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Flüssigkeits- oder gasgekühlter Dampfkondensator Wenn an Kondensationsflächen
von Wärmeaustauschern Flüssigkeit niedergeschlagen wird, bildet sich ein Flüssigkeitsfilm,
der sich in Richtung der auf ihn einwirkenden Kräfte bewegt, also normalerweise,
wenn nur die Schwerkraft vorliegt, nach abwärts fließt. Dadurch wird der Film in
den unteren Teilen der Kondensationsfläche immer dicker, so daß er eine beachtliche
Verschlechterung des Wärmeaustausches verursacht. Daher ist es bekanntgeworden,
den Kondensatfilm durch an der Kondensationsfläche anzubringende Maßnahmen von den
wesentlichen Partien der Kondensationsfläche wegzuleiten. Dies geschieht z. B. dadurch,
daß man fließbar gewordene Kondensatmengen in Rillen, Furchen od. dgl., die sich,
schräg nach abwärts laufend, in gewissem Abstand voneinander über eine im übrigen
glatte Kondensationsfläche erstrecken, sammelt und ableitet. Die Verringerung der
wirksamen Kondensationsfläche durch diese Vorrichtungen und die beachtliche Vergrößerung
der abzuführenden Kondensatmenge nach unten sind zu Gegebenheiten, die sich auf
die Ausgestaltung dieser Art von Kondensationsflächen nachteilig auswirken, denn
eine der jeweiligen Kondensatmenge entsprechende Dimensionierung der Furchen usw.
ergibt herstellungsmäßige Schwierigkeiten, während eine Dimensionierung auf Grund
der z. B. mittleren Kondensatmenge die Vorrichtung im unteren Bereich nahezu wirkungslos
macht. Es ist ferner bekannt, eine etwa auftretende laminare Randströmung in dem
dem Wärmeaustausch unterworfenen Mittel durch geeignete Maßnahmen derart zu stören,
daß durch Wirbelbildung wiederholt Teile des Wärmeaustauschmittels, die in größerer
Entfernung von der Wärmeaustauschfläche strömen, also am Wärmeaustausch geringfügig
beteiligt sind, möglichst direkt an die Wärmeaustauschfläche selbst heranzuführen
und auf diese Weise wieder am Wärmeaustausch teilnehmen zu lassen. Auch sind bereits
Kühlflächen mit sägezahnartiger Querschnittsgestaltung bekannt, bei denen die Zahnflanken
frontal von dem strömenden Medium beaufschlagt werden, um zu vermeiden, daß die
Rieselflüssigkeit vom strömenden Medium fortgerissen wird. Diese Maßnahmen dienen
der Verbesserung des Wärmeübergangs an der gekühlten Seite der Kondensationsfläche.
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Die vorliegende Erfindung soll den Wärmeübergang auf beiden Seiten
der Kondensationsfläche bei Ausschaltung der bisher auftretenden Nachteile erhöhen.
Sie betrifft flüssigkeits- oder gasgekühlte Dampfkondensatoren mit lotrechten oder
annähernd lotrechten platten- oder rohrförmigen Kondensationsflächen, die zur Ableitung
des Kondensats mehrere übereinanderliegende, im Profil sägezahnartige Ausnehmungen
aufweisen, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnflanken eines Profils bis
zur gemeinsamen Kante nach unten und in den Dampfraum gerichtet sind, so daß das
auf der Kondensationsfläche sich bildende Kondensat im wesentlichen über diese Kante
abtropft.
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Durch diese Anordnung liegt der Scheitel des Winkels der Zahnflankenerzeugenden
bzw. die gemeinsame Kante der Zahnflanken jedes Profils im Dampfraum tiefer als
die Zahnflanken selbst, so daß das an den Zahnflanken sich bildende Kondensat gegen
den Scheitelpunkt des Winkels strömt, dort seinen tiefsten Punkt an der Kondensationsfläche
erreicht, sich von dieser Stelle ablöst und nach unten fällt. Die an höheren Stellen
gebildeten Kondensatmengen werden dadurch ständig von den Kondensationsflächen weggeführt
und beeinträchtigen somit den Wärmeaustausch an tiefer liegenden Stellen nicht mehr
durch Bildung eines starken Flüssigkeitsfilms.
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Bei leicht überhängender Anordnung der übereinanderliegenden Kanten
fallen die Kondensattropfen frei nach unten in den Sammelraum. Sind hingegen die
Kanten lotrecht übereinander angeordnet, so fallen die sich lösenden Tropfen auf
die darunterliegende Kante und reißen von dort, wie Beobachtungen zeigen, während
ihres neuerlichen Ablösens mehr Flüssigkeit mit, als der auftropfenden Menge entsprach,
d. h., es wird an diesen Stellen die Kondensatmenge bereits verringert, bevor sie
noch die Menge, die zum selbständigen Abtropfen erforderlich wäre, erreicht hat.
Somit ist die an der Wand abgesetzte effektive
Kondensatmenge geringer,
damit der Wärmeaustauscheffekt besser und die spezifische Kondensatmenge größer.
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Ist der Scheitel des die Zahnflanken erzeugenden Winkels im Querschnitt
einer Tropfnase ausgebildet, dann ergeben sich Verbesserungen hinsichtlich des Ablösens
der Flüssigkeit. Das sägezahnartige Profil in der erfindungsgemäßen Anordnung bewirkt
auch die Vermischung der Stromfäden des Strömungsmittels und damit einen verbesserten
Wärmeaustausch. Bei rohrartiger Ausführung der Kondensationsfläche kann das sägezahnartige
Profil schraubenförmig um die Achse der Kondensationsfläche gelegt sein, wodurch
eine Drallbewegung des Strömungsmittels und damit eine weitere Verbesserung des
Wärmeaustausches entsteht. Durch die Drallbewegung werden die durch die verschiedene
Erwärmung bedingten Unterschiede im spezifischen Gewicht ausgenutzt, um alle Stromfäden
des Strömungsmittels an die Austauschflächen heranzubringen. Durch Kondensationsflächen
mit dem vorgeschlagenen sägezahnartigen Profil ergibt sich eine gegenüber glatten
Wänden beachtliche Vergrößerung der Wärmeaustauschfläche pro Längeneinheit, so daß
in kleineren Einheiten größere Wärmeaustausch$ächen unterzubringen sind, woraus
sich Einsparungen an Materialkosten und Platzbedarf ergeben. Die Kondensationsflächen
mit dem sägezahnartigen Profil haben weiterhin den Vorteil, daß in ihrem Querschnitt
verlaufende Spannungen, verursacht durch Temperaturschwankungen, in dem Profil selbst
in vorzüglichem Maße aufgenommen werden.
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Insbesondere zur Erzielung des Vorteils wirtschaftlicher Herstellung
und vielseitiger Anwendbarkeit kann das sägezahnartige Profil der Kondensations-und
Kühlfläche gleichartig, jedoch richtungsverkehrt verlaufend ausgebildet sein, so
daß sich je nach Aufstellungssinn eine innen- oder außenliegende Kondensationsfläche
ergibt. Zweckmäßig ist es dabei, die durch die beiden Zahnflanken des Profils gebildete
Kante schneidenförmig auslaufen zu lassen bzw. die Scheitel beider Winkel, der Verwendbarkeit
im jeweiligen Aufstellungssinn entsprechend, mit tropfnasenförmigem Querschnitt
auszubilden.
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In den Figuren sind einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt.
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Die Fig. 1 zeigt einen annähernd lotrechten Schnitt durch eine Kondensationsfläche
mit sägezahnartigem Profil. Dabei wird das zu kondensierende Mittel auf der Seite
1 der Wärmeaustauschfläche verflüssigt, so daß sich stufenweise, von jeder Ecke
2 beginnend, sowohl an den Zahnflanken 3 als auch an den Zahnflanken 4, bis zu den
zugehörigen Spitzen 5, für jeden Sägezahn getrennt, ein nach unten zu zunehmend
dicker werdender Film 6 ausscheidet. Von den Spitzen 5, die in diesem Beispiel zusätzlich
als Tropfnasen geformt sind, tropft die Flüssigkeit ohne Berührung der Kondensationsfläche
frei durch den Raum. Sowohl der Winkel ? als auch der Winkel 8, die die Stellung
der Sägezahnflanken bestimmen, sind spitze Winkel, die von der Horizontalen ausgehend
im gleichen Richtungssinn nach oben angeordnet sind. Fig. 2 und 3 stellen ebenfalls
Wärmeaustauschflächen zur Kondensation mit sägezahnartigem Profil dar, die Kondensationsfläche
ist jedoch schraubengangartig um eine Achse 9 gelegt, so daß ein geschlossenes Rohr
mit der Achse 9 entsteht. Die Kanten 10 und 11 verlaufen in Form von Schraubenlinien.
In diesem Falle sind die beiden Winkel 14 und 15, die sich beim Zusammenfügen der
Wärmeaustauschflächen 12 und 13 ergeben, tropfnasenförmig ausgebildet, so daß sich
bei gleichen Herstellungsbedingungen die Kondensationsfläche gemäß Fig.2 für ein
im Innern kondensierendes Mittel eignet, während sich durch einfaches Umdrehen des
Wärmeaustauschrohres die Anordnung gemäß Fig. 3 ergibt, die für ein an der Außenfläche
kondensierendes Mittel gedacht ist. Die Fig. 2 und 3 stellen somit den Querschnitt
ein und derselben Kondensationsfläche für zwei verschiedene Anwendungsmöglichkeiten
dar, woraus hinsichtlich der Fabrikation, der Lagerhaltung und des Vertriebs ein
eindeutiger wirtschaftlicher Vorteil zu erkennen ist.
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Mit derartigen Kondensationsflächen versehene Wärmeaustauscher sind
raum- und materialsparend, da auf gleichem Raum eine vergrößerte Wärmeaustauschfläche
unterzubringen ist. Durch die wendelförmige Ausbildung der Austauschfläche entsteht
im Rohr und um das Rohr eine Drallbewegung des Mittels, wodurch eine Intensivierung
des Kontaktes der einzelnen Stromfäden des Mittels mit den Wärmeaustauschflächen
und damit eine Steigerung des Wärmeaustausches erzielt wird. Es hat sich gezeigt,
daß durch die größere spezifische Oberfläche und den besseren Wärmeübergang bei
Kondensatoren, insbesondere für Gaszerlegungsapparate, eine bis zu 301/o führende
Leistungsverbesserung erreichbar ist.