DE3542545A1 - Abscheider fuer in einem kaltluftstrom einer expansionsturbine entstehende reif- oder eiskristalle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Abscheider für in einem Kaltluftstrom einer Expan­ sionsturbine entstehende Reif- oder Eiskristalle.

Es ist bekannt, in einem Gasstrom mitgerissene Festkörper-Partikel durch scharfe Umlenkung des Gasstromes und Ausnutzung der sich hierbei auswirkenden größeren Trägheit der Festkörper-Partikel, beispielsweise in einem Zyklonabscheider abzu­ scheiden. Sofern es sich bei den Festkörper-Partikeln jedoch um in einem Kaltluft­ strom hinter einer Expansionsturbine entstehende Reif- oder Eiskristalle handelt, be­ steht die Gefahr, daß sich diese an der Wand des Abscheiders absetzen und dort ei­ nen festen Eispanzer bilden. Hierdurch wird die Funktion des Abscheiders bereits nach kurzer Betriebsdauer sehr beeinträchtigt.

Der hier geoffenbarten Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abscheider zu schaffen, der insbesondere den speziellen Problemen gerecht wird, die das Entstehen von Reif- oder Eiskristallen in einem Kaltluftstrom hinter einer Expansionsturbine mit sich bringen.

Diese Aufgabe wird nach der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß unter einem domartigen Deckel, in den der Gasstrom axial von oben durch eine sich trichterförmig erweiternde Leitung eintritt und nach unten um den Rand der Lei­ tung aus diesem über ein tangential an den oberen Bereich des Deckels gelegtes Austrittsrohr abgeführt wird, ein Behälter mit einer Gefrierflüssigkeit angeordnet ist, welche die Reif- oder Eiskristalle aufnimmt.

Mit Hilfe des erfindungsgemäß unter dem domartigen Deckel angeordneten, eine Ge­ frierflüssigkeit aufnehmenden Behälters wird eine einwandfreie und wirksame Besei­ tigung der in dem Kaltluftstrom hinter einer Expansionsturbine entstehenden Reif­ oder Eiskristalle gewährleistet.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung ist vorgesehen, daß der Behälter mit einer Umwälzanlage in Verbindung steht, welche die mit gelösten Eis- und Reifkristallen versehene Gefrierflüssigkeit aus dem Behäl­ ter in einen außerhalb gelegenen Verdunstungsbehälter fördert, aus dem sie in kon­ zentrierter Form in den Behälter zurückgeleitet wird.

Durch die erfindungsgemäße Umwälzung der Gefrierflüssigkeit wird erreicht, daß de­ ren Konzentration und damit deren Aufnahmefähigkeit für die abgeschiedenen Reif- oder Eiskristalle stetig auf dem höchsten Wert gehalten und somit ein kontinuierli­ cher Betrieb des Abscheiders unter optimalen Bedingungen möglich wird.

Eine zusätzliche Verbesserung ergibt sich, wenn gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen ist, daß als Umwälzanlage eine Heizvorrich­ tung dient, welche eine konvektive Umwälzung der Gefrierflüssigkeit hervorruft.

Ein besonders leistungsfähiger Abscheider ergibt sich, wenn gemäß einer darüber hinausgehenden, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen ist, daß die Umwälzung der Gefrierflüssigkeit mit Hilfe einer Umwälzpumpe erfolgt.

Um die Menge der umzuwälzenden Gefrierflüssigkeit gering zu halten, ist nach einer weiteren Verbesserung des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen, daß der Verdun­ stungsbehälter mit einer Heizvorrichtung versehen ist, mit deren Hilfe die von der Gefrierflüssigkeit aufgenommene Feuchtigkeit rasch ausgetrieben wird.

Will man vermeiden, daß die Gefrierflüssigkeit im Laufe der Zeit durch Aufnahme von Staub- oder Fremdkörper-Partikeln unbrauchbar wird, ist nach einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß der Verdunstungsbehälter mit einem Staubschutzschirm versehen ist.

Eine zusätzliche Verbesserung ergibt sich schließlich, wenn gemäß einer besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen ist, daß die Förderleitungen der Umwälzanlage wenigstens abschnittsweise im wärmetauschenden Kontakt stehen.

Der erfindungsgemäße Abscheider für in einem Kaltluftstrom einer Expansionstur­ bine entstehende Reif- oder Eiskristalle ist in der nachfolgenden Beschreibung an­ hand eines in der beigefügten Zeichnung vereinfacht dargestellten Ausführungsbei­ spieles erläutert.

Der in der einzigen Figur schematisch im Schnitt dargestellte Abscheider 10 weist einen domartigen Deckel auf, welcher rotationssymmetrisch in Form eines Kegel­ mantels ausgebildet ist. In diesen Deckel 11 tritt axial von oben eine Zuführungslei­ tung 12 ein, welche nach unten trichterförmig erweitert ist und einen Rand 13 auf­ weist. Dieser Rand 13 der Zuführungsleitung 12 liegt nur wenig oberhalb der Höhe des Randes des Deckel 11. Im oberen Bereich ist in den Deckel 11 ein Austrittsrohr 14 tangential eingeführt. Der Deckel 11 verschließt einen Behälter 15, welcher in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls rotationssymmetrisch ausgebildet ist und einen nach unten gewölbten Boden 16 aufweist. Der zur Aufnahme einer Ge­ frierflüssigkeit 17 dienende Behälter 15 ist an seiner zentral gelegenen tiefsten Stelle mit einem Abflußrohr 18 versehen, welches Teil einer Umwälzanlage 19 ist, mit deren Hilfe die Gefrierflüssigkeit aus dem Behälter 15 in einen außerhalb gele­ genen Verdunstungsbehälter 20 und von dort über eine Leitung 21 in den Behälter 15 zurückgeleitet wird. Die Umwälzung der Gefrierflüssigkeit 17 in der Umwälzanla­ ge 19 kann entweder mit Hilfe einer Heizvorrichtung 22 und einer durch diese er­ zeugte konvektive Strömung oder durch eine Umwälzpumpe 23 erfolgen, welche in der Abflußleitung 18 sitzt. Der Verdunstungsbehälter selber ist mit einer Heizvor­ richtung 24 ausgestattet, welche dazu dient, den wäßrigen Anteil der aus der Ab­ flußleitung 18 abfließenden Gefrierflüssigkeit 17 zu verdampfen. Die auf diese Weise konzentrierte Gefrierflüssigkeit 17 führt über die Rückführleitung 21 und einen darin vorgesehenen Schwanenhals 25 in den Behälter 15 zurück. Die Förderleitungen 18 und 21 der Umwälzanlage 19 stehen hinter der Heizvorrichtung 22 und möglichst in unmittelbarer Nähe des Behälters 15 in wärmeleitendem Kontakt.

Der Verdunstungsbehälter 20 ist mit einem Staubschirm 26 abgedeckt.

Die Funktion des beschriebenen und dargestellten Abscheiders für in einem Kaltluft­ strom einer Expansionsturbine entstehende Reif- oder Eiskristalle ist im nachfolgen­ den erläutert:

Die aus der nicht dargestellten Expansionsturbine austretende kalte Luft wird mit den darin durch die Expansion entstehenden Reifkristallen senkrecht von oben durch das Zuführungsrohr 12 in den Abscheider 10 eingeführt. Durch die trichterförmige Erweiterung des Zuführungsrohres 12 wird die Luftgeschwindigkeit beim Eintritt in den Abscheider verlangsamt und anschließend deren Strömungsrichtung um 180° wie­ der nach oben umgelenkt. Bedingt durch die Trägheits- und Erdanziehungskräfte werden dabei die Reif- oder Eiskristalle abgeschieden. Sie fallen nach unten in die in dem Behälter 15 befindliche Gefrierflüssigkeit 17, während der umgelenkte Kalt­ luftstrom nach tangentialer Absaugung über das Austrittsrohr 14 aus dem Abscheider abgeführt wird. Durch die tangentiale Absaugung am oberen Ende des Deckes 11 überlagert sich der Luft-Aufwärtsbewegung eine Kreiskomponente, wodurch der Ab­ scheideweg verlängert wird. Auf diese Weise strömt die Luft getrocknet durch das Austrittsrohr 14 ab.

Die in der Gefrierflüssigkeit 17 landenden Reif- oder Eiskristalle werden in dieser aufgelöst, wobei die Kristalle schmelzen und die Gefrierflüssigkeit mit Wasser ange­ reichert wird. Die mit Wasser angereicherte Gefrierflüssigkeit 17 wird über die am Boden des Deckels 16 angeschlossene Umwälzleitung 18 in den Verdunstungsbehälter 20 abgeführt. Dabei kann die Umwälzung entweder durch die Umwälzpumpe 23 oder durch die Dichteunterschiede zwischen kalter und durch die Heizung 22 aufge­ heizter Gefrierflüssigkeit bewerkstelligt werden. Diese Dichteunterschiede werden noch unterstützt durch die örtliche Aufheizung der Gefrierflüssigkeit im Verdun­ stungsbehälter 20.

Durch Wärmetausch mit der rücklaufenden warmen Gefrierflüssigkeit im Bereich der in wärmeleitendem Kontakt miteinander stehenden Abflußleitung 18 und der Rück­ führungsleitung 21 erwärmt sich die Gefrierflüssigkeit und gelangt nach Überströmen eines Überlaufes in den Verdunstungsbehälter 20. Hierbei wird der Aufheizvorgang durch die Heizvorrichtung 24 unterstützt, wodurch in dem Verdunstungsbehälter 20 die aufgenommene Feuchtigkeit der Gefrierflüssigkeit verdampft. Das Wasser ver­ dampft in die Umgebung und die wasserarme Gefrierflüssigkeit läuft zurück und wird auf dem Wege zurück in der Rückführungsleitung 21 auf die Temperatur der Gefrierflüssigkeit zurückgekühlt und steht anschließend zur erneuten Aufnahme von Reifkristallen bereit.

Der Staubschutzschirm 26 über dem Verdunstungsbehälter 20 sorgt dafür, daß die Gefrierflüssigkeit 17 nicht mit Staubpartikeln verunreinigt wird. Beim Einsatz einer Umwälzpumpe 23 kann diese noch mit einem Filter kombiniert werden.

Da der beschriebene Umwälzvorgang kontinuierlich abläuft, braucht man im Prinzip keine Steuerung. Es ist als Zusatzvorteil bei der Verwendung einer Umwälzpumpe 23 aber möglich, die relative Feuchtigkeit der durch das Austrittsrohr 14 austretenden Kaltluft mit Hilfe eines Feuchtesensors zu steuern, indem der Umlauf der Gefrier­ flüssigkeit 17 mehr oder weniger schnell abläuft. Dies kann entweder durch Taktung oder durch Drehzahlregelung der Umwälzpumpe 23 und damit der Verdunstungsleistung im Verdunstungsbehälter 20 bewirkt werden. Anstelle der Zusatzheizung 24 kann auch Abwärme verwendet werden, welche im Falle der Verwendung einer kombinier­ ten Kompressions- und Expansionsturbine in der Druckstufe anfällt.

Claims (7)

1. Abscheider für in einem Kaltluftstrom einer Expansionsturbine entstehende Reif- oder Eiskristalle, dadurch gekennzeichnet, daß unter ei­ nem domartigen Deckel (1), in den der Gasstrom axial von oben durch eine trichterförmig erweiterte Leitung (12) eintritt und nach unten um den Rand (13) der Leitung aus diesem über ein tangential an den oberen Bereich des Deckels (11) angelegtes Austrittsrohr (14) abgeführt wird, ein Behälter (15) mit einer Gefrierflüssigkeit (17) angeordnet ist, welche die Reif- oder Eiskri­ stalle aufnimmt.

2. Abscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (15) mit einer Umwälzanlage (19) in Verbindung steht, welche die mit gelösten Reif- oder Eiskristallen versehene Gefrierflüssigkeit aus dem Behälter (15) in einen außerhalb gelegenen Verdunstungsbehälter (20) fördert, aus dem sie in konzentrierter Form in den Behälter (15) zurückgeleitet wird.

3. Abscheider nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Betrieb der Umwälzanlage eine Heizvorrichtung (22) dient, welche eine konvektive Umwäl­ zung der Gefrierflüssigkeit (17) hervorruft.

4. Abscheider nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Betrieb der Umwälzanlage (19) der Gefrierflüssigkeit (17) eine Umwälzpumpe (23) vorgese­ hen ist.

5. Abscheider nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ver­ dunstungsbehälter (20) mit einer Heizvorrichtung (24) ausgestattet ist.

6. Abscheider nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdunstungs­ behälter (20) mit einem Staubschutzschirm (26) versehen ist.

7. Abscheider nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderleitungen (18, 21) der Umwälzanlage (19) wenigstens abschnittswei­ se in wärmeleitendem Kontakt stehen.