DE2439144C3 - Vorrichtung zum Verteilen strömender Medien von einem Strömungsquerschnitt auf einen davon verschiedenen Strömungsquerschnitt - Google Patents
Vorrichtung zum Verteilen strömender Medien von einem Strömungsquerschnitt auf einen davon verschiedenen StrömungsquerschnittInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verteilen strömender Medien (Gase oder Flüssigkeiten) von
einem Strömungsquerschnitt auf einen davon verschiedenen Strömungsquerschnitt mit einem sich trichterförmig erweiternden, an beiden Enden offenen Hüllrohr,
mindestens einer im Hüllrohr senkrecht zur Hüllrohrachse angebrachten, von einer Vielzahl von parallelen
Durchtrittskanälen durchsetzten Platte mit Durchtrittsöffnungen zwischen Plattenrand und Hüllrohr und einer
in die erweiterte Öffnung des Hüllrohres eingesetzten, von einer Vielzahl paralleler Durchtrittskanäle durchsetzten Abschlußplatte.
Eine derartige Vorrichtung ist als Gaseintrittsstutzen für einen elektrostatischen Staubabscheider nrch dem
deutschen Gebrauchsmuster 18 92 636 bekannt. Mit dieser Vorrichtung wird jedoch nicht das einströmende
Gas gleichmäßig auf einen größeren Strömungsquerschnitt verteilt, sondern durch Erniedrigung der
Strömungsgeschwindigkeit Grobstaub ausgefällt. Im trichterförmigen Hüllrohr, das einen rechteckigen
Querschnitt aufweist, sind mehrere Lochbleche angeordnet, die jeweils an drei Seiten bis zum Hüllrohr
reichen und an ihrer vierten Seite über Winkelblechreihen am Hüllrohrrand befestigt sind, wodurch zwischen
den Plattenrändern und dem Hüllrohr Durchlaßöffnungen entstehen, die als Abführöffnungen für den
anfallenden Staub dienen.
Es ist auch ein Druckreduzierventil bekannt (DE-AS 11 38 290), das in einem trichterförmigen Hüllrohr
mehrere Stufen aufweist, die jeweils aus einem Sitzteil und einer darüberliegenden, drehbaren Platte bestehen.
In einigen Bereichen der Sitzteile sind Durchtrittskanäle
vorgesehen, die bei entsprechender Drehung der Platten mit entsprechenden v_/finuiigeii dei Flauen
teilweise oder ganz zur Deckung gebracht werden können, um einen hohen, regelbaren Druckverlust der
strömenden Medien zu erzeugen. Auch hierbei wird keine Gleichverteilung erzeugt.
Bei einem anderen Druckreduzierventil (DE-PS 10 67 652) ist in einem trichterförmigen Hüllrohr eine
Vielzahl von Platten eingesetzt, die gegeneinander versetzte Durchtrittskanäle besitzen, um durch fortwährende Richtungs- und Geschwindigkeitsänderungen
eine geräusch- und schwingungsarme Energievernichtung strömender Medien zu erzwinge.;.
Es werden aber auch möglichst druckverlustlose Verteilervorrichtungen benötigt, z. B. wenn in einer
Anlage für chemische Prozesse der Querschnitt eine* ein strömendes gasförmiges oder flüssiges Medium
führenden Zuleitungsrohres so an den Querschnitt eines folgenden Teiles der Anlage angepaßt werden soll, daß
das strömende Medium in einer für die Anwendung günstigen Weise, z. B. gleichmäßig, über den Querschnitt des folgenden Anlageteiles verteilt wird.
Besonderer Bedarf an einer derartigen Vorrichtung besteht, wenn eine zylindrische, mit einem Katalysator
erfüllte Kammer mit einem aus einem engeren Zuleitungsrohr kommenden Gemisch von gasförmigen
Reaktanten so beschickt werden soll, daß der Katalysator gleichmäßig belastet wird. Weitere Anwendungsmöglichkeiten sind beispielsweise die gleichmäßige
Berieselung von Füllkörpern mit Flüssigkeiten oder die Belüftung von Flüssigkeiten mit Gasen in entsprechenden Anlagen.
Weist ein sich trichterförmig erweiterndes Rohr einen öffnungswinkel unter 6° bis 8° auf (gemessen
zwischen der Mittelachse des Rohres und einer in der Mantelfläche des Trichters gelegenen Geraden), so ist
eine laminare Strömung noch in der Lage, der Öffnung des Rohres ohne Ausbildung von Toträumen und
Turbulenzen zu folgen. Einen über den ganzen Querschnitt von Null verschiedenen Medienstrom kann
man folglich durch lange, sich langsam erweiternde
Übergangsstücke zwischen den verschiedenen Querschnitten einer Anlage erreichen, deren öffnungswinkel
entsprechend klein sind. Neben der unerwünscht großen Baulänge weisen derartige Leitungen aber ein Strömungsprofil
der Medien entsprechend der von Hagen
und Poiseuille berechneten Form mit einer zur Wand hin abfallenden Flußdichte auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein aus einer Zuleitung strömendes Medium möglichst gleichmäßig
über tinen vom Querschnitt der Zuleitung verschiedenen Querschnitt zu verteilen.
Dies wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemüß dadurch erreicht, daß
die Dicke der im Hüllrohr angebrachten Platte zum Plattenrand hin abnimmt, die Durchtrittsöffnung zwisehen
Plattenrand und Hüllrohr entlang des ganzen Plattenrandes vorgesehen sind und die Abschlußplatte
die erweiterte Öffnung des Hüllrohres ausfüllt. Bei der angegebenen Form der Platten trifft ein aus dem
Zuleitungsrohr strömendes Medium im Bereich der aus der Mitte des Zuleitungsrohres besch'eunigt austretenden
Kernströmung auf längere Durchtnttskinäle, die
einen höheren Strömungswiderstand besitzen und daher die Kernströmung verlangsamen und teilweise
zum Rand hin ableiten.
Durch die trichterartige Form des Hüllrohres wird die Ausbildung von Toträumen vermieden. Die seitlichen
Durchtrittsöffnungen stellen für die die Vorrichtung durchsetzenden Medien einen geringeren Strömungswiderstand
dar als die Durchtrittskanäle und bewirken dadurch auch bei geringen Durchsätzen eine ausreichende
Strömungsgeschwindigkeit in Nähe der Hüllrohrwandung.
Zur Verstärkung der Verteilerwirkung können in Richtung der Hüllrohrachse mehrere Platten mit
seitlichen Offnungen zwischen Plattenrand und Hüllrohr hintereinander mit Abstand voneinander im
Hüllrohr angeordnet sein.
Es ist hierbei vorteilhaft, wenn die Grundflächen von
in Richtung der Hüllrohrerweiterung aufeinanderfolgenden Platten zunehmen, um damit zu sichern, daß der
Medienstrom der Änderung des Hüllrohrquerschnittes auch bei kurzen Hüllrohren bzw. sehr großen
Öffnungswinkeln folgt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemSßen
Vorrichtung ist be; jeder Platte die Flächensumme der Durchtrittsöffnungen zwischen
Plattenrand und Hüllrohr kleiner als die Querschnittsfläche der engeren Hüllrohröffnung.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsfom ist für je zwei in Richtung der Hüllrohrerweiterung
aufeinanderfolgende Platten bei der nachfolgenden Platte die Flächensumme der Durchtrittsöffnungen
zwischen Plattenrand und Hüllrohr kleiner als bei der vorangehenden Phtte. Dadurch kann erreicht werden.
daß stets ein ausreichender Teil des Medienstromes durch die parallelen Durchtrittsöffnungen fließt.
Vorzugsweise können die einzelnen Platten in ins Hüllrohr einsetzbaren Rohrstücken befestigt und die
Durchtrittsöffnungen zwischen Plattenrand und Hüllrohr von Schlitzen in den Rohrstückwänden gebildet
sein.
Eine derartige Vorrichtung eignet sich besonders zur Verwendung als Verteiler für ein aus einem engen
Zuleitungsrohr strömendes, einer mit Katalysator gefüllten Reaktionskammer größeren Querschnittes
zuzuführenden Gemisch miteinander umzusetzender Gase. Die engere Öffnung des Hüllrohres stellt die
Eintritisöffnung für das Gasgemisch dar, das die
Vorrichtung durch die Abschlußplatte in der weiteren Hüllrohrörfnung in gleichmäßiger Verteilung wiedrr
verläßt. Dadurch wird gewährleistet, daß der in der ■> Reaktionskammer befindliche Katalysator gleichmäßig
belastet wird. Die Abschlußplatte kann dabei gleichzeitig als einlaßseitige Begrenzung der Reaktionskammer
und als Rückschlagsicherung dienen, um ein unkontrolliertes Zünden des in der Vorrichtung befindlichen
ίο reaktionsfähigen Gasgemisches durch die in der
Kammer ablaufende Reaktion zu verhindern.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch vorteilhaft als Sammler für ein aus einem Rohr größeren
Querschnitts kommende, einem Rohr kleineren Querschnittes zuzuführende Gase verwendet werden. Die
von der Abschlußplatte ausgefüllte erweiterte öffnung des Hüllrohres dient hierbei als Eintrittsöffnung des
Gasstromes, die am engeren Ende befindliche öffnung als Austrittsöffnung. Um beispielsweise eine mit
Katalysato.· gefüllte Reaktionskammer gleichmäßig mn
einem Gemisch reagierender Gase .. ·. durchsetzen und die Reaktionsprodukte in einer enger, η Saugieitung
abzuführen, kann man der Reaktionskammer eine erfindungsgemäße Vorrichtung als Sammler strömungs-
2) mäßig nachschalten. Durch eine als Sammler dienende
Ausfüb-jngsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Ansaugleistung der engeren Saugieitung auf
den größeren Austrittsquerschnitt der Reaktionskammer gleichmäßig verteilt.
in Anhand einer Figur und eines Ausfünrungsbeispieles
soll die Erfindung noch näher erläutert werden.
Die Figur zeigt einen Längsschnitt durch eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung.
Ji Der äußere Mantel der Vorrichtung besteht aus
einem sich trichterförmig erweiternden, beiderseits offenen Hüllrohr 1, das an der engeren öffnung 2 und
der weiteren öffnung 3 je einen Flansch 4 bzw. 5 besitzt. Die weitere Öffnung 3 ist ausgefüllt von eii.er als
M) Sinterlochstein mit vielen parallelen Durchtrittskanälen
6 ausgebildeten Abschlußplatte. Im Hüllrohr sind zwei koaxiale Einsätze angebracht Diese Einsätze bestehen
aus je einem Rohrstück 8 bzw. 9, das an dem einen Ende mittels eines Sprengringes 10 bzw. 11 am Hüllrohr
5 befestigt ist und am anderen Ende einen in «Jas Rohrstück hineinragenden Vorsprung 12 bzw. 13
besitzt. Auf diesen Vorspriingen liegen Platten 14 und 15 auf. die von einer Vielzahl paralleler Kanäle 16, 17
durchsetzt sind und abgeschrägte Seiten aufweisen, so Diese Platten sind beispielsweise Sinterlochsteme aus
Aluminiumoxid oder Magnesiumoxid. In den Rohrstükken sind ferner parallel zu den Plattenrändern
verlaufende Schlitze 18 und 19 als seitliche Durchtrittsöffn'Mgen
angebracht.
Die Querschnittsflächen der seitlichen öffnungen
jedes Einsatzes Jnd dabei so bemessen, daß ihre Flächensummen in Richtung der Hüllrohrerweiterung
abnehmen und jeweils kleiner sind als die Querschnittsfläche der engerin Hüllrohröffnung.
to Zur Verdeutlicnung der Wirkungsweise sind in der
Figur Stromungslinien 20 für ein in Richtung der Hüllrohrerweiterung strömendes Medium da. gestellt.
Der aus einem engeren Zuleitungsrohr mit parabolischem Geschwindigkeitsprofil austretende Medien-
tr. strom trifft in der Vorrichtung auf örtlich verschiedene
Strömungswiderstände. Dabei kommt es an jedem Einsatz zu einer Stauwirkung, die verbunden ist mit
einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit und
hinter den Einsätzen, insbesondere hinter den seitlichen
Durchtrittsöffnungen, zu Turbulenzen führt.
Bei niedrigem Durchfluß ist die Strömung weitgehend laminar. Die aufgrund der abgeschrägten Seilen
innerhalb einer Platte sich zum Rand hin verkürzenden Durchtrittskanäle stellen einen zum Plattenrand hin
abnehmenden Strömungswiderstand dar. Der Strömungswiderstand der seitlichen Durchtrittsöffnungen
ist demgegenüber gering und wird weitgehend von den Turbulenzen bestimmt. Dadurch kommt es zu einem
Ausgleich des parabolischen Gcsc'nwindigkeitsprofiis. Bei größerem Durchfluß wächst die Stauwirkung und
die Ausbildung von Turbulenzen, gleichzeitig wird der Widerstand der Durchtrittskanäle weitgehend von
Anströmvorgängen bestimmt. Das Zusammenspiel dieser Einflüsse bewirkt auch bei größeren Durchflüssen
eine gute Verteilung. Die Verteilerwirkung ist somit weilgehend unabhängig von der Größe des Durchflüsse».
Bei dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel erweitert sich der Innendurchmesser des Hüllrohres 1
auf einer Länge von ca. 70 mm von etwa 32 mm auf etwa 105 mm. Die als Sinterlochsteinplatten aus Magnesiumoxid
gefertigten Platten 14, 15 und 7 besitzen kreisförmige Grundflächen von etwa 32 mm, 85 mm
bzw. 105 mm Durchmesser bei einer Dicke von etwa !0 mm. Die seitlichen Durchtrittsöffnungen in den
einsätzen sind beim Rohrstück 8 etwa 63 mm und beim
Rohrstück 9 etwa 1 mm breit. Die Durchtrittskanäle weisen einen Durchmesser von I mm und eine
Flächendichte von etwa 45 Kanälen pro cm2 Plattenoberfläche auf. Die Abstände zwischen den Platten 14
und 15 bzw. 15 und 7 betragen etwa 12 mm.
Zur Erläuterung der Vorteile einer Vorrichtung gemäß der Erfindung sei angenommen, man würde ein
aus einem engeren Zuleitungsrohr austretendes Gemisch von kälteren reaktionsfähigen Gasen durch ein
einfaches, trichterförmiges Übergangsrohr einer Kammer größeren Eingangsquerschnittes zuführen, um dort
an einem Katalysator eine Reaktion durchzuführen, wobei die Reaktionswärme eine erhöhte Reaktionstemperp.tur
aufrechterhalten soll. Es bestünde hierbei die Gefahr, daß der Hauptteil des aus dem Zuleitungsroh·-
austretenden Gases in Form einer Kernströmung nur einen kleinen Bereich des Katalysatorvolumens in Nähe
der Mittelachse der Katalysatorkammer durchsetzen würde. Während der Katalysator in anderen Bereichen
mangels ausreichenden Gasdurchsatzes kalt bliebe, könnten die kälteren Gase im Bereich der Kernströmung
den Katalysator abkühlen (»Kaltblasen«) und dadurch könnte die Umsetzungsfähigkeit des Katalyse
tors überschritten werden. Eine unvollständige Umsetzung, womöglich verbunden mil dem Auftretet
störender fester Rückstände, wären die Folge.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung verteilt demgc genüber dem Gasstrom gleichmäßig über den ganzer
Kammerquerschnitt. Darüber hinaus entstehen in dei Vorrichtung keine Toträume, die das Abscheiden vor
Verunreinigungen und als stationäre Reaktionsräumc ein Rückschlagen der Reaktion begünstigen wurden
Zudem schützen die Platten als Wärmeschilder davor daß sich die Gase bereits innerhalb der Vorrichtung
durch die Wärmestrahlung des heißen Katalysator." unzulässig erhitzen.
Als bevorzugtes Anwendungsgebiet seien Anlager zur katalytisrhen Spaltgaserzeugung genannt. Hierbe
handelt es sich um die Umsetzung verdampfter schadstofffreier Brennstoffe, v,i? bleifreies Beii/n
niedriger (jctanzahi. mit sauerstoffhaitigen Gasen, wie
Luft oder Abgas, zu Brenngas (Spaltgas) hervorragender Brenneigenschaften, z. B. für die Speisung von
Brcnnkraltmaschinen. Die Umsetzung findet in Reaktionskammern
mit geeigneten Katalysatoren statt, sogenannten Spaltgasgeneratoren, wie sie z. B. in den
deutschen Offenlegungsschriften 2103 008 und 21 35 650 beschrieben sind. Für diese Anwendung sind
als Plattenmaterialien Aluminiumoxid und Magnesiumoxid bt.funders geeignet, weil an ihnen unerwünschte
Nebenreaktionen weitestgehend vermieden werden. Es können aber auch insbesondere für andere Anwendungszwecke
Platten aus anderen Materialien, z. B. aus Metall, verwendet werden.
Hierbei tritt auch beim Austritt der Reaktionsprodukte aus der Katalysatorkammer ein ähnliches Verteilungsproblem
auf. Wird beispielsweise bei der Verwendung in Kraftfahrzeugen der Gastransport durch die
Saugwirkung einer auf den Spaltgasgenerator folgenden Brennkraftmaschine bewirkt, so muß die Saugleistung
der zur Brennkraftmaschine führenden engeren Ansaugleitung auf den größeren Querschnitt der
Reaktionskammer verteilt werden, um in der Kammer eine Einschnürung des Gasstromes vor dem Eintritt in
die Ansaugleitung zu verhindern. Dies kann vorteilhaft dadurch erreicht werden, daß man eine als Sammler
betriebene Vorrichtung gemäß der Erfindung zwischen der Reaktionskammer und der Ansaugleitung anbringt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist nicht nur auf kreisförmige Querschnitte beschränkt und durch ihre
kompakte und einfache Bauweise vielseitig verwendbar.
Hierat 1 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Vorrichtung zum Verteilen strömender Medien von einem Strömungsquerschnitt auf einen davon
verschiedenen Strömungsquerschnitt mit einem sich trichterförmig erweiternden, an beiden Enden
offenen Hüllrohr, mindestens einer im Hüllrohr senkrecht zur Hüllrohrachse angebrachten, von
einer Vielzahl von parallelen Durchtrittskanälen durchsetzten Platte mit Durchtrittsöffnungen zwi- ">
sehen Plattenrand und Hüllrohr und einer in die erweiterte Öffnung des Hüllrohres eingesetzten, von
einer Vielzahl paralleler Durchtrittskanäle durchsetzten Abschlußplatte, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der im Hüllrohr >5
angebrachten Platte (14) zum Plattenrand hin abnimmt, die Durchtrittsöffnungen (18) zwischen
Plattenrand und Hüllrohr entlang des ganzen Plattenrandes vorgesehen sind und die Abschlußplatte (7) d'<" erweiterte Öffnung (3) des Hüllrohres
(1) ausfüllt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere in Richtung der Hüllrohrachse
hintereinander mit Abstand voneinander im Hüllrohr (1) angeordnete Platten (14, 15) mit seitlichen
Öffnungen (8,9) zwischen Plattenrand und Hüllrohr.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundflächen von in Richtung der
Hüiirohrerweiterung aufeinanderfolgenden Platten (14,15) zunehmen. Jo
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder Platte (14,15)
die Flächeasumme der Durch' ittsöffnungen (18,19) zwischen Plattenrand und Hüllroh1" kleiner ist als die
Querschnittsfläche der engeren' iüllrohröffnung (2). «
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für je zwei in Richtung der
Hüllrohrerweiterung aufeinanderfolgende Platten (14, 15) bei der nachfolgenden Platte (15) die
Flächensumme der Durchtrittsöffnungen zwischen Plattenrand und Hüllrohr kleiner ist als bei der
vorangehenden Platte (14).
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Platten
(14,15) in ins Hüllrohr einsetzbaren Rohrstücken (8, «
9) befestigt sind und die Durchtrittsöffnungen zwischen Plattenrand und Hüllrohr von Schlitzen
(18,19) in den Rohrstückwänden (8,9) gebildet sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch ihre Verwendung als Ver- ν
teiler für ein aus einem engen Zuleitungsrohr strömendes, einer mit Katalysator gefüllten Reaktionskammer größeren Querschnittes zuzuführendes Gemisch miteinander umzusetzender Gase.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch ihre Verwendung als Sammler für aus einem Rohr größeren Querschnitts
kommende, einem Rohr kleineren Querschnittes zuzuführende Gase.
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