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Das Stammpatent Nr. 238741 betrifft einen luftgekühlten Kondensator zur Kondensation des Ab- dampfes von Dampfkraftmaschinen, bestehend aus einem Wärmeaustauscher und einem regelbaren Gebläse für die Kühlluftförderung, der dadurch gekennzeichnet ist, dass bei Querstromführung der im Wärmeaustausch stehenden Medien und volldephlegmatorischerdampfkondensatffihrung der freie Strömungsquerschnitt für den Dampf im Wärmeaustauscher entsprechend der Abnahme des Massenflusses infolge der Kondensation abnehmend ausgebildet ist, u. zw. derart, dass er am Ende des Dampfweges noch zirka 8-10 o des Dampfeintrittsquerschnittes beträgt.
Zu diesem Zweck wird der Wärmeaustauscher aus Rohrwänden aufgebaut, die aus innenberippten Rohren mit rechteckigem Querschnitt gebildet wurden. Die Rohrwände sind mit Flacheisen als Distanzleisten in einer Form zusammengestellt, dass bei senkrecht stehenden Rohren Dampfgassen entstehen, die in ihrer Gesamtheit den Dampfraum des Wärmetauschers darstellen. Die Dampfführung in den Gassen wird durch Führungsleisten bewirkt, die gleichzeitig die Gassen in Kondensationszonen und Unterkühlungszonen aufteilen. Durch die Lage der Führungsleisten in den Kondensationszonen vermindert sich der freie Strömungsquerschnitt des Dampfes in den Gassen entsprechend seiner Volumenabnahme bei fortschreitender Verflüssigung.
Während am Eintritt des Dampfes in den Wärmeaustauscher diesem noch nahezu der volle Querschnitt der Rohrgassen zur Verfügung steht, beträgt der Austrittsquerschnitt am Ende des Dampfweges durch die Rohrgassen nur noch 100/0 des Eintrittsquerschnittes. Die Führungsleisten bewirken ausserdem, dass das gesamte an den Wandungen anfallende Kondensat zur Dampfeintrittsseite zurückfliesst.
Diese vorgenannte Ausbildung eines luftgekühlten Kondensators geht von der Überlegung aus, den mit volldephlegmatorischer Dampfkondensatführung verbundenen hohen Werkstoffaufwand dadurch zu vermindern, dass sich der lichte Querschnitt des Dampfweges und die zum Wärmeaustausch benötigte Austauschfläche entsprechend dem abnehmenden Massenfluss bei fortschreitender Kondensation und dem abnehmenden Wärmeangebot verkleinert.
Bezüglich der Bemessung des Dampfweges durch den Wärmeaustauscher besteht bei dieser Dampfkondensatführung die Einschränkung, dass die Dampfgeschwindigkeit an keiner Stelle den Wert von zirka 20 m/sec überschreiten darf, um einen ungestörten Kondensatrücklauf sicherzustellen und ein Auf-
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weges aber noch für wesentlich kleinere mittlere Geschwindigkeiten ausgelegt werden müssen, da bei der gewählten Querstromführung der im Wärmeaustausch stehenden Medien Dampf und Kühlluft in den Extrempunkten, u. zw. am äussersten Punkt an der Kühllufteintrittsseite und am äussersten Punkt an der Kühlluftaustrittsseite, mit erheblichen Abweichungen von der mittleren Geschwindigkeit gerechnet werden muss.
Das Maximum der Geschwindigkeit liegt oberhalb des ablaufenden Kondensates an der Kühllufteintrittsseite, während das Minimum der Dampfgeschwindigkeit sich an der Kühlluftaustrittsseite einstellt.
Da die erforderlichen grossen Strömungsquerschnitte der Dampfwege als Folge niedriger Dampfgeschwindigkeit in hohem Masse die räumlichen Abmessungen der Wärmeaustauscher bestimmen und zu 'i. . usatzpatem Mr. z ooM. Luftgekühlter Kondensator
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unerwünschten Werkstoffaufwand führen, wurde bereits im ersten Zusatz zum Stammpatent vorgeschlagen, die Einströmquerschnitte zu den Kondensationszonen in ihrem unteren Teil durch Leitblenden abzuschliessen, um die Strömungsquerschnitte der Dampfwege für eine mittlere Geschwindigkeit von zirka 20 m/sec bemessen zu können.
Durch die Leitblenden wird der in die Kondensationszonen eintretende Dampf so geführt, dass er den Kondensatablauf von den Wandungen im ersten Teil der Kondensationszone beschleunigt und ausserdem am Austrittspunkt des Kondensates aus den Rohrgassen die Dampfgeschwindigkeit gleich Null ist.
In Verfolgung des Grundsatzes, beim Bau luftgekühlter Kondensatoren eine Verhinderung von Wärmeverlusten durch Kondensatunterkühlung und Eisbildung auf der Dampfseite der Wärmeaustauscher bei möglichst geringem Werkstoffaufwand und kleinen räumlichen Abmessungen zu erzielen, sowie die Möglichkeit zu schaffen, dass auch bei grösseren Abweichungen der Dampfgeschwindigkeit in den genannten Extrempunkten von der mittleren Geschwindigkeit, bedingt durch grossen Temperaturabstand zwischen Sattdampf und Kühlluft und grosser Kühlluftaufwärmung, ein störungsfreier Kondensatablauf gesichert ist, wird als zweiter Zusatz zum Stammpatent vorgeschlagen, den ersten unteren Teil der Kondensationszone für kondensatorische Dampfkondensatführung und den zweiten oberen Teil der Kondensationszone für dephlegmatorische Dampfkondensatführung einzurichten.
Die Verbesserung gemäss der Erfindung geht von folgender Überlegung aus, die durch Beobachtungen an kondensatorisch und dephlegmatorisch geschalteten Wärmeaustauschern von Kondensationsanlagen bestätigt wurden. Der Vorteil kondensatorischer Dampfkondensatführung, gekennzeichnet durch gleiche Strömungsrichtung von Dampf und Kondensat, besteht in der Tatsache, dass auch bei hohen Dampfgeschwindigkeiten bis zu 100 m/sec kein Aufschäumen des Kondensates und keine Störungen im Kondensatablauf zu befürchten sind.
Der Nachteil kondensatorischer Dampfkondensatführung besteht jedoch in der Gefahr, dass bei Teillastbetrieb der Anlage bzw. bei Kühllufttemperaturen unterhalb der Auslegungstemperatur ein unerwünschter Wärmeverlust durch Kondensatunterkühlung eintreten kann. Bei Kühllufttemperaturen unterhalb des Gefrierpunktes muss sogar mit einer Eisbildung auf der Dampfseite der Wärmeaustauscher gerechnet werden.
Der kritische Abschnitt des Dampfweges, auf welchem diese unerwünschten Erscheinungen auftreten, ist in jedem Falle der letzte Teil des Dampfweges vor Austritt des Kondensates aus dem Wärmeaustauscher.
Der Vorteil dephlegmatorischer Dampfkondensatführung, gekennzeichnet durch entgegengesetzte Strömungsrichtung von Dampf und Kondensat, besteht in der wirksamen Sicherung des Kondensationsvor- ganges vor unerwünschten Wärmeverlusten und Eisbildung auf der Dampfseite der Wärmeaustauscher auch bei Kühllufttemperaturen unter dem Gefrierpunkt.
Der Nachteil dephlegmatorischer Dampfkondensatführung besteht in dem Zwang, die Strömungsquerschnitte der Dampfwege für kleine Dampfgeschwindigkeiten zu bemessen. Besonders störend wird dieser Zwang bei grossen Temperaturabständen zwischen Dampf und Kühlluft und hoher Kühlluftaufwärmung, da in diesem Fall die Abweichungen der Dampfgeschwindigkeit in den bereits gekennzeichneten Extrempunkten an der Kühllufteintrittsseite und Kühlluftaustrittsseite von der mittleren Dampfgeschwindigkeit gross sind.
Als Folge kleiner Strömungsgeschwindigkeiten in den Dampfwegen der Wärmeaustauscher ergeben sich grosse räumliche Abmessungen, verbunden mit hohem Werkstoffaufwand.
Der kritische Abschnitt der Dampfwege in den Wärmeaustauschern ist bei dephlegmatorischer Dampfkondensatführung der Dampfeintrittsquerschnitt, da hier das grösste Dampfvolumen und die grösste Kondensatmenge in reinem Gegenstrom zueinander stehen, womit zwangsläufig die Gefahr des Kondensataufschäumens, verbunden mit Wasserschlägen in erhöhtem Masse, gegeben ist.
Die Verbesserung gemäss der Erfindung geht nun von der Überlegung aus, die kritischen Abschnitte im Dampfweg der Wärmeaustauscher zu vermeiden und beide Möglichkeiten der Dampfkondensatführung so zu vereinen, dass im ersten Abschnitt der Kondensationszone Dampf und Kondensat kondensatorisch und im zweiten Abschnitt dephlegmatorisch geführt werden.
Durch diese Massnahme ist es möglich, sowohl die Nachteile, die beiden Arten der Dampfkondensatführung anhaften, auszuschalten, als auch die Forderung nach kleinen räumlichen Abmessungen der Wärmeaustauscher bei geringem Werkstoffaufwand zu erfüllen.
Zur Erläuterung weiterer Einzelheiten wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen.
In diesen Darstellungen zeigen : Fig. l einen ausgebrochenen Teil des Kondensators : Fig. 2 eine Schnittansicht gemäss Schnittlinie A - B in Fig. l.
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Der Ablauf des Kondensationsvorganges in dem dargestellten Luftkondensator wird im folgenden be- schrieben.
Der von einer Kraftmaschine zum Kondensator geführte Abdampf tritt über nicht dargestellte Lei- tungen und Verbindungsstutzen in die Kanäle 3 ein und gelangt von hier in den Dampfverteilraum 4.
Aus diesem Dampfverteilraum 4 strömt der Dampf in die zahlreichen von den Rohrwänden 5 und den Distanzleisten 6 gebildeten Rohrgassen 7. Die Führungsleiste 8 unterteilt die Rohrgassen 7 in eine Kondensationszone und eine Unterkühlungszone, die Führungsleiste 9 bestimmt den Weg des
Dampfes durch die Kondensationszone und verringert durch ihre Lage den freien Strömungsquerschnitt des
Dampfweges entsprechend der Verringerung des Strömungsvolumens derart, dass dieser am Austritt der noch wasserdampfgesättigten. nicht kondensierbaren Gase aus den Rohrgassen 7 noch zirka 1Clo des Ein- trittsquerschnittes beträgt.
Das an den Rohrwänden 5 anfallende Kondensat läuft an diesensenkrecht nach unten und wird durch die Lage und Form der Führungsleisten 8 und 9 in den Kanal 1 geführt. Über die Leitung 2, die ausserhalb des Kühlluftstromes verlegt ist, gelangt das Kondensat in den Kon- densatraum 10 unter dem Dampfverteilraum 4. Aus dem Kondensatraum 10 wird das Kondensat zur Wiederverwendung als Kesselspeisewasser abgezogen. Die nicht kondensierbaren Gase sammeln sich in dem Kanal 11 oberhalb des Dampfverteilraumes 4 und werden über die Leitungen 12 in die Unterkühlungszone der Rohrgassen 7 geführt.
Die abgekanteten, in das Kondensat eintauchenden Bleche 13 trennen die Unterkühlungszone vom Dampfverteilraum 4, In der Unterkühlungszone an der Kühllufteintrittsseite der Wärmeaustauscher werden die noch wasserdampfgesättigten, nicht kondensierbaren Gase um zirka 50C unter die dem Druck entsprechende Sattdampftemperatur unterkühlt, wobei der grösste Teil des noch mitgeführten Wasser- dampfes'kondensiert. Dis an den Rohrwänden 5 der Unterkühlungszone anfallende Kondensat läuft in den Kondensatraum 10 ab. Die trockenen Gase werden über die Kanäle 14, die durch die Wände 15 von den Kondensationszonen der Rohrgassen 7 getrennt sind, und die Rohrstutzen 16, welche die Kanäle 14 mit einer nicht gezeichneten Ringleitung verbinden, abgesaugt.
Der Dampfraum ist seitlich durch die versteiften Wände 17 gegen die Atmosphäre abgeschlossen, an die sich nach oben eine hier nicht gezeigte Luftführungshaube und ein Gebläsegehäuse mit Diffusor anschliesst. Ein Getriebe mit Gebläselaufrad ist auf einem entsprechend ausgebildeten, hier nicht gezeigten, oberen Boden des Kanals 11 angeordnet. Das Gebläse saugt die Kühlluft von unten nach oben durch die senkrecht stehenden Rohrkörper der Rohrwände 5.
Die durch Lage und Anordnung der Führungsleisten 8 und 9 erzwungene Dampf- und Kondensatströmung ist in Fig. 1 durch Pfeile verdeutlicht. Die Führungsleiste 9 unterteilt die Kondensationszone in einen Abschnitt U mit kondensatorischer Dampfkondensatführung und in einen Abschnitt 0 mit dephlegmatorischer Dampfkonc. 1ensatführung.
Bei Eintritt des Dampfes in die Rohrgassen 7 steht diesem der Eintrittsquerschnitt I zur Verfügung, der sich entsprechend der Volumenabnahme bei fortschreitender Kondensation auf den Querschnitt II vermindert. Bei der kondensatorischen Dampfkondensatführung in diesem Abschnitt hat die Höhe der Dampfgeschwindigkeit bzw. ein Unterschied in den Dampfgeschwindigkeiten keinen Einfluss auf einen störungsfreien Betrieb.
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der Kondensationszone mit dephlegmatorischer Dampfkondensatführung einströmen, besteht volle Sicherheit dafür, dass die bei dieser Schaltung zulässige Dampfgeschwindigkeit an keiner Stelle überschritten wird, wenn der Querschnitt I je nach Höhe des Temperaturabstandes und der Luftaufwärmung bereits für eine Dampfgeschwindigkeit von nur 20-30 m/sec bemessen wurde.
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