DE1501338C - Mischkondensator - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mischkondensator zur direkten Kondensierung von Dämpfen, vorzugsweise von Wasserdampf, durch eine Kühlflüssigkeit, die durch Öffnungen in den Wänden von Flüssigkeitskammern als Flüssigkeitsfäden in den Kondensationsraum verteilt eingeleitet wird, wobei diese Wände zumindest einen Teil des Mündungsstückes des Dampfzuführungsstutzens bilden.

Bei thermischen Prozessen der Verfahrenstechnik und der Energieerzeugung ergibt sich vielfach die Notwendigkeit, Dämpfe durch Abkühlung zu kondensieren. Eine der Möglichkeiten dafür besteht darin, die Kondensation durch direkten Kontakt der Dämpfe mit einer Kühlflüssigkeit herbeizuführen. Dabei stellt sich die Aufgabe, die Kühlflüssigkeit derart in einem vom Dampf ausgefüllten Raum zu verteilen, daß die Berührungsfläche zwischen beiden Medien für den Übergang der vom Dampf an die Flüssigkeit abzugebenden Kondensationswärme ausreicht. Es sind dafür verschiedene Möglichkeiten bekannt: Wasserfälle durch Überlauf von Staubecken; kegelförmige, koaxiale Flüssigkeitsfilme aus Ringdüsen; Flüssigkeitsstrahlen aus gelochten Blechen; feine Tropfen aus Druckzerstäuberdüsen.

Diese Ausführungen haben den Nachteil, daß sie unwirtschaftlich sind, was sich besonders bei Anwendung zur Kondensation großer Dampfmengen bei tiefem Druck, wie sie beispielsweise bei Dampfanlagen auftreten, auswirkt. Dies kommt daher, daß die zur Verteilung der Kühlflüssigkeit im Kondensationsraum vorgesehenen Maßnahmen teils die Strömung der Dämpfe stören, also einen großen Druckabfall und damit bei Kraftwerken einen beträchtlichen Leistungsverlust verursachen, teils für die Schaffung der notwendigen. Verweilzeit eine zu große Kondensatorhöhe und damit teure Fundamente bedingen, teils für die Bereitstellung der erforderlichen Flüssigkeitsoberfläche für den Wärmeaustausch einen zu hohen Energiebetrag benötigen. Bei allen Ausführungen strömt der Dampf mit nahezu unverminderter Zu-Strömgeschwindigkeit in den Kondensationsraum ein, wodurch die Flüssigkeitsverteilung gestört und unkontrolliert wird, was den Kondensationsvorgang wesentlich verschlechtert.

Aus der deutschen Patentschrift 350 992 ist auch ein Mischkondensator mit einer ringförmigen Wasserkammer bekannt, deren Innenwände einen Teil des Dampfzuführungsstutzens bilden. Das Wasser wird durch Löcher in den Zuführungsstutzen und in den Kondensationsraum eingespritzt und durch geeignete Mittel zerstäubt. Diese Ausführung weist den Nachteil auf, daß das Wasser nicht gleichmäßig verteilt wird, die vom Dampf erfüllten Räume also nicht voll ausgenutzt sind, was durch einen größeren Kondensationsraum ausgeglichen werden muß. Auch hier strömt der Dampf mit voller Zuströmgeschwindigkeit in den Kondensationsraum ein, woraus sich die oben geschilderte Störung der Wasserverteilung ergibt.

Ferner ist es bekannt (österreichische Patentschrift 231 und französische Patentschrift 1 392 277), durch horizontal austretende Strahlen gebildete Wasserschleier im Gebiete hoher Zuströmgeschwindigkeit des Dampfes zu erzeugen. Durch die Dampfströmung und durch ihr Eigengewicht werden die Strahlen nach unten abgelenkt und immer mehr zusammengeballt, wodurch die wirksame Oberfläche stark verkleinert und die Wärmeübertragung sehr verschlechtert wird. Uni die Wasserstrahlen in die starke Dampfströmung hineinzuspritzen, ist viel Pumpenenergie aufzuwenden. Der Kondensationsraum wird durch parallele Wasserkammerwände gebildet, wodurch es zu keiner Umwandlung von Geschwindigkeit in Druck kommen kann; der Sättigungsdruck, die Sättigungstemperatur und die Konderisattemperatur bleiben also tief. Auch dadurch ist die Wärmeübertragung schlechter und die Wärmeverluste durch die tiefere Kondensattemperatur größer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Geschwindigkeit des in den Kondensator einströmenden Dampfes durch einfache Mittel derart herabzusetzen, daß die Verteilung der Kühlflüssigkeit möglichst wenig gestört und so eine volle Ausnutzung der dampferfüllten Räume zustande kommt.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die Wände der Flüssigkeitskammern derart geformt sind, daß sich der Querschnitt des Mündungsstückes in Richtung der Dampfströmung stetig erweitert und die Flüssigkeitsfäden zumindest annähernd senkrecht nach abwärts gerichtet sind.

Dadurch wird eine praktisch ablösungsfreie, also verlustarme Verzögerung der Dampfströmung, unterstützt durch die fortschreitende Kondensation, von einer hohen Zuströmgeschwindigkeit auf eine kleine Austrittsgeschwindigkeit ermöglicht. Die Wände der Flüssigkeitskammern gehen, besonders bei größerer Dimensionierung des Kondensators, nahe oder gänzlich in die Horizontale über, so daß die Flüssigkeitsfäden zumindest annähernd nach abwärts gerichtet sind. Sie werden durch die kleine Dampfgeschwindigkeit nur wenig abgelenkt, was eine nahezu ungestörte Verteilung der Flüssigkeit im Kondensationsraum erlaubt, zu dem auch das Mündungsstück zu rechnen ist, so daß er voll ausgenutzt werden kann und sich das kleinstmögliche Bauvolumen ergibt. Der schwere Nachteil einer Zusammenballung der Flüssigkeitsfäden ist mit Sicherheit ausgeschlossen, und die zur Ausbildung der Flüssigkeitsfäden notwendige Pumpenenergie ist nur klein.

Durch die verlustarme Verzögerung der Dampfströmung und ihre Umsetzung in Druck wird erreicht, daß der Sättigungsdruck im Kondensator annähernd dem Staudruck der Dampfströmung entspricht, deren kinetische Energie somit optimal ausgenutzt wird. Sättigungs- und Kondensattemperatur werden erhöht, wodurch die Wärmeübertragung verbessert wird bzw. die Wärmeverluste vermindert werden. Der Dampf wird zuerst im Gleich-, dann im Kreuz- und zuletzt im Gegenstrom zu den Kühlflüssigkeitsfaden geführt, wodurch eine Verschlechterung des Wärmeübergangs entlang dem Dampfweg vermieden wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführuiigsbeispiel gemäß der Erfindung schematisch dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch den Mischkondensator,

F i g. 2 bis 4 Einzelheiten davon in größerem Maßstab.

In allen Figuren sind gleiche Teile mit den gleichen Hinweiszeichen verschen.

Die Dämpfe werden durch den Zuführungsstutzen I in den Kondensator eingeleitet. Das Mündungsstück des Stutzens 1 wird mindestens zum Teil von den Wänden 2 der Flüssigkeitskammern 3 gebildet, welche die Kühlflüssigkeit für den Kondensationsvorgang enthalten. Die Wände 2 sind derart ge-

formt, daß sich der Querschnitt des Mündungsstükkes in Richtung der Dampfströmung erweitert, was durch eine düsenartige Form nach Fig. 1, aber auch durch eine glockenartige Formgebung oder durch ebene Wände erfolgen kann.

Die Kühlflüssigkeit, welche, verglichen mit dem Dampfdruck im Kondensator, unter Überdruck steht, strömt durch Öffnungen in den Wänden der Flüssigkeitskammern in den Kondensationsraum 4, wo durch Berührung mit den Dämpfen deren Kondensierung erfolgt. Kühlflüssigkeit und Kondensat sammeln sich am Boden des Kondensators und werden bei 7 abgeleitet. Die nichtkondensierbaren Gase sammeln sich in den Kühlzonen 6, die zwischen den Flüssigkeitskammern 3 und der Kondensatorwand 5 angeordnet sind und über Leitungen 8 mit einer (nicht gezeichneten) Absaugvorrichtung in Verbindung stehen.

Die Kühlzonen sind von frischer, noch unerwärmter Kühlflüssigkeit durchrieselt, so daß der größtmögliche Anteil an Dampf kondensiert wird und die mit den nichtkondensierbaren Gasen abgesaugte Dampfmenge nur gering ist.

Die Anzahl der Öffnungen in den Wänden der Flüssigkeitskammern für den Durchtritt der Kühlflüssigkeit ist aus konstruktiven und Festigkeitsgründen beschränkt. Sollte sie für die gewünschte Flüssigkeitsfadendichte nicht ausreichen, dann wird unmittelbar vor einer Öffnung 9 ein Prallblech 10 zweckmäßiger Form vorgesehen, wie es beispielsweise in F i g. 2 dargestellt ist. Ein solches Prallblech kann vor jeder Öffnung angeordnet sein oder sich über mehrere Öffnungen erstrecken. Es bewirkt, ohne die Dampfströmung nennenswert zu stören, ein Aufteilen der austretenden Strahlen in kleine Tropfen, schafft also eine große Oberfläche für den Wärmeaustausch, womit die Kühlflüssigkeit auf verhältnismäßig kurzer Fallstrecke um den vorgesehenen Betrag erwärmt wird, so daß der Kondensator mit einer geringen Höhe auskommt.

Eine andere Möglichkeit für die Aufteilung der austretenden Flüssigkeitsstrahlen besteht in der Anbringung von an sich bekannten Kreuzschlitzdüsen. Eine solche ist in F i g. 3 in Draufsicht und in F i g. 4 im Schnitt veranschaulicht. Sie besteht aus einer in die Kondensatorwand 5 eingearbeiteten kreissegmentförmigen Vertiefung 11 und einer auf der Rückseite der Wand eingearbeiteten gleichen, aber zur ersten kreuzweise angeordneten Vertiefung 12. Die beiden Vertiefungen durchdringen einander teilweise, so daß eine annähernd quadratische öffnung 13 entsteht, durch die der Flüssigkeitsstrahl nicht geschlossen austritt, sondern sich fächerförmig ausbreitet.

Als Kühlflüssigkeit kann prinzipiell ein beliebiger Stoff gewählt werden, doch wird in den meisten Anwendungsfällen darauf zu achten sein, daß er sich mit dem Kondensat nicht vermischt und leicht davon zu trennen ist. Der Trennvorgang entfällt, wenn die kondensierenden Dämpfe und die Flüssigkeit vom gleichen Stoff sind. In diesem Falle kann das Kondensat selbst nach einer Abkühlung als Kühlflüssigkeit verwendet werden.

Der erfindungsgemäße Mischkondensator eignet sich vor allem für die Kondensierung großer Dampfmengen, insbesondere von Wasserdampf, die eine hohe Strömungsgeschwindigkeit im Dampfzuführungsstutzen bedingen, er ist aber auch für kleine Dampfmengen wirtschaftlich und vorteilhaft. Die Flüssigkeitskammern können an die — beispielsweise durch einen Turbinen-Abdampfstutzen gegebene — Form des Zuführungsstutzens angepaßt werden. So können sie z. B. beidseitig des Zuführungsstutzens liegen oder können ihn ringartig umschließen. Wichtig ist dabei, daß die Kühlflüssigkeit zweckmäßig im Kondensationsraum verteilt werden kann und keine Toträume ohne Flüssigkeitskühlung entstehen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Mischkondensator zur direkten Kondensierung von Dämpfen, vorzugsweise von Wasserdampf, durch eine Kühlflüssigkeit, die durch Öffnungen in den Wänden von Flüssigkeitskammem als Flüssigkeitsfäden in den Kondensationsraum verteilt eingeleitet wird, wobei diese Wände zumindest einen Teil des Mündungsstückes des Dampfzuführungsstutzens bilden, dadurchgekennzeichnet, daß die Wände (2) der Flüssigkeitskammem (3) derart geformt sind, daß sich der Querschnitt des Mündungsstückes in Richtung der Dampfströmung stetig erweitert und die Flüssigkeitsfäden zumindest annähernd senkrecht nach abwärts gerichtet sind.

2. Mischkondensator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens eine mit dem Kondensationsraum (4) verbundene, zwischen den Flüssigkeitskammern (3) und der Kondensatorwand (5) angeordnete Kühlzone (6), die mit einer Absaugvorrichtung in Verbindung steht.

3. Mischkondensator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Prallbleche (10) vor den Öffnungen (9) der Flüssigkeitskammem (3).

4. Mischkondensator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch an sich bekannte, mit Vertiefungen (11,12) versehene Kreuzschlitzdüsen für den Flüssigkeitsdurchtritt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen