordnet ist.

8. Strahlpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Düsennadel (42) einen Regulierkegel (44) trägt, durch den die Düsenöffnung (36) freigegeben, ge­ drosselt oder bedarfsweise ganz geschlossen werden kann.

9. Strahlpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Düsennadel (42) mittels eines Elektromotors (28) verstellbar ist.

10. Strahlpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß der Elektromotor von einem Regler (5) angesteuert ist.

11. Strahlpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kanal (52) durch die Düsennadel (42) führt.

12. Strahlpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kanal in einem Rohr (72) angeordnet ist, das radial zu der Bewegungsrichtung des durch die Fangdüse gehenden Strahls angeordnet ist.