DD159901A1 - Waermeaustauscher - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Waermeaustausch, insbesondere zur Kondensierung von Daempfen. Durch die Erfindung wird mit relativ einfachen Mitteln ein hoeherer Wirkungsgrad erziehlt,waehrend sich d.Energie -u.Betriebskosten reduzieren.DasWesen d.Erfindung besteht darin, die Kuehlrohrschlange 1 einen sich nach unten kontiniierlich vergroessernden Neigungswinkel besitzt und zwischen den Rohren der Rohrschlange 1 in stroemungstechnisch geeigneter Weise ausgebildete Ergaenzungsflaechen 7 vorgesehen sind,die sich zum Sammeln und Weiterleiten des Betriebswassers an die Rohre anschliessen.

Description

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Wärmeaustauscher

Anwendungsgebiet, der Erfindung:

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeaustauseher, insbesondere zur Kondensierung von Dämpfen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen;

Es sind bereits aus Rohren bestehende Wärmeaustauscher bekannt, in denen ein Kondensationsmedium, z.B.Wasserdampf fließt, v/ährend die Außenfläche von einem anderen Medium, z.B. einer Flüssigkeit oder von der Umgebungsluft umströmt wird. Aus Gründen der Wasserwirtschaft wird die Anwendung der Luft bevorzugt. Da die Wärmeübergangszahl zwischen der Luft und dem Eohr um eine Größenordnung kleiner ist, als die Kondensationswärmeübergangszahl des'Rohres, ^spritzt man auf die Rohroberfläche eine gev/isse Wassermenge und erzeugt

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'eine künstliche Luftströmung zwischen den Rohren.

Ein Teil des aufgespritzten Wassers verdampft und erzeugt an der Rohroberfläche eine Kühlwirkung. Der übrigbleibende Rest des V/assers 'fließt in einen Raum unterhalb des Wärme-, austauschers und wird von hier mit Hilfe einer Pumpe in einen Raum über der Kühlschlange zurückgeführt. Auf dieser Weise sind für den Kühlvorgang wesentlich, geringere' Wassermengen erforderlich» Zwischen dem Rohr und der Luft findet daher ein Konvektions- und Verdampfungsprozeß statt, der einen kombinierten Wärmeübertragungsprozeß darstellt.

Der obenbeschriebene Prozeß' wird mit Hilfe einer Anordnung durchgeführt j bei der mehrere, untereinander angeordnete, beinahe horizontal liegende, miteinander parallel verlaufende Rohre in- Reihe angeordnet sind, wodurch eine Rohrschlange entsteht« Das Kondensierungsmittel z.B. Ammoniakdampf 'wird in die oberste Reihe der Rohrschlange eingeführt, und kondensiert allmählich in den untereinander liegenden Rohrreihen» Das so entstandene Kondensat fließt in Richtung des untersten Rohres ab. Die Kühlschlange ist in einem Gehäuse angeordnet, wobei im oberen uüi unteren Teil Ventilatoren vorgesehen sind, die für eine Bewegung der Kühlluft sorgen.

Der Hachteil der bekannten Anlagen besteht darin, daß sich das Kondensat - dessen Menge ständig zunimmt, in den untereinander liegenden Rohrreihen ansammelt und den gesamten 'Querschnitt der untenliegenden Rohre ausfüllt, wodurch keine Kondensation mehr erfolgen kann.· " .

Ein weiterer lachteil der bekannten Anlagen besteht darin, .daß mit der recht günstigen Wärmeübergangszahl innerhalb der Rohre verglichen, zwischen der Wärmeübergangszahl der äußeren Konvektion und jener der Verdampfung eine·bedeutende Differenz besteht. Dadurch is-t die Anwendung von recht großen Wärmeflächen unerläßlich."

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Um die obenbeschriebenen Mangel der herkömmlichen Wärmeaustauscher zu beseitigen, muß man entweder für die Erhöhung der äußeren Wärmeübergangszahl sorgen - die mit einer erhöhten Luftgeschwindigkeit "und einer höheren Leistung · des Ventilators erreicht werden kann - oder dadurch, daß die Temperaturdifferenz zwischen der Rohrwand und dem zur Berieselung verwendeten Wasser erhöht wird, d.h. kälteres Wasser auf die Rohrenflächen gelangt.

Ziel der Erfindung: .

Durch die Erfindung wird mit relativ einfachen Mitteln ein Wärmeaustauscher mit hohem Wirkungsgrad vorgeschlagen, der in Bezug auf die erforderliche Kühlwassermenge und den Energiebedarf für die Luftzirkulation sehr wirtschaftlich ist. . -...·-

Darlegung des Wesens der Erfindung:

Der Erfindung liegt die !Aufgabe zugrunde, einen Wärmeaustauscher der eingangs genannten Art mit verbessertem kon-.struktiven Aufbau zu entwickeln.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß sich die ITeigung der Rohre den Kondensationsverhältnissen gemäß ändert, d.h. die Rohre mit einer sich nach unten vergrößernden ITeigung angeordnet sind. Desweiteren beruht die erfindungsgemäße Lösung auf der Erkenntnis, daß die Verdampfung des Berieselungswassers und damit die Abkühlung des Wassers nicht ausschließlich auf der Rohrfläche -die infolge des Innendruckes eine große Wandstärke aufweist und daher eine kostaufwendige Komponente darstellt - erfolgen muß, sondern es viel zweckdienlicher und billiger ist, wenn die Abkühlung des Wassers an Ergänzungsflächen erfolgt, die sich strömungstechnisch gut an- den Rohren anschließen lassen.

Die erfindungsgemäßen Ergänzungsflächen sind so .ausgestaltet, daß. sie die Luftströmung von unten nach oben nicht behindern, aber in der Lage sind, das· Wasser von den Rohren zu sammeln und an die äußeren Flächen weiterzuleiten. Zu diesem Zwecke besitzen· die Ergänzungsflachen, einen niedri~_ .'gen Widerstand, d*h., daß das zur Strömung senkrecht liegende Maß nach Möglichkeit Bein gewählt ist. Zweckmäßig soll das Maß kleiner, ein Zehntel des Rohrdurchmessers₅ sein. Pur.die Große der Ergänzungsfläche wurde zwischen der Rohrfläche f und den Ergänzungsflächen f ein Optimal-

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verhältnis von f./f^ = 2 festgelegt.

Die Teilung der Ergänzungsflächen ist zur Verminderung des Strömungswiderstandes vorteilhaft den Rohrdurchmessern angepaßt, d.h. die Teilung 0 ist als das Vielfache des Einvierteis des Rohrdurchmessers D/4 zu wählen.

Erfindungsgemäß werden die untereinanderliegenden Rohre so angeordnet j daß die Neigung des untersten Rohres in Abhängigkeit vom Rohrquerschnitt im Bereich zwischen 0 und 30 liegt, während die Neigung der darüberliegenden Rohre um 3° bis 5° vermindert wird« So beträgt z.B. die ITe igung des untersten Rohres 30°, die Heigung des von unten zweiten 25°, des dritten 20°, des vierten 15°, usw. bis 5°.

Ausführungsbeispiel:

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen: '

Pig. 1: den Aufbau des Wärmeaustauschers,

Pig. 2: die .Heigungsverhältnisse.der Kühlschlangenrohre,

Pig. 3: den Schnitt der Rohrschlange und der Ergänzungs- flachen, wenn eine Rohrreihe vorhanden ist,

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Pig. 4: den Schnitt der Rohrschlange und der Ergänzungsflächen bei einer, aus zwei, gegeneinander versetzten Rohrreihen bestehenden Konstruktion,

Pig. 5: den Teilschnitt einer Rohrschlange, die aus drei, gegeneinander versetzten Rohrreihen besteht,

Pig. 6: eine Version der Anordnung der Ergänzungsflächen zur Rohrschlange des Wärmeaustauschers,

Pig. 7: eine v/eitere mögliche Ausführung .und Anordnung der Ergänzungsflächen.

Gemäß Pig. 1 erfolgt die Kondensation eines am Wärmeaustausch teilnehmenden Mediums in der kontinuierlichen Rohr-. schlange 1. Die Rohrschlange 1 wird einerseits von unten nach oben von einem Luftstrom umströmt, der· durch Ventilatoren 2a; 2b erzeugt wird und anderseits durch die Berieselungseinrichtungen 3 von oben nach unten mit Wasser berieselt. Das Berieselungswasser wird"in dem Tropfenfänger 4 gesammelt und von hier unter Zuhilfenahme einer Pumpe 5 in die Berieselungseinrichtung 3 zurückgeführt. Die Verkleidung 6 gehört ebenfalls zur Konstruktion des Wärmeaustauschers. Die erfindungsgemäßen Ergänzungsflächen 7 sind zwischen den Wärmeaustauscherrohren angeordnet. Aus Pig. 1 ist ersichtlich, daß die ITeigung der Wärmeaustauschrohre •von oben nach unten immer größer wird.

In Pig.. 2 sind die veränderlichen Neigungsverhältnisse der' Rohrschlange 1- detalliert dargestellt. Die ITeigung der untersten Rohrenreihe 11 ist die größte, ihr Neigungswinkel •beträgt, z.B. 30°. Der ITeigungsv/inkel der folgenden Rohrenreihe 12 beträgt 25°. Die Neigungswinkel der Rohrenreihen 13, .14, 15, 16 betragen der Reihe nach 20°, 15°, 10°, 5°. Der Neigungswinkel der folgenden Rohrenreihen 17, 18 ist konstant, z.B. 5°.

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Der Wärmeaustauscher nach Pig. 3 besteht .v/iederum aus der erfindungsgemäßen Rohrschlange, dem Ventilator 2, der Berieselungseinheit 3, dem Tropfenfänger 4 und der Verkleidung 6. Die Ergänzungsflächen 7 sind im Schnitt dargestellt. Die Ergänzungsflächen bilden mit der Rohrschlange strömungstechnisch eine organische Einheit, -wobei der von unten, nach oben fließende Luftstrom in keiner Weise gestört wird. Mit Hilfe der Ergänzungsflächen 7 wird das zur Berieselung dienende Wasser gesammelt und der nächstfolgenden Rohrenreihe zugeführt.· . ' '

Pig. 4 zeigt eine Konstruktion mit zwei parallelen Rohrschlangen, die gegeneinander versetzt angeordnet sind, wo-' bei zwei mögliche Ausführungen der Srgänzungsflachen 7a; 7b dargestellt sind. Die. gemeinsame Charakteristik besteht darin, daß die Ergänzungsflächen unmittelbar unter den Rohren angeordnet sind. Die Ergänzungsflächen 7a sind zwischen zwei benachbarte Rohre eingesetzt, während die Ergänz-ungsf lache 7b den Raum zwischen ^v;pi. j imt^reinandei" angeordnete Rohre ausfüllt.

In Pig. 5 ist eine, weitere Ausführungsmöglichkeit der Ergänzungsflächen veranschaulicht. Die Ergänzungsflächen 7c liegen waagerecht und sind so angeordnet, daß sie die Rohre nicht unmittelbar berühren. Nicht einmal der untere Plansch kommt mit den unmittelbar darunter liegenden Rohr in Be- rührung. Die Befestigung der Ergänzungsflachen 7c erfolgt mit den, zwischen den· Panglatten 8 und den Rohren angeord-. neten Keilen 9. beliebiger Abmessung. Durch diese Anordnung können Ergänzungsflächen mit gleichen Höhenabmessungen hergestellt werden, ungeachtet dessen, daß infolge der erfindungsgemäßen Ausführung die Neigungswinkel der.Rohre - insbesondere unten verschieden sind, wodurch sich auch die dazwischen vorhandene- Spalte ändert.

Pig.' 6 zeigt eine Ausführungsform der Ergänzungsflächen, bei der die Plächen 7d nicht nur unter dem unteren Rand 'der

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Rohre, angeordnet sind, sondern auch annähernd unter dem Außenrand der Rohre liegen können. Diese Lösung ist für den Pail einzusetzen, wo die auf. die Rohre besrieselte Wassermenge groß ist und mit einem -Abreißen des Wasserfilms an den Rohrrändern -gerechnet werden nrnß.

Die Ergänzungsfläche 7e nach Pig. 7 steht in unmittelbarem Kontakt mit den Rohren der Kühlschlange, wobei der obere Bogen 71 und der untere Bogen -72 mit dem Radius des jeweiligen Rohres identisch ist. Bei der Ergänzungsfläche 7f verläuft der obere Teil der Fläche, mit dem Tangenten des darüberliegenden Rohres parallel..

Die Ergänzungsfläche 7g - Pig. 7 - besitzt an den Seiten zusätzliche Plächen 73» die zum Sammeln des Wassers dienen. Die Ergänzungsflächen 7h berühren !.ediglich die oben und unten angeordneten Rohre.

Wie es aus den Pig. ersichtlich ist, besitzt der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher eine Rohrschlange mit veränderlichen Neigungswinkeln und Ergänzungsflächen, die in strömungstechnisch geeigneter Weise ausgestaltet sind und sich an die Rohre anschließen.

Claims (6)

"Erfindungsanspruchi.

1. Y/ärmeaustauscher, insbesondere zur Kondensierung von Dämpfen, bestehend aus einer an sich bekannten Rohrschlange, einem Ventilator, der-eine senkrecht zur Rohrschlange fließende luftströmung erzeugt, und einer . die Rohrschlange berieselnden-Berieselungseinrichtung, gekennzeichnet dadurch, daß die Rohrschlange mit einem, sich kontinuierlich v%rgrößernden Neigungswinkel ausge-. staltet ist und zwischen den Rohrschlangen sich an die-.se anschließende Ergänzungsflächen vorgesehen sind, deren -feftH-re entweder dem Doppelten der Rohrfläche entspricht oder diesen. Wert überschreitet.

2» Wärmeaustauscher nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Neigungswinkel der untersten Rohrreihe der mit Veränderlicher. Neigung ausgestalteten Rohrschlange im Bereich zwischen 0° und 30° liegt, während der Nei-. gungswinkel der darüberliegenden Rohre kontinuierlich um 3° bis 5° abnimmt, jedoch'nie unter einen Wert von 3° bis 5° liegt.

3. · Wärmeaustauscher nach Punkt 1 und 2,. gekennzeichnet

dadurch, daß die Teilung (D) der Ergänzungsflächen · dem Einfachen oder dem Vielfachen des Einvierteis des Durchmessers der Wärmeaustauschrohrs entspricht, und die Stärke das Einzehntel des Rohrdurchmessers unterschre'itet. .

4. Wärmeaustauscher nach einem der Punkte 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die unterenund oberen Enden der Ergänzungsflächen den darüber bzw. darunter liegenden Rohrenfangepaßt sind.

5. -Wärmeaustauscher nach einem der Punkte 1 bis 3, gekenn-• zeichnet dadurch, daß die obere Kante der Ergänzungs-· flächen waagerecht verläuft und zwischen der unteren Kante und dem darunter befindlichen Rohr die Position der Ergänzungsflächen mittels- Befestigungskeile von veränderlichen Abmessungen gesichert ist.

6. Wärmeaustauscher nach einem der Punkte 1 bis 5, gekennzeichnet "dadurch, daß de"r Querschnitt der Ergänzungsfläche so ausgestaltet ist, daß deren Bogen dem Radius des Rohres entspricht, ode'r der Oberteil der Ergänzungsfläche mit dem Tangenten des darüberliegenden Rohres parallel verläuft oder an den Seiten der Ergänzungsflächen Kanten zum Auffangen des Wassers vorgesehen sind, oder die Ergänzungsflächen zwischen zwei benachbarten Rohren easg anliegend angeordnet sind.

Hierzu l£ Blatt Zeichnungen