DE2439144B2 - Vorrichtung zum Verteilen strömender Medien von einem Strömungsquerschnitt auf einen davon verschiedenen Strömungsquerschnitt - Google Patents
Vorrichtung zum Verteilen strömender Medien von einem Strömungsquerschnitt auf einen davon verschiedenen StrömungsquerschnittInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verteilen strömender Medien (Gase oder Flüssigkeiten) von
einem Strömungsquerschnitt auf einen davon verschiedenen Strömungsquerschnitt mit einem sich trichterförmig
erweiternden, an beiden Enden offenen Hüllrohr, mindestens einer im Hüllrohr senkrecht zur Hüllrohrachse
angebrachten, von einer Vielzahl von parallelen Durchtrittskanälen durchsetzten Platte mit Durchtrittsöffnungen
zwischen Plattenrand und Hüllrohr und einer in die erweiterte öffnung des Hüllrohres eingesetzten,
von einer Vielzahl paralleler Durchtrittskanäle durchsetzten Abschlußplatte.
Eine derartige Vorrichtung ist als Gaseintrittsstutzen für einen elektrostatischen Staubabscheider nach dem
deutschen Gebrauchsmuster IS 92 636 bekannt Mit dieser Vorrichtung wird jedoch nicht das einströmende
Gas gleichmäßig auf einen größeren Strömungsquerschnitt verteilt, sondern durch Erniedrigung der
Strömungsgeschwindigkeit Grobstaub ausgefällt Im trichterförmigen Hüllrohr, das einen rechteckigen
Querschnitt aufweist, sind mehrere Lochbleche angeordnet, die jeweils an drei Seiten bis zum Hüllrohr
reichen und an ihrer vierteil Seite über Winkelblechreihen am Hüllrohrrand befestigt sind, wodurch zwischen
den Plattenrändern und dem Hüllrohr Durchlaßöffnungen entstehen, die als Abführöffnungen für den
anfallenden Staub dienen.
Es ist auch ein Druckreduzierventil bekannt (DE-AS 11 38 290), das in einem trichterförmigen Hüllrohr
mehrere Stufen aufweist, die jeweils aus einem Sitzteil und einer darunterliegenden, drehbaren Platte bestehen.
In einigen Bereichen der Sitzteile sind Durchtrittskanäle vorgesehen, die bei entsprechender Drehung der
Platten mit entsprechenden öffnungen der Platten teilweise oder ganz zur Deckung gebracht werden
können, um einen hohen, regelbaren Druckverlust der strömenden Medien zu erzeugen. Auch hierbei wird
keine Gleichverteilung erzeugt
Bei einem anderen Druckreduzierventil (DE-PS 10 67 652) ist in einem trichterförmigen Hüllrohr eine
Vielzahl von Platten eingesetzt, die gegeneinander versetzte Durchtrittskanäle besitzen, um durch fortwährende
Richtungs- und Geschwindigkeitsänderungen eine geräusch- und schwingungsarme Energievernichtung
strömender Medien zu erzwingen.
Es werden aber auch möglichst druckverlustlose Verteilervorrichtungen benötigt, z.B. wenn in einer
Anlage für chemische Prozesse der Querschnitt eines ein strömendes gasförmiges oder flüssiges Medium
führenden Zuleitungsrohres so an den Querschnitt eines folgenden Teiles der Anlage angepaßt werden soll, daß
das strömende Medium in einer für die Anwendung günstigen Weise, z. B. gleichmäßig, über den Querschnitt
des folgenden Anlageteiles verteilt wird. Besonderer Bedarf an einer derartigen Vorrichtung
besteht, wenn eine zylindrische, mit einem Katalysator erfüllte Kammer mit einem aus einem engeren
Zuleitungsrohr kommenden Gemisch voin gasförmigen Reaktanten so beschickt werden soll, daß der Katalysator
gleichmäßig belastet wird. Weitere Anwendungsmöglichkeiten sind beispielsweise die gleichmäßige
Berieselung von Füllkörpern mit Flüssigkeiten oder die Belüftung von Flüssigkeiten mit Gasen in entsprechenden
Anlagen.
Weist ein sich trichterförmig erweiterndes Rohr einen öffnungswinkel unter 6° bis 8° auf (gemessen
zwischen der Mittelachse des Rohres und einer in der Mantelfläche des Trichters gelegenen Geraden), so ist
eine laminare Strömung noch in der Lage, der Öffnung des Rohres ohne Ausbildung von Toträumen und
Turbulenzen zu folgen. Einen über den ganzen Querschnitt von Null verschiedenen Medienstrom kann
man folglich durch lange, sich langsam erweiternde
Übergangsstücke zwischen den verschiedenen Querschnitten einer Anlage erreichen, deren öffnungswinkel
entsprechend klein sind. Neben der unerwünscht großen
Baulänge weisen derartige Leitungen aber ein Strömungsprofil der Medien entsprechend der voλ Hagen s
und Poiseuille berechneten Form mit einer zur Wand hin abfallenden Flußdichte auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein aus einer Zuleitung strömendes Medium möglichst gleich
mäßig über einen vom Querschnitt der Zuleitung verschiedenen Querschnitt zu verteilen.
Dies wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß
die Dicke der im Hüllrohr angebrachten Platte zum Plattenrand hin abnimmt, die Durchtrittsöffnung zwisehen
Plattenrand und Hüllrohr entlang des ganzen Plattenrandes vorgesehen sind und die Abschlußplatte
die erweiterte öffnung des Hüllrohres ausfüllt Bei der angegebenen Form der Platten trifft ein aus dem
Zuleitungsrohr strömendes Medium im Bereich der aus der Mitte des Zuleitungsrohres beschleunigt austretenden
Kernströmung auf längere Durchtrittskanäle, die einen höheren Strömungswiderstand besitzen und
daher die Kernströmung verlangsamen und teilweise zum Rand hin ableiten.
Durch die trichterartige Form des Hüllrohres wird die Ausbildung von Toträumen vermieden. Die seitlichen
Durchtrittsöffnungen stellen für die die Vorrichtung durchsetzenden Medien einen geringeren Strömungswiderstand
dar als die Durchtrittskanäle und bewirken dadurch auch bei geringen Durchsätzen eine ausreichende
Strömungsgeschwindigkeit in Nähe der Hüllrohrwandung.
Zur Verstärkung der Verteilerwirkung können in Richtung der Hüllrohrachse mehrere Platten mit
seitlichen öffnungen zwischen Plattenrand und Hüllrohr hintereinander mit Abstand voneinander im
Hüllrohr angeordnet sein.
Es ist hierbei vorteilhaft, wenn die Grundflächen von in Richtung der Hüllrohrerweiterung aufeinanderfolgenden
Platten zunehmen, um damit zu sichern, daß der Medienstrom der Änderung des Hüllrohrquerschnittes
auch bei kurzen Hüllrohren bzw. sehr großen Öffnungswinkeln folgt
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist bei jeder Platte die
Flächensumme der Durchtrittsöffnungen zwischen Plattenrand und Hüllrohr kleiner als die Querschnittsfläche
der engeren Hüllrohröffnung.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsfom ist für je zwei in Richtung der Hüllrohrerweiterung
aufeinanderfolgende Platten bei der nachfolgenden Platte die Flächensumme der Durchtrittsöffnungen
zwischen Plattenrand und Hüllrohr kleiner als bei der
vorangehenden Platte. Dadurch kann erreicht werden, daß stets ein ausreichender Teil des Medienstromes
durch die parallelen Durchtrittsöffnungen fließt.
Vorzugsweise können die einzelnen Platten in ins Hüllrohr einsetzbaren Rohrstücken befestigt und die
Durchtrittsöffnungen zwischen Plattenrand und Hüllrohr von Schlitzen in den Rohrstückwänden gebildet
sein.
Eine derartige Vorrichtung eignet sich besonders zur Verwendung als Verteiler für ein aus einem engen
Zuleitungsrohr strömendes, einer mit Katalysator gefüllten Reaktionskammer größeren Querschnittes
zuzuführenden Gemisch miteinander umzusetzender Gase. Die engere öffnung de« Hüllrohres stellt die
Eintrittsöffnung für das Gasgemisch dar, das die Vorrichtung durch die Abschlußplatte in der weiteren
Hüllrohröffnung in gleichmäßiger Verteilung wieder verläßt Dadurch wird gewährleistet, daß der in der
Reaktionskammer befindliche Katalysator gleichmäßig belastet wird. Die Abschlußplatte kann dabei gleichzeitig
als einlaßseitige Begrenzung der Reaktionskammer und als Rückschlagsicherung dienen, um ein unkontrolliertes
Zünden des in der Vorrichtung befindlichen reaktionsfähigen Gasgemisches durch die in der
Kammer ablaufende Reaktion zu verhindern.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch vorteilhaft als Sammler für ein aus einem Rohr größeren
Querschnitts kommende, einem R&hr kleineren Querschnittes zuzuführende Gase verwendet werden. Die
von der Abschlußplatte ausgefüllte erweiterte öffnung des Hüllrohres dient hierbei als Eimrittsöffnung des
Gasstromes, die am engeren Ende befindliche öffnung als Austrittsöffnung. Um beispielsweise eine mit
Katalysator gefüllte Reaktionskammer gleichmäßig mit einem Gemisch reagierender Gase zu durchsetzen und
die Reaktionsprodukte in einer engeren Saugleitung abzuführen, kann man der Realctionskammer eine
erfindungsgemäße Vorrichtung als Sammler strömungsmäßig nachschalten. Durch eine als Sammler dienende
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Ansaugleistung der engeren Saugleitung auf
den größeren Austrittsquerschnitt der Reaktionskammer gleichmäßig verteilt
Anhand einer Figur und eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung noch näher erläutert werden.
Die Figur zeigt einen Längsschnitt durch eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung.
Der äußere Mantel der Vorrichtung besteht aus einem sich trichterförmig erweiternden, beiderseits
offenen Hüllrohr 1, das an der engeren öffnung 2 und der weiteren öffnung 3 je einen Flansch 4 bzw. 5 besitzt
Die weitere öffnung 3 ist ausgefüllt von einer als Sinterlochstein mit vielen parallelen Durchtrittskanälen
6 ausgebildeten Abschlußplatte. Im Hüllrohr sind zwei koaxiale Einsätze angebracht Diese Einsätze bestehen
aus je einem Rohrstück 8 bzw. 9, das an dem einen Ende mittels eines Sprengringes 10 bzw. 11 am Hüllrohr
befestigt ist und am anderen Ende einen in das Rohrstück hineinragenden Vorsprung 12 bzw. 13
besitzt Auf diesen Vorsprüngen liegen Platten 14 und 15 auf, die von einer Vielzahl paralleler Kanäle 16, 17
durchsetzt sind und abgeschrägte Seiten aufweisen. Diese Platten sind beispielsweise Sinterlochsteine aus
Aluminiumoxid oder Magnesiumoxid. In den Rohrstükken sind ferner parallel zu den Plattenrändern
verlaufende Schlitze 18 und 19 als seitliche Durchtrittsöffnungen angebracht
Die Querschnittsflächen der seitlichen öffnungen jedes Einsatzes sind dabei so bemessen, daß ihre
Flächensummen in Richtung der Hüllrohrerweiterung abnehmen und jeweils kleiner sind als die Querschnittsfläche der engeren Hüllrohröffnung.
Zur Verdeutlichung der Wirkungsweise sind in der Figur Strömungslinien 20 für ein in Richtung der
Hüllrohrerweiterung strömendes Medium dargestellt Der aus einem engeren Zuleitungsrohr mit parabolischem
Geschwindigkeitsprofil austretende Medienstrom trifft in der Vorrichtung auf örtlich verschiedene
Strömungswiderstände. Dabei kommt es an jedem Einsatz zu einer Stauwirkung, die verbunden ist mit
einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit und
hinter den Einsätzen, insbesondere hinter den seitlichen Durchtrittsöffnungen, zu Turbulenzen führt.
Bei niedrigem Durchfluß ist die Strömung weitgehend laminar. Die aufgrund der abgeschrägten Seiten
innerhalb einer Platte sich zum Rand hin verkürzenden Durchtrittskanäle stellen einen zum Plattenrand hin
abnehmenden Strömungswiderstand dar. Der Strömungswiderstand der seitlichen Durchtrittsöffnungen
ist demgegenüber gering und wird weitgehend von den Turbulenzen bestimmt Dadurch kommt es zu einem
Ausgleich des parabolischen Geschwindigkeitsprofils. Bei größerem Durchfluß wächst die Stauwirkung und
die Ausbildung von Turbulenzen, gleichzeitig wird der Widerstand der Durchtrittskanäle weitgehend von
Anströmvorgängen bestimmt Das Zusammenspiel dieser Einflüsse bewirkt auch bei größeren Durchflüssen
eine gute Verteilung. Die Verteilerwirkung ist somit weitgehend unabhängig von der Größe des Durchflusses.
Bei dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel erweitert sich der Innendurchmesser des Hüllrohres 1
auf einer Länge von ca. 70 mm von etwa 32 mm auf etwa 105 mm. Die als Sinterlochsteinplatten aus Magnesiumoxid
gefertigten Platten 14, 15 und 7 besitzen kreisförmige Grundflächen von etwa 32 mm, 85 mm
bzw. 105 mm Durchmesser bei einer Dicke von etwa 10 mm. Die seitlichen Durchtrittsöffnungen in den
Einsätzen sind beim Rohrstück 8 etwa 6,3 mm und beim Rohrstück 9 etwa 1 mm breit. Die Durchtrittskanäle
weisen einen Durchmesser von 1 mm und eine Flächendichte von etwa 45 Kanälen pro cm2 Plattenoberfläche
auf. Die Abstände zwischen den Platten 14 und 15 bzw. 15 und 7 betragen etwa 12 mm.
Zur Erläuterung der Vorteile einer Vorrichtung gemäß der Erfindung sei angenommen, man würde ein
aus einem engeren Zuleitungsrohr austretendes Gemisch von kälteren reaktionsfähigen Gasen durch ein
einfaches, trichterförmiges Obergangsrohr einer Kammer größeren Eingangsquerschnittes zuführen, um dort
an einem Katalysator eine Reaktion durchzuführen, wobei die Reaktionswärme eine erhöhte Reaktionstemperatur
aufrechterhalten soll. Es bestünde hierbei die Gefahr, daß der Hauptteil des aus dem Zuleitungsrohr
austretenden Gases in Form einer Kernströmung nur einen kleinen Bereich des Katalysatorvolumens in Nähe
der Mittelachse der Katalysatorkammer durchsetzen würde. Während der Katalysator in anderen Bereichen
mangels ausreichenden Gasdurchsatzes kalt bliebe, könnten die kälteren Gase im Bereich der Kernströmung
den Katalysator abkühlen (»Kaltblasen«) und dadurch könnte die Umsetzungsfähigkeit des Katalysators
überschritten werden. Eine unvollständige Umsetzung, womöglich verbunden mit dem Auftreten
störender fester Rückstände, wären die Folge.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung verteilt demgegenüber dem Gasstrom gleichmäßig über den ganzen Kammerquerschnitt Darüber hinaus entstehen in der Vorrichtung keine Toträume, die das Abscheiden von Verunreinigungen und als stationäre Reaktionsräume
Die erfindungsgemäße Vorrichtung verteilt demgegenüber dem Gasstrom gleichmäßig über den ganzen Kammerquerschnitt Darüber hinaus entstehen in der Vorrichtung keine Toträume, die das Abscheiden von Verunreinigungen und als stationäre Reaktionsräume
ίο ein Rückschlagen der Reaktion begünstigen wurden.
Zudem schützen die Platten als Wärmeschilder davor, daß sich die Gase bereits innerhalb der Vorrichtung
durch die Wärmestrahlung des heißen Katalysators unzulässig erhitzen.
Als bevorzugtes Anwendungsgebiet seien Anlagen zur katalytischen Spaltgaserzeugung genannt Hierbei
handelt es sich um die Umsetzung verdampfter, schadstofffreier Brennstoffe, wie bleifreies Benzin
niedriger Octanzahl, mit sauerstoffhaltigen Gasen, wie Luft oder Abgas, zu Brenngas (Spaltgas) hervorragender
Brenneigenschaften, z. B. für die Speisung von Brennkraftmaschinen. Die Umsetzung findet in Reaktionskammern
mit geeigneten Katalysatoren statt, sogenannten Spaltgasgeneratoren, wie sie z. B. in den
deutschen Offenlegungsschriften 2103 008 und 21 35 650 beschrieben sind. Für diese Anwendung sind
als Plattenmaterialien Aluminiumoxid und Magnesiumoxid besonders geeignet weil an ihnen unerwünschte
Nebenreaktionen weitestgehend vermieden werden. Es können aber auch insbesondere für andere Anwendungszwecke
Platten aus anderen Materialien, z. B. aus Metall, verwendet werden.
Hierbei tritt auch beim Austritt der Reaktionsprodukte aus der Katalysatorkammer ein ähnliches Verteilungsproblem
auf. Wird beispielsweise bei der Verwendung in Kraftfahrzeugen der Gastransport durch die
Saugwirkung einer auf den Spaltgasgenerator folgenden Brennkraftmaschine bewirkt so muß die Saugleistung
der zur Brennkraftmaschine führenden engeren
Ansaugleitung auf den größeren Querschnitt der Reaktionskammer verteilt werden, um in der Kammer
eine Einschnürung des Gasstromes vor dem Eintritt in die Ansaugleitung zu verhindern. Dies kann vorteilhaft
dadurch erreicht werden, daß man eine als Sammler betriebene Vorrichtung gemäß der Erfindung zwischen
der Reaktionskammer und der Ansaugleitung anbringt
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist nicht nur aul
kreisförmige Querschnitte beschränkt und durch ihre kompakte und einfache Bauweise vielseitig verwendbar.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Vorrichtung zum Verteilen strömender Medien von einem Strömungsquerschnitt auf einen davon
verschiedenen Strömungsquerschnitt mit einem sich trichterförmig erweiternden, an beiden Enden
offenen Hüllrohr, mindestens einer im Hüllrohr senkrecht zur Hüllrohrachse angebrachten, von
einer Vielzahl von parallelen Durchtrittskanälen durchsetzten Platte mit Durchtrittsöffnungen zwisehen
Plattenrand und Hüllrohr und einer in die erweiterte öffnung des Hüllrohres eingesetzten, von
einer Vielzahl paralleler Durchtrittskanäle durchsetzten Abschlußplatte, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dicke der im Hüllrohr angebrachten Platte (14) zum Plattenrand hin
abnimmt, die Durchtrittsöffnungen (18) zwischen Plattenrand und Hüllrohr entlang des ganzen
Plattenrandes vorgesehen sind und die Abschlußplatte (7) die erweiterte öffnung (3) des Hüllrohres
(!) ausfüllt
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere in Richtung der Hüllrohrachse
hintereinander mit Abstand voneinander im Hüllrohr (1) angeordnete Platten (14,15) mit seitlichen
öffnungen (Sl, 9) zwischen Plattenrand und Hüllrohr.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundflächen von in Richtung der
Hüllrohrerweiterung aufeinanderfolgenden Platten (14,15) zunehmen.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder Platte (14,15)
die Flächensumme der Durchtrittsöffnungen (18,19) zwischen Plattenrand und Hüllrohr kleiner ist als die
Querschnittsfläche der engeren Hüllrohröffnung (2).
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für je zwei in Richtung der
Hüllrohrerweiterung aufeinanderfolgende Platten (14, 15) bei der nachfolgenden Platte (15) die
Flächensumine der Durchtrittsöffnungen zwischen Plattenrand und Hüllrohr kleiner ist als bei der
vorangehenden Platte (14).
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Platten
(14,15) in ins Hüllrohr einsetzbaren Rohrstücken (8, 9) befestigt sind und die Durchtrittsöffnungen
zwischen Plattenrand und Hüllrohr von Schlitzen (18,19) in den Rohrstückwänden (8,9) gebildet sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch ihre Verwendung als Ver- so
teiler für ein aus einem engen Zuleitungsrohr strömendes, einer mit Katalysator gefüllten Reaktionskammer
größeren Querschnittes zuzuführendes Gemisch miteinander umzusetzender Gase.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch ihre Verwendung als Sammler
für aus einem Rohr größeren Querschnitts kommende, einem Rohr kleineren Querschnittes
zuzuführende Gase.
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