EP0724113A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Dampfkühlung - Google Patents

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EP0724113A1
EP0724113A1 EP95118402A EP95118402A EP0724113A1 EP 0724113 A1 EP0724113 A1 EP 0724113A1 EP 95118402 A EP95118402 A EP 95118402A EP 95118402 A EP95118402 A EP 95118402A EP 0724113 A1 EP0724113 A1 EP 0724113A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nozzle
jet
steam
channel
jet pump
Prior art date
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Granted
Application number
EP95118402A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0724113B1 (de
Inventor
Helmut Bälz
G. Dr.-Ing. Ehrhardt
Hans Dipl.-Ing. Hesselbacher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Helmut Baelz GmbH
Original Assignee
Helmut Baelz GmbH
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Publication date
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Publication of EP0724113B1 publication Critical patent/EP0724113B1/de
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F01K3/002Steam conversion

Definitions

  • Gases or vapors often have to be cooled in both heat and process engineering. This is the case, for example, when steam is supplied for heating purposes, which is excited to achieve a high energy density, that is to say is under a higher pressure and has a high temperature which can be above 500 degrees Celsius. On the heat consumer side, however, much lower temperatures are often desired, so that it is necessary to lower the steam temperature at the heat consumer. This can be done, for example, by mixing the strained and superheated steam with condensate, with colder steam or with cold water.
  • the resulting steam has a reduced temperature, although it is usually still a little overheated, so it is neither saturated nor wet.
  • the maximum admixable amount of wet steam and thus the achievable lowering of temperature at the jet pump are limited by the amount of condensate and the condensate temperature that determine the post-evaporation of the condensate.
  • a superheated steam cooler which has a central through opening provided with a Venturi nozzle.
  • the Venturi nozzle represents a constriction of the otherwise cylindrical passage opening.
  • the free flow cross section narrows abruptly in flow cross section, then gradually widens and then changes with a step into a cylindrical area.
  • a channel leads into the widening section of the Venturi nozzle and opens out at an injection nozzle which is oval or elliptical in longitudinal section and held on the nozzle wall.
  • the water emerging from the injection nozzle is finely distributed due to the high flow rate of the steam, whereby it evaporates and cools the steam.
  • the steam speed is noticeably lower and the atomization is restricted. Therefore thermal shocks can occur.
  • the hot medium in question is mixed with colder medium, preferably of the same type, in a jet pump.
  • liquid medium is added to the jet forming in the jet pump, water in steam systems. This is injected into the jet that forms in front of the driving nozzle and traverses the catching nozzle.
  • This method and the mixing device enabling this method have a significantly improved part-load behavior compared to the known methods and devices. If, for example, the heat consumption of a heat consumer connected to the outlet opening is low, this can be covered with correspondingly small amounts of hot steam flowing into the devices through the propellant nozzle.
  • the cooler gaseous or vaporous medium flowing in via the suction channel is carried along by the inflowing superheated steam and accelerated to the jet passing through the collecting nozzle.
  • a sufficient atomization effect is only achieved when the superheated steam flow itself has exceeded a certain lower limit of approximately 50% of the maximum value, the gas or steam flow causing the atomization is so strong even in the extreme part-load range of approximately 10% full load, that the injected liquid is completely atomized, evaporates and cools the gas or vapor stream.
  • Another important advantage is that the mixing device designed as a jet pump makes it possible to use the residual heat contained in the condensate. This evaporates, giving off relatively cool steam and thus a large part of its residual heat.
  • the colder gaseous or vaporous medium to be supplied to the device via the suction channel can be removed from the downstream system at different points. If the steam throughput in the heat consumer in the partial load range is not restricted, the suction channel of the device can be connected to a return line coming from the consumer or to a condensate collection vessel connected to it. However, if the mass flow through the heat consumer is also to be reduced, the suction channel is connected to the flow line leading to the heat consumer and connecting it to the outlet opening. This can be done both by an external pipe connection and within the device itself. In all three cases mentioned, a circular flow of gaseous or vaporous medium at a reduced temperature results from the steam jet, which is reduced in mass flow during part-load operation. The flow leads from the trap nozzle and the mixing duct directly or via the connected heat consumer to the suction duct. The mass flow in this circular flow is significantly higher than that of the motive steam jet emerging from the motive nozzle.
  • the control range of the device that enables the heat transfer to be adjusted to the heat consumer is very wide. Even if the amount of steam generated in a condensate collection vessel, for example, is not sufficient to cool a hot steam stream sufficiently, the desired temperature can be set by an increased admixture of liquid.
  • a first possibility of liquid injection arises when the liquid is injected into the jet at right angles to the jet passing through the collecting nozzle and the mixing channel. The liquid medium injected transversely to the direction of movement is caught and accelerated by the gaseous or vaporous jet, whereby it is atomized.
  • the injection nozzle which is arranged with the opening direction transverse to the catch nozzle, preferably has an annular surface surrounding its mouth opening and inclined to the central axis of the catch nozzle. This creates a swirl area behind the injection nozzle, which contributes to the atomization of the injected liquid.
  • An improved possibility of liquid injection is to inject the liquid axially to the driving nozzle through the latter into the emerging driving steam jet.
  • the atomizing effect is brought about here directly before the mouth of the driving nozzle by the expanding and accelerating driving steam or gas jet.
  • the entire length of the mixing channel is available for the evaporation of the atomized liquid, which makes this embodiment particularly well suited for extreme part-load operation.
  • the central and axial injection of liquid into the motive steam jet with respect to the motive nozzle can be realized very effectively in a simple manner if a corresponding water supply channel is arranged in a regulating needle which is present anyway for regulating the steam jet emerging from the motive steam nozzle.
  • the liquid channel can preferably open at its tip, so that the liquid emerges at a point of the highest gas or vapor velocity.
  • the water outlet is completely open even when the motive steam nozzle is almost closed, so that the water inflow can be adjusted independently of the axial position of the regulating needle.
  • a jet pump which is particularly advantageous for part-load operation, has a preferably cross-sectionally shaped channel for returning mixture present at the outlet opening into the passage gap delimited by the driving nozzle and the catching nozzle.
  • FIG. 1 shows a heat consumer station 1 which has a heat consumer 2.
  • the heat consumer station 1 is fed via a steam line 01 and supplied with superheated steam and dewatered via a condensate collecting line 02.
  • a computer-aided control unit 3 is provided, the central PC 4 of which is connected to a controller 5 based on a microprocessor, which detects pressure values p and temperature values ⁇ in the heat consumer station, which will be discussed in more detail later.
  • the PC 4 is connected to a keyboard 4 T, a monitor 4 M, a printer 4D and an alarm device 4A and an interface 45 for coupling to the controller 5.
  • the steam cooling device 10 also has a suction connection 12 and an outlet connection 14 for cooled steam.
  • the output connection 14 is connected via a flow line 16 having a pressure and temperature sensor 15 to the heat consumer 2, which condenses the steam pre-cooled in the steam cooling device 10 and releases it via a condensate line 18 into the condensate manifold as condensate.
  • a pressure and temperature sensor 19 connected to the controller 5 is also provided on the condensate line 18.
  • the flow line 16 is connected to the suction connection 12 of the steam cooling device 10 via a shunt line 20.
  • a pressure and temperature sensor 21 delivering measured values to the controller is arranged on the shunt line 20.
  • the steam cooling device 10 is provided with a water connection 22 which is supplied with water via a corresponding line 24.
  • a Temperature sensor 25 is arranged, which is connected to the controller 5.
  • the steam cooling device 10 is provided with an actuator 26 which can be seen in FIG. 2, such as a nozzle needle, which is actuated by an electric motor 28 connected to the controller 5.
  • the heat consumer station 1 described so far can be adapted to different load cases.
  • the actuator 26 can be actuated via the electric motor 28 in such a way that, if necessary, more or less steam coming from the steam line 01 reaches the heat consumer 2.
  • the superheated steam flows through the branch line 6 into the steam cooling device 10, whereby it draws cooler steam coming from the shunt line 20 and takes it with it, mixes with it and flows out via the outlet connection 14 and thus reaches the heat consumer 2 via the feed line 16.
  • a part of the pre-cooled steam flowing in the feed line 16 is branched off via the bypass line 20, so that a circuit with the inflowing amount of superheated steam flows through the suction connection 12 and the outlet connection 14 of the steam cooling device 10, as well as a section of the feed line 16 and the bypass line increased mass flow. This is greater than the mass flow in the branch line 6 and it is also greater than the mass flow in the flow line 16 immediately before the heat consumer 2.
  • water is injected via line 24 and water connection 22, which is atomized and thereby evaporates. It absorbs heat, cooling the steam flow, so that steam at a lower temperature is present at the outlet connection 14.
  • the steam can be cooled to the boiling point, so it can be saturated or wet if necessary.
  • the computer unit 3 detects the pressures and temperatures in the heat consumer station 1 with the sensors 7, 15, 19, 21, 25 and regulates the steam cooling device 10 to minimum steam consumption for a given heat requirement at the heat consumer 2.
  • the characteristics of the jet pump are stored in formula or table form in the PC 4, so that according to the measured pressure and temperature values both via the electric motor 28 the inflowing amount of superheated steam as well as regulating elements (not shown in further detail), the amount of water flowing in via line 24 is adjusted.
  • a valve controlled by the regulator 5 can be provided in the shunt line 20, by means of which the recirculated steam quantity can be set.
  • the steam cooling device 10 is shown in detail in FIG. 2. It has a housing 30 which encloses a steam space 32 which is connected to the propellant connection 8. A drive nozzle 34 is acted upon by steam via the steam chamber 32 and has a conical central nozzle opening 36. The nozzle opening 36 tapers to its mouth remote from the vapor space 32.
  • a nozzle needle 42 serving as the regulating member 26 is also held and spaced axially displaceably by means of spaced-apart sliding guides 38, 40.
  • the nozzle needle 42 is arranged coaxially with the nozzle opening 36 and is adjustable towards and away from it. This movement is controlled by the electric motor 28.
  • the nozzle needle 42 On its side facing the nozzle opening 36, the nozzle needle 42 carries a regulating cone, the dimensions and position of which are dimensioned such that the nozzle opening 36 can be completely released, throttled or, if necessary, closed completely by a corresponding linear movement of the nozzle needle 42.
  • the slide guides 38, 40 are arranged in alignment with one another on a corresponding housing section 46 and keep the nozzle needle 42 sealed and axially displaceable.
  • the housing section 46 encloses an annular water supply chamber 48 which is connected to the water connection 22 and is sealed to the outside and to the steam space 32. Bores 50 lead from the water supply chamber 48 into a channel 52 provided in the nozzle needle 42, which opens at the end of the nozzle needle 42 on the driving nozzle side into a spray nozzle opening 54 provided on the regulating cone 44.
  • Both the nozzle needle 42 and the driving nozzle 34 arranged coaxially thereto define a longitudinal central axis 56 to which a catching nozzle 58 is arranged coaxially.
  • the catching nozzle 58 narrowing like a funnel delimits with the driving nozzle 34 an annular suction gap 60 which is open radially.
  • an elongated hollow cylindrical mixing channel 62 is provided which merges into a diffuser 64 which widens in the shape of a truncated cone.
  • the output connection 14 is provided at the end of the diffuser 64 remote from the driving nozzle 34.
  • the length of the mixing channel 62 is dimensioned such that the maximum amount of water to be injected evaporates safely through the mixing channel 62 with a minimum steam throughput and a minimum steam temperature.
  • the suction gap 60 defined between the driving nozzle 34 and the catching nozzle 58 opens into an annular suction space 66 which is connected to the suction connection 12 and is otherwise sealed off from the outside.
  • the steam cooling device 10 described so far operates in the heat consumer station 1 shown in FIG. 1 as follows: Hot steam flowing in via the blowing agent connection 8 enters the steam chamber 32 and acts on the blowing agent nozzle 34.
  • the actuator 36 When the actuator 36 is in a release position, as shown in FIG. 2, the nozzle opening 36 is open, so that the steam standing in the steam chamber 32 as The jet exits the nozzle opening 36 at high speed and flows into the catching nozzle 58 with the subsequent mixing channel 62 and diffuser 64.
  • a negative pressure is generated in the area of the suction gap 60, which leads to the suction of colder steam via the suction connection 12.
  • the superheated steam emerging from the nozzle opening 36 and the colder steam sucked in via the suction gap 60 mix in the cylindrical mixing channel 62, as a result of which the steam temperature is reduced.
  • water is supplied to the channel 52 provided in the nozzle needle 42, which emerges axially from the spray nozzle opening 54 to the nozzle opening 36 of the driving nozzle 34.
  • the water jet emerging from the spray nozzle opening 54 is surrounded by the superheated steam flowing through the nozzle opening 36 at high speed, which tears open the water jet and atomizes it into droplets.
  • the superheated steam jet wraps around the atomized water jet in its outer area, so that contact of the relatively cold water droplets with the heated parts of the catch nozzle 58, the mixing channel 62, the diffuser 64 or other parts of the steam cooling device 10 is prevented.
  • At the outlet connection 14 there is double-cooled steam which can be cooled down to just above its condensation temperature by the water injection.
  • FIG. 3 A further steam cooling device 10a is shown in FIG. 3, parts which are identical in construction or function are provided without further reference with the reference numerals already used in connection with the steam cooling device 10, which are supplemented with an "a" for identification purposes.
  • the nozzle needle 42a in the steam cooling device 10a is full, that is to say it is designed without an inner channel 52.
  • the regulating cone 44a is also full, that is to say is formed without any outlet openings, and has a cone tip 70. Accordingly, the water chamber 48 is omitted in the steam cooling device 10a shown in FIG. 3.
  • the water connection 22a leads to a spray nozzle 72 which has a cylindrical spray nozzle opening arranged radially to the longitudinal central axis 56a.
  • the spray nozzle opening 74 is approximately in the middle between the longitudinal central axis 56a and the wall defining the mixing channel 62a arranged so that injected water is taken along the longitudinal central axis 56a.
  • the spray nozzle 72 is arranged at the end of the mixing channel 62a on the catch nozzle side, so that almost its entire length is available for forming the water-steam mixture and for evaporating the water.
  • An annular flat surface 76 which is arranged at an angle to the longitudinal central axis 56a, surrounds the spray nozzle opening 74.
  • the mode of operation of the steam cooling device 10a described so far which is provided, for example, in a heat consumer station 1 according to FIG. 1, largely corresponds to the mode of operation of the steam cooling device 10 described above the diffuser 64 injected jet, which consists of pre-mixed steam.
  • This mixture flows through the mixing channel 62a at such a high speed that the injected water is easily atomized, even if the driving nozzle 34a is almost closed and only a little high-pressure steam emerges from the nozzle opening 36a. Additional swirling is brought about by the inclination of the annular surface 76.
  • FIG. 4 A modified heat consumer station 1b is shown in FIG. 4, which, like the heat consumer station 1 already described in connection with FIG. 1, has both a steam cooling device 10, as shown in FIG. 2, and a steam cooling device 10a, as shown in FIG. 3 is equipped.
  • the control unit 3 which has already been explained and is not shown, is provided for regulation or control.
  • the feed line is not tapped, but is led as a feed line 16b from the outlet connection 14 of the steam cooling device 10 to the heat consumer 2b without branching.
  • the condensate line 18b leads to a condensate drain 80 which drains into the condensate manifold 02 via a further condensate line 18b.
  • a circuit with a higher mass flow rate is driven by a superheated steam jet with a relatively low mass or volume flow via the supply line 16b, the heat consumer 2b, the condensate line 18b, the condensate drain 80 and the bypass line 20b.
  • a sufficient steam flow for the atomization of the injected water is therefore present in the mixing channel 62 upstream of the outlet connection 14 of the steam cooling device 10.
  • the speed is sufficient for water evaporation, especially in the extreme partial load range of, for example, only 10% of the maximum inflowing superheated steam quantity.
  • FIG. 5 shows a further heat consumer station 1c, which has a steam cooling device 10c with internal recirculation.
  • the heat consumer station 1c is regulated by means of the control unit 3, not shown.
  • the steam cooling device 10c has a propellant connection 8c and an output connection 14c.
  • a suction connection has been dispensed with.
  • the propellant connection 8c is directly connected to the branch line 6c the steam line 01 is connected and the output connection 14c is connected via the flow line 16c directly to the heat consumer 2c, which is connected directly to the condensate collection line 02 via the condensate line 18c and dewatered into the latter.
  • the steam cooling device 10c has a drainage connection 82, from which any condensate that may form inside the steam cooling device 10 can flow into a condensate drain 84 and from there into the condensate collecting line 02.
  • the steam circuit common to all of the heat consumer stations 1, 1b, 1c shown in FIGS. 1, 4b and 5c is located at the heat consumer station 1c within the steam cooling device 10c.
  • the steam cooling device 10c is shown separately and schematically in FIG. 6, parts which correspond to the steam cooling device 10 being provided with the reference symbols already introduced, identified by a c, without these being explained again.
  • a channel 90 is provided which leads from the outlet connection 14c to the suction space 66c and surrounds the diffuser 64c and the mixing channel 62c.
  • the catching nozzle 58c, the mixing channel 62c and the diffuser 64c are formed by a tube piece which is surrounded by the channel 90 which is circular in cross section and is held in the housing 30c by means of an intermediate wall having bores 92, 94.
  • the channel 90 thus represents a shunt which replaces the shunt line 20 provided in the heat consumer station 1 (FIG. 1).
  • the superheated steam flowing in via the nozzle opening 36c mixes with pre-cooled steam recirculated via the channel 90 and water injected into the superheated steam jet from the spray nozzle opening 54c.
  • the suction chamber 66c is led to the condensate outlet connection 82, via which condensate located or formed in the suction chamber 66c can flow off.
  • the steam cooling devices 10, 10a, 10c have in common that the steam speed at the points of water injection is very high and largely independent of the primary steam throughput. This results in good control behavior from full load to low load.
  • the steam quality of the cooled steam is significantly improved compared to steam emitted by known steam cooling devices.
  • the cooled steam is very homogeneous. This makes it possible to generate saturated or nearly saturated steam that carries little or no water drops.

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Abstract

Zur Kühlung von dampfförmigen Medien sind ein Verfahren und eine Vorrichtung (10) vorgesehen worden, bei dem bzw. der dem dampfförmigen Medium sowohl kälteres, ebenfalls dampfförmiges Medium, als auch eine Flüssigkeit zugemischt werden. Dieses Verfahren wird insbesondere bei der Kühlung von Heißdampf auf niedrigere, für einen Wärmeverbraucher (2) geeignete Temperaturen angewendet. Die dazu verwendete Dampfkühlvorrichtung weist eine mit Heißdampf beaufschlagbare Treibdüse (34) auf, der eine Fangdüse (58) gegenüberliegt, an die sich ein Mischkanal (62) anschließt. Zwischen der Fangdüse (58) und der Treibdüse (34) ist ein Saugspalt (60) begrenzt, der mit kälterem Dampf beaufschlagt ist. Zusätzlich ist eine mit Wasser beaufschlagte Einspritzdüse vorgesehen, die bei einer ersten Ausführungsform so angeordnet ist, daß sie einen Wasserstrahl axial und konzentrisch zu der Treibmitteldüse (34) ausläßt, der von dem Treibdampf umgeben ist. Bei einer anderen Ausführungsform ist die Wassereinspritzdüse den Mischkanal (62) radial durchgreifend angeordnet. In beiden Fällen wird das eingespritzte Wasser von einem Dampfstrahl erfaßt und zerstäubt, der aus einem Gemisch von als Treibmittel dienenden Heißdampf und zugemischtem, kälterem Dampf besteht. Die Strömungsgeschwindigkeit ist auch im Teillastbereich, daß heißt bei geringen eingelassenen Heißdampfmengen so hoch, daß das eingespritzte Wasser sicher zerstäubt und verdampft wird. <IMAGE>

Description

  • Sowohl in der Wärme- als auch in der Verfahrenstechnik müssen Gase oder Dämpfe häufig gekühlt werden. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn Dampf zu Heizzwecken geliefert wird, der zum Erreichen einer hohen Energiedichte gespannt ist, daß heißt unter einem höheren Druck steht sowie eine hohe Temperatur aufweist, die über 500 Grad Celsius liegen kann. Auf der Seite der Wärmeverbraucher sind aber häufig viel geringere Temperaturen gewünscht, so daß es erforderlich ist, die Dampftemperatur bei dem Wärmeverbraucher herabzusetzen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß der gespannte und überhitzte Dampf mit Kondensat, mit kälterem Dampf oder mit Kaltwasser vermischt wird.
  • Aus der Praxis ist es bekannt, dem überhitzten Dampf mittels einer Strahlpumpe Naßdampf zuzuführen. Die Strahlpumpe ist dabei mit ihrem Treibmittelanschluß an dem Heißdampf angeschlossen und an ihrem Sauganschluß ist ein zu einem Kondensatableiter führender Kanal vorgesehen. Die Strahlpumpe saugt den in dem Kondensatableiter aus nachverdampfendem Kondensat entstehenden Naßdampf ab, wobei sich der Naßdampf in der Strahlpumpe mit dem Heißdampfstrahl mischt.
  • Der entstehende Dampf hat eine verringerte Temperatur, wobei er jedoch in der Regel noch etwas überhitzt, also weder satt noch naß ist. Die maximal beimischbare Naßdampfmenge und damit die erreichbare Temperaturerniedrigung an der Strahlenpumpe sind durch die anfallende Kondensatmenge und Kondensattemperatur begrenzt, die die Nachverdampfung des Kondensats bestimmen.
  • Es ist außerdem bekannt, den Dampf durch Wasserinjektion abzukühlen, wobei der Kühleffekt hauptsächlich auf der Verdampfung des eingespritzten Wassers beruht. Dazu wird ein Heißdampfkühler verwendet, der eine zentrale, mit einer Venturidüse versehenen Durchgangsöffnung aufweist. Die Venturidüse stellt eine Engstelle der ansonsten zylindrischen Durchgangsöffnung dar. Von einem zylindrischen Abschnitt ausgehend verengt sich der freie Strömungsquerschnitt in Strömungsquerschnitt gesehen zunächst abrupt, erweitert sich dann allmählich und geht dann mit einer Stufe in einen zylindrischen Bereich über. Seitlich, daß heißt radial zu der durch die Venturidüse definierten Strömungsrichtung, führt ein Kanal in den sich erweiternden Abschnitt der Venturidüse und mündet an einer im Längsschnitt ovalen oder elliptischen, an der Düsenwandung gehaltenen Einspritzdüse.
  • Bei vollem Dampfdurchsatz wird das aus der Einspritzdüse austretende Wasser infolge der hohen Strömungsgeschwindigkeit des Dampfes fein verteilt, wobei es verdampft und den Dampf kühlt. Im Teillastbereich, daß heißt bei niedrigem Dampfdurchsatz ist die Dampfgeschwindigkeit jedoch merklich geringer und die Zerstäubung eingeschränkt. Deshalb können Thermoschocks entstehen.
  • Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kühlung von gas- oder dampfförmigen Medien anzugeben mit dem bzw. der sich ein verbessertes Teillastverhalten erreichen läßt.
  • Die obige Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 7 gelöst.
  • Zum Kühlen des gas- oder dampfförmigen Mediums wird dem betreffenden heißen Medium in einer Strahlpumpe kälteres Medium, vorzugsweise der gleichen Art, beigemischt. Zusätzlich wird in dem sich in der Strahlpumpe ausbildenden Strahl flüssiges Medium, in Dampfanlagen Wasser, zugegeben. Dieses wird in den sich vor der Treibdüse ausbildenden, die Fangdüse durchquerenden Strahl gespritzt. Dieses Verfahren und die dieses Verfahren ermöglichende Mischvorrichtung haben ein gegenüber den bekannten Verfahren und Vorrichtungen deutlich verbessertes Teillastverhalten. Ist beispielsweise der Wärmeverbrauch bei einem an die Auslaßöffnung angeschlossenen Wärmeverbraucher gering, kann dieser mit entsprechend geringen, durch die Treibdüse in die Vorrichtungen einströmenden Heißdampfmengen gedeckt werden. Das über den Saugkanal zuströmende kühlere gas- oder dampfförmige Medium wird von dem einströmenden Heißdampf mitgenommen und zu dem die Fangdüse durchquerenden Strahl beschleunigt. Dies ergibt auch im Teillastbetrieb einen Dampf- oder Gasstrom in dem Bereiche vor der Treibdüse bzw. in der Fangdüse, der zum Zerstäuben eingespritzten Wassers ausreichend ist. Während bei bekannten Vorrichtungen ein ausreichender Zerstäubungseffekt erst dann erreicht wird, wenn der Heißdampfstrom selbst eine gewisse untere Grenze von ungefähr 50% des Maximalwertes überschritten hat, ist die die Zerstäubung herbeiführende Gas- oder Dampfströmung auch im extremen Teillastbereich von ungefähr 10 % Vollast so stark, daß eingespritzte Flüssigkeit vollständig zerstäubt wird, verdampft und dabei den Gas- oder Dampfstrom kühlt.
  • Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist, daß mit der als Strahlpumpe ausgebildeten Mischeinrichtung die Nutzung der im Kondensat enthaltenen Restwärme möglich wird. Dieses verdampft nach, gibt dabei relativ kühlen Dampf und damit einen großen Teil seiner Restwärme ab.
  • Das der Vorrichtung über den Saugkanal zuzuführende kältere gas- oder dampfförmige Medium kann dem nachgeschalteten System an unterschiedlichen Stellen entnommen werden. Ist der Dampfdurchsatz bei dem Wärmeverbraucher im Teillastbereich nicht beschränkt, kann der Saugkanal der Vorrichtung mit einer von dem Verbraucher herkommenden Rücklaufleitung oder einem an diese angeschlossenen Kondensatsammelgefäß verbunden werden. Soll jedoch auch der durch den Wärmeverbraucher geführte Massestrom reduziert werden, ist der Saugkanal an die zu dem Wärmeverbraucher führende und diesen mit der Auslaßöffnung verbindende Vorlaufleitung angeschlossen. Dies kann sowohl durch eine äußere Rohrverbindung, als auch innerhalb der Vorrichtung selbst geschehen. In allen drei genannten Fällen ergibt sich eine von dem im Teillastbetrieb in seinem Massestrom reduzierten Dampfstrahl angetriebene Zirkularströmung von gas- oder dampfförmigem Medium mit reduzierter Temperatur. Die Strömung führt aus der Fangdüse und dem Mischkanal direkt oder über den angeschlossenen Wärmeverbraucher zu dem Saugkanal. Der Massestrom in dieser Zirkularströmung ist deutlich höher, als der des aus der Treibdüse austretenden Treibdampfstrahls.
  • Der eine Einstellung der Wärmeübertragung auf den Wärmeverbraucher ermöglichende Regelbereich der Vorrichtung ist sehr weit. Auch wenn die beispielsweise in einem Kondensatsammelgefäß angefallene Dampfmenge nicht ausreichend ist, um einen Heißdampfstrom ausreichend zu kühlen, kann durch eine erhöhte Zumischung von Flüssigkeit die gewünschte Temperatur eingestellt werden. Eine erste Möglichkeit der Flüssigkeitseinspritzung ergibt sich, wenn die Flüssigkeit quer zu dem die Fangdüse und den Mischkanal durchquerenden Strahl in diesen eingespritzt wird. Das quer zu der Bewegungsrichtung eingespritzte flüssige Medium wird von dem gas- oder dampfförmigen Strahl erfaßt und beschleunigt, wobei es zerstäubt wird.
  • Die mit Öffnungsrichtung quer zu der Fangdüse angeordnete Einspritzdüse weist vorzugsweise eine deren Mündungsöffnung umgebende, geneigt zu der Mittelachse der Fangdüse stehende Ringfläche auf. Diese erzeugt hinter der Einspritzdüse einen Wirbelbereich, der zur Zerstäubung der eingespritzten Flüssigkeit beiträgt.
  • Eine verbesserte Möglichkeit der Flüssigkeitseinspritzung ist, die Flüssigkeit axial zu der Treibdüse durch diese hindurch in den austretenden Treibdampfstrahl einzuspritzen. Der Zerstäubungseffekt wird hier unmittelbar vor der Mündung der Treibdüse durch den sich hier expandierenden und beschleunigenden Treibdampf- oder Gasstrahl herbeigeführt. Für die Verdampfung der zerstäubten Flüssigkeit steht die gesamte Länge des Mischkanals zur Verfügung, wodurch sich diese Ausführungsform besonders gut für den extremen Teillastbetrieb eignet.
  • Die bezüglich der Treibdüse zentrale und axiale Einspritzung von Flüssigkeit in den Treibdampfstrahl läßt sich auf einfache Weise sehr wirkungsvoll realisieren, wenn ein entsprechender Wasserzuführungskanal in einer zur Regulierung des aus der Treibdampfdüse austretenden Dampfstrahls ohnehin vorhandenen Reguliernadel angeordnet wird. Der Flüssigkeitskanal kann vorzugsweise an ihrer Spitze münden, so daß die Flüssigkeit an einer Stelle höchster Gas- oder Dampfgeschwindigkeit austritt. Außerdem ist bei dieser Anordnung der Wasseraustritt selbst bei nahezu geschlossener Treibdampfdüse völlig offen, so daß der Wasserzustrom unabhängig von der Axialstellung der Reguliernadel separat einstellbar ist. Eine insbesondere für den Teillastbetrieb vorteilhafte Strahlpumpe weist einen im Querschnitt vorzugsweise ringförmig ausgebildeten Kanal zur Rückführung von an der Auslaßöffnung anstehendem Gemisch in den von der Treibdüse und der Fangdüse begrenzten Gangspalt auf.
  • In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
    • Fig. 1 einen über eine Vorrichtung zur Dampfkühlung an eine Heißdampfleitung angeschlossenen Wärmeverbraucher,
    • Fig. 2 die zum Speisen des Wärmeverbrauchers in Figur 1 vorgesehene Vorrichtung zum Kühlen des von der Heißdampfleitung herkommenden Dampfes, in einer schematisierten Schnittdarstellung,
    • Fig. 3 eine andere Bauform einer Vorrichtung zum Kühlen des von der Heißdampfleitung herkommenden Dampfes, mit radialer Wassereinspritzung, in einer schematisierten Schnittdarstellung,
    • Fig. 4 einen über die Vorrichtung nach Figur 2 an eine Heißdampfleitung angeschlossenen Wärmeverbraucher, der über einen an eine Saugleitung der Vorrichtung angeschlossenen Kondensatableiter entwässert ist,
    • Fig. 5 einen über eine Vorrichtung zum Dampfkühlen mit innerer Zirkulation an eine Heißdampfleitung angeschlossenen Wärmeverbraucher, und
    • Fig. 6 eine Vorrichtung zum Dampfkühlen mit innerer Zirkulation nach Figur 5 in einer schematischen Schnittdarstellung.
  • In Fig. 1 ist eine Wärmeverbraucherstation 1 dargestellt, die einen Wärmeverbraucher 2 aufweist. Die Wärmeverbraucherstation 1 ist über eine Dampfleitung 01 gespeist und mit Heißdampf versorgt sowie über eine Kondensatsammelleitung 02 entwässert. Zur Steuerung oder Regelung der Wärmeverbraucherstation 1 ist eine rechnergestützte Steuereinheit 3 vorgesehen, deren zentraler PC 4 mit einem auf einen Mikroprozessor basierenden Regler 5 verbunden ist, der in der Wärmeverbraucherstation Druckwerte p und Temperaturwerte ϑ erfaßt, worauf an späterer Stelle im einzelnen eingegangen wird. Der PC 4 ist mit einer Tatatur 4 T, einem Monitor 4 M, einem Drucker 4D und einem Alarmgeber 4A sowie einer Schnittstelle 45 zur Kopplung mit dem Regler 5 verbunden.
  • Bei der Wärmeverbraucherstation 1 führt eine Abzweigleitung 6, die einen Druck- und Temperatursensor 7 aufweist, zu einem Treibmittelanschluß 8 einer im einzelnen in Figur 2 dargestellten Dampfkühlvorrichtung 10, die als Strahlpumpe ausgebildet ist. Die Dampfkühlvorrichtung 10 weist außerdem einen Sauganschluß 12 sowie einen Ausgangsanschluß 14 für gekühlten Dampf auf. Der Ausgangsanschluß 14 ist über eine einen Druck- und Temperatursensor 15 aufweisende Vorlaufleitung 16 mit dem Wärmeverbraucher 2 verbunden, der den in der Dampfkühlvorrichtung 10 vorgekühlten Dampf kondensiert und über eine Kondensatleitung 18 in die Kondensatsammelleitung als Kondensat abgibt. Auch an der Kondensatleitung 18 ist ein mit dem Regler 5 verbundener Druck- und Temperatursensor 19 vorgesehen. Die Vorlaufleitung 16 ist über eine Nebenschlußleitung 20 mit dem Sauganschluß 12 der Dampfkühlvorrichtung 10 verbunden. An der Nebenschlußleitung 20 ist ein Meßwerte an den Regler liefernder Druck- und Temperatursensor 21 angeordnet.
  • Die Dampfkühlvorrichtung 10 ist mit einem Wasseranschluß 22 versehen, der über eine entsprechende Leitung 24 mit Wasser beaufschlagt ist. In der Lüftung 24 ist ein Temperatursensor 25 angeordnet, der mit dem Regler 5 verbunden ist. Außerdem ist die Dampfkühlvorrichtung 10, um eine Anpassung an unterschiedliche Lastzustände zu ermöglichen, mit einem aus Fig. 2 ersichtlichen Stellorgan 26, wie bspw. eine Düsennadel versehen, das über einen mit dem Regler 5 verbundenen Elektromotor 28 betätigt wird.
  • Die insoweit beschriebene Wärmeverbraucherstation 1 ist an unterschiedliche Lastfälle anpaßbar. Über den Elektromotor 28 kann das Stellorgan 26 derart betätigt werden, daß bedarfsweise mehr oder weniger aus der Dampfleitung 01 herkommender Dampf zu dem Wärmeverbraucher 2 gelangt. Der Heißdampf strömt dabei durch die Abzweigleitung 6 in die Dampfkühlvorrichtung 10 ein, wobei er aus der Nebenschlußleitung 20 kommenden, kühleren Dampf ansaugt und mitnimmt, sich mit diesem vermischt und über den Ausgangsanschluß 14 ausströmt und so über die Vorlaufleitung 16 an den Wärmeverbraucher 2 gelangt. Dabei wird ein Teil des in der Vorlaufleitung 16 fließenden, vorgekühlten Dampfes über die Nebenschlußleitung 20 abgezweigt, so daß sich über den Sauganschluß 12 und den Ausgangsanschluß 14 der Dampfkühlvorrichtung 10, sowie einen Abschnitt der Vorlaufleitung 16 und die Nebenschlußleitung ein Kreislauf mit gegenüber der einströmenden Heißdampfmenge erhöhtem Massestrom ausbildet. Dieser ist größer als der Massestrom in der Abzweigleitung 6 und er ist ebenfalls größer als der Massestrom in der Vorlaufleitung 16 unmittelbar vor dem Wärmeverbraucher 2.
  • In diesem Kreislauf mit erhöhtem Durchsatz wird über die Leitung 24 und den Wasseranschluß 22 Wasser eingespritzt, das zerstäubt wird und dabei verdampft. Dabei nimmt es Wärme auf, wobei es den Dampfstrom kühlt, so daß an dem Ausgangsanschluß 14 Dampf mit erniedrigter Temperatur ansteht. Der Dampf kann dabei bis zum Siedepunkt abgekühlt werden, also bedarfsweise gesättigt oder naß sein. Die Rechnereinheit 3 erfaßt die Drücke und Temperaturen in der Wärmeverbraucherstation 1 mit den Sensoren 7, 15, 19, 21, 25 und regelt die Dampfkühlvorrichtung 10 auf minimalen Dampfverbrauch bei vorgegebenem Wärmebedarf an dem Wärmeverbraucher 2. Dazu ist die Charakteristik der Strahlpumpe in Formel- oder Tabellenform in dem PC 4 abgelegt, so daß entsprechend der gemessenen Druck- und Temperaturwerte sowohl über den Elektromotor 28 die einströmende Heißdampfmenge als auch über nicht weiter dargestellte Regelorgane, die über die Leitung 24 zuströmende Wassermenge eingestellt werden. Bedarfsweise kann in der Nebenschlußleitung 20 ein vom Regler 5 gesteuertes Ventil vorgesehen werden, über das die rückgeführte Dampfmenge einstellbar ist.
  • Die Dampfkühlvorrichtung 10 ist im einzelnen in Fig. 2 dargestellt. Sie weist ein Gehäuse 30 auf, das einen mit dem Treibmittelanschluß 8 in Verbindung stehenden Dampfraum 32 umschließt. Über den Dampfraum 32 ist eine Treibdüse 34 mit Dampf beaufschlagt, die eine konisch ausgebildete, zentrale Düsenöffnung 36 aufweist. Die Düsenöffnung 36 verjüngt sich dabei zu ihrer von dem Dampfraum 32 abliegenden Mündung.
  • An dem Gehäuse 30 ist außerdem über voneinander beabstandet angeordnete Gleitführungen 38, 40 eine als das Regelorgan 26 dienende Düsennadel 42 gehalten und axial verschiebbar gelagert. Die Düsennadel 42 ist dabei koaxial zu der Düsenöffnung 36 angeordnet und auf diese zu bzw. von dieser weg verstellbar. Diese Bewegung ist von dem Elektromotor 28 gesteuert.
  • An ihrer der Düsenöffnung 36 zugewandten Seite trägt die Düsennadel 42 einen Regulierkegel, dessen Abmessungen und Stellung so bemessen sind, daß durch eine entsprechende Linearbewegung der Düsennadel 42 die Düsenöffnung 36 ganz freigegeben, gedrosselt oder bedarfsweise ganz geschlossen werden kann.
  • Die Gleitführungen 38, 40 sind miteinander fluchtend an einem entsprechenden Gehäuseabschnitt 46 angeordnet und halten die Düsennadel 42 abgedichtet und axial verschiebbar. Der Gehäuseabschnitt 46 umschließt eine ringförmige, mit dem Wasseranschluß 22 in Verbindung stehende Wasserzuführungskammer 48, die nach außen und gegen den Dampfraum 32 abgedichtet ist. Von der Wasserzuführungskammer 48 führen Bohrungen 50 in einen in der Düsennadel 42 vorgesehenen Kanal 52, der an dem treibdüsenseitigen Ende der Düsennadel 42 in einer an dem Regulierkegel 44 vorgesehenen Spritzdüsenöffnung 54 mündet.
  • Sowohl die Düsennadel 42, als auch die dazu koaxial angeordnete Treibdüse 34 definieren eine Längsmittelachse 56, zu der eine Fangdüse 58 koaxial angeordnet ist. Die sich, ausgehend von der Treibdüse 34 trichterartig verengende Fangdüse 58 begrenzt mit der Treibdüse 34 einen ringförmigen Saugspalt 60, der radial geöffnet ist. Im Anschluß an die Fangdüse 58 ist ein langgestreckter hohlzylindrischer Mischkanal 62 vorgesehen, der in einen sich kegelstumpfförmig erweiternden Diffusor 64 übergeht. Bei dem von der Treibdüse 34 abliegenden Ende des Diffusors 64 ist der Ausgangsanschluß 14 vorgesehen. Die Länge des Mischkanales 62 ist derart bemessen, daß die maximale einzuspritzende Wassermenge bei minimalem Dampfdurchsatz und minimaler Dampftemperatur auf dem Wege durch den Mischkanal 62 sicher verdampft.
  • Der zwischen der Treibdüse 34 und der Fangdüse 58 definierte Saugspalt 60 mündet in einen mit dem Sauganschluß 12 in Verbindung stehenden und ansonsten nach außen abgedichteten, ringförmigen Ansaugraum 66.
  • Die insoweit beschriebene Dampfkühlvorrichtung 10 arbeitet in der in Figur 1 dargestellten Wärmeverbraucherstation 1 wie folgt:
       Über den Treibmittelanschluß 8 zuströmender Heißdampf gelangt in den Dampfraum 32 und beaufschlagt die Treibmitteldüse 34. Wenn das Stellorgan 36 in einer Freigabestellung steht, wie es in Figur 2 dargestellt ist, ist die Düsenöffnung 36 offen, so daß der in dem Dampfraum 32 stehende Dampf als Strahl mit hoher Geschwindigkeit aus der Düsenöffnung 36 austritt und in die Fangdüse 58 mit dem sich anschließenden Mischkanal 62 und Diffusor 64 einströmt. Dadurch wird im Bereich des Saugspaltes 60 ein Unterdruck erzeugt, der über den Sauganschluß 12 zum Ansaugen von kälterem Dampf führt. Der aus der Düsenöffnung 36 austretende Heißdampf und der über den Saugspalt 60 angesaugte kältere Dampf vermischen sich in dem zylindrischen Mischkanal 62, wodurch die Dampftemperatur herabgesetzt wird.
  • Über den Wasseranschluß 22, die Wasserzuführungskammer 48 und die Bohrungen 50 wird dem in der Düsennadel 42 vorgesehenen Kanal 52 Wasser zugeführt, das bei der Spritzdüsenöffnung 54 axial zu der Düsenöffnung 36 der Treibdüse 34 austritt. Der aus der Spritzdüsenöffnung 54 austretende Wasserstrahl ist von dem mit hoher Geschwindigkeit durch die Düsenöffnung 36 strömenden Heißdampf umgeben, der den Wasserstrahl aufreißt und zu Tröpfchen zerstäubt. Gleichzeitig legt sich der Heißdampfstrahl in seinem äußeren Bereich wie ein Mantel um den zerstäubten Wasserstrahl, so daß eine Berührung der relativ kalten Wassertröpfchen mit den aufgeheizten Teilen der Fangdüse 58, des Mischkanals 62, des Diffusors 64 oder anderen Teilen der Dampfkühlvorrichtung 10 verhindert wird. An dem Ausgangsanschluß 14 steht zweifach gekühlter Dampf an, der durch die Wassereinspritzung bis kurz oberhalb seiner Kondensationstemperatur heruntergekühlt sein kann.
  • Im Teillastbereich, daß heißt wenn der an dem Ausgangsanschluß 14 angeschlossene Wärmeverbraucher nur sehr wenig Wärme abnimmt, wird ein großer Teil des in der Vorlaufleitung 16 strömenden, vorgekühlten Dampfes über die Nebenschlußleitung abgezweigt und dem Sauganschluß 12 zugeführt. Gleichzeitig wird mittels entsprechender Einstellung des Steuerorgans 26 der Düsenkegel 44 so weit in die Düsenöffnung 36 hineingefahren, daß lediglich ein Heißdampfstrahl mit einem geringen Volumen- oder Massenstrom aus der Treibdüse 34 austreten kann. Dieser weist eine Geschwindigkeit auf, die ausreicht, an dem Sauganschluß 12 eine Saugwirkung zu erzielen, so daß durch den Ringspalt 60 ein beträchtlicher Volumen- oder Massenstrom von vorgekühltem Dampf nachströmt. Dadurch ergibt sich innerhalb des Mischkanales 62 ein für die Zerstäubung des eingespritzten Wassers ausreichender Massenstrom und das selbst bei sehr weit gedrosselter Treibdüse 34. Auch in diesem Betriebszustand wirkt der eingespritzte Heißdampf als äußerer Mantel schützend und verhindert eine Berührung von unverdampften Wassertropfen mit Gehäusewandungen.
  • Eine weitere Dampfkühlvorrichtung 10a ist in Figur 3 dargestellt, wobei bau- oder funktionsgleiche Teile ohne weitere Bezugnahme mit den im Zusammenhang mit der Dampfkühlvorrichtung 10 bereits verwendeten Bezugszeichen versehen sind, die zur Kenntlichmachung mit einem "a" ergänzt sind.
  • Abweichend von der bereits beschriebenen Dampfkühlvorrichtung 10 ist bei der Dampfkühlvorrichtung 10a die Düsennadel 42a voll, daß heißt ohne inneren Kanal 52 ausgebildet. Auch der Regulierkegel 44a ist voll, daß heißt ohne irgendwelche Auslaßöffnungen ausgebildet und weist eine Kegelspitze 70 auf. Entsprechend entfällt bei der in Figur 3 dargestellten Dampfkühlvorrichtung 10a die Wasserkammer 48.
  • Der Wasseranschluß 22a führt zu einer Spritzdüse 72, die eine zylindrische, radial zu der Längsmittelachse 56a angeordnete Spritzdüsenöffnung aufweist. Die Spritzdüsenöffnung 74 ist ungefähr mittig zwischen der Längsmittelachse 56a und der den Mischkanal 62a definierenden Wandung angeordnet, so daß eingespritztes Wasser entlang der Längsmittelachse 56a mitgenommen wird. Die Spritzdüse 72 ist an dem fangdüsenseitigen Ende des Mischkanals 62a angeordnet, so daß nahezu dessen gesamte Länge zur Bildung des Wasser-Dampf-Gemisches und zum Verdampfen des Wassers zur Verfügung steht. Eine ringförmige, gegen die Längsmittelachse 56a geneigt angeordnete Planfläche 76 umgibt die Spritzdüsenöffnung 74.
  • Die Funktionsweise der insoweit beschriebenen Dampfkühlvorrichtung 10a, die beispielsweise in einer Wärmeverbraucherstation 1 nach Figur 1 vorgesehen ist, entspricht weitgehend der im Vorstehenden beschriebenen Funktionsweise der Dampfkühlvorrichtung 10. Jedoch wird bei der Dampfkühlvorrichtung 10a Wasser quer in den durch die Fangdüse 58a, den Mischkanal 62 und den Diffusor 64 gehenden Strahl eingespritzt, der aus bereits vorgemischtem Dampf besteht. Dieses Gemisch strömt mit so großer Geschwindigkeit durch den Mischkanal 62a, daß das eingespritzte Wasser ohne weiteres zerstäubt wird, auch wenn die Treibdüse 34a nahezu geschlossen ist und lediglich wenig hochgespannter Dampf aus der Düsenöffnung 36a austritt. Durch die Schrägstellung der Ringfläche 76 wird eine zusätzliche Verwirbelung herbeigeführt.
  • Eine abgewandelte Wärmeverbraucherstation 1b ist in Figur 4 dargestellt, die, wie bereits die im Zusammenhang mit der Figur 1 beschriebene Wärmeverbraucherstation 1, sowohl mit einer Dampfkühlvorrichtung 10, wie sie in Figur 2, als auch mit einer Dampfkühlvorrichtung 10a, wie sie in Figur 3 dargestellt ist, ausgerüstet sein kann. Außerdem ist zur Regelung oder Steuerung die bereits erläuterte, nicht weiter dargestellte Steuereinheit 3 vorgesehen. Im Unterschied zu der bereits beschriebenen Wärmeverbraucherstation 1 ist jedoch die Vorlaufleitung nicht angezapft, sondern als Vorlaufleitung 16b von dem Ausgangsanschluß 14 der Dampfkühlvorrichtung 10 ohne Abzweigung zu dem Wärmeverbraucher 2b geführt. Die Kondensatleitung 18b führt zu einem Kondensatableiter 80, der über eine weitere Kondensatleitung 18b in die Kondensatsammelleitung 02 entwässert. Aus dem Kondensatableiter 80 wird dort durch Nachverdampfung entstehender Dampf über die Nebenschlußleitung 20b zu dem Sauganschluß 12 der Dampfkühlvorrichtung 10 geführt. Der über den Sauganschluß 12 auf den Kondensatableiter 80 durchgreifende niedrige Druck und die in dem Kondensat, das in dem Kondensatableiter steht, enthaltene Restwärme führen zu einer Nachverdampfung des Kondensats, so daß relativ kühler und nasser Dampf an den Sauganschluß 12 gelangt, der sich in der Dampfkühlvorrichtung 10 mit dem von der Dampfleitung 01 über die Abzweigleitung 6b herangeführten Heißdampf mischt. Zur weiteren Abkühlung wird diesem über den Wasseranschluß 22 Wasser zugeführt.
  • Auch bei dieser Wärmeverbraucherstation 1 wird im Teillastbetrieb von einem Heißdampfstrahl mit relativ geringem Massen- oder Volumenstrom eine über die Vorlaufleitung 16b, den Wärmeverbraucher 2b, die Kondensatleitung 18b, den Kondensatableiter 80 und die Nebenschlußleitung 20b gehender Kreislauf mit höherem Massedurchsatz angetrieben. In dem dem Ausgangsanschluß 14 der Dampfkühlvorrichtung 10 vorgelagerten Mischkanal 62 ist deshalb ein für die Zerstäubung des eingespritzten Wassers ausreichender Dampfstrom vorhanden. Insbesondere reicht die Geschwindigkeit gerade auch im extremen Teillastbereich von beispielsweise lediglich 10 % der maximalen, einströmenden Heißdampfmenge für die Wasserverdampfung aus.
  • In Fig. 5 ist eine weitere Wärmeverbraucherstation 1c dargestellt, die eine Dampfkühlvorrichtung 10c mit innerer Rückführung aufweist. Die Wärmeverbraucherstation 1c ist mittels der nicht dargestellten Steuereinheit 3 geregelt. Wie die vorstehend beschriebenen Dampfkühlvorrichtungen 10, 10a weist die Dampfkühlvorrichtung 10c einen Treibmittelanschluß 8c und einen Ausgangsanschluß 14c auf. Jedoch ist auf einen Sauganschluß verzichtet worden. Der Treibmittelanschluß 8c ist über die Abzweigleitung 6c direkt an die Dampfleitung 01 angeschlossen und der Ausgangsanschluß 14c liegt über die Vorlaufleitung 16c direkt an dem Wärmeverbraucher 2c, der über die Kondensatleitung 18c direkt mit der Kondensatsammelleitung 02 verbunden ist und in diese entwässert.
  • Die Dampfkühlvorrichtung 10c weist einen Entwässerungsanschluß 82 auf, aus dem evtl. innerhalb der Dampfkühlvorrichtung 10 entstehendes Kondensat in einen Kondensatableiter 84 und von diesem in die Kondensatsammelleitung 02 abfließen kann. Der allen in den Fig. 1, 4 und 5 dargestellten Wärmeverbraucherstationen 1, 1b, 1c gemeinsame Dampfkreislauf ist bei der Wärmeverbraucherstation 1c innerhalb der Dampfkühlvorrichtung 10c lokalisiert.
  • Die Dampfkühlvorrichtung 10c ist separat und schematisch in Figur 6 dargestellt, wobei soweit mit der Dampfkühlvorrichtung 10 übereinstimmende Teile vorhanden sind, diese mit den bereits eingeführten, durch ein c kenntlich gemachtes Bezugszeichen versehen sind, ohne das diese nochmals erläutert sind.
  • Bei der Dampfkühlvorrichtung 10c ist ein von dem Ausgangsanschluß 14c zu dem Ansaugraum 66c führender Kanal 90 vorgesehen, der den Diffusor 64c und den Mischkanal 62c umgibt. Die Fangdüse 58c, der Mischkanal 62c und der Diffusor 64c sind durch ein Rohrstück gebildet, das von dem im Querschnitt kreisförmigen Kanal 90 umgeben und mittels einer Bohrungen 92, 94 aufweisenden Zwischenwand in dem Gehäuse 30c gehalten ist. Der Kanal 90 stellt somit einen Nebenschluß dar, der die bei der Wärmeverbraucherstation 1 vorgesehene (Fig. 1) Nebenschlußleitung 20 ersetzt. In der Fangdüse 58c und dem Mischkanal 62c mischen sich der über die Düsenöffnung 36c einströmende Heißdampf mit über den Kanal 90 rückgeführten, vorgekühlten Dampf und aus der Spritzdüsenöffnung 54c in den Heißdampfstrahl eingespritztes Wasser.
  • Der Ansaugraum 66c ist an den Kondensatauslaßanschluß 82 geführt, über den sich in dem Ansaugraum 66c befindliches oder entstehendes Kondensat abfließen kann.
  • Beim Betrieb der Dampfkühlvorrichtung 10c wird, wie mit den Pfeilen 96 angedeutet ist, aus dem in der strichpunktiert angedeuteten Vorlaufleitung 16c strömenden Dampfstrom ein Teilstrom abgezweigt und über den Kanal 90 durch den Saugspalt 60c dem aus der Treibdüse 34c austretendem Treibstrahl zugemischt. Es wird so auch bei schwachem Treibstrahl eine kräftige Strömung aufrecht erhalten, die zum Zerstäuben und Verdampfen von über die Spritzdüsenöffnung 54c eingespritzten Wassers ausreicht.
  • Den Dampfkühlvorrichtungen 10, 10a, 10c ist gemeinsam, daß die Dampfgeschwindigkeit an den Stellen der Wassereinspritzung sehr groß und weitgehend unabhängig vom primären Dampfdurchsatz ist. Das ergibt insbesondere ein gutes Regelverhalten von Vollast bis Schwachlast. Außerdem ist die Dampfqualität des gekühlten Dampfes gegenüber von bekannten Dampfkühlvorrichtungen abgegebenem Dampf erheblich verbessert. Infolge der intensiven Durchmischung von Dampf und Wasser innerhalb des Mischkanals 62, 62a, 62b, 62c ist der gekühlte Dampf sehr homogen. Dadurch wird es möglich, gesättigten oder nahezu gesättigten Dampf zu erzeugen, der wenig oder keine Wassertropfen mitführt.

Claims (21)

  1. Verfahren zum Kühlen von gas- oder dampfförmigen Medien,
       bei dem ein Strahl des Mediums mit einem Bereich reduzierten statischen Drucks erzeugt wird,
       bei dem dem Strahl in dem Bereich reduzierten Druckes weiteres gas- oder dampfförmiges Medium zugemischt wird, und
       bei dem in den Strahl mit den sich mischenden gas- oder dampfförmigen Medien flüssiges Medium beigegeben wird.
  2. Verfahren zum Kühlen von gas- oder dampfförmigen Medien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das eine von dem Strahl des Mediums angetriebener Strömungskreislauf erzeugt wird, dem flüssiges Medium zugeführt und gekühltes Medium entnommen wird.
  3. Verfahren zum Kühlen von gas- oder dampfförmigen Medien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Medium in eine zum Zumischen des Mediums in den Strahl vorgesehene Strahlpumpe eingespritzt wird.
  4. Verfahren zum Kühlen von gas- oder dampfförmigen Medien nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Medium in einen an der Strahlpumpe vorgesehenen und sich an eine Fangdüse anschließenden Mischkanal eingespritzt wird.
  5. Verfahren zum Kühlen von gas- oder dampfförmigen Medien nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Medium quer zur Bewegungsrichtung des durch den Mischkanal gehenden Strahles eingespritzt wird.
  6. Verfahren zum Kühlen von gas- oder dampfförmigen Medien nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Medium an einer an der Strahlpumpe vorgesehenen Treibmitteldüse in das gas- oder dampfförmige Medium eingespritzt wird.
  7. Verfahren zum Kühlen von gas- oder dampfförmigen Medien nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Medium in Ausströmrichtung des aus der Treibmitteldüse austretenden Mediums axial in der Richtung auf die Fangdüse zu in den Strahl eingespritzt wird.
  8. Strahlpumpe (10) zum Fördern und Kühlen von gas- oder dampfförmigen Medien,
       mit einer mit dem unter Druck stehenden Medium beaufschlagbaren Treibdüse (34) zum Erzeugen eines mit hoher Geschwindigkeit austretenden Strahles,
       mit einer der Treibdüse (34) gegenüberliegend angeordneten Fangdüse (58), einem sich an diese anschließenden Mischkanal (62) sowie einem Diffusor (64) zum Aufnehmen und Ableiten des in die Fangdüse (58) eintretenden Strahles,
       wobei der Mischkanal (62) in radialer und die Treibdüse (34) in axialer Richtung einen axial durchströmbaren Innenraum begrenzen, der in eine Auslaßöffnung (14) mündet,
       mit einem in den Bereich zwischen der Treibdüse (34) und der Fangdüse (58) in den Innenraum mündenden Saugkanal (12), über den dem Strahl gas- oder dampfförmiges Medium zuführbar ist, und
       mit einem Kanal (52, 72), der mit einem flüssigen Medium beaufschlagbar ist und der in den Innenraum mündet.
  9. Strahlpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an die Fangdüse (58) ein sich über eine Länge geradlinig erstreckender Mischkanal (62) angeordnet ist, dessen Länge ein Vielfaches der lichten Weite der Fangdüse (58) beträgt.
  10. Strahlpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischkanal (62) zylindrisch ausgebildet ist.
  11. Strahlpumpe nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem flüssigen Medium beaufschlagbare Kanal (72) zu der Längserstreckung des Mischkanals (62) radial angeordnet ist.
  12. Strahlpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischkanal (62a) von einem Rohr (72) durchgriffen ist, das radial zu der Bewegungsrichtung des durch die Fangdüse gehenden Strahles angeordnet ist.
  13. Strahlpumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (72) an seinem in dem Innenraum angeordneten Ende eine verengte Mündungsöffnung (74) aufweist.
  14. Strahlpumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungsöffnung (74) von einer ringförmigen Planfläche (76) umgeben ist, die gegen die Strömungsrichtung des durch den Mischkanal (62a) gehenden Strahles geneigt ist.
  15. Strahlpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der mit einem flüssigen Medium beaufschlagbare Kanal (52) bei einer an der Treibdüse (34) vorgesehenen Düsenöffnung (36) mündet.
  16. Strahlpumpe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (52) in der Düsenöffnung (36) mündet.
  17. Strahlpumpe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (52) vor der Düsenöffnung (36) mündet.
  18. Strahlpumpe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (52) in einer zentral in der Treibdüse (34) gehaltenen Düsennadel (42) vorgesehen ist.
  19. Strahlpumpe nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsennadel (42) eine mit Wasser beaufschlagbare Wasserzuführungskammer (48) durchgreift, in der sie abgedichtet und gleitend verschiebbar geführt ist.
  20. Strahlpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen die Auslaßöffnung (14) mit dem Saugkanal (14) verbindenden Kanal (90) aufweist.
  21. Strahlpumpe nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (90) im Querschnitt kreisringförmig ist und zu dem Mischkanal (62) und dem Diffusor (64) konzentrisch angeordnet ist.
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DE (2) DE19502538C2 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002025173A1 (de) 2000-09-22 2002-03-28 Siemens Aktiengesellschaft Hitzeschildstein, brennkammer mit einer inneren brennkammerauskleidung sowie gasturbine

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2284487C (en) * 1998-01-23 2004-10-19 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Combined cycle power plant
DE19830244C2 (de) * 1998-07-07 2000-05-18 Holter Gmbh & Co Einspritzkühler zur Temperaturregelung von überhitztem Dampf

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE421475C (de) * 1924-11-16 1925-11-12 Ernst Koenemann Dr Ing Regelungsvorrichtung fuer Dampfanlagen mit Druckumformung
FR829648A (fr) * 1937-02-27 1938-07-01 Soc Fr Regulateurs Arca Dispositif destiné à assurer le brassage d'un mélange de fluides divers, en particulier de vapeur et d'eau pulvérisée, à l'intérieur d'une capacité telle que le corps d'un surchauffeur à vapeur
US3134827A (en) * 1959-12-23 1964-05-26 Siemens Ag Steam conversion valve

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2550683A (en) * 1946-08-17 1951-05-01 Babcock & Wilcox Co Attemperator
DE1833236U (de) * 1958-08-23 1961-06-22 Siemens Ag Dampfumformventil zur reduzierung und kuehlung von hochgespanntem dampf in waermekraftanlagen.
DE1137037B (de) * 1960-07-05 1962-09-27 C Herbert Zikesch Dipl Ing Vorrichtung zur Drosselung und Kuehlung von Heissdampf
US3981946A (en) * 1974-02-12 1976-09-21 Tokico Ltd. Perforated plate of steam reforming valve

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE421475C (de) * 1924-11-16 1925-11-12 Ernst Koenemann Dr Ing Regelungsvorrichtung fuer Dampfanlagen mit Druckumformung
FR829648A (fr) * 1937-02-27 1938-07-01 Soc Fr Regulateurs Arca Dispositif destiné à assurer le brassage d'un mélange de fluides divers, en particulier de vapeur et d'eau pulvérisée, à l'intérieur d'une capacité telle que le corps d'un surchauffeur à vapeur
US3134827A (en) * 1959-12-23 1964-05-26 Siemens Ag Steam conversion valve

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002025173A1 (de) 2000-09-22 2002-03-28 Siemens Aktiengesellschaft Hitzeschildstein, brennkammer mit einer inneren brennkammerauskleidung sowie gasturbine

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