DE2402181A1

DE2402181A1 - Vorrichtung zur waerme- und stoffuebertragung zwischen fluessigkeiten und gasen

Info

Publication number: DE2402181A1
Application number: DE2402181A
Authority: DE
Inventors: Istvan Lindner; Laszlo Dr Szuecs; Csaba Tasnadi
Original assignee: Energiagazdalkodasi Intezet
Current assignee: Energiagazdalkodasi Intezet
Priority date: 1974-01-17
Filing date: 1974-01-17
Publication date: 1975-07-31
Also published as: FR2279057A1; DE2402181B2; BE811301A; US4009229A; DE2402181C3; CH569248A5; GB1433451A; FR2279057B1; LU69204A1

Description

DlpUng. Heinz Bardehle

MDnr*:n 22, -lc :..■'·. U, VX 292555 ? Λ Π ? 1 ß

Postanschrift Munch»:-· :ό. ?G3liach 4 ^. H U ^L I O I

München, den 17.Januar 1974

Mein Zeichen: P 1878

Anmelder: ENERGIAGAZDALKODASI INTEZET
1251 Budapest / Ungarn
Bein rakpart 33-34

It

VORRICHTUNG ZUR WARME- UND STOi¹EUBERTRAGUNG ZWISCIiEK
FLÜSSIGKEITEN UND GASEN

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärme-
und Stoffübertragung zwischen Flüssigkeiten und Gasen.

Wie bekannt, findet eine Wärme- und Stoffübertragung in allen Fällen statt, wo Strömungsmittel sich unmittelbar berühren. Die Wärme- und St off übertragung ist u.a. umso
wirkungsvoller, je größer ist die Kontakt- oder Berührungsfläche zwischen den sich berührenden Mitteln. S₀ z. B.
wird das Kühlwasser in sogenannten nassen Kühltürmen womög-

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lieh, gleichmäßig verteilt auf bro-^flächige Einlagen des Kühlturmes geleitet, an denen das Kühlwasser in der Form einey .Filmes unter der Wirkung der bchwerkraft abwärts strömt, wobei es sich durch Berührung mit strömender Luft abkühlt» Eine derartige Kihlturmeinlage ist z. B. in der ungarischen Patentschrift Nr. Λ^'ν PO1 beschrieben. Das Wesen der bekannten Vorrichtung besteht darin, daß zwischen einem Flüssigkeitszufluß und einem Flüssigkeitnabfluß eine ■Flüssigkeitsverteilfläche vorgesehen ist, die dem Flüssigkeitsabfluß zugerichtet liegt und an v.elcher sich der Flüssigkeitsfilm ausbildet. A_n die Flüssigkeitsverteilfläche schließen sich hintereinander flüssigkeitsabführende Teile an, die zum Flüssigkeitsabfluß führen, so daß jener Teil der über den Fiüssigkeitssufluß zuströmenden Flüssigkeit, der nicht verdampft und deshalb in der Form von Dunst nicht entweicht (Stoffübertragung), abgekühlt (Wärmeübertragung) über"den Flüssigkeitsabfluß entweicht. Die flüssigkeitsabführenden Teile können z. B. in der Form von Drähten, Bändern, Stangen, Platten, usw., ausgebildet sein, die durch die herabfließende Flüssigkeit filmartig benetzt werden. Hieraus ergeben sich die vorteilhaften Eigenschaften der Einlagen.

Bei den bekannten Anordnungen ist aber die Zuführung der Flüssigkeit bzw. die Bildung des Filmes nicht restlos gelöst. Erreicht die Flüssigkeit die Flüssigkeitsverteilfläche in der Form eines freien Strahles, der aus einem Rohr ausgeht, wie z. B. bei der bekannten Vorrichtung gemäß der erwähnten Patentschrift, müssen die Flüssigkeitszuführrohre notwendigerweise vor den flüssigkeitsabführenten Teilen angebracht werden, was jedoch bedeutet, daß der Raum unterhalb der Flüssigkeitszuführrohre unausgenützfc bleibt, wodurch der Raumbedarf der Vorrichtung überflüssig groß wird. Wie aus der Praxis hervorgeht, beträgt der Gesamtraumbedarf der Vorrichtung etwa das Anderthalbfache bis Zweifache jenes Rauminhaltes, in welchem die Flüssig-

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keitßverteilfläche und die flüssigkeitsabführenden Teile angebracht werden könnten.

Hierzu kommt, da** z.B. bei einem freien Strahl von kreis- oder rechteckförmigem Querschnitt die Dicke und die Geschwindigkeitsverteilung des Flüssigkeitsfilmes sehr un- -gleichmäßig (inhomogene) ist, weil der Flüssigkeitsstrahl konzentriert an der Flüssigkeitsverteilfläche aufschlägt, wodurch die Entstehung eines gleichmäßigen Flüssigkeitsfilmes im voraus unmöglich wird. Die Ungleichmäßigkeit des Flüssigkeitsfilmes wird durch das beim Aufschlagen auftretende Spritzen und Wirbeln nur noch erhöht.

Zur Bildung eines freien Strahles sind übrigens auch wesentliche Strömungsgeschwindigkeiten erforderlich, welche nur durch Flüssigkeitszuflußrohre von sehr geringem freiem Querschnitt erreicht werden können. Derartige Roh\e neigen dann wieder zu durch Ablagerungen bedingten Verstopfungen.

Um ein konzentriertes Aufschlagen zu vermeiden, ist es bereits vorgeschlagen worden, ein flaches Rohr oder einen Spalt zu verwenden, deren Breite jener der Flüssigkeitsverteilfläche gleich ist. Dann werden aber derart enge Austrittsquerschnitte erhalten, daß eine vorzeitige Verschmutzung unvermeidlich ist. Die erste Folge der Verschmutzung liegt eben darin, daß der Flüssigkeitsfilm aufhört, homogen zu sein.

^üie Erfindung bezweckt die Behebung dieser Nachteile und die Lösung der Aufgabe, eine Vorrichtung zur Wärme- und Stoffübertragung zwischen Flüssigkeiten und Gasen zu schaffen, bei welcher einerseits der Flüssigkeitszufluß innerhalb der vertikalen Projektion der Flüssigkeitsverteilfläche bewirkt und anderseits die Benetzung der Flüssigkeitsverteilfläche anstatt des gleichsam dynamischen Spritzens unter Überdruck durch Rieseln, d.h. gleichsam statisch erreicht wird. Durch die erst ere Maßnahme wird ein minimaler Raumbedarf gewährleistet. Die zweite Maßnahme führt zu einem Slüssigkeitsfilm -,von" gifiohmäßiger Dicke und Geschwin-

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digkeit.

Die Erfindung geht davon aus, daß eine Flüssigkeit, die über ein Sturzwehr entsprechend der Breite der Flüssigkeitsverteilfläche herabfließt, durch die gemeinsame Wirkung der Oberflächenspannung und der bchwerkraft als ein kontinuierlicher Film auf die unterhalb des Sturzwehres angebrachte Flüssigkeitsverteilfläche geleitet werden kann. Demgemäß betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Wärme- und Stoffübertragung zwischen Flüssigkeiten und Gasen, bei welcher in an sich bekannter V.eise zwischen einem Flüssigkeitzufluß und einem Flüssigkeitsabfluß eine dem Flüssigkeitsabfluß zugekehrte filmbildende Flüssigkeitsverteilfläche, sowie sich an diese anschließende und in den Flüssigkeitsabfluß fahrende flüssißkeitsabführende Teile vorgesehen sind. Die Erfindung selbst wird darin gesehen, daß der Flüssigkeitszufluß aus einem Flüssigkeitsbehälter besteht, in welchem ein Sturzwehr vorgesehen ist, das sich an eine mindestens zum Teil gebogene Fläche zur Zuführung der Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter zur Flüssigkeit svert eilfläche anschließt. Es wird gezeigt, daß durch die Erfindung eine verhältnismäßig kompakte Ausführung der Vorrichtung erreicht werden kann, bei welcher die gleichmäßige Dicke und Geschwindigkeit des Flüssigkeitsfilmes ohne durch Verschmutzungen bedingte Gefahr von Verstopfungen, d.h. kontinuierlich gewährleistet werden kann.

Gemäß der Erfindung ist es zweckmäßig, den Flüssigkeitsbehälter durch eine Trennwand vor dem Sturzwehr in eine Zuflußseite und eine Abflußseite zu unterteilen, wobei Zuflußseite und Abflußseite unter der Trennwand miteinander verkehren. Auf diese Weise kann der Strömungsfluß gleichmäßiger gemacht werden, wie dies nachfolgend noch in Einzelheiten ausgeführt wird.

Es ist auch zweckmäßig, wenn die gebogene Fläche aus Abschnitten besteht, welche dem Sturzwehr parallel liegen und zwischen welchen Abstände von höchstens 5 mm vor-

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handen sind. Durch diese Maßnahme wird nämlich das Montieren der Vorrichtung erleichtert.

In der gebogenen Fläche können übrigens Brechungen vorhanden sein, wodurch sowohl die Bearbeitung wie auch das Montieren einfacher werden. Der Brechungswinkel darf aber nicht geringer sein als 2'T/3 Radian, da sonst der Flüssigkeitsfilm von der benetzten Oberfläche abreißen kann.

Die Vorrichtung kann auch so ausgebildet sein, daß der Flüssigkeitsbehälter mit zwei einander gegenüberliegenden Sturzwehren ausgerüstet ist, welche mittels je einer mindestens zum Teil gebogenen Fläche mit je einer Flüssigkeitsfläche verbunden sind, wobei die Flüssigkeitsverteilflachen eine spiegelbildartige Anordnung bilden, -^ine derartige Ausführungsform zeichnet sich durch verhältnismäßig hohe spezifische Leistung aus.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher ex*- läutert, wo einige Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt sind.

Fig* i zeigt dabei eine Vorderansicht eines ersten Ausführungsbeispiels.

Fig. 2 ist ein Schnitt gemäß der Linie II - II der Fig. 1.

Fig. 3 stellt einen der Fig. 2 ähnlichen Schnitt einer anderen beispielsweisen Ausführungsform dar.

FIg₄ 4 zeigt die Vorderansicht eines dritten Ausführungsbeispiels.

Fig. 5 ist schließlich ein Schnitt gemäß der Linie V-V der Fig. 4-.

Gleiche Bezugszeichen in der Zeichnung weisen auf ahn-' liehe Einzelheiten hin.

Vie aus der Zeichnung hervorgeht, weist die beispielsweise Aus führungs form der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Fig. 1 und 2 in an sich bekannter Weise eine fumbildende Flüssigkeitsverteilfläche· 10 auf, an die sich

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plattenförmige flüssigkeitsabführende Teile anschließen, ^iner der letzteren ist in der Zeichnung mit 12 be zeichneb. Die flüssigkeitsabführende Fläche 10 ist einer Platte .1'I- zugerichtet, die unterhalb der flüssigkeitsabführenden Teile angebracht und mit einem Ausflußstutzen 16 versehen irt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel bilden die Plat te 1²I- und ihr Ausflußstutzen 16 den Flüssigkeitsabfluß 14, 16 der Vorrichtung. Die.flüssigkeitsabführenden Teile 12 führen in diesen Flüssigkeitsabfluß 14, 16, ohne jedoch den Boden der Platte 14 zu erreichen.

Die Flüssigkeit fließt über Verteilerrohre zu, von denen eines mit 18 bezeichnet ist. Unterhalb der Verteilerrohre 18 ist erfindungsgemäß ein Flüssigkeitsbehälter 20 angeordnet, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel den Flüssigkeitszufluß der Vorrichtung bildet.

Eine.Seite des Flüssigkeitsbehälters 20 ist durch ein Sturzwehr 22 gebildet, dessen Scheitel 22A im Sinne der Erfindung mittels einer gebogenen Fläche 24 mit der Flüssigk3itsverteilfläche 10 verbunden ist.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel schließt sich die gebogene Fläche 24 brechungslos sowohl an den Scheitel 22A des Sturzwehres 22 wie auch an die Flüssigkeitsverteilflache 10 an.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist ferner im Flüssigkeitsbehälter 20 in der Strömungsrichtung gesehen vor dem Sturzwehr 22 eine Trennwand 26 vorgesehen, durch die der Flüssigkeitsbehälter 20 in eine Zuflußseite 28 und eine Ausflußseite 30 unterteilt wird. Diese sind unterhalb der Trennwand 26 und namentlich beim dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Öffnung 32 miteinander verbunden.

Die dargestellte beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Die in Richtung.eines Pfeiles 34 über die Verteilerrohre 18 strömende Flüssigkeit, z. B. Kühlwasser gelangt auf die Zuflußseite 28 des Flüssigkeitsbehälters 20, wobei ihre

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obere Schicht, die infolge der Zuströmung in ^irbel- und Wellenbewegung versetzt ist, durch die Trennwand 26 zurückgehalten wird. Ihre untere Schicht erreicht dagegen über die Öffnung 32 bei gleichmäßiger Strömung die Ausflußseite 50, von wo die ruhige obere Wasserschicht über das Sturzwehr 22 - wie bereits erwähnt - bei gleichmäßiger Strömung auf die gebogene Fläche 24 und dann von dieser auf die filmbildende Flüssigkeitsverteilfläche 10 gelangt, wo ein ^wasserfilm 36 entsteht.

A_uf cL_er Flüssigkeitsverteilfläche 10 wird der Wasserj'ilm 36 durch die flüssigkeitsabführenden Teile zerlegt und von der Flüssigkeitsverteilfläche 10 in die Platte 14 geleitet» Inzwischen berührt sich der zerlegte Wasserfilm 36 an den durch die flüssigkeitsabführenden Teile 12 bestimmten Flächen mit in Querrichtung 38 strömender Luft, wobei die Wärme- und Stoff übertragung vor sich geht, indem das Wasser abkühlt und die Luft wärmer wird und auch den verdampfenden Teil des Wassers mitnimmt.

Das abgekühlte Wasser sammelt sich in der Platte 14 an, von wo es .über den Ausflußstutzen 16 in Richtung des Pfeiles 40 entweicht, um als Kühlwasser verwendet zu werden.

Die beispielsweise Ausführungsform gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von der vorherigen darin, daß ihre gebogene Fläche aus Abschnitten 24A und 24B besteht, .welche durch, zum Sturzwehr 22 parallele Erzeugenden begrenzt sind und schmale Spalte einschließen, -^iner dieser Spalte ist in der Zeichnung mit 42 bezeichnet worden. Die Dicke der Spalte 42 beträgt höchstens 5 mm, da sonst die-Wasserschicht von der Tragfläche abreißt. Wie erwähnt, bietet eine derartige Anordnung bezüglich des Einbaues und der Fertigung mehrerlei Vorteile. Eine weitere Erleichterung besteht darin, daß beim dargestellten Ausführungsbeispiel in der gebogenen Fläche 24A, 24B auch Brechungen 44 zugelassen sind, wodurch einerseits die Abmessung in der Eich-

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tung 58 (d.h.. die "Tiefe" der Verrichtung) verringert und anderseits die technologischen und Einbauerfordernisse gemildert werden konnten. E₈ muß Jedoch darauf geachtet werden, daß die Brechung 44 nicht geünger ist als 21T/J Radian, da sonst - wie ebenfalls erwähnt worden ist - der Wasserfilm ?6 durch die zentrifugalen und Gravitationskräfte abgerissen werden kann.

In den -Pig. 4 und 5 ist ein Ausführungsbeispiel in Zwillingsanordnung dargestellt, wobei Zwillingsbestandteile durch eine Ergänzung da? entsprechenden Bezugszeichen mit den Buchstaben "a" bzw. "b" voneinander unterschieden sind. Wie ersichtlich, weist der Flüssigkeitsbehälter 20 zwei einander gegenüber liegende Sturzwehre 22a und 22b auf, welche durch je eine gebogene Fläche 24a bzw. 24b mit Je einer Flüssigkeitsverteilfläche 10a bzw. 10b verbunden sind. Diese nehmen zur senkrechten Mittelebene 46 der Vorrichtung spiegelbildartig einander entsprechende Lagen ein. Die flüssigkeitsabführenden Teile sind bei diesem Ausführungsbeispiel keine Platten, sondern Stäbe oder Stifte 48A bzw. 48B.

Diese beispielsweise Ausführungsform arbeitet in der gleichen Weise wie die vorherigen, ihre spezifische -leistung beträgt aber offensichtlich praktisch das Zweifache der einseitigen Ausführungen und darin liegt ihr Vorteil.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Vorrichtung zur Wärme- und St off übertragung zwischen Flüssigkeiten und Gasen, bei welcher zwischen einem ilüssigkeitazufluß und einem Flüssigkeitsabfluß eine dem ViüssigkeitBabfluß zugekehrte filmbildende Flüssigkeitsverteilfläche, sowie sich an diese anschließende und in den Flüssigkeitsabfluß führende flüssigkeitsabführende Teile vorgesehen sind, dadurch g e k e η η ζ ei c h η et, daß der Flüssigkeitszufluß aus einem Flüssigkeitsbehälter (20) besteht, in welchem ein Sturzwehr (22) vorgesehen ist, das sich an eine mindestens zum Teil gebogene Fläche (24) zur Zuführung der Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter (20) zur Flüssigkeitsverteilfläche (10) anschließt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge-, k en η ze ic h η e t , daß der Flüssigkeitsbehälter (20) durch eine Trennwand (26) vor dem Sturzwehr (22) in eine Zuflußseite (28) und eine Abflußseite (jO) unterteilt ist, wobei Zuflußseite und Abflußseite unter der Trennwand miteinander verkehren.
5· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g ek e η η ζ e i c h η e t , daß die gebogene Fläche, aus Abschnitten (24A,.24B) besteht, welche zum Sturzwehr (22) parallel liegen und. zwischen denen Abstände (42) von höchstens 5 mm vorhanden sind (Fig. 3).·
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß in der gebogenen Fläche (24A, 24B) Brechungen vorgesehen sind, wobei der Brechungswinkel (44) mindestens 2ΤΓ/3 Radian beträgt (Fig. 3).
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Flüssigkeitsbehälter (20) mit zwei einander gegenüberliegenden Sturzwehren (22A, 22B) ausgerüstet ist, welche mittels je einer mindestens zum Teil gebogenen Fläche (24ä, 24b) mit je einer Flüssigkeitsverteilfläche (10a, 10b) verbunden

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Bind, wobei die Flüssigkeitsverteilflächen eine spiegelbildartige (46) Anordnung bilden (Fi^. 5).

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