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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlanlage des Typs, bei dem
Wasser als Kühlmittel
verwendet wird, das hierbei entweder als gekühltes Prozesswasser oder sowohl
als primäres
als auch als sekundäres
Kühlmittel
in geschlossenen Kühlsystemen
verwendet werden kann. Andere Anwendungsmöglichkeiten finden sich in
Verbindung mit Wärmepumpen-Installationen
und der Erzeugung von Eis, das direkt im Verdampferteil der Anlage
erzeugt werden kann. In solchen Anlagen besteht kein Bedarf an Trennoberflächen in
den Verdampfer- und Kondensatoreinheiten, so dass diese Einheiten
sowohl kostengünstig
als auch hochgradig wirksam sein können. Die Anlagen können vorteilhaft
in Fällen
verwendet werden, in denen kaltes Wasser mit Temperaturen wenige
Grad über
null erforderlich ist, z. B. 5–10°C, beispielsweise
für die
Prozesskühlung
und die Klimatisierung.
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Das
Dokument US-A-5 111 670 beschreibt ein Absorptionskühlsystem.
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Die
Anlagen arbeiten gemäß dem Grundprinzip,
dass das Versorgungswasser beispielsweise mit einer Temperatur von
10–20
Grad in eine Verdampfungskammer eingeleitet wird, die mit der Saugseite
eines Dampfkompressors verbunden ist, der in der Kammer einen hohen
Unterdruck beispielsweise in der Größenordnung von 5–15 mBar
erzeugt, wodurch sich das Wasser ausdehnt und dabei eine bestimmte
Menge an Dampf abgibt, der trotz des mäßigen Wasseranteils nichts
desto weniger einen so hohen Anteil an Verdampfungswärme besitzt,
dass das restliche Wasser erheblich gekühlt wird, weshalb es möglich ist,
dass das Auslasswasser mit einer Temperatur gefördert werden kann, die nur
etwa 0,5–1°C über der
Verdampfungstemperatur liegt.
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Wie
bei anderen Kühlmitteln
erfolgt eine Kondensation des Kühlmitteldampfes
in einem Kondensator, der von außen gekühlt wird, in der vorliegenden
Anlage kann jedoch die Arbeit auf Kondensatorseite mit unmittelbarem
Wärmeaustausch,
d. h. eine Kondensation des Dampfes direkt mittels des Wassers,
ausgeführt
werden, so dass sowohl Dampf als auch Wasser in ein und dieselbe
Kondensationskammer eingeleitet werden. Der Dampf wird in dem Kühlwasser
kondensiert, so dass dieses erwärmt wird,
wiederum kann jedoch hier das Auslasswasser mit einer Temperatur
gefördert
werden kann, die nur etwa 0,01–1°C unter der
Kondensationstemperatur liegt. Das Kühlwasser für den Kondensator ist mit einem
externen Kühlkreis über einen
Kühlturm
für die Kühlung, beispielsweise
von 25 Grad bis 20 Grad, verbunden. Die Wassermenge, die von dem
Kondensat hinzugefügt
wird, wird somit direkt in das zirkulierende Wasser eingeleitet,
von dem jedoch Wasser durch Verdampfung von der freien Oberfläche im Kühlturm verschwindet.
Folglich ist anzumerken, dass Wasser von diesem Kühlkreis
im Betrieb abzuführen
oder diesem im Betrieb zuzuführen
ist.
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Im
Prinzip entspricht dies durchaus gewöhnlicheren Kühlanlagen
mit getrennten Kreisen für
das Kühlungsmedium
und das Arbeitsmedium. Ein wichtiger Unterschied entsteht jedoch
dadurch, dass in dem Wasser ein Gehalt an nicht kondensierbarem Gas,
nämlich
Atmosphärenluft,
auftritt, das notwendigerweise bis zu einem Grad entfernt werden
muss, der ausreicht, um sicherzustellen, dass es die Funktion der
Anlage nicht stört.
Luft entsteht in dem Versorgungswasser zu der Verdampfungseinheit,
in größerem Ausmaß jedoch
in dem Versorgungswasser von dem Kühlturm zu der Kondensatoreinheit,
wo das Wasser buchstäblich
mit Luft gesättigt
wird. Ein damit in Beziehung stehender Aufbau eines bestimmten Partialluftdrucks
in dem Kondensator hat eine direkt entgegengesetzte Wirkung auf
den Gesamtwirkungsgrad der Anlage, primär durch Erhöhen des Kondensationsdrucks,
gegen den der Dampfkompressor arbeiten muss, was eine bestimmte
Erhöhung
des Energieverbrauchs zur Folge hat. Angesichts dessen ist es unbedingt
notwendig und ganz normal, eine wirksame Trennung der Luft auf der Kondensatorseite
vorzusehen. Dies kann selbstverständlich direkt über die
zugeordnete Vakuumpumpe erfolgen, wegen des erheblichen Dampfgehaltes
in dem Luft/Dampf-Gemisch erfordert dies jedoch eine unrealistisch
große
Pumpe und einen verhältnismäßig großen Energiebetrag.
Es ist daher wohlbekannt, zwischen die Vakuumpumpe und die Kondensatorkammer
einen so genannten NCG-Kondensator (NCG
= Non Condensable Gas) anzuordnen, wobei in die NCG-Kondensatoren ständig eine
bestimmte kleinere Menge von Versorgungswasser zu dem Hauptkondensator
eingeleitet wird, wodurch eine Teilkondensation dieses Dampfes herbeigeführt wird, der
hierbei aus dem Hauptkondensator gesaugt wird.
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Das
Kondensat wird zusammen mit dem Förderwasser parallel aus dem
Hauptkondensator gepumpt, wobei das Luft/Dampf-Gemisch über die
Vakuumpumpe auf Atmosphärendruck
komprimiert werden muss und somit eine verringerte Dampfmenge enthält.
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In
anderen Zusammenhängen
ist bekannt, dass alternativ eine getrennte vorhergehende Entlüftung des
Wassers vorgesehen werden kann, bevor dieses in den Kondensator
eingeleitet wird, nämlich durch
Anordnen eines Entlüftungsbehälters über dem
Kondensator, wobei die obere Kammer dieses Behälters mit der erforderlichen
Vakuumpumpe verbunden ist und während
des Betriebs dazu dient, das Versorgungswasser aufzunehmen, um es
an den Kondensator abzugeben, wobei die obere Kammer in einem Zustand
gehalten wird, in dem sie nicht mit Wasser gefüllt ist. Durch den herrschenden
niedrigen Druck kann eine vollkommen wirksame Entlüftung des
Wassers von der großen
Wasseroberfläche
im Behälter
erfolgen, so dass das in den Kondensator eingeleitete Wasser nahezu
keinen Luftanteil hat. Das Ansaugen des Dampfes und der restlichen
Luft von dem Kondensator kann über
eine Verbindung von dem Kondensator direkt mit der oberen Kammer erfolgen,
in der eine bestimmte Kondensation des Dampfes stattfindet. Solche
Vorentlüftungssysteme können sehr
wirksam sein, in diesem Zusammenhang besitzen jedoch diese bekannten
Systeme einen bestimmten Nachteil, der im Folgenden erläutert wird.
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Um
die Erfindung zu erläutern,
ist es zunächst
erforderlich, dass der Kondensator selbst genauer beschrieben wird.
Dieser umfasst herkömmlicherweise
einen Unterdruckbehälter,
der im Prinzip den gleichen Aufbau besitzt und mit einem Bodenauslass
für Wasser
versehen ist und mit einer oder mit mehreren Einspritzdüsen für das Versorgungswasser
versehen ist, das Energie mit dem Dampf vom Dampfkompressor austauschen
muss, so dass der Behälter
ebenfalls eine Einlassöffnung
für diesen Dampf
besitzt. Der Behälter
besitzt außerdem
eine Auslassöffnung,
um das restliche Luft- und Dampfgemisch über die bereits erwähnte Vakuumpumpe
abzusaugen, um in dem Behälter
einen gewünschten Partialluftdruck
aufrecht zu erhalten. Die Einspritzdüse(n) ist (sind) mit dem Ziel
konfiguriert, dass ein starker, nebelartiger Wasserstrahl, d. h.
mit feinen Tröpfchen,
geschaffen wird, der einen guten Austausch von Wärme mit dem erzeugten Dampf
gewährleistet, jedoch
auch einen fast vollständigen
Ausstoß des Luftgehaltes
im Wasser gewährleistet.
Im Idealfall sollte die Luft in dem Wasser verbleiben, so dass sie zusammen
abgegeben werden könnten,
unter den gegebenen Bedingungen ist dies jedoch physikalisch unmöglich.
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Für die notwendige
Vermischung des Wassers durch die Verwendung der Einspritzdüsen ist
ein bestimmter externer Überdruck
von beispielsweise 0,6–0,9
Bar erforderlich. Dies ist zweckmäßig, damit das Versorgungswasser
bei Atmosphärendruck
beispielsweise von einem Kühlturmkreis
eingeleitet werden kann, um die notwendige Druckdifferenz durch den
Unterdruck, der in der Kondensatorkammer herrscht, herbeiführen zu
können.
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Gemäß der Erfindung
besteht die Hauptaufgabe darin, eine Kühlanlage des Typs zu schaffen, bei
dem Arbeit durch Vorbelüftung
(d. h. vorhergehende Luftbeimischung) zu dem Wassers erfolgt, weil
dies potentiell die beste Wirtschaftlichkeit der Anlage ergibt.
Hierdurch entsteht jedoch der oben genannte Nachteil der vorbelüfteten Systeme,
nämlich
dass Arbeit in dem Vorbelüftungsbehälter bei
einem derart niedrigen Druck erfolgen muss, dass der resultierende Überdruck
für die
Einleitung von Wasser durch das Kondensatordüsen-System vollständig unangemessen
wird. Durch eine entsprechende bekannte Technik wird dieses Problem,
wenn auch in anderem Zusammenhang, dadurch gelöst, dass der Vorbelüftungsbehälter physikalisch
auf einer bestimmten Höhe über dem
Kondensator angeordnet ist, so dass in der Abwärtsverbindung zu diesem eine Wassersäule mit
einer Höhe,
die typischerweise in der Größenordnung
von 0,5–10
m liegt, entsteht und dass trotz des niedrigen Drucks in der Belüftungseinheit
der notwendige Überdruck
für eine
effektive Einspritzung von Wasser durch die Kondensator-Einspritzdüse(n) aufgebaut
werden kann.
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Dies
bedeutet jedoch eine äußerst unangenehme
Forderung einer großen
Höhe des
Gesamtaufbaus der Anlage und entsprechend erhebliche zusätzliche
Ausgaben für
die Anlage und klare konstruktive Nachteile. Es könnte von
einer getrennten Pumpe für
den Aufbau des notwendigen Einspritzdrucks Gebrauch gemacht werden,
dies würde jedoch
zusätzliche
Installations- und Betriebskosten zur Folge haben.
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Bei
der Erfindung hat sich überraschenderweise
gezeigt, dass die Möglichkeit
des Arbeitens mit einer Vorbelüftung
unter Verwendung eines Vorbelüftungsbehälters besteht,
der direkt über
dem Kondensator angeordnet ist und in einem Vakuumbehälter konfiguriert
ist, der den Kondensator selbst umfasst, der in der Weise abgewandelt
ist, dass die Einspritzdüsen
weggelassen werden können
und stattdessen der Kondensator mit einer oberen Verteilungskammer
konfiguriert ist, die in Abwärtsrichtung
zu der Kondensatorkammer durch eine Siebplatte begrenzt ist, die
eine große
Anzahl von Perforationen in Form enger Löcher oder Schlitze besitzt.
Unabhängig
vom Wasserpegel in der Verteilungskammer, z. B. 25–200 mm,
fällt das
Wasser aufgrund der Schwerkraft nach unten in die Kondensatorkammer
in einer großen
Anzahl dünner
Ströme,
die zusammen eine sehr große Oberfläche besitzen
und die ferner nach einer sehr geringen Fallhöhe in kleine Tröpfchen aufgelöst werden.
Auf diese Weise kann die Vermischung des Wassers ausreichen, um
einen sehr wirksamen Wärmeaustausch
in der Kondensatorkammer zu erzielen, ohne dass Wasser mit einem
hohen Überdruck zugeführt werden
muss, und genau deshalb kann der Vorbelüftungsbehälter direkt über dem
Kondensator, d. h. mit geringer Gesamtbauhöhe, angeordnet sein.
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Erfindungsgemäß kann dies
mit großem
Vorteil genutzt werden, weil der Vorbelüfter direkt in den Kondensator
integriert ist, nämlich
lediglich in Form einer oder mehrerer Kammern, die zwischen Siebplatten
an der Oberseite des Vakuumbehälters
ausgebildet sind, der ansonsten den Kondensator bildet. Als Ganzes
betrachtet kann dies als eine integrierte Einheit ohne merkliche
Erhöhung
der Bauhöhe
konfiguriert sein.
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Da
in der Verteilungskammer der gleiche Druck wie in der Kondensatorkammer
herrschen kann, kann die Arbeit mit einer gemeinsamen Dampf/Luft-Einleitung
von diesen beiden Kammern ausgeführt
werden, wodurch die Verteilungskammer als funktional integrierter
Teil des Kondensators erscheint, d. h. als kombinierte Verteilungs-
und Entlüftungskammer.
Es ist jedoch möglich,
durch sukzessives Ansaugen von der Kondensatorkammer zu der Verteilungskammer
und von hier zu der Vakuumpumpe eine bestimmte Teilkondensation
des Dampfanteils in der Verteilungskammer zu erzielen, wodurch diese
Kammer mit einem wirklichen Vorbelüftungseffekt arbeiten kann.
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Eine
weitere Vorbelüftungskammer
kann jedoch auf sehr einfache Weise als eine unmittelbar darüberliegenden
Kammer zwischen einer Siebplatte, die die Oberseite der Verteilungskammer
bildet, und einer darüberliegenden
Siebplatte, die die Unterseite einer oberen Verteilungskammer bildet,
geschaffen werden. In die obere Vorbelüftungskammer wird daher Wasser
in einer großen
Anzahl von nach unten fallenden dünnen Strömen geliefert, aus denen trotz
einer mäßigen Fallhöhe noch
immer ein sehr großer
Teil des Luftgehaltes extrahiert werden kann, so dass eine beträchtliche
Lufttrennung auf einem höheren
Druckpegel als dem Kondensatordruck bewerkstelligt werden kann,
d. h. eine wirkliche Vorbelüftung
bei einem Druck, von dem ausgehend deutlich weniger Energie erforderlich
ist, um den Luftanteil auf Atmosphärendruck zu komprimieren.
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Dadurch
kann vorteilhaft eine zweckmäßige zwei-
oder mehrstufige Belüftung
des Wassers geschaffen werden. Der Saugvorgang von den einzelnen
Entlüftungsstufen
kann über
eine Luftkonzentrationseinheit und eine Pumpe mit der nächsten physikalisch
darüberliegenden
Vorentlüftungsstufe
verbunden sein, so dass eine schrittweise Konzentration und Kompression
der Luft erzielt werden. Die Pumpe von der letzten Stufe komprimiert
die Luft bis auf Atmosphärendruck.
Für eine
effektive Konzentration von Luft in den einzelnen Luftkonzentrationseinheiten
hat es sich insbesondere als vorteilhaft und einfach erwiesen, einen
sehr kleinen Teilstrom relativ kalten Wassers vorzugsweise vom Verdampferauslass
zu verwenden, der durch Aussprühen
in die Luftkonzentrationseinheit einen Teil des Dampfes aus dem
abgesaugten Gemisch aus Luft und Dampf kondensiert, d. h. den Partialdruck
des Dampfes senkt.
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Es
ist hierdurch möglich,
mit einer vollkommen minimierten Pumpausrüstung für die Entlüftung des Wassers zu arbeiten.
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Was
die Wirkung des eigentlichen Kondensators betrifft, wird durch die
Erfindung sichergestellt, dass eine erhebliche Verbesserung durch
Anbringen eines Strahl/Tröpfchen-Brecheinsatzes
z. B. in Form eines einfachen Netzmaterials in der Kondensatorkammer
erzielt werden kann. Wenn die Netzmasche die gleiche Größe wie die
Dicke der Wasserstrahlen/Wassertröpfchen hat, wird hierdurch
eine Zerlegung derselben bewirkt, derart, dass sie durch den ansonsten
ungehinderten Durchgang durch das Netz zerschlagen werden, so dass
unter dem Netz eine nebelähnliche
Wolke aus feinen Tröpfchen
gebildet wird, die selbst bei einer verhältnismäßig kurzen Fallhöhe einen
bestimmten zusätzlichen
Beitrag zu dem Wärmeaustausch
beitragen kann. Es hat sich gezeigt, dass diese Wirkung am besten
erzielt wird, wenn das Netz auf einer Höhe angeordnet ist, auf der die
Wasserstrahlen gerade in Tröpfchenform übergegangen
sind. Damit der Wärmeaustausch
bereits hinreichend gut ist, kann stattdessen die Hinzufügung des
Netzes genutzt werden, um die Fallhöhe der Tröpfchen zu verringern, so dass
ein effektiver und kompakter Kondensator mit einer weiter verringerten Bauhöhe erzielt
werden kann.
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Auch
was den Verdampfer betrifft, wenn auch in geringerem Ausmaß, ist es
von Bedeutung, eine Entlüftung
des Zufuhrwassers vorzusehen, wobei die Arbeit auch hier vorteilhaft
in Übereinstimmung
mit genau den gleichen Prinzipien erfolgen kann, so dass der Verdampfer
mit zugeordneter Vorentlüftungskammer
auf vollständig
integrierte Weise konfiguriert werden kann.
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Die
Erfindung macht es somit möglich,
eine Kühlmaschine
des erläuterten
Typs mit einer sehr kompakten Konfiguration und geringer Bauhöhe zu schaffen,
die durch die nützliche
Integration von Lufttrennern in den Verdampfer- und Kondensatorbehältern selbst
und durch die vereinfachte Pumpenausrüstung für die Ausführung der notwendigen Lufttrennung
kostengünstiger
gemacht wird.
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Im
Folgenden wird die Erfindung genauer mit Bezug auf die Zeichnung
erläutert,
worin
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1 schematisch
eine Kühlanlage
gemäß der Erfindung
zeigt und
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2 ein
Beispiel des praktischen Aufbaus einer solchen Anlage zeigt.
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Die
gezeigte Anlage umfasst einen Verdampferbehälter 2 mit einem oberen
Einlass 4 für Wasser,
z. B. mit einer Temperatur von 12°C,
und mit einem Paar perforierter Zwischenböden oder Verteilungsdüsenplatten 6,
von denen Wasser nach unten in dünnen
einzelnen Strahlen strömt,
und einem untersten Strahl/Tröpfchen-Brecheinsatz
in Form beispielsweise eines Netzes 8, das die herabfallenden Strahlen/Tröpfchen zerschlägt, so dass
das Wasser in Form feiner Tröpfchen
in eine Bodenkammer 10 mit einer wirksamen Dispersion hinabfällt, wie
durch den Pfeil 12 angezeigt ist, was eine weitere Verbesserung
der Wirksamkeit des Wärmeaustausches
zur Folge hat.
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Die
Verdampferkammer 10, 18 ist über eine Saugleitung 14 mit
einem Dampfkompressor 16 verbunden, der mit einem ausreichend
niedrigen Saugdruck von z. B. 9 mB arbeitet, wodurch eine merkliche
Verdampfung der Wasserstrahlen/tröpfchen bewirkt wird und hiermit
eine entsprechende Kühlung des
verbleibenden Wassers erfolgt, das dann mit einer Temperatur von
beispielsweise 6°C
vom Boden der Kammer gepumpt werden kann.
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Der
Dampfkompressor 16 komprimiert den Dampf, beispielsweise
mit einem Faktor von 3,7, auf etwa 33 mB bei einer merklich erhöhten Temperatur, wobei
dieser Dampf über
ein Einlassrohr 26 einem Kondensatorbehälter 28 zugeführt wird,
der im Prinzip gleich dem Verdampferbehälter 2 sein kann und in
dem der heiße Dampf
nun gekühlt
und kondensiert werden muss, was durch direkten Wärmeaustausch mit
dem kälteren
Wasser, vorzugsweise mit Wasser, das von einem Kühlturm herangeführt wird/in
einem Kühlturm
zirkuliert, bewerkstelligt werden kann. Dieses Wasser kann in die
obere Einlasskammer 24' im Behälter 28 mit
einer Temperatur von beispielsweise 20°C eingeleitet werden, woraufhin
es in der Kammer 18', 10' in einen direkten
Kontakt mit dem heißen Dampf
gebracht wird, um hierdurch in kondensierter Form absorbiert zu
werden, wiederum ohne Verwendung von Trennoberflächen zwischen dem Kühlungsmittel
und dem Dampf/Kondensat. Das Endprodukt am Boden des Behälters 28 ist
Wasser, das von den oben genannten etwa 20°C auf beispielsweise etwa 25
Grad erwärmt
worden ist und unter dem niedrigen Druck von beispielsweise 33 mB
steht. Dieses Wasser kann dann abgepumpt werden, um es dem Kühlturmkreis
zuzuführen,
um es auf die Einlasstemperatur von etwa 20 Grad zu kühlen. Das überschüssige Wasser,
das in diesem Kreis durch die ununterbrochene Einleitung von Dampfkondensat
bedingt ist, kann durch Verdampfung an die Atmosphäre abgegeben
werden, was in dem Kühlturm
stattfindet.
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Durch
die Verwendung des Tropfenzerschlagungseinsatzes in Form der Netzoberflächen 8 und 8' wird die gleiche
Verbesserung des Wirkungsgrades, die oben für den Verdampfer erwähnt wurde,
erzielt.
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Die
oberen Zufuhrkammern 22, 22', 20' in den Behälter 2 und 28 dienen
als Lufttrennkammern, aus denen die Luft, die von dem Versorgungswasser getrennt
ist, abgesaugt werden kann.
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Die
Räume zwischen
den perforierten Verteilungsplatten/Düsenplatten 6 und 6' sind in Bezug
auf den Druck voneinander getrennt, weil die Perforationen "geschlossen" gehalten werden,
indem sie durch das herabströmende
Wasser blockiert werden, da das Wasser über den Perforationen gestaut
wird. Die Arbeit kann daher mit abnehmendem Druck in Abwärtsrichtung
erfolgen, jedoch auch mit einem ausreichend niedrigen Druck in den
Räumen,
so dass ein sehr großer
Teil des Luftgehaltes in den dünnen
Wasserstrahlen entnommen werden kann, selbst obwohl die Arbeit mit
verhältnismäßig kurzen
Fallstrecken erfolgt.
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Folglich
wird nur ein geringer Teil der Luft bei dem sehr niedrigen Druck
in den Kammern 10, 18 bzw. 10', 18' freigegeben.
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Nun
muss noch die getrennte Luft abgesaugt und auf Atmosphärendruck
komprimiert werden. Mit dem Vorentlüftungskonzept liegt der Druck
in der betrachteten Vorentlüftungskammer/Saugkammer
weit unterhalb des Atmosphärendrucks,
wobei bei diesem niedrigen Druck die getrennte Luft einen verhältnismäßig hohen
Dampfgehalt hat, was bedeutet, dass trotz der durch das Vorentlüftungskonzept
geschaffenen Verbesserungen noch immer von einer Vakuumpumpe mit
verhältnismäßig großer Kapazität Gebrauch
gemacht werden muss, d. h. von einer teuren Pumpe, um den Luftanteil
auf Atmosphärendruck
zu bringen.
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Um
diesen Nachteil zu beseitigen, wird erfindungsgemäß von einer
Anordnung zum Konzentrieren des Luftanteils in zwei Stufen Gebrauch
gemacht. Mittels einer Pumpe 30 wird Luft/Dampf von der
Kondensationskammer 10', 18' (über den
Raum 20')
zu einer externen Luftkonzentrationseinheit 34 gesaugt, in
die kaltes Wasser eingeleitet wird, das vorzugsweise vom Auslass
des Verdampfers geholt wird, d. h. Wasser mit einer Temperatur von
6 Grad. In der Kammer 10', 18' beträgt die Kondensationstemperatur
typischerweise etwa 26 Grad, was einem Gesamtdruck von etwa 33 mB
entspricht, wovon der Partialdruck der Luft nur etwa 1 mB beträgt. Damit
die Temperatur in der Luftkonzentrationseinheit 34 auf
etwa 10 Grad gesenkt wird, fällt
der Partialdruck des Dampfes erheblich ab, nämlich auf etwa 12 mB, während der Partialdruck
der Luft, der etwa bei 33 mB liegt, somit etwa 21 mB beträgt. Selbst
bei diesem erhöhten
Luftkonzentrationspegel ist eine sehr teuere und sehr viel Energie
verbrauchende Pumpe erforderlich, um die Luft auf 1 Bar zu komprimieren,
dann wird jedoch von der Tatsache Gebrauch gemacht, dass es für die Pumpe 30 genügt, den
Druck auf beispielsweise etwa 80 mB zu bringen, nämlich durch
Verbinden mit der Zufuhrkammer 22' im Kondensator 28, wo
das Versorgungswasser mit etwa 20 Grad einem Dampfpartialdruck von
etwa 23 mB ergibt, während
der Partialdruck der Luft somit etwa 57 mB wird. Es ist zweckmäßig und
viel weniger leistungsintensiv, mit einer einzigen Pumpe 30 den
Gesamtdruck von etwa 21 mB auf etwa 80 mB zu erhöhen.
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In
dieser Stufe (22')
wird ein Saugvorgang von dem letzteren Druckpegel zu einer zweiten
Luftkonzentrationseinheit 36 mittels einer Pumpe 32 ausgeführt, die
einen Auslass zur Atmosphäre
hat. Außerdem
wird in diesen Behälter
kaltes Wasser geleitet, wodurch der Partialdruck des Dampfes auf
etwa 12 mB verringert wird, d. h., dass der Partialdruck der Luft,
der 80 mB betragen hat, somit etwa 68 mB erreicht, was einer etwa
70fachen Konzentration ausgehend von dem ur sprünglichen Druck von etwa 1 mB
in der Kondensationskammer 10', 18' entspricht.
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Wie
gezeigt, hat es sich als zweckmäßig erwiesen,
eine Rohrverbindung 38 von der Vorluftbeimischungskammer 20' zu der Vorentlüftungskammer 22 in
der Kondensatoreinheit 10 vorzusehen, da auch eine bestimmte
Trennung von Luft von der Zufuhr von Rohrwasser entsteht. Der Gesamtdruck
in der Kammer 22 ist daher etwas höher als in der Kammer 20', so dass getrennte
Luft von selbst in die Kammer 20' strömt.
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Mit
dem effektiven und kompakten Vorentlüftungskonzept und dem ausreichend
effektiven Wärmeaustausch
mit den vielen dünnen
Strahlen/Tröpfchen
gemäß dem Düsenplattenkonzept
wird selbst bei begrenzter Fallhöhe
die Integration der Lufttrenner in den Behältern 2 und 28 ermöglicht,
um eine geringe Bauhöhe
und eine kompakte Anlage zu erzielen, wie sie in 2 gezeigt
ist. Durch die Verwendung des Strahl/Tropfen-Brecheinsatzes in Form
beispielsweise eines Netzes ist sichergestellt, dass das herabfallende
Wasser für
einen sehr wirksamen und unmittelbaren Wärmeaustausch zwischen dem Dampf
und dem Kühlwasser
ausreichend dispergiert wird, wodurch, wie oben erläutert worden
ist, eine weitere Verringerung der Fallhöhe und damit der gesamten Bauhöhe möglich werden.
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Es
sollte erwähnt
werden, dass es mit der offenbarten Integration der Entlüftungseinheiten
nicht nur möglich
ist, ein und denselben Vakuumbehälter
in den zwei Haupteinheiten zu verwenden, sondern auch zu erreichen,
dass die untere Kammer 22, 20' in den Entlüftern in der integrierten Art
und Weise eine obere Verteilungskammer für das Wasser zu der Verdampfer-/Kondensatorkammer
bildet, wodurch eine getrennte Verteilungskammer vollständig weggelassen
werden kann.
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Die
in 2 gezeigte Anlage besitzt eine Kühlkapazität von 1,6–2 MW. Dieser
Typ liegt hauptsächlich
im Kapazitätsbereich
von 50 kW und darüber,
er ist jedoch nicht notwendig darauf eingeschränkt.
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In
der 1,6–2
MW-Anlage, die in 2 gezeigt ist, besitzt die Verdampfereinheit
mit getrenntem Entlüfter 2 einen
Durchmesser von etwa 2 m und eine Höhe von etwa 2 m, wobei die
Fallhöhe
für das
Wasser in der Verdampferkammer 18 bzw. 10 etwa
1 m beträgt.
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Die
Kondensatoreinheit mit integriertem Entlüfter besitzt einen Durchmesser
von etwa 1,5 m und eine Höhe
von etwa 2 m, wobei die Fallhöhe
für das Wasser
in der Kondensatorkammer 18' bzw. 10' etwa 1 m beträgt.
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Wenn
alles andere gleich bleibt, gilt für beide Einheiten, dass eine
Ausführungsform
ohne einen den Wirkungsgrad fördernden
Einsatz 8 eine Fallhöhe,
die 2–3
mal größer ist,
besitzt. Der den Wirkungsgrad fördernde
Einsatz 8 kann ein Netz mit einer Maschengröße in der
Größenordnung
von 2–4
mm sein und ist angenähert
im Zentrum angeordnet.
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Die
besondere Kompaktheit und die besondere Kapazität der Einheiten sind entsprechend
verbessert worden. Hinzu kommt die Verbesserung der Kompaktheit
und der Kapazität
durch die Integration der Entlüftereinheiten.
Die sich ergebende besondere Kapazität einschließlich des integrierten Entlüfters liegt
somit im Bereich von 2–3,5
m pro MW.
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In
dem integrierten zweistufigen Entlüftersystem, mit zugeordneten
Luftkonzentrationseinheiten 34 und 36 ist die
Pumpenkapazität
für die
Vakuumpumpe 30 bzw. 36 auf 500–700 m/h verringert, was, wenn
alles andere gleich bleibt, einem Reduzierungsfaktor von 3–4 im Vergleich
zu herkömmlichen Konfigurationen
entspricht. Der entsprechende Leistungsverbrauch für die Vakuumpumpen
verringert sich entsprechend.