DE1519658C - Heiz- und Verdampfungsrohre - Google Patents

Description

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Sicken der Flüssigkeit und dem entstehenden Dampf gen erst in einem bestimmten Abstand von einem

in den Rohren eine rotierende Bewegung aufgezwun- Rohrende beginnend in das Rohr eingedrückt wer-

gen. Außerdem ergeben sich durch die Vergrößerung den und der freie Rohrquerschnitt sich bis zum ande-

des Rohrquerschnittes in der Strömungsrichtung des ren Rohrende zunehmend so vergrößert, daß dort der

Flüssigkeit-Dampf-Gemisches an jeder Rohrstelle 5 ursprüngliche Kreisquerschnitt des Rohres wieder

günstige Strömungsbedingungen und vorteilhafte erreicht wird.

Wärmeübergangswerte, die dann optimal werden, Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Heizwenn die Erweiterung des Querschnittes so gewählt und Verdampfungsrohre wird der einströmenden wurde, daß sich in dem Rohr beim Betrieb über die Flüssigkeit und dem entstehenden Dampf ein Drall gesamte Rohrlänge eine konstante Dampfgeschwin- io erteilt und zugleich wird dem Volumen des sich bildigkeit einstellt. Hierdurch wird eine vollkommene denden Dampfes durch die in Längsrichtung des gleichmäßige Benetzung der Heiz- und Verdamp- Rohres zunehmende Vergrößerung des Rohrquerfungsfläche mit der einzudampfenden Flüssigkeit er- schnittes Rechnung getragen. Durch die Drehbewereicht und schädliche Überhitzung der Flüssigkeit gung des Flüssigkeit-Dampf-Gemisches wird die Tur- und damit verbundene Ablagerungen von Feststoffen 15 bulenz der Strömung in günstiger Weise beeinflußt, auf der Heizfläche vermieden. Ferner können infolge Die bei der Drehbewegung auftretende Fliehkraft der günstigen .Wärmeübergangswerte die erfindungs- schleudert von der Wand abgelöste Flüssigkeitströpfgemäßen Heiz- und Verdampfungsrohre gegenüber chen immer wieder auf die Heizfläche zurück, woden bisher bekannten Verdampfungsrohren in ihrer durch eine einwandfreie Benetzung der Rohrinnen-Abmessung bei gleicher Verdampfungsleistung klei- 20 wand und eine fortlaufende Durchmischung des Einner gewählt werden. . . . dampfgutes auf der Heizfläche gewährleistet ist. Opti-

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden nor- male Betriebsbedingungen und Wärmeübergangsmale, glatte Rohre mit überall gleichem lichtem werte werden erhalten, wenn die Vergrößerung des Querschnitt beispielsweise durch Drücken so ver- Rohrquerschnittes in Längsrichtung des Heiz- und formt, daß in der Längsrichtung der Rohre Sicken, 25 Verdampferrohres erfindungsgemäß so gewählt wird, Rillen oder ähnliche Vertiefungen schraubenförmig daß sich bei den vorgesehenen Betriebsverhältnissen um die Rohre laufen und sich der freie Querschnitt beim Betrieb eine gleichbleibende Dampfgeschwineines Rohres in Längsrichtung bei praktisch gleich- digkeit des im Rohr erzeugten Dampfes über die bleibendem Rohrumfang vergrößert. In der Regel ganze Rohrlänge ergibt.

wird ein erfindungsgemäßes Heiz- und Verdamp- 30 In den Abbildungen ist eine erfindungsgemäße

fungsrohr mit drei oder vier schraubenförmigen, um Vorrichtung in beispielsweiser und schematischer

das Rohr laufenden Vertiefungen versehen. Es kön- Weise dargestellt.

nen jedoch auch mehr als vier schraubenförmig um Abb. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Ver-

das Rohr laufende Vertiefungen angebracht werden. dämpfer, der Heiz- und Verdampfungsrohre enthält,

Das Rohr kann auch lediglich an zwei jeweils gegen- 35 die mit drei Sicken versehen sind;

überliegenden Seiten zusammengedrückt werden, so Abb. 2 zeigt eine Aufsicht auf das Einlaßende

daß sich in dem Rohr ein schraubenförmig gewun- des in Abb. 1 dargestellten Verdampfungsrohres;

dener Gang bildet, dessen Querschnitt in der Längs- Abb. 3 bis 6 zeigen Querschnitte durch das in

richtung des Rohres zunimmt. Abb. 1 dargestellte Rohr an den Stellen A-A', B-B',

Durch die Steigung, mit der sich die Sicken oder 40 C-C und D-D'.

ähnliche Vertiefungen um ein Rohr winden, wird der Die A b b. 1 zeigt einen Vertikalschnitt aus einem Drall bzw. die Umdrehungsgeschwindigkeit des Fallstromverdampfer, bei dem zwischen den aus-Flüssigkeit-Dampf-Gemisches bestimmt. In der Regel schnittsweise dargestellten Rohrboden 1 und 2 ein haben sich die Sicken oder Vertiefungen am Ende erfindungsgemäßes Heiz- und Verdampfungsrohr 3 der Verdampferrohre etwa einmal um 360° um die 45 angeordnet ist. Die einzudampfende Flüssigkeit wird Rohre gewunden. Es ist jedoch auch möglich, die von oben in das Rohr 3 eingeleitet, das zwischen Rohre so mit Sicken oder ähnlichen Vertiefungen zu den Rohrboden 1 und 2 durch ein geeignetes Heizversehen, daß diese schon z. B. nach einem Viertel medium von außen erwärmt wird. Das oben runde der Rohrlänge sich um 360° um die Rohre gewunden Rohrende ist in dem oberen Rohrboden 1 eingewalzt, haben. 5° Hinter der Walzstelle sind in das Rohr drei Sicken

Die erfindungsgemäßen Heiz- und Verdampfungs- eingedrückt. Bei der Sicht in das Rohr von oben

rohre können mit gleich gutem Erfolg in senkrechter ergibt sich ein Bild, wie es in der A b b. 2 dargestellt

oder waagerechter oder auch geneigter Anordnung in ist. Der Umfang der dreizackigen Figur entspricht

bekannter Weise in die Rohrboden von Verdampfern dabei dem Rohrumfang. Bei einem Horizontalschnitt

eingebaut werden. Bei senkrechter oder geneigter An- 55 durch das Rohr 3 an der Stelle A-A' erhält man den

Ordnung kann die einzudampfende Flüssigkeit von in A b b. 3 dargestellten Querschnitt. Der freie Quer-

oben oder von unten durch die Heiz- und Verdamp- schnitt beträgt dabei nur einen Bruchteil des ur-

fungsrohre geführt werden, wobei jeweils die einzu- sprünglichen Rohrquerschnittes. Die Sicken winden

dampfende Flüssigkeit an den Rohrenden mit den sich erfindungsgemäß schraubenförmig um das Rohr

kleinen Rohrquerschnitten in die Verdampferrohre 60 und sind so ausgebildet, daß der Querschnitt des

eingeleitet wird. Rohres von oben nach unten zunimmt. An der Stelle

Für die Einpassung der Verdampferrohre in die B-B' hat sich der freie Querschnitt auf ein Viertel Rohrboden des Verdampfers ist es vorteilhaft, wenn des ursprünglichen Rohrquerschnittes erweitert. Diedie beiden Rohrenden einen kreisrunden Querschnitt ser Querschnitt durch das Rohr an der Stelle B-B' ist aufweisen. Aus diesem Grund werden zweckmäßiger- 65 in A b b. 4 dargestellt. Ein Horizontalschnitt durch weise die beiden Rohrenden frei von Sicken oder das Rohr an der Stelle C-C ergibt den in A b b. 5 anderen Vertiefungen gehalten. Am einfachsten läßt dargestellten Querschnitt, der halb so groß ist wie der sich dies erreichen, wenn die Sicken oder Vertiefun- ursprüngliche Rohrquerschnitt. Die A b b. 6 stellt

einen Horizontalschnitt durch das Rohr 3 an der Stelle D-D' dar, an der sich der Rohrquerschnitt auf drei Viertel des ursprünglichen Rohrquerschnittes erweitert hat. Am unteren Rohrende sind die Sicken ausgelaufen und in den Kreisquerschnitt des ursprünglichen Rohres übergegangen. Das Rohr 3 ist an seinem unteren Ende in den Rohrboden 2 eingewalzt.

Ausführungsbeispiel

In einem Fallstromverdampfer, der -mit Röhren ausgerüstet ist, die erfindungsgemäß mit drei schraubenförmig umlaufenden Sicken versehen sind, wird eine Flüssigkeit mit 20% Trockensubstanzgehalt bei einmaligem Durchgang durch die Rohre des Verdampfers bei einer Eindampftemperatur von 60° C und einer Heizdampf temperatur von 75° C auf 50% Trockensubstanzgehalt eingedampft. Der Flüssigkeitsdurchsatz durch ein 4 m langes Rohr beträgt pro Stunde 36,7 kg mit 20% Trockensubstänzgehalt. Der Wärmedurchgangswert beträgt 2000 kcal/m²h° C. Die Rohre, deren lichter Durchmesser 32 mm vor der Anbringung der Sicken beträgt, weisen folgende Querschnitte auf:

Rohrquerschnitt bei ¹U Rohrlänge: etwa 200 mm²
Rohrquerschnitt bei V2 Rohrlänge: etwa 400 mm²
Rohrquerschnitt bei ³U Rohrlänge: etwa 600 mm²

Bei einer Gesamtwasserverdampfung in einem Rohr pro Stunde von 21,8 kg ergibt sich an allen Stellen des Rohres unterhalb des Querschnittes von 200 mm² eine gleichbleibende Dampfgeschwindigkeit von 58 m/Sek. Da sich die Sicken nach einem Viertel der Rohrlänge einmal um 360° um das Rohr gewunden haben, dreht sich der Brüdenstrom innerhalb des Rohres mit einer Drehzahl von etwa 3480 UpM. Durch die entstehende Fliehkraft wird die Flüssigkeit mit dem 37fachen ihres eigenen Gewichtes auf die Heizfläche gedrückt. "'.'..

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 eine gleichmäßige Benetzung der Innenwand mit der Patentansprüche: einzudampfenden Flüssigkeit fast nicht zu erreichen. Es ist bekannt, in Verdampfungsapparaten durch

1. Heiz- und Verdampfungsrohre in Fallstrom- rotierende Einsätze Gase und Dämpfe in rotierender oder Kletterverdampfern, dadurch ge- 5 Bewegung zu halten (deutsche Patentschriften kennzeichnet, daß jedes Rohr schrauben- 811229,341750).

förmig umlaufende Sicken aufweist, die derart Die Anordnung von rotierenden Einsätzen, die von

ausgebildet sind, daß bei gleichbleibendem Rohr- einer äußeren mechanischen. Kraft angetrieben wer-

umfang der Rohrquerschnitt in der Längsrichtung den, kommt wegen des hohen konstruktiven Aufwan-

zunimmt. io des für Verdampferrohre jedoch nicht in Frage.

2. Heiz- und Verdampfungsrohre in Fallstrom- Man hat auch schon versucht, mit fest angeord- oder Kletterverdampfern nach Anspruch 1, da- neten Drallkörpern in der Eintrittsseite der Heizrohre durch gekennzeichnet, daß die Sicken vor den eine rotierende Bewegung der Flüssigkeit und Rohrenden auslaufen. . des Dampfes einzuleiten (deutsche Auslegeschrift

3. Heiz- und Verdampfungsrohre in Fallstrom- 15 1 061 743). Die in die Rohre eintretende Flüssigkeitsoder Kletterverdämpfern nach den Ansprüchen 1 menge ist jedoch bei Fallstromverdampfern und Klet- und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Rohr terverdampfern mit begrenzter Flüssigkeitsaufgabe drei oder vier Sicken aufweist. sehr gering und die Dampfgeschwindigkeit noch so

niedrig, daß der angestrebte Effekt nicht oder nur zu 20 einem geringen Teil erreicht wird. Da bei Verdamp-

. fern, bei denen in der Eintrittsseite der Heizrohre

drallerzeugende Vorrichtungen eingebaut sind, 90 °/o und mehr Wasser oder Lösungsmittel hinter den

Die Erfindung betrifft Heiz- und Verdampfungs- Dralleinsätzen verdampft wird, kann eine Rotation rohre in Fallstrom- oder Kletterverdampfern. 25 des Flüssigkeit-Dampf-Gemisches über die ganze

Die Heizflächen von Verdampfern werden Vorzugs- Länge des Rohres nicht aufrechterhalten werden,
weise aus Rohren gebildet, die in der Regel in Rohr- Es sind auch Rohreinsätze bekannt, die in der

boden eingewalzt oder eingeschweißt werden. Die ganzen Länge durch ein Verdampferrohr hindurch-Rohrböden sind mit einem Mantel verbunden, so daß gehen und die durch schraubenförmige Windungen sich eine Heizkammer ergibt, in welcher die Heiz- 30 eine rotierende Bewegung des im Rohr erzeugten rohre von außen durch ein Heizmedium, beispiels- Dampfes erzwingen (britische Patentschrift 872 666). weise Dampf, beheizt werden, während die einzu- Solche Einsätze haben jedoch eine größere benetzte dampfende Flüssigkeit durch die Rohre hindurch- Oberfläche als die Heizfläche des Verdampferrohres, geführt wird. . Da die Einsatzkörper am Wärmeaustausch nicht be-

Bei einfachen, von der Flüssigkeit durchströmten 35 teiligt sind, wird ein großer Teil der durch die Rohre Rohren ist jedoch über die ganze Rohrlänge ein geleiteten Flüssigkeit für die Benetzung der Einsatzgleich günstiger Wärmeübergangswert nicht zu er- körperoberfläche in Anspruch genommen, ohne dabei reichen. Dies rührt daher, daß z. B. bei Fallstrom- eingedampft zu werden. Es ist deshalb erforderlich, Verdampfern die von oben in die senkrecht stehen- denjenigen Anteil der Flüssigkeit, der auf der Heizden Verdampfungsrohre eingeleitete Flüssigkeit zu- 40 fläche durch die Heizrohre geführt wird, höher zu nächst träge und ungleichmäßig an den Rohrinnen- konzentrieren, damit sich nach der Vermischung wandungen herunterfließt, wodurch in den oberen mit dem nicht eingeengten Anteil der gewünschte Rohrpartien eines solchen Verdampfers infolge Über- Konzentrationsgrad einstellt. Eine solche Arbeitshitzung unerwünschte Ablagerungen und Ver- weise führt jedoch zu einer erhöhten Verschmutzung schmutzungen eintreten. Nach dem Einsetzen der 45- der Heizflächen und dadurch zu einer Erniedrigung Verdampfung wird die Flüssigkeit von dem entstehen- des Wärmeübergangswertes. Außerdem übersteigen den Dampf in die Mitte des Rohrquerschnittes abge- die Kosten für derartige Einsatzkörper diejenigen für stoßen und zum unteren Rohrende gefördert, wobei die Verdampferrohre.

ein Teil der Flüssigkeit die Heizfläche nicht mehr Schließlich sind schraubenförmig gewellte Heizberührt. Hierdurch wird jedoch diejenige Flüssig- 50 oder Kühlrohre bekannt, deren Kanäle einen wesentkeitsmenge, die mit der Heizfläche in Berührung liehen Teil des Gesamtquerschnittes ausmachen und kommt, teilweise überkonzentriert und schneidet an an den Übergangsstellen zum geraden Durchflußden Rohrwandungen unerwünschte Beläge ab. Bei kanal den Durchfluß des Heiz- oder Kühlmittels ver-Kletterverdampfern, bei denen die einzudampfende zögern (deutsche Patentschrift 169 487). Bei diesem Flüssigkeit von unten in die Verdampferrohre einge- 55 Vorschlag stehen Wärmeleitfähigkeit, -austausch und führt wird, ist im Bereich des scheinbaren Flüssig- -ausnutzung im Vordergrund. Im übrigen gehört diekeitsstandes der Wärmeübergang nur gering, weil in ser Vorschlag zu einer anderen Kategorie von Wärmeder Flüssigkeit nur eine schwache und in der Regel austauschrohren, da das Wärme- oder Kühlmittel das laminare Strömung herrscht. In dem Rohrbereich, in Rohrinnere durchströmt.

dem die Flüssigkeit von den entstehenden Dampf- 60 Die beschriebenen und bekannten Nachteile werblasen nach oben gefördert wird, ist der Wärmeüber- den durch die Erfindung beseitigt. Sie betrifft Heizgang dagegen wesentlich höher. Der mittlere Wärme- und Verdampfungsrohre in Fallstrom- oder Kletterübergangswert wird daher bei einem solchen Ver- Verdampfern und ist dadurch gekennzeichnet, daß dampferrohr durch die ungünstigen Verhältnisse an jedes Rohr schraubenförmig umlaufende Sicken aufder Eintrittsseite des Rohres begrenzt. Die Belag- 65 weist, die derart ausgebildet sind, daß bei gleichbildung ist demnach auch im unteren Teil der Rohre bleibendem Rohrumfang der Rohrquerschnitt in der besonders groß. Längsrichtung zunimmt. Bei der Anwendung der

Bei waagerecht liegenden Verdampferrohren ist erfindungsgemäßen Vorrichtung werden durch die