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Die Erfindung betrifft einen Fallfilm-Wärmetauscher mit einem Gehäuse, mehreren innerhalb des Gehäuses angeordneten plattenförmigen Wärmetauschelementen mit im wesentlichen vertikalen Oberflächen, von denen jedes aus zwei im Abstand voneinander angeordneten, im wesentlichen flachen und an ihrem Umfang miteinander verbundenen Platten besteht und einen Einlass für Dampf sowie einen von dem Einlass durch im wesentlichen die gesamte vertikale Höhe des Elementes getrennten Auslass für Abgase besitzt, eine Einrichtung zum Einführen von zu kondensierendem Dampf in die Elemente und eine Einrichtung zum Abführen von Ab- und nicht kondensierbaren Gasen aus den Elementen und mit einer Einrichtung zum Verteilen von Kühlflüssigkeit auf die im wesentlichen vertikalen Oberflächen der Elemente zur Bildung eines Fallfilms auf diesen.
Bei den bekannten Kondensatoren dieser Art, wie sie beispielsweise in den US-PS Nr. 3, 371, 709, Nr. 3, 366, 158, Nr. 3, 351, 119 und Nr. 3, 332, 469 beschrieben sind, sind die einzelnen Wärmetauschelemente parallel zueinander angeordnet, was den Nachteil hat, dass bei grossen Kondensatoranlagen mit einer Vielzahl von Wärmetauschelementen nur jeweils eine verhältnismässig geringe Anzahl in einem Gehäuse untergebracht werden kann, wobei für jede dieser Anordnungen ein eigenes Kühlflüssig- keitsverteilungssystem erforderlich ist.
Wird gemäss der nicht zum Stande der Technik zählenden AT-PS Nr. 361952 zur Kühlung des Kühlwasserfallfilmes Luft in Berührung mit dem Fallfilm strömen gelassen, kommt noch hinzu, dass für jede der Anordnungen auch ein eigener Ventilator für den Transport der Kühlluft benötigt wird.
Diese Nachteile werden ausgehend von einem Wärmetauscher der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Wärmetauschelemente radial und in gleichen Abständen voneinander angeordnet sind und dass das Gehäuse im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist.
Durch die radiale Anordnung der Wärmetauschelemente in einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse kann eine Vielzahl von Wärmetauschelementen auf verhältnismässig engem Raum untergebracht werden, wobei mit einer einzigen Kühlflüssigkeitsverteilungseinrichtung und, sofern eine Luftkühlung des Fallfilmes vorgesehen ist, mit einem einzigen grossen, zentral angeordneten Ventilator das Auslangen gefunden werden kann.
Gemäss einer ersten Ausführungsform der Erfindung kann die Einrichtung zur Verteilung der Kühlflüssigkeit zweckmässig mehrere mit den oberen Rändern der Wärmetauschelemente fluchtende Rohre umfassen, die zur Verteilung der Kühlflüssigkeit über die Platten im Abstand voneinander angeordnete Löcher aufweisen.
Alternativ hiezu kann gemäss einer zweiten Ausführungsform die Anordnung auch so getroffen sein, dass die Einrichtung zur Verteilung von Kühlflüssigkeit eine ringförmige perforierte Platte mit in bezug auf die oberen Ränder der Wärmetauschelemente ausgerichteten Löchern umfasst.
Nachstehend ist die Erfindung an Hand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen : Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemässen Wärmetauschers, Fig. 2 den Wärmetauscher nach Fig. 1 in Draufsicht, Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemässen Wärmetauschers, Fig. 4 ein Detail eines Rohrsystems für die Kühlflüssigkeitsverteilung, wie es in der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 verwendet wird, und Fig. 5 ein Detail einer perforierten Platte zur Kühlflüssigkeitsverteilung, wie sie in der Ausführungsform nach Fig. 3 Anwendung findet.
Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Wärmetauscher bzw. Kondensator besitzt ein im allgemeinen zylindrisches Gehäuse-2-, innerhalb welchem eine Vielzahl von vertikalen Wärmetauschelementen - in einem radialen Muster, ähnlich den gleichmässig verteilten Speichen eines Rades, angeord- net ist. Der scheibenförmige Boden --3-- des Gehäuses --2-- ist konkav ausgebildet und besitzt
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ter rechtwinkeliger Platten, insbesondere aus Stahl, die an ihrem Umfang miteinander verschweisst sind.
In die Innenräume der Wärmetauschelemente --1-- wird über einen Dampfeinlass --5--, der mit einem sich über den Umfang des Gehäuses --2-- nahe dem Kopf der Wärmetauschelemente erstreckenden und über Öffnungen mit den Innenräumen der Wärmetauschelemente in Verbindung ste-
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henden Dampfverteiler --6-- verbunden ist, ein zu kondensierender Dampf, z. B. Wasserdampf eingeleitet.
Innerhalb der Wärmetauschelemente-l-kondensiert der Wasserdampf infolge der Wärmeübertragung zu dem als Fallfilm über die Wärmetauschelemente strömenden Kühlwasser, und die nicht kondensierten Abgase treten von den Elementen-l-in eine gemeinsame zentrale Kammer - aus, welche sich zu den unteren inneren Ecken der Elemente-l-hin öffnet. Ein Kondensat- ablassrohr --9-- führt von der Mitte der Kammer --7-- nach unten und wie in Fig. l bei --10-gezeigt, aus dem Gehäuse --2-- heraus. Ein sich nach oben erstreckendes Rohr --11-- führt die Abgase von der zentralen Kammer --7-- zu einem Punkt oberhalb der Köpfe der Elemente - und dann im wesentlichen horizontal aus dem Gehäuse zu einem Lüftungsauslass --12--.
Unterhalb der Anordnung der Wärmetauschelemente-l-tritt durch eine Öffnung --13-- Kühl- luft in den Kondensator ein und strömt in Kontakt mit dem von den Wärmetauschelementen - wegströmenden Wasser nach oben, um den fallenden Wasserfilm durch Verdunstung zu kühlen. Ein grosser zentral angeordneter Ventilator --15--, der mit geringer Geschwindigkeit und hohem Fördervolumen arbeitet, zieht die Kühlluft nach oben in einen von einer im allgemeinen leicht konischen Diffusorwand --16-- umschlossenen Raum. Der Ventilator --15-- besitzt eine Nabe - und sich von dieser wegerstreckende Flügel --18--, wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist.
Zur Trennung des inneren Bereiches des Kondensators von jenem Bereich, durch welchen Luft und Wasser zwischen und über die Wärmetauschelemente --1-- strömen soll, ist eine zylindrische Wand --19-- vorgesehen, welche die Kühlluft daran hindert, in den zentralen Teil des Kondensators einzudringen, so dass die Kühlluft zwischen die Wärmetauschelemente --1-- strömen muss. Da bei der Ausführungsform der Fig. 1 und 2 der Luftaustritt oberhalb der Wärmetauschelemente vorgesehen ist, darf das Verteilungssystem für das Kühlwasser den Luftstrom nicht behindern. Demgemäss tritt das Kühlwasser durch einen Einlass --21-- zu einem ringförmigen Wasserverteiler --22-- ein, der innerhalb des oberen Endes der Trennwand --19-- angeordnet ist.
Von dort wird das Wasser über mehrere perforierte Rohre --23--, von denen jedes mit dem oberen Rand eines Wärmetauschelementes-l-fluchtet, gleichmässig auf die Oberflächen der Wärmetauschelemente verteilt, wie im Detail aus Fig. 4 ersichtlich ist.
Nachdem das Wasser über die Elemente-l-geflossen ist, fällt es in einem Sprühregen in den Sammelbereich der Bodenwand --3-- und trifft dort auf die einströmende Luft. Die Kondensatab- lassleitung --9-- ist der einströmenden Kühlluft ausgesetzt, wodurch das darin befindliche Kondensat weiter gekühlt wird. Wenn nötig, kann das Rohr --9-- mit Rippen versehen sein, um die Kühlung des Kondensats zu steigern. Durch die radiale Anordnung der Wärmetauschelemente --1-- steigt zwar der Abstand zwischen einander benachbarten Wärmetauschelementen mit der Entfernung von der vertikalen Mittelachse des Kondensators, weil die Elemente-l-im wesentlichen über ihre gesamte Breite vom inneren Rand bis zum äusseren Rand gleich dick sind.
Der Unterschied der Luftgeschwindigkeit zwischen dem Innen- und dem Aussenrand der Wärmetauschelemente ist jedoch in grossen Kondensatoren, wie sie die Erfindung betrifft, nicht von Bedeutung.
Wie die Ausführungsform nach Fig. l und 2, besitzt die Ausführungsform nach Fig. 3 eine radiale Anordnung von aus Paaren rechtwinkeliger, an ihren Rändern miteinander verbundener Platten bestehenden Wärmetauschelementen --31--. Weiters besitzt der Kondensator nach Fig. 3 ein zylindrisches Gehäuse --32--, eine tellerförmige Wassersammelbodenwand --33-- und einen Kühlwasserauslass --34--.
Zum Unterschied zur radialen Dampfzuführung der Fig. 1 und 2 weist der Kondensator nach Fig. 3 eine bodenseitige Dampfeinlassanordnung auf, wobei der zu kondensierende Wasserdampf durch einen Einlass --35-- zugeführt wird und über einen ringförmigen Bodenverteiler --36-- in die Innenräume der Wärmetauschelemente --31-- eintritt. Das innerhalb der Wärmetauschelemente --31-- gebildete Kondensat tritt durch den Bodenverteiler-36-aus und wird durch Rohre - abgeführt. Nicht kondensierbare und Abgase verlassen die Innenräume der Wärmetauschelemente --31-- durch einen ringförmigen Sammler --38--, der mit Öffnungen an den oberen Aussenseitenkanten der Elemente --31-- in Verbindung steht.
Das Kühlwasserverteilungssystem der Ausführungsform nach Fig. 3 umfasst eine oberhalb der Oberseite der Wärmetauschelemente --31-- angeordnete ringförmige perforierte Platte --39--,
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mit in bezug auf die oberen Ränder der Wärmetauschelemente ausgerichteten Löchern --40--, um einen gleichmässigen Fluss des Wassers auf die Oberflächen der Elemente --31-- zu ermöglichen, wie im Detail aus Fig. 5 ersichtlich ist. Das Wasser wird auf die perforierte Platte --39-- durch eine ringförmige Überlaufkammer-41-verteilt, der das Wasser über Einlassrohre --42-- zugeführt wird.
Das Kühlwasser überfliesst (nicht dargestellte) Ausschnitte in der Wand der Kammer --41-und strömt auf die perforierte Platte --39--, wonach es durch die mit den Wärmetauschelemen- ten --31-- ausgerichteten Löcher --40-- fällt. Sodann fliesst das Kühlwasser über die gesamte Höhe der Elemente --31-- hinunter, fällt von diesen sprühregenartig ab und wird in dem vom Boden - gebildeten Becken gesammelt und durch den Auslass --34-- abgeleitet.
Unterhalb der Elemente --31-- tritt Kühlluft durch Kanäle --45-- ein und trifft auf den Sprühregen aus Wasser. Danach wird die Luft von einem Ventilator --47-- zwischen den Elementen - nach oben gesogen, wobei das Wasser durch Verdunstung gekühlt wird. Eine innere zylindrische Wand --46-- erstreckt sich über den grössten Teil der Höhe der Elemente --31-- und endet unterhalb der Oberseiten derselben, wodurch die Luft wie durch Pfeile angedeutet, radial nach innen und nach oben durch den Ventilator --47-- gezogen wird, um durch einen Diffusor --48-- in die Atmosphäre ausgeblasen zu werden. Die innere Wand --46-- umschliesst ein Abteil für einen Motor --49--, der den Ventilator --47-- über eine Antriebswelle --50-- antreibt. Die Stützkonstruktion für den Ventilator --47-- ist bei --51-- gezeigt.
Ein Mannloch --52-- und eine Leiter - erlauben es, einer Bedienungsperson den Raum innerhalb der inneren Wand --46-- zur Inspektion und Instandhaltung zu betreten.
Die Fig. 4 und 5 zeigen die beiden in den oben beschriebenen Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 bzw. 3 verwendeten bevorzugten Kühlwasserverteilungssysteme, sowie den Aufbau der Wärmetauschelemente mehr im Detail. Wie bereits ausgeführt, ist jedes Wärmetausohelement-l bzw.
31-- aus zwei im wesentlichen rechteckigen Platten gebildet, die üblicherweise aus Stahl bestehen und an ihren Rändern miteinander verschweisst sind. Desweiteren sind sie an im Abstand voneinander angeordneten Stellen --51-- punktverschweisst und können beispielsweise gemäss der US-PS Nr. 3, 512, 239 oder der US-PS Nr. 3, 736, 783 hergestellt sein.
Gemäss Fig. 4 weist jedes Rohr --23-- des Kondensators nach Fig. 1 und 2 im Abstand voneinander angeordnete Löcher auf, die zur Verteilung von Wasser vom Rohrinneren zum oberen Rand - 50-des Wärmetauschelements-l-dienen, wonach sich das Wasser selbst gleichmässig zur Bildung eines Fallfilmes verteilt. Die im Abstand voneinander angeordneten, durch die Punktschweissstellen --141-- gebildeten Vertiefungen verhindern hiebei, dass das Wasser über die Platten der Elemente --11-- kanalartig abfliesst.
Aus Fig. 5 ist ersichtlich, wie die Löcher --40-- der in der Ausführungsform nach Fig. 3 verwendeten perforierten Platte --39-- zur gleichmässigen Verteilung des Kühlwassers auf die Wärmetauschelemente in bezug auf diese ausgerichtet sind.
Es versteht sich, dass der erfindungsgemässe Kondensator eine oder mehrere Lufteinlassöffnungen, Kondensat-und Lüftungsauslässe usw. besitzen kann. Weiters kann der zu kondensierende Dampf in die Wärmetauschelemente am oder in der Nähe deren Boden, durch die Seiten oder an der Oberseite der Elemente zugeführt werden, und Luft und Kühlwasser kann im Gleich- oder im Gegenstrom fliessen.
Selbstverständlich können das Kondensat, die Abgase und die nicht kondensierbaren Substanzen, die vom Kondensator abgeleitet werden, wenn nötig, weiteren Behandlungen unterworfen werden und das abgeleitete Kühlwasser kann selbstverständlich wiederverwendet werden.
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