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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Dampf-Flüssigkeit-Abscheider zum Trennen der
flüssigen
Phase aus einem Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid in
der Form von Flüssigkeitströpfchen.
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Beschreibung des Standes der
Technik
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Herkömmlicherweise
ist ein sogenannter Zyklon-Dampf-Flüssigkeits-Abscheider als ein Dampf-Flüssigkeit-Abscheider
zum Trennen der flüssigen
Phase aus einem Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid
in der Form von Flüssigkeitströpfchen bekannt.
Der Zyklon-Dampf-Flüssigkeit-Abscheider weist
Folgendes auf: einen zylindrischen Behälter, ein Zufuhrrohr zum Zuführen eines
Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluids
in den Behälter
entlang einer Richtung, die zur Zylinderinnenwandfläche des
Behälters
tangential ist, ein Abgaberohr, das auf der Mittelachse des Behälters angeordnet
ist und dazu ausgelegt ist, die nach der Trennung der flüssigen Phase verbleibende
Dampfphase vom Behälter
nach außen abzugeben,
sowie ein Auslassrohr zum Auslassen der getrennten Flüssigkeit
durch dieses hindurch aus dem Behälter nach außen von
einem unteren Teil des Behälters.
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In
dem Zyklon-Dampf-Flüssigkeit-Abscheider
fließt
das in den Behälter
eingeführte Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid
vom Zufuhrrohr in einem Wirbelzustand zur Mittelachse des Behälters von
der Zylinderinnenwandoberfläche
des Behälters.
Im Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid
erzeugte Zentrifugalkraft führt
dazu, dass die flüssige Phase,
die ein höheres
spezifisches Gewicht als die Dampfphase hat, zur Zylinderwandinnenoberfläche des
Behälters
fliegt, wodurch die flüssige
Phase von der Dampfphase getrennt wird. Die getrennte flüssige Phase
trifft auf die Zylinderinnenwandoberfläche des Behälters, um dort Flüssigkeitströpfchen zu
bilden. Die auf diese Weise gebildete Flüssigkeit wird durch das Auslassrohr
aus dem Behälter
nach außen entlassen.
Die nach der Trennung der flüssigen
Phase verbleibende Dampfphase wird durch das Abgaberohr aus dem
Behälter
nach außen
abgegeben, das auf der Mittelachse des Behälters angeordnet ist. Auf diese
Weise werden die Dampf- und die Flüssigphase des Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluids
voneinander getrennt.
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Im
Zyklon-Dampf-Flüssigkeit-Abscheider
hat das durch das Zufuhrrohr in den Behälter eingeführte Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid
eine überwiegend
im Umkreis verlaufende Geschwindigkeitskomponente in der Stufe einer
Wirbelströmung,
während im
folgenden Schritt, bei dem die Dampfphase in die Nähe der Mittelachse
des Behälters
konvergiert und durch seinen Öffnungsteil
in das Abgaberohr eintritt, eine axiale Geschwindigkeitskomponente
vorherrschend wird. Diese abrupte Änderung von der Umfangsgeschwindigkeitskomponente
zu axialen Geschwindigkeitskomponente verursacht in einer Strömung des
Dampf-Flüssigkeits-Zweiphasenfluids
einen relativ großen
Druckverlust.
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Aus
der
JP 60235661 A ist
ein axialer Dampf-Flüssigkeit-Abscheider
bekannt. Eine Abgabemündung
ist einer Zufuhrmündung
gegenüber
angeordnet, und verdrehte Klingen vergrößern eine Zentrifugalkraft
von Flüssigkeitströpfchen,
indem ihnen eine Zentrifugalkraft verliehen wird. Dampf und Flüssigkeit
treten auf der selben Seite des Abscheiders aus.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung wurde angesichts des oben erwähnten Problems
gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Dampf-Flüssigkeit-Abscheider
vorzusehen, der einen geringen Druckverlust erzeugt.
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Zum
Erfüllen
der oben genannten Aufgabe sieht die vorliegende Erfindung einen
Dampf-Flüssigkeit-Abscheider
nach Anspruch 1 vor. Der Dampf-Flüssigkeit-Abscheider umfasst dabei einen Zufuhrpfad,
welcher den Durchfluss eines Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluids
in einem verwirbelten Zustand gestattet, wobei der Zufuhrpfad einen Auslass
aufweist, über
welchen das Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid aus
dem Zufuhrpfad ausströmt; eine
Abgabemündung,
welche gegenüber
dem Auslass des Zufuhrpfads in einer vorgegebenen axialen Entfernung
von dem Auslass vorgesehen ist und den Durchfluss der von dem Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid abgetrennten
Dampfphase gestattet; eine äußere Röhre, welche
den Auslass des Zufuhrpfads umgibt, während eine vorgegebene Abgrenzung
zwischen der äußeren Röhre und
dem Auslass vorgesehen ist, wobei die äußere Röhre die Dampfphase und die
Flüssigphase
voneinander trennt; und ein Auslassrohr, welches an der äußeren Röhre vorgesehen ist
und dazu ausgelegt ist, die von dem Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid abgetrennte
Flüssigphase aus
der äußeren Röhre abzuführen, wobei
die Abgabemündung
an einem Abgaberohr ausgebildet ist, und die äußere Röhre die Abgabemündung umgibt, während ein
vorgegebener Abstand zwischen der äußeren Röhre und der Abgabemündung vorgesehen
ist, wobei der Auslass des Zufuhrpfads und die an des Abgaberohrs
ausgebildete Abgabemündung um
jeweilige vorgegebene, von entsprechenden Endflächen der äußeren Röhre aus gemessene axiale Entfernungen
axial innerhalb der äußeren Röhre angeordnet
sind, und das Auslassrohr in der Nähe der axialen Endfläche der äußeren Röhre auf
einer dem Zufuhrpfad zugewandten Seite angeordnet ist.
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Der
Dampf-Flüssigkeit-Abscheider
der vorliegenden Erfindung funktioniert auf die folgende Art und
Weise. Das Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid gelangt
durch den Zufuhrpfad in einen verwirbelten Zustand und wird aus
dem Auslass des Zufuhrpfads ausgelassen, während eine Drallbewegung beibehalten
wird. In dem ausgelassenen Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid erzeugte
Zentrifugalkraft führt dazu,
dass die Flüssigphase,
die ein höheres
spezifisches Gewicht als die Dampfphase hat, nach außen zur
Innenwandoberfläche
der äußeren Röhre fliegt, die
den Auslass des Zufuhrpfads umgibt, während ein vorbestimmter Abstand
zwischen der äußeren Röhre und
dem Auslass vorgesehen wird, wodurch die Flüssigphase von der Dampfphase
getrennt wird. Die abgetrennte Flüssigphase trifft auf die innere Wandoberfläche der äußeren Röhre, wo
sie Flüssigkeitströpfchen bildet.
Die auf diese Weise gebildete Flüssigkeit
wird aus der äußeren Röhre aus
dem an der äußeren Röhre vorgesehenen
Auslassrohr ausgelassen. Die nach der Abscheidung der Flüssigphase
verbleibende Dampfphase wird aus der dem Auslass des Zufuhrpfads
gegenüberliegenden
in einem vorbestimmten axialen Abstand vom Auslass vorgesehenen
Abgabemündung
von der äußeren Röhre nach
außen
geleitet. Auf diese Weise werden die Dampfphase und die Flüssigphase
des Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluids
voneinander getrennt.
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Da
sich der Auslass des Zufuhrpfads und die Abgabemündung axial mit einem vorbestimmten
axialen Abstand zwischen ihnen einander gegenüberliegen, wird das Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid, das
in den Dampf-Flüssigkeit-Abscheider eingeführt wird,
keiner abrupten Änderung
der Strömungsrichtung
unterzogen; auf diese Weise ist ein Druckverlust, der aufgrund der
Strömung
des Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid
innerhalb des Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders
entsteht, kleiner als in einem Zyklon-Dampf-Flüssigkeit-Abscheider.
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Wie
zuvor erwähnt,
wird das Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid
aus dem Auslass des Zufuhrpfads ausgestoßen, während eine Drallbewegung beibehalten
wird. In dem ausgestoßenen Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid
erzeugte Zentrifugalkraft verursacht, dass die Flüssigphase
zur Innenwandoberfläche
der äußeren Röhre hin
fliegt. In diesem Fall erreicht nicht die gesamte fliegende Flüssigphase
die Innenwandoberfläche
der äußeren Röhre, um
dort Flüssigkeitströpfchen zu
bilden. So ist verständlich,
dass ein Teil der fliegenden Flüssigphase
in der Nähe
der Innenwandoberfläche
der äußeren Röhre stagnierend
bleibt. Nachdem er von einer Strömung
der aus der äußeren Röhre durch
die Abgabemündung
nach außen
getragenen Dampfphase erfasst wurde, kann ein solcher stagnierender
Teil der Flüssigphase
zusammen mit der Dampfphase durch die Abgabemündung aus der äußeren Röhre nach außen getragen
werden, was zu einer Verringerung der Flüssigphasenausbeute des Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders
führt.
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Erfindungsgemäß umgibt
die äußere Röhre die
Abgabemündung,
die am Abgaberohr ausgebildet ist, während ein vorbestimmter Abstand
zwischen der äußeren Röhre und
der Abgabemündung
vorgesehen ist. Auf diese Weise ist mindestens die Abgabemündung radial
von der Innenwandoberfläche
der äußeren Röhre nach
innen versetzt. Daher ist es unwahrscheinlich, dass die in der Nähe der Innenwandoberfläche der äußeren Röhre stagnierend
verbleibende Flüssigphase
von einer Strömung
der Dampfphase erfasst und durch die Abgabemündung aus der äußeren Röhre nach
außen
getragen wird, wodurch die Flüssigphasenausbeute
des Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders
erhöht
wird.
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Wie
zuvor erwähnt,
bildet die Flüssigphase, welche
die Innenwandoberfläche
der äußeren Röhre erreicht
hat, Flüssigkeitströpfchen,
und die auf diese Weise gebildete Flüssigkeit wird durch das an
der äußeren Röhre vorgesehene
Abgaberohr aus der äußeren Röhre nach
außen
abgegeben. In diesem Zusammenhang ist eine Erhöhung des Flüssigkeitsausstoßwirkungsgrades
wünschenswert.
Ein denkbares Verfahren zum Erhöhen
des Flüssigkeitsausstoßwirkungsgrades
ist das Anbringen der äußeren Röhre in einer
senkrechten Ausrichtung, so dass das Abgaberohr über einem unteren Teil der äußeren Röhre angeordnet
ist. In bestimmten Fällen
kann jedoch eine senkrechte Installation der äußeren Röhre aufgrund von räumlichen
Einschränkungen
an dem Ort, an dem der Dampf-Flüssigkeit-Abscheider
zu montieren ist, schwierig sein. Es ist daher wünschenswert, dass, selbst wenn
die äußere Röhre waagrecht
installiert ist, der Dampf-Flüssigkeit-Abscheider
den Ausstoßwirkungsgrad
für Flüssigkeit
erhöhen
kann, die durch die Bildung von Flüssigkeitströpfchen erhalten wird.
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Gemäß den experimentellen
Ergebnissen der vorliegenden Erfindung können die axialen Entfernungen,
wenn der Auslass des Zufuhrpfads und die Abgabemündung, die am Abgaberohr ausgebildet
ist, um bestimmte entsprechende axiale Entfernungen, gemessen von
den entsprechenden axialen Endflächen
der äußeren Röhre, axial
im Inneren der äußeren Röhre angeordnet
werden, in Relation zum axialen Abstand zwischen den Endflächen der äußeren Röhre eingestellt
werden, so dass der Druck auf die Innenwandoberfläche der äußeren Röhre in einer solchen
Art und Weise verteilt wird, dass er vom Abgaberohr zum Zufuhrpfad
hin allmählich
abfällt.
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Vorzugsweise
ist die Öffnungsfläche der
an des Abgaberohrs ausgebildeten Abgabemündung kleiner als die Öffnungsfläche des
Auslasses des Zufuhrpfads.
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Das
oben genannte Merkmal steigert den oben erwähnten Effekt weiter, dass die
in der Nahe der Innenwandoberfläche
der äußeren Röhre stagnierend
verbleibende Flüssigphase
weniger wahrscheinlich durch eine Strömung der Dampfphase erfasst
und durch das Abgaberohr aus der äußeren Röhre heraus getragen wird, wodurch
die Flüssigphasenausbeute
des Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders weiter
gesteigert wird.
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Eine
Verwendung des oben genannten Abmessungsmerkmals führt dazu,
dass an der Innenwandoberfläche
der äußeren Röhre anhaftende
Flüssigkeitströpfchen sich
intensiv zum Zufuhrpfad hin bewegen; auf diese Weise wird resultierende
Flüssigkeit
intensiv aus dem Auslassrohr, das in der Nähe der axialen Endfläche der äußeren Röhre auf
der zum Zufuhrpfad zeigenden Seite angeordnet ist, ausgestoßen. Daher
wird, selbst wenn die äußere Röhre horizontal
angeordnet ist, der Ausstoßwirkungsgrad für durch
die Ausbildung von Flüssigkeitströpfchen erhaltene
Flüssigkeit
gesteigert.
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Vorzugsweise
ist die Abgabemündung
an der äußeren Röhre ausgebildet.
Durch die Verwendung dieses strukturellen Merkmals erübrigt sich
die Notwendigkeit des Vorsehens des oben genannten Abgaberohrs,
wodurch die Anzahl von Teilen verringert wird und wiederum die Herstellungskosten
verringert werden.
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Zum
Steigern der Ausbeute der Flüssigphase
bei der Abtrennung der Flüssigphase
aus dem Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid,
das aus dem Auslass des Zufuhrpfads ausgestoßen wird, während eine Drallbewegung beibehalten
wird, wird wünschenswerterweise
eine Drallgeschwindigkeitskomponente der Flüssigphase beim Schritt des
Ausstoßens
aus dem Auslass erhöht,
um so die der Flüssigphase
verliehene Zentrifugalkraft zu erhöhen.
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Zum
Erreichen des oben genannten Ziels wird vorzugsweise eine schmale
Platte, die mit einer vorbestimmten Ganghöhe verdreht ist, innerhalb
des Zufuhrpfads angeordnet, um eine Drallströmung des Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluids
zu erzeugen.
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Die
mit einer vorbestimmten Ganghöhe
verdrehte und innerhalb des Zufuhrpfads angeordnete schmale Platte
verleiht dem Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid,
das an der schmalen Platte vorbeistreicht, eine Drallgeschwindigkeitskomponente.
Da die Drallgeschwindigkeitskomponente dem Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid
innerhalb des Zufuhrpfads an einer Position relativ nahe am Auslass
des Zufuhrpfads verliehen wird, verringert sich die dem Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid
verliehene Drallgeschwindigkeitskomponente nicht wesentlich, bevor
das Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid
den Auslass des Zufuhrpfads erreicht, sondern wird nahe ihrem ursprünglichen
Wert beibehalten. In dem Fall, in dem das Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid,
das in den Zufuhrpfad eingeführt
wird, schon eine Drallgeschwindigkeitskomponente aufweist, während das
Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid
an der schmalen Platte vorbeistreicht, wird die Drallgeschwindigkeitskomponente
beschleunigt; auf diese Weise hat dann das aus dem Auslass des Zufuhrpfads
ausgestoßene
Dampf-Flüssigkeits-Zweiphasenfluid
eine vergrößerte Drallgeschwindigkeitskomponente.
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Ferner
ist, da das Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid
linear in einer Richtung fließt,
während es
an der schmalen Platte vorbeigelangt, die im Zufuhrpfad angeordnet
und in einer vorbestimmten Ganghöhe
gebogen ist, ein Druckverlust im Zusammenhang mit dem Verleihen
einer Drallgeschwindigkeitskomponente für das Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid
innerhalb des Zufuhrpfads klein.
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Selbst
wenn ein Drall-Dampf-Flüssigkeit-Abscheider,
wie zum Beispiel der zuvor erwähnte
Zyklon-Dampf-Flüssigkeit-Abscheider
verwendet wird, kann nicht die gesamte Flüssigphase aus dem Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid
entnommen werden. Um die Ausbeute für die Flüssigphase zu steigern, können zwei
Drall-Dampf-Flüssigkeit-Abscheider
in Reihe geschaltet werden, so dass der als zweite Stufe angeordnete
Drall-Dampf-Flüssigkeit-Abscheider
zum größtmöglichen
Grad die Flüssigphase gewinnt,
die der als erste Stufe angeordnete Drall-Dampf-Flüssigkeit-Abscheider nicht
gewonnen hat. Jedoch wird, wie zuvor erwähnt, bei dem Zyklon-Dampf-Flüssigkeit-Abscheider
oder einem gleichen Drall-Dampf-Flüssigkeit-Abscheider in einer Strömung des
Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluids innerhalb
der Vorrichtung ein großer
Druckverlust erzeugt. Daher beschleunigt eine Verbindung zweier solcher
Dampf-Flüssigkeit-Abscheider
in Reihe den Druckverlust.
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Zum
Verringern eines Druckverlustes, der bei einer Strömung des
Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluids
auftritt, wenn zwei Dampf-Flüssigkeit-Abscheider
in Reihe geschaltet werden, wird die folgende Konfiguration bevorzugt.
Ein bei der ersten Stufe eingesetzter Dampf-Flüssigkeit-Abscheider ist ein Drall-Dampf-Flüssigkeit-Abscheider,
der das Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid
in die Dampfphase und die Flüssigphase
trennt, indem das Dampf-Flüssigkeit- Zweiphasenfluid dazu
veranlasst wird, eine Drallströmung
zu erzeugen. Der bei der zweiten Stufe eingesetzte Dampf-Flüssigkeit-Abscheider
ist dann der Dampf-Flüssigkeit-Abscheider der
vorliegenden Erfindung. Der Zufuhrpfad des an der zweiten Stufe
eingesetzten Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders
ist mit einem Abgaberohr des an der ersten Stufe eingesetzten Drall-Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders
verbunden, wobei das Abgaberohr das Hindurchgelangen des Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluids
in einem verwirbelten Zustand erlaubt, das durch den an der ersten
Stufe eingesetzten Drall- Dampf-Flüssigkeit-Abscheider gelangt
ist.
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Ein
in der oben genannten Konfiguration auftretender Druckverlust ist
kleiner als derjenige, der in dem Fall auftreten würde, wo
zwei Drall-Dampf-Flüssigkeit-Abscheider oder zwei
Zyklon-Dampf-Flüssigkeit-Abscheider
in Reihe geschaltet sind, da, wie zuvor erwähnt, ein bei dem erfindungsgemäßen Dampf-Flüssigkeit-Abscheider auftretender
Druckverlust kleiner als derjenige ist, der bei einem Drall-Dampf-Flüssigkeit-Abscheider,
wie zum Beispiel einem Zyklon-Dampf-Flüssigkeit-Abscheider, auftritt.
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Vorzugsweise
ist der Zufuhrpfad des an der zweiten Stufe eingesetzten Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders
der vorliegenden Erfindung im Abgaberohr des an der ersten Stufe
eingesetzten Drall-Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders
ausgebildet. In diesem Fall dient das Abgaberohr des an der ersten Stufe
eingesetzten Drall-Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders
als der Zufuhrpfad des an der zweiten Stufe eingesetzten Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders,
wodurch die Anzahl der Teile verringert wird und damit die Herstellungskosten
gesenkt werden.
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Vorzugsweise
erweitert sich ein Teil des Zufuhrpfads in der Nähe des Auslasses zu einem Auslassende
des Zufuhrpfads hin. Durch die Verwendung dieses Merkmals fliegt
die Flüssigphase,
die im Zufuhrpfad von dem Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid
abgetrennt wird, leichter zur Innenwandoberfläche der äußeren Röhre hin.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es
zeigt:
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1 ist
eine Teilschnittansicht, die eine schematische Konfiguration eines
Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 eine
Vorderansicht, welche die Anordnung einer äußeren Röhre, eines Zufuhrrohrs, eines Abgaberohrs
und eines Auslassrohrs bei dem Dampf-Flüssigkeit-Abscheider
von 1 zeigt;
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3 eine
Teilschnittansicht von unten, welche die Anordnung der äußeren Röhre, des
Zufuhrrohrs, des Abgaberohrs und des Auslassrohrs im Dampf-Flüssigkeit-Abscheider
von 1 zeigt;
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4 eine
detaillierte Vorderansicht, die ein Einlassrohr zeigt, das teilweise
einen Zufuhrpfad des Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders
von 1 zeigt;
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5 eine
schematische Ansicht, die eine erste Modifikation des Zufuhrpfades
des Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders
von 1 zeigt;
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6 eine
schematische Ansicht, die eine zweite Modifikation des Zufuhrpfads
des Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders
von 1 zeigt;
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7 eine
schematische Ansicht, die eine dritte Modifikation des Zufuhrpfads
des Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders
von 1 zeigt; die 8A bis 8D schematische
Ansichten, die die erste bis vierte Modifikation der Konfiguration
des Zufuhrrohrs und des Abgaberohrs des Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders von 1 zeigen;
und
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9 eine
schematische Schnittdarstellung, die einen Dampf-Flüssigkeit-Abscheider gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Es
folgt eine Beschreibung von Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung im Einzelnen anhand der Zeichnungen.
Zuerst wird die Konfiguration eines Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders A gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung anhand der 1 bis 4 beschrieben.
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1 zeigt
schematisch den Dampf-Flüssigkeit-Abscheider
A in einer Teilschnittansicht. Gemäß 1 ist ein
zylindrisches Zufuhrrohr 2, das ein Hindurchgelangen eines
Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluids
erlaubt, fest auf der linken Seite einer zylindrischen äußeren Röhre 1 über eine
Abdeckung 1a in einem hermetischen, koaxialen Zustand mittels Schweißen oder
einem ähnlichen
Vorgang fixiert. Ein zylindrisches Abgaberohr 3, das ein
Hindurchgelangen der Dampfphase erlaubt, die vom Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid
abgetrennt ist, ist am rechten Ende der äußeren Röhre 1 über eine
Abdeckung 1b in einem hermetischen, koaxialen Zustand mittels Schweißen oder
einem ähnlichen
Vorgang fest angebracht. Auf diese Weise sind das Zufuhrrohr 2 und das
Abgaberohr 3 koaxial angeordnet. Die äußere Röhre 1, das Zufuhrrohr 2 und
das Abgaberohr 3 sind waagrecht angeordnet.
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Ein
Auslass 2a des Zufuhrrohrs 2, über welches das Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid aus dem
Zufuhrrohr 2 strömt,
ist axial im Inneren der äußeren Röhre 1 um
einen vorbestimmten axialen Abstand Lin, gemessen von der axialen
links gelegenen Endfläche
der äußeren Röhre 1,
angeordnet. In der Nähe
des Auslasses 2a ist der vom Zufuhrrohr 2 gebildete
Zufuhrpfad zum Auslassende des Zufuhrrohrs 2 hin erweitert;
d.h. die Innenwand des Zufuhrrohrs 2 ist in einer solchen
Weise kegelförmig
(oder angeschrägt),
dass die Querschnittsfläche
des Zufuhrpfads zum Auslassende des Zufuhrpfads hin größer wird.
Alternativ dazu kann ein Teil des Zufuhrrohrs 2 in der
Nähe des
Auslasses 2a in einer solchen Weise zum Auslassende des
Zufuhrrohrs 2 hin erweitert werden, dass er eine trompetenartige
Form annimmt. Eine Abgabemündung 3a ist
am Abgaberohr 3 ausgebildet und ermöglicht ein Hindurchgelangen
der Dampfphase, die vom Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid abgetrennt
ist. Die Abgabemündung 3a ist axial
innerhalb der äußeren Röhre 1 um
einen vorbestimmten axialen Abstand Lout, gemessen von der axialen
rechten Endfläche
der äußeren Röhre 1 angeordnet.
Hieraus ergibt sich, dass der Auslass 2a und die Abgabemündung 3a einander
koaxial gegenüberliegen
und um einen vorbestimmten axialen Abstand L voneinander entfernt
sind. Ferner umgibt die äußere Röhre 1 den
Auslass 2a des Zufuhrrohrs 2 und die Abgabemündung 3a des
Abgaberohrs 3, während
radiale Abstände
des vorbestimmten Abstands K zwischen der Innenwandoberfläche 1c der äußeren Röhre 1 und
dem Auslass 2a und der Abgabemündung 3a eingehalten
werden.
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Ein
Auslassrohr 4 ist in einem hermetischen Zustand zur äußeren Röhre 1 in
der Nähe
der axialen Endfläche
der äußeren Röhre 1 auf
der Seite zum Zufuhrrohr 2 (in der Nähe der axial links gelegenen Endfläche) fest
angebracht. Das Auslassrohr 4 ist dazu ausgelegt, aus sich
die Flüssigphase
zu entlassen, die vom Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid
abgetrennt wird.
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Ein
Ende eines Gummischlauchs 6, der eine vorbestimmte Länge hat,
ist hermetisch mit einem Endteil (dem linken Endteil in 1)
des Zufuhrrohrs 2 verbunden, der das Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid
aufnimmt, und das andere Ende des Gummischlauchs 6 ist
mit einem Einlassrohr 5, das einen Flanschteil 5a aufweist,
hermetisch verbunden, wodurch das Zufuhrrohr 3 und das
Einlassrohr 5 über den
Gummischlauch 6 hermetisch verbunden sind. Das Zufuhrrohr 2,
der Gummischlauch 6 und das Einlassrohr 5 stellen
den Zufuhrpfad dar.
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2 ist
eine Vorderansicht, welche die Anordnung der äußeren Röhre 1, des Zufuhrrohrs 2, des
Abgaberohrs 3 sowie des Auslassrohrs 4 im Dampf-Flüssigkeit-Abscheider A gemäß der ersten Ausführungsform
zeigt. In 2 sind Strukturmerkmale, die
denjenigen in 1 ähnlich sind, mit gemeinsamen
Bezugszeichen bezeichnet und es wird auf deren wiederholte Beschreibung
verzichtet (dies gilt auch für
die 3 bis 9).
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Wie
in 2 gezeigt, ist am Einlassendteil (einem distalen
Endteil in 2) des Zufuhrrohrs 2 ein
Flanschteil 2b ausgebildet, um so eine hermetische Verbindung
zum Gummischlauch 6 zu ermöglichen. In ähnlicher
Weise sind auch ein Flanschteil 3b und ein Flanschteil 4a an
entsprechenden distalen Endteilen (in der Ansicht von 2)
des Abgaberohrs 3 und des Auslassrohrs 4 ausgebildet,
um so eine hermetische Verbindung mit nicht gezeigten Teilen zu
ermöglichen.
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3 ist
eine Teilschnittansicht von unten, welche die Anordnung der äußeren Röhre 1,
des Zufuhrrohrs 2, des Abgaberohrs 3 und des Auslassrohrs 4 im
Dampf-Flüssigkeit-Abscheider
A gemäß der ersten
Ausführungsform
zeigt. Wie aus 3 hervorgeht, ist der Außendurchmesser
des Zufuhrrohrs 2 gleich demjenigen des Abgaberohrs 3,
während
der Innendurchmesser der Abgabemündung 3a des
Abgaberohrs 3 geringfügig
kleiner als derjenige des verbleibenden Teils des Abgaberohrs 3 ist.
Daher ist der Durchmesser Dout der Abgabemündung 3a des Abgaberohrs 3 kleiner
als der Durchmesser Din des Auslasses 2a des Zufuhrrohrs 2;
auf diese Weise ist die Öffnungsfläche der
Abgabemündung 3a des
Abgaberohrs 3 kleiner als diejenige des Auslasses 2a des
Zufuhrrohrs 2.
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4 ist
eine detaillierte Vorderansicht, die das Einlassrohr 5 zeigt,
das teilweise den Zufuhrpfad 7 des Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders
A gemäß der ersten
Ausführungsform
bildet. Wie aus 4 hervorgeht, ist eine mit einer
vorbestimmten Ganghöhe verdrehte
schmale Platte 8 fest innerhalb des Einlassrohrs 5 vorgesehen,
um das Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid
in einen verwirbelten Zustand zu versetzen. Die schmale Platte 8 kann
mittels Spritzguss aus Kunstharz oder mittels Gesenkpressen aus
Metall hergestellt werden. Wenn die schmale Platte 8 aus
Metall in eine Form mit einem hohen Freiheitsgrad (z.B. eine Form,
die mittels einer Gesenkpresse nicht zufriedenstellend hergestellt
werden kann) gebracht werden soll, kann die schmale Platte 8 auch
mittels Guss hergestellt werden. 4 zeigt
die schmale Platte 8, die um einen Gang verdreht ist. Die
vorliegende Erfindung ist jedoch hierauf nicht eingeschränkt. Die
verdrehte schmale Platte 8 kann auch eine axiale Länge aufweisen,
die zwei oder mehr Gängen
entspricht.
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Die
Konfiguration des Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders
A gemäß der ersten
Ausführungsform
wurde anhand der 1 bis 4 beschrieben.
Es folgt eine Beschreibung des Betriebs des Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders
A.
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Ein
Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid,
das zum Beispiel als ein Ergebnis einer chemischen Reaktion in einer
Brennstoffzelle erzeugt wird, wird vom Flanschteil 5a des
Einlassrohrs 5 in das Einlassrohr 5 eingeführt, das
teilweise den Zufuhrpfad 7 des Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders A bildet.
Das Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid,
das in das Einlassrohr 5 eingebracht wird, gelangt entlang
der schmalen Platte 8, die in einer vorbestimmten Ganghöhe verdreht
ist, wodurch das Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid
in einen verwirbelten Zustand gebracht wird.
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Das
verwirbelte Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid
wird über
den Gummischlauch 6, der teilweise den Zufuhrpfad 7 bildet,
in das Zufuhrrohr 2 eingespeist. Das in das Zufuhrrohr 2 eingespeiste
verwirbelte Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid wird
aus dem Auslass 2a des Zufuhrrohrs 2 ausgestoßen, während eine
Drallbewegung beibehalten wird. Eine in dem ausgestoßenen Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid
erzeugte Zentrifugalkraft verursacht, dass die Flüssigphase,
die ein höheres
spezifisches Gewicht als die Dampfphase hat, zur Innenwandoberfläche 1c der äußeren Röhre 1 fliegt,
welche den Auslass 2a des Zufuhrrohrs 2 umgibt,
während
eine radiale Trennung über
einen Abstand K zwischen der äußeren Röhre 1 und
dem Auslass 2a vorgesehen ist, wodurch die Flüssigphase
von der Dampfphase getrennt wird. Da der vom Zufuhrrohr 2 gebildete
Zufuhrpfad sich in der Nähe
des Auslasses 2 zum Auslassende des Zufuhrrohrs 2 hin
erweitert, fliegt die Flüssigphase,
die innerhalb des Zufuhrpfads 7 von dem Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid
abgetrennt wird, leichter zur Innenwandoberfläche 1c der äußeren Röhre 1.
Die abgetrennte Flüssigphase
trifft auf die Innenwandoberfläche 1c der äußeren Röhre 1, um
dort Flüssigkeitströpfchen zu
bilden. Die auf diese Weise gebildete Flüssigkeit wird durch das an
der äußeren Röhre 1 vorgesehene
Auslassrohr 4 aus der äußeren Röhre 1 ausgestoßen. Die
nach der Abtrennung der Flüssigphase
verbleibende Dampfphase wird aus der Abgabemündung 3a des Abgaberohrs 3 aus
der äußeren Röhre 1 ausgestoßen.
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Es
wurde der Betrieb des Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders
A gemäß der ersten
Ausführungsform
beschrieben. Der Dampf-Flüssigkeit-Abscheider
A bietet die folgenden Auswirkungen.
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Zuerst
geschieht, da sich der Auslass 2a des Zufuhrrohrs 2 und
die Abgabemündung 3a des
Abgaberohrs 3 axial gegenüberliegen und um einen vorbestimmten
axialen Abstand L voneinander entfernt sind, in dem in den Dampf-Flüssigkeit-Abscheider
A eingeführten
Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid
keine abrupte Änderung
in der Strömungsrichtung;
auf diese Weise ist ein Druckverlust, der in der Strömung des
Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluids
innerhalb des Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders
A auftritt, kleiner als bei einem Zyklon-Dampf-Flüssigkeit-Abscheider.
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Außerdem ist,
da die äußere Röhre 1 die
Abgabemündung 3a,
die in dem Abgaberohr 3 ausgebildet ist, umgibt, während eine
radiale Trennung um den vorbestimmten Abstand K zwischen der äußeren Röhre 1 und
der Abgabemündung 3a vorgesehen
ist, die Abgabemündung 3a von
der Innenwandoberfläche 1c der äußeren Röhre 1 radial
nach innen versetzt. Ferner ist die Öffnungsfläche (die dem Durchmesser Dout
entspricht) der Abgabemündung 3a,
die in dem Abgaberohr 3 ausgebildet ist, kleiner als die Öffnungsfläche (die
dem Durchmesser Din entspricht) des Auslasses 2a des Zufuhrrohrs 2.
Deshalb besteht eine geringe Wahrscheinlichkeit, dass in der Nähe der Innenwandoberfläche 1c der äußeren Röhre 1 stagnierend
verbleibende Flüssigphase
von einer Strömung
der Dampfphase erfasst wird und durch die Abgabemündung 3a des
Abgaberohrs 3 aus der äußeren Röhre 1 ausgestoßen wird,
wodurch die Flüssigphasenausbeute
des Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders
A gesteigert wird.
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Ferner
ist der Auslass 2a des Zufuhrrohrs 2 axial im
Inneren der äußeren Röhre 1 um
eine vorbestimmte axiale Entfernung Lin, gemessen von der axialen
Endfläche
der äußeren Röhre 1,
angeordnet; die Abgabemündung 3a,
die auf dem Abgaberohr 3 ausgebildet ist, ist um eine vorbestimmte
axiale Entfernung Lout, gemessen von der axialen Endfläche der äußeren Röhre 1,
axial im Inneren der äußeren Röhre 1 angeordnet;
und das Auslassrohr 4 ist in der Nähe der axialen Endfläche der äußeren Röhre 1 auf der
Seite zum Zufuhrrohr 2 hin angeordnet. Gemäß den experimentellen
Ergebnissen der vorliegenden Erfinder können die axialen Abstände Lin
und Lout in Relation zu den Abständen
L und K entsprechend eingestellt werden, so dass der Druck auf der
Innenwandoberfläche 1c der äußeren Röhre 1 in
einer solchen Art und Weise verteilt wird, dass er vom Abgaberohr 3 zum
Zufuhrrohr 2 allmählich
abnimmt. Die Verwendung dieses Abmessungsmerkmals verursacht, dass
Flüssigkeitströpfchen,
die an der Innenwandoberfläche 1c der äußeren Röhre 1 anhaften, sich
intensiv zum Zufuhrrohr 2 hin bewegen; auf diese Weise
wird die resultierende Flüssigkeit
intensiv aus dem Auslassrohr 4 ausgelassen, das in der
Nähe der
axialen Endfläche
der äußeren Röhre 1 auf
der Seite zum Zufuhrrohr 2 hin angeordnet ist. Daher wird,
selbst wenn die äußere Röhre 1 waagrecht
angeordnet ist, der Ausstoßwirkungsgrad
für durch
die Bildung von Flüssigkeitströpfchen erhaltene
Flüssigkeit
gesteigert.
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Außerdem ist,
da das Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid
linear in einer Richtung fließt, während es
entlang der im Einlassrohr 5 angeordneten schmalen Platte 8 gelangt,
die teilweise den Zufuhrpfad 7 bildet, ein während des
Hindurchgelangens auftretender Druckverlust gering. Da ferner ein Zyklon-Dampf- Flüssigkeit-Abscheider,
der eine große
Baugröße hat,
und bei dem ein relativ großer Druckverlust
auftritt, nicht verwendet wird, weist das System als Ganzes einen
kleinen Druckverlust auf und ist kompakt.
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Ferner
kann durch das Verleihen einer ausreichenden Länge für den Gummischlauch 6 des
Zufuhrpfads 7 der Gummischlauch 6 eine große Menge feiner
Flüssigkeitströpfchen (Dunst),
die unmittelbar nach dem Hindurchgelangen des Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluids
durch das Einlassrohr 5 erzeugt werden, gewinnen. Insbesondere
sieht ein ausreichend langer Gummischlauch 6 Zeit vor,
während
der eine große
Menge des schwebenden Dunstes sich zur Innenwandoberfläche des
Gummischlauchs 6 während
des Hindurchgelangens des Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluids durch
den Gummischlauch 6 bewegen kann. Der sich an der Innenwandoberfläche des
Gummischlauchs 6 sammelnde Dunst kann Flüssigkeitströpfchen bilden,
die dann mittels des Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders A leicht
gewonnen werden können.
Der Gummischlauch 6 ist nicht auf eine gerade Form eingeschränkt, sondern
kann auch eine gekrümmte
Form annehmen.
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Der
Dampf-Flüssigkeit-Abscheider
A gemäß der ersten
Ausführungsform
wurde oben beschrieben. Die Konfiguration des Zufuhrpfads 7 des Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders
A kann zum Beispiel wie in den 5 bis 7 gezeigt,
modifiziert werden.
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5 zeigt
schematisch eine erste Modifikation des Zufuhrpfads 7 des
Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders
A. Wie aus 5 hervorgeht, verwendet der
Zufuhrpfad 7 der ersten Modifikation anstelle des Gummischlauchs 6 ein
Verbindungsrohr 9, das Flanschteile 9a und 9b an
seinen entgegengesetzten Enden aufweist. Der Flanschteil 9a des
Verbindungsrohrs 9 ist mit dem Flanschteil 5a des
Einlassrohrs 5 durch die Verwendung von Verbindungselementen, wie
zum Beispiel Schrauben und Muttern, hermetisch verbunden, und der
Flanschteil 9b des Verbindungsrohrs 9 ist mit
einem Flanschteil 2c, der am Zufuhrrohr 2 ausgebildet
ist, durch die Verwendung von Verbindungselementen, wie zum Beispiel
Schrauben und Muttern, hermetisch verbunden, wodurch der Zufuhrpfad 7 gebildet
wird.
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6 zeigt
schematisch eine zweite Modifikation des Zufuhrpfads 7 des
Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders
A. Wie aus 6 hervorgeht, verwendet der
Zufuhrpfad 7 der zweiten Modifikation ein Verbindungsrohr 9,
das an seinen entgegengesetzten Enden keine Flanschteile 9a und 9b aufweist.
Das Verbindungsrohr 9 ist zwischen dem Zufuhrrohr 2 und dem
Einlassrohr 5 angeordnet, in dem die schmale Platte 8 in
der folgenden Art und Weise untergebracht ist. Ein linker Endteil
des Verbindungsrohrs 9 ist mit einem rechten Endteil des
Einlassrohrs 5 mittels eines Gummischlauchs 10 hermetische
verbunden, und ein rechter Endteil des Verbindungsrohrs 9 ist
mit einem linken Endteil des Zufuhrrohrs 2 mittels eines
Gummischlauchs 11 hermetisch verbunden, wodurch der Zufuhrpfad 7 gebildet
wird.
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7 zeigt
schematisch eine dritte Modifikation des Zufuhrpfads 7 des
Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders
A. Wie aus 7 hervorgeht, verwendet der
Zufuhrpfad 7 der dritten Modifikation keinen Gummischlauch 6,
sondern ist so konfiguriert, dass ein Teil des Zufuhrrohrs 2,
der aus der äußeren Röhre 1 hervorsteht,
verlängert
ist, und das Einlassrohr 5, in dem die schmale Platte 8 untergebracht
ist, ist im verlängerten
Teil des Zufuhrrohrs 2 untergebracht.
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Die
Konfiguration des Zufuhrrohrs 2 und der Abgabemündung 3 des
Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders
A können
zum Beispiel wie aus den 8A bis 8D hervorgeht,
modifiziert werden.
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8A zeigt
eine erste Modifikation der Konfiguration des Zufuhrrohrs 2 und
des Abgaberohrs 3 des Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders A gemäß der ersten
Ausführungsform.
Die Konfiguration von 8A ist hinsichtlich des Zufuhrrohrs 2 ähnlich wie in 1,
unterscheidet sich jedoch von 1 dahingehend,
dass die Abgabemündung 3a nicht
axial innerhalb der äußeren Röhre 1 angeordnet
ist, sondern an der axialen Position der Abdeckung 1b angeordnet
ist.
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8B zeigt
eine zweite Modifikation der Konfiguration des Zufuhrrohrs 2 und
des Abgaberohrs 3 des Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders A gemäß der ersten
Ausführungsform.
Die Konfiguration von 8B ist ähnlich der von 1 dahingehend,
dass das Zufuhrrohr 2 und das Abgaberohr 3 vorhanden sind,
unterscheidet sich jedoch von 1 dahingehend,
dass der Auslass 2a des Zufuhrrohrs 2 nicht axial
innerhalb der äußeren Röhre 1 angeordnet
ist, sondern an der axialen Position der Abdeckung 1a angeordnet
ist, und dass die Abgabemündung 3a des Abgaberohrs 3 nicht
axial innerhalb der äußeren Röhre 1 angeordnet
ist, sondern an der axialen Position der Abdeckung 1b angeordnet
ist.
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Gemäß den Konfigurationen
der 8A und 8B, können die
Abstände
Lin, Lout, L und K auch nicht entsprechend ihrem Verhältnis zueinander
bestimmt werden, was möglicherweise
dazu führt,
dass der zuvor beschriebene Effekt nicht auftritt, dass der Druck
auf der Innenwandoberfläche 1c der äußeren Röhre 1 so
verteilt wird, dass er vom Abgaberohr 3 zum Zufuhrrohr 2 allmählich abnimmt.
Daher wird in diesem Fall die äußere Röhre 1 senkrecht
angebracht, so dass das Auslassrohr 4 an einem unteren Teil
der äußeren Röhre 1 angeordnet
ist, wodurch sich gebildete Flüssigkeitströpfchen unter
ihrem Eigengewicht nach unten bewegen, wodurch der Ausstoßwirkungsgrad
für durch
die Ausbildung von Flüssigkeitströpfchen erhaltene
Flüssigkeit
erhöht
wird.
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8C zeigt
eine dritte Modifikation der Konfiguration des Zufuhrrohrs 2 und
des Abgaberohrs 3 des Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders A gemäß der ersten
Ausführungsform.
Die Konfiguration von 8C ist hinsichtlich des Zufuhrrohrs 2 demjenigen von 1 ähnlich,
unterscheidet sich jedoch von 1 dahingehend,
dass das Abgaberohr 3 nicht vorhanden ist, und ein Lochteil
einer ringförmigen
Abdeckung 1b der äußeren Röhre 1 als
die Abgabemündung 3a dient.
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8d zeigt
eine vierte Modifikation der Konfiguration des Zufuhrrohrs 2 und
des Abgaberohrs 3 des Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders A gemäß der ersten
Ausführungsform.
Die Konfiguration von 8D ähnelt hinsichtlich des Zufuhrrohrs 2 derjenigen
von 1, unterscheidet sich von 1 jedoch dahingehend,
dass nicht nur die Abgabemündung 3, sondern
auch die Abdeckung 1b nicht vorhanden sind, und die Innenwandoberfläche 1c der äußeren Röhre 1 die
Abgabemündung 3a definiert.
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Wie
in dem Fall der Konfigurationen der 8A und 8B kann
es auch gemäß den Konfigurationen
der 8C und 8D sein,
dass die Abstände
Lin, Lout, L und K nicht entsprechend ihrem gegenseitigen Verhältnis bestimmt
werden, was möglicherweise
dazu führt,
dass der zuvor beschriebene Effekt nicht auftritt, nämlich dass
der Druck auf der Innenwandoberfläche 1c der äußeren Röhre 1 so verteilt
wird, dass er vom Abgaberohr 3 zum Zufuhrroh 2 allmählich abnimmt.
Daher wird auch in diesem Fall die äußere Röhre 1 senkrecht angebracht,
so dass das Auslassrohr 4 an einem unteren Teil der äußeren Röhre 1 angeordnet
ist, wodurch sich gebildete Flüssigkeitströpfchen unter
ihrem eigenen Gewicht nach unten bewegen, wodurch der Ausstoßwirkungsgrad
für durch
die Bildung von Flüssigkeitströpfchen erhaltene
Flüssigkeit
gesteigert wird. Ferner wird, da das Abgaberohr nicht verwendet
wird, die Anzahl von Teilen verringert, wodurch die Herstellungskosten
gesenkt werden.
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Bei
der oben beschriebenen ersten Ausführungsform wird das Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid
in das Zufuhrrohr 2 des Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders A über das
Einlassrohr 5 und den Gummischlauch 6 eingespeist.
Es kann jedoch auch ein Zyklon-Dampf-Flüssigkeit-Abscheider B, der
in 1 gestrichelt dargestellt ist, am stromaufwärts liegenden
Ende (dem Flanschteil 5a) des Einlassrohrs 5 in Reihe
angeschlossen werden, um so als ein in der ersten Stufe eingesetzter
Dampf-Flüssigkeit-Abscheider
zu dienen.
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Der
Zyklon-Dampf-Flüssigkeit-Abscheider
B weist Folgendes auf: einen zylindrischen Behälter 100; ein Zufuhrrohr 101 zum
Zuführen
eines Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluids
in den Behälter 100 entlang
einer zur Zylinderinnenwandoberfläche des Behälters 100 tangentialen
Richtung; ein Abgaberohr 103, das auf der Mittelachse des
Behälters 100 angeordnet
ist und dazu ausgelegt ist, die nach der Abtrennung der Flüssigphase
verbleibende Dampfphase aus dem Inneren des Behälters 100 nach außen zu bringen;
und ein Auslassrohr 102 zum Auslassen der abgetrennten
Flüssigkeit
durch dieses hindurch aus dem Behälter 100 von einem
unteren Teil des Behälters 100.
Der Behälter 100 und
andere Komponenten werden senkrecht installiert.
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In
einer Ausführungsform,
welche den Zyklon-Dampf-Flüssigkeit-Abscheider
B als einen in einer ersten Stufe eingesetzten Dampf-Flüssigkeit-Abscheider
und den Dampf-Flüssigkeit-Abscheider
A als einen an der zweiten Stufe eingesetzten Dampf-Flüssigkeit-Abscheider
verwendet, wird ein Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid,
das zum Beispiel als ein Ergebnis einer chemischen Reaktion in einer
Brennstoffzelle erzeugt wird, in das Zufuhrrohr 101 des
an der ersten Stufe eingesetzten Zyklon- Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders B eingeführt. Das
Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid,
das in den Behälter 100 aus
dem Zufuhrrohr 101 eingelassen wird, strömt in einem
verwirbelten Zustand von der zylindrischen Innenwandoberfläche des
Behälters 100 zur
Mittelachse des Behälters 100.
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Im
Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid
erzeugte Zentrifugalkraft veranlasst, dass die Flüssigphase,
die ein höheres
spezifisches Gewicht als die Dampfphase hat, zur zylindrischen Innenwandoberfläche des
Behälters 100 fliegt,
wodurch die Flüssigphase
von der Dampfphase getrennt wird. Die abgetrennte Flüssigphase
trifft auf die Zylinderinnenwandoberfläche des Behälters 100, um dort
Flüssigkeitströpfchen auszubilden.
Die auf diese Weise gebildete Flüssigkeit
wird durch das Auslassrohr 102 aus dem Behälter 100 nach
außen
geleitet, um dort aufgefangen zu werden. Die nach der Abtrennung der
Flüssigphase
verbleibende Dampfphase wird durch das Abgaberohr 103,
das an der Mittelachse des Behälters 100 angeordnet
ist, aus dem Behälter 100 nach
außen
abgegeben, während
es die Drallgeschwindigkeitskomponente beibehält. Auf diese Weise werden
die Dampfphase und die Flüssigphase des
Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluids
voneinander getrennt.
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Es
kann jedoch selbst durch die Verwendung des Zyklon-Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders B nicht die
gesamte Flüssigphase
aus dem Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid extrahiert
werden. Tatsächlich ist
immer noch eine Flüssigphase
in der Dampfphase enthalten, die aus dem Abgaberohr 103 aus
dem Behälter 100 nach
außen
geliefert wird. Daher wird ein Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid, das
eine Drallgeschwindigkeitskomponente aufweist, durch das Abgaberohr 103 aus
dem Behälter 100 nach
außen geleitet.
Nach dem Ausstoß aus
dem Abgaberohr 103 wird an dem Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid, das
die Drallgeschwindigkeitskomponente aufweist, innerhalb des an der
zweiten Stufe eingesetzten Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders
A eine erneute Trennung in die Dampfphase und die Flüssigphase
in einer Art und Weise durchgeführt,
die derjenigen in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ähnlich ist.
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In
der Ausführungsform,
welche den an der ersten Stufe eingesetzten Zyklon-Dampf-Flüssigkeit-Abscheider
B und den an der zweiten Stufe eingesetzten Dampf-Flüssigkeit-Abscheider
A verwendet, die in Reihe angeordnet sind, kann der an der zweiten
Stufe eingesetzte Dampf-Flüssigkeit-Abscheider
A die Flüssigphase
gewinnen, die der an der ersten Stufe eingesetzte Zyklon-Dampf-Flüssigkeit-Abscheider B nicht
aus dem Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid
gewonnen hat, wodurch die Gesamtausbeute für die Flüssigphase gesteigert wird.
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Insbesondere
wird, während
das aus dem Zyklon-Dampf-Flüssigkeit-Abscheider B ausgestoßene und
eine Drallgeschwindigkeitskomponente aufweisende Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid
durch das Einlassrohr 5 gelangt, die Drallgeschwindigkeitskomponente
beschleunigt; auf diese Weise hat das Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid,
das aus dem Auslass 2a des Zufuhrrohrs 2 ausgestoßen wird,
das einen Teil des Zufuhrpfads 7 bildet, eine verstärkte Drallgeschwindigkeitskomponente.
Die auf diese Weise verstärkte
Drallgeschwindigkeitskomponente erhöht die Zentrifugalkraft, die
auf die Flüssigphase des
Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluids
wirkt, das aus dem Auslass 2a ausgestoßen wird, wodurch die Ausbeute
für die
Flüssigphase
gesteigert wird.
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Da
der an der zweiten Stufe eingesetzte Dampf-Flüssigkeit-Abscheider A einen
kleineren Druckverlust als der an der ersten Stufe verwendete Zyklon-Dampf-Flüssigkeit-Abscheider
B hat, ist ein kombinierter Druckverlust der ersten und der zweiten Stufe
kleiner als in dem Fall, wo zwei Zyklon-Dampf-Flüssigkeit-Abscheider B in Reihe
geschaltet werden.
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Als
Nächstes
folgt eine Beschreibung der Konfiguration des Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders
A gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung anhand der 9. 9 ist
eine schematische Schnittdarstellung, in der der Dampf-Flüssigkeit-Abscheider
A der zweiten Ausführungsform dargestellt
ist. Die in 9 gezeigte zweite Ausführungsform
unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform hauptsächlich dahingehend,
dass das Abgaberohr 103 des an der ersten Stufe eingesetzten Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders
B auch als der Zufuhrpfad 7 des an der zweiten Stufe eingesetzten Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders
A dient.
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Die
zweite Ausführungsform
ermöglicht
das Weglassen des Zufuhrpfads 7 des an der zweiten Stufe
verwendeten Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders A,
wodurch die Anzahl der Teile verringert wird und daher die Herstellungskosten
gesenkt werden. Da der an der zweiten Stufe eingesetzte Dampf-Flüssigkeit-Abscheider
A und der an der ersten Stufe eingesetzte Zyklon-Dampf-Flüssigkeit-Abscheider
B direkt miteinander verbunden sind, wird die axiale Gesamtlänge der
Dampf-Flüssigkeit-Abscheidervorrichtung, die
aus den Abscheidern A und B besteht, verringert. Die zweite Ausführungsform
bietet Aktionen und Auswirkungen, die im Wesentlichen ähnlichen
denjenigen der ersten Ausführungsform
sind, weshalb deren wiederholte Beschreibung weggelassen wird.
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Während die
vorliegende Erfindung anhand der ersten und der zweiten Ausführungsform
beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung hierauf nicht eingeschränkt, sondern
kann gegebenenfalls modifiziert werden, ohne dass dadurch vom Geist
oder Umfang der Erfindung abgewichen wird.
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Die
erste Ausführungsform,
die in 1 gezeigt ist, verwendet die schmale Platte 8,
die in dem Einlassrohr 5 vorgesehen ist, das einen Teil
des Zufuhrpfads 7 bildet. Die schmale Platte 8 kann
jedoch auch weggelassen werden. In diesem Fall verleiht nur der
Zyklon Dampf-Flüssigkeit-Abscheider
B, der in 1 gestrichelt dargestellt ist,
dem Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid
eine Drallgeschwindigkeitskomponente. Selbst in diesem Fall kann
der an der zweiten Stufe eingesetzte Dampf-Flüssigkeit-Abscheider A die Flüssigphase
gewinnen, die der an der ersten Stufe eingesetzte Zyklon-Dampf-Flüssigkeit-Abscheider
B nicht aus dem Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid
entnommen hat, wodurch die Ausbeute für die Flüssigphase erhöht wird.
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In
der zweiten Ausführungsform
kann die in der ersten Ausführungsform
verwendete schmale Platte 8 innerhalb des Abgaberohrs 103 des
Zyklon-Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders
B vorgesehen werden. In diesem Fall wird das Dampf-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid,
das durch den an der ersten Stufe eingesetzten Zyklon-Dampf-Flüssigkeit-Abscheider
B gelangt ist, hinsichtlich der Drallgeschwindigkeitskomponente
im Abgaberohr 103 weiter beschleunigt, wodurch die Dampf-Flüssigkeit-Trennung weiter
beschleunigt wird, die mittels der Zentrifugalkraft in dem an der
zweiten Stufe eingesetzten Dampf-Flüssigkeit-Abscheider A durchgeführt wird und
auf diese Weise die Ausbeute für
die Flüssigphase
innerhalb des Dampf-Flüssigkeit-Abscheiders
A weiter gesteigert wird.