DE2553198C3

DE2553198C3 - Vorrichtung zum Abscheiden von Flüssigkeitstropfen aus strömenden Gasen

Info

Publication number: DE2553198C3
Application number: DE19752553198
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr.-Ing. 5100 Aachen Regehr
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-11-27
Filing date: 1975-11-27
Publication date: 1980-06-12
Also published as: DE2553198B2; DE2553198A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abscheiden von Flüssigkeitstropfen aus strömenden Gasen, mit in einem Strömungskanal mit Abstand voneinander angeordneten gewellten Platten, deren Wellenberge und Wellentäler quer zur Strömungsrichtung verlaufen und entgegen der Strömungsrichtupg offene Fangrinnen aufweisen, — und Abzugseinrichtung für die abgeschiedene Flüssigkeit. Dabei weisen die Fangrinnen ein den Platten ähnliches, z. B. sinusförmiges, Profil auf, sie sind also ähnlich wie die Platten gekrümmt.

Die bekannten Vorrichtungen der beschriebenen Gattung (vgl. DE-OS 15 44 114) haben sich an sich auch bei hohen Anströmgeschwindigkeiten bewährt. Sie sind jedoch bezüglich des Abscheidegrades (oder Wirkungsgrades) dann verbesserungsfähig, wenn es sich um die Behandlung von strömenden Gasen mit sehr hoher Flüssigkeitsbeladung handelt, deren Flüssigkeitsbeladung ein weites Tropfenspektrum aufweist. Bei der Behandlung solcher Gase mit hoher Flüssigkeitsbeladung besteht die Gefahr, daß Flüssigkeilstropfen durchgerissen werden oder abgeschiedene wieder mitgerissen werden. — Anders ausgedrückt läßt sich feststellen, daß die bekannten gattungsgemäßen Vorrichtungen für eine bestimmte Flüssigkeitsbeladung eine verhältnismäßig geringe Anströmgeschwindigkeit aufweisen. Auch ist der Energieverlust erheblich.

Bei Vorrichtungen anderer Gattung, wenn auch ähnlicher Zweckbestimmung, nämlich solchen, bei denen die erwähnten Fangrinnen fehlen, ist es bekannt (vgl. DE-PS 12 94 935), den Wellungen Undulationsbereiche zu überlagern oder (US-PS 33 38 035) zwischen den Wellenbergen und Wellentälern Undulationsbereiche vorzusehen. Undulationsbereiche bezeichnet dabei den Wellungen der Platten überlagerte Undulationen kleiner Amplitude (im folgenden Undulationsrillen), die bei den bekannten Ausführungsformen auf der sog. Prallseite der Platten angeordnet oder wie bei der zuletzt erwähnten Vorrichtung jeweils in die Prallseite mit zu dieser Prallseite ebenen Rillenkämmen hinein gedrückt sind. Die Kämme und Täler dieser Undulationsbereiche verlaufen quer zur Strömungsrichtung. Bei der bekannten Ausführungsform soll durch derartige Undulationsbereiche erreicht werden, daß bei hohe Strömungsgeschwindigkeit Flüssigkeitstropfen nicht durchgerissen oder mitgerissen werden. Das mag bei

bo geringer Flüssigkeitsbeladung der zu behandelnden Gase gelingen. Bei hoher Flüssigkeitsbeladung findet auch bei den bekannten Ausführungsformen ein erhebliches Durchreißen oder Mitreißen von Flüssigkeitstropfen statt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung so weiter auszubilden, daß in einem sehr weiten Bereich der Anströmgeschwindigkeit — auch bei hoher

Flüssigkeitsbeladung der zu behandelnden Gase — ein Durchreißen oder Mitreißen von Flüssigkeitstropfen nicht stattfindet

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß die Platten in Strömungsrichtung hinter den Fangrinnen Undulationsbereiche mit einer Mehrzahl von Undulationsrillen besitzen, deren Kämme und Täler quer zur Strömungsrichtung verlaufen, und daß die Undulationsbereiche den Wellenbergen bzw. Wellentälern überlagert sind. In weiterer Ausbildung hierzu geht ein Vorschlag dahin, daß die Undulationsbereiche anstelle von Wellentälern oder von Wellenbergen in den Platten angeordnet sind und in Strömungsrichtung mit Fangrinnen abwechseln. In Kombination dazu können die Fangrinnen, insbes. die vor den Undulationsbereichen '5 angeordneten Fangrinnen auf der der Strömung sbgewandten Seite mit Austrittschlitzen versehen sein. Hierdurch kann nämlich das sich in den Fangkammem befindliche Gas durch die Schlitze verdrängt werden, so daß die Kammern sich vollständig mit Flüssigkeit füllen können. Eine Optimierung im Sinne geringer Druckverluste erreicht man, wenn die Undulationsrillen eine Amplitude besitzen, die maximal der Tiefe der Fangrinnen entspricht, während die Tiefe der Fangrinnen V₄ bis ¹Z₂ der Amplitude der Wellungen der Platten ausmacht. Zweckmäßig besitzen die Undulationsbereiche drei bis fünf in Strömungsrichtung aufeinanderfolgende Kämme und Täler bzw. Undulationsrillen.

Die vorstehend beschriebene Aufgabe kann ferner bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung dadurch gelöst werden, daß die Platten in Strömungsrichtung hinter den Fangrinnen Undulationsbereiche mit einer Mehrzahl von Undulationsrillen besitzen, deren Kämme und Täler quer zur Strömungsrichtung verlaufen, und daß die Undulationsbereiche in Plattenteilen angeordnet sind, die — bis auf die Undulationen — mit der Hauptströmungsrichtung übereinstimmen. In Kombination zu den letztbeschriebenen Maßnahmen geht ein Vorschlag der Erfindung dahin, die Fangrinnen, insbes. die vor den Undulationsbereichen angeordneten Fang- ^A0 rinnen, auf der der Strömung abgewandten Seile mit Austrittschlitzen zu versehen. Zweckmäßig besitzen auch hier die Undulationsrillen eine Amplitude, die maximal der Tiefe der Fangrinnen entspricht, während die Tiefe der Fangrinnen 'Λ bis V2 der Amplitude der Wellungen der Platten ausmacht. Auch hier können die Undulationsberdclie drei bis fünf in Strömungsrichtung aufeinanderfolgende Kämme und Täler bzw. Undulationsrillen aufweisen. Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform besteht darin, daß die Fangrinnen mit Grenzschicht-Generatoren kombiniert oder daß Fangrinnen durch Grenzschicht-Generatoren ersetzt sind.

Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, 1 weitem Bereich unabhängig von der Anströmgeschwindigkeit und auch bei sehr großen Anströmgeschwindigkeiten, eine Abscheidung der mitgeführten Flüssigkeitstropfen mit sehr hohem Abscheidegrad stattfindet, und zwar auch bei hoher Flüssigkeitsbe'~Hung. Versuche haben gezeigt, daß herkömmliche iroptenabscheider für eine bestimmte Flüssigkeitsbeladung eine wesentlich geringere, zulässige Abströmgeschwind;«keit aufweisen als der Tropfenabscheider nach der Erfindung, ohne daß bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform der hierfür notwendige Energieaufwand erheblich steigt. Maßgcb- ^b5 lieh für di?se Verbesserung sind vermutlich die energetischen Verhältnisse in der Grenzschicht der gasförmigen Phase im Bereich der UndulationsweUen.

Durch die Vorschaltung von Fangrinnen vor die UndulationsweHen tritt eine sprunghafte Veränderung der Grenzschicht ein, was sich im Undulationsbereich vorteilhaft auswirkt Tatsächlich wird die Grenzschicht im Undulationsbereich umso energieärmer, je mehr Fangrinnen entgegen der Strömungsrichtung vorgesehen werden. Von Vorteil ist fernerhin, daß die Profile für die erfindungsgemäßen Vorrichtungen ohne weiteres auch aus Kunststoff stranggepreßt werden können. Ohne weiteres kann man die Platten oder Teile davon aus saugfähigem Werkstoff aufbauen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert Die F i g. 1 bis 6 zeigen in Strömungsrichtung geführte Schnitte durch erfindungsgemäße Vorrichtungen unterschiedlichen Detailaufbaus und mit unterschiedlicher Größe bzw. unterschiedlichen Maßstäben.

Die in den Figuren dargestellten Vorrichtungen dienen zum Abscheiden von Flüssigkeitstropfen aus strömenden Gasen. Die Gase treten dabei in Richtung des Pfeiles 1 in die Vorrichtungen ein und in Richtung des Pfeiles 2 aus der Vorrichtung wieder heraus. Die durch diese Pfeile 1, 2 definierte Richtung wird im folgenden als Hauptströmungsrichtung bezeichnet. Die Vorrichtungen bestehen in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus einem nicht gezeichneten Strömungskanal und darin eingebauten, gewellten, mit Abstand voneinander angeordneten Platten 3, deren Wellenberge 4 und Wellentäler 5 quer zur Strömungsrichtung offene Fangrinnen 6 aufweisen. Zu den Vorrichtungen gehören ferner Abzugseinrichtungen für die abgeschiedene Flüssigkeit, die ebenfalls nicht gezeichnet sind. Man erkennt, daß die Platten 3 neben der schon beschriebenen gleichsam makroskopischen Wellung in Strömungsrichtung hinter den Fangrinnen 6 Undulationsbereiche 7 aufweisen, deren Kämme 8 und Täler 9 quer zur Strömungsrichtung verlaufen und die Undulationsrillen bilden. Bei der Ausführungsform nach Fig. I sind die Undulationsbereiche 7 den Wellenbergen 4 überlagert. Sie könnten umgekehrt auch den Wellentälern 5 überlagert sein, wie es in F i g. 3 angedeutet worden ist. Dabei ist in beiden Figuren die Anordnung so getroffen, daß die Undulationsbereiche 7 in Plattenteilen 10 angeordnet sind, die — bis auf die Undulationen 8, 9 — mit der Hauptströmungsrichtung übereinstimmen. Die Fig. 5 deutet an, daß die Undulationsbereiche 7 auch anstelle von Wellenbergen 4 bzw. Wellentälern 5 in den Platten 3 angeordnet sein können, um in Strömungsrichtung mehrfach mit Fangrinnen 6 abzuwechseln. Zumeist wird man jedoch so vorgehen, wie es die Fig. 1, 2,3 und 4 andeutet, wobei die Platten 3 anströmseitig einen Wellenberg 4 (F i g. 1,3) oder auch mehrere Wellenberge 4 (Fig. 2, 4) sowie entsprechend Wellentäler 5 und abströmseitig die Undulationsbereiche 7 besitzen. Die Fig. 3, 4 und 5 verdeutlichen gleichzeitig, daß die Fangrinnen 6 auf der der Strömung abgewandten Seite Austrittsschlitze 11 aufweisen können.

In Fig. 2 wurde angedeutet, daß man auch die Fangrinnen 6 mit Grenzschicht-Generatoren 12 kombinieren kann oder daß Fangrinnen 6 durch Grenzschicht-Generatoren ersetzt sein können. Es handelt sich bei diesen Grenzschicht-Generatoren 12 z. B. um schräg zur Strömungsrichtung verlaufende Rillen.

In den Figuren entsprechen die makroskopischen Wellungen der Platten 3 einerseits, die Undulationen 8, 9 und Undulationsbereiche 7 andererseits den Verhältnissen, die man auch in der Praxis verwirklichen wird,

wenn optimale Verhältnisse angestrebt werden. Man erkennt, daß die Undulationsbreiche 7 eine Amplitude A aufweisen, die maximal der Tiefe T der Fangrinnen 6 entspricht, während die Tiefe Tder Fangrinnen 6 ¹A bis '/2 der Amplitude A' der Wellungen der Platten 3 ausmacht. Die Undulationsbereiche 7 besitzen dabei drei bis fünf in Stromungsrichtung aufeinanderfolgende Kämme 8 und Täler 9, d. h. Undulationsrillen. Die Undulationen 8, 9, aber auch die Wellungen, verlaufen sinusförmig.

Von besonderer Bedeutung ist die Ausführungsform nach Fig.6, die eine Anpassung an verschiedene

Abscheiderprobleme ermöglicht, weil die Querschnitts im Bereich der Fangrinnen 6 oder Grenzschicht-Gene ratoren 12 veränderlich sind. Aus diesem Grunde sine die Platten 3 aus Einzelprofilen a, b zusammengesetzt die z. B. durch Verschweißen miteinander verbunder werden. Durch eine einfache Verschiebung zweiei Einzelprofile a, b gegeneinander erreicht man aul einfache Weise die beschriebene Querschnittserweiterung oder -Verengung im Bereich der Fangrinnen 6 was auch als Veränderung der Exzentrizität bezeichnet werden kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Abscheiden von Flüssigkeitstropfen aus strömenden Gasen, mit in einem Strömungskanal mit Abstand voneinander angeordneten gewellten Platten, deren Wellenberge und Wellentäler quer zur Strömungsrichtung verlaufen und entgegen der Strömungsrichtung offene Fangrinnen aufweisen, — und Abzugseinrichtungen für die abgeschiedene Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (3) in Strömungsrichtung hinter den Fangrinnen (6) Undulationsbereiche (7) mit einer Mehrzahl von Undulationsrillen (8,9) besitzen, deren Kämme (8) und Täler (9) quer zur Strömungsrichtung verlaufen, und daß die Undulationsbereiche (7) den Wellenbergen (4) bzw. Weilentälern (5) überlagert sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Undulationsbereiche (7) anstelle von Wellentälern (5) oder von Wellenbergen (4) in den Platten (3) angeordnet sind und in Strömungsrichtung mit Fangrinnen (6) abwechseln (F i g. 5).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Kombination dazu die Fangrinnen (6), insbes. die vor den Undulationsbereichen (7) angeordneten Fangrinnen (6), auf der der Strömung abgewandten Seite mit Austrittsschlitzen (ti)versehen sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Undulationsrillen (7) eine Amplitude (A) besitzen, die maximal der Tiefe (T) der Fangrinnen (6) entspricht, während die Tiefe (T)der Fangrinnen (6| V4 bis '/2 der Amplitude (A ',(der Wellungen der Platten (3) ausmacht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Undulationsbereiche (7) drei bis fünf in Strömungsrichtung aufeinanderfolgende Kämme (8) und Täler (9) bzw. Undulationsrillen besitzen.

6. Vorrichtung zum Abscheiden von Flüssigkeitsiropfen aus strömenden Gasen, mit in einem .Strömungskanal mit Abstand voneinander angeordneten gewellten Platten, deren Wellenberge und Wellentäler quer zur Strömungsrichtung verlaufen und entgegen der Strömungsrichtung offene Fangrinnen aufweisen, — und Abzugseinrichtung für die abgeschiedene Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (3) in Strömungsrichtung hinter den Fangfinnen (6) Undulationsbereiche (7) mit einer Mehrzahl von Undulationsrillen (8, 9) besitzen, deren Kämme (8) und Täler (9) quer zur .Strömungsrichtung verlaufen, und daß die Undulationsbereiche (7) in Plattcnteilen (10) angeordnet sind, die — bis auf die Unuulationen (8, 9) — mit der Hauptströmungsrichtung übereinstimmen (Fig. 1,3,4,6).

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in Kombination dazu die Fangrinnen (6), insbes. die vor den Undulationsbereichen (7) angeordneten Fangrinnen (6), auf der der Strömung abgewandten Seite mit Austrittsschlitzen (11) versehen sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Undulationsrillen (7) eine Amplitude (A) besitzen, die maximal der Tiefe (T) der Fangrinnen (6) entspricht, während die Tiefe (T) der Fangrinnen (6) ¹A bis Vj der Amplitude (A ') der Wellungen der Platten (3) ausmacht.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche b bis 8,

dadurch gekennzeichnet, daß die Undulationsbereiche (7) drei bis fünf in Strömungsrichtung aufeinanderfolgende Kämme (8) und Täler (9) bzw. Undulationsrillen aufweisen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fangrinnen (6) mit Grenzschicht-Generatoren (12) kombiniert oder daß Fangrinnen (6) durch Grenzschicht-Generatoren (12) ersetzt sind.