EP0583657A2

EP0583657A2 - Method of dissipating heat

Info

Publication number: EP0583657A2
Application number: EP93112039A
Authority: EP
Inventors: Bernhard Prof. Dr. Leidinger
Original assignee: Deutsche Aerospace AG; Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 1992-08-20
Filing date: 1993-07-28
Publication date: 1994-02-23
Also published as: EP0583657A3

Abstract

In a method of dissipating heat, in which, in a process space, an evaporator fluid is brought into thermal contact with a medium to be cooled and in this connection is transferred into the vapour phase, a part of the vapour flow produced is fed back into the inlet region of the process space and is added to the phase mixture present there. The part vapour flow which is fed back is either a dry, if appropriate slightly superheated vapour or a wet vapour, i.e. saturated with liquid evaporator fluid. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abführen von Wärme mittels eines Verdampferfluids, das in einem Prozeßraum in thermischen Kontakt mit einem zu kühlenden Medium gebracht und dabei in den dampfförmigen Zustand überführt wird. Ferner betrifft sie eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.The invention relates to a method for dissipating heat by means of an evaporator fluid which is brought into thermal contact with a medium to be cooled in a process space and is thereby converted into the vapor state. It also relates to an apparatus for performing such a method.

Kälteanlagen werden vielfach noch mit Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoff (FCKW-)haltigen Verdampferfluiden betrieben. Zwar wird wegen der Schädlichkeit dieser Substanzen für die Erdatmosphäre immer stärker deren Substitution gefordert, jedoch konnte bis heute noch keine vollständig befriedigende Ersatzflüssigkeit gefunden werden. Aus diesem Grund wird zunehmend häufiger wieder auf Ammoniak (NH₃) als Verdampferfluid zurückgegriffen, dessen Einsatz in der Kältetechnik bereits seit langem bekannt ist.Refrigeration systems are often still operated with vaporizer fluids containing chlorofluorocarbons (CFCs). Because of the harmfulness of these substances to the earth's atmosphere, their substitution is increasingly being demanded, but to date no fully satisfactory replacement fluid has been found. Because of this, is becoming increasingly common again using ammonia (NH₃) as an evaporator fluid, the use of which in refrigeration technology has been known for a long time.

Ammoniak stellt in höheren Konzentrationen nicht nur eine gesundheitsgefährdende Substanz dar, es ist zudem brennbar und innerhalb gewisser Grenzen, etwa zwischen 15 und 27 Volumenprozent, in Luft explosiv. Deshalb wird angestrebt, die in einer Kälteanlage vorhandene Ammoniakmenge möglichst gering zu halten und man versucht, statt sogenannter "nasser", d.h. mit flüssigem Kältemittel überfluteter Verdampfungswärmetauscher "trockene" Verdampfer einzusetzen, in denen sich zu jedem Zeitpunkt nur die Menge flüssigen Ammoniaks befindet, die für die Aufnahme und Abführung der gerade anfallenden Wärme erforderlich ist.In higher concentrations, ammonia is not only a substance that is hazardous to health, it is also flammable and explosive in air within certain limits, for example between 15 and 27 percent by volume. Therefore, the aim is to keep the amount of ammonia present in a refrigeration system as low as possible and instead of so-called "wet", i.e. Evaporative heat exchanger flooded with liquid refrigerant to use "dry" evaporators, in which at any time there is only the amount of liquid ammonia that is necessary for the absorption and dissipation of the heat just generated.

Ein derartiges Konzept aber hat bei dem Verfahren gemäß dem Gattungsbegriff zur Folge, daß in einem nach diesem Verfahren betriebenen Verdampfungswärmetauscher grundsätzlich drei Zonen existieren, in denen unterschiedliche, voneinander abhängige Prozesse ablaufen. Dies sind im einzelnen: eine erste Zone, in der flüssiges, unterkühltes Ammoniak auf die Siedetemperatur erhitzt wird, eine zweite Zone, in der das Ammoniak bei praktisch konstanter Temperatur verdampft, und eine dritte Zone, in der das dampfförmige Ammoniak, wenn auch in der Regel nur geringfügig, überhitzt wird.However, such a concept has the consequence in the method according to the generic term that in an evaporative heat exchanger operated according to this method there are basically three zones in which different, interdependent processes take place. These are in detail: a first zone in which liquid, supercooled ammonia is heated to the boiling temperature, a second zone in which the ammonia evaporates at a practically constant temperature, and a third zone in which the vaporous ammonia, albeit in the Usually only slightly, overheating.

Das zu kühlende Medium, bei dem es sich im Bereich der chemischen Verfahrenstechnik beispielsweise um eine Substanz bzw. ein Gemisch von Substanzen handelt, in der bzw. in dem gerade eine Reaktion abläuft, gelangt dadurch mit wenigstens drei verschiedenen Bereichen in thermischen Kontakt, in denen die Temperatur der jeweiligen Wärmesenke unterschiedlich ist und in denen unterschiedliche Wärmeübergangswiderstände vorliegen. Insbesondere im Verdampfungsbereich, d.h. in der zweiten Zone, hängt der Wärmeübergangskoeffizient sehr stark vom Dampfgehalt ab. Derartige Ungleichmäßigkeiten auf der Verdampferseite aber können zu Dishomogenitäten auf der Seite des zu kühlenden Mediums mit möglicherweise sehr nachteiligen Effekten, beispielsweise bei der Produktion chemischer Substanzen, führen. Bei "nassen" Verdampfern sind diese Probleme weitgehend ausgeschlossen, da in diesem Fall die Dampfqualität und die Verdampfungstemperatur in allen Stellen des Prozeßraumes nahezu konstant gehalten werden kann.The medium to be cooled, which in the field of chemical process engineering is, for example, a substance or a mixture of substances in or in which a reaction is currently taking place, thereby comes into thermal contact with at least three different regions in which the temperature of each heat sink is different and in which there are different heat transfer resistances. Especially in the evaporation area, ie in the second zone, the heat transfer coefficient depends very much on the steam content. However, such non-uniformities on the evaporator side can lead to dishomogeneities on the side of the medium to be cooled, with potentially very disadvantageous effects, for example in the production of chemical substances. With "wet" evaporators, these problems are largely excluded, since in this case the steam quality and the evaporation temperature can be kept almost constant in all points of the process space.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem sich auch bei sogenannten "trockenen" Verdampfungswärmetauschern ein möglichst gleichmäßiger Verlauf der Wärmesenkentemperatur sowie der Wärmeübergangswiderstände im gesamten Prozeßraum erzielen läßt. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens bereitzustellen.The object of the invention is to provide a method with which the heat sink temperature and the heat transfer resistances in the entire process space can be as uniform as possible, even in the case of so-called "dry" evaporative heat exchangers. Furthermore, it is an object of the invention to provide an apparatus for performing this method.

Die Erfindung löst die erste Aufgabe durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.The invention achieves the first object by a method with the characterizing features of patent claim 1.

Hierbei wird erfindungsgemäß ein Teilstrom des im Prozeßraum gebildeten Dampfes aus dem Austrittsbereich der Strömung wieder in die Verdampfungszone zurückgeführt und dort dem zu verdampfenden, in den Prozeßraum eintretenden Fluid zugemischt. Diese Rezirkulation eines Teilstroms des verdampften Mediums hat zur Folge, daß der Dampfgehalt und damit der Wärmeübergangskoeffizient bereits im vorderen Bereich des Prozeßraumes, bei beginnender Verdampfung, auf denjenigen Wert angehoben wird, der ohne diese Maßnahme erst im strömungsmäßig gesehen hinteren Bereich des Prozeßraumes, nahe dem Auslaß für den erzeugten Dampf, auftreten würde. Ferner wird durch die in weiterer Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung vorgesehene Vermischung von überhitztem und nassem Dampf eine weitgehende Vergleichmäßigung des Temperaturverlaufs im Prozeßraum erzielt, die sich nachhaltig positiv auf den auf der wärmeabgebenden Seite ablaufenden Prozeß auswirkt.Here, according to the invention, a partial stream of the steam formed in the process space is returned from the outlet area of the flow back into the evaporation zone and mixed there with the fluid to be evaporated and entering the process space. This recirculation of a partial flow of the evaporated medium has the consequence that the steam content and thus the heat transfer coefficient is raised in the front area of the process space, when evaporation begins, to the value which is only in the flow without this measure seen rear area of the process room, near the outlet for the generated steam, would occur. Furthermore, the mixing of superheated and wet steam, which is provided in a further embodiment of the method according to the invention, largely homogenizes the temperature profile in the process space, which has a lasting positive effect on the process taking place on the heat-emitting side.

Bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist als Verdampferfluid Ammoniak (NH₃) vorgesehen, jedoch ist das Verfahren keineswegs auf die Verwendung dieser Substanz beschränkt. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, anstelle von überhitztem Dampf, der dem Prozeßraum nahe dem Auslaßbereich entnommen wird, den rückzuführenden Teil-Dampfstrom einem näher an der Eintrittsseite für das zu verdampfende Medium gelegenen Teilbereich des Prozeßraumes zu entnehmen, in dem ein zwar bereits hoher Gehalt an Dampf vorliegt, der aber noch Anteile von unverdampftem Fluid enthält und der deswegen noch als "naß" bezeichnet werden kann. Dies kann durch eine Separation von Flüssigkeit und Dampf geschehen, durch die in diesem Teilbereich des Prozeßraumes eine Reduzierung des Dampfgehaltes auf Werte herbeigeführt wird, wie sie sich ohne die erfindungsgemäß vorgesehene Rückführung eines Teil-Dampfstromes in den Eintrittsbereich in diesem Teil des Prozeßraumes einstellen würden. Diese Variante des Verfahrens nach der Erfindung hat zwar zur Folge, daß durch die vorgesehene Vermischung im Eintrittsbereich kein Temperaturausgleich für den gesamten Prozeßraum erreicht wird, da die beiden sich mischenden Teilströme praktisch die gleiche Temperatur aufweisen, jedoch wird durch diese Maßnahme andererseits der Bereich sehr hoher Wärmeübergangszahl maßgeblich verkleinert und beschränkt sich praktisch nur noch auf die unmittelbare Umgebung des Auslaßbereichs.In the preferred embodiment of the method according to the invention ammonia (NH₃) is provided as the evaporator fluid, but the method is by no means limited to the use of this substance. In a further embodiment of the invention, instead of superheated steam, which is removed from the process space near the outlet area, the partial steam flow to be recycled is taken from a partial area of the process space located closer to the inlet side for the medium to be evaporated, in which an already high area Steam content is present, but which still contains portions of undevaporated fluid and which can therefore still be described as "wet". This can be done by separating liquid and steam, by means of which in this part of the process space a reduction of the steam content to values is achieved, as would occur without the partial steam flow being returned to the entry region in this part of the process space. This variant of the method according to the invention has the result that the intended mixing in the inlet area does not result in temperature compensation for the entire process space, since the two partial streams mixing are practically the same temperature, but this measure on the other hand makes the area very high Heat transfer coefficient is decisive reduced in size and practically limited to the immediate vicinity of the outlet area.

Der Wärmeübergang einer in Rohren verdampfenden Flüssigkeitsströmung hängt von den folgenden Parametern ab:

Wärmeübergang der reinen Flüssigkeitsströmung
Wärmeübergang der reinen Gasströmung
Verhältnis der spezifischen Dichten der Flüssigkeit und des Gases
Aktueller Dampfgehalt.

The heat transfer of a liquid flow evaporating in pipes depends on the following parameters:

Heat transfer of the pure liquid flow
Heat transfer of the pure gas flow
Ratio of the specific densities of the liquid and the gas
Current steam content.

Er nimmt seinen kleinsten Wert bei 100% Dampfgehalt (geringe Wärmeleitfähigkeit) und seinen größten Wert bei etwa 80-90% Dampfgehalt (hohe Strömungsgeschwindigkeit) an.It takes on its smallest value at 100% steam content (low thermal conductivity) and its largest value at around 80-90% steam content (high flow velocity).

Die Erhöhung ist so groß, beispielsweise etwa Faktor 20 bei Wasser, daß es für einige Prozesse sinnvoll erscheint, diesen Bereich (80-90% Dampfgehalt) zu vermeiden.The increase is so great, for example about a factor of 20 for water, that it seems reasonable for some processes to avoid this area (80-90% steam content).

Die Lösung der weiteren Aufgabe erfolgt durch einen Verdampfungswärmetauscher mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 6. Vorteilhafte Weiterbildungen des Wärmetauschers nach der Erfindung beziehen sich auf besonders geeignete Maßnahmen zur Erzielung eines möglichst hohen Wirkungsgrades sowie zur Entnahme des Teil-Dampfstromes aus dem Prozeßraum und zur Dampfführung im Prozeßraum.The further task is solved by an evaporative heat exchanger with the characterizing features of patent claim 6. Advantageous further developments of the heat exchanger according to the invention relate to particularly suitable measures for achieving the highest possible efficiency and for removing the partial steam flow from the process space and for guiding the steam in the Process room.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung eines Teils einer Kälteanlage,
Fig. 2 und 3: einen Längs- und einen Querschnitt durch einen Verdampfungswärmetauscher,
Fig. 4: die schematische Darstellung einer zur Anordnung nach Fig. 1 alternativen Anordnung,
Fig. 5: einen Detailschnitt durch eine Komponente der Anordnung gemäß Fig. 4 und
Fig. 6: die in Fig. 5 gezeigte Anordnung in einer Draufsicht.

The invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments shown in the drawing. Show it:

Fig. 1: a schematic representation of part of a refrigeration system,
2 and 3: a longitudinal and a cross section through an evaporative heat exchanger,
Fig. 4: 1 shows a schematic illustration of an alternative arrangement to the arrangement according to FIG. 1,
Fig. 5: a detail section through a component of the arrangement of FIG. 4 and
Fig. 6: the arrangement shown in Fig. 5 in a plan view.

Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Teil einer Kälteanlage besteht aus einem mehrstufig, in diesem Fall zweistufig aufgebauten Verdampfungswärmetauscher 1. Die beiden Stufen dieses Wärmetauschers 1, der Vorverdampfer 2 und der Hauptverdampfer 2, umfassen jeweils zylindrische Prozeßräume 4 und 5, durch die in einem ersten Rohrleitungssystem 6 ein zu kühlendes Medium geleitet wird. Zugleich wird in diese Prozeßräume 4 und 5 das zu verdampfende Medium, im Fall des hier beschriebenen Ausführungsbeispiels Ammoniak (NH₃), über ein zweites Rohrleitungssystem 7 eingebracht. An dieses zweite Rohrleitungssystem 7 ist eine Rückführleitung 8 angeschlossen. Diese verbindet den Auslaßbereich des Hauptverdampfers 3 mit dessen Einlaßbereich. Die Leitungssysteme 6, 7 und 8 werden dabei jeweils in der durch Pfeile angedeuteten Richtung durchströmt, d.h., das zu kühlende Medium durchströmt die Anordnung in entgegengesetzter Richtung wie das zu verdampfende Medium. Dadurch ergibt sich eine optimale Nutzung des eingesetzten Verdampferfluids. Ein Teil des im Hauptverdampfer 3 erzeugten und gegebenenfalls leicht überhitzten trockenen, d.h. keine flüssigen Bestandteile mehr enthaltenen Dampfes wird nach dem Verlassen des Prozeßraumes 5 über die Rückführleitung 8 an den Eintrittsbereich des Hauptverdampfers 3 zurückgeführt, dort mit dem aus dem Vorverdampfer 2 einströmenden nassen Ammoniakdampf vermischt und erneut in den Hauptverdampfer 3 eingespritzt. Durch diese Rezirkulation eines Teils des Ammoniak-Dampfstromes wird der Dampfgehalt des in den Prozeßraum 5 einströmenden Mediums stark angehoben, und es stellt sich zugleich in diesem Prozeßraum 5 eine weitgehend gleichmäßige Temperaturleitung ein.The part of a refrigeration system shown schematically in Fig. 1 consists of a multi-stage, in this case two-stage evaporative heat exchanger 1. The two stages of this heat exchanger 1, the pre-evaporator 2 and the main evaporator 2, each include cylindrical process rooms 4 and 5, through which in one first pipe system 6 a medium to be cooled is passed. At the same time in these process rooms 4 and 5, the medium to be evaporated, in the case of the embodiment described here ammonia (NH₃), introduced through a second piping system 7. A return line 8 is connected to this second pipeline system 7. This connects the outlet area of the main evaporator 3 with its inlet area. The line systems 6, 7 and 8 are flowed through in each case in the direction indicated by arrows, ie the medium to be cooled flows through the arrangement in the opposite direction to the medium to be evaporated. This results in optimal use of the evaporator fluid used. Part of the im Main evaporator 3 generated and possibly slightly overheated dry, that is to say no more liquid constituents, is returned after leaving the process space 5 via the return line 8 to the inlet area of the main evaporator 3, where it is mixed with the wet ammonia vapor flowing in from the pre-evaporator 2 and again into the Main evaporator 3 injected. As a result of this recirculation of part of the ammonia steam flow, the steam content of the medium flowing into the process space 5 is increased sharply, and a largely uniform temperature conduction occurs in this process space 5 at the same time.

Fig. 2 zeigt einen Verdampfungswärmetauscher 11, wie er im Prinzip dem in Fig. 1 dargestellten Hauptwärmetauscher 3 entspricht. Er besteht aus einem zylindrischen Prozeßraum 12, in dem ein Bündel von Einzelrohren 13 angeordnet ist. Durch diese Rohre 13 wird jedoch, anders als bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung, das zu verdampfende Medium, auch in diesem Fall wieder Ammoniak, geleitet, während das zu kühlende Medium den zwischen den Rohren 13 verbleibenden Teil des Prozeßraumes 12 durchströmt. Die einzelnen Rohre 13 sind, wie durch die Querschnittdarstellung in Fig. 3 verdeutlicht werden soll, zu, zwei separaten Bündeln 14 und 15 zusammengefaßt, von denen das Rohrbündel 15 das, Bündel 14 konzentrisch umgibt.FIG. 2 shows an evaporative heat exchanger 11 as it corresponds in principle to the main heat exchanger 3 shown in FIG. 1. It consists of a cylindrical process chamber 12 in which a bundle of individual tubes 13 is arranged. However, unlike the arrangement shown in FIG. 1, the medium to be evaporated, again ammonia in this case, is passed through these tubes 13, while the medium to be cooled flows through the part of the process space 12 remaining between the tubes 13. The individual tubes 13 are, as is to be illustrated by the cross-sectional illustration in FIG. 3, combined into two separate bundles 14 and 15, of which the tube bundle 15 concentrically surrounds the bundle 14.

Das innenliegende Rohrbündel 14 ist über eine sich an den Endbereichen konisch erweiternde Zuleitung 16 mit einem Einlaßventil 17 verbunden, das eine Einspritzdüse 18 beaufschlagt. Über einen Sammelraum 19, der an dem dem Einlaßventil 17 abgewandten Endbereich des Prozeßraumes 12 angeordnet ist, sind die beiden Rohrbündel 14 und 15 miteinander verbunden. Schließlich mündet das äußere Rohrbündel 15 einlaßseitig in einen sich konisch verjüngenden Sammelraum 20, an den sich ein radial angeordneter Auslaß 21 anschließt. Zugleich ist der Sammelraum 20 aber auch über eine Rückführöffnung 22 mit der Zuleitung 16 für das erste Rohrbündel 14 verbunden. Die Zu- und Abfuhr für das zu kühlende Medium erfolgen über einen ringförmigen Einlaßraum 23 und einen Auslaßraum 24.The inner tube bundle 14 is connected via a feed line 16, which widens conically at the end regions, to an inlet valve 17 which acts on an injection nozzle 18. The two tube bundles 14 and 15 are connected to one another via a collecting space 19 which is arranged on the end region of the process space 12 facing away from the inlet valve 17. Finally it ends outer tube bundle 15 on the inlet side in a conically tapering collecting space 20, which is followed by a radially arranged outlet 21. At the same time, the collecting space 20 is also connected to the feed line 16 for the first tube bundle 14 via a return opening 22. The medium to be cooled is supplied and removed via an annular inlet space 23 and an outlet space 24.

Bei der in den Figuren 2 und 3 gezeigten Anordnung wird das Verdampferfluid, das bereits aus einem hier nicht dargestellten Vorverdampfer stammt, über das Einlaßventil 17, die Einspritzdüse 18 sowie die Rohrleitung 16 in das innere Rohrbündel 14 eingespeist. Durch den thermischen Kontakt mit dem im Gegenstrom an den Rohren 13 vorbeiströmenden zu kühlenden Medium und den dabei erfolgenden Wärmeübergang wird das noch verbleibende flüssige Verdampferfluid nahezu vollständig in den dampfförmigen Aggregatzustand überführt. In den Sammelraum 19 gelangt dadurch ein bereits vergleichsweise trockener, d.h. kaum noch Anteile an unverdampftem Ammoniak enthaltender Dampf, der hier in seiner Strömungsrichtung umgelenkt und in das äußere Rohrbündel 15 geleitet wird. In diesem strömt er unter weiterer Wärmeaufnahme in den zweiten Sammelraum 20. Auf diesem Weg ist nicht nur das etwaig noch vorhandene, restliche flüssige Ammoniak verdampft, sondern zugleich eine geringfügige Überhitzung erreicht, so daß an dieser Stelle ein trockener und leicht überhitzter Dampf vorliegt.In the arrangement shown in FIGS. 2 and 3, the evaporator fluid, which already comes from a pre-evaporator (not shown here), is fed into the inner tube bundle 14 via the inlet valve 17, the injection nozzle 18 and the pipeline 16. As a result of the thermal contact with the medium to be cooled flowing past the tubes 13 in countercurrent and the heat transfer taking place in the process, the remaining liquid evaporator fluid is almost completely converted into the vaporous state. An already comparatively dry, i.e. hardly any proportions of unevaporated ammonia-containing steam, which is deflected here in its direction of flow and passed into the outer tube bundle 15. In this, it flows into the second collecting space 20 with further absorption of heat. In this way, not only is any remaining liquid ammonia evaporated, but at the same time a slight overheating is achieved, so that a dry and slightly overheated steam is present at this point.

Der Sammelraum 20 weist einen in Richtung auf das Einlaßventil 17 sich leicht verjüngenden Querschnitt auf, wodurch er als Ejektor wirkt und den Dampf in Richtung auf diese Querschnittsverjüngung beschleunigt. Die dabei entstehende Druckabsenkung saugt den nachströmenden Dampf gleichsam durch die Rohranordnung. Während der größere Teil des in den Ejektor 20 eintretenden trockenen Ammoniakdampfes über den Auslaß 21 abströmt, gelangt der restliche Teil durch die Öffnung 22 in den die Einspritzdüse 18 umgebenden, sich ebenfalls konisch verjüngenden Einlaßteil der Zuleitung 16. Dieser Bereich wirkt somit gleichermaßen als Ejektor, in diesem Fall auf den vom Vorverdampfer einströmenden Naßdampf, wobei die dabei auftretende Druckabsenkung für das Ansaugen des trockenen Teildampfstromes genutzt wird. Zugleich ist dieser Bereich als Venturidüse ausgebildet, so daß es, nach erfolgte Zumischung des trockenen Ammoniakdampfes zum neu einströmenden nassen Dampf, hinter dieser Düse zu einem erneuten Druckanstieg kommt. Die Wirkung des zugemischten trockenen Dampfes ist auch hier wieder die gleiche, wie sie, bereits anhand von Fig. 1 beschrieben wurde.The collecting space 20 has a slightly tapering cross-section in the direction of the inlet valve 17, as a result of which it acts as an ejector and accelerates the steam in the direction of this cross-sectional taper. The resulting drop in pressure sucks the inflowing Steam as it were through the pipe arrangement. While the greater part of the dry ammonia vapor entering the ejector 20 flows out via the outlet 21, the remaining part passes through the opening 22 into the inlet part 16 of the feed line 16, which is also conically tapering and surrounds the injection nozzle 18. This region thus acts equally as an ejector, in this case to the wet steam flowing in from the pre-evaporator, the pressure drop occurring being used for the suction of the dry partial steam flow. At the same time, this area is designed as a Venturi nozzle, so that after the dry ammonia vapor has been admixed with the newly flowing wet steam, there is a renewed increase in pressure behind this nozzle. The effect of the mixed dry steam is again the same as that which has already been described with reference to FIG. 1.

An dieser Stelle sei angemerkt, daß es, abweichend von den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen, nicht in jedem Fall erforderlich ist, einen separaten Vorverdampfer vorzusehen. Die beschriebene Wirkung der Rezirkulation eines Teils des erzeugten Dampfstromes, nämlich ein Anheben des Wärmeübergangskoeffizienten im stromabwärtigen (bezogen auf das Verdampferfluid) Verdampferbereich und einer gleichmäßigeren Temperaturverteilung, läßt sich selbstverständlich auch in einem einstufigen Verdampfer nutzen, bei dem in das Einlaßventil 17 ein noch flüssiges Verdampfermedium ohne Gasanteile eingespeist wird.At this point it should be noted that, in contrast to the exemplary embodiments described here, it is not always necessary to provide a separate pre-evaporator. The described effect of the recirculation of part of the generated steam flow, namely an increase in the heat transfer coefficient in the downstream (based on the evaporator fluid) evaporator area and a more uniform temperature distribution, can of course also be used in a single-stage evaporator in which a still liquid evaporator medium is used in the inlet valve 17 is fed in without gas components.

Fig. 4 zeigt einen aus Vorverdampfer 31, Hauptverdampfer 32 und Nachverdampfer 33 bestehenden dreistufigen Verdampfungswärmetauscher. Wie auch bei den vorangehend beschriebenen Anordnungen können diese Stufen selbstverständlich alle in einem gemeinsamen Gehäuse integriert sein. Das Leitungssystem für das zu kühlende Medium besteht aus den Rohrleitungen 36, während die Strömung des Verdampferfluids über die Rohrleitungen 37 erfolgt. Anders als bei den beiden zuvor beschriebenen Anordnungen wird in diesem Fall jedoch der über die Rückführleitung 38 rezirkulierte Teildampfstrom nicht dem trockenen, überhitzten Dampfstrom entnommen, wie er am Nachverdampfer 33 vorliegt, sondern aus dem Bereich hohen, aber nassen Dampfgehaltes, der bei dieser dreistufigen Anordnung am Ausgang des Hauptverdampfers 32 gegeben ist. Die Entmischung erfolgt mittels eines Zyklonabscheiders 39, der im Detail aus den Figuren 5 und 6 ersichtlich ist.4 shows a three-stage evaporative heat exchanger consisting of pre-evaporator 31, main evaporator 32 and post-evaporator 33. As with the arrangements described above, these stages can of course all be in one Housing be integrated. The line system for the medium to be cooled consists of the pipes 36, while the flow of the evaporator fluid takes place via the pipes 37. In contrast to the two previously described arrangements, in this case the partial steam flow recirculated via the return line 38 is not taken from the dry, superheated steam flow, as is present at the reboiler 33, but from the area of high but wet steam content in this three-stage arrangement is given at the outlet of the main evaporator 32. The separation takes place by means of a cyclone separator 39, which can be seen in detail from FIGS. 5 and 6.

Hierbei handelt es sich um eine trichterförmig aufgebaute Anordnung, in die über eine radial angebrachte Einlaßöffnung 40 das zu separierende Zweiphasen-Gemisch einströmt. Unter der Wirkung von Beschleunigungskräften, die aus der konischen Querschnittsverjüngung resultieren, fließen die in dem Gemisch enthaltenen Flüssigkeitsanteile in eine an der Spitze des Trichters vorgesehenen Öffnung 41, während der dampfförmige Anteil über ein im erweiterten Teil angeordnetes axiales Rohr 42 abströmt.This is a funnel-shaped arrangement into which the two-phase mixture to be separated flows in via a radially arranged inlet opening 40. Under the action of acceleration forces resulting from the conical cross-sectional tapering, the liquid components contained in the mixture flow into an opening 41 provided at the top of the funnel, while the vaporous component flows out via an axial pipe 42 arranged in the enlarged part.

Durch diese separierende Wirkung des Zyklonabscheiders 39 gelangt gesägtigter, d.h. nasser Dampf über die Rückführleitung 38 in den Einlaßbereich des Hauptverdampfers 32, während der in den Nachverdampfer 33 gelangende Strom des Verdampferfluids aufgrund dieser Maßnahme einen reduzierten Dampfgehalt aufweist, wie man ihn in etwa auch ohne eine vorgesehene Rezirkulation erhalten würde. Auf diese Weise ergibt zwar kein Temperaturausgleich über den gesamten Verdampferbereich, da die beiden sich mischenden Teilströme in etwa die gleiche Temperatur aufweisen, der Bereich hoher Wärmeübergangszahl wird jedoch stark reduziert und somit ein gleichmäßigerer Verlauf der Wärmeabgabe erreicht.Due to this separating action of the cyclone separator 39, saturated, ie wet, steam reaches the inlet area of the main evaporator 32 via the return line 38, while the flow of the evaporator fluid entering the post-evaporator 33 has a reduced steam content due to this measure, as can be done without one envisaged recirculation. In this way, there is no temperature compensation over the entire evaporator area, since the two mixing partial flows have approximately the same temperature, the area higher However, the heat transfer coefficient is greatly reduced and thus a more uniform course of heat emission is achieved.

Claims

Method for dissipating heat by means of an evaporator fluid which is brought into thermal contact with a medium to be cooled in a process space and thereby converted into the vaporous state, characterized in that part of the steam flow generated enters the inlet area of the process space (5, 12, 32) is recycled and mixed into the phase mixture present there.

A method according to claim 1, characterized in that the recirculated vapor phase consists of dry vapor.

A method according to claim 2, characterized in that the steam rabbit is overheated.

A method according to claim 1, characterized in that the steam rabbit still receives portions of undevaporated evaporation fluid.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the evaporator fluid consists of ammonia (NH₃).

Device for carrying out the method according to one of claims 1 to 5 in the form of an evaporative heat exchanger, in which the interior of a process space is flowed through by an evaporator fluid and a medium to be cooled in spatially separated areas, these two media being in thermal contact with one another and that Evaporator fluid in the process space is converted into vapor, characterized in that a return device (8, 22, 38) is provided which connects the outlet region (21) for the evaporated medium with the inlet region (16, 17, 18) of the evaporator fluid.

Apparatus according to claim 6, characterized in that the evaporative heat exchanger (1) consists of a pre-evaporator (2) and a main evaporator (3, 11) and that the return device (8, 22) between the outlet (21) and the inlet system (16 , 18) is arranged for the evaporator fluid.

Apparatus according to claim 6 or 7, characterized in that the return device (8, 22) consists of an ejector suction formed by a tapering of the flow cross section.

Device according to one of claims 6 to 8, characterized in that a Venturi nozzle is provided in the mouth region of the return device (8, 22).

Apparatus according to claim 6, characterized in that the evaporation heat exchanger consists of a pre-evaporator (31), a main evaporator (32) and a post-evaporator (33) and that the point of withdrawal for the partial steam flow to be returned is between the main evaporator (32) and the post-evaporator ( 33) lies.

Apparatus according to claim 10, characterized in that the partial steam flow to be returned is removed via a cyclone separator (39).

Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that several evaporator stages are integrated in one housing.