DE69701288T2

DE69701288T2 - Vorrichtung zur beseitigung von kugeln aus einer kühlmittelleitung

Info

Publication number: DE69701288T2
Application number: DE69701288T
Authority: DE
Inventors: Hans-Werner Schildmann; Hartono Widjaja
Original assignee: Taprogge GmbH
Current assignee: Taprogge GmbH
Priority date: 1996-06-21
Filing date: 1997-04-19
Publication date: 2000-07-20
Anticipated expiration: 2017-04-20
Also published as: DE29610898U1; EP0906550A1; KR100453203B1; JP3708968B2; DE69701288D1; EP0906550B1; JP2000512728A; WO1997049964A1; US6223809B1; KR20000034786A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden von Kugeln zum Reinigen der Rohre eines Wärmetauschers, Kondensators oder ähnlichem aus einer Kühlmittelleitung, mit
- der Kühlmittelleitung, die eine Wandung hat,
- einem im Auslaßbereich des Wärmetauschers angeordneten und an der Wandung befestigten Sieb,
- durch das der freie Querschnitt der Kühlmittelleitung zum Auffangen der Kugel abdeckbar ist und
- das in Fließrichtung des Kühlmediums den freien Querschnitt für das Kühlmittel zum Sammeln der Kugel fortschreitend einschränkt, und
- einer Abführleitung,
- die in Fließrichtung des Kühlmediums hinter dem Sieb derart angeordnet ist, daß
- die von dem Sieb gesammelten Kugeln in die Abführleitung geführt werden und die Kühlmittelleitung über die Abführleitung verlassen, wobei
- das Sieb von der Wandung der Kühlmittelleitung aus trichterförmig zu der Öffnung der Abführleitung verläuft und
- Öffnungen für den Austritt von Kühlmedium in der Abführleitung in der Kühlmittelleitung angeordnet sind.
Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art - DD 218 168 A1 - ist die Abführleitung mit dem trichterförmigen Sieb durch einen geschlossenen, ersten Abschnitt der Abführleitung verbunden. Stromabwärts dieses Abschnitts der Abführleitung hat diese ein schräg verlaufendes offenes Ende, das in Bezug auf die Fließrichtung des Kühlmediums unter einem Winkel angeordnet und mit einem Gitter bedeckt ist, das mit der Kante der Wandung der Abführleitung verbunden ist, die die Öffnung umgibt. An dem keilförmigen, niedrigeren Ende des offenen Endes des stromabwärtigen Endes der Abführleitung ist ein Saugrohr angeschlossen, das einen kleinen Durchmesser hat und dazu dient, die Kugeln von dem Gitter zu einem Auslaß abzuführen. Dementsprechend müssen die Kugeln, die in dem trichterförmigen Sieb gesammelt werden, und das Kühlmittel, das in dem mittleren Bereich der Kühlmittelleitung fließt, den geschlossenen ersten Abschnitt der Abführleitung passieren, bis sie das Gitter erreichen, bei dem ein Hauptanteil des Kühlmediums durch das Gitter in der Fließrichtung des Kühlmediums hindurchtritt, während die Kugeln, die über das Saugrohr abgeführt werden dazu neigen, unter dem Druck des Kühlmediums, das durch die Öffnungen des Gitters hindurchtritt, gegen das Gitter gedrückt zu werden.
In anderen bekannten Vorrichtungen dieser Art z. B. für Wärmetauscher werden zum Abscheiden von Kugeln aus der Kühlmittelleitung drehbar gelagerte Siebe benutzt, deren Siebflächen in der aktiven Stellung gegenüber der Strömungsrichtung derart geneigt sind, daß die Kugeln über die Sieboberfläche einem Auslaß in der Kühlmittelleitung zugeführt werden. Von hier aus werden sie mittels der Abführleitung und einer Pumpe abtransportiert und an den Einlaßbereich des Wärmetauschers zurückgeführt. Wenn die Siebe in eine inaktive Lage verschwenkt sind, strömt das Kühlmittel ungehindert durch die Siebe hindurch, und die Siebe werden rückgespült und so von anhaftenden Verschmutzungen befreit.
Bei kleineren Wärmetauschereinrichtungen führen die bekannten Vorrichtungen mit Siebeinrichtungen durch den komplizierten Aufbau, den Antrieb sowie die Steuerung der beweglichen Siebteile sowie deren Abdichtung zu einer erheblichen Verteuerung der Anlage.
Es besteht daher die Aufgabe, eine Siebeinrichtung der Vorrichtung in kostengünstigerer Bauweise zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Öffnungen in der Abführleitung in Fließrichtung unmittelbar hinter dem Übergang zwischen dem Sieb und der Abführleitung angeordnet sind, die Öffnungen in der kreisförmigen Wandung des offenen Endes der Abführleitung gebildet sind und die Öffnungen in der Axialrichtung der Abführleitung verlaufen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist - wie bekannte Einrichtungen - eine Abführleitung und ein Sieb auf, das den freien Querschnitt der Kühlmittelleitung abdeckt und sich von der Wandung der Kühlmittelleitung bis zu der Öffnung der Abführleitung hin erstreckt. Das Sieb der vorgeschlagenen Einrichtung ist fest mit der Wandung der Kühlmittelleitung verbunden und ist dadurch ein dauernd betriebener Bestandteil in dem geschlossenen Kühlkreislauf.
Die Reinigungsvorgänge laufen mindestens periodisch ab zur Beseitigung von Korrosion und/oder von Ablagerungen in den Wärmetauscherrohren bzw. Anhäufungen von Kleinstteilen. Die Kugeln lösen die Ablagerungen, die ihrerseits die Siebeinrichtung mühelos passieren, so daß das Sieb selber durch den Dauerbetrieb und die ausgetragenen Partikel in seiner Funktion nicht beeinträchtigt wird.
Durch die Befestigung des Siebes in der Kühlmittelleitung ist der technische Aufwand bei dieser Einrichtung gegenüber den beweglichen Sieben wesentlich geringer. Gleichzeitig wird die Stabilität der Anordnung erheblich erhöht, wodurch Stütz- und Halterahmen für das Sieb überflüssig werden. Das senkt die Herstellungskosten und führt auch zu einer starken Vereinfachung in der Fertigung.
Die beweglichen Siebe schränken die konstruktiven Möglichkeiten von vornherein stark ein und bedingen einen Kompromiß zwischen den Anforderungen an die bewegliche Lagerung und den Anforderungen für eine günstige Sammelwirkung.
Das Problem der Übergabe vom Sieb an den Auslaß und die Abführleitung läßt sich konstruktiv einfach lösen, da sie auch eine feste Verbindung des Siebes an der Abführleitung gestattet. So werden alle in dem Kühlmedium enthaltenen Kugeln durch das Sieb in die Abführleitung geleitet.
Dem Sieb steht der gesamte freie Querschnitt der Kühlmittelleitung zur Verfügung. Dadurch verringert sich der Strömungswiderstand im Vergleich zu nicht feststehenden Siebeinrichtungen, da bei beweglichen Sieben durch Blenden oder rahmenförmige Stabilisatoren für die Siebe der freie Querschnitt eingeschränkt wird.
Das Sieb verläuft in Form eines Trichters von der Wandung der Kühlmittelleitung aus trichterförmig zu der Öffnung der Abführleitung hin. Durch die Trichterform des Siebes ergibt sich eine intensive Sammelwirkung. Die Siebwirkung des trichterförmigen Siebes erlaubt den Aufbau der Einrichtung bei einer geringen Baulänge. So weist die vorgeschlagene Siebeinrichtung gegenüber mit beweglichen Sieben zusätzlich zu der einfacheren Bauform auch eine geringere Baulänge auf.
Das Sieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann als einfacher gerader oder schräger Kegelmantel verwirklicht werden, je nach Anordnung der Abführleitung in der Kühlmittelleitung. Vorteilhafterweise wird das trichterförmige Sieb aber symmetrisch zu der Achse der Kühlmittelleitung ausgebildet, also rotationssymmetrisch. Damit ist sichergestellt, daß in jeder Ebene senkrecht zu der Mittelachse der Kühlmittelleitung an der Oberfläche des Siebes für die Geschwin digkeit der Kugeln an jeder Stelle die gleichen Bedingungen herrschen. Ferner treten in der Abwicklung der kegel- oder zylinderförmigen Einzelteile nur Geraden oder Kreislinien auf. Das vereinfacht den Zuschnitt der Materialien in der Fertigung und senkt damit die Kosten.
Im Übergangsbereich zwischen Sieb und Abführleitung ändern sich die Strömungsbedingungen für das Kühlmittel durch die Änderung der Geometrie erheblich. Um thermodynamische Verluste zu minimieren ist die Strömungsgeschwindigkeit in der Abführleitung in der Regel deutlich geringer als in der Kühlmittelleitung. Ferner kann in diesem Übergangsbereich die Komponente der Geschwindigkeit einer Kugel, die senkrecht zur Oberfläche des Siebes steht, gleich groß oder sogar größer als die tangentiale Komponente der Geschwindigkeit sein. Das kann zur Folge haben, daß sich Kugeln in dem Übergangsbereich zwischen Sieb und Abführleitung ansammeln können. Sie stehen damit für Reinigungsdurchläufe nicht länger zur Verfügung und führen im Extremfall sogar zur Verstopfung der Siebeinrichtung.
Für einen hohen Wirkungsgrad der Anlage ist es wünschenswert, daß es auch bei geringer Menge an zurückzuführenden Kugeln an der kritischen Übergangsstelle nicht zu Ansammlungen bzw. Blockaden durch Kugeln kommt. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind dazu in der kreisförmigen Abführleitungswandung des offenen Endes der Abführleitung die Öffnungen angeordnet. Sie befinden sich in dem Bereich der Abführleitung, der in der Kühlmittelleitung verläuft. In Fließrichtung des Kühlmittels gesehen, sind die Öffnungen unmittelbar hinter dem Übergang zwischen dem Sieb und der Abführleitung in dem Bereich angeordnet, in dem auf den mit hoher Eintrittsgeschwindigkeit fließenden Volumenstrom aufgrund des geringen Durchmessers der Abführleitung ein vergleichsweise hoher Strömungswiderstand wirkt.
Erfindungsgemäß sollen die zur Oberfläche des Siebes parallel verlaufenden bzw. tangential gerichteten Geschwindigkeitskomponenten der Kugeln bei dem Eintritt in den Absaugquerschnitt, die Öffnung der Abführleitung, für den sicheren Abtransport der Kugeln groß sein. Das ist nur durch einen vergleichsweise großen Volumenstrom erreichbar, der durch die Übergangsstelle in die Abführleitung eintritt. Erfindungsgemäß kann der schnell in die Absaugleitung fließende Volumenstrom benutzt werden, da ein großer Teil dieses Volumenstromes unmittelbar hinter dem Übergang durch die Öffnungen wieder aus der Abführleitung in die Kühlmittelleitung zurück austreten kann, während der andere Teil in den langsamer fließenden Volumenstrom in der Abführleitung übergeht und den weiteren Transport der Kugeln übernimmt. So reduziert sich die Fließgeschwindigkeit innerhalb der Siebeinrichtung nicht und es findet ein sicherer Abtransport der Reinigungskugeln durch den Übergangsbereich zwischen Sieb und Abführleitung statt.
Wie oben aufgeführt worden ist, sind die Öffnungen unmittelbar hinter dem Übergang des trichterförmigen Siebes in der Abführleitung angeordnet und verlaufen jeweils in der Richtung der Abführleitungsachse in der Rohrwandung und in der Abführleitung. An dieser Stelle verengt sich der freie Rohrquerschnitt vom Durchmesser der Kühlmittelleitung auf den wesentlich geringeren Durchmesser der Absaugleitung. Der erhöhte Strömungswiderstand hat sich aber in diesem Bereich noch nicht vollständig auf das Kühlmittel ausgewirkt. Dadurch ist eine optimale Minimierung des restlichen Volumenstromes zum Transport der Kugeln in der Abführleitung erreichbar.
Die Kugeln können durch die Öffnungen in der Abführleitung nicht hindurchtreten und verbleiben so in der Abführleitung, wo sie durch den verringerten Volumenstrom mittels Pumpen einsatz abtransportiert werden. Die Öffnungen in der Abführleitung werden dazu vorzugsweise schlitzförmig ausgeführt. Dadurch wird auch eine starke mechanische Schwächung der Abführleitung vermieden.
Die Öffnungen können rechteckige, quadratische oder ovale sowie abgerundete Konturen aufweisen und stellen damit fertigungstechnisch keine besonders hohen Anforderungen. Bei der Bemessung der Breite ist nur der Durchmesser der Kugeln zu berücksichtigen, da die Kugeln auch bei maximal zulässiger Abnutzung und zusätzlich unter dem Einfluß der Strömung nicht durch die Öffnungen aus der Abführleitung in die Kühlmittelleitung austreten dürfen.
Insgesamt weisen die in der beschriebenen Weise in die Wandung der Abführleitung eingebrachten Öffnungen vorzugsweise eine Gesamtfläche auf, die mindestens 20% der Querschnittsfläche der Abführleitung betragen sollte.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist insgesamt einen einfachen Gesamtaufbau bei sehr kompakter Baugröße auf. Sie ist ferner durch ihre Bauweise leicht innerhalb eines Rohrleitungskrümmers in der Kühlmittelleitung unterzubringen. Durch die Nutzung eines hohen Volumenstromes in dem kritischen Übergangsbereich zwischen Sieb und Abführleitung eignet sich die erfindungsgemäße Siebeinrichtung auch für Anlagen mit geringer Kugelrückführmenge, da die Reinigungskugeln diese Schwelle sicher mit einer vergleichsweise hohen Geschwindigkeit durchtreten. Die darauf folgende Minimierung des Volumenstromes durch die Öffnungen in der Abführleitung empfiehlt den Einsatz dieser kompakten Siebeinrichtung besonders in Anlagen mit kleinen Kühlwasserströmen und damit auch geringen thermischen Leistungen, da die thermodynamischen Verluste durch diese Einrichtung aufgrund des geringen Kühlmittel-Transportstromes für das Abscheiden der Kugeln eben falls gering gehalten werden.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch eine Siebeinrichtung 1. Die Siebeinrichtung 1 besteht aus einem trichterförmigen Sieb 2 und einer Abführleitung 3, in der schlitzförmige Öffnungen 4 eingebracht worden sind, die sich an das Ende des trichterförmigen Siebes 2 anschließen.
Im Punkt A ist die Geschwindigkeit H1 an der Oberfläche 5 des trichterförmigen Siebes 2 in vektorieller Zerlegung in ihre Normalkomponente N (senkrecht zu der Oberfläche 5 des Siebes 2) und Tangentialkomponente T (parallel zu der Oberfläche 5) dargestellt worden. Es wird deutlich, daß die Normalkomponente N wesentlich kleiner als die Tangentialkomponente T der Geschwindigkeit ist, so daß sich an der Stelle A keine Kugeln 6 ansammeln können. Eine vergleichbare Situation herrscht bei der Zerlegung der Geschwindigkeit H1 in ihre Normalkomponente N und Tangentialkomponente T auch im Punkt B, unmittelbar vor dem Übergang des trichterförmigen Siebes 2 in die Abführleitung 3. Auch hier verhindert die große tangentiale Komponente T der Geschwindigkeit H1 ein Ansammeln von Kugeln 6.
Strömungslinien S verdeutlichen den Fluß des Kühlmediums durch die Siebeinrichtung 1. Sie zeigen auch, daß durch die Öffnungen 4 in der Abführleitung 3 bei einem Wechsel der Geschwindigkeit von dem hohen Wert H1 zu dem geringeren Wert in der Abführleitung 3 ein wesentlicher Teil des Transportvolumens durch die Öffnungen 4 aus der Abführleitungen 3 wieder in die Kühlmittelleitung 7 austritt.
Aus Stabilitätsgründen ist das symmetrisch zur Mittelachse aufgebaute trichterförmige Sieb 2 mit der Wandung 7a der Kühlmittelleitung fest verbunden und hält so die gesamte Siebeinrichtung 1 im Kühlmittelstrom ohne jeden zusätzlichen Rahmen an den Enden des Siebes 2. An der Verbindungsstelle des Siebes 2 und der Wandung 7a treten damit längs des Umfangs des Innendurchmessers der Kühlmittelleitung 7 gleich große Zugkräfte auf.
Aus der Zeichnung ergibt sich der kompakte und einfache Aufbau einer Siebeinrichtung mit trichterförmigem Sieb.

Claims

1. Vorrichtung zum Abscheiden von Kugeln (B) zum Reinigen der Rohre eines Wärmetauschers, Kondensators oder ähnlichem aus einer Kühlmittelleitung (7), mit

- der Kühlmittelleitung (7), die eine Wandung (7a) hat,

- einem im Auslaßbereich des Wärmetauschers angeordneten und an der Wandung (7a) befestigten Sieb,

- durch das der freie Querschnitt der Kühlmittelleitung (7) zum Auffangen der Kugel (6) abdeckbar ist und

- das in Fließrichtung des Kühlmediums den freien Querschnitt für das Kühlmittel zum Sammeln der Kugel fortschreitend einschränkt, und

- einer Abführleitung (3),

- die in Fließrichtung des Kühlmediums hinter dem Sieb (2) derart angeordnet ist, daß

- die von dem Sieb (2) gesammelten Kugeln (6) in die Abführleitung (3) geführt werden und die Kühlmittelleitung (7) über die Abführleitung (3) verlassen, wobei

- das Sieb (2) von der Wandung (7a) der Kühlmittelleitung (7) aus trichterförmig zu der Öffnung der Abführleitung (3) verläuft und

- Öffnungen (4) für den Austritt von Kühlmedium in der Abführleitung (3) in der Kühlmittelleitung (7) angeordnet sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Öffnungen (4) in der Abführleitung (3) in Fließrichtung unmittelbar hinter dem Übergang zwischen dem Sieb (2) und der Abführleitung (3) angeordnet sind,

- die Öffnungen (4) in der kreisförmigen Wandung des offenen Endes der Abführleitung (3) gebildet sind und

- die Öffnungen (4) in der Axialrichtung der Abführleitung (3) verlaufen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sieb (2) symmetrisch zur Achse der Kühlmittelleitung (7) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (4) in der Abführleitung (3) schlitzförmig sind.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (4) in der Abführleitung (3) rechteckige, quadratische oder ovale sowie abgerundete Konturen aufweisen.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (4) in der Abführleitung (3) in der Summe ihrer Flächen größer als 20% der Querschnittsfläche der Abführleitung (3) sind.