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Dampfbeheizter Speisewasservorwärmer Die Erfindung betrifft einen
dampfbeheizten, stehend angeordneten Speisewasservorwärmer, in dessen Gehäuse ein
Innenrohr vorgesehen ist, das beiderseits in je einem Kopfstück endet, von denen
eines mit einem Einlaßrohr für das Speisewasser versehen ist, während von dem unteren
Kopfstück aus Rohrschlangen für das vorzuwärmende Speisewasser durch den Rinraum
zwischen dem Innenrohr und dem Gehäuse nach oben zu einem Auslaßrohr geführt sind,
wobei das vorzuwärmende Speisewasser in den Rohrschlangen nacheinander eine Kondensatkühlzone,
eine Kondensationszone und eine Enthitzungszone des Dampfes durchströmt.
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Ein bekannter Speisewasservorwärmer dieser Art (deutsche Patentschrift
267 005) weist ein Innenrohr auf, durch welches das oben am Gehäuse eintretende
Speisewasser einem in der Nähe des Bodens vorgesehenen Ringrohr zugeführt wird,
doch ist hier weder eine günstige Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Raumes
angedeutet, noch strömt der Dampf im Gegenstrom zum Speisewasser.
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Ein weiterer bekannter Speisewasservorwärmer offenbart den Gedanken,
eine besondere Zone vorzusehen, in welcher der Dampf seine Überhitzung verliert
(USA: Patentschrift 2 946 570), doch sind die Strömungsverhältnisse unübersichtlich,
weil im oberen Teil des Vorwärmers gesättigter und kondensierender Dampf durcheinanderströmen,
was zu merklichen Wärmeverlusten führt. Außerdem sind die Enden der Speisewasserrohre
an einer ebenen Siederohrwand angeschlossen, die sehr dick sein muß.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Speisewasservorwärmer
von gedrängter Bauweise zu schaffen, bei dem in einem gegebenen Raum ein Maximum
an Rohrschlangen untergebracht werden kann, und der Dampf unter Ausnutzung der natürlichen,
durch die Kondensation sich ergebenden Strömungsbedingungen mit annähernd gleichmäßiger
Geschwindigkeit im wesentlichen im Gegenstrom über die Speisewasserrohre strömt.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß an das das Einlaßrohr aufweisende
Kopfstück in an sich bekannter Weise das Auslaßrohr für das Speisewasser angeschlossen
ist, von welchen Rohren eines das Kopfstück durchdringt und in das Innenrohr mündet,
und die Rohrschlangen in ebenfalls bekannter Weise in radialen Ebenen zwischen den
Kopfstücken geführt sind, wobei von dem oberen Kopfstück ein unten offener Zylinder
in den Ringraum ragt und ihn in einen inneren Ringraum, der die Kondensationszone
und einen äußeren Ringraum, der die Enthitzungszone des Dampfes bildet, unterteilt,
und wobei der innere Ringraum mittels radial angeordneter Flossen in eine Anzahl
sektorenförmiger Kammern aufgeteilt ist, welche der Dampf nacheinander in wechselnder
Richtung durchströmt.
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Bei einer abgewandelten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Speisewasservorwärmers
kann, wenn die Länge keine besondere Rolle spielt, auf den den inneren von dem äußeren
Ringraum trennenden, am oberen Kopfstück angeordneten Zylinder verzichtet werden.
Die Enthitzungszone, die Kondensationszone und die Kondensatzone sind dann in Richtung
der Achse des Gehäuses aufeinanderfolgend vorgesehen.
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Es sind einzelne Merkmale des Erfindungsgegenstandes allein oder in
Teilkombination bereits bei anderen Speisewasservorwärmern verwirklicht worden.
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So ist zwar schon ein Speisewasservorwärmer bekannt, bei welchem Dampf
und Speisewasser im Gegenstrom strömen (deutsche Patentschrift 933 507), doch ist
bei dieser Ausführung eine optimale Raumausnutzung nicht möglich, da ein rechteckiges
Rohrbündel in einem zylindrischen Gehäuse untergebracht ist.
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Ein anderer Speisewasservorwärmer (französische Patentschriften 1092
683 und 66 924) weist zwar ein Kopfstück auf, das vom Auslaßrohr für das Speisewasser
durchdrungen ist, doch sind hier die Einlaß-und Auslaßenden der in radialen Ebenen
geführten
Rohrschlangen am gleichen Kopfstück angeschlossen, und
das Innenrohr dient nicht als Zu- oder Abflußrohr für das Speisewasser, sondern
als Zufuhrrohr füi den Dampf. Bei dieser Anordnung sind aber die Anschlüsse für
die Speisewasserrohre auf eine große Länge des Kopfstückes verteilt, bzw. erfordern
ein entsprechend langes Kopfstück. Sie sind, im Falle auftretender Reparaturen,
wegen ihrer großen Anzahl schwer zugänglich. Auch die Tatsache, daß ein Ende des
gleichen Kopfstückes in Berührung mit dem überhitzten Dampf steht, während das andere
Ende von kaltem Speisewasser durchflossen wird, muß in der Praxis zu Schwierigkeiten
infolge thermischer Verformung führen.
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Die Erfindung ist im folgenden beispielsweise und unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch den
erfindungsgemäßen Speisewasservorwärmer, F i g. 1 a einen Ausschnitt aus F i g.
1, in welchem aus Gründen der Anschaulichkeit nur ein Rohr dargestellt ist, F i
g. 2 einen Schnitt entsprechend der Linie Y-Y in F i g. 1, F i g. 3 einen Schnitt
entsprechend der Linie Z-Z in F i g. 1, F i g. 4 einen Schnitt entsprechend der
Linie X-X in F i g. 1, F i g. 5 a und 5 b den oberen bzw. unteren Teil eines Längsschnittes
einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Speisewasservorwärmers, F i
g. 6 einen Schnitt gemäß der Linie A-A in Fig.5a und F i g. 7 einen Schnitt entsprechend
der Linie B-B in F i g. 5a.
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Der Speisewasservorwärmer nach F i g. 1 besteht aus einem Gehäuse
l und einem Innenrohr 2, das innerhalb des Gehäuses so angebracht ist, daß zwischen
der Außenwand des inneren Rohres 2 und der Innenwand des Gehäuses 1 ein Ringraum
3 entsteht. An jedem Ende des Innenrohres 2 ist ein Kopfstück vorgesehen. Das eine
Kopfstück 4 ist direkt mit dem Innenrohr 2 verbunden, während das andere Kopfstück
5 von dem Innenrohr 2 durch ein Einlaßrohr 6, das durch das Kopfstück 5 führt und
in das Innenrohr 2 mündet, getrennt ist.
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In dem Ringraum 3 sind eine Anzahl von Rohrschlangen 7, die in F i
g. 1 mir durch ihre Mittellinien dargestellt sind, angebracht. Die Einlaßenden der
Rohre stehen mit dem Kopfstück 4 in Verbindung, während ihre Auslaßenden
in das das Einlaßrohr 6 umschließende Kopfstück 5 münden. Wie am besten aus F i
g. 1 a zu ersehen ist, ist jede Rohrschlange in drei Zonen eingeteilt, und zwar
in eine erste Zone I, in welcher das Rohr etwa sinusförmig in einer Ebene angeordnet
ist, sowie in eine zweite Zone II, in welcher das Rohr in derselben Ebene in Windungen
verläuft, wobei eine Windung auf die andere folgt. Am Ende wird das Rohr um 180°
gebogen und entlang der Außenseite der Windungen wieder zurückgeführt. In einer
dritten Zone III verläuft das Rohr auch wieder in derselben Ebene im wesentlichen
gerade. Diese dritte Zone endet in dem Kopfstück 5.
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Der Ringraum 3 wird von einem Zylinder 8, dessen eines Ende 8 a geschlossen
ist und das Innenrohr 2 umschließt, während das andere Ende offen ist, in zwei konzentrische
Ringräume 3 a und 3 b geteilt. Der Zylinder 8 trennt die Zonen II und III der Rohre
voneinander, wobei der gewundene Teil innerhalb des Zylinders 8 im Ringraum 3 a
und der gerade Teil im Ringraum 3 b liegt.
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Der Ringraum 3 a ist durch Flossen 9 a bis
9h,
wie aus F i g. 2 zu ersehen ist, in eine Anzahl von sektorenartigen Kammern
geteilt. Die Flossen 9 a und 9 b erstrecken sich bis in den Ringraum 3 b und teilen
ihn in zwei halbkreisförmige Räume. Im Ringraum 3 b sind weitere Flossen 10 (F i
g. 1) in einer Ebene rechtwinklig zu den Rohren in der dritten Zone angebracht.
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Der die erste Zone der Rohre enthaltende Teil des Speisewasservorwärmers
ist, wie aus F i g. 3 ersichtlich, ebenfalls durch sich radial erstreckende Flossen
11 in Abschnitte unterteilt. Mit den Flossen 11 sind weitere Flossen 12 (F
i g. 1) rechtwinklig verbunden. Diese Flossen 12 sind zwischen den Windungen der
Rohre angeordnet.
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Kesselspeisewasser vom Kondensator tritt durch das Einlaßrohr
6 ein und fließt durch das Innenrohr 2
in das Kopfstück 4. Vom Kopfstück
4 aus fließt es in die Rohre 7. Danach durchfließt das Wasser die drei Zonen der
Rohre und fließt in das Kopfstück 5, von wo aus es den Speisewasservorwärmer durch
den Auslaß 6 a verläßt.
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Der Dampf strömt durch den Einlaß 13 ein und strömt in der dritten
Zone an den Rohren im Ringraum 3 b entlang. Die Flossen 9 a, 9 b lenken den Dampf
in entgegengesetzter Richtung durch den Ringraum 3 b. Der Dampf fließt im wesentlichen
in Längsrichtung, wobei er in Abständen von den Flossen 10
abgelenkt wird.
In diesen Teil des Speisewasservorwärmers, in welchem der Dampf in Berührung mit
der dritten Zone der Rohre im Ringraum 3 b kommt, verliert er durch Wärmeaustausch
mit dem Speisewasser in den Rohren seine Überhitzung.
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Wenn der nunmehr nicht mehr überhitzte Dampf das untere Ende dieser
dritten Zone der Rohre erreicht, durchströmt er eine Öffnung 8 b in dem Zylinder
B. Diese Öffnung erstreckt sich beiderseits der Flosse 9a. Danach fließt der Dampf
beiderseits der Flosse 9 a in den Sektoren A1 und A2 (F i g. 2) aufwärts in der
zweiten Zone der Rohre. Im oberen Teil dieser zweiten Zone fließt er über die Oberkante
der radialen Flossen 9 c, 9 d und dann durch die Sektoren Bi und B2 abwärts. Dann
fließt er unter den Flossen 9 e, 9 f hindurch und aufwärts in den Sektoren Cl, C2.
Im oberen Abschnitt der Sektoren Cl und C2 fließt er über die Oberkanten der Flossen
9g, 9 h und danach abwärts in den Sektoren Dl und D,.,. Durch das
Auf- und Abfließen in den verschiedenen Sektoren kondensiert der Dampf, wobei sich
das Kondensat im unteren Teil des Speisewasservorwärmers, der die erste Zone der
Rohre umgibt, sammelt.
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Der Kondensatspiegel wird auf einer Höhe gehalten, die unterhalb der
vorerwähnten Einlaßöffnungen 8 b für den Dampf aus der ersten Zone in die
zweite Zone liegt, mit anderen Worten, unterhalb der zweiten Zone der Rohre. Das
Kondensat verläßt den Speisewasservorwärmer durch den Ablauf 14. Auf seinem
Weg zu dem Ablauf folgt es einer Richtung, die durch die Flossen 12 bestimmt ist,
welche es im wesentlichen parallel zur Achse der Rohre leiten.
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Entsprechend dem Vorhergegangenen durchströmt der Dampf drei getrennte
Zonen, im Ringraum 3 b verliert er durch Berührung mit der dritten Zone III der
Rohre seine Überhitzung. Im Ringraum 3 a kondensiert er durch Berührung mit der
zweiten Zone 11 1I
der Rohre, und im weiteren Verlauf kommt er mit
der ersten Zone I der Rohre als Kondensat in Berührung, worauf er aus dem Speisewasservorwärmer
abgeleitet wird. F i g. 4 zeigt die Anordnung der Rohre bei ihrer Einmündung in
das Kopfstück 5.
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Die beschriebene Anordnung erlaubt die fast restlose Ausnützung des
vorhandenen Raumes durch die günstige Anordnung der Rohre, insbesondere in der Kondensationszone,
wobei außerdem noch das Kondensat in wärmetauschende Beziehung mit dem Speisewasser
bei seinem Eintritt in die Rohre tritt, ohne daß dazu ein erzwungener Umlauf des
Kondensats benötigt wird.
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Außerdem kann auf Grund der Tatsache, daß die Kopfstücke gebogene
Oberflächen haben und die Rohrenden diese gebogenen Oberflächen durchdringen, auf
ebene Siederohrwände verzichtet werden, was zur Folge hat, daß die Wandstärke reduziert
werden kann und auf diese Weise Leckverluste vermieden werden.
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In der in der Zeichnung dargestellten Ausführung ist das Kopfstück
5 zugleich als Abschlußstück des Speisewasservorwärmers ausgebildet. Diese Ausbildung
ist aber für die Funktion des Speisewasservorwärmers von untergeordneter Bedeutung.
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In manchen Fällen, wenn die Höhe des Speisewasservorwärmers keine
Rolle spielt, können die drei Zonen, die der Dampf von seinem überhitzten Zustand
bis zu seiner Kondensation durchläuft, auch in der in diesem Falle der Achse des
Gehäuses entsprechenden Strömungsrichtung des Dampfes direkt hintereinander angeordnet
sein. Diese Ausführung ist in F i g. 5 bis 7 dargestellt.
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In dieser Anordnung sind die Kondensations- und und Kondensatzone
im wesentlichen genau so ausgebildet wie im Vorausgegangenen beschrieben, nur in
der Zone des überhitzten Dampfes ist, um den Aufbau zu vereinfachen, die gleiche
Rohranordnung vorgesehen wie in der Kondensatzone, so daß die Rohre umkehrbar sind.
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Mit der Anordnung nach F i g. 5 bis 7 wird ein geringerer Durchmesser
des Speisewasservorwärmers erzielt, wodurch sich auch die Dicke des Gehäuses verringert.
Ein weiterer Vorteil dieser Ausführung ist der, daß der überhitzte Dampf nur den
obersten Teil des Gehäuses durchströmt und nicht wie in der Ausführung nach F i
g. 1 bis 4 einen größeren Teil seiner Länge, was eine geringere Wärmeausdehnung
des Gehäuses zur Folae hat. In beiden Fällen ist jedoch das Rohrbündel nur an einem
Ende befestigt, während sich das andere Ende des Rohrbündels zusammen mit dem Kopfstück
dem Gehäuse gegenüber ausdehnen kann.
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In den dargestellten Ausführungen sind Ein- und Auslaß für das Speisewasser
im Kopfstück auf der Dampfeinlaßseite vorgesehen. Diese Anordnung ist aber nicht
unbedingt erforderlich. So könnte beispielsweise der Speisewasserein- und -auslaß
auch im Kopfstück 4 vorgesehen sein. In diesem Falle würde das Einlaßrohr 6 das
Wasser dem Kopfstück 4 und den Einlaßenden der Rohrschlange zuführen und das Auslaßrohr
6 a mit dem Innenrohr 2 verbunden sein und es gegenüber dem Kopfstück 4 abdichten.
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Die Kondensationszone 1I des Speisewasservorwärmers nach F i g. 5
a und 5 b ist durch radiale Flossen 9 in ähnlicher Weise wie im Vorwärmer nach F
i g. 1 bis 4 unterteilt.