DE3929519A1 - Centrifugal condenser for single or multiple media - with vapour pumped to and from external exchanger to use heat - Google Patents

Centrifugal condenser for single or multiple media - with vapour pumped to and from external exchanger to use heat

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    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00Evaporators; Condensers
    • F25B39/04Condensers
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Abstract

Rotor wheel of a centrifugal condenser, driven by an electric motor with parallel peripheral ribs, projects above the surface of a bath of cooling liq., esp. oil, which collects waste heat from the motor and frictional heat from an external fan cooler. An insulating casing separates this bath from an outer annular bath of second cooling liq., esp. water, in the base of an evapn. chamber spanned near its heat by a porous evapn. ring, with a gap between the casing and the ring for return of centrifuged molecules to the second liq.. Evapd. water is fed to an external heat exchanger to provide useful heat, with used vapour returned for condensn. Separate pumps maintain circulation of liq. and vapour. USE - For gas liquifaction, or as combined compressor/condensor in refrigeration or heat-pump circuits.

Description

AllgemeinesGeneral

Der Zentrifugalkondensator als Ein- oder Mehrstoffsystem, ist allgemein für die Absaugung und Verflüssigung von Dämpfen/Gasen, insbesondere auch im Niederdruckbereich mit großem spezifischen Dampfvolumen geeignet.The centrifugal condenser as a single or multi-component system, is general for the suction and liquefaction of Steaming / gases, especially in the low pressure range suitable with a large specific steam volume.

Er findet AnwendungIt applies

  • - als Aggregat zur Verflüssigung von technischen Gasen- As an aggregate for the liquefaction of technical gases
  • - als kombinierter Verdichter/Kondensator in Kompres­ sionskältekreisläufen. (Zur Substitution von Fluor-Chlor- Kohlenwasserstoffen können z. B. Wasser oder andere umweltfreundliche Kältemittel mit großem spez. Volumen verwendet werden.)- as a combined compressor / condenser in compresses ion cooling circuits. (For the substitution of fluorine-chlorine Hydrocarbons can e.g. B. water or others environmentally friendly refrigerants with large spec. volume be used.)
  • - sinngemäß als kombinierter Verdichter/Kondensator in Wärmepumpenkreisläufen- analogously as a combined compressor / condenser Heat pump cycles
  • - als Evakuierungseinrichtung (Vakuumpumpe)- as an evacuation device (vacuum pump)
  • - als Extraktionseinrichtung von Gasen- As an extraction device for gases
GrundlagenBasics

Bekanntlich sind die Kräfte zwischen Molekülen im flüssigen Aggregatzustand je nach Entfernung anziehender oder ab­ stoßender Natur. Im flüssigen Aggregatzustand ist die Bewegung der Moleküle so groß, daß Moleküle aus dem An­ ziehungsbereich eines benachbarten Moleküls in den eines anderen hinüberwechseln können.As is well known, the forces between molecules in the liquid Physical state depending on the distance more attractive or less bumping nature. In the liquid state it is Movement of the molecules so large that molecules from the An pulling range of an adjacent molecule into one others can switch over.

Bei Verdampfung ist die Bewegung der Moleküle so stark, die kinetische Energie der entsprechenden Moleküle so ge­ wachsen, daß sie die Anziehungskräfte ihrer benach­ barten Moleküle überwinden und den Flüssigkeitsverband verlassen können.With evaporation, the movement of the molecules is so strong the kinetic energy of the corresponding molecules so ge grow that they have the attraction of their neighbors beard molecules overcome and the fluid association being able to leave.

Auf Moleküle an der Flüssigkeitsoberfläche wirkt eine einseitige ins Innere der Flüssigkeit gerichtete resul­ tierende Kraft. Sie besitzen einen höheren Anteil poten­ tieller Energie als Moleküle im Inneren der Flüssigkeit. Hieraus resultiert bekanntlich die Oberflächenspannung einer Flüssigkeit.One acts on molecules on the surface of the liquid one-sided resul directed into the interior of the liquid driving force. You own a higher proportion of pots tial energy as molecules inside the liquid. As is well known, this results in the surface tension a liquid.

In einem isolierten System (Behälter) soll sich nun ein Stoff 1 (z. B. Wasser), zum Teil in flüssigen, zum Teil in dampf­ förmigen Aggregatzustand (Naßdampf) befinden. Im Gleichge­ wichtszustand bewegen sich statistisch gesehen, trotz ungeord­ neter Bewegung der Dampfmoleküle, auf jede Flächeneinheit der sie umschließenden Wandungen eine bestimmte gleiche Anzahl von Dampfmolekülen und üben einen entsprechenden Impuls aus. Soweit sie auf den Wandungsflächen treffen werden sie daran, ähnlich wie vollkommen elastische Kugeln reflektiert. Soweit sie auf den mit Flüssigkeit bedeckten Bodenbereich des Behälters auftreffen, sind die Verhältnisse komplizierter.In an isolated system (container) a substance should now 1 (e.g. water), partly in liquid, partly in steam shaped physical state (wet steam). At the same time Statistically speaking, the weight condition is moving, despite the untidiness movement of the steam molecules onto each surface unit of the they enclose a certain equal number of walls  Steam molecules and exert a corresponding impulse. So far they will meet them on the wall surfaces, similarly like perfectly elastic balls. As far as it goes the liquid-covered bottom area of the container the situation is more complicated.

Der Zusammenprall mit den vorhandenen Flüssigkeits­ molekülen führt dazu, daß in den meisten Fällen das betreffende Gasmolekül von dem es beim Aufprall um­ gebenden Flüssigkeitsmolekülen eingefangen wird und statt dessen ein anderes vorhandenes Flüssigkeitsmole­ kül sich dem Anziehungsbereich seiner Nachbarn entziehen kann und die Rolle des eingefangenen Gasmoleküls übernimmt, d. h. den Flüssigkeitsverband verläßt.The collision with the existing liquid Molecules causes that in most cases relevant gas molecule from which it is impacted giving liquid molecules is captured and instead, another existing liquid mole cool away from his neighbors' area of attraction can and the role of the captured gas molecule takes over, d. H. leaves the fluid dressing.

Im Gleichgewichtszustand zwischen Naßdampf und Flüssigkeit ist die Anzahl der auftreffenden Gas­ moleküle auf die Flüssigkeitsoberfläche gleich der aus der Flüssigkeitsoberfläche austretenden Moleküle in den Gasraum.In the equilibrium state between wet steam and Liquid is the number of impinging gases molecules on the liquid surface equal to that molecules emerging from the liquid surface in the gas room.

Würde nun das vorhandene Flüssigkeitsvolumen aus einem rotierenden Flüssigkeitsring bestehen, dessen Flüssigkeitsmoleküle einer Zentrifugalkraft unter­ worfen sind, gilt der hier vereinfacht dargestellte Mechanismus der auftreffenden, bzw. austretenden Dampfmo­ leküle auf/aus einer Flüssigkeitsoberfläche nicht mehr. Auftreffende Dampfmoleküle, die vom Inneren des Flüssigkeitsringes erfaßt und absorbiert werden, erfahren eine Beschleunigung auf die kreisförmig vorhandene Geschwindigkeit der sie umgebenden Flüssigkeitsmoleküle und unterliegen dann eben­ falls der entsprechenden Zentrifugalkraft. Die an Stelle dieser Gasmoleküle normalerweise als Gasmoleküle freiwerdende Flüssigkeitsmoleküle, werden aufgrund der Zentrifugalkraft am Austritt aus dem Flüssigkeitsverband zusätzlich behindert.Would the existing liquid volume from one rotating liquid ring exist, the Liquid molecules under a centrifugal force are thrown, the simplified representation applies here Mechanism of the impinging or exiting steam mo no longer read on / off a liquid surface. Impinging steam molecules that come from inside the Liquid ring are detected and absorbed, experience an acceleration on the circular existing speed of the surrounding Liquid molecules and are then subject to if the appropriate centrifugal force. The on Place these gas molecules normally as Liquid molecules that become gas molecules become due to the centrifugal force at the outlet from the Liquid dressing additionally hindered.

Die kinetische Energie der eingefangenen Gasmoleküle sowie die im Zusammenhang mit der Beschleunigung derselben auf die Umfangsgeschwindigkeit des Flüssig­ keitsringes verbundene zusätzlich kinetische Energie, ferner aufgrund der dadurch wiederum entstehenden Flüssig­ keitsreibung, bewirken eine Erhöhung der inneren Energie des Flüssigkeitsringes. Es stellt sich je nach Umlauf­ geschwindigkeit und Geometrie des Flüssigkeitsringes ein anderer Gleichgewichtszustand ein.The kinetic energy of the captured gas molecules as well as those related to acceleration the same on the peripheral speed of the liquid kinetic energy associated with the ring, furthermore due to the resulting liquid friction, cause an increase in internal energy of the liquid ring. It turns out depending on the circulation speed and geometry of the liquid ring another state of equilibrium.

Wird dies hier beschriebene isolierte System nun dahingehend erweitert, daß der rotierende Flüssig­ keitszylinder von außen kontinuierlich gekühlt und gleichzeitig an anderer Stelle ein Flüssigkeitsreservoir vorhanden ist, das eine kontinuierliche Neuverdampfung ermöglicht, so ergeben sich im Gleichgewichts- und Beharrungszustand dieses dann nicht mehr abgeschlossenen Systems zwei Flüssigkeiten mit unterschiedlicher innerer Energie, ferner Naßdampf der der Flüssigkeit mit niedrigerem Energiezustand entspricht.Now this isolated system described here expanded in that the rotating liquid outside cylinder continuously cooled and at the same time a liquid reservoir elsewhere there is a continuous re-evaporation  enables, result in equilibrium and Persistent state of this then no longer completed Systems two liquids with different internal energy, also wet vapor that of the liquid with lower energy status.

Es besteht ein ständiger Stofffluß von der Flüssigkeit mit niedriger innerer Energie über den Weg der Verdampfung zu der Flüssigkeit mit höherer Energie, d. h. zum rotierenden Flüssigkeitsring.There is a constant flow of material from the liquid with low inner energy through the path of Evaporation to the liquid with higher energy, d. H. to the rotating liquid ring.

Die dafür notwendige Arbeit wird durch Beschleunigung der von dem rotierenden Flüssigkeitsring eingefangenen und absorbierten Gasmoleküle auf die kreisförmige Geschwindigkeit des rotierenden Flüssigkeitsringes erbracht, dieser muß deshalb über einen motorischen Antrieb ständig auf seine Rotationsgeschwindigkeit gehalten werden.The work required for this is through acceleration the one captured by the rotating liquid ring and absorbed gas molecules onto the circular one Speed of the rotating liquid ring provided, this must therefore have a motor drive constantly kept at its rotational speed will.

Da je nach zu verflüssigendem Gas die erforderliche Zentrifu­ galkraft und damit die Rotationsgeschwindigkeit und Drehzahl sehr groß werden kann, ist es möglich den Flüssigkeitsring in zwei verschiedene Stoffe mit unterschiedlichem spezifi­ schem Gewicht zu unterteilen und unterschiedlichen thermo­ dynamischen Eigenschaften auszubilden.Depending on the gas to be liquefied, the required centrifu galkraft and thus the rotational speed and speed can become very large, it is possible to get the liquid ring in two different substances with different specifi divide weight and different thermo to develop dynamic properties.

In diesem Fall würde ein äußerer Ring aus dem zu absorbierenden, zu verflüssigenden Stoff 1, ein innerer Ring aus einer anderen, spezifisch leichteren und nicht bei den auftretenden Temperaturen und Drücken verdampfenden Flüssigkeit (Stoff 2) bestehen. Die auf die Flüssigkeitsoberfläche des Stoffes 2 dann auftref­ fende Gasmoleküle des Stoffes 1, werden ebenfalls absorbiert, auf Umfangsgeschwindigkeit beschleunigt und wandern verstärkt infolge der auf sie wirkenden zusätzlichen Zentrifugalkraft und aufgrund des höheren spezifischen Gewichtes in radialer Richtung zum äußeren Flüssigkeitsring (Stoff 1).In this case, an outer ring from the material 1 to be liquefied, an inner ring from another, specifically lighter and not at the temperatures that occur and pressure evaporating liquid (substance 2) exist. Then hit the liquid surface of the substance 2 found gas molecules of substance 1 are also absorbed, accelerated to circumferential speed and increased walking due to the additional centrifugal force acting on them and due to the higher specific weight in radial Direction to the outer liquid ring (fabric 1).

Infolge des auf den äußeren Flüssigkeitsring (Stoff 1) bereits wirkenden Druck des inneren Flüssigkeitsringes (Stoff 2) und der ebenfalls wirkenden Zentrifugalkraft besteht hier Verflüssigungs­ druck, d. h. die eindringenden Moleküle des Stoffes 1 verflüssigen hier auf höherem Temperaturniveau und erhöhen dabei die innere Energie des äußeren Flüssigkeitsringes (Stoff 1). Dieser Energie­ zuwachs wird dann wiederum über den Außenmantel des Laufrades 1 an das Kühlmedium abgeführt.As a result of the pressure of the inner liquid ring (substance 2) already acting on the outer liquid ring (substance 1) and the centrifugal force also acting, there is liquefaction pressure here, i.e. the penetrating molecules of substance 1 liquefy here at a higher temperature level and thereby increase the inner energy of the outer one Liquid ring (fabric 1). This increase in energy is then dissipated to the cooling medium via the outer jacket of the impeller 1 .

Bei diesem Verfahren werden die aus dem äußeren Flüssigkeitsring (Stoff 1) normalerweise austretenden, freigesetzten Dampfmoleküle nicht nur durch die ihnen eigene Zentrifugalkraft, sondern zu­ sätzlich durch den Druck des inneren Flüssigkeitsringes (Stoff 2) behindert. Moleküle, die trotzdem noch den Weg durch den inneren Flüssigkeitsring (Stoff 2) in Richtung Gasraum beschreiten, wer­ den zusätzlich durch die vorhandene Flüssigkeitsreibung behindert und unterliegen während dieses Zeitraumes noch der entsprechenden Zentrifugalkraft. In this process, the outer liquid ring (Substance 1) normally released, released steam molecules not only by their own centrifugal force, but also additionally by the pressure of the inner liquid ring (fabric 2) with special needs. Molecules that still find their way through the inner Step on liquid ring (substance 2) towards gas space, who which is additionally hampered by the existing fluid friction and are still subject to the corresponding during this period Centrifugal force.  

Zusammengefaßt:Summarized:

Das Eindringen und Absorbieren von Dampf/Gasmolekülen des Stoffes 1 wird durch Anordnung eines zusätzlichen inneren Flüssigkeitsringes (Stoff 2) unterstützt, das Entweichen zusätzlich erschwert. Hierdurch kann, gegenüber einem mit nur einem Stoff betriebenen System die notwendige Umfangs­ geschwindigkeit bzw. Drehzahl erheblich niedriger gefahren werden.The penetration and absorption of vapor / gas molecules of the Substance 1 is made by arranging an additional inner Liquid ring (fabric 2) supports the escape additionally difficult. As a result, compared to one with only one substance operated system the necessary scope speed or engine speed significantly lower will.

Nach diesem Prinzip arbeitet der sogenannte Zentrifugal­ kondensator. Er beinhaltet praktisch die klassischen Elemente des Verdichters und Kondensators in einem Aggregat.The so-called centrifugal works according to this principle capacitor. It practically includes the classic ones Elements of the compressor and condenser in one Aggregate.

Geräteaufbau und FunktionsbeschreibungDevice construction and functional description

Zum weiteren Verständnis soll die Arbeitsweise des Zentrifugalkondensators als Ein- oder Mehrstoffsystem an nachfolgendem Kreislaufschema erläutert werden.For further understanding, the mode of operation of the Centrifugal condenser as a single or multi-component system are explained in the following circuit diagram.

Gemäß den Bildern 1 und 2 besteht der Zentrifugalkondensator aus einem Laufrad (1) mit elektrischen Antriebsmotor (2) der über einen Frequenzumformer (3) mit elektrischer Energie versorgt wird. Zur Aufnahme des, bzw. der Flüssigkeitsring(e) besitzt das Laufrad eine entsprechende Vertiefung (4) die mit Rippen ausge­ bildet ist, um einen Kraftschluß zwischen Laufrad und Flüssigkeit zu ermöglichen. Der größte Teil des Laufrades und auch der An­ triebsmotor befinden sich in einem Kühlmedium (Stoff 3), z. B. Ölbad, welches die Verlustwärme vom Antriebsmotor und aus der Flüssigkeitsreibung, ferner die Kondensationswärme der vom rotieren­ den Flüssigkeitsring absorbierten Dampfmoleküle an den Außenkühler (5) abführt. Hierzu wird das Kühlmedium über eine Pumpe (6) ent­ sprechend umgewälzt. Der Außenkühler (5) kann mit Luft oder Wasser, mit Gas oder mit einer anderen Flüssigkeit gekühlt werden.According to Figures 1 and 2, the centrifugal capacitor consists of an impeller ( 1 ) with an electric drive motor ( 2 ) which is supplied with electrical energy via a frequency converter ( 3 ). To accommodate the or the liquid ring (s), the impeller has a corresponding recess ( 4 ) which is formed with ribs in order to enable a frictional connection between the impeller and the liquid. Most of the impeller and the drive motor are in a cooling medium (substance 3), for. B. oil bath, which dissipates the heat loss from the drive motor and from the liquid friction, furthermore the condensation heat of the vapor molecules absorbed by the rotating liquid ring to the external cooler ( 5 ). For this purpose, the cooling medium is circulated accordingly via a pump ( 6 ). The external cooler ( 5 ) can be cooled with air or water, with gas or with another liquid.

Das Laufrad mit Antriebsmotor und umgebenden Kühlmantel ist ringförmig über eine isolierte Wandung (16) vom Verdampfungs­ raum (7) umgeben. Über eine Versprüheinrichtung (8) wird der im Nutzwärmeaustauscher (9) erwärmte Stoff 1, z. B. Wasser, ver­ sprüht bzw. verteilt, um ihn im unteren Bereich sich wieder sammeln zu lassen. Durch den Verdampfungsprozeß wird Stoff 1 (z. B. Wasser), dabei abgekühlt und kann über die Pumpe (10) erneut dem Nutzwärmeaustauscher (9) zugeführt werden. Um eine Tröpfchen­ bildung im Ansaugbereich des Laufrades zu vermeiden, besitzt der Verdampfungsraum ein ringförmiges Demistorpaket als Tropfenab­ schneider (11). The impeller with the drive motor and the surrounding cooling jacket is surrounded in a ring by an insulated wall ( 16 ) from the evaporation chamber ( 7 ). About a spray device ( 8 ) is heated in the useful heat exchanger ( 9 ) substance 1, z. B. water, ver sprayed or distributed to let it collect again in the lower area. The evaporation process cools substance 1 (for example water) and can be returned to the useful heat exchanger ( 9 ) via the pump ( 10 ). In order to avoid droplet formation in the suction area of the impeller, the evaporation chamber has an annular demistor package as a drop cutter ( 11 ).

Das Laufrad besitzt zur Abführung des überschüssigen Kondensats (Stoff 1) entsprechende Bohrungen die konstruktiv schräg nach innen angeordnet sind, um eine ständige Flüssig­ keitsvorlage im Bereich der(s) vorgesehenen Flüssigkeitsringe(s) im Laufrad zu gewährleisten, und/oder eine Drosselstelle (nicht gezeichnet) besitzen. Über diese Bohrungen fließt dann das anfallende Kondensat über eine jeweils weitere waagerecht angeordnete Bohrung oder in den ringförmigen Freiraum ab und wird in den konzentrisch angeordneten Rückführungskanal (13) in Richtung Verdampferraum (7) durch Zentrifugalwirkung zurückge­ führt.The impeller has to drain the excess condensate (substance 1) corresponding holes which are structurally arranged obliquely inwards to ensure a constant liquid supply in the area of the (s) provided liquid rings (s) in the impeller, and / or a throttle point (not drawn). The resulting condensate then flows through these holes through a further horizontally arranged hole or into the annular free space and is returned to the concentrically arranged return duct ( 13 ) in the direction of the evaporator chamber ( 7 ) by centrifugal action.

Eventuell mitgeführte Flüssigkeitsteile des Stoffes 2 (insbe­ sondere bei der Anlaufphase) können über eine besondere Schnüffeleinrichtung (ähnlich wie bei überfluteten Verdampfern zur Ölrückführung) als Gemisch von Stoff 1 und 2 abgeführt und über den Separator (18), zusätzlicher Hilfspumpe (19) und einem Magnetventil (17) dem Laufrad wieder zugeführt werden.Any liquid parts of substance 2 that are carried along (in particular during the start-up phase) can be discharged as a mixture of substances 1 and 2 via a special sniffing device (similar to flooded evaporators for oil return) and via the separator ( 18 ), additional auxiliary pump ( 19 ) and one Solenoid valve ( 17 ) are fed back to the impeller.

Im praktischen Betrieb arbeitet das System nunmehr wie folgt:In practical operation, the system now works as follows:

Zunächst muß das gesamte System evakuiert werden, dann erfolgt die Füllung des Innenmantelraumes (12) und Außenkühlers (5), sowie das entsprechende Rohrleitungssystem mit Kühlmedium Stoff 3 (z. B. Öl), ferner den Verdampfungsraum (7), Nutzwärmetauscher (9) und entsprechenden Rohrleitungssystem dem Stoff 1 (z. B. Was­ ser). Zusätzlich muß Stoff 2 hinzudosiert werden, letzterer ver­ bleibt in der Regel bei Stillstand im Bodenbereich des Laufrades.First the entire system must be evacuated, then the inner jacket space ( 12 ) and the external cooler ( 5 ) are filled, as well as the corresponding piping system with cooling medium substance 3 (e.g. oil), furthermore the evaporation space ( 7 ), useful heat exchanger ( 9 ) and corresponding piping system to substance 1 (e.g. water). In addition, substance 2 must be added, the latter usually remains at a standstill in the bottom area of the impeller.

Der Antriebsmotor (2) des jetzt betriebsbereiten Systems wird über den Frequenzumformer (3) angelassen und auf die erforder­ liche Nenndrehzahl gebracht. Gleichzeitig werden die vorhandenen Pumpen (6 und 10) in Gang gesetzt und über eine Bypassleitung, die über ein Magnetventil (15) zeitlich begrenzt geöffnet wird, der Ringraum (4) des Flüssigkeitsringes mit Stoff 1 (z. B. Wasser) vorgefüllt. Der dabei überschüssige Teil fließt sofort über die Bohrungen ab und gelangt direkt wieder in den Verdampfungsraum.The drive motor ( 2 ) of the now operational system is started via the frequency converter ( 3 ) and brought to the required nominal speed. At the same time, the existing pumps ( 6 and 10 ) are started and the annular space ( 4 ) of the liquid ring is filled with substance 1 (e.g. water) via a bypass line, which is opened for a limited time via a solenoid valve ( 15 ). The excess part immediately flows through the holes and goes straight back into the evaporation chamber.

Wie nun eingangs beschrieben, ergibt sich infolge Wärmezufuhr am Nutzwärmeaustauscher eine ständige Verdampfung im Verdampfungsraum (7). Der anfallende Dampf gelangt über das Laufrad zu dem(n) Flüssigkeitsring(en), wird dort größtenteils absorbiert, ver­ flüssigt und entspannt sich auf dem Wege über die Ablaufbohrungen und Drosselstelle zum Rückführungskanal (13) wieder in den Ver­ dampfungsraum (7).As described at the beginning, there is a constant evaporation in the evaporation chamber ( 7 ) as a result of the supply of heat to the useful heat exchanger. The resulting steam passes through the impeller to the liquid ring (s), is largely absorbed there, liquefied and relaxed on the way via the drain holes and throttle point to the return duct ( 13 ) back into the evaporation chamber ( 7 ).

Aufgrund des Entspannungsvorganges erfolgt eine Teilverdampfung des Kondensates, ähnlich wie in einem Expansionsventil bei einem Kältekreislauf, dabei kühlt sich das anfallende Kondensat auf das Temperaturniveau des Verdampfungsraumes ab und nimmt die innere Energie des verdampfenden Stoffes 1 (z. B. Wasser) an. Partial evaporation occurs due to the expansion process the condensate, similar to an expansion valve a refrigeration cycle, which cools the condensate to the temperature level of the evaporation space and decreases the internal energy of the evaporating substance 1 (e.g. water) at.  

Die anfallende Verlust- und Kondensationswärme wird per Kühl­ medium über den Außenkühler (5) an Luft oder Wasser, Gas oder andere Flüssigkeit abgegeben.The resulting heat of loss and condensation is given off in cooling medium via the external cooler ( 5 ) to air or water, gas or other liquid.

Dampfmoleküle Stoff 1 (z. B. Wasser), die sich im oberen Bereich des Innenmantelraumes (12) ansammeln, haben eine entsprechende Überhitzung, die der Temperatur des Innenmantelraumes entspricht.Vapor molecules substance 1 (e.g. water) that collect in the upper area of the inner jacket space ( 12 ) have a corresponding overheating, which corresponds to the temperature of the inner jacket space.

Der Zustrom der Dampfmoleküle zur inneren Ringfläche des rotie­ renden Flüssigkeitsringes ist vergleichbar mit dem Zustrom von Dampfmolekülen bei einem Strahlapparat. Aufgrund der relativ hohen Geschwindigkeit der Dampfmoleküle bei Wasserdampf im Bereich von +4°C leicht überhitzt, beträgt die mittlere Ge­ schwindigkeit über 600 m/s, ist der vorhandene Ansaugquerschnitt über das Laufrad mehr als ausreichend bemessen um ein ständiges Nachströmen der verdampften Wassermoleküle zu gewährleisten. Aufgrund der hohen Geschwindigkeit des Laufrades (1) ist eine Abführung der anfallenden Verlust- und Kondensationswärme an das Kühlmedium möglich, die erforderliche Wärmeübertragung kann dabei durch ringförmige Kühlrippen (14) in diesem Bereich erhöht werden.The inflow of the steam molecules to the inner ring surface of the rotating liquid ring is comparable to the inflow of steam molecules in a jet apparatus. Due to the relatively high speed of the steam molecules when water vapor is slightly overheated in the range of + 4 ° C, the average speed is over 600 m / s, the existing intake cross-section via the impeller is more than sufficient to ensure a constant flow of the evaporated water molecules . Due to the high speed of the impeller ( 1 ), it is possible to dissipate the heat and condensation that is generated to the cooling medium; the required heat transfer can be increased in this area by means of annular cooling fins ( 14 ).

Weitere BetrachtungenFurther considerations

Die Höhe des Ringraumes (4) richtet sich nach der zu übertragen­ den Leistung. Je nach entsprechendem Naßdampfzustand ergibt sich eine bestimmte spezifische Anzahl von pro Zeiteinheit auftreffen­ den Dampfmolekülen pro Flächeneinheit (der inneren Ringfläche). Die für die zu erzielende Verdampfungsleistung notwendige Anzahl der verdampfenden Moleküle ist ebenfalls leicht zu berechnen, so daß über die Anzahl der entsprechenden Moleküle die notwendige Ringfläche, d. h. bei vorhandenem gewählten Durchmesser die Höhe der Ringfläche ermittelt werden kann. Die Ringtiefen der Flüssig­ keitsringe von Stoff 1 und 2 können theoretisch vorbestimmt, bzw. empirisch ermittelt werden. Dies gilt auch für die Wahl des Stof­ fes 2 und letztlich auch für die erforderliche Antriebsdrehzahl in die der Durchmesser des Laufrades insbesondere eingeht.The height of the annulus ( 4 ) depends on the power to be transferred. Depending on the corresponding wet steam condition, a specific number of steam molecules per unit time occurs per unit area (the inner ring surface). The number of evaporating molecules necessary for the evaporation capacity to be achieved is also easy to calculate, so that the necessary ring area, ie the height of the ring area can be determined from the number of the corresponding molecules. The ring depths of the liquid rings of substance 1 and 2 can be theoretically predetermined or determined empirically. This also applies to the choice of material 2 and ultimately also to the required drive speed in which the diameter of the impeller is particularly important.

Dabei ist auch wichtig und muß mit einbezogen werde, inwieweit die auf dem Flüssigkeitsring auftretenden Dampf- oder Gasmoleküle ganz oder nur teilweise absorbiert werden (kondensieren). Bei nur teilweiser Absorption muß die Höhe entsprechend dem nicht absor­ bierten Anteil vergrößert werden.It is also important and must be included to what extent the vapor or gas molecules appearing on the liquid ring be absorbed in whole or in part (condense). At only partial absorption must be the height corresponding to that not absorbed portion will be increased.

Die gesamtaufzuwendende Antriebsleistung wird im wesentlichen für die Beschleunigung der im Flüssigkeitsring absorbierten Dampf­ moleküle und der damit verbundenen Flüssigkeitsreibung innerhalb der(s) rotierenden Flüssigkeitsringe(s), sowie für die Überwindung der Flüssigkeitsreibung innerhalb der Flüssigkeiten, incl. des Kühlmediums auf der Außenseite des Laufrades benötigt. Hinzu kommt die erforderliche Leistungsaufnahme der Pumpen 6, 10 und 19 sowie Wirkungsgrad des Antriebsaggregates.The total drive power to be used is essentially for the acceleration of the vapor molecules absorbed in the liquid ring and the associated liquid friction within the rotating liquid ring (s), as well as for overcoming the liquid friction within the liquids, including the cooling medium on the outside of the impeller needed. Added to this is the required power consumption of pumps 6, 10 and 19 and the efficiency of the drive unit.

Das Temperaturniveau des(r) rotierenden Flüssigkeitsringes(e) hängt vom Temperaturniveau des Kühlmediums ab. Je nach Temperatur des Flüssigkeitsringes, der übrigens in der Eintauchtiefe nur etwas größer als die Eintauchtiefe der zu absorbierten Gas-/Dampfmoleküle in seiner Tiefe bemessen zu sein braucht, ergibt sich eine ent­ sprechend Dampftafel, unterschiedlich erforderliche Zentri­ fugalkraft, die auf die aus dem(n) Flüssigkeitsring(en) aus­ treten wollenden Dampfmolekülen wirken muß.The temperature level of the rotating liquid ring (e) depends on the temperature level of the cooling medium. Depending on the temperature of the  Liquid ring, which, by the way, is only slightly submerged greater than the immersion depth of the gas / vapor molecules to be absorbed it needs to be measured in depth, an ent speaking steam table, different centri required Fugal force exerted on the liquid ring (s) want to act steam molecules.

Da das Laufrad in konstruktiver Hinsicht im wesentlichen aus einem einfachen Drehkörper besteht und der erforderliche Drehzahlbereich mittels Frequenzumformer ebenfalls relativ einfach technisch verwirklichbar ist, können Zentrifugalkonden­ satoren in Ein- und Mehrstoffausführung in der hier beschriebe­ nen Bauweise relativ kostengünstig hergestellt werden.Because the impeller is essentially constructive consists of a simple rotating body and the required Speed range by means of frequency converter also relative Centrifugal condensers can easily be implemented technically Single and multi-component sensors in the description here NEN construction can be produced relatively inexpensively.

Für das Loslösen aus dem Flüssigkeitsverband benötigt ein Molekül einen bestimmten Anteil zusätzlicher kinetischer Energie. Nur dieser Anteil muß über die aufzubringende Zen­ trifugalkraft kompensiert werden (ΔEkin : s = m × r × ω2, wobei Ekin zusätzlicher Anteil kinetischer Energie, s Weg, m Masse des Moleküls, r Radius des rotierenden Flüssigkeitsringes und ω Winkelgeschwindigkeit des Flüssigkeitsringes sind).A molecule requires a certain amount of additional kinetic energy to be released from the fluid association. Only this part has to be compensated for by the centrifugal force to be applied (ΔEkin: s = m × r × ω 2 , where Ekin is an additional part of kinetic energy, s path, m mass of the molecule, r radius of the rotating liquid ring and ω angular velocity of the liquid ring) .

Da hier kleinster endlicher Weg bzw. Zeiteinheit gefordert sind, kommt, um eine wirtschaftlich vernünftige Drehzahl zu erreichen, in den meisten Fällen nur eine Mehrstoffausführung in Frage.The smallest finite path or unit of time is required here are, comes to an economically reasonable speed too achieve, in most cases only a multi-component version in question.

Bei einem auftreffenden Dampf-/Gasmolekül muß jedoch der volle Geschwindigkeitsvektor in radialer Richtung nach außen im Gegensatz hierzu berücksichtigt werden. Dies be­ deutet, daß ab einer Mindestgeschwindigkeit die weit unter der mittleren theoretisch errechenbaren Dampf-/Gasmolekül­ geschwindigkeit liegt, ein Eintauchen in und erfassen durch den Flüssigkeitsring gewährleistet sind.In the event of an impinging vapor / gas molecule, however, the full speed vector in the radial direction on the other hand, on the contrary. This be indicates that from a minimum speed the far below the middle theoretically calculable steam / gas molecule speed lies, an immersion in and grasp by the liquid ring are guaranteed.

Claims (1)

Zentrifugalkondensator als Ein- oder Mehrstoffsystem, dadurch gekennzeichnet, daß über einen rotierenden gekühlten Flüssig­ keitsring in Ein- oder Mehrstoffausführung ein Gas oder Dampf absorbiert und unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft bei gleichzeitiger Wärmeabführung kondensiert wird.
  • 1. geeignet zur Verflüssigung von technischen Gasen
  • 2. als komb. Verdichter/Kondensator in Kompressionskälte­ kreisläufen, insbesondere auch für Kältemittel und großem spezifischen Dampfvolumen. Anwendung sinngemäß auch in Wärmepumpenkreisläufen
  • 3. als Evakuierungseinrichtung (Vakuumpumpe)
  • 4. als Extraktionseinrichtung von Gasen
Centrifugal condenser as a single or multi-component system, characterized in that a gas or steam is absorbed via a rotating, cooled liquid keitsring in single or multi-component design and is condensed under the influence of the centrifugal force with simultaneous heat dissipation.
  • 1. Suitable for the liquefaction of technical gases
  • 2. as comb. Compressor / condenser in compression refrigeration circuits, especially for refrigerants and large specific steam volumes. Likewise used in heat pump circuits
  • 3. as an evacuation device (vacuum pump)
  • 4. as an extraction device for gases
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0468197A1 (en) * 1990-07-24 1992-01-29 Peter Weisshaar Method and apparatus for condensing a vapour or a gaseous fluid
WO2015049512A1 (en) * 2013-10-01 2015-04-09 Duncan Bulmer Condenser and method of condensing vapour

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0468197A1 (en) * 1990-07-24 1992-01-29 Peter Weisshaar Method and apparatus for condensing a vapour or a gaseous fluid
WO2015049512A1 (en) * 2013-10-01 2015-04-09 Duncan Bulmer Condenser and method of condensing vapour
CN105765177A (en) * 2013-10-01 2016-07-13 邓肯·布尔默 Condenser
US20160238321A1 (en) * 2013-10-01 2016-08-18 Duncan BULMER Condenser and method of condensing vapour

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