DE2232074C3 - Anordnung zur homogenen Verteilung einer strömenden Gas-Flüssigkeitsmischung auf mehrere parallele Rohre - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur homogenen Verteilung einer strömenden Gas-Flüssigkeitsmischung auf mehrere parallele Rohre gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine solche Anordnung ist im wesentlichen bekannt aus der FR-PS 12 49 001 und der US-PS 17 43989. Ein zweiphasiges, aus Gas und Flüssigkeit bestehendes Strömungsmittel kommt beispielsweise in Kühlanlagen vor und kann aus einer Mischung von gasförmigem und flüssigem Kühlmittel bestehen, wie es gleich hinter dem Expansionsventil auftritt, wo ein Teil des Kühlmittels in den gasförmigen Zustand übergeht Auch öl vom Kompressor kann in der Mischung vorkommen. An sich ist es, z. B. mittels Düsen, verhältnismäßig leicht, eine ziemlich homogene Mischung der verschiedenen Phasen zu erhalten; die Mischung ist aber nicht stabil und bei abnehmender Strömungsgeschwindigkeit, z. B. in einer Verteilerkammer für die Rohre eines Kühlers, tritt leicht eine Trennung der Phasen aufgrund der Schwerkraft ein. Dies ist besonders der Fall, wenn die Rohre horizontal verlaufen. Das hat zur Folge, daß die Flüssigkeitskonzentration in den unteren Rohren größer ist, wodurch die Kühlwirkung ungleichmäßig über die Rohre verteilt und damit herabgesetzt ist

Bei dem aus der US-PS 17 43 989 bekannten vertikalen Wärmeaustauscher ist in der Kammer, über die das zu kühlende Strömungsmittel von einem zentralen Rohr auf eine Vielzahl paralleler Rohre übertragen wird, eine Wand senkrecht zur Strömungsrichtung eingezogen, die in ihrem peripheren Bereich Löcher für den Durchtritt des Strömungsmittels hat Die

■o Anordnung ist derart getroffen, daß das Strömungsmittel beim Eintritt in die Kammer seine Strömungsgeschwindigkeit stark vermindert, so daß eventuell vorhandenes Kondensat ausfällt und sich am Boden sammelt, von wo es fortgeleitet wird. Die Platte in der Verteilerkammer hat bei diesem Wärmeaustauscher also den Zweck, bei möglicher Zweiphasigkeit des einströmenden Mittels die flüssige Phase von der gasförmigen zu trennen und sie von den parallelen Rohren fernzuhalten, auf die das Strömungsmittel

*> verteilt werden soll.

Aus der FR-PS 12 49 001 ist ein Wärmeaustauscher bekannt, bei dem in der Verteilerkammer, in welche das strömende Mittel von einem zentralen Rohr auf eine Vielzahl paralleler Rohre verteilt werden soll, eine

*5 Verteilerplatte angeordnet ist die über ihren ganzen Querschnitt mit vorzugsweise gleichmäßig verteilten Löchern versehen ist und die um ihre Peripherie herum keine Durchtrittsmöglichkeit für das Strömungsmittel hat Der Zweck dieser Platte besteht in der gleichmäßigen Verteilung des Strömungsmittels auf alle parallelen Rohre.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art zur homogenen Verteilung einer strömenden Gas-Flüssigkeitsmischung auf mehrere parallele Rohre zu entwickeln, bei der eine ungleichmäßige Verteilung der beiden Phasen des Strömungsmittels in den verschiedenen parallelen Rohren vermieden wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches genannten Merkmale hat

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß das Strömungsgemisch auf dem gesamten Weg bis zu den Rohren homogen bleibt.

Anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch eine Verteilerkammer gemäß der Erfindung,

Fig.2 eine Variante der Verteilerkammer nach Fig.l.

In der Verteilerkammer gemäß F i g. 1 kommt die Gas-Flüssigkeitsmischung von links durch das Rohr 8, das in eine enge Düse 1 übergeht An diesem Übergang nimmt die Strömungsgeschwindigkeit kräftig zu, wobei die Mischung homogener wird. Dieser Effekt kann

durch die Form des Überganges verstärkt werden, z. B. mittels schraubenförmiger Leitschaufeln od. dgl. in dem Rohr 8. Das Rohr 8 kann auch mit einem tangentialen Einlauf ausgeführt werden, wodurch ein Zykloneffekt entsteht

⁶S Wenn die Mischung in die Kammer selbst kommt, trifft sie auf eine feste Platte 2, die rechtwinklig zur Hauptströmungsrichtung angeordnet ist Dadurch wird die Mischung gehindert, gerade durch die Kammer zu

den mittleren Rohren zu strömen. Stattdessen wird die Mischung gezwungen, in der Spalte 3 radial nach außen zu der Kante der Platte 2 zu strömen, wo sie umgelenkt wird und in der Spalte 4 zwischen der Platte 2 und der Seitenwand 6 radial nach innen strömt S

Die Platte 2 wird von nicht dargestellten Stützen oder Distanzelementen an ihrem Platz gehalten. Wenn die Spalte 3 konstante Breite hätte, würde der Strcmungs querschnitt in dieser mit dem Radius zunehmen. Um dies zu kompensieren, ist die linke Seitenwand der Kammer konisch oder trichterförmig, was auch die Abslrömungsverhältnisse von der Düse 1 verbessert Die ideale Form der Kammerwand zur Erzielung einer konstanten Querschnittsfläche und damit einer konstanten Strömungsgeschwindigkeit wäre hyperbolisch; aber eine gewisse Abweichung davon, z. B. wie gemäß der Zeichnung, ergibt eine Form, die leichter herzustellen ist und die Geschwindigkeitsänderungen und kleinere Wirbelbildungen verursacht, die die Mischung der Phasen verbessern. Anstelle der trichterförmigen Ausbildung der Seitenwand der Kammer oder gleichzeitig damit kann auch die Seitenwand der Platte 2 anstelle der ebenen Form eine solche erhalten, daß die annähernde Konstanz des Strömungsquerschnittes erreicht wird.

Das gemischte Mittel wird in der Spalte 4 auf die parallelen Rohre 5 verteilt Da die Strömung in der Spalte 4 von außen nach innen verläuft, nimmt der Strömungsquerschnitt bei konstanter Spaltbreite ab, was es ermöglicht, die Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten, so daß Gas und Flüssigkeit gemischt sind, obwohl die Menge durch die Verteilung auf die Rohre abnimmt

Um eine gute Verteilung zu erhalten, muß der Druckfall in den einzelnen Ausläufen zu den Rohren größer sein als der Druckfall in der Verteilerspalte. Dies kann z. B. durch kleine Locher 7 in einer Verteilerplatte 6 vor der Rohrplatte 9 erreicht werden.

Die Verteilerplatte 6 kann auch aus porösem Material bestehen (z. B. Sinterbronze), so daO das Bohren von Löchern wegfällt Es hat sich nämlich gezeigt, daß die Flüssigkeitsphase so geringe Viskosität hat, daß sie leicht durch eine poröse Platte geht

Die hier beschriebene Anordnung ergibt eine gleichmäßige Verteilung von Gas und Flüssigkeit über eine große Anzahl von Auslaufsöffnungen, z. B. Rohre in einem Wärmeaustauscher.

Die in F i g. 1 beschriebene Anordnung ist im wesentlichen rotationssymmetrisch zu der Achse I-I aufgebaut Eine verhältnismäßig gleichmäßige Verteilung von Gas und Flüssigkeit kann auch bei nicht rotationssymmetrischem Aufbau erreicht werden, z. B. wenn man die Rotationssymmetrie bis zum Beginn der Spalte 3 oder ein Stück in diese hinien beibehält und dort Leitschienen 10 einlegt, die bis zur äußeren Kante einer nicht kreisförmigen Platte 2 reichen. Eine solche Anordnung ist in Fig.2 dargestellt Die Figur zeigt einen Schnitt rechtwinklig zur Hauptströmungsrichtung in einer rechteckigen Kammer.

Auch die Rückseite der Platte kann mit Kanälen oder Leitschienen versehen werden.

Dadurch, daß der Strom im großen und ganzen homogen ist, wo die Kanäle beginnen, kann die Menge pro Kanal gewählt und beibehalten werden, bis die Verteilung auf die Ausläufe beginnt

Die Aufteilung in Kanäle ist auch bei rotationssymmetrischer Strömung zweckmäßig, wenn man große Variationen der strömenden Menge zulassen oder den Druckfall kleinhalten will, indem man die Spalten 3 und 4 etwas weiter macht

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur homogenen Verteilung einer strömenden Gas-Fiüssigkeitsmischung auf mehrere parallele, vorzugsweise nicht vertikal verlaufende Rohre, bestehend aus einer in Strömungsrichtung der Mischung flachen, sich senkrecht zur Strömungsrichtung erstreckenden Kanuner mit einer zentral angeordneten Einlauföffnung für die Mischung an einer Seitenwand und den Mündungen der parallelen Rohre an der gegenüberliegenden Seitenwand, wobei zwischen den beiden Seitenwänden eine feste Platte mit Durchbrüchen im peripheren Bereich angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrüche im peripheren Bereich dadurch gebildet sind, daß die Platte (2) sich nicht vollständig bis zur Außenwand der Kammer erstreckt und daß die Abstände zwischen der festen Platte (2) und jeder der zwei Seitenwände der Kammer so bemessen sind, daß die Strömungsgeschwindigkeit der Mischung in den verschiedenen Abschnitten der Anordnung annähernd konstant ist, wobei die erste Seitenwand der Kammer die Form eines entsprechend bemessenen offenen Trichters oder Kegels hat

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer und die feste Platte (2) nicht rotationssymmetrisch sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Seitenwand, mit der Einlauföffnung (1) und der Außenwand der Kammer Leitschienen (10) eingesetzt sind.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwand der Kammer, in die die Rohre (5) münden, mit Löchern (7) zu den Rohren versehen ist, deren Durchmesser wesentlich kleiner als der Durchmesser der Rohre (5) ist

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwand der Kammer, in die die Rohre (5) münden, mit einer porösen Platte abgedeckt ist