EP3102899B1 - Strömungsapparat zur führung eines fluidstroms - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a flow apparatus for carrying out a method for guiding a fluid flow, which has an inflow section and an outflow section with an essentially parallel, preferably coaxial inflow and outflow axis.
- An inflow or outflow section of a fluid flow is understood to mean in particular that part of a flow path which lies in the direction of flow in front of or behind an effective section of the entire flow path of the method under consideration.
- the effective section is understood to mean the part of the flow path in which the method acts on the fluid flow or in which the fluid flow is treated according to the method.
- An inflow or outflow axis is understood to mean, in particular, an—imaginary—axis parallel to a direction of flow in the inflow or outflow section.
- the inflow and outflow axis is essentially perpendicular to a cross-sectional area of the inflow and outflow section of the flow path.
- EP 1 486 126 A2 a shell-and-tube heat exchanger is known, in which one of the fluid flow is guided by spiral baffles around the tube bundle, in which the second fluid flow is guided.
- the baffle spiral provides the fluid flow with a relatively large surface area, which in turn absorbs thermal energy that is then not available for heat exchange with the fluid flow in the tube bundle.
- EP-A-1486126 further discloses a flow apparatus according to the preamble of claim 1.
- the fluid flow flowing around the tube bundle meanderingly flows around the tube bundle through baffles arranged in tiers transverse to the direction of flow.
- This meandering flow results in increased flow resistance due to the multiple 180° direction reversal of the flow.
- An effective length is understood to mean, in particular, a section of the fluid flow or a flow path of the fluid flow in which it can be exposed to, subjected to or supplied to an interaction.
- the interaction can in particular be a chemical, thermal, mechanical and/or electromagnetic interaction with at least one suitable interaction partner.
- the interaction partner is another fluid flow.
- the guide means of the flow apparatus is a partition in a guide tube and/or a combination of such elements, which suitably deflects the fluid flow or a fluid flow of the fluid flow.
- this comprises a guide tube with inlet and outlet connections arranged at the end, to which an inflow and outflow area or the inflow and outflow section are connected on the tube side can connect to the fluid flow.
- the guide tube can in particular be designed in a straight line, so that the inlet or outlet connection and the associated inflow and outflow areas of the line system or the inflow and outflow section of the fluid flow force the fluid flow to flow in a substantially straight line along an inflow and outflow axis or bring about, or at least encourage.
- the inflow and outflow axes are preferably aligned coaxially with one another.
- the partition wall is arranged in the guide tube between the inflow and outflow area, which imparts a transverse directional component to the fluid flow flowing along the inflow axis.
- the fluid flow is preferably broken down into partial flows with radial flow directions along this flow-around section.
- the resulting radial flows are deflected in the circumferential direction around the inflow and outflow axis by further deflection components of the guide means before they are finally deflected back in the direction of the outflow axis by further deflection components after a circumferential angle UW.
- a particularly well scalable implementation of the method in a flow apparatus is achieved when the circumferential angle UW is essentially an integer multiple of 30°, 45°, 60°, 90°, 180° or 360°.
- a preferred embodiment is achieved in that the fluid flow enters a guide tube via an inlet connection and propagates along a flow direction in the guide tube, the fluid flow being deflected over a tube section by a partition wall, in particular section by section, preferably progressively, into a radial flow.
- the radial flow can exit through at least one radial passage in the guide tube and in one of enter an intermediate space formed around the guide tube and preferably essentially closed.
- the pipe jacket deflects the radial flow in a circumferential direction around the guide pipe, so that the fluid flow now transitions into the flow-around section before it enters the guide pipe again through a further radial passage and is deflected back through the guide pipe in the outflow direction and guided to an outlet connection.
- the method according to the invention can be used to achieve a particularly compact implementation in a flow apparatus for the interaction between the first and the further fluid flow.
- at least one fluid flow undergoes a change of state, a change of state meaning here in particular a change in a thermodynamic state, in particular the temperature, pressure, volume and/or the state of aggregation, and/or a chemical state, in particular a chemical composition, and/or a different physical state is to be understood.
- a particularly good interaction between the first and further fluid flow is achieved in that the further fluid flow in the flow area is flown essentially transversely by the first fluid flow.
- a "transverse flow” is understood to mean, in particular, a flow profile in which, in the area of interaction of the two fluid flows, the directional vector of the first fluid flow is approximately vertical, but at least at an angle of at least 30°, in particular 45°, but preferably at least 0 ° stands on the direction vector of the further fluid flow.
- the “direction vector” of a flow is understood to mean in particular the local directional arrow or the local indication of the direction in space of a respective flow section or a flow cell or a volume cell of the flow.
- the object is achieved by a flow apparatus with a first line system for conducting a first fluid stream, the first line system comprising a guide tube and at least one guide means influencing a flow direction of the fluid stream and/or at least one flow body.
- the guide means and/or the flow body are provided and designed to optimize a flow profile in order to increase the efficiency of the flow apparatus.
- Optimization of a flow pattern refers in particular to the setting of a dwell time within certain sections of the flow apparatus, the suppression or targeted induction of turbulence in certain flow sections of the fluid flow and/or alignment of flow directions in certain sections of the flow apparatus and/or certain flow sections of the Fluid flow understood.
- the flow apparatus is designed for an interaction of at least two fluid streams, with one of the fluid streams in particular being guided according to the aforementioned method.
- the flow apparatus has a first line system for conducting a first fluid stream and preferably at least one further line system for conducting a further fluid stream.
- Each of the line systems has at least one inlet and at least one outlet connection for the inlet and outlet of the respective fluid flow.
- a connection in particular an input or output connection, is intended to mean in particular a line section of the line system in the direction of flow before or after a process section of the fluid flow or the respective fluid flow, but also a corresponding flange or correspondingly arranged connecting flange on the respective line system and/or also a socket arranged there on the respective line system, which is used to supply or discharge the respective fluid flow.
- Flow apparatuses of this type are frequently used as boilers, heat exchangers and/or evaporators, the aim being to achieve the best possible use of space, i.e. the largest possible contact or transfer area between the fluid flows.
- This can be achieved by aligning a main flow axis of the further fluid flow substantially parallel to the inflow and/or outflow axis of the first fluid flow.
- the inflow and outflow axes of the first fluid stream are preferably aligned coaxially with one another.
- a main flow axis is understood to mean in particular an axis along which or parallel to which a flow propagates for at least 50% of a total path length based on a line system.
- a flow axis of at least one of the two connections of the further line system is not aligned parallel, preferably at an angle greater than 45°, particularly preferably almost at right angles to at least one flow axis of one of the two connections of the first line system.
- a flow axis of at least one of the two connections, preferably both connections, of the further line system is aligned parallel to a flow axis of one of the two connections of the first line system.
- the second-mentioned variant can lead to an advantageous compaction of the flow apparatus or its installation in a piping system or a plant.
- the inlet and outlet connections, in particular the flow axes of the inlet and outlet connections, of at least one of the line systems lie in one plane, are preferably aligned parallel to one another, particularly preferably aligned coaxially with one another, a flow apparatus that can be easily integrated into existing systems can be achieved.
- a coaxial arrangement of the inlet and outlet connection of the first line system allows easy integration of the flow apparatus into existing line systems of the first fluid stream.
- the flow apparatus for utilizing waste heat from a first fluid flow could be integrated as a heat exchanger directly into an existing line network for conducting the first fluid flow, in which a straight line section is replaced by the flow apparatus.
- the inlet and outlet connections, in particular the flow axes of the inlet and outlet connection, of at least one, preferably each line system of the flow apparatus lie in one plane are preferably each aligned parallel to one another, particularly preferably each are aligned coaxially to one another, with the respective planes preferably enclosing an angle of between 45 and 90°.
- the inlet and outlet connection of the further line system is located at mutually opposite end regions of the pipe jacket along a longitudinal extension of the guide pipe are arranged.
- the inlet and outlet connection can be aligned essentially in the radial direction pointing away from the guide tube and in particular can be arranged pointing from one another in essentially diametrically opposite directions.
- Such a configuration can be used in particular in other line systems which are essentially made up of straight pipe sections or pipe sections.
- the flow apparatus has a cylindrical shape extending along a main axis, the flow axis of the inlet and/or outlet connection of the first line system being aligned parallel, preferably coaxially, to this main axis.
- the inlet and/or outlet connection of the further line system is arranged in the vicinity of the inlet or outlet connection of the first line system, with the flow axis of the inlet and/or outlet connection of the further line system being essentially vertical or alternatively aligned parallel to the main axis.
- the inlet connection of the further line system is provided in the vicinity of the inlet connection of the first line system, while the outlet connection of the further line system is arranged in the vicinity of the outlet connection of the first line system, or vice versa.
- This design can be advantageous in particular in the case of flow apparatuses with further line systems which are essentially made up of straight pipe sections or pipe sections.
- the first line system is essentially formed by a guide pipe and a pipe jacket enclosing the guide pipe, the pipe jacket enclosing or forming an intermediate space extending between the guide pipe and the pipe jacket, and the inlet and outlet connection of the first line system on the two im Substantially opposite ends of the guide tube are arranged, so a flow apparatus according to the invention or a flow apparatus for carrying out the method according to the invention can be obtained in a particularly simple manner.
- a particularly advantageous, easy-to-assemble design is obtained when the pipe jacket is designed like a hood and has an essentially cylindrical jacket structure and a bottom or a mounting section on each end face, the bottom adjoining a connecting section of the guide tube.
- the mounting section can be designed, for example, as a mounting shoulder and/or contact surface and/or contact ring.
- the assembly section is provided for arranging the pipe jacket on another component or another subassembly of the flow apparatus, in particular for fixing the pipe jacket there.
- a partition wall running obliquely through a longitudinal cross section of the guide tube is arranged as a guide means in the guide tube, in particular between the inlet connection and the outlet connection.
- a flow section in the area of the inlet or outlet connection forms the inflow or outflow section of the fluid flow.
- the guide tube has at least one, preferably several, radial passages in its jacket surface for the passage of the first fluid flow from the guide tube into the intermediate space or for passage from the gap into the guide tube along a flow direction of the first fluid stream.
- the section around the flow of the first fluid flow is preferably essentially arranged or localized in this intermediate space.
- the implementation of the method according to the invention in the flow apparatus can be advantageously promoted.
- the flow guide body can also have a radial extension into the intermediate space.
- An “arrangement in the area of a radial passage” is understood to mean in particular that the flow guide body can be provided or arranged upstream of the radial passage, at the level of the radial passage and/or downstream of the respective radial passage.
- the flow guide body has an advantageous equalizing and/or turbulence-suppressing effect on the first fluid flow, the first fluid flow or the respective partial flow.
- the flow apparatus according to the invention can be improved in that a first flow cross-section QE of a part of the guide tube facing the inlet connection decreases along the flow direction of the first fluid flow essentially to the same extent as a second flow cross-section QA of a part of the guide tube facing the outlet connection along the Flow direction of the first fluid stream increases.
- the sum of QE and QA is not greater than a flow cross-section in the inlet port, where in particular applications of the flow apparatus
- a different design of the total cross section from QE and QA in relation to the input or output cross section of the connections can also be advantageous.
- This design ensures that the first fluid stream flowing in from the inlet connection and the first fluid stream flowing out in the direction of the outlet connection are distributed as uniformly as possible over an axial length of the intermediate space or the flow area or section or at least one axial section of the intermediate space or are brought together again from this space can be.
- the advantageous pressure loss-reducing and/or turbulence-suppressing effect of the structure according to the invention is supported.
- a continuous, monotonic or strictly monotonic change in the cross sections QE, QA as a function of the axial position along the intermediate space, the flow-around section or flow-around area can advantageously be described or formed.
- the course of the first flow cross section QE is straight, linearly decreasing, while the course of the second flow cross section is straight, linearly increasing to the same extent.
- more complex curves can also be advantageous.
- a hyperbolic, parabolic, exponential and/or other suitable curve profile could be advantageous, particularly depending on the axial position along the intermediate space of the flow-around section or flow-around area.
- the radial passage or passages is/are designed in a slot-like manner in relation to the circumference.
- slit-like passages are understood to mean not only one-piece, essentially elongate recesses, openings or passages, but also a number of small passages such as bores, grids or the like, which have a slit-like effect on the circumference and are arranged and/or grouped along the longitudinal extent.
- the radial passages can also be designed as flat recesses, bores or openings.
- the radial passages or the effective radial passage resulting from small passages have an effective passage width which is preferably smaller than or essentially equal to a passage length of the radial passages or the effective radial passage resulting from small passages in relation to a longitudinal extent of the guide tube.
- the radial passages or the small passages can be introduced into the jacket of the guide tube by cutting, punching, machining and/or forming.
- a cross-sectional area of the radial passage or a total area of the cross-sections of the radial passages is preferably between 25% and 400%, in particular between 90% and 300%, particularly preferably between 140% and 270% of the flow cross-section in the inlet connection.
- the further line system comprises a distributor head and a tube bundle system, with at least the inlet connection of the further line system being arranged on the distributor head and opening into a distributor space provided in the distributor head.
- the pipe jacket can preferably be arranged on a side surface of the distributor head, in particular a flange surface.
- the outlet connection of the second line system is also arranged on the distributor head and also opens into the distributor space, which can also be understood as a collection space with regard to the outlet connection.
- the tube jacket radially delimiting the intermediate space, the flow section or an interaction area can be displaced axially over the tube bundle system as an overall component during assembly or disassembly, without the second line system being moved or otherwise manipulated would have to.
- the pipe jacket can be designed particularly easily as a hood that can be mounted axially and placed on or pushed out over the guide pipe of the first line system.
- This design makes the flow apparatus according to the invention special Easy to assemble and maintain, since larger sub-units of the flow apparatus can be preassembled independently of one another and easily opened when assembled or separated again from one another.
- the distributor space is divided into at least one inlet chamber and one outlet chamber by at least one separating element, with the inlet connection opening into the inlet chamber and the outlet connection opening up into the outlet chamber.
- the tube bundle system comprises at least one, preferably several tube loops, with each tube loop extending into the space between the guide tube and the tube jacket and preferably being in an operative relationship on the inlet side with the inlet connection or the inlet chamber and on the outlet side with the outlet connection or the outlet chamber in such a way that the further fluid stream flowing in through the inlet connection can flow at least partially through the respective pipe loop to the outlet connection or outlet chamber.
- the design as pipe loops also favors the preferred axially mountable structure in preassembled sub-units of the flow apparatus according to the invention.
- Such a design of the tube bundle system is particularly suitable for the combination with a distributor head on which both the input and the output connection of the further line system are provided.
- the tube bundle system can also comprise essentially straight tube sections or tube sections or can at least partially be made up of these instead of tube loops.
- the pipe sections or pipe sections connect the distributor space of the distributor head with a collection chamber, which is preferably at one end of the distributor head remote from the Pipe routes is provided.
- the pipe sections or pipe sections preferably extend in their longitudinal direction, but at least in sections, simply into or through the intermediate space, in particular they pierce or measure through the interaction section or the flow-around section in the intermediate space exactly once.
- the collection space is preferably also connected to the outlet connection of the further line system; in particular, the outlet connection can be provided on a collection head that forms or essentially encloses the collection space and is similar to the distributor head.
- further separating elements are provided in the distributor space to form intermediate chambers between the input and output chambers, with at least one additional pipe loop being provided for each intermediate chamber and with the pipe loops not connecting the output chamber directly to the input chamber, but rather the further fluid flow only sequentially from the Input chamber, can reach the output chamber via at least one intermediate chamber, where it flows through at least two pipe loops.
- This structure allows the tube bundle system to be designed in a simple manner with multiple passes, with the fit or fit number of a tube bundle system being understood in particular as the number of single tubes or double the number of tube loops that at least a partial flow of a pipe system flowing through a tube bundle system encompasses Fluid flow flows through between an inflow section and an outflow section.
- a flow body is arranged in at least one line system, in particular at cross-sectional transitions or flow direction deflections.
- the flow body has the task of reducing a pressure loss of the fluid flow flowing through the line system, in particular at cross-sectional transitions or flow direction deflections be minimized by appropriate deflection and/or equalization.
- the equalization of the flow through the flow body also has the advantage that precipitation, attachment and/or accumulation of dirt carried along with the fluid flow, in particular dirt particles such as ash, slag or the like, in the line system, in particular at functionally necessary cross-section transitions or flow direction deflections, is reduced or is diminished.
- This effect is based on a reduction in the thickness of the boundary layer in the respective flow area.
- the consequence of this is that by providing suitable flow bodies in or in the line system(s) of the flow apparatus, a cleaning interval and thus a net operating time of the flow apparatus can advantageously be lengthened. This can have an advantageous effect particularly in the case of heat exchangers or pipe systems for flue gas from biomass furnaces and combustion.
- a particularly preferred embodiment of a flow body is sleeve-like, having at least one deflection body for influencing a flow direction of a fluid flow surrounding the flow body during operation.
- the flow body can be inserted or used as a preferably exchangeable element in the respective piping position of the line system of the flow apparatus.
- Such flow bodies can also be designed and configured as retrofit solutions, which can be retrofitted into existing flow devices such as e.g. B. heat exchangers, evaporators, boilers and / or line systems for fluid transport (z. B. heating systems, fluid supply systems, tank systems, etc.) can be used.
- Flow bodies of this type can be introduced or exchanged particularly easily at existing connection points in such line structures by releasing the connection, inserting/changing the flow body and then restoring the connection, without the number of sealing points in the system being adversely changed, for example.
- Such retrofits can be particularly advantageously introduced in line sections whose effective cross-section is not the limiting effective cross-section of the affected system or apparatus, whereby under certain circumstances even a limiting cross-section can be at least compensated for or even advantageously widened by making the flow more uniform.
- a device for separating and discharging particles is provided in the pipe jacket, which device comprises a separator, a collecting area and a conveyor unit, in particular a discharge screw.
- a device can be arranged particularly well on the pipe casing according to the invention, preferably as a device preassembled with the pipe casing or integrated into the pipe casing, whereby the advantageously simple assembly and/or maintainability of the flow apparatus according to the invention is advantageously maintained.
- the flow apparatus according to the invention can also be advantageously further developed by a droplet separator arranged after the outlet chamber or at the outlet connection.
- the drop separator is preferably attached to the distributor head, accommodated in the distributor head or integrated into it.
- the condensate collected in a separating space of the droplet eliminator can easily be fed via at least one return line to the input chamber or at least to an intermediate chamber in the distributor head.
- This embodiment of a flow apparatus according to the invention is particularly advantageous for use as an evaporator, with the fluid flow in the first line system serving essentially as a heat source for the evaporation of the further fluid flow in the second line system. Unevaporated portions of the second or further fluid flow can easily the evaporation process in the flow apparatus, in particular the the in this way further fluid flow carrying tube bundle system are recycled or fed again.
- the flow apparatus has a bypass device, by means of which the first fluid flow is at least partially and/or an adjustable, preferably controllable proportion of between 0 and 100% of the fluid flow in the first line system, in particular in the flow-around section of the first line system of the flow apparatus can be passed.
- the bypass device is provided to guide the corresponding portion of the first fluid flow past the deflection by the guide means in the first line system. In this way, the proportion of the first fluid flow, which is deflected via the guide means and thus fed to a flow area, can advantageously be configured to be adjustable via the bypass device.
- the amount of heat that can be transferred to the second fluid via the bypass Device can be set and / or regulated, since the proportion of inflowing into the flow area first fluid can be throttled via the bypass device.
- the bypass device has at least one bypass line and a bypass actuator, with the bypass line preferably being arranged between the inlet and the outlet connection of the first line system of the flow apparatus.
- the bypass line can be designed as an inner tube arranged in the guide tube of the first line system, which preferably extends centrally along the main flow axis through the guide tube. Alternatively or additionally it can also be provided that the bypass line consists of one or more partial lines which extend along the guide tube through the first line system. In a preferred example, the bypass line pierces the dividing wall arranged in the guide tube, so that the portion of the first fluid flow propagating through the bypass line is not deflected into the flow area or has no flow-around section.
- the bypass line can also be designed as a line arranged in the flow apparatus on an outer wall, in particular on an outer wall of the pipe jacket.
- the bypass line can be designed as a bypass jacket enclosing the pipe jacket.
- the bypass jacket forms the bypass line or a bypass channel between the outer wall, in particular the outer wall of the pipe jacket, and an inner wall surface of the bypass jacket.
- the bypass actuator has at least one flow controller, in particular a valve and/or a flap and/or another fluid control element suitable for the selectable throttling and/or division and/or deflection.
- the bypass controller can be constructed as a flow divider, in particular a funnel-like flow divider with an adjustable flap.
- the flap is arranged in the bypass line or the first line system, in particular the guide tube, that depending on a switching position of the flap, the inflowing first fluid flow can flow via the flow divider into the first line system and/or the bypass line.
- the bypass actuator can also be designed as a closable discharge grid, which is arranged in the bypass line or the first line system, in particular the guide tube, and selectively brings these into communication with one another.
- the discharge grid acts like a flow divider and can be selectively opened and/or closed, for example, via a rotary and/or axial slide valve.
- the discharge grid in the direction of flow In particular, the main flow direction is arranged in front of a flap so that the flap can selectably open and/or close the passage into the bypass line.
- the invention relates to the use or design of a flow apparatus according to the invention as a heat exchanger, in particular as a cross-countercurrent or cross-cocurrent gas-gas, gas-liquid, liquid-gas, liquid-vapor, vapor flow -Liquid-, -Gas-vapour-, -vapour-gas- or -liquid-liquid heat exchanger, between two at least partially gaseous, one at least partially liquid and one at least partially gaseous, or two at least partially liquid fluid streams.
- gaseous fluids are also understood to mean, in particular, vaporous or partially vaporous fluids.
- the flow apparatus according to the invention can also be used according to the invention as an evaporator of a further fluid stream that is liquid on the inlet side by heat transfer from a first fluid stream.
- the aforementioned uses according to the invention are particularly important in connection with combined heat and power plants, preferably with plants based on the Rankine cycle, particularly preferably with plants for carrying out a Rankine cycle with an organic working fluid.
- the organic working fluid as a further fluid stream flowing through the further line system of the flow apparatus according to the invention can be heated by heat transfer from the first fluid stream flowing in the first line system in such a way that it at least partially transitions from a liquid phase to a vapor phase.
- the fluid streams remain separate from one another in the flow apparatus according to the invention, so that a wide variety of types of heat-carrying fluids (e.g.
- the further fluid flow acting as the working medium in the Rankine cycle in the associated line system of the flow apparatus is at least partially, in particular at least 60%, preferably almost completely, from a liquid phase by heat transfer from the first fluid flow is converted into a vapor phase.
- Direct-evaporation operation of the Rankine cycle is understood to mean a mode of operation in which the working medium of the Rankine cycle flowing in a flow apparatus as a further fluid flow is supplied by heat transfer from the first fluid flow, which is supplied to the flow apparatus as exhaust air/exhaust gas from a preliminary process that carries waste heat is, is directly at least partially converted from its liquid phase into a vapor phase.
- an additional heat transfer stage can be provided between the exhaust air/exhaust gas carrying waste heat, in which heat energy is transferred from the exhaust air/exhaust gas to an intermediate medium, eg thermal oil, and from this to the working medium in a next heat transfer stage.
- the invention relates to a system of at least two flow apparatuses of the aforementioned type.
- the two flow apparatuses are sequentially connected to one another, with the outlet connection of the first line system of the first flow apparatus being essentially directly connected to the inlet connection of the first line system of the second flow apparatus, and wherein the outlet connection of the second line system of the first flow apparatus is connected to the inlet connection of the second line system of the second flow apparatus via a connecting line.
- the system has two different or different designs, particularly with regard to of the second line system differently or differently dimensioned flow apparatus of the type mentioned are coupled as a system.
- a different dimensioning of the flow devices in particular, a different design with regard to line types and/or line cross-sections and/or pass numbers and/or design of the distributor head, in particular the inlet, intermediate and/or outlet chamber, and/or design of the guide means, in particular Number and / or design of radial passages and / or design of the partition.
- the invention relates to a combined heat and power plant, in particular a plant for generating mechanical and/or electrical energy according to a Rankine cycle, with at least one flow apparatus of the aforementioned type.
- the further fluid flow of the flow apparatus is preferably through a working medium , In particular an organic working fluid formed, wherein the working medium can be at least partially evaporated by heat transfer from a first fluid flow in the flow apparatus according to the invention.
- a first schematic impression of the method implemented in the subject matter of the invention for guiding a fluid flow is conveyed 1 .
- a fluid flow 10 follows a flow path 11 between an inflow section 12 and an outflow section 13.
- the fluid flow essentially follows a linear inflow axis 14 in the inflow section 12 and essentially follows a linear outflow axis 15 in the outflow section 13.
- the inflow axis 14 and the outflow axis 15 are aligned parallel to each other according to the invention. In execution after 1 in particular, they are shown in a preferred coaxial alignment with one another.
- An intermediate section of the flow path 11 of the fluid flow 10 lying between the inflow section 12 and the outflow section 13 can 1 be referred to as method section 16.
- At least one guide means 20 for guiding the flow path 11 is arranged between the inflow section 12 and the outflow section 13 .
- the guide means 20 acts on the fluid flow 10 in particular in the process section 16 thereof.
- the fluid flow 10 in the process section 16 is deflected by the guide means 20 in such a way that it can radially encircle the inflow and outflow axes 14, 15 in a flow section 17 of the process section 16 according to the invention.
- the flow section 17 of the fluid flow 10 can essentially be characterized by a circumferential angle UW.
- the circumferential angle UW is understood to mean, in particular, an angular dimension for the extension of the flow section or part of the flow path 11 along a circumferential line 18 around the inflow or outflow axis 14, 15.
- the fluid flow 10 spreads out in the flow-around section 16 essentially along this circumferential line 18 or moves in the flow-around section 17 essentially along this circumferential line 18.
- the circumferential line 18 preferably runs in a spiral around the inflow and outflow axes 14, 15 , particularly preferably essentially in a plane EV.
- the plane EV encloses an angle different from zero with the inflow and outflow axis 14, 15, preferably the inflow and outflow axes 14, 15 intersect the plane EV at an angle of at least 45°, particularly preferably the inflow or outflow axis 14, 15, the plane EV is almost vertical, with an angle deviation of up to ⁇ 10° still being understood as almost vertical.
- FIG. 1 1 also shows a preferred embodiment of the at least one guide means 20 that is easy to produce a guide tube 21, which preferably coaxially surrounds the inflow and outflow axis 14, 15 of the flow path 11.
- a partition wall 22 is arranged as a deflection means 23 in the guide tube 21 .
- the dividing wall 22 divides an interior space of the guide tube 21 that receives the fluid flow 10 into two, preferably essentially separate, segments, a tube section 24 on the inflow side and a tube section 25 on the outflow side Fluid flow 10 is deflected over the pipe section 24 away, in particular in sections, preferably continuously progressing into a radial flow.
- a radial flow is understood to mean, in particular, a flow that runs essentially in the radial direction to the inflow or outflow axis 14 , 15 .
- the radial flow 26 occurs according to 1 through at least one radial passage 27 in the guide tube 21 from this.
- a circumferential flow 31 is understood to mean, in particular, a flow along the circumferential line 18 .
- Circumferential flow 31 now spreads out over the circumferential angle UW around the guide tube 21, with at least one further radial passage 32 being provided in the guide tube at an angular distance that essentially corresponds to the circumferential angle UW, through which the fluid flow 10 enters the outflow-side tube section 25 of the guide tube 21 can.
- the radial passages 27 and 32 preferably have an axial distance along the guide tube 21, which one Deviation of the orientation of the plane EV from perpendicularity to the inflow and outflow axes 14, 15 corresponds to or results from this.
- this radial flow 33 is now deflected in the axial direction, after which its flow direction as the outflow direction now again runs essentially parallel to the outflow axis 15 .
- FIG. 1 shows only one variant of the method with a circumferential flow 31 in a first direction of rotation, ie a first direction of rotation along the circumferential line 18.
- variants with a second direction of rotation that is essentially opposite to the first are also possible.
- variants with at least two partial flows with opposite directions of circulation can also be advantageous, as described later in connection with 3 and Fig.6 are shown.
- means for setting a direction of circulation which is determined at least in sections, can also be used, which guides the fluid flow on the flow path 11 between the inflow section 12 and the outflow section 13 in a selected direction of circulation.
- a further development of the method not shown here can be achieved in particular if two, three or more radial passages 27, 32 are provided on the inflow and/or outflow side, as a result of which the fluid flow 10 is converted into partial flows along the partition wall 22. These partial flows then each have their own process section 16, which can preferably be oriented essentially parallel to one another.
- a further fluid flow 34 is provided in the intermediate space 30 , which at least in the region of the pipe section 28 preferably spreads essentially parallel to the guide pipe 21 or parallel to the inflow and outflow axes 14 , 15 of the fluid flow 10 .
- free, partially guided and/or guided propagation of the further fluid flow 34 can be provided at least along the pipe section 28 in the intermediate space 30 .
- Free propagation is understood to mean, in particular, propagation in the intermediate space 30 that is limited only by the pipe jacket 29 and the guide pipe 21 .
- a partially guided propagation is understood to mean, in particular, an at least section-wise conduction of the further fluid flow 34 or at least a partial flow branched off from this by means of conduction means (e.g. pipe segments, guide elements, flow bodies or the like).
- Guided propagation is understood to mean in particular a conduction of the further fluid flow 34 as a total or also partial flow by means of conduction means (e.g. pipe segments, guide elements, flow bodies or the like) that are essentially closed with respect to the intermediate space 30 .
- the pipelines 35 are preferably at least in a section 36 of the intermediate space 30 that covers or encompasses the process section 16 of the fluid flow 10 essentially parallel to the Guide tube 21 or the tube jacket 29 is arranged.
- To a Interaction between the fluid flow 10 and the further fluid flow 34 flowing in the pipelines 35 occurs essentially in the flow section 17 of the fluid flow 10.
- the pipelines 35 or the further fluid flow 34 are essentially flown across, ie the respective flow directions are in the same direction Substantially advantageously perpendicular to each other.
- the pipelines 35 are arranged at least approximately evenly spaced, preferably almost homogeneously, in the section 36 of the intermediate space 30 .
- this has the advantage that the fluid flow 10 in the flow section 17 is deflected as little as possible by the pipelines 35 from its almost circular spread along the peripheral line 18, and on the other hand that an interaction zone between the two fluid flows 10, 34 is as homogeneous as possible for the interaction can be used between these, wherein a homogeneous interaction is understood in particular as an overall interaction having the smallest possible differences between the interactions of adjacent partial flows.
- the pipelines 35 are at least part of a tube bundle system, so that the further fluid flow 34 is guided through a tube bundle system as a line system.
- the variant of the method shown here as an example 1 is thus particularly suitable for a thermal interaction between the fluid flow 10 and the further fluid flow 34, since the pipelines 35 prevent direct contact of the fluid flows 10, 34 at least as far as possible.
- the method carried out in this way is particularly suitable for use in flow apparatus designed as heat exchangers and/or evaporators.
- the pipelines 35 it would also be conceivable for the pipelines 35 to be permeable or partially permeable at least in sections, with partially permeable in particular meaning filtering permeability, in particular mechanically filtering permeability, and/or selective permeability in the sense of a Membrane action, in particular a semi-osmotic membrane is to be understood.
- the method according to the invention can be used advantageously for reactors, in particular chemical, biochemical or other processing apparatus, in which the reaction of at least partial components of one of the fluid flows 10, 34 with at least partial components of the respective other fluid flow 34, 10 is important.
- the advantageous transverse flow described above can advantageously contribute to the fact that a reaction zone, a reaction time, a reaction interval, a reaction energy or reaction density and/or other reaction parameters in the reactor or the process apparatus can be set or adjusted with a reduced tolerance compared to the prior art. defined or the reactor or the process apparatus can be designed accordingly.
- FIG. 3 1 shows a schematic longitudinal section through a flow apparatus 50 according to the invention.
- Identical or equivalent features from the method described above retain their reference numbers, while modifications or details of these features are given a reference number identified by a number placed at the end.
- the flow apparatus 50 after 3 is designed as an exemplary heat exchanger 51, ie the flow apparatus 50, 51 essentially serves to exchange or transfer essentially thermal energy from a first fluid flow 100 to a second or further fluid flow 340 or vice versa.
- the first fluid flow 100 corresponds in particular to the fluid flow 10 flowing in the method, while the second or further fluid flow 340 can be assigned to the further fluid flow 34 of the method described above.
- the flow apparatus 50, 51 after 3 comprises a first line system 60 for conducting the first fluid stream 100 and a further line system 70 for conducting the further fluid stream 340.
- Each of the line systems 60, 70 has an inlet connection 61, 71 on the inflow side and an outlet connection 62, 72 on the outflow side on.
- the inlet connections 61, 71 with respect to the fluid streams 100, 340 comprise inflow regions 61b, 71b.
- the outlet connections 62, 72 analogously include outflow areas 62b, 72b of the fluid flows 100, 340.
- an input flange 61a is indicated at the input connection 61 of the first line system 60, and an output flange 62a at the output connection 62.
- connections 71, 72 of the second line system 70 are shown as sockets 71a, 72a.
- other line connection points well known to those skilled in the art (e.g. press, screw, soldered and/or welded connections) or line connection systems with their interfaces (e.g. bayonet systems, profile flanges, etc.) can also be used in modifications in the area of the connections 61, 62, 71, 72 can be provided.
- the first line system 60 further includes a guide tube 21 which connects to the inlet port 61 and continues essentially in a straight line to the outlet port 62 .
- the guide tube 21 consists of an elongated hollow body 210 whose jacket 211 with its inner surface 212 encloses the first fluid flow 100 essentially radially and guides it axially.
- the hollow body 210 is preferably a hollow cylinder, but can also be a hollow cone, a hollow pyramid or another hollow body, which preferably has a main direction of expansion, ie an elongation, which is at the same time a main axis 213 of the inner cavity, at both ends of which the input and the output port 61, 62 are arranged.
- the inflow axis 102 and the outflow axis 103 are preferably aligned parallel, in particular coaxially, to the main axis 213 of the cavity 210 .
- This design of the first line system 60 means that an inflow axis 102 and an outflow axis 103 of the first fluid stream 100 are aligned parallel to one another, in particular coaxially with one another. They correspond to the inflow and outflow axis 14, 15 with regard to the fluid flow 10 of the method 1 .
- This arrangement enables the flow apparatus 50 to be installed in a particularly simple manner in a straight line Section of an existing pipe system carrying the first fluid stream 100 as such (e.g. flue gas or exhaust gas system, supply and/or disposal lines), without major changes or conversions having to be made to the existing system.
- the second line system 70 in turn has a distributor head 73 between the input and the output connection 71, 72 as well as a tube bundle system 74 which is connected to the distributor head 73 and communicates with its interior.
- the distributor head 73 is in accordance with 3 arranged radially around the outlet connection 62 of the first line system 60 .
- the distributor head 73 is arranged in the vicinity of the inlet connection 61, in particular radially around it.
- the distributor head 73 can also be arranged as an axial add-on component, in particular on the pipe jacket 29 .
- the distributor head 73 has a flange surface 73b on which the pipe jacket 29 is arranged and preferably fastened via a mounting section 295 in the mounted state.
- the mounting section 295 of the pipe jacket 29 is preferably designed as a contact surface matched to the flange surface 73b.
- the pipe jacket 29 is screwed and/or clamped and/or wedged and/or welded and/or soldered and/or glued to the flange surface 73b in order to keep the pipe jacket 29 ready for operation of the flow apparatus 50, 51 to provide.
- the distributor head 73 also includes a distributor space 73c, into which the inlet and outlet connections 71, 72 open.
- At least one input chamber 730 and at least one output chamber 731 are provided in the distributor space 73c. It can be provided that the two chambers 730, 731 are each provided on one side of the outlet connection 62, as shown in section.
- the distributor head 73 in the example 3 but also as a ring System of at least two chambers 730, 731 that are separate from one another in the distributor head 73.
- the tube bundle system 74 When the flow apparatus 50 is ready for operation, the tube bundle system 74 has an axial main extension in the direction 101 of the inflow and outflow axes 102, 103 of the first fluid stream 100 or in the direction of the main direction of extension of the guide tube 21.
- the further fluid stream 340 After entering the further line system 70, the further fluid stream 340 flows into the inlet chamber 730 of the distributor head 73.
- the fluid stream 340 enters the tube bundle system 74 from the inlet chamber 730, with the fluid stream 340 preferably being divided by fluid streams communicating in parallel with the inlet chamber 730 tube bundles 740 or tube loops 741 acting analogously can be provided in partial flows.
- an active parallel arrangement of two pipe loops on the distributor head is shown.
- the number of pipe loops can vary.
- an advantageous choice can be made depending on the flow rates to be managed in the flow apparatus and/or required flow velocities or flow or interaction parameters in connection with other design variables of the pipe loops (e.g. inner diameter, wall thickness, necessary distances between adjacent pipe loops, length of the pipe loops, etc.) result.
- the pipe loops 741 connect the inlet chamber 730 to the outlet chamber 731, so that the further fluid stream 340 can flow from the inlet chamber 730 to the outlet chamber 731 through respective partial flows through a respective pipe loop 741.
- the tube loops 741 show 3 two substantially straight legs 742 and a turning portion 743.
- a sum of the lengths of the legs 742 is preferably greater than the turning section 743, in particular at least twice, preferably at least three times, particularly preferably at least four times as long.
- the legs 742 are shown in FIG 3 doing essentially aligned parallel to the main axis 213, whereby a main flow axis 341 of the further fluid flow 340 or of its partial flows in the second line system 70 is oriented parallel to the inflow and outflow axis 102, 103 of the first fluid flow 100.
- straight design of the tube loops 741 shown here 3 it may be advantageous if the pipe loops 741 are turned in or twisted along the main flow axis 341, for example.
- the inlet connection 71, 71a and the outlet connection 72, 72a of the second line system 70 are arranged on opposite side surfaces of the distributor head 73.
- the connections 71, 72 are preferably provided lying in one plane on the distributor head 73, in particular being aligned parallel to one another, particularly preferably coaxially with one another.
- the flow axes resulting from the connections 71, 72 are preferably also parallel, preferably coaxial. In execution after 3 these flow axes of the connections 71, 72 are essentially perpendicular to the outflow axis 103 of the first fluid flow 100 or the outflow connection 62.
- an optional flow body 80 is provided both in the flow area of the inlet connection 71 and in the flow area of the outlet connection 72 of the second line system 70 .
- the flow bodies 80 have the task of advantageously reducing a tendency to turbulence in the inflowing or outflowing fluid flow 340 by means of suitable flow guidance.
- the inflow-side flow body 80a promotes the transfer of the inflowing fluid 340 from the line cross-section of the inlet connection 71 into the inlet chamber 730, while the outflow-side flow body 80b supports the outflow of the fluid stream 340 from the outlet chamber 731 into the line cross-section of the outlet connection 72.
- the flow bodies 80, 80a, 80b have at least one deflection section 81 that at least partially deflects the fluid flow 340.
- the deflection section 81 can be as in FIG 3 shown symmetrically, in particular mirror- or rotationally symmetrical with respect to the main flow axis 341, in particular an inflow or outflow axis 342, 343.
- the guide section 81 has an asymmetrical shape.
- the flow bodies 80a, 80b are also designed essentially identically, at least with regard to the design of their guide sections 81, which in particular advantageously reduces the number of different assembly elements during assembly or maintenance.
- the flow body 80, 80a, 80b preferably has an arrangement section 82 for arrangement in the line sections of the line system 70 provided for this purpose.
- This can be designed, for example, as a press-in section, in particular a press-in cone, or a clamping section, in particular a clamping cone, matched to the line cross-section of the affected line section at the installation site.
- the press or clamp connection can be easily used in particular when the geometry of the line cross section at the intended installation site is not too complex, in particular follows a rather simple geometry (e.g. circle, ellipse, triangle, square).
- connection technology can be used, such as a clip connection on surface structures that are present in the area of the installation site in the line system 70 or that can be attached or introduced later, such as projections, undercuts or the like.
- a cohesive in particular a detachable cohesive connection by means of gluing, soldering and/or welding would also be conceivable for mounting the flow body 80 in the line system 70 .
- a first embodiment of a flow body 80 is in Figure 4a shown.
- the flow body 80 has a sleeve-like design, with the guide section 81 merging into the arrangement section 82, in particular being designed essentially in one piece with the latter, with the sections 81, 82 not necessarily having to consist of one and the same material. Rather, it is conceivable that different materials can be selected depending on your task.
- the arrangement section 82 can be made of a material that is particularly suitable for establishing a connection (e.g.
- the guiding section 81 can be made of a material suitable for the inflow with a Fluid flow and/or a malleability or shaping of a material (e.g. a metal and/or a metal alloy and/or a plastic and/or a composite material and/or a ceramic) that is particularly suitable for producing the steering geometry, with the choice of Materials, the properties of the fluid flow acting on the flow body during operation and the environmental parameters will have to be taken into account. If the two sections 81, 82 are made of different materials, they will be used for an embodiment Figure 4a connected to one another, the person skilled in the art choosing a connection technique known to him that is suitable for the materials used.
- a flow body 80 after Figure 4a can be produced particularly easily from a continuous material. So the flow body 80 could Figure 4a be produced by forming, in particular sheet metal, sintering, metal or plastic injection molding or by a similar method. In the case of sheet metal forming, a two-component design for the two sections 81, 82 is also conceivable by using a bi-metal sheet as the starting material.
- the arrangement section 82 is designed as a substantially cylindrical sleeve body, which is introduced into the line cross-section of the line system at the installation site.
- a particularly simple assembly is possible by means of a clamping or press connection between an outer lateral surface 820 of the arrangement section 82 and an inner wall of the line system at the assembly point.
- the flow bodies 80 are arranged in a detachable manner at their installation locations in the flow apparatus 50, they can also be easily removed, cleaned and/or replaced as part of maintenance measures.
- the likewise sleeve-like steering section 81 is designed, for example, as a diffuser cone 810 that opens away from the arrangement section 82 .
- the diffuser cone 810 has a radius of curvature KR that is essentially constant over a length of curvature and is symmetrical with respect to a central axis 83 .
- the radius of curvature KR is not constant and/or not symmetrical.
- a flow body 80 after Figure 4a can in particular also be used advantageously for the subsequent creation of a rounded transition edge at cross-sectional jumps in line systems. This is particularly advantageous when direct rounding on the lines in the area of the jump in cross section is not possible or only possible with difficulty and/or when an optimal rounding profile during operation of the line system in question is not known or determinable from the outset.
- Figure 4b shows an expanded embodiment of a flow body 80, in which the guide section 81 is connected to the arrangement section 82 via a support structure 84, in particular is held on this.
- the arrangement section 82 is analogous to the embodiment shown in FIG Figure 4a embodied as a substantially cylindrical sleeve body, which makes a clamping or press connection possible in a simple manner between an outer lateral surface 820 of the arrangement section 82 and an inner wall of the line system at the assembly point.
- the steering section 81 is connected to the arrangement section via bridge-like connections of the support structure 84, in particular arranged aligned with it.
- the arrangement of the connecting bridges 840 of the support structure 84 on the arrangement section 82 is preferably on an inner lateral surface 821, but can also be provided, for example, on at least one end face 822 of the arrangement section 82.
- the arrangement of the connecting bridges 840 of the support structure 84 on the steering section 81 is preferably on an outer wall 811.
- the steering section 81 itself is in turn designed like a sleeve, with the embodiment separated from the arrangement section 82 having a different shape than the embodiment according to FIG Figure 4a gives the person skilled in the art an advantageously increased scope for design (for example the selection of a wall thickness and/or a more complex shape and/or an increased degree of freedom in the choice of material, since it is less restricted by the connection technology).
- an embodiment could also be considered in which the flow-conducting properties of the guide section 81 change as a function of flow parameters (e.g. pressure, temperature and/or flow rate, composition, etc.).
- a bimetal design of a steering section 81 could change the radius of curvature as a function of temperature.
- FIG. 4b shows two projection views of an exemplary, rotationally symmetrical design of a steering section 81 Figure 4b from two perspectives.
- the steering section 81 can also be designed as a lattice-like structure of steering vanes.
- a nesting of a plurality of steering sections 81 connected to the arrangement section 82 via the support structure 84 would also be conceivable, running towards the central axis 83, with the steering sections 81 nested in this way in particular differing in terms of their axial position with respect to the sleeve of the arrangement section 82 and/or their geometry, structure and/or materials may differ.
- This variety of design parameters makes it possible to produce particularly effective flow bodies 80 in terms of influencing the flow, which can be used in particular when a line system has a strong tendency to turbulence in the initial state, ie without this additional measure.
- Figure 4c shows a third embodiment variant of a flow body 80, in which a carrier structure 84, as is known from the previous example, is dispensed with. Rather, a sleeve-like guide section 81 designed analogously to the previous example is arranged or connected directly to the inner lateral surface 821 of the arrangement section 82 .
- a clamping or press connection can be provided between the outer wall 811 of the steering section 81 and the inner lateral surface 821 of the arrangement section 82 .
- other joining techniques such as gluing, soldering, welding, clipping or latching, but also screwing or pinning, can also be used.
- analogous flow bodies 80 are also arranged in other line regions of a line system, in particular those having a change in cross section and/or a flow deflection.
- flow bodies 80 In the flow apparatus 50, 51 after 3 are flow bodies 80 only in the area of the inlet connection 71 and outlet connection 72.
- similar flow bodies 80 can also be provided or arranged at other suitable points of the line systems 60, 70 of the flow apparatus 50, 51.
- the transitions between the inlet and outlet chambers 730, 731 and the tube bundle system 74 can be fluidically optimized by appropriate arrangement of flow bodies 80.
- the design of the flow bodies 80 as an assembly that is initially independent of the target line system also makes it possible to further optimize already installed flow devices (such as heat exchangers, evaporators, boilers, etc.) and/or line systems by retrofitting flow bodies 80 in terms of flow technology.
- Such retrofitted flow bodies 80 could be provided as prefabricated units, in particular for standardized line sizes, and could also be used advantageously independently of the flow apparatus according to the invention.
- Adjacent to the header 73 is the flow apparatus after 3 a hood-like tubular jacket 29 is arranged.
- the pipe jacket 29 extends at least along the main axis 213 of the first line system 60 and covers or spans at least the pipe bundle system 74 of the second line system 70.
- the resulting intermediate space 30 between the guide pipe 21 and the pipe jacket 29 is connected to a distributor head 73 end facing away from a bottom 290 completed.
- the pipe loops 741 extend in the intermediate space 30.
- the stabilizer 294 can be embodied as a lattice and/or carrier structure through which the pipe loops 741, in particular individual pipes of the pipe bundle system 74, can reach and are guided, supported or secured against displacement from their rest position in at least one spatial direction.
- a partition wall 22 is arranged inside a section of the guide tube 21 that is enclosed by the tube jacket 29 .
- the dividing wall 22 separates an inflow-side area 214 of the guide tube 21 coming from the inlet connection 61 from an outflow-side area 215 approaching the outlet connection 62.
- the dividing wall 22 is in the example shown in FIG 3 designed essentially as a straight, flat wall, which is arranged in the interior in such a way that a cross-sectional area of the interior of the inflow-side region 214 of the guide tube 21 decreases with increasing distance from the inlet connection 61 to almost the same extent as a cross-section of the outflow-side Area 215 increases.
- stepped flat, stepped angular, parabolic , hyperbolic, or the like in particular following a surface profile that is dependent on the axial position along the main axis 213, so that the cross section in the inflow and/or outflow-side region 214, 215 is a more complex function of the position along the main axis 213 can.
- a first wall segment 220 is advantageously connected in particular to the area 214 of the jacket 211 or the guide tube 21 on the inflow side, while a second wall segment 221 is connected to the area 215 on the outflow side.
- insulation 223 can additionally be provided in an intermediate space 222 between the wall segments 220, 221. This can advantageously ensure that an inflow section 120 of the first fluid stream 100 can interact as little as possible with an outflow section 130 of the same. This could have a disadvantageous effect in particular when the flow apparatus 50 is designed as a heat exchanger 51 , since the partition wall 22 without insulation could act as a thermal short circuit between an inflow and an outflow of the first fluid stream 100 .
- the insulation 223 can be achieved by a suitable insulation or damping material with the lowest possible thermal conductivity and/or a sealing strip and/or an enclosure of an evacuated area in the intermediate space 222 .
- the guide pipe 21, in particular the casing 211 has at least one radial passage 27, 32 both in the inflow-side area 214 and in the outflow-side area 215.
- the guide pipe 21, in particular the casing 211 has at least one radial passage 27, 32 both in the inflow-side area 214 and in the outflow-side area 215.
- 3 three radial passages 27 are provided along the area on the inflow side.
- Analog are according to 3 three radial passages 32 are also provided in the area 215 on the outflow side.
- the first two radial passages 27 along the inflow axis 102 are shown in FIG 3 each additionally provided with a flow guide body 64 .
- these are arranged axially along the inflow axis 102 behind the respective radial passages and extend essentially into the interior of the guide tube 21.
- the task of these flow guide bodies 64 is to divide the first fluid flow 100 into radial partial flows 260 passing through the respective radial passages 27 by the to favor the arrangement of the partition 22 according to the invention, in particular to make the partial flows 260 more uniform with one another.
- the representation in 3 should only be understood as an exemplary embodiment.
- the provision of flow guide bodies 64 can, under certain circumstances, have advantageous effects on all or at least a different selection of radial passages 27, 32.
- the arrangement of the flow guide body 64 in relation to the respectively assigned radial passage 27, 32 can be changed from the illustration 3 deviate, in particular the axial position along the radial passage 27, 32 and/or the radial extent, in particular the direction of extent, of the flow guide body 64 and/or the geometric shape and/or also an axial extent (e.g. in the form of a grid) free space for Offer optimizations in the respective application of a flow apparatus 50 according to the invention.
- these flow guide bodies 64 can also serve as means for setting the direction of circulation of the partial flows 260 in the flow section 17 .
- the radial passages 27 themselves can also be designed in such a way that the partial flows 260 passing through them are aligned in such a way that they follow a fixed selected direction of circulation in the flow section 17 . In this way, the radial passages 27 can also act as means for adjusting the direction of rotation.
- deflection bodies suitable for setting the direction of circulation of the partial flows 260 can also be provided as such means on an inner side of the pipe casing 29 essentially opposite the radial passages 27 .
- a flow apparatus 50 for the exchange of heat energy between a first fluid flow 100 carrying heat energy and a further fluid flow 340 absorbing heat.
- An execution after 3 is particularly suitable for a large-volume first fluid flow 100 when heat is transferred to a further fluid flow 340 with a lower volume flow.
- Such applications can be found, for example, in the form of preheaters and/or evaporators in combined heat and power plants based on the Rankine cycle, i.e. in particular plants for the recovery and conversion of energy from heat-carrying fluid streams 100 (e.g. flue gases or exhaust gases from industrial processes, for example , geothermally or solar thermally heated fluid streams, etc.).
- the heat-absorbing fluid stream 340 (e.g. a working fluid of a combined heat and power plant, in particular an organic working fluid of an ORC plant) is fed through the inlet connection 71 of the second line system 70 to the flow apparatus 50 and flows out of the inlet chamber 730, via the tube bundle system 74 extending into the intermediate space 30 to the outlet chamber 731.
- a working fluid of a combined heat and power plant in particular an organic working fluid of an ORC plant
- the heat-carrying fluid flow 100 (e.g. hot smoke and/or exhaust gas) is in turn fed to the first line system 60 of the flow apparatus 50 via the inlet connection 61 in the inflow area 61b.
- the fluid flow 100 now spreads out along the inflow axis 102 in the inflow-side area 214 of the guide tube 21 and is deflected and divided into radial partial flows 104 in interaction with the partition wall 22 .
- These partial flows 104 enter the intermediate space 30 through the radial passages on the inflow side.
- the partial flows 104 are each deflected into a circumferential flow along the circumferential line 18 or along circumferential lines 18 running essentially parallel, with each partial flow 104 thus having a flow section 17 around it.
- the entire area of the circulating partial flows 104 can also be referred to as the flow area 105 .
- the partial flows 104 flow around the pipe bundle 740 or pipe loops 741 of the pipe bundle system 74 in a direction transverse to the direction of the course of the pipe bundle system 74, in particular transverse to the legs 742 of the pipe loops 741 Shares essentially flown transversely from the partial flows 104, so that a heat transfer is locally optimized in the thereby forming contact zones.
- the working medium is conducted through the tube bundle system 74 in such a way that the partial flows 104 of the heat-carrying fluid flow 100 transfer as much heat as possible to the Working medium can transfer that the working medium, preferably almost completely, can be converted from a liquid phase into a vapor or gas phase.
- each partial flow 104 encircles the guide tube 21 and thus the inflow and outflow axis 102, 103 of the heat-carrying fluid flow 100 by a circumferential angle UW of approximately 360°.
- the partial flows 104 After overlapping or passing through this circumferential angle, the partial flows 104 enter the radial passages 32 in the outflow-side area 215 of the guide tube 21. There, the partial flows 104 according to FIG 3 deflected again in the axial direction and brought together. The fluid flow 100 brought together in this way and "cooled" by heat transfer to the further fluid flow 340 leaves the flow apparatus 50 through the outlet connection 62. It can now optionally be subjected to a subsequent process (e.g. downstream filtration and/or purification and/or a further subjected to heat exchange and/or treatment) or to a corresponding apparatus (e.g. heat exchanger and/or cleaning and/or filtering and/or washing device and/or a chimney).
- a subsequent process e.g. downstream filtration and/or purification and/or a further subjected to heat exchange and/or treatment
- a corresponding apparatus e.g. heat exchanger and/or cleaning and/or filtering and/or washing device and/or a
- the distributor head 73 is according to 3 as an annular channel extending around the first line system 60, in particular the outlet connection 62 732 trained. Alternatively, the distributor head 73 can also be arranged around the inlet connection 61 of the first line system 60 .
- the inlet chamber 730 and the outlet chamber 731 are arranged on opposite sides, separated from one another by partition walls 733 . Both the inlet chamber 730 and the outlet chamber 731 are formed in the ring channel 732 in the circumferential direction around the outlet connection 62 by two partition walls 733 spaced at an angular distance from one another.
- the input and output chambers 730, 731 have a substantially identical cross section in the projection plane shown.
- An internal volume of the inlet and outlet chambers 730, 731 is particularly preferably essentially the same.
- the cross sections and/or the internal volumes of the inlet chamber 730 and the outlet chamber 731 are designed to differ from one another.
- the flow apparatus 50 is used as an evaporator, for example, a volume flow of the further fluid flow 340 between the inlet and outlet chambers 730, 731 typically increases.
- the outlet chamber 731 can have an enlarged internal volume compared to the inlet chamber 730.
- the flow apparatus 50 is alternatively used as a condenser, it can be advantageous if the inner volume of the outlet chamber 731 is reduced compared to the inner volume of the inlet chamber 730 .
- the person skilled in the art is also aware of other applications or uses of the flow apparatus 50 according to the invention which favor or require different cross sections and/or volumes of the inlet chamber 730 and the outlet chamber 731 .
- a further partition 733 is arranged in both directions of circulation around the outlet connection 62 between the inlet chamber 730 and the outlet chamber 731 in such a way that two additional intermediate chambers 734, 734a - 734d are formed in the ring channel.
- the intermediate chambers 734a - 734d preferably have an essentially identical cross section in the, in Figure 7a projection plane shown.
- An internal volume of the intermediate chambers 734, 734a-734d is particularly preferably essentially the same.
- a six-pass structure of the second line system 70 can be implemented in a simple manner.
- the input chamber 730 is connected to one of the two intermediate chambers 734a, 734b via a first set of pipe loops 741, 741a, not shown here, so that partial flows of the further fluid flow 340 supplied via the input connection 71 flow via this first set of pipe loops 741a into one of the two intermediate chambers 734a, 734b can flow.
- the sub-streams run through 3 already in this first stage twice the intermediate space 30.
- Each of the intermediate chambers 734a, 734b is further connected via a partial set of pipe loops 741b to one of the intermediate chambers 734c, 734d, so that the partial flows now in this stage again pass through the intermediate space 30 twice .
- each of the intermediate chambers 734c, 734d is connected to the outlet chamber 731 via a further partial set of pipe loops 741c, as a result of which the partial flows flow through the intermediate space 30 twice for the last time.
- each partial flow of the fluid flow 340 runs through the interior 30 between the inlet chamber 730 and that of the outlet chamber 731 a total of six times, ie the fluid flow 340 passes through the interior 30 six times.
- the flow apparatus 50 can be implemented in a variant not illustrated here with essentially straight tube sections.
- the pipe sections as well as the pipe loops 741 are connected to the distributor head 73, in particular to its annular channel 732, and extend into the intermediate space 30.
- the pipe sections preferably measure through the intermediate space 30 in such a way that they open into a collecting channel at an end remote from the annular channel 732 .
- the collecting channel can be connected to the outlet chamber 731 and also have at least one outlet connection of its own, which then preferably has the outlet connection 72 of the second Line system 70 forms.
- a particularly preferred development of a distributor head 73 can be offered. This has, for example, a closure cover 73a, not shown here in detail, that releasably closes the ring channel 732 at one end, whereby the ring channel 732 can be opened and closed again in a distributed manner for maintenance purposes and/or for adjustments.
- the closure cap 73a can be designed as a screw cap and/or with another closure mechanism, such as a screw connection, a clamping or wedge mechanism or the like.
- a detachable closure cover 73a also allows the partitions 733 to be designed to be exchangeable and/or displaceable in the circumferential direction in the ring channel. If the partitions 733 can be offset and/or varied in number between the input chamber 730 and the output chamber 731, the configuration and/or the number of intermediate chambers 734 can be varied. As a result, a pass number or number of passages of the further fluid flow 340 through the intermediate space 30 in the second line system 70 of the flow apparatus 50, 51 can advantageously be adjusted.
- a closure cover 73a that can be detached for maintenance purposes can also be used with distributor heads 73 as in the example flow apparatus 50 according to FIG 3 are shown to be beneficial.
- a separating device 90 is arranged on the outlet connection 72 of the second line system 70 , in particular on an outflow section 735 adjoining the outlet chamber 731 .
- the separating device 90 is designed as a drop separator.
- a droplet separator 90 which is arranged on the distributor head 73 and is integrated or at least operatively connected to the outlet chamber 731 can be advantageous in particular when the flow apparatus 50, 51 is used as an evaporator for the further fluid flow 340.
- the second fluid stream 340 which is essentially liquid in the inlet chamber 730, is only partially, in particular not completely, converted from a liquid phase into a vapor phase during its passage through the second line system 70, in particular through the intermediate space 30.
- a further fluid flow 340 leaving the outlet chamber 731 carries at least liquid components (e.g. in the form of drops) with it, which can have a disruptive effect on downstream processes or devices. If now the distributor head 73 of the flow apparatus 50, 51 according to 8 performed, these effects can be prevented.
- the arrangement or integration of the separating device 90 on the distributor head 73 enables an advantageously simple return of the separated material, in particular the condensate or the residual liquid, into at least one of the chambers 730, 734.
- a separating chamber 900 can thus be connected to the input chamber 730 and/or via at least one return line 901. or an intermediate chamber 734.
- the return can be effected by simply utilizing gravity and/or a special configuration of the return line 901 .
- the separation chamber 901 is connected to the chamber 730, 734 via the return line 901 in such a way that the material to be separated, in particular the condensate or the separated residual liquid, can flow back into it.
- the return line can preferably be designed in such a way that the separated material, in particular the condensate or the separated residual liquid, is pressed or sucked into the chamber 730, 734 connected via the return line by the flow of the fluid stream 340 into or through the chambers 730, 734 .
- the separating device 90 can include a return device (e.g. a pump or the like) which makes the separated material available from the separating space 900 via the return line 901 .
- FIG. 9 shows a further advantageous development of the flow apparatus 50, 51 according to the invention 3 .
- This training stands out by a device 91 arranged on or in the pipe jacket 29 for the separation and discharge of particles.
- the device 91 is arranged at least on one side along the guide tube 21 .
- the device 91 is preferably integrated into the flow apparatus 50 or attached to it in such a way that the device 91 extends into a radial area 291 radially adjoining the area of the tube bundle system 74 when the flow apparatus 50 , 51 is ready for operation.
- the device 91 is particularly preferably arranged on or in the pipe jacket 29 in such a way that solids, in particular particles, carried along in the radial flows 26 and/or the circumferential flows 31 of the fluid flow 100 reach the radial area 291 .
- a separator 910, a collection area 911 and preferably a conveying unit 912, in particular a discharge screw, of the device 91 are provided in the radial area 291.
- the separator 910 can be designed as a simple separation opening or separation slot and/or as a separation grid, sieve and/or filter which is able to separate the solids, in particular particles (e.g. B. soot, crystallites, or the like) can be separated from the on-flowing fluid.
- the separator 910 can also be a separator based on an electric, magnetic or electromagnetic field, which is suitable for separating the solids carried along in the fluid flow 100 or in its partial flow.
- the solids or particles separated from the fluid flow 100 by the separator 910 are collected in the collection area 911 and temporarily stored, if necessary.
- the collection area 911 can be designed as a collection volume, container or space.
- the collection area 911 for receiving the separator 910 separated solids or particles has suitable collection or storage elements.
- a particularly preferred device 91 also comprises a conveyor unit 912, which engages in the collection area 911, for the constant, cyclical or occasional discharge of solids or particles collected in the collection area 911, so that preferably continuous operation of the flow apparatus 50, 51 is also possible with a fluid flow at least temporarily contaminated with solids 100 becomes possible.
- the separator 910 shows a first preferred embodiment of a flow apparatus 50, 51 with a device 91.
- the separator 910 is designed as at least one radial opening 910a, which is provided in an intermediate wall 292 or a side wall 293 of the pipe jacket 29. If the separator 910 is arranged in the intermediate wall 292, the collection area 911 and the conveying unit 912 can be integrated into the intermediate space 30 in the pipe casing 29. In execution after 9 the separator 910 is integrated into the side wall 293 of the pipe casing 29, in particular introduced into the side wall 293 of the pipe casing 29 as a radial opening 910a.
- the collection area 911 is formed by an add-on collection container 911a, which covers at least the area of the separator 910, 910a in the side wall 293.
- the add-on collection container 911a can be designed as a collection container, in particular a replaceable, maintainable and/or emptiable collection container.
- a discharge screw 912a is arranged in the attachment collection container 911a. If the discharge screw 912a is rotated, it conveys the particles located in the collection area 911, 911a in the direction of a discharge opening 911b in the attached collection container 911a. Through this Discharge opening 911b, the collected particles are now removed from the flow apparatus 50, 51 and from its active circuit.
- a closure device 913 such as a flap, a valve, a rotary valve or the like, can also be provided in the discharge opening 911b.
- This closure device 913 is used, in particular during normal operation of the flow apparatus 50, 51, to prevent partial quantities of the fluid flow 100 from leaking via the discharge opening 911b.
- the separator 910 has a device for intervention control and/or for preventing a fluid leakage, in particular when the conveyor unit 912 is activated.
- the separator 910 can also be designed to be closable, for which purpose closure flaps can be provided, for example.
- the discharge screw 912a can preferably be driven via a drive motor 912b. If the drive motor 912b is switched and/or regulated via a suitable controller (not shown here), the discharge of collected particles can advantageously be automated.
- the collection area 911 can be monitored by a loading sensor in order to monitor a filling level and, if necessary, to prevent overloading.
- a cyclical initiation of the discharge process would also be conceivable in order to be able to feed the discharged material to a subsequent process (e.g. treatment, cleaning, etc.) in a controlled manner even with changing loads on the fluid flow 100 .
- the embodiment with an add-on collection container 911a or the arrangement of the device 91 in an add-on collection container 911a, as shown in 9 is shown as a particularly preferred embodiment, it is also possible to easily and advantageously retrofit existing flow apparatuses 50, 51 with a pipe jacket 29 through which a fluid stream loaded with particles flows. For this it is only necessary that the pipe jacket 29 on a side wall 293 with at least one separator 910, in particular a radial screen or filter 910a.
- the conveyor unit 912 can, as in 10 indicated, arranged in an add-on collecting container 911a and this is subsequently attached to the tubular jacket 29 around the separator 910. Thus, no major modification to the flow apparatus 50, 51 itself is required.
- In 10 is a system 52 of two flow apparatuses 50.1, 50.2 according to 3 and the previous description.
- the flow devices 50.1, 50.2 are arranged sequentially one behind the other with respect to the first line system 60.1, 60.2, the two flow devices 50.1, 50.2 preferably being mirrored, in particular on a plane perpendicular to the inflow and outflow axes 102.1, 103.1; 102.2, 103.2 are arranged to each other.
- the outlet connection 62.1 of the first flow apparatus 50.1 is preferably arranged coaxially to the inlet connection 61.2 of the second flow apparatus 50.2.
- the outlet connection 62.1 and the inlet connection 61.2 are directly connected to one another, so that a fluid stream 100 flowing out of the outlet connection 62.1 is fed to the inlet connection 61.2.
- the second line systems 70.1, 70.2 are in the exemplary system 52 after 10 connected to one another via a connecting line 75 in such a way that fluid of the fluid stream 340 exiting from the outlet connection 72.2 of the flow apparatus 50.2 is supplied to the inlet connection 71.1 of the flow apparatus 50.1.
- the input port 71.2 serves as the input port of the second line system 70 of the system 52, while the output port 72.1 acts as the output port of the second line system 70 of the system 52.
- the heat transfer from the first fluid flow 100 to the further fluid flow 340 or vice versa takes place in two stages: First, the first fluid flow 100, which has already been pre-cooled in the first flow apparatus 50.1, acts in the second flow apparatus 50.2 to preheat a further fluid flow freshly supplied via the input connection 71.2 340. The fluid 340 preheated in this way in the second flow apparatus 50.2 then undergoes main heating in the second heating stage in the first flow apparatus 50.1 by heat-transferring contact with the first fluid 100 freshly supplied via the inlet connection 61.1, before it is made available to the system 52 via the outlet connection 72.1 . In the course of the main heating, the freshly supplied first fluid 100 is converted into a state as a pre-cooled fluid 100, which still serves as a heat source in the pre-heating process.
- the system 52 after 10 is particularly suitable as a compact and highly efficient preheater-evaporator combination for a combined heat and power plant, in particular an RC or ORC plant based on the Rankine cycle, with a fluid flow 100 carrying waste heat dissipating its thermal energy to a large extent via the aforementioned two stages (preheating and main heating/evaporation) can be transferred to a fluid flow 100 of a working medium, in particular an organic working medium.
- a basic scheme of such a thermal power plant, in particular ORC plant 95 is in 11 shown.
- the person skilled in the art has a large number of extended schemes for a combined heat and power plant 11 known, but to a similar extent by a flow apparatus 50 or a system 52 according to the invention 10 can benefit advantageously.
- the system 95 includes at least one turbine 950, a condenser 951 and a working fluid pump 952.
- the turbine 950 preferably drives one Generator 953 for providing electrical power from the recovered thermal energy of a fluid stream 100.
- the turbine 950 is connected on the input side to a supply line 954 of a working fluid circuit, which exits at the output connection 72.1 of the system 52.
- heated, preferably vaporized working medium flows through flow line 954 as fluid flow 340 in system 52.
- the working medium of fluid flow 340 is preferably almost completely contained in system 52, at least in one of flow apparatus 50.1, 50.2 of system 52 evaporated or converted into a vapor or gas phase.
- the inflowing working medium of the fluid stream 340 is at least partially expanded, preferably essentially expanded, as a result of which the turbine 950 is driven.
- the expanded working medium now flows via a return line 955 to the condenser 951, in which the working medium is cooled at least to a condensation point and preferably condensed out.
- the expanded working medium before being introduced into the condenser 951, is 11 not shown recuperator is supplied to make any existing residual heat energy otherwise usable.
- the working medium condensed in the condenser 951 is fed back to the system 52 by means of the working medium pump 952 via a supply line 956 and the inlet connection 71.2, as a result of which the working medium circuit is essentially closed.
- the fluid stream 100 is fed to the system 95 via an inlet connection 957, which is preferably connected directly to the inlet connection 61.1 of the first flow apparatus 50.1 of the system 52.
- the freshly supplied fluid 100 is, as already in the description of the system 52 after 10 signs, first the main heating stage of the system 52 (flow apparatus 50.1) fed to a heat transfer to a in the preheating stage (flow apparatus 50.2) preheated working medium of the fluid flow 340 to maximize.
- the fluid 100 cooled in this way is then used in the system 52 for the flow apparatus 50.2 as a heat source for preheating the fresh working medium of the fluid flow 340 provided via the supply line 956.
- the fluid 100 is discharged from the system again via an outlet connection 958 .
- the flow apparatus 50, 51 according to the invention or the system 52 of two such flow apparatuses 50.1, 50.2, 51.1, 51.2 thus allows a particularly compact design of a combined heat and power plant 95, which at the same time can be adapted to special requirements (e.g. B. solid-loaded fluid flows, varying heat outputs, etc.) can be adapted without the basic concept after 11 must be left.
- devices 91 can be retrofitted or converted at any time without having to completely disassemble the system 52 .
- An adaptation of the number of passages of the second line systems 70.1, 70.2 would also be possible without major expenditure, in particular if the distributor heads 73.1, 73.2 have corresponding sealing covers.
- the flow devices 50, 51 of the type according to the invention or systems 52 of flow devices according to the invention are particularly suitable for the development of waste heat-carrying fluid streams 100 from combustion systems (e.g. thermal cleaning or oxidation systems, dryers, thermal process systems, ovens, or the like), fuel cells and Fuel cell systems, in particular coolant flows from high-temperature fuel cells and other industrial waste heat flows in RC or ORC systems 11
- combustion systems e.g. thermal cleaning or oxidation systems, dryers, thermal process systems, ovens, or the like
- fuel cells and Fuel cell systems in particular coolant flows from high-temperature fuel cells and other industrial waste heat flows in RC or ORC systems 11
- the flow apparatus 50 according to the invention or a system 52 can also be used advantageously in chemical process engineering, heating technology and similar applications.
- a preferred manufacturing method for a guide tube 21 is to be outlined.
- the 12a shows a tubular shape of the guide tube 21.
- the guide tube 21 has a partition 22 made of two wall segments 220, 221, in particular two separating plates, which are intended to separate the interior of the guide tube 21 diagonally into two areas 214, 215.
- the double design of the wall segments 220, 221 or separating plates is used for additional thermal insulation between a fluid inlet and a fluid outlet.
- the space 222 between the wall segments 220, 221 or dividing plates can either be hollow or filled with additional insulating material.
- the wall segments 220, 221 or the separating plates are only connected to the jacket on one side welded.
- the weld is preferably provided on opposite sides of the guide tube 21 in the assembled state.
- the guide tube 21 is preferably divided centrally in the longitudinal direction into two tube halves 21a, 21b.
- the shape of the prefabricated wall segments 220, 221 or separating plates preferably resembles an ellipse, with one dimension of the ellipse corresponding in particular to the sectional area integral if the tube blank were to be halved diagonally over its entire length.
- a wall segment 220, 221 or a separating plate is fastened diagonally, preferably welded, so that the wall segments 220, 221 or separating plates do not touch when the pipe halves 21a, 21b are then joined together.
- at least one of the wall segments or the separating plates in particular over its entire Length applied a sealing tape 224, in particular welded.
- the sealing strip 224 is preferably embodied as a sheet metal strip folded in a V-shape, but can also have another suitable shape.
- openings in a round or slot-shaped design are made in the guide tube 21 in a vertically opposite, radial arrangement. These serve as radial passages 27, 32 during subsequent operation in the flow apparatus 50 according to the invention.
- the openings in the form of recesses are already made in pipe halves 21a, 21b, which form the openings when they are joined together.
- the openings or recesses can preferably be punched out, cut out or sawn out of the tubular part.
- the wall segments or separating plates and openings are arranged in the guide tube 21 in particular in such a way that the inflowing fluid leaves the guide tube 21 directed radially outwards and, after flowing through the tube bundle intermediate space 30, can flow into the guide tube 21 directed radially inwards.
- flow guide bodies in particular deflection plates, can be arranged, in particular welded, to the openings.
- the invention relates to a method for guiding a fluid flow 10 which has an inflow and an outflow section 12, 13 with an essentially parallel, preferably coaxial inflow and outflow axis 14, 15. It is proposed that the fluid flow 10 is directed radially around the inflow and outflow axes 14, 15 by at least one guide means 20 arranged between the inflow section 12 and the outflow section 13 in a flow section 17 around a circumferential angle UW, with the circumferential angle UW being greater than 0 ° is.
- the invention also relates to a flow apparatus 50 for carrying out a method comprising a first line system 60 for Conduction of a first fluid stream 100, the first line system 60 comprising a guide tube 21 and at least one, a flow direction of the fluid stream 100 influencing guide means 20, 22, so that the fluid stream 100 between an inflow region 61b and an outflow region 62b of the first line system 60 an inflow and/or outflow axis 102, 103 in a flow area 105 around a circumferential angle UW flows radially around.
- FIGS. 13a - 13c and 14 show variants of a further development of the flow apparatus 50 3 , each of which additionally has a bypass device 92 .
- FIG. 13a - 13c and 14 show variants of a further development of the flow apparatus 50 3 , each of which additionally has a bypass device 92 .
- Features that are identical or have the same effect as those described above are identified in these figures with the same reference symbols.
- the bypass device 92 has a bypass line 921 which, for example, extends as a cylindrical tube along the main axis 213 through the guide tube 21 of the first line system 60 .
- the bypass line 921 is preferably aligned coaxially to the main axis 213 and is in particular configured concentrically to it.
- the bypass line 921 pierces or breaks through the partition 22 arranged in the guide tube 21, so that the first fluid stream 100 flowing in via the inlet connection 61 can flow out via the bypass line 921 in the direction of the outlet connection 62 without passing through the guide means 20, 22 in to reach the flow area105.
- the bypass line 921 is designed as an insulated, in particular double-walled line or insulated, in particular double-walled tube, in order to achieve thermal coupling between the portion A BP of the first fluid stream 100 flowing in the bypass line 921 and the portion A BP of the first fluid stream 100 that is in the guide tube 21 to prevent, or at least to reduce, the proportion 1 - A BP that is spreading.
- bypass actuator 922 In addition to the bypass line 921, the bypass device 92 according to FIG 13a a bypass actuator 922.
- the task of the bypass actuator 922 is in particular to select or adjust, in particular controllably, implement or design a portion A BP of the fluid flow 100 flowing out via the bypass line 921 of the first fluid flow 100 flowing in via the input connection 61.
- the proportion A BP can have a value between 0% and 100%, in particular between 20% and 80%, preferably between about 30% and 70%.
- the bypass controller 922 comprises at least one flap 923 and a flow divider 924 upstream of the flap 923 against the flow direction 13a
- the input connection 61 of the flow apparatus 50 is arranged directly on the flow divider 924, while the flap 923 is arranged on or in the bypass line 921.
- the flap 923 is preferably arranged in the end region of the bypass line 921 facing the inlet connection 61 .
- the bypass line 921 preferably having a lower pressure difference or lower flow resistance than the first line system 60.
- a correspondingly reduced proportion 1 ⁇ A BP is available in the flow area 105 for the interaction with the further fluid flow 340 . If the flap 923 is closed, the inflowing fluid stream 100 flows completely through the first line system 60 and is thus completely present in the flow area 105 .
- the bypass line 921 opens out 13a in a funnel-like flow collector 925, which via the first line system 60 flowing shares 1 - A BP and flowing via the bypass line 921 shares A BP of the first fluid stream 100 following the Flow area 105 brings together again and the outlet port 62 forwards.
- flow bodies 93 are arranged to optimize a local flow profile, in particular to reduce or suppress the formation of turbulence and/or reduce a local flow resistance.
- the flow bodies 93 are symmetrical, in particular adapted to the spatial shape of the guide tube 21 and/or the bypass line 921, preferably adapted to be symmetrical.
- the flow bodies 93 are themselves cylindrically symmetrical and have a deflection surface 931 facing the flow.
- the deflection surface 931 can have a constant cross-sectional profile in the circumferential direction. However, it can also be advantageous if the deflection surface 931 has a cross-sectional profile that varies with the circumferential angle. This may be particularly advantageous when the partial flows 104 flowing out of the flow area 105 are not evenly distributed over the circumferential angle, but instead have particularly preferred areas over the circumferential line.
- Figure 13b shows a second variant of a flow apparatus 50 with analog to 13a arranged bypass device 92.
- the bypass line 921 extends directly to the inlet connection 61.
- the flow divider 924 is formed by passages, in particular slots, in the end section of the bypass line 921 adjoining the inlet connection 61.
- a proportion 1 ⁇ A BP of the fluid stream 100 flowing via the inlet connection 61 can reach the first line system 60 , in particular the flow area 105 , through these passages.
- the bypass actuator 922 shows how to set the component ABP flowing via the bypass line 921 Figure 13b two flaps 923, 923a, the flap 923 adjoining the end section of the bypass line 921 with the passages.
- the second flap 923a is provided in an end region of the bypass line 921 facing the outlet connection 62 .
- the second flap 923a serves to prevent a possible backflow from the flow collector 925 via the bypass line 921 .
- the flow collector 925 is analogous to the example shown in FIG 13a educated. However, it can also be provided that the bypass line 921 is constructed or formed symmetrically with respect to its two end regions, so that the flow divider 924 and flow collector 925 are constructed analogously to one another.
- FIG. 13c shows a third variant of a flow apparatus 50 with analog to 13a arranged bypass device 92.
- This variant engages the passages in the bypass line 921 having formation of the flow divider 924 after Figure 13b on, wherein the flap 923 of the bypass actuator 922 was replaced by a slide assembly 926.
- the slide arrangement 926 has a sliding sleeve 926a that closes the passages in at least one position, the sliding sleeve 926a being shifted axially and/or radially and/or rotated to switch from an open position to a closed position.
- a switching characteristic for controlling or setting the component 1 ⁇ A BP can be determined, among other things, via the number, shape and/or placement of the openings in the bypass line 921 .
- a flow apparatus 50 with a bypass device 92 shows 14 an alternative flow apparatus 50 with bypass device 92, which has a bypass line 921 arranged on the outside.
- the bypass actuator 922 includes in the example 14a a flap 923 which is arranged in an inlet-side portion of the guide tube 21.
- the bypass line 921 is preferably designed or constructed as a tubular hollow body 927 that accommodates and/or encloses the first line system 60, in particular the tubular jacket 29, at least partially, preferably almost completely.
- the hollow body 927 extends in the example 14a along the main axis 213 parallel to the guide tube 21. It can be provided in particular that the hollow body 927 receives or encloses the guide tube in such a way that the The input and output connections 61, 62 of the first line system 60 are in the form of flanges arranged in particular on the front side of the hollow body 927.
- a funnel-like or fan-like section of the hollow body 927 adjoining the inlet connection 61 forms the flow divider 924 of the bypass controller 922 in the present example 3 are arranged on distributor head 73 are guided through hollow body 927 so that they protrude from the wall of hollow body 927 and, within the area enclosed by the hollow body jacket between pipe jacket 29 and the inner jacket surface of hollow body 927, are at least partially surrounded by portion A BP of first fluid stream 100 can become.
- the hollow body 927 merges into the outlet port 62 via an analogous funnel or fan-like section, which forms the flow collector 925 .
- an optional second flap 923a can also be arranged in an end section of the guide tube 21 facing the outlet connection 62.
- the task of the flap 923a is analogous to the example Figure 13b To prevent a backflow into the guide tube 21, but at least to reduce it.
- the flap 923 arranged in the guide tube 21 is provided or designed for the purpose of providing a proportion 1 ⁇ A BP flowing via the first line system 60 in a selectably adjustable or controllable manner. With a fully open flap 923 or with fully open flaps 923, 923a, the proportion 1 - A BP is maximized, while a fully closed position of the flap 923 or the flaps 923, 923a maximizes the proportion A BP of the bypass -Line 921 outflowing portion of the first fluid stream 100 leads.
- the one in the example is preferred 14a intended hollow body 927 designed as an insulated hollow body, in particular a double-walled hollow body, in order to prevent or at least reduce unfavorable heating of the outer wall of the hollow body 927 when the bypass is activated, ie when the flap 923 is essentially closed.
- FIG. 14b 12 now shows a second variant of a flow apparatus 50 with a bypass line 921 arranged on the outside in the form of a hollow body 927, as is already the case in the example described above 14a known, reference is made to the description of the bypass line 921 or the hollow body 927 at this point.
- Deviating from the execution according to 14a is the bypass actuator 922 in , for example 13c embodied in an analogous manner as a slide arrangement 926.
- the guide tube 21 extends over the full distance between the input and the output connection 61, 62 and is in the overlapping areas with the off 14a known flow divider 924 and flow collector 925 provided with slit-like passages. At least the passages provided in the direction of the inlet connection 61 can be opened and closed in a selectable, adjustable manner by means of a slide arrangement 926 .
- a second slide arrangement 926a is also provided for opening and closing the passages close to the outlet connection 62, which, however, can optionally also be omitted.
- This second slide arrangement 926a has a task analogous to that of the second flap 923a from the examples Figure 13b or 14a , so that reference is made to the relevant description.
- the slide assemblies 926, 926a can be configured as axial and/or rotary slides, as already shown in the example 13c have been described.
- bypass line 921 is not designed as an enclosing hollow body 927 but as one or more bypass channels extending on the outer wall of the tube jacket 29 .
- bypass actuator 922 can alternately close the bypass line 921 and the guide tube 21, which promotes a clear guidance of the flow via the flow-around section 17 and/or the bypass.
- the respective throttle positions in particular an effectively effective flow cross section that can be released or released by the bypass actuator 922, are favorably inversely proportional to one another at the input sections of the bypass line 921 and the guide tube 21.
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Description
- Die Erfindung betrifft einen Strömungsapparat zur Durchführung eines Verfahrens zur Führung einer Fluidströmung die einen Anström- und einen Abströmabschnitt mit einer im Wesentlichen parallelen, vorzugsweise koaxialen An- und Abströmachse aufweist.
- Unter einem Anström- bzw. Abströmabschnitt einer Fluidströmung wird dabei insbesondere der Teil eines Strömungspfades verstanden, welcher in Strömungsrichtung vor bzw. hinter einem Wirkungsabschnitt des gesamten Strömungspfades des betrachteten Verfahrens liegt. Als Wirkungsabschnitt wird dabei der Teil des Strömungspfades verstanden, in welchem das Verfahren auf die Fluidströmung einwirkt bzw. in welchem die Fluidströmung verfahrensgemäß behandelt wird. Unter einer An- bzw. Abströmachse wird insbesondere eine - gedachte - Achse parallel zu einer Strömungsrichtung im An- bzw. Abströmabschnitt verstanden. Vorzugsweise steht die An- bzw. Abströmachse dabei im Wesentlichen senkrecht auf einer Querschnittsfläche des An- bzw. Abströmabschnitts des Strömungspfades. Diese Strömungsachsen sind dabei vorzugsweise parallel zu einer Flächennormalen der genannten Querschnittsflächen ausgerichtet oder angeordnet.
- Es sind bereits eine Vielzahl an Verfahren zur Führung einer Fluidströmung bekannt. So ist aus
EP 1 486 126 A2 ein Rohrbündelwärmetauscher bekannt, bei welchem eine der Fluidströmung durch Leitblechspirale zirkular um die Rohrbündel, in welchen die zweite Fluidströmung geführt wird, geleitet wird. Die Leitblechspirale bietet dabei der Fluidströmung eine relativ große Oberfläche, welche ihrerseits Wärmeenergie aufnimmt, die dann nicht für eine Wärmetausch mit der Fluidströmung im Rohrbündel zur Verfügung steht.EP-A-1486126 offenbart weiterhin einen Strömungsapparat gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. - Eine andere Ausführung ist beispielsweise aus
DE 35 28 426 A1 bekannt, wobei in dieser Ausführung die das Rohrbündel umströmende Fluidströmung durch etagenweise, quer zur Strömungsrichtung angeordnete Leitbleche das Rohrbündel meandernt umströmt. Diese meanderartige Strömung hat dabei durch die mehrfache 180°-Richtungsumkehr der Strömung einen erhöhten Strömungswiderstand zur Folge. Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine Variante derartiger Verfahren aufzufinden, welche eine besonders kompakte Umsetzung in einem Strömungsapparat erlaubt, wobei die Fluidströmung bzw. ein Fluidstrom auf möglichst kurzer Baulänge des Strömungsapparates einer großen Wirklänge ausgesetzt werden kann. Unter einer Wirklänge wird dabei insbesondere ein Abschnitt der Fluidströmung bzw. eines Strömungspfades des Fluidstroms verstanden, in der dieser einer Wechselwirkung ausgesetzt, unterzogen oder zugeführt werden kann. Die Wechselwirkung kann dabei insbesondere eine chemische, thermische, mechanische und/oder elektromagnetische Wechselwirkung mit mindestens einem geeigneten Wechselwirkungspartner sein. Dabei ist der Wechselwirkungspartner eine weitere Fluidströmung. - Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Strömungsapparat gemäß Anspruch 1 gelöst.
- Das Führungsmittel des erfindungsgemäßen Strömungsapparats ist dabei eine Trennwand in einem Führungsrohr und/oder eine Kombination aus derartigen Elementen sein, welches die Fluidströmung bzw. einen Fluidstrom der Fluidströmung geeignet umlenkt. In einer besonders bevorzugten Ausführung eines Führungsmittels umfasst dieses ein Führungsrohr mit endseitig angeordneten Eingangs- bzw. Ausgangsanschlüssen, an welchen sich rohrseits ein An- und Abströmbereich anschließen bzw. der An- und Abströmungabschnitt der Fluidströmung anschließen kann. Das Führungsrohr kann dabei insbesondere geradlinig ausgebildet sein, so dass der Eingangs- bzw. Ausgangsanschluss und die zugehörigen An- und Abströmbereiche des Leitungssystems bzw. der An- und Abströmungabschnitt der Fluidströmung einen im Wesentlichen geradlinigen Strömungsverlauf des Fluidstroms entlang einer An- bzw. Abströmachse erzwingen oder herbeiführen, zumindest aber begünstigen. Die An- und Abströmachse sind dabei bevorzugt koaxial zueinander ausgerichtet. Die Trennwand ist dabei im Führungsrohr zwischen dem An- und Abströmbereich angeordnet, welche dem sich entlang der Anströmachse strömenden Fluidstrom eine querverlaufende Richtungskomponente verleiht. Bevorzugt wird der Fluidstrom dabei entlang dieses Umströmabschnitts in Teilströme mit radialen Fließrichtungen zerlegt. Durch weitere Umlenkkomponenten des Führungsmittels werden die so entstandenen Radialströme in Umfangsrichtung um die An- und Abströmachse umgelenkt, bevor sie schließlich nach einem Umfangswinkel UW durch weitere Umlenckomponenten wieder in Richtung der Abströmachse umgelenkt werden. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale.
- Eine besonders gut skalierbare Umsetzung des Verfahrens in einem Strömungsapparat wird erreicht, wenn der Umfangswinkel UW im Wesentlichen ein ganzzahliges Vielfaches von 30°, 45°, 60°, 90°, 180° oder 360° ist.
- Eine bevorzugte Ausbildung wird dadurch erreicht, dass die Fluidströmung über einen Eingangsanschluss in ein Führungsrohr eintritt und sich entlang einer Strömungsrichtung im Führungsrohr ausbreitet, wobei die Fluidströmung über einen Rohrabschnitt hinweg durch eine Trennwand, insbesondere abschnittsweise, vorzugsweise stetig fortschreitend in eine Radialströmung umgelenkt wird. Die Radialströmung kann durch zumindest einen Radialdurchlass im Führungsrohr aus diesem austreten und in einem von einem sich um das Führungsrohr erstreckenden, vorzugsweise im Wesentlichen geschlossenen Rohrmantel gebildeten Zwischenraum eintreten. Dabei lenkt der Rohrmantel die Radialströmung in eine Umfangsrichtung um das Führungsrohr ab, so dass die Fluidströmung nun in den Umströmungsabschnitt übergeht bevor sie durch einen weiteren Radialdurchlass im Führungsrohr wieder in dieses eintritt und durch das Führungsrohr wieder in Abströmrichtung umgelenkt und zu einem Ausgangsanschluss geführt wird.
- Dadurch dass die Fluidströmung in dem Umströmungsbereich mit einer weiteren Fluidströmung in Wechselwirkung tritt oder zumindest in Wechselwirkung treten kann, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine besonders kompakte Umsetzung in einem Strömungsapparat für die Wechselwirkung zwischen der ersten und der weiteren Fluidströmung erreicht werden. Vorzugsweise erfährt dabei mindestens eine Fluidströmung eine Zustandsänderung, wobei unter einer Zustandsänderung hier insbesondere eine Änderung eines thermodynamischen Zustands, insbesondere der Temperatur, Druck, Volumen und/oder des Aggregatzustands, und/oder eines chemischen Zustands, insbesondere einer chemischen Zusammensetzung, und/oder eines anderen physikalischen Zustandes verstanden werden soll.
- Eine besonders gute Wechselwirkung zwischen der ersten und weiteren Fluidströmung wird dadurch erreicht, dass die weitere Fluidströmung im Umströmungsbereich im Wesentlich quer von der ersten Fluidströmung angeströmt wird. Unter einer "quer verlaufenden Anströmung" wird dabei insbesondere ein Strömungsverlauf verstanden, bei dem im Bereich der Wechselwirkung der beiden Fluidströmungen der Richtungsvektor der ersten Fluidströmung in etwa senkrecht, zumindest jedoch unter einem Winkel von mindestens 30°, insbesondere 45°, bevorzugt jedoch mindestens 0° auf dem Richtungsvektor der weiteren Fluidströmung steht. Unter dem "Richtungsverktor" einer Strömung wird dabei insbesondere der lokale Richtungspfeil bzw. die lokale Raumrichtungsangabe eines jeweiligen Strömungsabschnitts bzw. einer Strömungszelle bzw. einer Volumenzelle der Strömung verstanden.
- Um einen direkten Kontakt der beiden Fluidströmung zu unterbinden, zu verhindern oder zumindest zu begrenzen, ist es vorteilhaft, wenn die weitere Fluidströmung in einem Leitungssystem, insbesondere einem Rohrbündelsystem durch die erste Fluidströmung geführt wird.
- Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Strömungsapparat mit einem ersten Leitungssystem zur Durchleitung eines ersten Fluidstroms, wobei das erste Leitungssystem ein Führungsrohr und mindestens ein, eine Strömungsrichtung des Fluidstroms beeinflussendes Führungsmittel und/oder mindestens einen Strömungskörper umfasst, gelöst. Das Führungsmittel und/oder der Strömungskörper sind dabei erfindungsgemäß dazu vorgesehen und ausgebildet, einen Strömungsverlauf zur Anhebung der Effizienz des Strömungsapparates zu optimieren. Dabei wird unter "Optimierung eines Strömungsverlaufs" insbesondere die Einstellung einer Verweildauer innerhalb bestimmter Abschnitte des Strömungsapparats, die Unterdrückung oder auch gezielte Herbeiführung von Turbulenzen in bestimmten Strömungsabschnitten der Fluidstroms und/oder Ausrichtung von Strömungsrichtungen in bestimmten Abschnitten des Strömungsapparats und/oder der bestimmter Strömungsabschnitte des Fluidstroms verstanden.
- Der erfindungsgemäße Strömungsapparat ist dabei für eine Wechselwirkung mindestens zweier Fluidströme, wobei insbesondere einer der Fluidströme nach dem vorgenannten Verfahren geführt wird, ausgebildet. Der Strömungsapparat weist dabei ein erstes Leitungssystem zur Durchleitung eines ersten Fluidstroms und bevorzugt mindestens ein weiteres Leitungssystem zur Durchleitung eines weiteren Fluidstroms auf. Jedes der Leitungssysteme weist jeweils zumindest einen Eingangs- und zumindest einen Ausgangsanschluss zur Zu- bzw. Ableitung des jeweiligen Fluidstroms auf. Unter einem Anschluss, insbesondere einem Eingangs- bzw. Ausgangsanschluss soll dabei im weiteren insbesondere ein Leitungsabschnitt des Leitungssystems in Strömungsrichtung vor bzw. hinter einem Verfahrensabschnitt der Fluidströmung bzw. des jeweiligen Fluidstroms, aber auch ein entsprechender Flansch bzw. entsprechend angeordneter Verbindungsflansch am jeweilige Leitungssystem und/oder auch ein dort am jeweiligen Leitungssystem angeordneter Stutzen verstanden werden, welcher der Zu- bzw. Ableitung des jeweiligen Fluidstroms dient.
- Derartige Strömungsapparate werden häufig als Kessel, Wärmetauscher und/oder Verdampfer eingesetzt, wobei grundsätzlich eine möglichst gute Raumausnutzung, d.h. eine möglichst große Kontakt- oder Übertragungsfläche zwischen den Fluidströmen erreicht werden soll. Durch eine Ausrichtung einer Hauptströmungsachse des weiteren Fluidstroms im Wesentlichen parallel zur An- und/oder Abströmachse des ersten Fluidstroms kann dies erreicht werden. Vorzugsweise sind die An- und Abströmachse des ersten Fluidstroms dabei koaxial zueinander ausgerichtet. Unter einer Hauptströmungsachse wird dabei insbesondere eine Achse verstanden, entlang derer bzw. parallel zu der sich eine Strömung zu mindestens 50% einer Gesamtpfadlänge bezogen auf ein Leitungssystem ausbreitet.
- In einer bevorzugten Ausbildung ist eine Strömungsachse mindestens einer der beiden Anschlüsse des weiteren Leitungssystems nicht parallel, vorzugsweise unter einem Winkel größer 45°, besonders bevorzugt nahezu rechtwinklig zu mindestens einer Strömungsachse eines der beiden Anschlüsse des ersten Leitungssystems ausgerichtet. Eine derartige Anordnung kann insbesondere bei einer Verwendung des Strömungsapparats als Verdampfer oder Wärmetauscher zwischen gasförmigen und flüssigen Fluidströmen von Vorteil sein.
- Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, wenn eine Strömungsachse mindestens eines der beiden Anschlüsse, vorzugsweise beider Anschlüsse des weiteren Leitungssystems parallel zu einer Strömungsachse eines der beiden Anschlüsse des ersten Leitungssystems ausgerichtet ist. Insbesondere bei einer Verwendung des Strömungsapparats als Wärmetauscher zwischen zwei flüssigen Fluidströmen kann die zweitgenannte Variante zu einer vorteilhaften Kompaktifizierung des Strömungsapparats bzw. dessen Einbaus in eine Verrohrung oder eine Anlage führen.
- Wenn der Eingangs- und der Ausgangsanschluss, insbesondere die Strömungsachsen des Eingangs- und Ausgangsanschlusses, zumindest eines der Leitungssysteme in einer Ebene liegen, vorzugsweise parallel zueinander ausgerichtet sind, besonders bevorzugt koaxial zueinander ausgerichtet sind, kann eine leicht in bestehende Anlagen integrierbarer Strömungsapparat erzielt werden. Insbesondere erlaubt eine koaxiale Anordnung des Eingangs- und Ausgangsanschlusses des ersten Leitungssystems die leichte Integration des Strömungsapparats in vorhandene Leitungssysteme des ersten Fluidstroms. So könnte beispielsweise der Strömungsapparat zur Nutzbarmachung einer Abwärme eines ersten Fluidstroms als Wärmetauscher direkt in ein bestehendes Leitungsnetz zur Durchleitung des ersten Fluidstroms integriert werden, in dem ein geradliniger Leitungsabschnitt durch den Strömungsapparat ersetzt wird.
- Um den weiteren Fluidstrom aus dem weiteren Leitungssystem des Strömungsapparats leicht handhabbar bereitstellen zu können, kann es vorteilhaft sein, wenn die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse, insbesondere die Strömungsachsen des Eingangs- und Ausgangsanschlusses, mindestens eines, vorzugsweise jedes Leitungssystems des Strömungsapparats in jeweils einer Ebene liegen, vorzugsweise jeweils parallel zueinander ausgerichtet sind, besonders bevorzugt jeweils koaxial zueinander ausgerichtet sind, wobei die jeweiligen Ebenen vorzugsweise einen Winkel zwischen 45 und 90° einschließen.
- Es kann jedoch auch von Vorteil sein, wenn der Eingangs- und Ausgangsanschluss des weiteren Leitungssystems an einander gegenüberliegenden Endbereichen des Rohrmantel entlang einer Längserstreckung des Führungsrohrs angeordnet sind. Vorzugsweise können der Eingangs- und Ausgangsanschluss dabei im Wesentlichen in radialer Richtung vom Führungsrohr fortweisende ausgerichtet und insbesondere in im Wesentlichen diametral gegenüberliegenden Richtungen voneinander weisende angeordnet sein. Eine derartige Ausbildung kann insbesondere bei weiteren Leitungssystemen, welche im Wesentlichen aus geradlinigen Rohrabschnitten oder Rohrstrecken aufgebaut sind, zum Einsatz kommen.
- In einer bevorzugten Ausbildung weist der erfindungsgemäße Strömungsapparat eine sich entlang einer Hauptachse erstreckende zylindrische Form auf, wobei die Strömungsachse des Eingangs- und/oder Ausgangsanschlusses des ersten Leitungssystems parallel, vorzugsweise koaxial zu dieser Hauptachse ausgerichtet ist.
- In einer bevorzugten Weiterbildung dieser Ausführung des erfindungsgemäßen Strömungsapparats ist der Eingangs- und/oder Ausgangsanschluss des weiteren Leitungssystems in der Nähe des Eingangs- oder Ausgangsanschlusses des ersten Leitungssystem angeordnet, wobei die Strömungsachse des Eingangs- und/oder Ausgangsanschluss des weiteren Leitungssystems im Wesentlichen senkrecht oder alternativ parallel zur Hauptachse ausgerichtet ist.
- Alternativ kann es auch vorteilhaft sein, wenn der Eingangsanschluss des weiteren Leitungssystems in der Nähe des Eingangsanschlusses des ersten Leitungssystems vorgesehen ist, während der Ausgangsanschluss des weiteren Leitungssystems in der Nähe des Ausgangsanschlusses des ersten Leitungssystems angeordnet ist, oder umgekehrt. Diese Ausführung kann insbesondere bei Strömungsapparaten mit weiteren Leitungssystemen, welche im Wesentlichen aus geradlinigen Rohrabschnitten oder Rohrstrecken aufgebaut sind, von Vorteil sein.
- Wird das erste Leitungssystem im Wesentlichen von einem Führungsrohr und einem das Führungsrohr umschließenden Rohrmantel gebildet, wobei der Rohrmantel einen sich zwischen dem Führungsrohr und dem Rohrmantel erstreckenden Zwischenraum umschließt bzw. bildet, und wobei der Eingangs- und Ausgangsanschluss des ersten Leitungssystems an den beiden, im Wesentlichen gegenüberliegenden Enden des Führungsrohrs angeordnet sind, so kann in besonderes einfacher Weise ein erfindungsgemäßer Strömungsapparat bzw. ein Strömungsapparat zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erhalten werden.
- Eine besonders vorteilhafte, weil leicht montierbare Ausführung wird erhalten, wenn der Rohrmantel haubenartig ausgebildet ist und dabei eine im Wesentlichen zylindrische Mantelstruktur und an je einer Stirnseite einen Boden bzw. einen Montageabschnitt aufweist, wobei der Boden an einen Anschlussabschnitt des Führungsrohres angrenzt. Der Montageabschnitt kann dabei beispielsweise als Montageabsatz und/oder Anlagefläche und/oder Anlagering ausgebildet sein. Insbesondere ist der Montageabschnitt dazu vorgesehen, den Rohrmantel an einem anderen Bauteil oder einen anderen Baugruppe des Strömungsapparats anzuordnen, insbesondere den Rohrmantel dort festzulegen.
- In einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Strömungsapparats bzw. eines Strömungsapparats zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahrens ist im Führungsrohr, insbesondere zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss, eine schräg durch einen Längsquerschnitt des Führungsrohrs verlaufende Trennwand als ein Führungsmittel angeordnet ist. Ein Strömungsabschnitt im Bereich des Eingangs- bzw. Ausgangsanschlusses bildet dabei den An- bzw. Abströmabschnitt der Fluidströmung. Das Führungsrohr weist dabei im vom Rohrmantel umschlossenen Bereich in seiner Mantelfläche jeweils mindestens einen, vorzugweise mehrere Radialdurchlässe zum Durchtritt des ersten Fluidstroms aus dem Führungsrohr in den Zwischenraum bzw. zum Durchtritt aus dem Zwischenraum in das Führungsrohr entlang einer Strömungsrichtung des ersten Fluidstroms auf. Vorzugsweise ist in diesem Zwischenraum im Wesentlichen der Umströmungsabschnitt der ersten Fluidströmung angeordnet oder lokalisiert. Die Trennwand erlaubt zusammen mit den Radialdurchlässen im Führungsrohr vorteilhaft die erste Umlenkung und ggf. die Aufteilung des ersten Fluidstroms in radial gerichtete Teilströme, während der Rohrmantel für eine Umlenkung in Umfangsrichtung sorgt.
- Ist in Strömungsrichtung des ersten Fluidstroms zumindest auf einer vom Eingangsanschluss in Richtung auf die Trennwand hinweisenden Teil des Führungsrohrs im Bereich mindestens eines Radialdurchlasses mindestens ein Strömungsleitkörper vorgesehen, der sich vorzugsweise in das Führungsrohr erstreckt, kann die Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Strömungsapparat vorteilhaft begünstigt werden. Alternativ oder ergänzend kann der Strömungsleitkörper auch eine radiale Erstreckung in den Zwischenraum aufweisen. Unter einer "Anordnung im Bereich eines Radialdurchlasses" wird dabei insbesondere verstanden, dass der Strömungsleitkörper in Strömungsrichtung vor dem Radialdurchlass, auf Höhe des Radialdurchlasses und/oder dem jeweiligen Radialdurchlass nachgelagert vorgesehen oder angeordnet sein kann. Der Strömungsleitkörper wirkt dabei vorteilhaft vergleichmäßigend und/oder turbulenzunterdrückend auf die ersten Fluidströmung, den ersten Fluidstrom oder den jeweiligen Teilstrom.
- In einem anderen Aspekt kann der erfindungsgemäße Strömungsapparat dadurch verbessert werden, dass ein erster Strömungsquerschnitt QE eines dem Eingangsanschlusses zugewandten Teils des Führungsrohrs entlang der Strömungsrichtung des ersten Fluidstroms im Wesentlichen im gleichen Maße abnimmt wie ein zweiter Strömungsquerschnitt QA eines dem Ausgangsanschlusses zugewandten Teils des Führungsrohrs entlang der Strömungsrichtung des ersten Fluidstroms zunimmt. Vorzugsweise ist die Summe aus QE und QA nicht größer ist als ein Strömungsquerschnitt im Eingangsanschluss, wobei in besonderen Anwendungen des Strömungsapparats jedoch auch eine abweichende Ausbildung des Summenquerschnitts aus QE und QA bezogen auf den Eingangs- oder Ausgangsquerschnitt der Anschlüsse von Vorteil sein kann. Durch diese Ausbildung wird erreicht, dass der aus dem Eingangsanschluss anströmende erste Fluidstrom und der in Richtung Ausgangsanschluss abströmende erste Fluidstrom möglichst gleichmäßig über eine axiale Länge des Zwischenraums bzw. des Umströmbereichs oder -abschnitts oder zumindest eines Axialabschnitts des Zwischenraums verteilt bzw. aus diesem wieder zusammengeführt werden kann. Auf diese Weise wird die vorteilhaft druckverlustmindernde und/oder turbulenzunterdrückende Wirkung des erfindungsgemäßen Aufbaus unterstützt. Vorteilhaft ist dabei eine stetige, monotone oder streng monotone Änderung der Querschnitte QE, QA als Funktion der axialen Position entlang des Zwischenraums, des Umströmabschnitts oder Umströmbereichs beschreibbar oder ausbildet. In der einfachsten Ausbildung ist der Verlauf des ersten Strömungsquerschnitts QE geradlinig, linear fallend, während der Verlauf des zweiten Strömungsquerschnitts im selben Masse geradlinig, linear steigend ist. Es können jedoch auch komplexere Kurvenverläufe von Vorteil sein. Beispielsweise könnte abhängig von der Beschaffenheit des ersten Fluidstroms ein hyperbelförmiger, parabelförmiger, exponentieller und/oder anderer geeigneter Kurvenverlauf insbesondere in Abhängigkeit der axialen Position entlang des Zwischenraums des Umströmabschnitts oder Umströmbereichs von Vorteil sein.
- In anderen Weiterbildungen ist/sind der bzw. die Radialdurchlässe bezogen auf den Umfang schlitzartig ausgebildet. Dabei werden in diesem Zusammenhang unter schlitzartigen Durchlässen neben einteiligen, im Wesentlichen längserstreckten Ausnehmungen, Durchbrüchen oder Durchlässen auch eine Anzahl von im Umfang insgesamt schlitzartig wirkenden, entlang der Längserstreckung angeordneten und/oder gruppierten Kleindurchlässen wie Bohrungen, Gittern oder dergleichen verstanden. Alternativ oder ergänzend können die Radialdurchlässe auch als flächige Ausnehmungen, Bohrungen oder Durchbrüche ausgebildet sein. In einer bevorzugten Ausführung weisen die Radialdurchlässe oder der sich aus Kleindurchlässen ergebende effektive Radialdurchlass eine effektive Durchlassbreite auf, welche vorzugsweise kleiner als oder im Wesentlichen gleich einer Durchlasslänge der Radialdurchlässe oder des sich aus Kleindurchlässen ergebende effektiven Radialdurchlasses bezogen auf eine Längserstreckung des Führungsrohr ist. Dabei können die Radialdurchlässe oder die Kleindurchlässe durch schneidende, stanzende, zerspanende und/oder umformende Bearbeitung in den Mantel des Führungsrohres eingebracht werden oder sein. Vorzugsweise liegt weiters eine Querschnittsfläche des Radialdurchlasses bzw. eine Summenfläche der Querschnitte der Radialdurchlässe zwischen 25% und 400%, insbesondere zwischen 90% und 300%, besonders bevorzugt zwischen 140% und 270% des Strömungsquerschnitt im Eingangsanschluss.
- Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterentwicklung des Strömungsapparates umfasst das weitere Leitungssystem einen Verteilerkopf und ein Rohrbündelsystem, wobei zumindest der Eingangsanschluss des weiteren Leitungssystems an dem Verteilerkopf angeordnet ist und in einen im Verteilerkopf vorgesehenen Verteilerraum mündet. Vorzugsweise kann der Rohrmantel an einer Seitenfläche des Verteilerkopfs, insbesondere einer Flanschfläche, angeordnet sein. In einer Weiterbildung ist auch der Ausgangsanschluss des zweiten Leitungssystems am Verteilerkopf angeordnet und mündet dabei ebenfalls in den Verteilerraum, welcher hinsichtlich des Ausgangsanschlusses auch als Sammelraum verstanden werden kann. Durch diese Ausgestaltung kann unter anderem vorteilhaft erreicht werden, dass der den Zwischenraum, den Umströmungsabschnitt oder ein Wechselwirkungsbereich radial begrenzende Rohrmantel als Gesamtkomponente bei einer Montage bzw. Demontage axial über das Rohrbündelsystem verschoben werden kann, ohne dass das zweite Leitungssystem dabei bewegt oder anderweitig manipuliert werden müsste. Insbesondere kann dadurch der Rohrmantel besonders einfach als axial montierbare, über das Führungsrohr des ersten Leitungssystems aufsetz- bzw. ausschiebbare Haube ausgestaltet werden. Durch diese Ausbildung wird der erfindungsgemäße Strömungsapparat besonders montage- und wartungsfreundlich, da größere Untereinheiten des Strömungsapparates unabhängig voneinander vormontiert, im zusammengebauten Zustand leicht geöffnet bzw. wieder voneinander getrennt werden können.
- In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist dabei der Verteilerraum durch mindestens ein Trennelement in mindestens eine Eingangskammer und eine Ausgangskammer unterteilt, wobei der Eingangsanschluss in die Eingangskammer und der Ausgangsanschluss in die Ausgangskammer münden.
- In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Rohrbündelsystem mindestens ein, vorzugsweise mehrere Rohrschlaufen, wobei jede Rohrschlaufe sich in den Zwischenraum zwischen Führungsrohr und Rohrmantel erstreckt und vorzugsweise eingangsseitig mit dem Eingangsanschluss oder der Eingangskammer und ausgangsseitig mit dem Ausgangsanschluss oder der Ausgangskammer derart in Wirkbeziehung steht, dass der durch den Eingangsanschluss einströmende weitere Fluidstrom zumindest teilweise durch die jeweilige Rohrschlaufe zum Ausgangsanschluss oder Ausgangskammer strömen kann. Die Ausbildung als Rohrschlaufen begünstigt dabei ebenfalls den bevorzugten axial montierbaren Aufbau in vormontierten Untereinheiten des erfindungsgemäßen Strömungsapparats. Eine derartige Ausbildung des Rohrbündelsystems eignet sich insbesondere für die Kombination mit einem Verteilerkopf, an dem sowohl der Eingangs- als auch der Ausgangsanschluss des weiteren Leitungssystems vorgesehen sind.
- In einer alternativen oder ergänzenden Ausführung kann das Rohrbündelsystem auch im Wesentlichen geradlinige Rohrabschnitte oder Rohrstrecken umfassen oder zumindest teilweise anstelle von Rohrschlaufen aus diesen aufgebaut sein. Insbesondere verbinden die Rohrabschnitte oder Rohrstrecken dabei den Verteilerraum des Verteilerkopfes mit einem Sammelraum, welcher vorzugsweise an einem dem Verteilerkopf entfernten Ende der Rohrstrecken vorgesehen ist. Die Rohrabschnitte oder Rohrstrecken erstrecken sich in ihrer Längsrichtung dabei vorzugsweise, zumindest jedoch abschnittsweise, einfach in oder durch den Zwischenraum, insbesondere durchstoßen oder durchmessen sie den Wechselwirkungsabschnitt oder den Umströmungsabschnitt im Zwischenraum genau einmal. Vorzugsweise ist der Sammelraum weiters mit dem Ausgangsanschluss des weiteren Leitungssystems verbunden, insbesondere kann der Ausgangsanschluss an einem den Sammelraum bildenden oder im Wesentlichen umschließenden, dem Verteilerkopf ähnlichen Sammelkopf vorgesehen sein.
- In bevorzugter Weiterbildung sind im Verteilerraum weitere Trennelemente zur Bildung von Zwischenkammern zwischen der Eingangs- und Ausgangskammer vorgesehen, wobei je Zwischenkammer mindestens eine zusätzliche Rohrschlaufe vorgesehen ist und wobei die Rohrschlaufen die Ausgangskammer nicht direkt mit der Eingangskammer verbinden, sondern der weitere Fluidstrom erst sequentiell von der Eingangskammer, über mindestens eine Zwischenkammer zur Ausgangskammer gelangen kann, wobei er mindestens zwei Rohrschlaufen durchströmt. Durch diesen Aufbau kann das Rohrbündelsystem in einfacher Weise mehrpässig ausgebildet werden, wobei unter einer Passigkeit oder Passzahl eines Rohrbündelsystems insbesondere die Anzahl von einfachen Rohrleitungen oder die doppelte Anzahl von Rohrschlaufen verstanden wird, die zumindest ein Teilstrom einer sich durch ein, das Rohrbündelsystem umfassendes Leitungssystem strömender Fluidstrom zwischen einer Anströmabschnitt und einem Abströmabschnitt durchströmt.
- In einem anderen Weiterentwicklungsaspekt des erfindungsgemäßen Strömungsapparates ist in mindestens einem Leitungssystem, insbesondere an Querschnittsübergängen oder Strömungsrichtungsumlenkungen, ein Strömungskörper angeordnet. Dem Strömungskörper kommt dabei die Aufgabe zu, einen Druckverlust des durch das Leitungssystem strömenden Fluidstrom, insbesondere an Querschnittsübergängen oder Strömungsrichtungsumlenkungen durch geeignete Umlenkung und/oder Vergleichmäßigung zu minimieren. Die Vergleichmäßigung der Strömung durch den Strömungskörper hat weiters den Vorteil, dass ein Niederschlag, Anlagerung und/oder Ansammlung von mit der Fluidströmung mitgeführten Verschmutzungen, insbesondere Schmutzpartikel wie Asche, Schlacken oder dergleichen, im Leitungssystem, insbesondere an funktional notwendigen Querschnittsübergängen oder Strömungsrichtungsumlenkungen, reduziert oder vermindert wird. Dieser Effekt basiert auf einer Verringerung der Grenzschichtdicke im jeweiligen Strömungsbereich. Dies hat zur Folge, dass durch das Vorsehen von geeigneten Strömungskörpern im bzw. in den Leitungssystem/-en des Strömungsapparats ein Reinigungsintervall und damit eine Nettobetriebsdauer des Strömungsapparats vorteilhaft verlängert werden kann. Insbesondere bei Wärmetauschern bzw. Rohranlagen für Rauchgas aus Biomassefeuerungen und Verbrennungen kann dies vorteilhaft zum Tragen kommen.
- Eine besonders zu bevorzugende Ausführung eines Strömungskörpers ist hülsenartig ausgebildet, wobei er zumindest einen Umlenkkörper zur Beeinflussung einer Strömungsrichtung einer den Strömungskörper im Betrieb umgebenden Fluidströmung aufweist. Der Strömungskörper ist dabei als, vorzugsweise auswechselbares Element in die jeweilige Verrohrungsposition des Leitungssystems des Strömungsapparates einsetzbar bzw. eingesetzt. Derartige Strömungskörper können dabei auch als Nachrüstlösungen ausgeführt und ausgebildet sein, welche nachträglich in bereits existierende Strömungsapparate wie z. B. Wärmetauscher, Verdampfer, Kessel und/oder Leitungssysteme für den Fluidtransport (z. B. Heizsysteme, Fluidversorgungssysteme, Tankanlagen etc.) eingesetzt werden können. Besonders einfach ließen sich derartige Strömungskörper an vorhandenen Verbindungsstellen in derartigen Leitungsaufbauten durch Lösen der Verbindung, Einsetzen/Wechseln des Strömungskörpers und anschließendem Wiederherstellens der Verbindung einbringen oder austauschen, ohne dass dabei beispielsweise die Anzahl der Dichtstellen im System nachteilig verändert würde. Besonders vorteilhaft können derartige Nachrüstungen in Leitungsabschnitten eingebracht werden, deren effektiver Querschnitt nicht der begrenzende Wirkquerschnitt des betroffenen Systems bzw. Apparates ist, wobei unter Umstände durch eine Vergleichmäßigung der Strömung sogar ein begrenzender Querschnitt zumindest ausgeglichen oder sogar vorteilhaft verbreitert werden kann.
- Wird der erfindungsgemäße Strömungsapparat mit zumindest zeitweise stärker Partikel belasteten Fluidströmungen verwendet kann es vorteilhaft sein, wenn im Rohrmantel eine Vorrichtung zur Abscheidung und zum Austrag von Partikeln vorgesehen ist, welche einen Abscheider, einen Sammelbereich und eine Fördereinheit, insbesondere eine Austragsschnecke, umfasst. Eine derartige Vorrichtung lässt sich insbesondere gut an dem erfindungsgemäßen Rohrmantel anordnen, vorzugsweise als mit dem Rohrmantel vormontierte oder in den Rohrmantel integrierte Vorrichtung ausführen, wodurch die vorteilhaft einfache Montier- und/oder Wartbarkeit des erfindungsgemäßen Strömungsapparats vorteilhaft aufrechterhalten bleibt.
- Der erfindungsgemäße Strömungsapparat kann weiters durch einen im Anschluss an die Ausgangskammer bzw. an den Ausgangsanschluss angeordneten Tropfenabscheider vorteilhaft weitergebildet werden. Vorzugweise ist der Tropfenabscheider an dem Verteilerkopf befestigt, in dem Verteilerkopf aufgenommen oder in diesen integriert. Insbesondere kann so leicht das in einem Abscheideraum des Tropfenabscheiders gesammelte Kondensat über zumindest eine Rückführleitung der Eingangskammer oder zumindest einer Zwischenkammer im Verteilerkopf zugeführt werden. Diese Ausführung eines erfindungsgemäßen Strömungsapparats ist insbesondere für die Verwendung als Verdampfer von Vorteil, wobei die Fluidströmung im ersten Leitungssystem im Wesentlichen als Wärmequelle für die Verdampfung der weiteren Fluidströmung im zweiten Leitungssystem dient. Unverdampfte Anteile der zweiten bzw. weiteren Fluidströmung können auf dieses Weise leicht dem Verdampfungsprozess im Strömungsapparat, insbesondere dem die weitere Fluidströmung führenden Rohrbündelsystem zurückgeführt bzw. erneut zugeführt werden.
- In einer anderen bevorzugten Weiterbildung weist der erfindungsgemäße Strömungsapparat eine Bypass-Einrichtung auf, vermittels derer der erste Fluidstrom zumindest teilweise und/oder ein einstellbarer, vorzugsweise regelbarer Anteil zwischen 0 bis 100% des Fluidstroms am ersten Leitungssystem, insbesondere am Umströmungsabschnitt des ersten Leitungssystems des Strömungsapparats vorbeigeführt werden kann. Die Bypass-Einrichtung ist dabei dazu vorgesehen, den entsprechenden Anteil des ersten Fluidstroms an der Umlenkung durch das Führungsmittel im ersten Leitungssystem vorbeizuführen. Aus diese Weise kann über die Bypass-Einrichtung der Anteil des ersten Fluidstroms, welcher über das Führungsmittel umgelenkt und damit einem Umströmungsbereich zugeführt wird, vorteilhaft einstellbar ausgebildet werden. So kann in einer beispielhaften Anwendung des erfindungsgemäßen Strömungsapparats als Wärmetauscher zwischen einem ersten, im ersten Leitungssystem strömenden wärmeführenden Fluid und einem zweiten, wärmeaufnehmenden Fluid, welches in Umströmungsbereich mit dem ersten Fluid wärmeübertragend wechselwirken kann, die auf das zweite Fluid übertragbare Wärmemenge über die Bypass-Einrichtung eingestellt und/oder geregelt werden, da der Anteil des in den Umströmungsbereich einströmenden ersten Fluids über die Bypass-Einrichtung gedrosselt werden kann.
- Die Bypass-Einrichtung weist dabei zumindest eine Bypass-Leitung und einen Bypass-Steller auf, wobei die Bypass-Leitung vorzugsweise zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangsanschluss des ersten Leitungssystems des Strömungsapparates angeordnet ist.
- Die Bypass-Leitung kann dabei als im Führungsrohr des ersten Leitungssystems angeordnetes Innenrohr ausgebildet sein, welches vorzugsweise zentrisch entlang der Hauptströmungsachse durch das Führungsrohr greift. Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass die Bypass-Leitung aus einer oder mehreren Teilleitungen besteht, welche sich entlang des Führungsrohres durch das erste Leitungssystem erstrecken. In einem bevorzugten Beispiel durchstößt dabei die Bypass-Leitung die im Führungsrohr angeordnete Trennwand, so dass der sich durch die Bypass-Leitung ausbreitende Anteil des ersten Fluidstroms nicht in den Umströmungsbereich abgelenkt wird bzw. keinen Umströmungsabschnitt aufweist.
- Alternativ oder ergänzend kann die Bypass-Leitung auch als eine den Strömungsapparat an einer Außenwand, insbesondere an einer Außenwand des Rohrmantels angeordnete Leitung ausgebildet sein. Bevorzugt kann dabei die Bypass-Leitung als den Rohrmantel umschließender Bypass-Mantel ausgebildet sein. Der Bypass-Mantel bildet dabei zwischen der Außenwand, insbesondere der Außenwand des Rohrmantels und einer Innenwandfläche des Bypass-Mantels die Bypass-Leitung oder einen Bypass-Kanal aus.
- Der Bypass-Steller weist zumindest einen Strömungsregler, insbesondere ein Ventil und/oder eine Klappe und/oder ein anderes für die wählbare Drosselung und/oder Aufteilung und/oder Umlenkung geeignetes Fluidkontrollelement auf. So kann der Bypass-Steller beispielsweise als Strömungsteiler, insbesondere trichterartiger Strömungsteiler mit einer einstellbaren Klappe aufgebaut sein. Die Klappe ist dabei so in der Bypass-Leitung oder dem ersten Leitungssystem, insbesondere dem Führungsrohr angeordnet, dass in Abhängigkeit von einer Schaltstellung der Klappe die anströmende erste Fluidströmung über den Strömungsteiler in das erste Leitungssystem und/oder die Bypass-Leitung strömen kann. Alternativ kann der Bypass-Steller auch als ein verschließbares Ableitgitter ausgebildet sein, welches in der Bypass-Leitung oder dem ersten Leitungssystem, insbesondere dem Führungsrohr angeordnet ist und diese wählbar miteinander in Kommunikation bringt. Das Ableitgitter wirkt dabei wie ein Strömungsteiler und kann beispielsweise über ein Dreh- und/oder Axial-Schieberventil wählbar geöffnet und/oder geschlossen werden. Alternativ ist denkbar, dass das Ableitgitter in Strömungsrichtung, insbesondere Hauptströmungsrichtung so vor einer Klappe angeordnet ist, dass die Klappe den Durchlass in die Bypass-Leitung wählbar öffnet und/oder schließen kann.
- In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Verwendung bzw. die Ausbildung eines erfindungsgemäßen Strömungsapparats als Wärmetauscher, insbesondere als Kreuzgegenstrom oder Kreuzgleichstrom-Gas-Gas-, -Gas-Flüssigkeits-, -Flüssigkeits-Gas-, -Flüssigkeit-Dampf-, -Dampf-Flüssigkeit- , -Gas-Dampf-, -Dampf-Gas- oder -Flüssigkeits-Flüssigkeits-Wärmetauscher, zwischen zwei zumindest teilweise gasförmigen, einem zumindest teilweise flüssigen und einem zumindest teilweise gasförmigen, oder zwei zumindest teilweise flüssigen Fluidströmen. Dabei werden unter gasförmigen Fluiden insbesondere auch dampfförmige oder teilweise dampfförmige Fluide verstanden. In einer besonders bevorzugten Verwendung kann der erfindungsgemäße Strömungsapparat auch als Verdampfer eines eingangsseitig flüssigen weiteren Fluidstroms durch Wärmeübertrag aus einem ersten Fluidstrom erfindungsgemäß zum Einsatz kommen.
- Den vorgenannten, erfindungsgemäßen Verwendungen kommen insbesondere im Zusammenhang mit Wärme-Kraft-Anlagen, bevorzugt mit Anlagen nach dem Rankine-Zyklus, besonders bevorzugt mit Anlagen für die Durchführung eines Rankine-Zyklus mit einem organischen Arbeitsfluid besondere Bedeutung zu. Insbesondere kann dabei das organische Arbeitsfluid als durch das weitere Leitungssystem des erfindungsgemäßen Strömungsapparats strömenden weiteren Fluidstroms durch Wärmeübertrag vom im ersten Leitungssystem strömenden ersten Fluidstrom derart erwärmt werden, dass es zumindest teilweise von einer flüssigen Phase in eine Dampfphase übertritt. Die Fluidströme bleiben dabei im erfindungsgemäßen Strömungsapparat voneinander getrennt, so dass unterschiedlichste Arten von wärmeführenden Fluiden (z. B. Rauchgas, Abgase, Heißwasser, Warmwasser insbesondere aus solarthermischer und/oder geothermischer Quelle, abzukühlende Prozessflüssigkeiten aus Industrieprozessen, etc.) als erste Fluidströme als Energiequelle des Rankine-Zyklus eingesetzt werden können. Bevorzugt kann in einer Verwendung in einem Rankine-Zyklus vorgesehen sein, dass der als Arbeitsmedium im Rankine-Zyklus wirkende weitere Fluidstrom in dem zugeordneten Leitungssystem des Strömungsapparats durch Wärmeübertrag vom ersten Fluidstrom zumindest teilweise, insbesondere zumindest zu 60%, bevorzugt nahezu vollständig aus einer flüssigen Phase in eine Dampfphase überführt wird. Unter einem direktverdampfenden Betrieb des Rankine-Zyklus wird dabei eine Betriebsweise verstanden, bei welcher das in einem Strömungsapparat als weiteren Fluidstrom fließende Arbeitsmedium des Rankine-Zyklus durch Wärmeübertrag von dem ersten Fluidstrom, welcher dem Strömungsapparat als abwärmeführende/-s Abluft/Abgas eines Vorprozesses zugeführt wird, direkt zumindest teilweise von seiner flüssigen Phase in eine Dampfphase überführt wird. Alternativ kann zwischen der/dem abwärmeführenden Abluft/Abgas eine zusätzliche Wärmeübertragungsstufe vorgesehen sein, bei der Wärmeenergie von Abluft/Abgas auf ein Zwischenmedium, z.B. Thermalöl, und von diesem in einer nächsten Wärmeübertragungsstufe auf das Arbeitsmedium übertragen wird.
- In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein System aus mindestens zwei Strömungsapparaten der vorgenannten Art. Die beiden Strömungsapparate sind sequentielle mit einander verbunden, wobei der Ausgangsanschluss des ersten Leitungssystems des ersten Strömungsapparats im Wesentlichen direkt dem Eingangsanschluss des ersten Leitungssystems des zweiten Strömungsapparats verbunden ist, und wobei der Ausgangsanschluss des zweiten Leitungssystems des ersten Strömungsapparats über eine Verbindungsleitung mit dem Eingangsanschluss des zweiten Leitungssystems des zweiten Strömungsapparats verbunden ist. Mit einem derartigen System kann beispielsweise eine effektive Wechselwirkungslänge zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidstrom verdoppelt werden, wobei vorteilhaft auf kleinere Einheiten von Strömungsapparaten zurückgegriffen werden kann, ohne eine Neuauslegung eines größer dimensionierten Strömungsapparates vornehmen zu müssen. Auch kann es vorteilhaft sein, wenn das System zwei unterschiedlich oder abweichend ausgelegte, insbesondere hinsichtlich des zweiten Leitungssystems unterschiedlich oder abweichend dimensionierte Strömungsapparate der eingangserwähnten Art als System verkoppelt werden. Dabei kann unter einer abweichenden Dimensionierung der Strömungsapparate insbesondere eine voneinander abweichende Ausbildung hinsichtlich Leitungsarten und/oder Leitungsquerschnitten und/oder Passzahlen und/oder Ausbildung des Verteilerkopfes, insbesondere der Eingangs-, Zwischen- und/oder Ausgangskammer, und/oder Ausbildung der Führungsmittel, insbesondere Anzahl und/oder Ausbildung von Radialdurchlässen und/oder Ausbildung der Trennwand, verstanden werden.
- In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Wärme-Kraft-Anlage, insbesondere Anlage zur Gewinnung von mechanischer und/oder elektrischer Energie nach einem Rankine-Zyklus, mit mindestens einem Strömungsapparat der vorgenannten Art. Bevorzugt ist dabei der weitere Fluidstrom des Strömungsapparats durch ein Arbeitsmedium, insbesondere ein organisches Arbeitsfluid, gebildet, wobei das Arbeitsmedium durch Wärmeübertrag von einem ersten Fluidstrom zumindest teilweise im erfindungsgemäßen Strömungsapparat verdampft werden kann.
- Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und in der folgenden Beschreibung näher erläutert.
- Es zeigen:
- Fig. 1
- einen schematischen Strömungsverlauf einer Fluidströmung zur grundlegenden Veranschaulichung der Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes;
- Fig. 2
- eine Fluidströmung nach
Fig. 1 in Wechselwirkung mit einer weiteren Fluidströmung zur weiteren Erläuterung des im Erfindungsgegenstand realisierten Verfahrens; - Fig. 3
- eine schematische Längsansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Strömungsapparats;
- Fig. 4a
- ein erstes Ausführungsbeispiel eines Strömungskörpers;
- Fig. 4b
- ein zweites Ausführungsbeispiel eines Strömungskörpers;
- Fig. 4c
- ein drittes Ausführungsbeispiel eines Strömungskörpers;
- Fig. 5
- zwei Ansichten des ersten Ausführungsbeispiels eines Strömungskörpers nach Fig. 9a;
- Fig. 6
- eine Querschnitt des Beispiels nach
Fig. 3 entlang der Linie A - A; - Fig. 7a
- eine Querschnittsansicht eines erste Beispiels eines Verteilerkopfs eines Strömungsapparats ähnlich
Fig. 3 ; - Fig. 7b
- eine Querschnittsansicht eines zweiten Beispiels eines Verteilerkopfs eines Strömungsapparats ähnlich
Fig. 3 ; - Fig. 8
- einen Verteilerkopf nach
Fig. 7a mit einem Tropfenabscheider; - Fig. 9
- eine schematische Längsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Strömungsapparats mit einer Vorrichtung zur Abscheidung und zum Austrag von Partikeln;
- Fig. 10
- eine schematische Längsansicht eines Systems aus zwei erfindungsgemäßen Strömungsapparaten;
- Fig. 11
- ein Schema einer ORC-Anlage mit Strömungsapparaten nach
Fig. 3 ; - Fig. 12a
- eine schematische Ansicht eines Rohlings eines Führungsrohres für einen Strömungsapparat ähnlich
Fig. 3 ; - Fig. 12b
- einen Schnitt durch die Trennwand im Führungsrohr nach Montage.
- Fig. 13a
- eine schematischen Längsschnitt eines weiterentwickelten Ausführungsbeispiels nach
Fig. 3 mit einem ersten Beispiel einer zentrisch angeordneten Bypass-Einrichtung - Fig. 13b
- eine schematischen Längsschnitt eines weiterentwickelten Ausführungsbeispiels nach
Fig. 3 mit einem zweiten Beispiel einer zentrisch angeordneten Bypass-Einrichtung - Fig. 13c
- eine schematischen Längsschnitt eines weiterentwickelten Ausführungsbeispiels nach
Fig. 3 mit einem dritten Beispiel einer zentrisch angeordneten Bypass-Einrichtung - Fig. 14
- eine schematischen Längsschnitt eines weiterentwickelten Ausführungsbeispiels nach
Fig. 3 mit einem Beispiel einer außenliegend angeordneten Bypass-Einrichtung - Einen ersten schematischen Eindruck zum im Erfindungsgegenstand realisierten Verfahrens zur Führung einer Fluidströmung vermittelt
Fig. 1 . Dabei folgt eine Fluidströmung 10 einem Strömungspfad 11 zwischen einem Anströmabschnitt 12 und einem Abströmabschnitt 13. Die Fluidströmung folgt dabei im Anströmabschnitt 12 im Wesentlichen einer linearen Anströmachse 14, im Abströmabschnitt 13 im Wesentlichen einer ebenfalls linearen Abströmachse 15. Die Anströmachse 14 und die Abströmachse 15 sind dabei erfindungsgemäß parallel zueinander ausgerichtet. In der Ausführung nachFig. 1 sind sie insbesondere in einer bevorzugten koaxialen Ausrichtung zueinander gezeigt. - Ein zwischen dem Anströmabschnitt 12 und dem Abströmabschnitt 13 liegender Zwischenabschnitt des Strömungspfades 11 der Fluidströmung 10 kann gemäß
Fig. 1 dabei als Verfahrensabschnitt 16 bezeichnet werden. Zwischen dem Anströmabschnitt 12 und dem Abströmabschnitt 13 ist mindestens ein Führungsmittel 20 zur Lenkung des Strömungspfads 11 angeordnet. Das Führungsmittel 20 wirkt dabei insbesondere im Verfahrensabschnitt 16 der Fluidströmung 10 auf diese ein. Durch das Führungsmittel 20 wird die Fluidströmung 10 im Verfahrensabschnitt 16 derart umgelenkt, dass sie in einem Umströmungsabschnitt 17 des Verfahrensabschnitt 16 die An- und Abströmachse 14, 15 erfindungsgemäß radial umlaufen kann. Der Umströmungsabschnitt 17 der Fluidströmung 10 kann dabei im Wesentlichen durch einen Umfangswinkel UW charakterisiert werden. - Unter dem Umfangswinkel UW wird dabei insbesondere ein Winkelmaß für die Erstreckung des Strömungsabschnitts bzw. eines Teils des Strömungspfades 11 entlang einer Umfangslinie 18 um die An- bzw. Abströmachse 14, 15 verstanden. Die Fluidströmung 10 breitet sich im Umströmungsabschnitt 16 dabei im Wesentlichen entlang dieser Umfangslinie 18 aus bzw. bewegt sich im Umströmungsabschnitt 17 dabei im Wesentlichen entlang dieser Umfangslinie 18. Vorzugsweise verläuft die Umfangslinie 18 dabei in einer Spirale um die An- bzw. Abströmachse 14, 15, besonders bevorzugt im Wesentlichen in einer Ebene EV. Die Ebene EV schließt dabei einen von null verschiedenen Winkel mit der An- bzw. Abströmachse 14, 15 ein, vorzugsweise schneiden die An- bzw. Abströmachse 14, 15 die Ebene EV unter einem Winkel von mindestens 45°, besonders bevorzugt schneiden die An- bzw. Abströmachse 14, 15 die Ebene EV nahezu senkrecht, wobei eine Winkelabweichung von bis zu ±10° dabei noch als nahezu senkrecht verstanden werden soll.
-
Fig. 1 zeigt dabei weiters eine bevorzugte, einfach herstellbare Ausführung des mindestens einen Führungsmittels 20. Das Führungsmittel 20 umfasst ein Führungsrohr 21, welches vorzugsweise die An- und Abströmachse 14, 15 des Strömungspfades 11 im Wesentlichen koaxial umgibt. Im Führungsrohr 21 ist eine Trennwand 22 als Umlenkmittel 23 angeordnet. Die Trennwand 22 teilt einen die Fluidströmung 10 aufnehmenden Innenraum des Führungsrohrs 21 in zwei, vorzugsweise im Wesentlichen getrennte Segmente, eine anströmungsseitigen Rohrabschnitt 24 und einen abströmungsseitigen Rohrabschnitt 25. Die Trennwand 22 ist dabei als Teil des Führungsmittels 20 so angeordnet bzw. ausgebildet, dass die Fluidströmung 10 über den Rohrabschnitt 24 hinweg, insbesondere abschnittsweise, vorzugsweise stetig fortschreitend in eine Radialströmung umgelenkt wird. Unter einer Radialströmung wird dabei insbesondere eine Strömung verstanden, die im Wesentlichen in radialer Richtung zu der An- bzw. Abströmachse 14, 15 verläuft. Die Radialströmung 26 tritt dabei gemäßFig. 1 durch zumindest einen Radialdurchlass 27 im Führungsrohr 21 aus diesem aus. - Zumindest in einem Rohrabschnitt 28 um den mindestens einen Radialdurchlass 27 des Führungsrohrs 21 ist dieses durch einen Rohrmantel 29 umschlossen. Der Rohrmantel 29 bildet dabei mit dem Führungsrohr 21 einen Zwischenraum 30 aus. Die Radialströmung 26 tritt durch den Radialdurchlass 27 in diesen Zwischenraum 30 ein und Radialströmung 26 geht dabei in den Umströmungsabschnitt 17 über. Dazu wird die Radialströmung 26 entlang einer Innenwand des Rohrmantels 29 in eine Umfangsströmung 31 umgelenkt. Unter einer Umfangsströmung 31 wird dabei insbesondere eine Strömung entlang der Umfangslinie 18 verstanden.
- Die Umfangsströmung 31 breitet sich nun über den Umfangswinkel UW um das Führungsrohr 21 aus, wobei in einem dem Umfangswinkel UW im Wesentlichen entsprechenden Winkelabstand im Führungsrohr zumindest ein weiterer Radialdurchlass 32 vorgesehen ist, durch welchen die Fluidströmung 10 in den abströmungsseitigen Rohrabschnitt 25 des Führungsrohrs 21 eintreten kann. Die Radialdurchlässe 27 und 32 weisen dabei vorzugsweise einen Axialabstand entlang des Führungsrohrs 21 auf, welcher einer Abweichung der Orientierung der Ebene EV von einer Rechtwinkligkeit zu den An- und Abströmachsen 14, 15 entspricht bzw. sich aus dieser ergibt. Nach dem die Fluidströmung 10 im Umströmungsabschnitt 17 den Umfangswinkel UW durchlaufen hat, wird sie im Bereich des Radialdurchlasses 32 insbesondere durch die sich einstellenden Druckverhältnisse in eine Radialströmung 33 umgelenkt, welche durch den Radialdurchlass 32 in den abströmungsseitigen Rohrabschnitt 25 eintritt.
- Diese Radialströmung 33 erfährt nun in einem letzten erfindungsgemäßen Verfahrensschritt eine Umlenkung in axialer Richtung, wonach Ihre Strömungsrichtung als Abströmrichtung nun wieder im Wesentlichen parallel zu Abströmachse 15 verläuft.
-
Fig. 1 zeigt dabei nur eine Verfahrensvariante mit einer Umfangsströmung 31 in einem ersten Umlaufsinn, d. h. einem ersten Drehsinn entlang der Umfangslinie 18. Es sind jedoch auch Varianten mit einem zweiten, dem ersten im Wesentlichen entgegengesetzten Umlaufsinn möglich. Insbesondere können auch Varianten mit mindestens zwei Teilströmen mit entgegengesetztem Umlaufsinn vorteilhaft sein, wie sie später im Zusammenhang mitFig. 3 undFig.6 gezeigt sind. In einer bevorzugten Ausgestaltung können dabei auch Mittel zur Einstellung eines, zumindest abschnittsweise bestimmten Umlaufsinns zum Einsatz kommen, welche die Fluidströmung auf dem Strömungspfad 11 zwischen dem Anströmabschnitt 12 und dem Abströmabschnitt 13 in einen gewählten Umlaufsinn lenkt. - Eine hier nicht dargestellte Weiterbildung des Verfahrens kann insbesondere dadurch erreicht werden, wenn an- und/oder abströmseitig zwei, drei oder mehr Radialdurchlässe 27, 32 vorgesehen sind, wodurch die Fluidströmung 10 entlang der Trennwand 22 in Teilströmungen überführt werden. Diese Teilströmung weisen dann jeweils einen eigenen Verfahrensabschnitt 16 auf, welche vorzugsweise im Wesentlichen parallel zueinander orientiert sein können.
- Auf
Fig. 1 aufbauend zeigtFig. 2 die im Sinne des Erfindungsgegenstandes vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens nachFig. 1 , wobei die Bezugszeichen identischer oder gleichwirkender Merkmale übernommen werden. Im Zwischenraum 30 ist dabei eine weitere Fluidströmung 34 vorgesehen, welche sich zumindest im Bereich des Rohrabschnitts 28 vorzugsweise im Wesentlichen parallel zum Führungsrohr 21 bzw. parallel zu den An- und Abströmachsen 14, 15 der Fluidströmung 10 ausbreitet. - In Abhängigkeit von der vorgesehenen Verwendung des Verfahrens kann dabei eine freie, eine partiell geleitete und/oder eine geführte Ausbreitung der weiteren Fluidströmung 34 zumindest entlang des Rohrabschnitts 28 im Zwischenraum 30 vorgesehen sein. Unter einer freien Ausbreitung wird dabei insbesondere eine nur durch den Rohrmantel 29 und das Führungsrohr 21 begrenzte Ausbreitung im Zwischenraum 30 verstanden. Unter einer partiell geleiteten Ausbreitung wird insbesondere eine zumindest abschnittsweise Leitung der weiteren Fluidströmung 34 oder zumindest von dieser abgezweigten Teilströmung mittels Leitungsmitteln (z. B. Rohrsegmenten, Leitelementen, Strömungskörpern oder dergleichen) verstanden. Unter einer geführten Ausbreitung wird insbesondere eine Leitung der weiteren Fluidströmung 34 als Gesamt- oder aber auch Teilströmungen mittels bezüglich des Zwischenraums 30 im Wesentlichen geschlossener Leitungsmittel (z. B. Rohrsegmenten, Leitelementen, Strömungskörpern oder dergleichen) verstanden.
- Unter den Fall einer geführten Ausbreitung fällt die in
Fig. 2 als Ausführungsbeispiel dargestellte Durchleitung der weiteren Fluidströmung 34 bzw. aus dieser abgezweigten Teilströmungen in durch den Zwischenraum 30 verlaufenden Rohrleitungen 35. Bevorzugt sind die Rohrleitungen 35 dabei zumindest in einem den Verfahrensabschnitt 16 der Fluidströmung 10 überdeckenden oder umfassenden Abschnitt 36 des Zwischenraums 30 im Wesentlichen parallel zum Führungsrohr 21 bzw. zum Rohrmantel 29 angeordnet. Zu einer Wechselwirkung zwischen der Fluidströmung 10 und dem in den Rohrleitungen 35 fließenden weiteren Fluidströmung 34 kommt es dabei im Wesentlichen im Umströmungsabschnitt 17 der Fluidströmung 10. Die Rohrleitungen 35 bzw. die weitere Fluidströmung 34 wird dabei im Wesentlichen quer angeströmt, d. h. die jeweiligen Strömungsrichtungen stehen dabei im Wesentlichen vorteilhaft senkrecht aufeinander. Von besonderem Vorteil kann es weiters sein, wenn die Rohrleitungen 35 zumindest in etwa gleichmäßig beabstandet, vorzugsweise nahezu homogen im Abschnitt 36 des Zwischenraums 30 angeordnet sind. Dies hat zum einen den Vorteil, dass die Fluidströmung 10 im Umströmungsabschnitt 17 möglichst wenig durch die Rohrleitungen 35 von ihrer nahezu kreisförmigen Ausbreitung entlang der Umfangslinie 18 abgelenkt wird, und zum anderen, dass eine Wechselwirkungszone zwischen den beiden Fluidströmungen 10, 34 möglichst homogen zur Wechselwirkung zwischen diesen genutzt werden kann, wobei unter einer homogenen Wechselwirkung insbesondere eine möglichst geringe Unterschiede zwischen den Wechselwirkungen benachbarter Teilströmungen aufweisende Gesamtwechselwirkung verstanden wird. Weiters kann es vorteilhaft für die Anwendung des Verfahrens sein, wenn die Rohrleitungen 35 zumindest Teil eines Rohrbündelsystems sind, so dass die weitere Fluidströmung 34 durch ein Rohrbündelsystem als Leitungssystem geführt wird. - Die hier als Beispiel gezeigte Variante des Verfahrens nach
Fig. 1 ist somit insbesondere zu einer thermischen Wechselwirkung zwischen der Fluidströmung 10 und der weiteren Fluidströmung 34 geeignet, da die Rohrleitungen 35 einen direkten Kontakt der Fluidströmungen 10, 34 zumindest weitestgehend unterbinden. Das so ausgeführte Verfahren eignet sich insbesondere für die Verwendung in als Wärmetauscher und/oder Verdampfer ausgeführten Strömungsapparaten. Grundsätzlich wäre es jedoch auch denkbar, dass die Rohrleitungen 35 zumindest abschnittsweise durchlässig oder teildurchlässig ausgebildet sein können, wobei unter teildurchlässig insbesondere eine filtrierende Durchlässigkeit, insbesondere eine mechanisch filtrierende Durchlässigkeit, und/oder eine selektive Durchlässigkeit im Sinne einer Membranwirkung, insbesondere einer semiosmotischen Membran verstanden werden soll. Auf diese Weise ließe sich das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft für Reaktoren, insbesondere chemische, biochemische oder andere Verfahrensapparate nutzen, bei denen es auf die Reaktion von zumindest Teilkomponenten eines der Fluidströmungen 10, 34 mit zumindest Teilkomponenten der jeweils anderen Fluidströmung 34, 10 ankommt. Die im Vorangehende beschriebene vorteilhafte Queranströmung kann hier vorteilhaft dazu beitragen, dass eine Reaktionszone, eine Reaktionszeit, ein Reaktionsintervall, eine Reaktionsenergie bzw. -dichte und/oder andere Reaktionsparameter im Reaktor bzw. dem Verfahrensapparat mit reduzierter Toleranz gegenüber dem Stand der Technik festgelegt bzw. definiert bzw. der Reaktor oder der Verfahrensapparat entsprechend ausgelegt werden kann. -
Fig. 3 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Strömungsapparat 50. Identische oder gleichwirkende Merkmale aus dem im Vorhergehenden beschriebenen Verfahren behalten dabei ihr Bezugszeichen, während Abwandlungen oder Ausdetaillierungen dieser Merkmalen ein durch eine hintangestellte Ziffer gekennzeichnetes Bezugszeichen erhalten. Der Strömungsapparat 50 nachFig. 3 ist dabei als beispielhafter Wärmetauscher 51 ausgebildet, d.h. der Strömungsapparat 50, 51 dient im Wesentlichen dem Austausch bzw. Übertrag von im Wesentlichen Wärmeenergie eines ersten Fluidstroms 100 auf einen zweiten bzw. weiteren Fluidstrom 340 oder umgekehrt. Der erste Fluidstrom 100 entspricht dabei insbesondere aus der im Verfahren strömenden Fluidströmung 10, während der zweite bzw. weitere Fluidstrom 340 der weiteren Fluidströmung 34 des zuvor beschriebenen Verfahrens zugeordnet werden kann. - Der Strömungsapparat 50, 51 nach
Fig. 3 umfasst ein erstes Leitungssystem 60 zur Durchleitung des ersten Fluidstroms 100 sowie ein weiteres Leitungssystem 70 zur Durchleitung des weiteren Fluidstroms 340. Jedes der Leitungssysteme 60, 70 weist dabei einen anströmungsseitigen Eingangsanschluss 61, 71 sowie einen abströmungsseitigen Ausgangsanschluss 62, 72 auf. Dabei umfassen die Eingangsanschlüsse 61, 71 bezüglich der Fluidströme 100, 340 Anströmbereiche 61b, 71b. Die Ausgangsanschlüsse 62, 72 umfassen analog Abströmbereiche 62b, 72b der Fluidströme 100, 340. In der beispielhaften Ausführung nachFig. 3 ist dabei am Eingangsanschluss 61 des ersten Leitungssystems 60 ein Eingangsflansch 61a, sowie am Ausgangsanschluss 62 ein Ausgangsflansch 62a angedeutet. Die Anschlüsse 71, 72 des zweiten Leitungssystems 70 sind hingegen als Stutzen 71a, 72a dargestellt. Selbstverständlich können in Abwandlungen auch andere, dem Fachmann hinlänglich bekannte Leitungsverbindungsstellen (z. B. Press-, Schraub-, Löt- und/oder Schweißverbindungen) oder Leitungsverbindungsysteme mit Ihren Schnittstellen (z. B. Bajonettsysteme, Profilflansche etc.) im Bereich der Anschlüsse 61, 62, 71, 72 vorgesehen sein. - Das erste Leitungssystem 60 nach dem Beispiel in
Fig. 3 umfasst weiters ein Führungsrohr 21, welches sich an den Eingangsanschluss 61 anschließt und sich im Wesentlichen geradlinig bis zum Ausgangsanschluss 62 fortsetzt. Das Führungsrohr 21 besteht dabei aus einem elongierten Hohlkörper 210 dessen Mantel 211 mit seiner Innenfläche 212 den ersten Fluidstrom 100 im Wesentlichen radial umschließt und axial führt. Der Hohlkörper 210 ist dabei vorzugsweise ein Hohlzylinder, kann jedoch auch ein Hohlkegel, eine Hohlpyramide oder ein anderer Hohlkörper sein, der vorzugsweise eine Hauptausdehnungsrichtung, d. h. eine Elongation aufweist, welche gleichzeitig eine Hauptachse 213 des innenliegenden Hohlraums ist, an dessen beiden Enden der Eingangs- und der Ausgangsanschluss 61, 62 angeordnet sind. Weiters sind die Anströmachse 102 und die Abströmachse 103 vorzugsweise parallel, insbesondere koaxial zur Hauptachse 213 des Hohlraums 210 ausgerichtet. Durch diese Ausbildung des ersten Leitungssystems 60 sind eine Anströmachse 102 und eine Abströmachse 103 des ersten Fluidstroms 100 zueinander parallel, insbesondere koaxial zueinander ausgerichtet. Sie entsprechen dabei der An- bzw. Abströmachse 14, 15 hinsichtlich der Fluidströmung 10 des Verfahrens nachFig. 1 . Diese Anordnung ermöglicht den besonders einfachen Einbau des Strömungsapparats 50 in einen geradlinigen Abschnitt eines vorhanden, den ersten Fluidstrom 100 als solchen führenden Rohrsystems (z. B. Rauchgas- oder Abgassystem, Versorgungs- und/oder Entsorgungsleitungen), ohne das größere Änderungen oder Umbauten am Bestandssystem vorgenommen werden müssten. - Das zweite Leitungssystem 70 wiederum weist zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangsanschluss 71, 72 einen Verteilerkopf 73 sowie ein, sich an den Verteilerkopf 73 anschließendes und mit dessen Innenraum kommunizierendes Rohrbündelsystem 74 auf. Der Verteilerkopf 73 ist dabei gemäß
Fig. 3 radial um den Ausgangsanschluss 62 des ersten Leitungssystems 60 angeordnet. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, den Verteilerkopf 73 in der Nähe des Eingangsanschlusses 61, insbesondere radial um diesen anzuordnen. Alternativ kann der Verteilerkopf 73 auch als axiale Anbaukomponente insbesondere am Rohrmantel 29 angeordnet sein. In der Ausführung nachFig. 3 weist der Verteilerkopf 73 eine Flanschfläche 73b auf, an der der Rohrmantel 29 über einen Montageabschnitt 295 im montierten Zustande angeordnet und vorzugsweise befestigt ist. Der Montageabschnitt 295 des Rohrmantels 29 ist dabei vorzugsweise als ein auf die Flanschfläche 73b abgestimmte Anlagefläche ausgebildet. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass der Rohrmantel 29 an der Flanschfläche 73b verschraubt und/oder verklemmt und/oder verkeilt und/oder verschweißt und/oder verlötet und/oder verklebt wird, um den Rohrmantel 29 für einen betriebsfertigen Zustand des Strömungsapparats 50, 51 bereitzustellen. - Der Verteilerkopf 73 umfasst weiters einen Verteilerraum 73c, in welchen der Eingangs- und Ausgangsanschluss 71, 72 münden. In der Ausführung nach
Fig. 3 ist dabei im Verteilerraum 73c mindestens eine Eingangskammer 730 und mindestens eine Ausgangskammer 731 vorgesehen. Es kann dabei vorgesehen sein, dass die beiden Kammern 730, 731 wie im Schnitt dargestellt jeweils an einer Seite des Ausgangsanschlusses 62 vorgesehen sind. Alternativ kann der Verteilerkopf 73 im Beispiel nachFig. 3 jedoch auch als ringförmiges System von mindestens zwei, im Verteilerkopf 73 voneinander getrennten Kammern 730, 731 ausgebildet sein. - Das Rohrbündelsystem 74 weist dabei im betriebsfertigen Zustand des Strömungsapparats 50 eine axiale Haupterstreckung in Richtung 101 der An- und Abströmachsen 102, 103 des ersten Fluidstroms 100 bzw. in Richtung der Hauptausdehnungsrichtung des Führungsrohrs 21 auf. Der weitere Fluidstrom 340 strömt nach seinem Eintritt in das weitere Leitungssystem 70 in die Eingangskammer 730 des Verteilerkopfs 73. Von der Eingangskammer 730 tritt der Fluidstrom 340 in das Rohrbündelsystem 74 ein, wobei vorzugsweise eine Aufteilung des Fluidstroms 340 durch mit dem Eingangskammer 730 parallel kommunizierende, analog wirkende Rohrbündel 740 bzw. Rohrschlaufen 741 in Teilströme vorgesehen sein kann. Im Beispiel nach
Fig. 3 ist eine wirkparallele Anordnung von zwei Rohrschlaufen am Verteilerkopf dargestellt. Je nach Anwendung kann dabei die Zahl der Rohrschlaufen variieren. Insbesondere kann sich eine vorteilhafte Wahl in Abhängigkeit von den im Strömungsapparat zu bewältigenden Fließraten und/oder erforderlichen Fließgeschwindigkeiten oder Strömungs- oder Wechselwirkungsparametern im Zusammenhang mit anderen Auslegungsgrößen der Rohrschlaufen (z. B. Innendurchmesser, Wandstärke, notwendige Abstände benachbarter Rohrschlaufen, Länge der Rohrschlaufen, etc.) ergeben. Im vorliegenden Beispiel nachFig. 3 verbinden die Rohrschlaufen 741 den Eingangskammer 730 mit der Ausgangskammer 731, so dass der weitere Fluidstrom 340 durch jeweilige Teilströme durch jeweils eine Rohrschlaufe 741 von der Eingangskammer 730 zum Ausgangskammer 731 strömen kann. - Die Rohrschlaufen 741 weisen nach
Fig. 3 zwei im Wesentlichen geradlinige Schenkel 742 und einen Wendeabschnitt 743 auf. Eine Summe der Längen der Schenkel 742 ist vorzugsweise größer als der Wendeabschnitt 743, insbesondere mindestens doppelt, vorzugsweise mindestens dreimal, besonders bevorzugt mindestens viermal so lang. Im Betriebszustand des Strömungsapparats 50 sind die Schenkel 742 gemäßFig. 3 dabei im Wesentlichen parallel zur Hauptachse 213 ausgerichtet, wodurch eine Hauptströmungsachse 341 des weiteren Fluidstroms 340 bzw. von dessen Teilströmen im zweiten Leitungssystem 70 parallel zu der An- und Abströmachse 102, 103 des ersten Fluidstroms 100 orientiert ist. Ergänzend zu der hier gezeigten parallel, geradlinigen Ausführung der Rohrschlaufen 741 nachFig. 3 kann es vorteilhaft sein, wenn die Rohrschlaufen 741 beispielsweise entlang der Hauptströmungsachse 341 eingedreht bzw. verdrillt ausgeführt sind. - In der bevorzugten Ausführung nach
Fig. 3 sind der Eingangsanschluss 71, 71a und der Ausgangsanschluss 72, 72a des zweiten Leitungssystems 70 auf gegenüberliegenden Seitenflächen des Verteilerkopfes 73 angeordnet. Die Anschlüsse 71, 72 sind dabei bevorzugt in einer Ebene liegend am Verteilerkopf 73 vorgesehen, wobei sie insbesondere parallel zueinander, besonders bevorzugt koaxial zueinander ausgerichtet sind. Die sich durch die Anschlüsse 71, 72 ergebenden Strömungsachsen sind dabei vorzugsweise ebenfalls parallel, bevorzugt koaxial. In der Ausführung nachFig. 3 stehen diese Strömungsachsen der Anschlüsse 71, 72 dabei im Wesentlichen senkrecht auf der Abströmachse 103 des ersten Fluidstroms 100 bzw. des Abströmanschlusses 62. Je nach Anwendungsfall kann es jedoch auch vorteilhaft sein, wenn die Anschlüsse 61 oder 62 in einem anderen, von Null verschiedenen Winkel zu den Anschlüssen 71, 72 ausgerichtet ist. - In der beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Strömungsapparates 50, 51 nach
Fig. 3 ist sowohl im Strömungsbereich des Eingangsanschlusses 71 als auch im Strömungsbereich des Ausgangsanschlusses 72 des zweiten Leitungssystems 70 je ein optionaler Strömungskörper 80 vorgesehen. Die Strömungskörper 80 haben dabei die Aufgabe eine Turbulenzneigung des anströmenden bzw. abströmenden Fluidstroms 340 durch geeignete Strömungsführung vorteilhaft zu verringern. Der anströmungsseitige Strömungskörper 80a begünstigt dabei den Übertritt des anströmenden Fluids 340 aus dem Leitungsquerschnitts des Eingangsanschlusses 71 in die Eingangskammer 730, während der abströmungsseitige Strömungskörper 80b den Abfluss des Fluidstroms 340 aus der Ausgangskammer 731 in den Leitungsquerschnitt des Ausgangsanschlusses 72 unterstützt. - Wie in der
Fig. 3 bereits angedeutet, weisen die Strömungskörper 80, 80a, 80b dazu mindestens einen, den Fluidstrom 340 zumindest teilweise umlenkenden Lenkungsabschnitt 81. Der Lenkungsabschnitt 81 kann dabei wie in derFig. 3 gezeigt symmetrisch, insbesondere spiegel- oder rotationssymmetrisch bezüglich der Hauptströmungsachse 341, insbesondere einer An-oder Abströmachse 342, 343 ausgebildet sein. Es kann jedoch in Abhängigkeit von den lokal auftretenden Strömungscharakteristika auch vorteilhaft sein, wenn der Lenkungsabschnitt 81 eine unsymmetrische Gestalt aufweist. Im Beispiel nachFig. 3 sind die Strömungskörper 80a, 80b weiters zumindest hinsichtlich der Gestaltung ihrer Lenkungsabschnitte 81 im Wesentlichen identisch ausgeführt, was insbesondere die Anzahl unterschiedlicher Montageelemente bei Zusammenbau oder Wartung vorteilhaft reduziert. Treten jedoch Unterschiede bei den Strömungsverläufen zwischen Eingangs- und Ausgangskammer 730, 731 auf, kann es jedoch auch vorteilhaft oder gar angeraten sein, Strömungskörper 80, 80a, 80b mit abweichende voneinander Gestalt, insbesondere voneinander abweichende Lenkungsabschnitten 81 vorzusehen. - Zur Anordnung in den dazu vorgesehenen Leitungsabschnitten des Leitungssystems 70 weist der Strömungskörper 80, 80a, 80b vorzugsweise einen Anordnungsabschnitt 82 auf. Dieser kann dabei beispielsweise als einer auf den am Montageort vorliegenden Leitungsquerschnitt des betroffen Leitungsabschnitts abgestimmter Einpressabschnitt, insbesondere einen Einpresskonus, oder Klemmabschnitt, insbesondere einen Klemmkonus ausgebildet sein. Die Press- oder Klemmverbindung können insbesondere dann leicht eingesetzt werden, wenn die Geometrie des Leitungsquerschnitts am vorgesehenen Montageort nicht zu komplex wird, insbesondere einer eher einfachen Geometrie (z. B. Kreis, Ellipse, Dreieck, Quadrat) folgt. Alternativ oder ergänzend könnte am Anordnungsabschnitt 82 eine andere formschlüssige Verbindungstechnik zum Einsatz kommen, wie beispielsweise eine Clipverbindung an im Bereich des Montageorts im Leitungssystem 70 vorhandenen oder aber auch nachträglich an-oder einbringbaren Oberflächenstrukturen, wie Vorsprüngen, Hinterschnitten oder dergleichen. Auch wäre alternativ oder ergänzend eine stoffschlüssige, insbesondere eine lösbare stoffschlüssige Verbindung mittel Kleben, Löten und/oder Schweißen zur Montage des Strömungskörpers 80 im Leitungssystem 70 denkbar.
- In den
Fig. 4a bis 4c sind einige mögliche Varianten von Strömungskörpern 80 jeweils im Querschnitt gezeigt. - Ein erstes Ausführungsbeispiel eines Strömungskörpers 80 ist in
Fig. 4a gezeigt. Der Strömungskörper 80 ist dabei hülsenartig ausgebildet, wobei der Lenkungsabschnitt 81 in den Anordnungsabschnitt 82 übergeht, insbesondere im Wesentlichen einteilig mit diesem ausgeführt ist, wobei die Abschnitte 81, 82 dabei nicht notwendigerweise aus ein und demselben Material bestehen müssen. Vielmehr ist es denkbar, dass abhängig von Ihrer Aufgabe unterschiedliche Materialien gewählt werden können. So kann der Anordnungsabschnitt 82 aus einem für eine Verbindungsherstellung besonders geeigneten Material (z. B. einem Metall und/oder einer Metalllegierung und/oder einem Kunststoff und/oder einem Verbundwerkstoff) hergestellt sein, während der Lenkungsabschnitt 81 aus einem für die Anströmung mit einem Fluidstrom und/oder eine Formbarkeit oder Formgebung zur Herstellung der Lenkungsgeometrie besonders geeigneten Material (z. B. einem Metall und/oder einer Metalllegierung und/oder einem Kunststoff und/oder einem Verbundwerkstoff und/oder einer Keramik) besteht, wobei bei der Wahl der Materialien die Eigenschaften des auf den Strömungskörper im Betrieb einwirkenden Fluidstroms sowie der Umgebungsparameter zu berücksichtigen sein werden. Bestehen die beiden Abschnitte 81, 82 aus unterschiedlichen Materialien, werden diese für eine Ausführung nachFig. 4a miteinander verbunden, wobei der Fachmann eine für die verwendeten Materialien geeignete, ihm bekannte Verbindungstechnik wählen wird. Ein Strömungskörper 80 nachFig. 4a lässt sich dabei besonderes einfach aus einem durchgehenden Material herstellen. So könnte der Strömungskörper 80 nachFig. 4a durch Umformung, insbesondere eine Blechs, Formsintern, Metall- oder Kunststoffspritzguss oder durch ein ähnliches Verfahren hergestellt werden. Bei einer Blechumformung ist durch Verwendung eines Bi-MetallBlechs als Ausgangsmaterial auch eine zweikomponentige Ausführung für die beiden Abschnitte 81, 82 denkbar. - In der in
Fig. 4a gezeigten Form ist der Anordnungsabschnitt 82 als im Wesentlichen zylindrischer Hülsenkörper ausgeführt, der an der Montagestelle in den Leitungsquerschnitt des Leitungssystems eingeführt wird. Eine besonders einfache Montage ist dabei durch eine Klemm- oder Pressverbindung zwischen einer Außenmantelfläche 820 des Anordnungsabschnitts 82 und einer Innenwand des Leitungssystems an der Montagestelle möglich. Werden die Strömungskörper 80 insbesondere lösbar an ihren Montageorten im Strömungsapparat 50 angeordnet, können Sie im Rahmen von Wartungsmaßnahmen zudem leicht entnommen, gereinigt und/oder getauscht werden. Der ebenfalls hülsenartige Lenkungsabschnitt 81 ist dabei beispielhaft als sich vom Anordnungsabschnitt 82 weg öffnender Diffusorkegel 810 ausgebildet. In der gezeigten Ausführung weist der Diffusorkegel 810 dabei einen über eine Krümmungslänge im Wesentlichen konstanten, bezüglich einer Mittenachse 83 symmetrischen Krümmungsradius KR auf. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, wenn der Krümmungsradius KR nicht konstant und/oder nicht symmetrisch ausgebildet ist. - Ein Strömungskörper 80 nach
Fig. 4a lässt sich insbesondere auch vorteilhaft zur nachträglichen Herbeiführung einer verrundeten Übergangskante an Querschnittssprüngen in Leitungssystemen nutzen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine direkte Verrundung an den Leitungen im Bereich des Querschnittssprungs nicht oder nur erschwert möglich ist und/oder wenn ein im Betrieb des fraglichen Leitungssystems optimaler Verrundungsverlauf nicht von vornherein bekannt oder bestimmbar ist. -
Fig. 4b zeigt eine erweiterte Ausführung eines Strömungskörpers 80, bei welchem der Lenkungsabschnitt 81 über eine Trägerstruktur 84 mit dem Anordnungsabschnitt 82 verbunden, insbesondere an dieser gehalten ist. Der Anordnungsabschnitt 82 ist dabei analog zur Ausführung nachFig. 4a als im Wesentlichen zylindrischer Hülsenkörper ausgeführt, welcher in einfacher Weise eine Klemm- oder Pressverbindung zwischen einer Außenmantelfläche 820 des Anordnungsabschnitts 82 und einer Innenwand des Leitungssystems an der Montagestelle möglich macht. - Der Lenkungsabschnitt 81 wird über brückenartige Verbindungen der Trägerstruktur 84 mit dem Anordnungsabschnitt verbunden, insbesondere zu dieser ausgerichtet angeordnet. Die Anordnung der Verbindungsbrücken 840 der Trägerstruktur 84 am Anordnungsabschnitt 82 erfolgt vorzugsweise an einer Innenmantelfläche 821, kann jedoch beispielsweise auch an zumindest einer Stirnseite 822 des Anordnungsabschnitts 82 vorgesehen sein. Die Anordnung der Verbindungsbrücken 840 der Trägerstruktur 84 am Lenkungsabschnitt 81 erfolgt vorzugsweise an einer Außenwand 811.
- Der Lenkungsabschnitt 81 selbst ist dabei wiederum hülsenartig ausgebildet, wobei die vom Anordnungsabschnitt 82 separierte Ausführung einen gegenüber der Ausführung nach
Fig. 4a dem Fachmann einen vorteilhaft erhöhten Gestaltungsspielraum (beispielsweise Wahl einer Wandstärke und/oder komplexere Formgebung und/oder erhöhter Freiheitsgrad bei Wahl des Materials, da weniger durch Verbindungstechnik beschränkt) gewährt. Insbesondere könnte auch eine Ausführung in Betracht bekommen, bei welcher sich die strömungsleitenden Eigenschaften des Lenkungsabschnitts 81 in Abhängigkeit von Strömungsparametern (z. B. Druck, Temperatur und/oder Fließgeschwindigkeit, Zusammensetzung etc.) ändern. So könnte eine BiMetall-Ausführung eines Lenkungsabschnitts 81 beispielsweise temperaturabhängig den Krümmungsradius ändern. Auch die Ausbildung von drucksensibel verformbaren Oberflächenstrukturen kann von Vorteil sein. In der Ausführung nachFig. 4b ist beispielswiese eine Wandstärke des Lenkungsabschnitts 81 gegenüber derjenigen des Anordnungsabschnitts 82 deutlich reduziert.Fig. 5 zeigt dazu zwei Projektionsansichten einer beispielhaften, rotationssymmetrischen Ausführung eines Lenkungsabschnitts 81 nachFig. 4b aus zwei Blickrichtungen. - In einer Abwandlung eines Strömungskörpers 80 nach
Fig. 4b kann beispielsweise der Lenkungsabschnitt 81 auch als gitterartige Struktur von Lenkungsflügeln ausgebildet sein. Auch wäre eine auf die Mittenachse 83 zulaufende Schachtelung von mehreren, über die Trägerstruktur 84 mit dem Anordnungsabschnitt 82 verbunden Lenkungsabschnitten 81 denkbar, wobei sich insbesondere die so geschachtelten Lenkungsabschnitte 81 hinsichtlich ihrer axialen Position bezüglich der Hülse des Anordnungsabschnitts 82 und/oder ihrer Geometrie, Struktur und/oder Materialien unterscheiden können. Durch diese Vielfalt an Gestaltungsparametern lassen sich hinsichtlich ihrer Strömungsbeeinflussung besonders wirkungsvolle Strömungskörper 80 erzeugen, welche insbesondere bei starker Turbulenzneigung eines Leitungssystems im Ausgangszustand, d. h. ohne diese zusätzliche Maßnahme, zum Einsatz kommen können. -
Fig. 4c zeigt eine dritte Ausführungsvariante eines Strömungskörpers 80, bei welcher auf eine Trägerstruktur 84, wie sie aus dem vorhergehenden Beispiel bekannt ist, verzichtet wird. Vielmehr wird ein analog zum vorherigen Beispiel ausgebildeter, hülsenartiger Lenkungsabschnitt 81 direkt an der Innenmantelfläche 821 des Anordnungsabschnitts 82 angeordnet bzw. verbunden. Hierbei kann insbesondere eine Klemm- oder Pressverbindung zwischen der Außenwand 811 des Lenkungsabschnitt 81 und der Innenmantelfläche 821 des Anordnungsabschnitts 82 vorgesehen sein. Alternativ oder ergänzend können jedoch auch andere Fügetechniken, wie Kleben, Löten, Schweißen, Klippen oder Rasten aber auch Schrauben oder Verstiften eingesetzt werden. - Die in den
Fig. 4a - 4c gezeigten Ausführungsformen von Strömungskörpern 80 stellen dabei nur exemplarische Beispiele dieser Mittel zur Optimierung von Strömungsverläufen dar. Der Fachmann wird leicht durch Kombination der in den Beispielen im Einzelnen offenbarten Einzelmerkmale zu veränderten, aber letztlich gleichwirkenden Ausführungen von Strömungskörpern 80 mit einem geeignetem Lenkungsabschnitt 81 kommen. - Neben den in
Fig. 3 konkret vorgesehen beiden Strömungskörpern 80, 80a, 80b kann es weiters für den Betrieb eines Strömungsapparates vorteilhaft sein, wenn auch in anderen, insbesondere eine Querschnittsänderung und/oder eine Strömungsumlenkung aufweisenden Leitungsbereichen eines Leitungssystems analoge Strömungskörper 80 angeordnet werden. Im Strömungsapparat 50, 51 nachFig. 3 sind Strömungskörper 80 nur im Bereich des Eingangsanschlusses 71 und Ausgangsanschlusses 72. Alternativ oder ergänzend können jedoch auch ähnliche Strömungskörper 80 an anderen geeigneten Stellen der Leitungssysteme 60, 70 des Strömungsapparats 50, 51 vorgesehen bzw. angeordnet sein. So können beispielsweise die Übergänge zwischen der Eingangs- bzw. Ausgangskammer 730, 731 und dem Rohrbündelsystem 74 durch entsprechende Anordnung von Strömungskörpern 80 strömungstechnisch optimiert werden. - Die Ausbildung der Strömungskörper 80 als vom Zielleitungssystem zunächst unabhängige Baugruppe ermöglicht, weiterhin auch bereits installierte Strömungsapparate (wie z. B. Wärmetauscher, Verdampfer, Kessel etc.) und/oder Leitungssysteme durch die Nachrüstung von Strömungskörpern 80 strömungstechnisch zu optimieren. So wären derartige Nachrüstströmungskörper 80 insbesondere für genormte Leitungsgrößen als vorkonfektionierte Einheiten bereitstellbar und auch unabhängig von dem erfindungsgemäßen Strömungsapparat vorteilhaft verwertbar.
- Nach diesem Einschub zu Details der Strömungskörper 80, 80a, 80b soll auf den weiteren Aufbau des Strömungsapparat gemäß
Fig. 3 zurückgekommen werden. - An den Verteilerkopf 73 angrenzend ist beim Strömungsapparat nach
Fig. 3 ein haubenartiger Rohrmantel 29 angeordnet. Der Rohrmantel 29 erstreckt sich dabei zumindest entlang der Hauptachse 213 des ersten Leitungssystems 60 und überdeckt bzw. überspannt dabei zumindest das Rohrbündelsystem 74 des zweiten Leitungssystems 70. Der sich so zwischen dem Führungsrohr 21 und dem Rohrmantel 29 ergebende Zwischenraum 30 wird an einem vom Verteilerkopf 73 abgewandten Ende durch einen Boden 290 abgeschlossen. Durch diese Ausführung erstrecken sich die Rohrschlaufen 741 im Zwischenraum 30. Um die Rohrschlaufen 741 bei Ihrer Erstreckung durch den Zwischen- bzw. Innenraum 30 zumindest einer begrenzten Führung und/oder Positionsstabilisierungen aussetzen zu können, ist im Rohrmantel 29 mindestens ein, vorzugsweise mehrere Stabilisator 294 vorgesehen. Der Stabilisator 294 kann dabei als Gitter- und/oder Trägerstruktur ausgebildet sein, durch welche die Rohrschlaufen 741, insbesondere einzelne Rohrleitungen des Rohrbündelsystems 74, hindurchgreifen können und dabei in zumindest einer Raumrichtung gegen Verschiebung aus ihrer Ruhelage geführt, gestützt oder gesichert werden. - Nach
Fig. 3 ist im Inneren eines vom Rohrmantel 29 umschlossenen Abschnitts des Führungsrohrs 21 eine Trennwand 22 angeordnet. Die Trennwand 22 trennt dabei einen vom Eingangsanschluss 61 kommenden anströmungsseitigen Bereich 214 des Führungsrohrs 21 von einem auf den Ausgangsanschluss 62 zugehenden abströmungsseitigen Bereich 215. Die Trennwand 22 ist im Beispiel nachFig. 3 dabei im Wesentlichen als geradlinige, ebene Wand ausgeführt, welche derart im Inneren angeordnet ist, dass eine Querschnittsfläche des Innenraums des anströmungsseitigen Bereichs 214 des Führungsrohrs 21 mit zunehmendem Abstand vom Eingangsanschluss 61 in nahezu demselben Maß abnimmt, wie ein Querschnitt des abströmungsseitigen Bereichs 215 zunimmt. Dies ist, wie inFig. 3 dargestellt, besonders leicht durch eine Verkippung der Trennwand 22 in zumindest einer auf der Hauptachse 213 senkrechten Achse zu erreichen. Abweichend von der Ausführung nachFig. 3 kann es auch vorteilhaft sein, wenn die Trennwand 22 auch in einer zweiten, auf der Hauptachse 213 senkrecht stehenden Achse verkippt ist und/oder wenn die Trennwand 22 nicht geradlinig eben, sondern einem Flächenprofil (z. B. gestuft eben, gestuft winklig, parabolisch, hyperbolisch, oder dergleichen) folgend, insbesondere einem von der Axialposition entlang der Hauptachse 213 abhängigen Flächenprofil folgend ausgebildet oder geformt ist, so dass der Querschnitt im anströmungs- und/oder abströmungsseitigen Bereichs 214, 215 eine komplexere Funktion der Position entlang der Hauptachse 213 sein kann. - Im Beispiel nach
Fig. 3 ist die Trennwand 22 als Bestandteil des Führungsmittels 20 doppelwandig ausgeführt. Dabei ist vorteilhafterweise ein erstes Wandsegment 220 insbesondere mit dem anströmungsseitigen Bereich 214 des Mantels 211 bzw. des Führungsrohrs 21 verbunden, während ein zweites Wandsegment 221 mit dem abströmungsseitigen Bereich 215 verbunden ist. In einem Zwischenraum 222 zwischen den Wandsegmenten 220, 221 kann zusätzlich eine Isolierung 223 vorgesehen werden. Dadurch kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass ein Anströmabschnitt 120 des ersten Fluidstroms 100 möglichst wenig mit einem Abströmabschnitt 130 desselben in Wechselwirkung treten kann. Dies könnte sich insbesondere bei einer Ausbildung als Wärmetauscher 51 des Strömungsapparats 50 nachteilig auswirken, da die Trennwand 22 ohne Isolation als Wärmekurzschluss zwischen einer Anströmung und einer Abströmung des ersten Fluidstroms 100 wirken könnte. Die Isolierung 223 kann dabei durch ein geeignetes Isolations- oder Dämmmaterial mit möglichst niederer Wärmeleitfähigkeit und/oder ein Dichtungsband und/oder einen Einschluss eines evakuierten Bereichs im Zwischenraum 222 erreicht werden. - In seinem vom Rohrmantel 29 umschlossenen Abschnitt weist das Führungsrohr 21, insbesondere der Mantel 211 sowohl im anströmungsseitigen Bereich 214 als auch im abströmungsseitigen Bereich 215 jeweils mindestens einen Radialdurchlass 27, 32 auf. Im Beispiel nach
Fig. 3 sind dabei entlang des anströmungsseitigen Bereichs drei Radialdurchlässe 27 vorgesehen. Analog sind gemäßFig. 3 im abströmungsseitigen Bereich 215 ebenfalls drei Radialdurchlässe 32 vorgesehen. Es kann jedoch auch Vorteile bringen, mehr oder weniger Radialdurchlässe 27, 32 und/oder eine voneinander abweichende Anzahl von Radialdurchlässen 27, 32 vorzusehen. - Die entlang der Anströmachse 102 ersten beiden Radialdurchlässe 27 sind gemäß
Fig. 3 zusätzlich mit jeweils einem Strömungsleitkörper 64 versehen. In der Ausführung nachFig. 3 sind diese dabei entlang der Anströmachse 102 axial hinter den jeweiligen Radialdurchlässen angeordnet und erstrecken sich im Wesentlichen in den Innenraum des Führungsrohrs 21. Aufgabe dieser Strömungsleitkörper 64 ist es, eine Aufteilung des ersten Fluidstroms 100 in durch die jeweiligen Radialdurchlässe 27 tretenden radialen Teilströme 260 durch die erfindungsgemäße Anordnung der Trennwand 22 zu begünstigen, insbesondere die Teilströme 260 untereinander zu vergleichmäßigen. Dabei soll die Darstellung inFig. 3 jedoch nur als beispielhafte Ausführung verstanden werden. Das Vorsehen von Strömungsleitkörpern 64 kann unter Umständen an allen oder aber zumindest einer anderen Auswahl von Radialdurchlässen 27, 32 vorteilhafte Effekte bringen. Zudem kann die Anordnung der Strömungsleitkörper 64 bezogen auf den jeweils zugeordneten Radialdurchlass 27, 32 von der Darstellung nachFig. 3 abweichen, wobei insbesondere die Axialposition entlang des Radialdurchlasses 27, 32 und/oder die Radialerstreckung, insbesondere die Erstreckungsrichtung, des Strömungsleitkörpers 64 und/oder die geometrische Form und/oder auch eine axial Erstreckung (z. B. in Form eines Gitters) Freiraum für Optimierungen im jeweiligen Anwendungsfall eines erfindungsgemäßen Strömungsapparats 50 bieten. - Diese Strömungsleitkörper 64 können alternativ oder zusätzlich auch als Mittel zur Einstellung des Umlaufsinns der Teilströme 260 im Umströmungsabschnitt 17 dienen. Alternativ oder ergänzend können auch die Radialdurchlässe 27 selbst so ausgeführt sein, dass die durch sie hindurchtretenden Teilströme 260 so ausgerichtet sind, dass sie einen fest gewählten Umlaufsinn im Umströmungsabschnitt 17 folgen. Auf diese Weise können auch die Radialdurchlässe 27 als Mittel zur Einstellung des Umlaufsinns wirken. Ergänzend oder alternativ können auch auf einer den Radialdurchlässen 27 im Wesentlichen gegenüberliegenden Innenseite des Rohrmantels 29 hier nicht bildlich gezeigte, für die Einstellung des Umlaufsinns der Teilströme 260 geeignete Umlenkkörper als derartige Mittel vorgesehen sein.
- Die Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Strömungsapparats 50 soll nun an einem besonders vorteilhaften Anwendungsbeispiel als Wärmetauscher 51 für den Austausch von Wärmeenergie zwischen einem ersten, wärmeenergieführenden Fluidstrom 100 und einem weiteren, wärmeaufnehmenden Fluidstrom 340 erläutert werden. Eine Ausführung nach
Fig. 3 eignet sich dabei besonders für einen großvolumigen ersten Fluidstrom 100 bei einem anfallenden Wärmeübertrag auf einen weiteren Fluidstrom 340 mit niedrigerem Volumenstrom. Derartige Anwendungen finden sich beispielsweise in Form von Vorwärmern und/oder Verdampfern in Wärme-Kraft-Anlagen nach dem Rankine-Zyklus, d. h. insbesondere Anlagen zur Rückgewinnung und Verstromung von Energie aus wärmeführenden Fluidströmen 100 (z. B. Rauchgase oder Abgase aus beispielsweise industriellen Prozessen, geothermisch oder solarthermischen erhitzten Fluidströmen, etc.). - Der wärmeaufnehmende Fluidstrom 340 (z. B. ein Arbeitsfluid einer Wärme-Kraft-Anlage, insbesondere ein organisches Arbeitsfluid einer ORC-Anlage) wird dabei durch den Eingangsanschluss 71 des zweiten Leitungssystems 70 dem Strömungsapparat 50 zugeführt und strömt aus der Eingangskammer 730, über das sich in den Zwischenraum 30 erstreckende Rohrbündelsystem 74 zur Ausgangskammer 731.
- Der wärmeführende Fluidstrom 100 (z. B. heißes Rauch- und/oder Abgas) wiederum wird über den Eingangsanschluss 61 im Anströmungsbereich 61b dem ersten Leitungssystems 60 des Strömungsapparats 50 zugeführt. Der Fluidstrom 100 breitet sich nun entlang der Anströmachse 102 im anströmseitigen Bereich 214 des Führungsrohrs 21 aus und wird in Wechselwirkung mit der Trennwand 22 in radiale Teilströme 104 umgelenkt und aufgeteilt. Diese Teilströme 104 treten durch die anströmseitigen Radialdurchlässe in den Zwischenraum 30 ein. Dort werden die Teilströme 104 jeweils in eine Umfangsströmung entlang der Umfangslinie 18 bzw. entlang im Wesentlichen parallel laufender Umfangslinien 18 umgelenkt, wobei jeder Teilstrom 104 so einen Umströmungsabschnitt 17 aufweist. Der gesamte Bereich der umlaufenden Teilströme 104 kann dabei auch als Umströmungsbereich105 bezeichnet werden.
- Die Teilströme 104 umströmen dabei die Rohrbündel 740 bzw. Rohrschlaufen 741 des Rohrbündelsystems 74 in einer Richtung quer zur einer Verlaufsrichtung des Rohrbündelsystems 74, insbesondere quer zu den Schenkel 742 der Rohrschlaufen 741. Dadurch wird die weitere Fluidströmung 340 bzw. deren durch die Rohrschlaufen 741 strömenden Anteile im Wesentlichen quer von den Teilströmen 104 angeströmt, so dass ein Wärmeübergang in den sich dabei bildenden Kontaktzonen lokal optimiert wird.
- In einer bevorzugte Verwendung des erfindungsgemäßen Strömungsapparats 50 als Verdampfer einer Energiewandler-Anlage nach dem Rankine-Zyklus, insbesondere einer ORC-Anlage, wird das Arbeitsmedium derart durch das Rohrbündelsystem 74 geleitet, dass die Teilströme 104 des wärmeführenden Fluidstroms 100 möglichst so viel Wärme auf das Arbeitsmedium übertragen kann, dass das Arbeitsmedium , vorzugsweise nahe vollständig, von einer flüssigen Phase in eine Dampf- oder Gasphase überführt werden kann.
- Zur Verdeutlichung dieses Vorgangs zeigt
Fig. 6 einen Schnitt durch den Strömungsapparat 50 nachFig. 3 entlang der Linie A - A. Wie bereits inFig. 3 ansatzweise zu erkennen ist, sind die Radialdurchlässe 27 und die Radialdurchlässe 32 im vorliegenden Beispiel im Wesentlichen auf einander gegenüberliegenden Seiten des Führungsrohrs angeordnet. Dies wirdFig. 6 nochmals deutlicher. Durch diese Ausführung umläuft bzw. umrundet jeder Teilstrom 104 das Führungsrohr 21 und damit die An- bzw. Abströmachse 102, 103 des wärmeführenden Fluidstrom 100 um einen Umfangswinkel UW von ca. 360°. - Nach Überdeckung bzw. Durchlaufen dieses Umfangswinkels treten die Teilströme 104 an den Radialdurchlässen 32 in den abströmungsseitigen Bereich 215 des Führungsrohrs 21. Dort werden die Teilströme 104 gemäß
Fig. 3 wieder in axiale Richtung umgelenkt und zusammengeführt. Der so zusammengeführte, durch Wärmeübertrag auf den weiteren Fluidstrom 340 "abgekühlte" Fluidstrom 100 verlässt den Strömungsapparat 50 durch den Ausgangsanschluss 62. Er kann nun ggf. einem nachfolgenden Prozess (z. B. nach gelagerte Filtrierung und/oder Reinigung und/oder einem weiteren Wärmeaustausch und/oder einer Aufbereitung) unterzogen bzw. einem entsprechenden Apparat (z. B. Wärmetauscher und/oder Reinigungs- und/oder Filtrier- und/oder Wascheinrichtung und/oder einem Schlot) zugeführt werden. - Wie im Vorhergehenden bereits kurz angerissen, besteht eine bevorzugte Weiterbildung des Strömungsapparats 50, 51 nach
Fig. 3 in einem mehrfach segmentierten Aufbau des Verteilerkopfes 73, so dass eine mehrpassige Durchleitung des weiteren Fluidstroms 340 durch den Zwischenraum 30 ermöglicht wird. DieFiguren 7a und 7b zeigen zwei bevorzugte Varianten des Verteilerkopfes 73 nachFig. 3 als stirnseitige Projektion. - Der Verteilerkopf 73 ist gemäß
Fig. 3 als ein sich um das erste Leitungssystem 60, insbesondere den Ausgangsanschluss 62, erstreckender Ringkanal 732 ausgebildet. Alternativ kann der Verteilerkopf 73 auch um den Eingangsanschluss 61 des ersten Leitungssystems 60 angeordnet sein. Auf einander gegenüberliegenden Seiten sind, durch Trennwände 733 von einander abgetrennt, die Eingangskammer 730 und die Ausgangskammer 731 angeordnet. Sowohl die Eingangskammer 730 als auch die Ausgangskammer 731 sind dabei im Ringkanal 732 in Umfangsrichtung um den Ausgangsanschluss 62 durch je zwei in einem Winkelabstand voneinander beabstandete Trennwände 733 gebildet. Die Eingangs- und die Ausgangskammer 730, 731 weisen dabei in diesem Beispiel einen im Wesentlichen identischen Querschnitt in der gezeigten Projektionsebene auf. Besonders bevorzugt ist ein Innenvolumen der Eingangs- und die Ausgangskammer 730, 731 im Wesentlichen gleich. - Abweichend von den hier gezeigten Ausführungen, kann es jedoch auch von Vorteil sein, wenn die Querschnitte und/oder die Innenvolumina der Eingangskammer 730 und der Ausgangskammer 731 voneinander abweichend ausgeführt sind. Wird der Strömungsapparat 50 beispielsweise als Verdampfer eingesetzt, steigt ein Volumenstrom des weiteren Fluidstroms 340 zwischen Eingangs- und Ausgangskammer 730, 731 typischerweise an. Um beispielsweise die Druckverhältnisse im Strömungsapparat 50, insbesondere im zweiten Leitungssystem 70 dabei nicht ungünstig zu beeinflussen, kann die Ausgangskammer 731 ein gegenüber der Eingangskammer 730 vergrößertes Innenvolumen aufweisen. Wird der Strömungsapparat 50 alternativ als Kondensator eingesetzt, kann es umgekehrt vorteilhaft sein, wenn das Innenvolumen der Ausgangskammer 731 gegenüber dem Innenvolumen der Eingangskammer 730 reduziert ist. Dem Fachmann sind darüber hinaus weitere Anwendungen bzw. Verwendungen des erfindungsgemäßen Strömungsapparats 50 bekannt, die voneinander abweichende Querschnitte und/oder Volumina der Eingangskammer 730 und der Ausgangskammer 731 begünstigen oder erfordern.
- In der Ausführung nach
Fig. 7a ist weiters in beiden Umlaufrichtungen um den Ausgangsanschluss 62 zwischen der Eingangskammer 730 und der Ausgangskammer 731 jeweils eine weitere Trennwand 733 derart angeordnet, dass jeweils zwei zusätzliche Zwischenkammern 734, 734a - 734d im Ringkanal gebildet werden. Die Zwischenkammern 734a - 734d weisen dabei vorzugsweise einen im Wesentlichen identischen Querschnitt in der, inFig. 7a gezeigten Projektionsebene auf. Besonders bevorzugt ist ein Innenvolumen der Zwischenkammern 734, 734a - 734d im Wesentlichen gleich. - Durch den in
Fig. 7a gezeigten Aufbau des Verteilerkopfes 73 lässt sich in einfacher Weise ein sechspassiger Aufbau des zweiten Leitungssystems 70 realisieren. Dazu werden die Eingangskammer 730 über einen hier nicht gezeigten ersten Satz Rohrschlaufen 741, 741a mit einer der beiden Zwischenkammern 734a, 734b verbunden, so dass Teilströme des über den Eingangsanschluss 71 zugeführten weiteren Fluidstroms 340 über diesen ersten Rohrschlaufensatz 741a in eine von beiden Zwischenkammern 734a, 734b strömen können. Dabei durchlaufen die Teilströme nachFig. 3 bereits in dieser ersten Stufe zweimal den Zwischenraum 30. Je eine der Zwischenkammern 734a, 734b ist weiters über je einen Teilsatz von Rohrschlaufen 741b mit je einer der Zwischenkammern 734c, 734d verbunden, so dass die Teilströme nun in dieser Stufe den Zwischenraum 30 erneut zweifach durchlaufen. Schließlich ist jede der Zwischenkammern 734c, 734d über einen weiteren Teilsatz von Rohrschlaufen 741c mit der Ausgangskammer 731 verbunden, wodurch die Teilströme ein letztes Mal den Zwischenraum 30 zweifach durchströmen. Insgesamt durchläuft damit jeder Teilstrom des Fluidstroms 340 den Innenraum 30 zwischen der Eingangskammer 730 und der der Ausgangskammer 731 insgesamt sechsmal, d. h. es finden sechs Passagen der Fluidströmung 340 durch den Innenraum 30 statt. - In der Ausführung nach
Fig. 7b sind zwischen der Eingangskammer 730 und der Ausgangskammer 731 insgesamt in jeder Umlaufrichtung um den Ausgangsanschluss 72 drei Trennwände angeordnet. Dadurch werden in analoger Weise zum Beispiel nachFig. 7a insgesamt vier Paare von Zwischenkammern 734a - 734h gebildet. Auch in dieser Ausführung ist vorgesehen, dass benachbarte Kammern 730, 734a, 734c, 734e, 734g, 731 nacheinander über Sätze bzw. Teilsätze von Rohrschlaufen 741a, 741b, 741c, 741d und 741e verbunden werden. Auf diese Weise treten die Teilströme des Fluidstroms 340 insgesamt zehnmal durch den Zwischenraum 30, d. h. es finden zehn Passagen der Fluidströmung 340 durch den Innenraum 30 statt. - Die in den
Fig. 7a und 7b gezeigten und im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungen von Verschaltungen des zweiten Leitungssystems 70 über den Verteilerkopf 73 sind dabei nur exemplarisch als bevorzugte Ausführungen zu verstehen. Es können jedoch andere Verschaltungen von Eingangskammer 730, Zwischenkammern 734 und/oder Ausgangskammer 731 vorteilhafte Anordnungen ergeben. Auch kann die Anzahl der Zwischenkammern 734 von den hier gezeigten Beispielen abweichen, insbesondere wäre auch denkbar, dass die Anzahl und/oder die Ausführung der Zwischenkammern 734 entlang beider Umlaufrichtungen um den Anschluss 62 oder 61 voneinander abweicht, um eine vorteilhafte Ausbildung zu ermöglichen. - Neben dem im Beispiel nach
Fig. 3 und den dazu beschriebenen Varianten des zweiten Leitungssystems 70 als Rohrbündelsystem 74 mit Rohrschlaufen 741 lässt sich der erfindungsgemäße Strömungsapparat 50 in einer hier nicht bildlich gezeigten Variante mit im Wesentlichen geradlinigen Rohrstrecken realisieren. Dabei sind die Rohrstrecken wie auch die Rohrschlaufen 741 am Verteilerkopf 73, insbesondere an dessen Ringkanal 732, angeschlossen und erstrecken sich in den Zwischenraum 30. Vorzugsweise durchmessen die Rohrstrecken den Zwischenraum 30 derart, dass sie an einem dem Ringkanal 732 entfernten Ende in einen Sammelkanal münden. Um eine Abströmung des im Sammelkanal einströmenden Fluidstroms 340 zu ermöglichen, kann der Sammelkanal sowohl mit der Ausgangskammer 731 verbunden sein als auch mindestens eine eigenen Ausgangsanschluss aufweisen, der dann vorzugsweise den Ausgangsanschluss 72 des zweiten Leitungssystems 70 bildet. Bei einem aus derartigen Rohrstrecken aufgebauten zweiten Leitungssystem 70 kann sich eine besonders bevorzugten Weiterbildung eines Verteilerkopfs 73 anbieten. Dabei weist dieser beispielsweise einen hier nicht detailliert gezeigten, den Ringkanal 732 zu einer Stirnseite lösbar abschließenden Verschlussdeckel 73a auf, wodurch der Ringkanal 732 zu Wartungszwecken und/oder für Anpassungen verteilhaft geöffnet und wieder verschlossen werden kann. Der Verschlussdeckel 73a kann dabei als Schraubdeckel ausgeführt und/oder mit einem anderen Verschlussmechanismus, wie beispielsweise einer Verschraubung, einem Klemm- oder Keilmechanismus oder dergleichen ausgeführt sein. Ein lösbarer Verschlussdeckel 73a erlaubt zu dem, die Trennwände 733 auswechselbar und/oder in Umlaufrichtung im Ringkanal versetzbar auszuführen. Können die Trennwände 733 versetzt und/oder in ihrer Anzahl zwischen der Eingangskammer 730 und der Ausgangskammer 731 variiert werden, kann die Ausgestaltung und/oder die Anzahl von Zwischenkammern 734 variiert werden. Dadurch kann vorteilhaft eine Passzahl bzw. Anzahl von Passagen des weiteren Fluidstroms 340 durch den Zwischenraum 30 im zweiten Leitungssystem 70 des Strömungsapparats 50, 51 angepasst werden. Ein zu Wartungszwecken lösbarer Verschlussdeckel 73a kann jedoch auch bei Verteilerköpfen 73 wie sie im beispielhaften Strömungsapparat 50 nachFig. 3 gezeigt sind von Vorteil sein. - Eine vorteilhafte Weiterbildung eines erfindungsgemäßen Strömungsapparats 50, 51 nach
Fig. 3 ist inFig. 8 grob skizziert. Dabei ist an dem Ausgangsanschluss 72 des zweiten Leitungssystems 70, insbesondere an einem sich an die Ausgangskammer 731 anschließenden Abströmabschnitt 735, eine Abscheidevorrichtung 90 angeordnet. In einer bevorzugten Ausführung ist die Abscheidevorrichtung 90 dabei als ein Tropfenabscheider ausgeführt. Ein am Verteilerkopf 73 angeordneter, integrierter oder zumindest mit Ausgangskammer 731 wirkverbundener Tropfenabscheider 90 kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn der Strömungsapparat 50, 51 als Verdampfer für den weiteren Fluidstrom 340 eingesetzt wird. Dabei kann es vorkommen, dass der zweite, in der Eingangskammer 730 im Wesentlichen flüssige Fluidstrom 340 im Zuge seiner Passage durch das zweite Leitungssystem 70, insbesondere durch den Zwischenraum 30 nur teilweise, insbesondere nicht vollständig aus einer Flüssigphase in eine Dampfphase überführt wird. Insbesondere kann es vorkommen, dass ein die Ausgangskammer 731 verlassender weiterer Fluidstrom 340 zumindest flüssige Anteile (z. B. in Form von Tropfen) mitführt, die für nachgelagerte Prozesse oder Vorrichtungen störend wirken können. Wird nun der Verteilerkopf 73 des Strömungsapparats 50, 51 gemäßFig. 8 ausgeführt, kann diesen Effekten vorgebeugt werden. - Die Anordnung oder Integration der Abscheidevorrichtung 90 am Verteilerkopf 73 ermöglicht eine vorteilhaft einfache Rückführung des Abscheideguts, insbesondere des Kondensats bzw. der Restflüssigkeit in zumindest eine der Kammern 730, 734. So kann ein Abscheideraum 900 über zumindest eine Rückführleitung 901 mit der Eingangskammer 730 und/oder einer Zwischenkammer 734 verbunden sein oder werden. Dabei kann die Rückführung durch einfache Ausnutzung der Schwerkraft und/oder eine spezielle Ausgestaltung der Rückführleitung 901 bewirkt werden. Dabei ist der Abscheideraum 901 über die Rückführleitung 901 derart mit der Kammer 730, 734 verbunden, dass das Abscheidegut, insbesondere das Kondensat bzw. die abgeschiedene Restflüssigkeit in diese zurückströmen kann. Vorzugsweise kann die Rückführleitung dabei so ausgebildet sein, dass das Abscheidegut, insbesondere das Kondensat bzw. die abgeschiedene Restflüssigkeit durch die Strömung des Fluidstroms 340 in bzw. durch die Kammern 730, 734 in die über die Rückführleitung angeschlossene Kammer 730, 734 gedrückt oder gesaugt wird. Alternativ oder ergänzend kann die Abscheidevorrichtung 90 eine Rückführvorrichtung (z. B. eine Pumpe oder dergleichen) umfassen, welche das Abscheidegut aus dem Abscheideraum 900 über die Rückführleitung 901 bereitstellt.
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Fig. 9 zeigt eine weitere, vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Strömungsapparats 50, 51 nachFig. 3 . Diese Weiterbildung zeichnet sich durch eine am bzw. im Rohrmantel 29 angeordnete Vorrichtung 91 zur Abscheidung und zum Austrag von Partikeln aus. Die Vorrichtung 91 ist dabei zumindest auf einer Seite entlang des Führungsrohrs 21 angeordnet. Vorzugsweise ist die Vorrichtung 91 dabei so in den Strömungsapparat 50 integriert oder an diesen angebaut, dass die Vorrichtung 91 sich bei einem betriebsfertig montierten Strömungsapparat 50, 51 in einen radial an den Bereich des Rohrbündelsystems 74 angrenzenden Radialbereich 291 erstreckt. Besonders bevorzugt ist die Vorrichtung 91 dabei so am bzw. im Rohrmantel 29 angeordnet, dass in den Radialströmungen 26 und/oder den Umfangsströmungen 31 des Fluidstroms 100 mitgeführte Feststoffe, insbesondere Partikel in den Radialbereich 291 gelangen. - Im Radialbereich 291 ist dabei ein Abscheider 910, ein Sammelbereich 911 und vorzugsweise eine Fördereinheit 912, insbesondere eine Austragsschnecke, der Vorrichtung 91 vorgesehen.
- Der Abscheider 910 kann dabei als einfache Abscheideöffnung oder Abscheideschlitz und/oder als ein Abscheidegitter, -sieb und/oder -filter ausgebildet sein, welches in der Lage ist, die im Fluidstrom 100 bzw. in dessen Teilstrom mitgeführte Feststoffe, insbesondere Partikel (z. B. Ruß, Kristallite, oder dergleichen) vom weiterströmenden Fluid getrennt werden kann. Alternativ oder ergänzend zu den eben genannten mechanischen Abscheidern kann der Abscheider 910 auch ein auf einem elektrischen, magnetischen oder elektromagnetischen Feld aufbauender Abscheider sein, welcher zur Abscheidung der im Fluidstrom 100 bzw. in dessen Teilstrom mitgeführten Feststoffe geeignet ist.
- Die vom Abscheider 910 aus dem Fluidstrom 100 abgetrennten Feststoffe bzw. Partikel werden im Sammelbereich 911 gesammelt und ggf. zwischengespeichert. In der einfachsten Form kann der Sammelbereich 911 dabei als Sammelvolumen, -container oder -raum ausgebildet sein. Es ist jedoch auch denkbar, dass der Sammelbereich 911 für die Aufnahme der im Abscheider 910 abgeschiedenen Feststoffe bzw. Partikel geeignete Sammel- oder Speicherelemente aufweist.
- Eine besonders bevorzugte Vorrichtung 91 umfasst weiters eine in den Sammelbereich 911 eingreifende Fördereinheit 912, zum stetige, zyklischen oder gelegentlichen Austrag von im Sammelbereich 911 gesammelten Feststoffen bzw. Partikeln, so dass vorzugswiese ein kontinuierlicher Betrieb des Strömungsapparats 50, 51 auch mit zumindest zeitweise feststoffbelastendem Fluidstrom 100 möglich wird.
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Fig. 9 zeigt dazu eine erste bevorzugte Ausführung eines Strömungsapparats 50, 51 mit einer Vorrichtung 91. Der Abscheider 910 ist dabei als mindestens eine Radialöffnung 910a ausgebildet, welche in einer Zwischenwand 292 oder einer Seitenwand 293 des Rohrmantels 29 vorgesehen ist. Ist der Abscheider 910 in der Zwischenwand 292 angeordnet, kann der Sammelbereich 911 und die Fördereinheit 912 in den Zwischenraum 30 im Rohrmantel 29 integriert sein. In der Ausführung nachFig. 9 ist der Abscheider 910 in die Seitenwand 293 des Rohrmantels 29 integriert, insbesondere als Radialöffnung 910a in die Seitenwand 293 des Rohrmantels 29 eingebracht. Der Sammelbereich 911 wird dabei durch einen Anbausammelbehälter 911a gebildet, welcher zumindest den Bereich des Abscheiders 910, 910a in der Seitenwand 293 überdeckt. Beim Durchtritt des mit Feststoffen bzw. Partikel belasteten Fluids 100 in dem Abschnitt mit der Radialströmung 26 bzw. in dem Umströmungsabschnitt 17 durch den Abscheider 910, 910a werden die Partikel zumindest teilweise abgeschieden und in dem Anbausammelbehälter zurückbelassen. Der Anbausammelbehälter 911a kann dabei als Sammelcontainer, insbesondere austauschbarer, wartbarer und/oder entleerbarer Sammelcontainer ausgebildet sein. Bei der inFig. 9 gezeigten bevorzugten Ausführungsform ist im Anbausammelbehälter 911a eine Austragsschnecke 912a angeordnet. Wird die Austragsschnecke 912a rotierend bewegt, befördert diese die im Sammelbereich 911, 911a befindlichen Partikel in Richtung einer Austragsöffnung 911b im Anbausammelbehälter 911a. Durch diese Austragsöffnung 911b werden die gesammelten Partikel nun aus dem Strömungsapparat 50, 51 und aus dessen Wirkkreislauf entfernt. In einer Weiterbildung kann in der Austragsöffnung 911b zusätzlich eine Verschlussvorrichtung 913, wie beispielsweise eine Klappe, ein Ventil, eine Zellradschleuse oder dergleichen vorgesehen sein. Diese Verschlussvorrichtung 913 dient dabei insbesondere in einem Normalbetrieb des Strömungsapparats 50, 51 dazu, eine Leckage von Teilmengen des Fluidstroms 100 über die Austragsöffnung 911b zu verhindern. Auch kann es ergänzend oder alternativ vorgesehen sein, dass der Abscheider 910 über eine Vorrichtung zur Eingriffssteuerung und/oder zu Verhinderung einer Fluid-Leckage insbesondere bei aktivierter Fördereinheit 912 verfügt. In einer Weiterbildung kann der Abscheider 910 zusätzlich verschließbar ausgeführt sein, wozu beispielsweise Verschlussklappen vorgesehen sein können. - Die Austragsschnecke 912a kann dabei bevorzugt über einen Antriebsmotor 912b angetrieben werden. Wird der Antriebsmotor 912b über eine hier nicht gezeigte, geeignete Steuerung geschaltet und/oder geregelt, kann der Austrag von aufgesammelten Partikeln vorteilhaft automatisiert werden. So kann beispielsweise der Sammelbereich 911 durch einen Beladungssensor überwacht werden, um einen Füllstand zu überwache und ggf. eine Überladung zu verhindern. Auch wäre eine zyklische Initiierung des Austragsvorgangs denkbar, um das ausgetragene Material auch bei wechselnder Belastung des Fluidstroms 100 einem nachfolgenden Prozess (z. B. Aufbereitung, Reinigung, etc.) kontrolliert zuführen zu können.
- Die Ausführung mit einem Anbausammelbehälter 911a bzw. die Anordnung der Vorrichtung 91 in einem Anbausammelbehälter 911a, wie sie in
Fig. 9 als besonders bevorzugte Ausführung gezeigt ist, lässt sich zudem eine einfache, vorteilhafte Nachrüstung bereits vorhandener Strömungsapparate 50, 51 mit einem, von mit Partikel belasteten Fluidstrom durchströmten Rohrmantel 29 erreichen. Dazu ist es lediglich erforderlich, dass der Rohrmantel 29 an einer Seitenwand 293 mit mindestens einem Abscheider 910, insbesondere einem Radialsieb oder -filter 910a versehen wird. Die Fördereinheit 912 kann, wie inFig. 10 angedeutet, in einem Anbausammelbehälter 911a angeordnet und dieser nachträglich an den Rohrmantel 29 um den Abscheider 910 angebracht werden. Somit ist keine größere Modifikation am Strömungsapparat 50, 51 selber erforderlich. - In
Fig. 10 ist ein System 52 aus zwei Strömungsapparaten 50.1, 50.2 gemäßFig. 3 und der vorhergehenden Beschreibung gezeigt. Dabei sind die Strömungsapparate 50.1, 50.2 bezüglich des ersten Leitungssystems 60.1, 60.2 sequentiell hintereinander liegend angeordnet, wobei die beiden Strömungsapparate 50.1, 50.2 vorzugsweise gespiegelt, insbesondere an einer Ebene senkrecht zu den An- und Abströmachsen 102.1, 103.1; 102.2, 103.2 zu einander angeordnet sind. Dabei ist der Ausgangsanschluss 62.1 des ersten Strömungsapparats 50.1 vorzugsweise koaxial zum Eingangsanschluss 61.2 des zweiten Strömungsapparats 50.2 angeordnet. Insbesondere sind der Ausgangsanschluss 62.1 und der Eingangsanschluss 61.2 dabei direkt miteinander verbunden, so dass ein aus dem Ausgangsanschluss 62.1 abströmender Fluidstrom 100 dem Eingangsanschluss 61.2 zugeführt wird. Gegenüber der Ausführung nachFig. 3 tauschen bei dem zweiten Strömungsapparat 50.2 gemäßFig. 10 der Eingangs- und der Ausgangsanschluss 61.2, 62.2 des ersten Leitungssystems 60.2 ihre Funktion, so dass die Bezeichnung in der Beschreibung des Systems 52 an diesen Funktionstausch angepasst wurde. Die zweiten Leitungssysteme 70.1, 70.2 sind im beispielhaften System 52 nachFig. 10 über eine Verbindungsleitung 75 derart miteinander verbunden, dass aus dem Ausgangsanschluss 72.2 des Strömungsapparats 50.2 austretendes Fluid des Fluidstroms 340 dem Eingangsanschluss 71.1 des Strömungsapparats 50.1 zugeführt wird. Der Eingangsanschluss 71.2 dient dabei als Eingangsanschluss des zweiten Leitungssystems 70 des Systems 52, während der Ausgangsanschluss 72.1 als Ausgangsanschluss des zweiten Leitungssystems 70 des Systems 52 fungiert. - Wird ein System 52 nach
Fig. 10 als Wärmetauscher eingesetzt, geschieht der Wärmeübertrag vom ersten Fluidstrom 100 auf den weiteren Fluidstrom 340 bzw. umgekehrt in zwei Stufen: Zunächst wirkt der bereits im ersten Strömungsapparat 50.1 vorabgekühlte erste Fluidstrom 100 im zweiten Strömungsapparat 50.2 zur Vorerwärmung eines über den Eingangsanschluss 71.2 frisch zugeführten weiteren Fluidstroms 340. Das so im zweiten Strömungsapparat 50.2 vorgewärmte Fluid 340 erfährt dann in der zweiten Erwärmungsstufe im ersten Strömungsapparat 50.1 durch wärmeübertragenden Kontakt mit über den Eingangsanschluss 61.1 frisch zugeführtem ersten Fluid 100 eine Haupterwärmung, bevor es über den Ausgangsanschluss 72.1 des Systems 52 zur Verfügung gestellt wird. Im Zuge der Haupterwärmung wird dabei das frisch zugeführte erste Fluid 100 in einen Zustand als vorabgekühlter Fluid 100 überführt, welcher im Vorerwärmungsprozess noch als Wärmequelle dient. - Das System 52 nach
Fig. 10 eignet sich dabei insbesondere als kompakte und hocheffiziente Vorwärmer-Verdampfer-Kombination für eine Wärme-Kraft-Anlage, insbesondere eine RC- oder ORC-Anlage nach dem Rankine-Zyklus, wobei ein Abwärme führender Fluidstrom 100 seine Wärmeenergie zu einen hohen Anteil über die genannten zwei Stufen (Vorerwärmung und Haupterwärmung/Verdampfung) auf einen Fluidstrom 100 eines Arbeitsmediums, insbesondere eines organischen Arbeitsmediums übertragen kann. - Ein Basis-Schema einer derartigen Wärme-Kraft-Anlage, insbesondere ORC-Anlage 95 ist in
Fig. 11 gezeigt. Dem Fachmann sind dabei eine Vielzahl von erweiterten Schemata einer Wärme-Kraft-Anlage nachFig. 11 bekannt, die jedoch in ähnlichem Maße von einem erfindungsgemäßen Strömungsapparat 50 bzw. einem System 52 nachFig. 10 vorteilhaft profitieren können. Neben einem System 52 aus zwei gekoppelten Strömungsapparaten 50.1, 50.2 umfasst die Anlage 95 zumindest eine Turbine 950, einen Kondensator 951 und eine Arbeitsmittelpumpe 952. Die Turbine 950 treibt dabei vorzugsweise einen Generator 953 zur Bereitstellung von elektrischem Strom aus der rückgewonnen Wärmeenergie eines Fluidstroms 100. - Die Turbine 950 ist eingangsseitig mit einer, am Ausgangsanschluss 72.1 des Systems 52 abgehenden Vorlaufleitung 954 eines Arbeitsmittelkreislaufs verbunden. Durch die Vorlaufleitung 954 strömt im Betrieb der Anlage 95 im System 52 erhitztes, vorzugsweise verdampftes Arbeitsmedium als Fluidstrom 340 zur Turbine 950. Das Arbeitsmedium des Fluidstroms 340 wird dabei bevorzugt nahezu vollständig im System 52, zumindest in einem der Strömungsapparate 50.1, 50.2 des Systems 52 verdampft bzw. in eine Dampf- oder Gasphase überführt. In der Turbine 950 wird das anströmende Arbeitsmedium des Fluidstroms 340 zumindest teilweise entspannt, vorzugsweise im Wesentlichen entspannt, wodurch die Turbine 950 angetrieben wird. Das entspannte Arbeitsmedium strömt nun über eine Rücklaufleitung 955 zu dem Kondensator 951, in welchem das Arbeitsmedium mindestens bis zu einem Kondensationspunkt abgekühlt wird und vorzugsweise auskondensiert. Es kann jedoch beispielsweise auch vorgesehen sein, dass das entspannte Arbeitsmedium vor der Einleitung in den Kondensator 951 einem in
Fig. 11 nicht gezeigten Rekuperator zugeführt wird, um etwaig vorhandene Restwärmenergie anderweitig nutzbar zu machen. Das im Kondensator 951 kondensierte Arbeitsmedium wird mittels der Arbeitsmittelpumpe 952 über eine Versorgungsleitung 956 und den Eingangsanschluss 71.2 wieder dem System 52 zugeführt, wodurch der Arbeitsmittelkreislauf im Wesentlichen geschlossen wird. - Der Fluidstrom 100 wird der Anlage 95 über einen Eingangsanschluss 957 zugeführt, welcher vorzugsweise direkt mit dem Eingangsanschluss 61.1 des ersten Strömungsapparats 50.1 des Systems 52 verbunden ist. Das frisch zugeführte Fluid 100 wird dabei, wie bereits in der Beschreibung zum System 52 nach
Fig. 10 beschildert, zunächst der Haupterwärmungsstufe des Systems 52 (Strömungsapparat 50.1) zugeführt, um einen Wärmeübertrag auf ein in der Vorwärmstufe (Strömungsapparat 50.2) vorgewärmtes Arbeitsmedium des Fluidstroms 340 zu maximieren. Das so abgekühlte Fluid 100 wird dann im System 52 dem Strömungsapparat 50.2 als Wärmequelle zur Vorwärmung des über die Versorgungsleitung 956 bereitgestellten, frischen Arbeitsmediums des Fluidstroms 340 genutzt. Nach erfolgtem zweitem Wärmeübertrag im Zuge der Vorwärmung wird das Fluid 100 über einen Ausgangsanschluss 958 wieder aus der Anlage abgeführt. - Der erfindungsgemäße Strömungsapparat 50, 51 bzw. das System 52 aus zwei derartiger Strömungsapparaten 50.1, 50.2, 51.1, 51.2 erlaubt so eine besonders kompakte Ausführung einer Wärme-Kraft-Anlage 95, die gleichzeitig durch einfach zu integrierende Maßnahmen auf spezielle Anforderungen hin (z. B. feststoffbelastete Fluidströme, variierende Wärmeleistungen, etc.) adaptiert werden kann, ohne dass das grundlegende Konzept nach
Fig. 11 verlassen werden muss. So können beispielsweise jederzeit Vorrichtungen 91 nachgerüstet oder umgebaut werden, ohne das System 52 vollständig zerlegen zu müssen. Auch wäre eine Anpassung der Passagezahlen der zweiten Leitungssysteme 70.1, 70.2 ohne größere Aufwendungen möglich, insbesondere wenn die Verteilerköpfe 73.1, 73.2 entsprechende Verschlussdeckel aufweisen. - Der Strömungsapparate 50, 51 der erfindungsgemäßen Art oder Systeme 52 von erfindungsgemäßen Strömungsapparaten eignen sich dabei besonders zur Erschließung von abwärmeführenden Fluidströmen 100 von Verbrennungsanlagen (z. B. thermische Reinigungs- oder Oxidationsanlagen, Trocknern, thermische Prozessanlagen, Öfen, oder dergleichen), Brennstoffzellen und Brennstoffzellensystemen, insbesondere Kühlmittelströmen von Hochtemperatur-Brennstoffzellen und andere industrielle Abwärme ströme in RC- oder ORC-Anlagen der
Fig. 11 beispielhaft gezeigten Art. Neben dem hier gezeigten Beispiel einer Wärme-Kraft-Anlage, insbesondere einer ORC-Anlage 95 kann der erfindungsgemäße Strömungsapparat 50 bzw. ein System 52 aber auch in der chemischen Verfahrenstechnik, der Heiztechnik und ähnlichen Anwendung vorteilhaft eingesetzt werden. - Abschließend soll nun noch kurz auf einen bevorzugten Aufbau eines der Herzstücke des erfindungsgemäßen Strömungsapparats 50 nach
Fig. 3 eingegangen werden. Dabei soll ein bevorzugtes Herstellverfahren für ein Führungsrohr 21 skizziert werden. DieFig. 12a zeigt eine Rohrform des Führungsrohrs 21. Das Führungsrohr 21 weist in einer bevorzugten Ausführung eine Trennwand 22 aus zwei Wandsegmenten 220, 221, insbesondere zwei Trennblechen auf, welche den Innenraum des Führungsrohres 21 diagonal in zwei Bereiche 214, 215 trennen sollen. Die doppelte Ausführung der Wandsegmente 220, 221 bzw. Trennbleche dient dabei der zusätzlichen thermischen Isolation zwischen einem Fluidein- und Fluidaustritt. Der Raum 222 zwischen den Wandsegmenten 220, 221 oder Trennblechen kann entweder hohl oder mit zusätzlichem Isoliermaterial gefüllt sein. Um nun thermische Spannungen zwischen den Wandsegmenten 220, 221 bzw. Trennblechen und dem Mantel 211 des Führungsrohrs 21 einerseits sowie den Montageaufwand andererseits so gering wie möglich zu halten, werden die Wandsegmente 220, 221 bzw. die Trennbleche jeweils nur auf einer Seite mit dem Mantel verschweißt. Die Verschweißung wird dabei vorzugsweise auf im montierten Zustand gegenüberliegenden Seiten des Führungsrohr 21 vorgesehen. Zum Einbringen der Wandsegmente 220, 221 bzw. Trennbleche in den Rohrrohling wird das Führungsrohr 21 vorzugsweise in Längsrichtung mittig in zwei Rohrhälften 21a, 21b getrennt. Die Form der vorgefertigten Wandsegmente 220, 221 bzw. Trennbleche gleicht dabei bevorzugt einer Ellipse, wobei eine Abmessungen der Ellipse insbesondere dem Schnittflächenintegral entspricht, wenn der Rohrrohling in diagonaler Richtung über seine gesamte Länge halbiert würde. In jeder der Rohrhälften 21a, 21b ist jeweils ein Wandsegment 220, 221 bzw. ein Trennblech diagonal so befestigt, vorzugsweise eingeschweißt, dass sich die Wandsegmente 220, 221 bzw. Trennbleche bei einem anschließenden Zusammenfügen der Rohrhälften 21a, 21b nicht berühren. Vor dem abschließenden Zusammenfügen der Rohrhälften 21a, 21b wird vorzugsweise über zumindest eines der Wandsegmente bzw. der Trennbleche, insbesondere über dessen gesamte Länge ein Dichtungsband 224 aufgebracht, insbesondere aufgeschweißt. Das Dichtungsband 224 wird dabei vorzugsweise als V-förmig gefalzter Blechstreifen ausgeführt, kann jedoch auch eine andere geeignete Form aufweisen. Nach dem Zusammenfügen der Rohrhälften 21a, 21b werden in das Führungsrohr 21 in vertikal gegenüberliegender, radialer Anordnung Öffnungen in runder oder schlitzförmiger Ausführung eingebracht. Diese dienen beim späteren Betrieb im erfindungsgemäßen Strömungsapparat 50 als Radialdurchlässe 27, 32. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Öffnungen in Form von Ausnehmungen bereits in Rohrhälften 21a, 21b eingebracht werden, welche bei deren Zusammenfügen die Öffnungen bilden. Die Öffnungen oder Ausnehmungen können dabei bevorzugt aus dem Rohrteil ausgestanzt, ausgeschnitten oder ausgesägt werden. Im montierten Zustand sind dabei die Wandsegmente bzw. Trennbleche und Öffnungen insbesondere so im Führungsrohr 21 angeordnet, dass das einströmende Fluid das Führungsrohr 21 radial nach außen gerichtet verlassen und nach durchströmen des Rohrbündelzwischenraums 30 in das Führungsrohr 21 radial nach innen gerichtet einströmen kann. Weiters können an den Öffnungen Strömungsleitkörper, insbesondere Umlenkbleche angeordnet, insbesondere angeschweißt werden. Das so aufgebaute Führungsrohr kann nun für die weitere Montage des erfindungsgemäßen Strömungsapparats bereitgestellt werden. - Zusammenfassend sind insbesondere folgende bevorzugten Merkmale der Erfindung festzuhalten: Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Führung einer Fluidströmung 10 die einen Anström- und einen Abströmabschnitt 12, 13 mit einer im Wesentlichen parallelen, vorzugsweise koaxialen An- und Abströmachse 14, 15 aufweist. Dabei wird vorgeschlagen, dass die Fluidströmung 10 durch mindestens ein zwischen dem Anströmabschnitt 12 und die Abströmabschnitt 13 angeordneten Führungsmittel 20 in einem Umströmungsabschnitt 17 um einen Umfangswinkel UW die An- und Abströmachse 14, 15 radial umlaufend gelenkt wird, wobei der Umfangswinkel UW größer als 0° ist. Weiters betrifft die Erfindung einen Strömungsapparat 50 zur Durchführung eines Verfahrens umfassend ein erstes Leitungssystem 60 zur Durchleitung eines ersten Fluidstroms 100, wobei das erste Leitungssystem 60 ein Führungsrohr 21 und mindestens ein, eine Strömungsrichtung des Fluidstroms 100 beeinflussendes Führungsmittel 20, 22 umfasst, so dass der Fluidstrom 100 zwischen einem Anströmbereich 61b und einem Abströmbereich 62b des ersten Leitungssystems 60 eine An- und/oder Abströmachse 102, 103 in einem Umströmungsbereich105 um einen Umfangswinkel UW radial umlaufend umströmt.
- Die
Fig. 13a - 13c und14 zeigen Varianten einer Weiterentwicklung des Strömungsapparats 50 nachFig. 3 , welche jeweils zusätzlich eine Bypass-Einrichtung 92 aufweisen. Identische oder zu den im Vorhergehenden Beschriebenen gleichwirkende Merkmale sind in diesen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen kenntlich gemacht. - Gemäß
Fig. 13a weist die Bypass-Einrichtung 92 eine Bypass-Leitung 921 auf, welche sich als beispielhaft zylindrisches Rohr entlang der Hauptachse 213 durch das Führungsrohr 21 des ersten Leitungssystems 60 erstreckt. Vorzugsweise ist die Bypass-Leitung 921 dabei koaxial zur Hauptachse 213 ausgerichtet und insbesondere konzentrisch zu dieser ausgebildet. Dabei durchstößt oder durchbricht die Bypass-Leitung 921 die im Führungsrohr 21 angeordnete Trennwand 22, so dass über die Bypass-Leitung 921 der über den Eingangsanschluss 61 anströmende erste Fluidstrom 100 in Richtung des Ausgangsanschlusses 62 abströmen kann, ohne über das Führungsmittel 20, 22 in den Umströmungsbereich105 zu gelangen. In bevorzugter Ausführung ist die Bypass-Leitung 921 als isolierte, insbesondere doppelwandige Leitung bzw. isoliertes, insbesondere doppelwandiges Rohr ausgebildet, um eine thermische Kopplung zwischen dem in der Bypass-Leitung 921 strömenden Anteil ABP des ersten Fluidstroms 100 und dem sich im Führungsrohr 21 ausbreitenden Anteil 1 - ABP zu unterbinden, zumindest jedoch zu reduzieren. - Neben der Bypass-Leitung 921 weist die Bypass-Einrichtung 92 gemäß
Fig. 13a einen Bypass-Steller 922 auf. Dem Bypass-Steller 922 kommt dabei insbesondere die Aufgabe zu, einen Anteil ABP des über die Bypass-Leitung 921 abströmenden Fluidstroms 100 des über den Eingangsanschluss 61 anströmende erste Fluidstroms 100 wähl- oder einstellbar, insbesondere regelbar auszuführen oder zu gestalten. Der Anteil ABP kann dabei einen Wert zwischen 0% und 100%, insbesondere zwischen 20% und 80%, vorzugsweise zwischen ca. 30% und 70% aufweisen. Der Bypass-Steller 922 gemäßFig. 13a umfasst dabei mindestens eine Klappe 923 und einen der Klappe 923 entgegen der Strömungsrichtung vorgelagerten Strömungsteiler 924. Im Beispiel nachFig. 13a ist dabei der Eingangsanschluss 61 des Strömungsapparats 50 direkt am Strömungsteiler 924 angeordnet, während die Klappe 923 an oder in der Bypass-Leitung 921 angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Klappe 923 dabei in dem, dem Eingangsanschluss 61 zugewandten Endbereich der Bypass-Leitung 921 angeordnet. - Befindet sich die Klappe 923 in der Offenstellung oder, wie in
Fig. 13a gezeigt, in einer Teiloffenstellung wird zumindest ein Teil entsprechend dem Anteil ABP des anströmenden Fluidstroms 100 über die Bypass-Leitung 921 abgeführt, wobei die Bypass-Leitung 921 vorzugsweise einen gegenüber dem ersten Leitungssystem 60 niedrigere Druckdifferenz bzw. geringeren Strömungswiderstand aufweist. Dadurch steht im Umströmungsbereich 105 ein entsprechend reduzierter Anteil 1 - ABP für die Wechselwirkung mit dem weiteren Fluidstrom 340 zur Verfügung. Wird die Klappe 923 geschlossen, strömt der anströmende Fluidstrom 100 vollständig durch das erste Leitungssystem 60 und steht damit vollständig im Umströmungsbereich105 an. - Die Bypass-Leitung 921 mündet gemäß der Ausführung nach
Fig. 13a in einen trichterartigen Strömungssammler 925, welcher die über das erste Leitungssystem 60 strömenden Anteile 1 - ABP und die über die Bypass-Leitung 921 strömenden Anteile ABP des ersten Fluidstroms 100 im Anschluss an den Umströmungsbereich 105 wieder zusammenführt und dem Ausgangsanschluss 62 zuleitet. - Optional können, wie in
Fig. 13a über die gestrichelten Einsätze im Bereich des Strömungsteilers 924 bzw. des Strömungssammlers 925 angedeutet, Strömungskörper 93 zur Optimierung eines lokalen Strömungsverlaufs, insbesondere zur Reduktion oder Unterdrückung von Turbulenzbildung und/oder Reduktion eines lokalen Strömungswiderstandes angeordnet. Abweichend von der beispielhaften Darstellung nachFig. 13a sind die Strömungskörper 93 dabei symmetrisch, insbesondere an die räumliche Gestalt des Führungsrohrs 21 und/oder der Bypass-Leitung 921 angepasst, vorzugsweise angepasst symmetrisch ausgebildet. Im Falle der beispielhaften Ausbildung des Führungsrohrs 21 als entlang der Hauptachse 213 erstreckter Hohlzylinder sind die Strömungskörper 93 dabei selbst zylindersymmetrisch ausgebildet und weisen eine der Strömung zugewandte Umlenkfläche 931 auf. Die Umlenkfläche 931 kann dabei ein in Umfangsrichtung konstantes Querschnittsprofil aufweisen. Ebenso kann es jedoch vorteilhaft sein, wenn die Umlenkfläche 931 ein mit dem Umfangswinkel variierendes Querschnittsprofil aufweist. Dies mag insbesondere dann von Vorteil sein, wenn die aus dem Umströmungsbereich 105 abströmenden Teilströme 104 nicht gelichmäßig über den Umfangswinkel verteilt sind, sondern insbesondere bevorzugte Bereiche über die Umfangslinie aufweisen. -
Fig. 13b zeigt eine zweite Variante eines Strömungsapparats 50 mit analog zuFig. 13a angeordneter Bypass-Einrichtung 92. Abweichend zum vorhergehenden Beispiel nachFig. 13a erstreckt sich die Bypass-Leitung 921 bis direkt an den Eingangsanschluss 61. Der Strömungsteiler 924 wird dabei durch Durchlässe, insbesondere Schlitze im sich an den Eingangsanschluss 61 anschließenden Endabschnitt der Bypass-Leitung 921 gebildet. Durch diese Durchlässe kann ein Anteil 1 - ABP des über den Eingangsanschluss 61 anströmenden Fluidstroms 100 in das erste Leitungssystem 60, insbesondere in den Umströmungsbereich 105 gelangen. - Zur Einstellung des über die Bypass-Leitung 921 strömenden Anteils ABP weist der Bypass-Steller 922 im Beispiel nach
Fig. 13b zwei Klappen 923, 923a auf, wobei die Klappe 923 sich an den Endabschnitt der Bypass-Leitung 921 mit den Durchlässen anschließt. Die zweite Klappe 923a ist in einem dem Ausgangsanschluss 62 zugewandten Endbereich der Bypass-Leitung 921 vorgesehen. Die zweite Klappe 923a dient dabei dazu, einen möglichen Rückfluss aus dem Strömungssammler 925 über die Bypass-Leitung 921 zu unterbinden. Der Strömungssammler 925 ist dabei analog zum Beispiel nachFig. 13a ausgebildet. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Bypass-Leitung 921 bezüglich ihrer beiden Endbereich symmetrisch aufgebaut oder ausgebildet ist, so dass auch Strömungsteiler 924 und Strömungssammler 925 analog zu einander aufgebaut sind. - Alternativ ist es auch denkbar, dass wie im Beispiel nach
Fig. 13a keine zweite Klappe 923a in der Bypass-Leitung 921 vorgesehen ist. Umgekehrt kann das Beispiel nachFig. 13a dahingehend modifiziert werden, dass in Analogie zum Beispiel nachFig. 13b eine zweite Klappe 923a in der Bypass-Leitung 921 vorgesehen wird. - In der Wirkungsweise bezüglich Einstellung der Anteile ABP, 1 - ABP entspricht das Beispiel nach
Fig. 13b der Ausführung nachFig. 13a . Sollte eine zweite Klappe 923a, wie inFig. 13b gezeigt, vorgesehen sein, ist es vorteilhaft, wenn die beiden Klappen 923, 923a bezüglich der Umschaltung zwischen einer geschlossenen und einer offenen Stellung synchronisiert bewegt werden. Es kann jedoch auch Anwendungen oder Betriebszustände des Strömungsapparats 50 geben, in denen es günstig ist, die Klappen 923, 923a unabhängig voneinander zu verfahren bzw. einzustellen. -
Fig. 13c zeigt eine dritte Variante eines Strömungsapparats 50 mit analog zuFig. 13a angeordneter Bypass-Einrichtung 92. Diese Variante greift dabei die Durchlässe in Bypass-Leitung 921 aufweisende Ausbildung des Strömungsteilers 924 nachFig. 13b auf, wobei die Klappe 923 des Bypass-Stellers 922 durch eine Schieberanordnung 926 ersetzt wurde. - Die Schieberanordnung 926 weist dabei eine die Durchlässe in zumindest einer Stellung verschließende Schiebehülse 926a auf, wobei die Schiebehülse 926a zur Umschaltung von einer Offenstellung in eine Schließstellung axial und/oder radial verschoben und/oder verdreht wird. Eine Schaltcharakteristik zur Steuerung bzw. Einstellung des Anteils 1 - ABP kann dabei u.a. über die Anzahl, Form und/oder Platzierung der Durchlässe in der Bypass-Leitung 921 bestimmt werden. Grundsätzlich ist es auch denkbar, verschiedene Durchlässe, insbesondere verschieden angeordnete Durchlässe mittels mehreren Schiebehülsen 926a oder anderen für das Verschließen von flächigen Durchlässen geeigneten Verschlusselementen vorzusehen.
- Weitere Varianten eines Strömungsapparats nach
Fig. 13a bis 13c ergeben sich u. a. durch Kombination der in den Beispielen einzeln gezeigten Merkmale. - In Abweichung zu den in den
Fig. 13a bis 13c exemplarisch gezeigten Ausführungen eines Strömungsapparats 50 mit Bypass-Einrichtung 92 zeigtFig. 14 einen alternativen Strömungsapparat 50 mit Bypass-Einrichtung 92, welche eine außenliegend angeordnete Bypass-Leitung 921 aufweist. Der Bypass-Steller 922 umfasst im Beispiel nachFig. 14a eine Klappe 923, welche in einem eingangsseitigen Abschnitt des Führungsrohres 21 angeordnet ist. - Die Bypass-Leitung 921 ist dabei vorzugsweise als ein das erste Leitungssystem 60, insbesondere den Rohrmantel 29 zumindest teilweise, vorzugsweise nahezu vollständig aufnehmender und/oder umschließender rohrartiger Hohlkörper 927 ausgebildet oder ausgeführt. Der Hohlkörper 927 erstreckt sich im Beispiel nach
Fig. 14a entlang der Hauptachse 213 parallel zum Führungsrohr 21. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Hohlkörper 927 das Führungsrohr derart aufnimmt oder umschließt, dass der Eingangs- und Ausgangsanschluss 61, 62 des ersten Leitungssystems 60 als, insbesondere stirnseitig am Hohlkörper 927 angeordnete Flansche ausgebildet sind. - Ein sich an den Eingangsanschluss 61 anschließender, trichter- oder fächerartiger Abschnitt des Hohlkörpers 927 bildet dabei im vorliegenden Beispiel den Strömungsteiler 924 des Bypass-Stellers 922. Die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse 71, 72 des zweiten Leitungssystems 70, welche analog zum beispielhaften Strömungsapparat 50 nach
Fig. 3 am Verteilerkopf 73 angeordnet sind, werden dabei durch den Hohlkörper 927 hindurchgeführt, so dass sie aus der Wandung des Hohlkörpers 927 herausragen und innerhalb des vom Hohlkörpermantel umschlossenen Bereichs zwischen Rohrmantel 29 und Innenmantelfläche des Hohlkörpers 927 zumindest teilweise vom Anteil ABP des ersten Fluidstroms 100 umströmt werden können. In Richtung auf den Ausgangsanschluss 62 zu geht der Hohlkörper 927 über einen analogen trichter- oder fächerartigen Abschnitt, welcher den Strömungssammler 925 bildet, in Ausgangsanschluss 62 über. - Ergänzend zu der Klappe 923 kann in einem dem Ausgangsanschluss 62 zugewandten Endabschnitt des Führungsrohrs 21 zusätzlich eine optionale zweite Klappe 923a angeordnet sein. Aufgabe der Klappe 923a ist dabei analog zum Beispiel nach
Fig. 13b , eine Rückströmung in das Führungsrohr 21 zu verhindern, zumindest aber zu reduzieren. - Die im Führungsrohr 21 angeordnete Klappe 923 ist dabei dazu vorgesehen oder ausgebildet einen über das erste Leitungssystem 60 strömenden Anteil 1 - ABP wählbar einstellbar oder regelbar bereitzustellen. Bei einer voll geöffneten Klappe 923 bzw. bei voll geöffneten Klappen 923, 923a wird der Anteil 1 - ABP maximiert, während eine voll geschlossene Stellung der Klappe 923 bzw. der Klappen 923, 923a zu einer Maximierung des Anteil ABP des über die Bypass-Leitung 921 abströmenden Anteils des ersten Fluidstroms 100 führt.
- Bevorzugt ist der im Beispiel nach
Fig. 14a vorgesehene Hohlkörper 927 dabei als isolierter Hohlkörper, insbesondere doppelwandiger Hohlkörper ausgebildet, um eine ungünstige Aufheizung der Außenwand des Hohlkörpers 927 bei aktiviertem Bypass, d.h. bei im Wesentlichen geschlossener Klappe 923, zu unterbinden, zumindest jedoch zu reduzieren. -
Fig. 14b zeigt nun eine zweite Variante eines Strömungsapparats 50 mit außen angeordneter Bypass-Leitung 921 in Form eines Hohlkörpers 927, wie er bereits aus dem im Vorhergehenden beschriebenen Beispiel nachFig. 14a bekannt, auf deren Beschreibung hinsichtlich der Bypass-Leitung 921 bzw. des Hohlkörpers 927 an dieser Stelle verwiesen wird. - Abweichend zur Ausführung nach
Fig. 14a ist der Bypass-Steller 922 in zum Beispiel nachFig. 13c analoger Weise als Schieberanordnung 926 ausgeführt. Dabei erstreckt sich das Führungsrohr 21 über die volle Strecke zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangsanschluss 61, 62 und ist in den Überlappungsbereichen mit den ausFig. 14a bekannten Strömungsteiler 924 und Strömungssammler 925 mit schlitzartigen Durchlässen versehen. Zumindest die in Richtung des Eingangsanschlusses 61 vorgesehen Durchlässe sind dabei mittels einer Schieberanordnung 926 wählbar, einstellbar öffen- und schließbar. Im Beispiel nachFig. 14b ist darüber hinaus eine zweite Schieberanordnung 926a zum Öffnen und Schließen der dem Ausgangsanschluss 62 naheliegenden Durchlässe vorgesehen, welche jedoch optional auch entfallen kann. Dieser zweiten Schieberanordnung 926a kommt dabei eine analoge Aufgabe zu wie die zweite Klappe 923a aus den Beispielen nachFig. 13b oder14a , so dass auf die diesbezügliche Beschreibung verwiesen wird. Die Schieberanordnungen 926, 926a können dabei als Axial- und/oder Drehschieber ausgebildet sein, wie sie bereits im Beispiel nachFig. 13c beschrieben wurden. - Gegenüber den Ausführungen eines Strömungsapparats 50 nach
Fig. 14a und14b kann es in bestimmten Ausführungen auch vorteilhaft sein, wenn die Bypass-Leitung 921 nicht als umschließender Hohlkörper 927 ausgebildet, sondern als ein oder mehrere sich an der Außenwand des Rohrmantels 29 erstreckender Bypass-Kanal. - Ergänzend zu den Beispielen nach den
Fig. 13a bis 14b kann es auch vorteilhaft sein, wenn der Bypass-Steller 922 wechselweise die Bypass-Leitung 921 und das Führungsrohr 21 verschließen kann, was eine Eindeutigkeit der Strömungsführung über den Umströmungsabschnitt 17 und/oder den Bypass begünstigt. Dabei sind die jeweiligen Drosselstellungen, insbesondere ein effektiv wirksamer und durch den Bypass-Steller 922 freigebbarer bzw. freigegebener Strömungsquerschnitt an den Eingangsabschnitten von Bypass-Leitung 921 und Führungsrohr 21 günstigerweise umgekehrt proportional zueinander.
Claims (18)
- Strömungsapparat (50) aufweisend ein erstes Leitungssystem (60) zur Durchleitung eines ersten Fluidstroms (100), wobei das erste Leitungssystem (60) ein Führungsrohr (21) und mindestens ein, eine Strömungsrichtung des ersten Fluidstroms (100) beeinflussendes Führungsmittel (20, 22) und/oder mindestens einen Strömungskörper (80) umfasst, wobei der erste Fluidstrom (100) zwischen einem Anströmbereich (61b) und einem Abströmbereich (62b) des ersten Leitungssystems (60) eine An- und/oder Abströmachse (102, 103) in einem Umströmungsbereich (105) um einen Umfangswinkel UW radial umlaufend umströmt, wobei der Umfangswinkel UW vorzugsweise im Wesentlichen ein ganzzahliges Vielfaches von 30°, 45°, 60°, 90°, 180° oder 360° ist, und mindestens ein weiteres Leitungssystem (70) zur Durchleitung eines weiteren Fluidstroms (340), wobei jedes der Leitungssysteme (60, 70) vorzugsweise mindestens je einen Eingangs- und je einen Ausgangsanschluss (61, 62; 71, 72) zur Zu- bzw. Ableitung des jeweiligen Fluidstroms (100, 340) aufweist, wobei eine Hauptströmungsachse (341) des weiteren Fluidstroms (340) im Wesentlichen parallel zur An- und/oder Abströmachse (102, 103) des ersten Fluidstroms (100) ausgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Führungsrohr (21), insbesondere zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangsanschluss (61, 62), mindestens eine schräg durch einen Längsquerschnitt des Führungsrohrs (21) verlaufende Trennwand (22) als ein Führungsmittel (20) angeordnet ist, wobei das Führungsrohr (21) im vom Rohrmantel (29) umschlossenen Bereich in seinem Mantel (211) jeweils mindestens einen, vorzugweise mehrere Radialdurchlässe (27; 32) zum Durchtritt des ersten Fluidstroms (100) aus dem Führungsrohr (21) in den Zwischenraum (30) bzw. zum Durchtritt aus dem Zwischenraum (30) in das Führungsrohr (21) entlang einer Strömungsrichtung des ersten Fluidstroms (100) aufweist.
- Strömungsapparat (50) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bzw. die Radialdurchlässe (27; 32) bezogen auf den Umfang des Führungsrohr (21) schlitzartig ausgebildet ist/sind.
- Strömungsapparat (50) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung des ersten Fluidstroms (100) zumindest auf einer vom Eingangsanschluss (61) in Richtung auf die Trennwand (22) hinweisenden Teil des Führungsrohrs (21) im Bereich mindestens eines Radialdurchlasses (27) mindestens ein Strömungsleitkörper (64) vorgesehen ist, der sich vorzugsweise in das Führungsrohr (21) erstreckt.
- Strömungsapparat (50) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Umlaufsinn von Teilströmen (260) im Umströmungsabschnitt (17) über den Strömungsleitkörper (64) eingestellt wird.
- Strömungsapparat (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (22) einen vom Eingangsanschluss (61) kommenden anströmungsseitigen Bereich (214) des Führungsrohrs (21) von einem auf den Ausgangsanschluss (62) zugehenden abströmungsseitigen Bereich (215) trennt, wobei die Trennwand (22) als geradlinig, ebene, zumindest in einer auf der Hauptachse (213) senkrechten Achse verkippte Wand ausgeführt oder einem Flächenprofil, insbesondere einem von der Axialposition entlang der Hauptachse (213) abhängigen Flächenprofil folgend ausgebildet oder geformt ist.
- Strömungsapparat (50) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (22) doppelwandig ausgeführt ist, wobei ein erstes Wandsegment (220) insbesondere mit dem anströmungsseitigen Bereich (214) eines Mantels (211) bzw. des Führungsrohrs (21) verbunden, während ein zweites Wandsegment (221) mit dem abströmungsseitigen Bereich (215) verbunden ist.
- Strömungsapparat (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Strömungsquerschnitt QE eines dem Eingangsanschluss (61) zugewandten Teils des Führungsrohrs (21) entlang der Strömungsrichtung des ersten Fluidstroms (100) im Wesentlichen im gleichen Maße abnimmt wie ein zweiter Strömungsquerschnitt QA eines dem Ausgangsanschluss (62) zugewandten Teils des Führungsrohrs (21) entlang der Strömungsrichtung des ersten Fluidstroms (100) zunimmt.
- Strömungsapparat (50) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem Leitungssystem (60; 70) insbesondere an Querschnittsübergängen oder Strömungsrichtungsumlenkungen ein Strömungskörper (80) angeordnet ist.
- Strömungsapparat (50) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskörper (80) hülsenartig ausgebildet ist, wobei er zumindest einen Umlenkkörper (81) zur Beeinflussung einer Strömungsrichtung einer den Strömungskörper im Betrieb umgebenden Fluidströmung aufweist, und als, vorzugsweise auswechselbares Element in die jeweiligen Verrohrungsposition des Leitungssystems des Strömungsapparates einsetzbar bzw. eingesetzt ist.
- Strömungsapparat (50) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskörper (80) einen Lenkungsabschnitt (81) zur Umlenkung der Fluidströmung und einen Anordnungsabschnitt (82) zur Anordnung in den dazu vorgesehenen Leitungsabschnitten aufweist, wobei der Lenkungsabschnitt (81) symmetrisch, insbesondere spiegel- oder rotationssymmetrisch bezüglich der Hauptströmungsachse (341) ausgebildet oder eine in Abhängigkeit von den lokal auftretenden Strömungscharakteristika eine unsymmetrische Gestalt aufweist.
- Strömungsapparat (50) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkungsabschnitt (81) über eine Trägerstruktur (84) mit dem Anordnungsabschnitt (82) verbunden ist, wobei vorzugsweise die strömungsleitenden Eigenschaften des Lenkungsabschnitts (81) in Abhängigkeit von Strömungsparametern (z. B. Druck, Temperatur und/oder Fließgeschwindigkeit, Zusammensetzung etc.) ändernd ausgebildet sind.
- Strömungsapparat (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsapparat (50) weiters eine Bypass-Einrichtung (92) aufweist, vermittels derer der erste Fluidstrom (100) zumindest teilweise und/oder ein einstellbarer, vorzugsweise regelbarer Anteil zwischen 0 bis 100% des Fluidstroms (100) am ersten Leitungssystem (60), insbesondere am Umströmungsabschnitt (17) des ersten Leitungssystems (60) vorbeigeführt werden kann.
- Strömungsapparat (50) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypass-Einrichtung (92) zumindest eine Bypass-Leitung (921) und einen Bypass-Steller (922) aufweist, wobei die Bypass-Leitung (921) vorzugsweise zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangsanschluss (61, 62) des ersten Leitungssystems (60) angeordnet ist.
- Strömungsapparat (50) nach mindestens einem Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Rohrmantel (29) eine Vorrichtung (910) zur Abscheidung und zum Austrag von Partikeln (910) vorgesehen ist, welche einen Abscheider (910), einen Sammelbereich (911) und eine Fördereinheit (912), insbesondere eine Austragsschnecke (912a), umfasst.
- Strömungsapparat (50) nach mindestens einem Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an die Ausgangskammer (731) bzw. an den Ausgangsanschluss (72) bzw. an den Ausgangsstutzen (72a) ein Tropfenabscheider (90) angeordnet ist, welcher vorzugweise an dem Verteilerkopf (73) befestigt, in dem Verteilerkopf (73) aufgenommen oder in diesen integriert ist.
- Strömungsapparat (50) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das in einem Abscheideraum (900) des Tropfenabscheiders gesammelte Kondensat über zumindest eine Rückführleitung (901) der Eingangskammer (730) oder zumindest einer Zwischenkammer (734) zugeführt werden kann.
- System (52) aus mindestens zwei Strömungsapparaten (50.1, 50.2) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Strömungsapparate (50.1, 50.2) sequentiell mit einander verbunden sind, wobei der Ausgangsanschluss (62.1) des ersten Leitungssystems (60.1) des ersten Strömungsapparats (50.1) im Wesentlichen direkt dem Eingangsanschluss (61.2) des ersten Leitungssystems (60.2) des zweiten Strömungsapparats (50.2) verbunden ist, und wobei der Ausgangsanschluss (72.1) des zweiten Leitungssystems (70.1) des ersten Strömungsapparats (50.1) über eine Verbindungsleitung (75) mit dem Eingangsanschluss (71.2) des zweiten Leitungssystems (70.2) des zweiten Strömungsapparats (50.2) verbunden ist.
- Wärme-Kraft-Anlage (95), insbesondere Anlage zur Gewinnung von mechanischer und/oder elektrischer Energie nach einem Rankine-Zyklus, mit mindestens einem Strömungsapparat (50, 50.1, 50.2) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 und/oder einem System (52) gemäß Anspruch 17, wobei vorzugsweise der weitere Fluidstrom (340) des Strömungsapparats (50, 50.1, 50.2, 52) durch ein Arbeitsmedium, insbesondere ein organisches Arbeitsfluid, gebildet ist, wobei das Arbeitsmedium durch Wärmeübertrag von einem ersten Fluidstrom (100) zumindest teilweise im Strömungsapparat (50, 50.1, 50.2, 52) verdampft werden kann.
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