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Luftgekühlter Kondensator für ortsfeste Dampfkraftanlagen Die Verwendung
von Luft als Kühlmittel für Kondensatoren ist an sich seit langem bekannt. Man hat
derartige Kondensatoren zunächst vorwiegend für Fahrzeuge mit Dampfantrieb, z. B.
Lokomotiven, entwickelt, weil der Wegfall des Kühlwassers eine entsprechende V erringerung
des Gesamtgewichtes der Antriebsanlage ermöglicht. Es gibt aber auch schon ortsfeste
Dampfkraftanlagen mit luftgekühlten Kondensatoren, deren praktische Bedeutung, abgesehen
von ihren sonstigen Vorteilen, um so größer wird, je schwieriger sieh die für solche
Zwecke erforderlichen großen Kühlmittelmengen in Form von aufbereitetem Wasser beschaffen
lassen.
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Für den letztgenannten Zweck hat man verschiedene Bauarten von luftgekühlten
Kondensatoren entwickelt, die je nach den Unterschieden bezüglich der Anordnung
der Kühlelemente als Dach-, Kamin-, Doppelkamin-, Axial- und Schachtkühlerform bezeichnet
werden. Damit ist zwar das Problem der Verwendung von Luft als Kühlmittel bei ortsfesten
Dampfkraftanlagen grundsätzlich insoweit gelöst, als einesteils die Betriebskosten
nicht höher als bei wassergekühlten Kondensatoren und andererseits die Mängel hinsichtlich
des Wasserkreislaufes beseitigt worden sind. Trotzdem sind die bekannten Ausführungen
noch keineswegs restlos zufriedenstellend, sondern wegen des großen Raumbedarfes,
des großen Gewichtes, der hohen Anlagekosten, des zum Teil verwickelten Aufbaues
und der unvollkommenen Kühlluftbeaufschlagung der Rohrelemente weiter verbesserungsbedürftig.
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Die Erfindung geht von einer Bauart aus, bei der eine lotrechte Achse
umgebende Kühlelementengruppen in dem von einem höher und zentral angeordneten Lüfter
erzeugten Kühlluftstrom liegen und an beiden Enden mit als Hohlkörper ausgebildeten
Elementen zum Verteilen des Dampfes bzw. zum Sammeln des Kondensates und gegebenenfalls
zum Absaugen der Luft verbunden sind. Dabei ist man allerdings durch eine verhältnismäßig
steile Anordnung der die Seiten eines Polygons bildenden Kühlelementengruppen in
der Länge und Zahl der zugehörigen Rohre mit Rücksicht auf die Gesamtkonstruktion
beschränkt. Ferner müssen die als horizontale Ringleitungen ausgebildeten Verteilungs-und
Sammelkörper ebenso wie die mit diesen über kurze Rohrstutzen od. dgl. verbundenen
Kühlelementengruppen durch ein besonderes Traggerüst mit Konsolen abgestützt werden.
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Im übrigen läßt sich, ebenso wie bei den sonstigen bisherigen Bauarten,
das Kondensat, gleichgültig, wo es anfällt, nur an einer Stelle, nämlich am Austrittsende
der Kühlelementengruppen, abziehen. Schließlich können bei einem Ansaugen der Kühlluft
am Außenumfang des Kondensators durch mangelnde Reinheit der dortigen Luftschicht
gewisse betriebsmäßige Schwierigkeiten entstehen.
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Demgegenüber besteht die Erfindung zur Hauptsache darin, daß die Kühlelemente
aus mehreren übereinander angeordneten und hintereinandergeschalteten Gruppen mit
zur Horizontalen geringer, in entgegengesetzten Richtungen verlaufender Neigung
bestehen, deren als Stützelemente für den ganzen Kondensatoraufbau ausgebildete,
gruppenweise gemeinsame Verteilungs- bzw. Sammelkörper teils mehrere voneinander
getrennte Hohlräume, teils einen durchgehenden Hohlraum enthalten und, im Grundriß
gesehen, die Eckpunkte je eines kleineren bzw. größeren Polygons bilden, wobei von
den inneren Stützelementen der obere Hohlraum an ein zum ganzen Kondensator gleichachsiges
Abdampfverteilerrohr und der untere Hohlraum in an sich bekannter Weise an ein gegebenenfalls
mit einer besonderen Schleuse und einer Luftabsaugleitung kombiniertes Kondensatabflußrohr
angeschlossen ist, während der durchgehende Hohlraum der äußeren Stützelemente mit
einem eigenen Kondensatorabflußrohr versehen ist.
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Die Kühlelemente können, im Grundriß des Kondensators gesehen, verschieden
angeordnet sein, und zwar 1. sternförmig zwischen den in Umfangsrichtung um je eine
halbe Polygonteilung gegeneinander versetzten inneren und äußeren Stützelementen,
von
denen jedes mit zwei Kühlelementengruppen verbunden ist, 2. radial zwischen zwei
Kreisen, auf denen die inneren und äußeren Stützelemente angeordnet sind, sowie
3. tangential zu dem Kreis, auf dem die inneren Stützlemente angeordnet sind, denen
gegenüber die äußeren Stützelemente in Umfangsrichtung entsprechend versetzt sind.
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Die vorstehend angegebenen Ausführungsmöglichkeiten können somit kurz
als Stern-, Radial-oder Tangential-Bauart des Kondensators bezeichnet werden.
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Jede zwischen zwei Stützelementen angeordnete Kühlelementengruppe
kann z. B. aus zwei parallel zueinander geschalteten, von innen nach außen geneigten
oberen Elementen und einem diesen nachgeschalteten, von außen nach innen geneigten
unteren Element bestehen. Dabei hat das nachgeschaltete Kühlelement unterhalb des
zum Niederschlagen des Restdampfes dienenden Rohrbündels ein besonderes Kondensatsammelrohr
und mündet zusammen mit diesem austrittsseitig in eine von dem Zuleitungsqu.erschnitt
getrennte Kammer im unteren Teil eines inneren Stützelementes. An ,eine solche Kammer
können außer dem Kondensatabflußrohr eine damit kombinierte Kondensatschl@euse und
eine Luftabsauglei,tung angeschlossen sein.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung soll bei einem derartigen
Kondensator der Luftstrom zum Unterschied von dem bisherigen allgemein üblichen
Diffusor-Prinzip, bei dem die Luft von der Seite her an den Kühlelementen vorbei
angesaugt und dann nach oben über einen sich erweiternden Rohrstutzen ausgeblasen
wurde, gegebenenfalls gerade umgekehrt mittels des Ventilators von oben her über
einen zentralen Rohrstutzen angesaugt werden und nach dem mit Hilfe von Leit- und
Abdeckelementen in möglichst gleichmäßiger Verteilung erreichten druckseitigen Beaufschlagen
der Kühlelementengruppen seitlich ins Freie austreten. Dieses neuartige Staudruckprinzip
hat außer dem intensiveren Beaufschlagen der Kühlrohrflächen den weiteren Vorteil,
daß das bisher erfahrungsgemäß vielfach stattfindende Ansaugen von zahlreichen Insekten
u. dgl., die auf den Kühlrohren haftenbleiben und dadurch in zunehmendem Maße den
Wärmeaustausch beeinträchtigen, praktisch vollkommen vermieden wird. Es hat sich
nämlich gezeigt, daß diese Insekten sich überwiegend in einer Zone von wenigen Metern
über dem Erdboden befinden, also in der Höhe der Kühlelemente. eines auf dem Boden
stehenden Kondensators, aber nicht mehr über dem oberen Rohrstutzen, in den sogar
aus noch höheren Luftschichten angesaugt wird.
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Wenn die vorerwähnten störenden Ursachen nicht gegeben sind, also
etwa bei Aufstellung des Kondensators auf dem Dach einer Werkhalle, d. h. in vergleichsweise
großer Höhe über dem Erdboden, oder innerhalb eines geschlossenen oder sonstwie
insekten-und staubfreien Raumes, kann die Kühlluft auch bei der vorliegenden Bauart
in bei anderen Bauarten an sich bekannter Weise am Außenumfang des Kondensators
eintreten, mittels des Ventilators an den Kühlelementen vorbeigesaugt werden und
dann nach oben durch einen Diffusor austreten.
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Der Ventilator ist zweckmäßig zusammen mit seinem Antriebsaggregat
über und gleichachsig zum Abdampfverteilerrohr angeordnet und wird durch eine dazwischen
befindliche Laterne getragen. Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung
beispielsweise dargestellt. Es zeigt Fig.l eine Ausführungsform je zur Hälfte im
Längsschnitt und in Ansicht, Fig. 2 die gleiche Ausführung je zur Hälfte im Ouerschnitt
und in Draufsicht, Fig.3 und 4 schematische Teildarstellungen von zwei anderen Ausführungen.
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Die wesentlichen Bauteile des Kondensators gemäß den Fig. 1 und 2
sind ein Abdampfverteilerrohr 1, konzentrisch dazu als Eckpunkte eines kleineren
und eines größeren Polygons gleichmäßig verteilte Stützelemente mit mehreren voneinander
getrennten Hohlräumen 2, 7 bzw. einem durchgehenden Hohlraum 3, zwischen diesen
als Endkammern dienenden Hohlräumen der inneren und der äußeren Stützelemente bzw.
umgekehrt mit geringer Neigung gegenüber der Horizontalen verlaufende Rippenrohrbündel
4, 5 als Kühlelementengruppen, Sammelrohre 6 für Zwischenkondensat, die unter und
parallel zu den untersten Rohrbündeln 5 angeordnet sind und zusammen mit diesen
in die unteren Hohlräume 7 der inneren Stützelemente münden, daran angeschlossene
Köndensatschleusen 8 mit einem gemeinsamen Kondensatabflußrohr 9 und einer gemeinsamen
Luftabsaugringleitung 10, eine auf den inneren Stützelementen stehende Laterne 12
mit zylindrischer Wand zur inneren Begrenzung des Luftzuführungsraumes vor den Kühlelementengruppen,
ein von dieser Laterne getragener Ventilator 13 mit Antriebsmotor 14 und Zwischengetriebe
15, ein dem Ventilator nachgeschalteter Leitschaufelkranz 16, Abdeckbleche 17, 18,
ein Ansaugstutzen 19 mit erweitertem Eintrittsquerschnitt sowie als anschließende
Verkleidungsteile ein Mantel 20 und ein bis zum oberen Ende der äußeren Stützelemente
herabreichendes Dach 21.
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Charakteristisch für die sternförmige Anordnung ist, daß die in je
einer lotrechten Ebene liegenden Kühlelementengruppen radial nach außen paarweise
gegeneinander geneigt sind, wodurch zwischen je zwei benachbarten Gruppen abwechselnd
nach innen und außen sich verbreiternde Räume ergeben (vgl. Fig. 2). Dabei sind
alle Hohlräume 2, 7 der inneren Stützelemente mit den Rohrbündeln je zwei benachbarter
Kühlelementengruppen verbunden. Entsprechend können auch alle Hohlräume 3 der äußeren
Stützelemente mit je zwei benachbarten, allerdings zu verschiedenen inneren Stützelementen
gehörenden Kühlelementengruppen verbunden sein.
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Der niederzuschlagende Abdampf wird bei einem solchen, z. B. auf einem
Turbinenhaus 22 aufgestellten Kondensator durch den das Endstück der Abdampfleitung
bildenden Rohrstutzen 1 den unmittelbar daran angeschlossenen oberen Hohlräumen
2 der inneren Stützelemente zugeführt. Von hier durchströmt der Dampf zunächst die
parallel zueinander geschalteten beiden oberen Rohrbündel 4 aller Kühlelementengruppen.
Anschließend gelangt das Dampf-Wasser-Gemisch in die Hohlräume 3 der äußeren Stützelemente.
Der dort noch verhandene Restdampf wird durch das nachgeschaltete untere Rohrbündel
s geführt, während das bereits gebildete Kondensat durch ein unterhalb dieses Bündels
mit gleichem Gefälle angeordnetes Rohr 6 abfließt. Die geringe Neigung der Rohrbündel
4, 5 hat den Zweck, einen Kandensatüberhang weitgehend zu vermeiden und dadurch
einen besseren Wärmeaustausch zu erreichen.
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In der an das nachgeschaltete Kühlelement 5 und das Kondensatrohr
6 austrittsseitig angeschlossenen Kammer 7 sammelt sich die ganze Kondensatstange,
die
dann durch die immer einen gewissen Flüssigkeitsstand aufrechterhaltende Schleuse
8 in das im Inneren des Abdampfverteilerrohres 1 verlegte Abflußrohr 9 übertritt.
Die nach dem Niederschlagen des Dampfes übrigbleibende Luft wird über die an die
Kammern 7 aller inneren Stützelemente angeschlossene Ringleitung 10 z. B. mittels
einer nicht dargestellten Dampfstrahl-Luftpumpe abgesaugt, die das zum Betrieb des
Kondensators erforderliche Vakuum erzeugt.
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Die als Kühlmittel verwendete Luft wird von oben her durch den Stutzen
19 angesaugt und nach Passieren des Ventilatorrades 13 und des diesem nachgeschalteten,
feststehenden Leitschaufelkranzes 16 den Kühlelementengruppen 4, 5 mit einem gewissen
Überdruck zugeführt. Mit Hilfe der paarweise keilförmig geneigten Bleche 17 sind
die nach außen sich verbreiternden und offenen Räume zwischen je zwei der obersten
Rohrbündel 4 der an gemeinsame innere Stützelemente angeschlossenen benachbarten
Kühlelementengruppen nach oben abgedeckt. In Fig.2 sind die Lage von zwei solchen
zusammengehörenden Blechen und der durch diese abgedeckte Raum durch Schraffierung
angedeutet. Dadurch wird die Luft v eranlaßt, zwischen je zwei Kühlelementengruppen,
deren Rohrbündel an benachbarte innere und äußere Stützelemente angeschlossen sind,
von oben her aus dem die Laterne 12 umgebenden Ringraum einzutreten (vgl. die in
Fig. 1 eingezeichneten Pfeile). Von hier aus durchdringt die Luft in Querrichtung
die drei Rohrbündel jeder Kühlelementengruppe - der zwischen dem mittleren und dem
unteren Rohrbündel infolge ihrer entgegengesetzten Neigung befindliche Zwischenraum
ist durch das lotrechte Blech 18 abgedeckt - und tritt dann am Umfang des Kondensators
zwischen den äußeren Stützelementen ins Freie aus.
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Ein derartiger Kondensator zeichnet sich durch eine im Verhältnis
zu seinem Gewicht und kaumbedarf sehr große Kühlleistung aus, die auf einer besonders
wirksamen und gleichmäßigen Beaufschlagung aller Kühlflächen durch das Kühlmittel
beruht. Außerdem ist die Hintereinanderschaltung mehrerer Rohrbündel innerhalb jeder
Kühlelementengruppe mit der Möglichkeit der getrennten Abführung des Zwischenkondensates
vor allem bei Kondensatoren für Produkte mit mehreren Komponenten, z. B. in Crack-
oder sonstigen Destillationsanlagen, von Bedeutung. Dazu kommt bei Anwendung des
Staudruckprinzips die Möglichkeit eines störungsfreien Betriebes selbst beim Vorhandensein
zahlreicher frei schwebender kleiner Fremdkörper im umgebenden Luftraum. Ferner
ist die Zahl der Dichtungsstellen bei der erfindungsgemäßen Bauart im Vergleich
zu bekannten Kondensatoren sehr gering, weil infolge des unmittelbaren Anschlusses
der hohlkörperförmigen Stützelemente an die Rohrbündel im Bereich des Kondensators
keine Verbindungsrohrleitungen vorhanden sind und damit dort die sonst erfahrungsgemäß
vorhandene Gefahr für Lufteinbrüche weitestgehend beseitigt ist.
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Die Kühlelementengruppen können an Stelle der sternförmigen Anordnung
gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel auch radial oder tangential
angeordnet sein, wie es in den Fig.3 bzw. 4 angedeutet ist. Dort sind die an beiden
Enden mit eigenen Stützelementen verbundenen Kühlelementengruppen mit 23 bzw. 24
bezeichnet.
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In allen Fällen ist zur Vermeidung von Resonanzerscheinungen während
des Betriebes die Zahl der ringsum verteilten inneren und äußeren Stützelemente
für die Kühlelementengruppen verschieden von der Zahl der Ventilatorflügel zu wählen.