WO1999022178A1 - Vorrichtung zum injektieren von dampf in strömendes wasser zum zwecke des erhitzens des wassers - Google Patents

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    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/28—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for preventing noise

Definitions

  • the invention relates to a device for injecting steam into flowing water for the purpose of heating the water.
  • the invention relates to such an injector, as used in connection with a method according to German patent 44 32 464, which discloses a method for heating heating or process water by means of steam from the steam network of a long-distance line where the steam is injected into the water to be heated in the circuit, the amount of steam to be injected into the water being controlled by (outside) temperature-controlled removal of water or condensate into the condensate line of the steam network.
  • the invention has for its object to provide an injector in which the injection of steam into the water is particularly quiet or noiseless.
  • Another object of the invention is to design the injector so that the steam can be introduced into the water in a variable amount from 0 to 100%, so that the injector can be used for heating in building technology depending on the outside temperature.
  • the regulations of the heating system regulation and the safety regulations according to DIN 4751 should also be observed.
  • the heat quantity to be transferred should only be regulated by means of a quantity-regulated outflow of water from the system and a subsequent flow of the equivalent amount of steam. With a transfer heat quantity of 0, the steam must be applied to the system as static pressure.
  • a device for injecting steam into flowing water is proposed with a substantially closed housing, a mixing space within the housing in which the steam is mixed with the water to be heated, in each case a water inlet opening and a water outlet opening in the housing, the water from the water inlet opening is led via the mixing chamber to the water outlet opening, a steam chamber within the housing, a steam inlet opening in the housing, the steam being conducted from the steam inlet opening into the steam chamber, a partition between the steam chamber and the mixing chamber, a plurality of nozzle bores in the partition wall for accelerating Passage of the steam are formed in the mixing chamber, and a fine-meshed structure on the wall of the partition facing the mixing chamber, at least in the region of the nozzle bores, for comminuting the Da acceleratingly emerging at the nozzle bores mpfblasen, the number of nozzle bores and their cross-section are designed so that in the area of the nozzle bores a flow rate of the steam of 100 m / s is not undercut
  • the nozzle bores each have a diameter of at most 3 mm, better still at most 2 mm, and optimal results have been achieved with a nozzle diameter of about 1.5 mm.
  • the mesh size of the fine-mesh structure is advantageous to at most 3 mm, preferably to about 2 mm.
  • the material of the fine-mesh structure should preferably have a thickness of at most 1 mm, about 0.5 mm being particularly advantageous.
  • Such a fine-mesh structure can be formed in particular by a fine-mesh stainless steel gauze, which is arranged in multiple layers above the nozzle bores. A total thickness of the fine-mesh structure of at least 5 mm, preferably at least 15 mm, has proven to be advantageous.
  • the nozzle bores are at least partially arranged at different heights. In this way it can be achieved that the introduction of steam can be variable in quantity. If no water or condensate flows out of the system, the steam space fills with water or condensate and rises to such an extent that the nozzle bores are completely in the water or condensate, so that steam can no longer be introduced into the mixing space is.
  • the amount of steam equivalent to the outflowing amount of steam flows into the injector and, in the area of the steam chamber, after the water has been displaced, it is completely filled with steam so that steam flows through all the nozzle bores and thus the maximum amount of steam is supplied.
  • the nozzle holes are arranged at different heights, due to the different water level in the steam room, a different number of nozzle holes, whereby the amount of steam emitted and thus the amount of heat transferred can be regulated more or less continuously.
  • the partition is at least partially designed as a nozzle tube which is connected to the steam inlet opening and extends downward into the cavity defined by the housing.
  • the nozzle bores can in particular be formed spirally on the cylinder wall of the nozzle tube, which results in a practically stepless regulation of the amount of steam introduced.
  • Fig. 1 shows a system for heating water by means of steam from the steam network of a district heating system, in which an injector according to the invention is installed, and
  • Fig. 2 is a partially sectioned side view of a preferred injector according to the invention.
  • FIG. 1 Superheated steam from a steam line 110 of a steam network of a district heating system is fed to a circuit line for heating water, which is designated as a whole by the reference number 100, and is completely vented via an injector 402 according to the invention.
  • a shut-off valve 104, a manometer 106 and a thermometer 108 are arranged on the steam line 110 in front of the injector 402.
  • a vent valve 114 is arranged on the circuit line.
  • the adjoining line section 118 of the circuit line can be referred to as the flow of the building heating and a thermostat switch 120, a sensor 122, a pressure switch 124 and a safety valve 126 are arranged one after the other.
  • the heating water After flowing through the heated heating water through the heat consumers (radiators), which are not shown, the heating water returns via the line section 128 to be referred to as the return line, a manometer 130 and then an emptying valve 132 being arranged on this line section.
  • the cooled heating water is then returned to the injector 402 via a circulation pump 134, a non-return valve 136 and a throttle valve 138.
  • the condensate line 112 branches off between the check valve 136 and the throttle valve 138, via which the condensate is returned to the district heating network. Seen in the direction of flow of the condensate, a shut-off valve 140, a motor-operated temperature regulator 142, a flow differential pressure regulator 144, a non-return valve 146 and a further shut-off valve 148 are arranged in series in the condensate line 112. A manometer 150 is located between the check valve 146 and the shut-off valve 148.
  • a heat meter 152 is arranged between the line section 128 and the circulating pump 134 and works in a known manner with a sensor 154 or 156 attached to the line section 118 (flow) and 128 (return).
  • the reference number 158 denotes a central regulating or control module which controls the operation of the system as a function of the outside temperature, cf. Outside sensor 160, controls. While in the case of the exemplary embodiment described above, the steam is fed directly into the heating water, two alternatively hydraulically separated circuits can also be provided, namely a condensate circuit and a heating circuit, both circuits being thermally connected to one another by an intermediate heat exchanger.
  • FIG. 2 shows a preferred embodiment of the injector according to the invention in detail.
  • the injector 402 according to the invention is installed in the heating system in the position shown in FIG. 2, that is to say in the upright position.
  • the injector 402 comprises an essentially cylindrical housing 404 with an upper housing half 406 and a lower housing half 408, both housing halves being flanged together by means of flanges 410, 412.
  • the housing 404 has a substantially cylindrical cavity 414 and, with the exception of the openings described below, is closed on all sides.
  • a water inlet opening 416 is defined, which is connected via the pipe socket 418 to the line section of the circuit line 100, which leads to the throttle valve 138.
  • a water outlet opening 420 which is formed radially to the central axis of the housing and is connected via a pipe socket 422 to the line section of the circuit line 100 leading to the vent valve 114.
  • the opening 420 is located in the upper region of the housing 404, but is spaced from the upper end of the cavity 414 for the reasons described below.
  • a steam inlet opening 424 is formed at the upper end of the housing 404 and is connected to the steam line 110 via an angled pipe socket 426.
  • a steam pipe section extends downward from the steam inlet opening 424 and ends in a welding sleeve 428, which ends at the level of the division between the upper and lower housing halves 406 and 408.
  • a nozzle tube 430 is interchangeably screwed into the weld-on sleeve 428 via a thread (not shown).
  • the cylindrical nozzle tube 430 is coaxial with the axis of the cylindrical cavity 414 of the housing 404, is closed at its lower end and extends to near the lower end of the cavity 414.
  • the nozzle tube 430 has a multiplicity of small nozzle bores 432 which are spirally in one or several spirals are formed in the cylindrical outer surface of the nozzle tube and are evenly distributed.
  • the nozzle tube 430 is wrapped with a fine-meshed stainless steel gauze 434, this stainless steel gauze being arranged one above the other in a plurality of layers and covering the entire area of the nozzle bores 432.
  • a vent dome 436 is formed, which is defined by the cavity above the water outlet opening 420.
  • the dome bottom of the venting dome 436 is provided with an automatic steam vent 438.
  • the diameter of the nozzle bores is 1.5 mm.
  • the stainless steel gauze consists of wire with a diameter of 0.5 mm and a mesh size of 2 mm.
  • the winding thickness of the stainless steel gauze is 15 mm.
  • a maximum flow rate of 25 m / s must be maintained for the selected nominal size.
  • the Number of nozzle bores and thus the injection cross-section are chosen so that a flow rate of preferably 130 m / s is not undercut at full steam throughput.
  • the flow rate of the water to be heated is chosen so large that the temperature at the water outlet clearly falls below the saturation temperature.
  • the injector comprises a central cylindrical space 440, via which the steam enters the housing of the injector, and an annular space 442, which surrounds the space 440 and which passes from the space 440 through the nozzle tube 430 (and its extension leading up to the steam inlet opening 424) is separated, the two spaces being connected to one another exclusively via the nozzle bores 432.
  • the water circulates with a constant or variable flow from the water inlet opening 416 via the mixing chamber 442 to the water outlet opening 420.
  • the steam enters the steam chamber 440 from the steam inlet opening 424 and passes through the nozzle bores 432 into the mixing chamber 442, where it is used Purpose of heating is introduced into the water flowing therein.
  • the steam bubbles In order to inject the steam into the water silently, the steam bubbles must be very small.
  • the first phase of shredding is done by the steam passing through the small nozzle holes.
  • the steam accelerated in the nozzle bores enters the gauze winding 434.
  • the vapor bubbles Upon impact with the fine-meshed structure, the vapor bubbles are divided several times and thus reach a size that may result in a boiling noise during the subsequent condensation.
  • the condensation completes the heat transfer from steam to the water to be heated. Only the amount of steam that corresponds to the outflowing amount of water can flow into the injector.
  • the outflow of water is controlled by the temperature controller 142 in the condensate line 112, so that no control valve for the amount of steam may be used on the steam side.
  • the flow velocity in the nozzle bores must not fall below a minimum velocity, which was set at 130 m / s in the case of the present exemplary embodiment, even with a lower vapor throughput.
  • the injection cross section must therefore also be reduced in order to keep the flow rate constant. The injection cross-section is reduced by changing the water level in the nozzle pipe due to the regulated water flow and thus blocking the nozzle bores covered with water for the passage of steam.
  • Amount of steam the amount of heat corresponds to the maximum output in the design state.

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Abstract

Eine Vorrichtung zum Injektieren von Dampf in strömendes Wasser zum Zwecke des Erhitzens des Wassers umfaßt ein im wesentlichen geschlossenes Gehäuse (404), einen Mischraum (442) innerhalb des Gehäuses (404), in dem der Dampf mit dem zu erhitzenden Wasser vermischt wird, jeweils eine Wassereintrittsöffnung (416) und eine Wasseraustrittsöffnung (420) im Gehäuse (404), wobei das Wasser von der Wassereintrittsöffnung (416) über den Mischraum (442) zur Wasseraustrittsöffnung (420) geführt ist, einen Dampfraum (440) innerhalb des Gehäuses, eine Dampfeintrittsöffnung (424) im Gehäuse (404), wobei der Dampf von der Dampfeintrittsöffnung (424) in den Dampfraum (440) geleitet wird, eine Trennwand (430) zwischen Dampfraum (440) und Mischraum (442), wobei in der Trennwand (430) eine Vielzahl von Düsenbohrungen (432) zum beschleunigten Durchtritt des Dampfes in den Mischraum (442) ausgebildet sind, und eine feinmaschige Struktur (434) an der dem Mischraum (442) zugewandten Wandung der Trennwand (430) zumindest im Bereich der Düsenbohrungen (432), zum Zerkleinern der an den Düsenbohrungen beschleunigt austretenden Dampfblasen, wobei die Anzahl der Düsenbohrungen (432) und deren Querschnitt so ausgelegt sind, daß im Bereich der Düsenbohrungen eine Strömungsgeschwindigkeit des Dampfes von 100 m/s nicht unterschritten wird und/oder wobei im eingebauten Zustand der Vorrichtung die Düsenbohrungen (432) zumindest teilweise in unterschiedlicher Höhe angeordnet sind.

Description

Vorrichtung zum Injektieren von Dampf in strömendes Wasser zum Zwecke des
Erhitzens des Wassers
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Injektieren von Dampf in strömendes Wasser zum Zwecke des Erhitzens des Wassers. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen solchen Injektor, wie er im Zusammenhang mit einem Verfahren gemäß deutschem Patent 44 32 464 zum Einsatz kommt, welches ein Ver- fahren zum Erhitzen von Heiz- bzw. Brauchwasser mittels Dampf aus dem Dampfnetz einer Fernleitung offenbart, bei dem der Dampf in im Kreislauf befindliches, aufzuheizendes Wasser injektiert wird, wobei die in das Wasser zu injektierende Dampfmenge durch (außen-)temperatur-geregeltes Abführen von Wasser bzw. Kondensat in die Kondensatleitung des Dampfnetzes gesteuert wird.
Bei den bekannten Vorrichtungen zum Einführen von Dampf in Wasser ergeben sich in der Praxis schwerwiegende Probleme. Das Einleiten von Dampf in Wasser führt zu sogenannten Wasserschlägen, weil die Dampfblasen vom umgebenen Wasser abgekühlt werden und durch die damit verbundene Änderung des Aggregatzustandes von Dampf auf Wasser eine schlagartige Volumenkontraktion erfolgt. Diese Wasserschläge stellen neben der Geräuschbelästigung aufgrund der entstehenden Druckwellen auch noch eine starke Materialbelastung dar und führen zu vorzeitigen Materialalterungen. Diese Probleme sollen mit der vorliegenden Erfindung vermieden werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Injektor zu schaffen, bei dem die Injektion von Dampf in das Wasser besonders geräuscharm bzw. geräuschlos erfolgt.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, den Injektor so auszubilden, daß die Dampfeinleitung in das Wasser mengenvariabel von 0 bis 100% erfolgen kann, damit der Injektor für die außentemperaturabhängige Beheizung in der Gebäudetechnik eingesetzt werden kann. Hierbei sollen auch die Vorschriften der Heizanlagenverordnung und die Sicherheitsbestimmungen nach DIN 4751 eingehalten werden. Die Einregulierung der zu übertragenden Wärmemenge soll ausschließlich durch eine mengenregulierte AbStrömung von Wasser aus dem System und eine daraus resultierende Nachströmung der äquivalenten Dampfmenge erfolgen. Bei einer Übertragungswärmemenge von 0 muß der Dampf als statischer Druck auf das System anstehen.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zum Injektieren von Dampf in strömendes Wasser vorgeschlagen mit einem im wesentlichen geschlossenen Gehäuse, einem Mischraum innerhalb des Gehäuses, in dem der Dampf mit dem zu erhitzenden Wasser vermischt wird, jeweils einer Wassereintrittsöffnung und einer Wasseraustrittsöffnung im Gehäuse, wobei das Wasser von der Wassereintrittsöffnung über den Mischraum zur Wasseraustrittsöffnung geführt ist, einem Dampfraum innerhalb des Gehäuses, einer Dampfeintrittsöffnung im Gehäuse, wobei der Dampf von der Dampfeintrittsöffnung in den Dampfraum geleitet wird, einer Trennwand zwischen Dampfraum und Mischraum, wobei in der Trennwand eine Vielzahl von Düsenbohrungen zum beschleunigten Durchtritt des Dampfes in den Mischraum aus- gebildet sind, und einer feinmaschigen Struktur an der dem Mischraum zugewandten Wandung der Trennwand zumindest im Bereich der Düsenbohrungen zum Zerkleinern der an den Düsenbohrungen beschleunigt austretenden Dampfblasen, wobei die Anzahl der Düsenbohrungen und deren Querschnitt so ausgelegt sind, daß im Bereich der Düsenbohrungen eine Strömungsgeschwindigkeit des Dampfes von 100 m/s nicht unterschritten wird.
Es hat sich gezeigt, daß ein solcher Aufbau geeignet ist, die störenden Wasserschläge und die damit verbundenen Geräusche und Vibrationen jedenfalls auf ein solches Maß zu reduzieren, daß sie nicht mehr als störend empfunden werden. Aufgrund der hohen Ausströmgeschwindigkeit des Dampfes aus den Düsenbohrungen und der anschließenden Zerkleinerung der Dampfbläschen in der fein- bohrungen und der anschließenden Zerkleinerung der Dampfbläschen in der feinmaschigen Struktur werden die Dampfbläschen auf ein solches Maß zerkleinert, daß bei ihrem Kollabieren störende Wasserschläge nicht mehr auftreten.
Besonders vorteilhaft hat es sich hierbei erwiesen, wenn die Düsenbohrungen einen Durchmesser von jeweils höchstens 3 mm aufweisen, besser noch höchstens 2 mm, und optimale Resultate wurden erzielt bei einem Düsendurchmesser von etwa 1 ,5 mm.
Weiterhin ist es vorteilhaft, die Maschenweite der feinmaschigen Struktur auf höchstens 3 mm festzulegen, vorzugsweise auf etwa 2 mm. Das Material der feinmaschigen Struktur sollte vorzugsweise eine Stärke von höchstens 1 mm haben, besonders vorteilhaft sind etwa 0,5 mm. Eine solche feinmaschige Struktur kann insbesondere von einer feinmaschigen Edelstahlgaze gebildet werden, die vielschichtig über den Düsenbohrungen angeordnet ist. Eine Gesamtdicke der feinmaschigen Struktur von mindestens 5 mm, vorzugsweise von mindestens 15 mm hat sich als vorteilhaft erwiesen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß im eingebauten Zustand der Vorrichtung die Düsenbohrungen zumindest teilweise in unterschiedlicher Höhe angeordnet sind. Hierdurch kann erreicht werden, daß die Dampfeinleitung mengenvariabel erfolgen kann. Strömt kein Wasser bzw. Kondensat aus dem System ab, so füllt sich der Dampfraum mit Wasser bzw. Kondensat und steigt soweit an, daß sich die Düsenbohrungen vollständig im Wasser bzw. Kondensat befinden, so daß eine Einleitung von Dampf in den Mischraum nicht mehr möglich ist. Demgegenüber strömt dann, wenn die maximale Menge an Wasser bzw. Kondensat abgeleitet wird, die der abströmenden Wassermenge äquivalente Dampfmenge in den Injektor und dieser füllt sich im Bereich der Dampfkammer, nach Verdrängung des Wassers, vollständig mit Dampf, so daß Dampf durch sämtliche Düsenbohrungen strömt und somit die maximale Dampfmenge zugeführt wird. Bei den zwischen der Minimal- und der Maximalleistung liegenden Lastbereichen werden aufgrund des Umstandes, daß die Düsenbohrungen in unterschiedlichen Höhen angeordnet sind, aufgrund des unterschiedlichen Wasserpegels im Dampfraum jeweils eine unterschiedliche Anzahl von Düsenbohrungen freigegeben, wodurch die abgegebene Dampfmenge und somit auch die übertragene Wärmemenge mehr oder weniger stufenlos reguliert werden kann.
In besonders vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Trennwand zumindest teilweise als Düsenrohr ausgebildet ist, welches mit der Dampfeintrittsöffnung verbunden ist und sich nach unten in den vom Gehäuse definierten Hohlraum erstreckt. Die Düsenbohrungen können hierbei insbesondere spiralförmig auf der Zylinderwandung des Düsenrohres ausgebildet sein, wodurch sich eine praktisch stufenlose Regelung der eingeleiteten Dampfmenge ergibt.
Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben wird. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Anlage zum Erhitzen von Wasser mittels Dampf aus dem Dampfnetz einer Fernheizung, in der ein erfindungsgemäßer Injektor eingebaut ist, und
Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines bevorzugten erfindungsgemäßen Injektors.
Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Einer insgesamt mit der Bezugsziffer 100 bezeichneten Kreislaufleitung für Heizwasser, die vollständig entlüftet ist, wird über einen erfindungsgemäßen Injektor 402 überhitzter Dampf aus einer Dampfleitung 110 eines Dampfnetzes einer Fernheizung zugeführt. An der Dampfleitung 110 sind vor dem Injektor 402 eine Absperrarmatur 104, ein Manometer 106 und ein Thermometer 108 angeordnet. In Umlaufrichtung des in der Kreislaufleitung 100 befindlichen Wassers bzw. Kondensats gesehen (die Strömungsrichtung verläuft in der Darstellung gemäß Figur 1 im Uhrzeigersinn) nach dem Injektor 402 ist ein Entlüftungsventil 114 an der Kreislaufleitung angeordnet. Der sich hieran anschließende Leitungsabschnitt 118 der Kreislaufleitung kann als Vorlauf der Gebäudeheizung bezeichnet werden und an ihm sind nacheinander ein Thermostatschalter 120, ein Meßfühler 122, ein Druckschalter 124 und ein Sicherheitsventil 126 angeordnet.
Nach Durchströmen des erhitzten Heizwassers durch die nicht dargestellten Wärmeverbraucher (Heizkörper) kehrt das Heizwasser über den als Rücklauf zu bezeichnenden Leitungsabschnitt 128 zurück, wobei an diesem Leitungsabschnitt ein Manometer 130 und anschließend ein Entleerungsventil 132 angeordnet sind. Das abgekühlte Heizwasser wird anschließend über eine Umwälzpumpe 134, eine Rückschlagklappe 136 und ein Drosselventil 138 zum Injektor 402 zurückgeführt.
Zwischen der Rückschlagklappe 136 und dem Drosselventil 138 zweigt die Kondensatleitung 112 ab, über die das Kondensat in das Fernheiznetz rückgeleitet wird. In Strömungsrichtung des Kondensats gesehen sind in der Kondensatleitung 112 hintereinander eine Absperrarmatur 140, ein motorbetriebener Temperatur- regier 142, ein Durchfluß-Differenzdruckregler 144, eine Rückschlagklappe 146 und eine weitere Absperrarmatur 148 angeordnet. Zwischen Rückschlagklappe 146 und Absperrarmatur 148 befindet sich ein Manometer 150.
Zwischen dem Leitungsabschnitt 128 und der Umwälzpumpe 134 ist ein Wärme- mengenzähler 152 angeordnet, der in bekannter Weise mit je einem am Leitungsabschnitt 118 (Vorlauf) und 128 (Rücklauf) angebrachten Meßfühler 154 bzw. 156 zusammenarbeitet.
Mit der Bezugsziffer 158 ist ein zentrales Regel- bzw. Steuermodul bezeichnet, welches den Betrieb der Anlage in Abhängigkeit von der Außentemperatur, vgl. Außenfühler 160, steuert. Während im Falle des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels der Dampf direkt in das Heizwasser eingespeist wird, können in alternativer Weise auch zwei voneinander hydraulisch getrennte Kreisläufe vorgesehen sein, nämlich ein Kon- densatkreislauf und ein Heizungskreislauf, wobei beide Kreisläufe durch einen zwischengeschalteten Wärmetauscher thermisch miteinander verbunden sind.
Wegen weiterer Details hinsichtlich des Aufbaus und der Funktionsweise der Anlage wird ausdrücklich auf das deutsche Patent 44 32 464 verwiesen.
Im folgenden wird auf Fig. 2 Bezug genommen, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Injektors in seinen Einzelheiten zeigt.
Vorausgeschickt sei, daß der erfindungsgemäße Injektor 402 in der Heizungsan- läge in der in der Fig. 2 dargestellten Stellung eingebaut wird, also in aufrechter Stellung.
Der Injektor 402 umfaßt ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 404 mit einer oberen Gehäusehälfte 406 und einer unteren Gehäusehälfte 408, wobei beide Ge- häusehälften mittels Flanschen 410, 412 zusammengeflanscht sind. Das Gehäuse 404 weist einen im wesentlichen zylindrischen Hohlraum 414 auf und ist, mit Ausnahme der nachstehend beschriebenen Öffnungen, allseitig geschlossen. Am unteren Ende des Gehäuses 404 ist eine Wassereintrittsöffnung 416 definiert, die über den Rohrstutzen 418 an das Leitungsstück der Kreislaufleitung 100, das zum Drosselventil 138 führt, angeschlossen ist. In der oberen Gehäusehälfte 406 des Gehäuses 404 ist seitlich eine radial zur Mittelachse des Gehäuses ausgebildete Wasseraustrittsöffnung 420 vorgesehen, die über einen Rohrstutzen 422 an das zum Entlüftungsventil 114 führende Leitungsstück der Kreislaufleitung 100 angeschlossen ist. Die Öffnung 420 befindet sich im oberen Bereich des Gehäuses 404, ist jedoch, aus den weiter unten geschilderten Gründen, vom oberen Ende des Hohlraums 414 beabstandet. Am oberen Ende des Gehäuses 404 ist eine Dampfeintrittsöffnung 424 ausgebildet, die über einen abgewinkelten Rohrstutzen 426 an die Dampfleitung 110 angeschlossen ist. Ein Dampfrohrabschnitt erstreckt sich von der Dampfeintrittsöff- nung 424 nach unten und endet in einer Anschweißmuffe 428, die in Höhe der Teilungsebene zwischen oberer und unterer Gehäusehälfte 406 bzw. 408 endet.
Ein Düsenrohr 430 ist über ein nicht dargestelltes Gewinde auswechselbar in die Anschweißmuffe 428 eingeschraubt. Das zylindrische Düsenrohr 430 verläuft koaxial zur Achse des zylindrischen Hohlraumes 414 des Gehäuses 404, ist an seinem unteren Ende geschlossen und erstreckt sich bis nahe dem unteren Ende des Hohlraums 414. Das Düsenrohr 430 weist eine Vielzahl von kleinen Düsenbohrungen 432 auf, die spiralförmig in einer oder mehreren Spiralen in der zylindrischen Mantelfläche des Düsenrohrs ausgebildet sind und gleichmäßig verteilt sind.
Das Düsenrohr 430 ist mit einer feinmaschigen Edelstahlgaze 434 umwickelt, wobei diese Edelstahlgaze in einer Vielzahl von Schichten übereinaπderliegend angeordnet ist und den gesamten Bereich der Düsenbohrungen 432 abdeckt.
Am oberen Ende des Gehäuses 404 ist ein Entlüftungsdom 436 ausgebildet, der durch den Hohlraum oberhalb der Wasseraustrittsöffnung 420 definiert ist. Der Klöpperboden des Entlüftungsdoms 436 ist mit einem automatischen Dampfentlüfter 438 versehen.
Im Falle des bevorzugten Ausführungsbeispiels beträgt der Durchmesser der Düsenbohrungen 1 ,5 mm. Die Edelstahlgaze besteht aus Draht von 0,5 mm Durchmesser und hat eine Maschenweite von 2 mm. Die Wicklungsstärke der Edelstahlgaze beträgt 15 mm.
Bei der Dimensionierung der Dampfleitung muß bei der ausgewählten Nennweite eine maximale Strömungsgeschwindigkeit von 25 m/s eingehalten werden. Die An- zahl der Düsenbohrungen und damit der Injektions-Querschnitt werden so gewählt, daß bei vollem Dampfdurchsatz eine Strömungsgeschwindigkeit von vorzugsweise 130 m/s nicht unterschritten wird. Die Durchflußmenge des zu beheizenden Wassers wird so groß gewählt, daß die Temperatur beim Wasseraustritt die Sätti- gungstemperatur deutlich unterschreitet.
Aus dem vorstehend beschriebenen Aufbau des erfindungsgemäßen Injektors ergibt sich, daß dieser einen zentralen zylindrischen Raum 440 umfaßt, über den der Dampf in das Gehäuse des Injektors eintritt, sowie einen den Raum 440 umgeben- den ringförmigen Raum 442, der vom Raum 440 durch das Düsenrohr 430 (und dessen nach oben zur Dampfeintrittsöffnung 424 führenden Verlängerung) abgetrennt ist, wobei beide Räume ausschließlich über die Düsenbohrungen 432 miteinander in Verbindung stehen.
Im Betrieb zirkuliert das Wasser mit einem konstanten oder variablen Mengenstrom von der Wassereintrittsöffnfung 416 über den Mischraum 442 zur Wasseraustrittsöffnung 420. Der Dampf tritt von der Dampfeintrittsöffnung 424 in den Dampfraum 440 ein und gelangt durch die Düsenbohrungen 432 hindurch in den Mischraum 442, wo er zum Zwecke des Aufheizens in das hierin strömende Wasser eingeleitet wird.
Um den Dampf geräuschlos in das Wasser injektieren zu können, müssen die Dampfbläschen sehr klein sein. Die erste Phase der Zerkleinerung erfolgt, indem der Dampf die kleinen Düsenbohrungen passiert. In der zweiten Phase tritt der in den Düsenbohrungen beschleunigte Dampf in die Gazewicklung 434 ein. Beim Aufprall auf die feinmaschige Struktur werden die Dampfbläschen mehrfach geteilt und erreichen damit eine Größe, die beim anschließenden Kondensieren allenfalls ein Siedegeräusch entstehen läßt. Mit der Kondensation ist der Wärmeübergang von Dampf auf das zu beheizende Wasser abgeschlossen. In den Injektor kann nur diejenige Dampfmenge einströmen, die der abströmenden Wassermenge entspricht. Die Abströmung des Wasser erfolgt geregelt durch den Temperaturregler 142 in der Kondensatleitung 112, so daß dampfseitig keine Regelarmatur für die Dampfmenge eingesetzt werden darf.
Um die beschriebene Dampfbläschenzerkleinerung im gesamten Lastbereich zwischen 0 und 100% zu gewährleisten, darf die Strömungsgeschwindigkeit in den Düsenbohrungen auch bei geringerem Dampfdurchsatz eine Minimalgeschwindigkeit, die im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels mit 130 m/s festgesetzt wurde, nicht unterschreiten. Mit der Reduzierung der Dampfmenge muß zwecks Konstanthaltung der Strömungsgeschwindigkeit daher auch der Injektions-Querschnitt reduziert werden. Der Injektionsquerschnitt wird reduziert, indem der Wasserstand im Düsenrohr durch die geregelte Wasserabströmung verändert wird und damit die mit Wasser abgedeckten Düsenbohrungen für den Dampfdurchgang versperrt werden.
Für den gesamten Lastbereich werden zwei Grenzfälie definiert:
- Wasserstau im gesamten Düsenrohr, alle Bohrungen sind mit Wasser be- deckt, es kann somit kein Dampf durch die Düsenbohrungen strömen, es strömt kein Wasser aus dem System ab, die entnommene Wärmemenge ist gleich null.
- Im gesamten Düsenrohr befindet sich Dampf, alle Düsenbohrungen sind freigegeben, es strömt die der abströmenden Wassermenge äquivalente
Dampfmenge, die Wärmemenge entspricht der Maximalleistung im Auslegungszustand.
Alle anderen Lastpunkte liegen zwischen den beschriebenen Grenzen. Für den Fall, daß mit dem Dampf vermischt Luft in den Injektor eintritt, ist eine Trennung der beiden Gase erst nach der Kondensation des Dampfes möglich. Die in den Injektor eintretenden Luftbläschen können sich unter dem Entlüftungsdom 436 sammeln und werden über den Dampfentlüfter 438 automatisch ins Freie abgeführt.
Bezuαszeichenliste
Kreislaufleitung 160 Außenfühler Absperrarmatur 402 Injektor Manometer 404 Gehäuse Thermometer 406 obere Gehäusehälfte Dampfleitung 408 untere Gehäusehälfte Kondensatleitung 410 Flansch Entlüftungsventil 412 Flansch Leitungsabschnitt 414 Hohlraum Thermostatschalter 416 Wassereintrittsöffnung Meßfühler 418 Rohrstutzen Druckschalter 420 Wasseraustrittsöffnung Sicherheitsventil 422 Rohrstutzen Leitungsabschnitt 424 Dampfeintrittsöffnung Manometer 426 Rohrstutzen Entleerungsventil 428 Anschweißmuffe Umwälzpumpe 430 Düsenrohr Rückschlagklappe 432 Düsenbohrungen Drosselventil 434 Edelstahlgaze Absperrarmatur 436 Entlüftungsdom Temperaturregler 438 Dampfentlüfter Durchfluß-Differenzdruckregler 440 Dampfraum Rückschlagklappe 442 Mischraum Absperrarmatur Manometer Wärmemengenzähler Meßfühler Meßfühler Regel- bzw. Steuermodul

Claims

Ansprüche
Vorrichtung zum Injektieren von Dampf in strömendes Wasser zum Zwecke des Erhitzens des Wassers, mit a) einem im wesentlichen geschlossenen Gehäuse (404), b) einem Mischraum (442) innerhalb des Gehäuses (404), in dem der Dampf mit dem zu erhitzenden Wasser vermischt wird, c) jeweils einer Wassereintrittsöffnung (416) und einer Wasseraustrittsöffnung (420) im Gehäuse (404), wobei das Wasser von der Wassereintrittsöffnung
(416) über den Mischraum (442) zur Wasseraustrittsöffnung (420) geführt ist, d) einen Dampfraum (440) innerhalb des Gehäuses, e) einer Dampf eintrittsöffnung (424) im Gehäuse (404), wobei der Dampf von der Dampfeintrittsöffnung (424) in den Dampfraum (440) geleitet wird, f) einer Trennwand (430) zwischen Dampfraum (440) und Mischraum (442), wobei in der Trennwand (430) eine Vielzahl von Düsenbohrungen (432) zum beschleunigten Durchtritt des Dampfes in den Mischraum (442) ausgebildet sind, und g) einer feinmaschigen Struktur (434) an der dem Mischraum (442) zuge - wandten Wandung der Trennwand (430) zumindest im Bereich der Düsenboh rungen (432), zum Zerkleinern der an den Düsenbohrungen beschleunigt austretenden Dampfblasen, wobei h1 ) die Anzahl der Düsenbohrungen (432) und deren Querschnitt so ausgelegt sind, daß im Bereich der Düsenbohrungen eine Strömungsgeschwindigkeit des Dampfes von 100 m/s nicht unterschritten wird, und/oder h2) im eingebauten Zustand der Vorrichtung die Düsenbohrungen (432) zumindest teilweise in unterschiedlicher Höhe angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenbohrungen (432) einen Durchmesser von jeweils höchstens 3 mm aufweisen, vorzugsweise höchstens 2 mm, insbesondere etwa 1 ,5 ± OJ mm.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschenweite der feinmaschigen Struktur (434) höchstens 3 mm beträgt, vorzugsweise etwa 2 mm.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, daß das Material der feinmaschigen Sturktur (434) eine Stärke von höchstens 1 mm, vorzugsweise von etwa 0,5 mm aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die feinmaschige Struktur (434) eine Edelstahlgaze ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die feinmaschige Struktur (434) eine (senkrecht zur Ebene der Trennwand gemessene) Dicke von mindestens 5 mm, vorzugsweise von mindestens 15 mm, aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wassereintrittsöffnung (416) an einem unteren Bereich des Gehäuses (404) und die Wasseraustrittsöffnung (420) sowie die Dampfeintrittsöffnung (424) an einem oberen Bereich des Gehäuses (404) ausgebildet sind und die Trennwand (430) sich von einem oberen Bereich des Gehäuses nach unten zum unteren Bereich hin erstreckt.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfeintrittsöffnung (424) mit einem Düsenrohr (430) verbunden ist, das die Trennwand definiert.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (404) einen langgestreckten Hohlraum (414) definiert, an dessen oberem Ende sich die Dampfeintrittsöffnung (424) befindet, an die, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines weiteren Rohrstücks, das sich nach unten erstreckende Düsenrohr (430) anschließt und daß die Wasseraustrittsöffnung (420) seitlich an einem oberen Bereich des Gehäuses (404) ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Wasseraustrittsöffnung eine Entlüftungseinrichtung (436, 438) ausgebildet ist.
1 1. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenbohrungen (432) spiralförmig auf der Zylinderwandung eines Düsenrohrs (430) ausgebildet sind.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasseraustrittsöffnung (420) oberhalb der Düsenbohrungen (432) angeordnet ist.
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