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WÄRMEAUSTAUSCHER Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Wärmeaustauscher,
wie sie zur Kondensation der Dämpfe oder zur Kühlung und Erwärmung von Flüssigkeiten
und Dämpfen in der chemischen Technik sowie in den anderen Industriezweigen verwendet
werden.
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Es ist ein Wärmeaustauscher mit mehreren senkrecht übereinander angeordneten
Elementen bekannt, die insbesondere aus einem Werkstoff auf Graphitgrundlage bestehen.
Die Wärmeaustauschelemente besitzen senkrechte Kanäle zur Dampf führung und waagerecht
Kanäle zur Kühlmittelführung, wobei der kondensierende Dampf von oben nach unten
und das EUhlmittel im Gegenstromverfahren von unten nach oben geführt wird. Die
senkrechten Kanäle einzelner Elemente liegen auf gleicher Achse und das in diesen
Kanälen niedergeschlagene Kondensat wird an dem letzteren, also am untersten Element
abgeleitet.
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Während des Betriebs der karmeaustauscher dieser Art bildet sich
an den Innenwandungen der senkrechten Kanäle ein Flüssigkeitsfilm, der vom Element
zum Element stärker wird, da der Dampf von oben nach uaten durch alle Elemente strömt.
Dieser Flüssigkeitsfilm verschlechtert die Wärmeübertragungen vom kondensierenden
Dampf zum Kühlmittel und veriiiindert beträchtlich die Wärmeübergangszahl und damit
die Leistungsfähigkeit des Apparates. Die schiechtesten Wärmeaustauschverhältnisse
liegen im untersten Element vor.
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Da die senkrechten Kanäle einzelner Wärmeaustauschelemente gleichachsig
angeordnet sind, ist die Kondensatströmtmg laminar. In einer solchen Strömung findet
beknnntlich nur geringe Durchmischung einzelner Schichten, was ebenfalls zur Verminderung
der Wärmeabgabe an das Kühlmittel beiträgt.
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Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu beseitigen.
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Der Erfindung wurde die Aufgabe zugrunde gelegt, einen Wärmeaustauscher
zu entwickeln, bei dem das Kondensat bereits am Austritt jeden Wärmeaustauschelementes
abgeführt und damit die Bilabildung an den Innenwandungen der senkrechten Dampkanäle
weitgehend begegnet wird. Vliese Maßnahme soll den Wärmeaustausch zwischen den einzelnen
Schicnten der Kondensatströmung begunstigS.
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Gemäß der Erfindung wird diese AuSgabe durch einen vervollkommneten
Kondensator vorzugsweise für chemisch aggressive Dämpfe gelöst, der mehrere senkrecht
übereinander angeordnete Wärmeaustauschelemente mit senkrechten Vampkanälen und
waagerechten Kühlmittelkanälen enthält. Erfindungsgemäß werden die senkrechten Kanäle
jeden Wärmeaustauschelementes gegenüber den gleichen Kanälen des benachbarten Elementes
versetzt. Außerdem werden an jedem nachfolgenden Element oben geneigte Nuten vorgesehen,
in welche die senkrechten Dampfkanäle des vorangehenden Elementes münden. Diese
Nuten münden ihrerseits in eine Sammelnut, die mit mehreren
zusätzlichen
Kanälen zur Kondensatableitung in das nächstfolgende Element verbunden ist.
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Der Vorteil des erfindungsgemäßen Wärmeaustausches liegt darin, daß
die Versetzung der senkrechten Kanäle einzelner Elemente gegeneinander zur Verwirbelung
der Kondensatströmung beiträgt, die die Wärmeaustauschverhältnisse durch Herbeiführung
der Konvektion zwischen den Strömungsschichten begünstigt. Andererseits wird durch
Kondensatableitung über geneigte Nuten nach jedem Wäraeaustauschelement die Filmbildung
an den Innenwandungen der senkrechten Dampfkanäle verhindert, was ebenfalls zur
Vergrößerung der Wärmeübergangszahl beiträgt.
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bei der erfindungsgemäßen Lösung der Aufgabe verringert sich weiter
der Werkstoffaufwand und vereinfacht sich die Bedienung des Wärmeaustauschers.
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Die näheren Linzelheiten der Erfindung sind der nachstehenden Beschreibung
eines Ausfuhrungsbeispieles und den beigefügten Zeichnungen zu entnehmen. Bs zeigt
Fig. 1 den Längsschnitt des erfindungsgemäßen Wärme aus tauschers, Fig. 2 die Stoßstelle
zwischen den zwei Wärmeaustauschelementen als Einzelheit (vergrößert gezeichnet),
Fig. 3 ein Wärmeaustauschelement in Draufsicht.
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Der in Fig. 1 wiedergegebenen Wäiineaustauscher setzt sich aus mehreren
senkrecht übereinander angeordneten und dicht aneinander anschließenden Elementen
1, la, lb und lc
zusammen, die aus einem Werkstoff auf Graphitgrundlage
bestehen. Die Warmeaustauschelemente besitzen senkrechte Kanäle 2 zur Dampfführung
und dazwischenliegende waagerechte Kanäle 3 zur Kühlmittelführung, wobei der Dampf
von oben nach unten und das Kühlmittel von unten nach oben strömt.
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Das zu verflüssigende Medium tritt als Dampf oben durch den Stutzen
4 ein und wird als Kondensat unten durch den Stutzen 5 entfernt, während das Kühlmittel
durch den Stutzen 6 eintritt und durch den Stutzen 7 austritt.
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Die Dampfkammern 8, 9 unten und oben und die Kühlmittelkammern I0
seitlich ermöglichen eine gleichmäßige Verteilung des kondensierenden Dampfes und
des Kühlmittels über Kanäle 2, 3 der Wärmeaustauschelemente 1, 1a, 1b und 1c. Die
Leitbleche 11 in den Kühlmittelkammern 10 sorgen für eine mehrgängige Flüssigkeitsbewegung
durch den Wärmeaustauscher an der Kühlmittelseite.
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Die senkrechten Kanäle 2 jeden Wärmeaustauschelementes sind gegenüber
den gleichen Kanälen des vorangehenden des nachfolgenden Elementes versetzt, wie
dies in Fig. 2 gezeigt ist, und zwar sind die senkrechten Kanäle 2 des Elementes
1 gegenüber den gleichen Kanälen des Elementes la und diese gegenüber den Kanälen
2 des Elementes ab versetzt usw. Durch diese Kanalversetzung wird der alle Elemente
nacheinander durchströmende zu kondensierende Dampf verwirbelt.
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An jedem Wärmeaustauschelement außer dem ersten sind oben geneigte
Nuten I2 (Fig. 2, 3) zwischen den senkrechten Kanälen 2 ausgearbeitet, in welche
die Kanäle 2 des vorangehenden Elementes münden. Die Nuten 2 gehen ihrerseits in
eine Sammelnut I3 über, in welche mehrere zusätzliche senkrechte Kanäle 14 münden.
Durch diese Kanäle läuft das in dem jeweiligen Wärmeaustauschelement anfallende
Kondensat in das nachfolgende Element ab. Infolgedessen, daß der Kondensat bereits
am Austritt jeden Wärmeaustauschelementes abgezogen wird, kann sich an den Wandungen
der senkrechten Dampfkanäle kein Film bilden und die Wärmeübergangszahl hat bei
allen Elementen den höchsten Wert.
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Bei dem ersten Wärmeaustauschelement 1 sind oben keine Kondensatablaufnuten
erforderlich.
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Der beschriebene Wärmeaustauscher hat folgende Wirkungsweise.
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Das zu kondensierende Medium tritt durch den Stutzen 4 und'das Kühlmittel
durch den Stutzen 6 in das erste Wärmeaustauschelement I ein.
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Der strömende Dampf wird in den senkrechten Kanälen 2 des Blefientes
I verflüssigt. Das anfallende Kondensat läuft in die geneigten Nuten 12 im oberen
Teil des nachfolgenden Elementes Ia ab, wird in der Nut I3 gesammelt und durch die
senkrechten Kondensatkanäle I4 in das nächste untere Element I6 abgeleitet.
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Der sich in den senkrechten Dampfkanälen 2 des Elementes la bitaende
Kondensat gelangt in die geneigten Nuten 12
des Elementes Ib, strömt
in die Sammelnut I3 und wird durch die senkrechten Kondensatkanäle I4 in das Element
Ic abgeleitet.
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In der gleichen Weise wird auch der Dampf im Wärmeaustauschelement
Ib verflüssigt und die in den senkrechten Kanälen dieses Elementes niedergeschlagene
Flüssigkeit durch die geneigten Nuten I2 des Elementes Ic abgeführt und durch den
Austrittsstutzen 5 des Wärmeaustauschers zur Weiterverarbeitung abgeleitet.
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Das in den oberen 'Wärmeaustauschelementen anfallende Kondensat gelangt
zum Austrittsstutzen 5 durch die Kanäle 14 und wird auch zur Weiterverarbeitung
abgeführt.
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Obwohl der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher hier als Kondensator
betrieben wird, ist für Fachleute verstndlicn daß er auch zur Kühlung und Erwärmung
von Flüssigkeiten und Dämpfen eingesetzt werden kann.