Vorrichtung zur Aufteilung eines strömenden Flüssigkeits-Gas-Gemisches in mehrere Teilströme

Abstract

 Es wird eine Vorrichtung zur Aufteilung eines strömenden Flüssigkeits-Gas-Gemisches in mehrere Teilströme mit vorgebbaren Verhältnissen von Flüssigkeits- zu Gasmassenstrom beschrieben, welche eine Trennraumanordnung mit zumindest einer Zuführleitung für das Gemisch und mehreren Abführleitungen zur Bildung von aus jeweils einem Gas-Teilstrom und einem Flüssigkeits-Teilstrom zusammengefaßten Gemisch-Teilströmen umfaßt. In der Trennraumanordnung ist zumindest eine im Strömungsweg des Flüssigkeits-Gas-Gemisches angeordnete, aus einer Vielzahl von Prallfiächenelementen bestehende Einheit zum Impulsabbau des Flüssigkeits-Gas-Gemisches vorgesehen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufteilung eines strömenden Flüssigkeits-Gas-Gemisches in mehrere Teilströme mit vorgebbaren Verhältnissen von Flüssigkeits- zu Gasmassenstrom, bestehend aus einer einen Flüssigkeits- und einen Gasbereich aufweisenden Trennraumanordnung mit zumindest einer Zuführleitung für das Gemisch und mehreren, Mündungen im Gas-und/oder Flüssigkeitsbereich aufweisenden Abführleitungen zur Bildung von aus jeweils einem Gas-Teilstrom und einem Flüssigkeits-Teilstrom zusammengefaßten Gemisch-Teilströmen.

[0002] Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der DE-OS 27 31 279 bekannt. Diese bekannte Vorrichtung zur Aufteilung eines strömenden Flüssigkeits-Gas-Gemisches in mehrere Teilströme mit vorgebbaren Verhältnissen von Flüssigkeits- zu Gasmassenstrom hat sich in der Praxis bewährt.

[0003] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bekannte Vorrichtung dahingehend zu verbessern, daß die Trennung der Phasen des Gemisches auch bei sehr kompakter und in der Gestaltung freier Konstruktion gegeben ist._'Insbesondere soll auch erreicht werden, daß die Zahl der Teilströme bei gleichbleibender Baugröße wesentlich erhöht werden kann.

[0004] Gelöst wird diese Aufgabe nach der Erfindung dadurch, daß in der Trennraumanordnung zumindest eine im Strömungsweg des Flüssigkeits-Gas-Gemisches angeordnete, aus einer Vielzahl von Prallflächenelementen bestehende Einheit zum Impulsabbau des Flüssigkeits-Gas-Gemisches vorgesehen ist.

[0005] Die Verwendung einer derartigen Impulsabbaueinheit führt zu einer überraschend wirksamen Beruhigung der Strömungs- "vorgänge innerhalb der Trennraumanordnung und dadurch zu einer schnellen und vollständigen Trennung von Flüssigkeit und Gas bzw. Dampf, wobei ganz wesentlich ist, daß diese Vorgänge nicht mit einer irgendwie störenden Erhöhung des Strömungswiderstandes erkauft werden müssen.

[0006] Vorzugsweise sind die Prallflächenelemente innerhalb der Impulsabbaueinheit in Wirrlage angeordnet, wobei Wirrlagen-Prallflächenelemente vorzugsweise von den Bestandteilen eines Wirrfasergeflechts, eines Drahtgeflechts, einem Block aus Stahlwolle oder dergleichen oder aus einem offenporigen Schaumstoff bestehen können.

[0007] Gemeinsam ist all diesen Ausführungsvarianten der Impulsabbaueinheit die hohe Wirksamkeit bei gleichzeitig vorhandener Einfachheit, so daß sich durch die Verwendung einer derartigen Impulsabbaueinheit keine wesentlichen Mehrkosten ergeben, sondern vielmehr durch diese Impulsabbaueinheit die Voraussetzung für den Bau besonders kostengünstiger Trennraumanordnungen geschaffen wird.

[0008] Gemäß vorteilhafter Ausführungsformen der Vorrichtung nach der Erfindung folgen in Strömungsrichtung des eintretenden Flüssigkeits-Gas-Gemisches zumindest zwei verschiedene, die Impulsabbaueinheit bildende Prallflächenmaterialen aufeinander, wobei die Dichte des die jeweilige Impulsabbaueinheit bildenden Materials in Strömungsrichtung des eintretenden Flüssigkeits-Gas-Gemisches vorzugsweise zunimmt.

[0009] Durch gezielte Wahl des für die Impulsabbaueinheit verwendeten Materials und/oder durch Einstellung bestimmter Dichteverteilungen innerhalb des die Impulsabbaueinheit bildenden Materials läßt sich ein gezielter, gegebenenfalls speziellen Bedingungen Rechnung tragender Impulsabbau erreichen, und zwar mit überraschend kleinvolumigen Einheiten.

[0010] Zweckmäßigerweise wird das die Impulsabbaueinheit bildende Material in einer Halterung fixiert, die zumindest teilweise gitter- oder lochblechartig ausgebildet ist und in der sich die Fixierung des Materials durch seine Eigenelastizität ergibt. So verkrallt sich beispielsweise im Falle der Verwendung von Stahlwolle das Material derart in den öffnungen der Halterung, daß keinerlei zusätzliche Halteelemente erforderlich sind.

[0011] Bevorzugt ist das Zusammentreffen der Impulsabbaueinheit und der Zuführleitung mit einer Querschnittserweiterung verbunden. Dabei kann diese Querschnittserweiterung in Strömungsrichtung vor oder im Bereich der Impulsabbaueinheit liegen.

[0012] Die Impulsabbaueinheit besteht vorteilhafterweise aus einem zylindrischen Block, der in einem zumindest radial durchlässigen Korb gehaltert ist, einem ringzylindrischen Block oder auch einer Kombination derartiger Blöcke. Durch die weitgehende Freiheit in der konkreten Formgestaltung der Impulsabbaueinheit läßt sich eine problemfreie Anpassung an unterschiedliche Trennraumanordnungen erzielen. Eine Trennraumanordnung weist dabei einen Verteilraum mit einem Flüssigkeitsbereich und einem darüberliegenden Gasbereich auf, wobei die Höhe der im Verteilraum angeordneten Impulsabbaueinheit bevorzugt derart gewählt wird, daß der Flüssigkeitsspiegel innerhalb der Impulsabbaueinheit gelegen ist. Dadurch läßt sich ein besonders ruhiger Flüssigkeitsspiegel erzielen,weil die ankommende Flüssigkeit innerhalb der Impulsabbaueinheit mit geringer Geschwindigkeit in den Flüssigkeitsbereich eintritt.

[0013] Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung, die sich insbe---sondere für Vorrichtungen mit einer besonders großen Anzahl von Abführleitungen eignet, ist dem Verteilraum der Trennanordnung ein bezüglich der Zuführleitung eine Querschnittserweiterung erbringender Einlaßraum mit einer Impulsabbaueinheit vorgeschaltet, der sowohl gas- als auch flüssigkeitsseitig mit dem Verteilraum verbunden ist. Der Einlaßraum ist dabei zweckmäßigerweise höhengleich oder oberhalb des Verteilraums angeordnet, und die beiden Räume stehen über die Impulsabbaueinheit miteinander in Verbindung.

[0014] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung, mittels der ein in einer Kälteanlage vorkommendes Gemisch von Kältemittel und Kältedampf gleichmäßig auf mehrere Teilströme verteilt werden kann, und

Fig. 2 eine ebenfalls schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

[0015] Nach Fig. 1 wird über eine Rohrleitung 14 von unten in eine Trennanordnung 10 ein Flüssigkeits-Dampfgemisch eingeblasen, wobei der Dampfgehalt etwa 0,15 bis 0,40 beträgt. Dieses Flüssigkeits-Gas-Gemisch muß in Teilströme aufgeteilt werden, die jeweils ein vorgebbares Verhältnis von Flüssigkeits- zu Gasmassenstrom besitzen.

[0016] In die Trennraumanordnung 10 erstrecken sich ebenfalls von unten mehrere Abführleitungen 20, die untereinander höhengleich angeordnet sind. Diese Abführleitungen 20 sind oben offen und weisen außerdem achsparallele Schlitze 21 auf.

[0017] --Die Zuführleitung 14 ist von einer Impulsabbaueinheit 11 umgeben, die als zylindrischer Block ausgebildet ist und in einer Halterung 12 eine Vielzahl von Prallflächenelementen 23 aufweist. Diese Prallflächenelemente sind in Wirrlage angeordnet, was zur Folge hat, daß die von dem durch die Leitung 14 eintretenden Dampf mitgerissenen Flüssigkeitsteilchen auf diese Elemente auftreffen, dabei ihren Bewegungsimpuls verlieren und durch Zerteilung sowie Mehrfachumlenkung direkt in die Flüssigkeitsvorlage 17 gelangen, deren Pegel mit 22 gekennzeichnet ist.

[0018] Der von der Flüssigkeit getrennte Dampf- bzw. Gasanteil des zuströmenden Gemisches gelangt in den Gasbereich 18, der praktisch frei von Flüssigkeitsspritzern oder Schaumbildung ist.

[0019] Während des Betriebs tritt in die Abführleitungen 20 Gas bzw. Dampf über die oben offenen Enden der Rohre sowie auch über Schlitze 21 Gas bzw. Dampf ein, und dieser Gas- bzw. Dampfstrom nimmt im Bereich der Flüssigkeitsvorlage 17 eine definierte Menge an Flüssigkeit mit, die über die Schlitze 21 in die Abführrohre eintritt.

[0020] Da sich die Mündung 13 des Zuführrohres 14 oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 22 und innerhalb der Impulsabbaueinheit 11 befindet, stellt sich ein überraschend ruhiger Flüssigkeitsspiegel auch bei stark schwankender Zuführung des Flüssigkeits-Gas-Gemisches ein, was Ausdruck einer optimalen Trennung der flüssigen Phase von der gasförmigen Phase ist und zur Folge hat, daß eine sehr gleichmäßige Aufteilung des Flüssigkeits-Gas-Gemisches in einzelne Gemisch-Teilströme gewährleistet werden kann.

[0021] Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist in einer zylindrischen Trennraumanordnung 10 ein Zuführrohr 14 für das Flüssigkeits-Dampf-Gemisch zentrisch durch die untere Bodenwand geführt, und der im zylindrischen Behälter liegende Rohrstutzen erstreckt sich bis in den Bereich der oberen Deckenwand 24 und geht unmittelbar in eine schirmartig ausgebildete Querwand 25 über. Diese Querwand 25 bildet zusammen mit der Deckenwand 24 einen Einlaßraum 19 sowie eine radiale Strömungsführung, die verhindert, daß die flüssige Phase unmittelbar nach unten in den Flüssigkeitsvorrat 17 fallen und dort zu unerwünschter Verwirbelung und Blasenbildung führen kann, bzw. in die oberen Gaseintrittsöffnungen gelangt und so zu ungleichmäßiger Verteilung führt.

[0022] Im Bereich des Übergangs vom Rohr 14 zu der sich in Radialrichtung erstreckenden Strömungsführung ist eine Impulsabbaueinheit 11 vorgesehen, die beispielsweise aus einem pfropfenartigen Gebilde aus nichtrostender Stahlwolle besteht.

[0023] Diese Impulsabbaueinheit 11 bewirkt, daß das mit unterschiedlicher und zum Teil sehr hoher Strömungsgeschwindigkeit ankommende Flüssigkeits-Dampf-Gemisch beruhigt und vergleichmäßigt wird und bereits unter weitgehender Phasentrennung radial nach außen strömt, wobei die flüssige Phase beim Verlassen des Führungsbereichs längs der Wandung des Behälters nach unten strömt und dabei in eine weitere, ringzylindrisch ausgebildete und an der Behälterwandung anliegende Impulsabbaueinheit 11' gelangt. Die gasförmige Phase strömt unter scharfer Umlenkung radial nach innen zu den dort benachbart dem Zuführstutzen angeordneten Abführleitungen 20.

[0024] Die offenen freien Enden der Abführleitungen 20 liegen vorzugsweise etwas höher als der äußere Schirmrand, was dazu beiträgt, daß praktisch keinerlei Flüssigkeit in diese Gas-Eintrittsöffnungen mitgenommen werden kann.

[0025] In den Abführleitungen 20 sind in unterschiedlichen Höhen angebrachte und vorzugsweise mit zunehmender Höhenlage einen größeren öffnungsquerschnitt aufweisenden Bohrungen 26 vorgesehen. Anstelle dieser Bohrungen kann auch ein schmaler, vorzugsweise achsparalleler Schlitz 21 vorgesehen sein. Anstelle eines einzigen Schlitzes können auch mehrere Teilschlitze Verwendung finden.

[0026] Die ringzylindrische Impulsabbaueinheit 11' trägt auch dazu bei, daß die flüssige Phase sanft in den Flüssigkeitsvorrat 17 eingeleitet wird und damit ein für die Funktion ungünstiges Aufwühlen oder Aufwirbeln dieses Flüssigkeitsvorrats verhindert wird.

[0027] Dadurch bildet sich im Bereich der Abführleitungen, bzw. außerhalb der Impulsabbaueinheit 11' ein ruhiger Flüssigkeitsspiegel aus, der gewährleistet, daß die der bedeckten Fläche der Flüssigkeitsöffnungen entsprechende Flüssigkeitsmenge in die einzelnen Abführrohre 20 gelangt und damit die vorgegebenen Verhältnisse von Flüssigkeits- zu Gasmassenstrom eingehalten werden.

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Aufteilung eines strömenden Flüssigkeits-Gas-Gemisches in mehrere Teilströme mit vorgebbaren Verhältnissen von Flüssigkeits- zu Gasmassenstrom, bestehend aus einer einen Flüssigkeits- und einen Gasbereich aufweisenden Trennraumanordnung mit zumindest einer Zuführleitung für das Gemisch und mehreren, Mündungen im Gas-und/oder Flüssigkeitsbereich aufweisenden Abführleitungen zur Bildung von aus jeweils einem Gas-Teilstrom und einem Flüssigkeits-Teilstrom zusammengefaßten Gemisch-Teilströmen, dadurch gekennzeichnet , daß in der Trennraumanordnung (10) zumindest eine im Strömungsweg des Flüssigkeits-Gas-Gemisches angeordnete, aus einer Vielzahl von Prallflächenelementen bestehende Einheit (11) zum Impulsabbau des Flüssigkeits-Gas-Gemisches vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Prallflächenelemente innerhalb der Impulsabbaueinheit (11) in Wirrlage angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Impulsabbaueinheit (11) aus einem Wirrfasergeflecht besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Impulsabbaueinheit (11) aus einem Drahtgeflecht besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Impulsabbaueinheit (11) aus Stahlwolle, insbesondere nichtrostender Stahlwolle oder der^gl. besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Impulsabbaueinheit (11) aus einem offenporigen Schaumstoff besteht.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß in Strömungsrichtung des eintretenden Flüssigkeits-Gas-Gemisches zumindest zwei verschiedene, die Impulsabbaueinheit (11) bildende Prallflächenmaterialien aufeinanderfolgen.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Dichte des die Impulsabbaueinheit (11) bildenden Materials in Strömungsrichtung des eintretenden Flüssigkeits-Gas-Gemisches zunimmt.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das die Impulsabbaueinheit (11) bildende Material durch seine Eigenelastizität in einer Halterung (12) fixiert ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Halterung (12) zumindest teilweise gitter- oder lochblechartig ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen der Mündung (13) der Zuführleitung (14) für das Flüssigkeits-Gas-Gemisch und der Impulsabbaueinheit (11, 11a) im Strömungsweg dieses Gemisches eine Querschnittserweiterung (15) vorgesehen ist.-

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Zuführleitung (14) für das Flüssigkeits-Gas-Gemisch unter gleichzeitiger Querschnittserweiterung im Bereich der Impulsabbaueinheit (11) mündet.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet daß die Mündung der Zuführleitung (14) für das Flüssigkeits-Gas-Gemisch innerhalb der Impulsabbaueinheit (11) gelegen ist.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Impulsabbaueinheit (11) aus einem zylindrischen, in einem zumindest radial durchlässigen Korb gehalterten Block besteht.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß die Impulsabbaueinheit (11a) aus einem ringzylindrischen Block besteht.

16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Trennraumanordnung (10) einen Verteilraum mit einem Flüssigkeitsbereich (17) und einem darüberliegenden Gasbereich (18) aufweist, und daß die Höhe der in diesem Verteilraum angeordneten Impulsabbaueinheit (11) derart gewählt ist, daß der Flüssigkeitsspiegel innerhalb der Impulsabbaueinheit (11) gelegen ist.

17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verteilraum der Trennraumanordnung (10) ein bezüglich der Zuführleitung (14) eine Querschnittserweiterung erbringender Einlaßraum (19) mit einer Impulsabbaueinheit (11) vorgeschaltet ist, der sowohl gas- als auch flüssigkeitsseitig mit dem Verteilraum verbunden ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , daß der Einlaßraum (19) oberhalb des Verteilraums angeordnet ist und daß die beiden Räume über die Impulsabbaueinheit (11) miteinander in Verbindung stehen.

19. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Mündung (13) der Zuführleitung (14) über dem sich einstellenden Flüssigkeitsspiegel im Verteilraum gelegen ist.

Zeichnung