DE1808667A1

DE1808667A1 - Kondensator

Info

Publication number: DE1808667A1
Application number: DE19681808667
Authority: DE
Inventors: Roe Ralph Coats
Original assignee: SALINE WATER CONVERSION CORP
Current assignee: SALINE WATER CONVERSION CORP
Priority date: 1967-11-13
Filing date: 1968-11-13
Publication date: 1969-08-07
Also published as: NL6816086A; GB1212430A; IL31023A; FR1591749A; US3529662A; ES360056A1; IL31023A0

Description

Saline Water Conversion Corporation. Oradell. N. J./USA

Kondensator

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kondensator, bestehend aus einer Kammer, Einrichtungen die die zu kondensierenden Dämpfe in diese Kammer leiten, einer Anzahl in der Kammer angeordneter Kondensationsrohre und Einrichtungen, die die zur Bildung des Kondensats an der Rohroberfläche notwendige Kühlflüssigkeit durch die Rohre fördern, sowie Einrichtungen zur Sammlung des Kondensats.

Oberflächenkondensatoren sind zur Verminderung des Volumens und damit des Gegendruckes des ausgestoßenen Dampfes bei Dampfkraftmaschinen sehr verbreitet, weil das System dadurch einen größeren Wirkungsgrad erreicht. Oberflächenkondensatoren finden auch bei Abdampfungs- und Kondensationssystemen Verwendung, die aus Salz- oder anderen verschmutzten Lösungen frisches Wasser rückgewinnen.

Die konstruktive Grundform einer Anlage für Oberflächenkondensation sieht ein Gehäuse oder eine langgestreckte Außenverkleidung vor, welche an beiden Enden durch eine Abschlußplatte verschlossen ist. Eine Anzahl

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von runden Kondensationsrohren verläuft im Inneren des Gehäuses und durchdringt an beiden Enden die Abschlußplatten. Durch die Kondensationsrohrβ wird eine Kühlflüssigkeit geleitet, die die Oberflächen der Kondensationsrohre stets auf einem niedrigen Teraperaturniveau hält. Anschließend werden der zu kondensierende Wasserdampf oder andere Dämpfe in das Gehäuse hineingeleitet, wobei sie zwangsläufig mit der kühleren Oberfläche der Kondensationsrohre in Berührung kommen. An diesen kühlen Oberflächen kondensiert der eingeleitete Kampf zu einer Flüssigkeit und tropft anschließend in ein unter den Rohren angeordnetes Sammelbecken ab.

In der Praxis wird bei Kondensatoranlagen der bekannten Art zur Erzielung eines möglichst großen Wirkungsgrades eine sehr große Anzahl von Kondensationsrohren verwendet. Diese Kondensationsrohre durchlaufen gewöhnlich das Innere des Kondensatorgehäuses und ragen an dessen beiden Enden durch die jeweilige Ab- «whlußplatte hindurch. In typischen Ausführungsformen von Kondaisatoranlagen der bekannten Art wird die Oberfläche der Abschlußplatten zu 22 % bis ^$ % von Kondensationsrohren eingenommen.

Einer der größten wirtschaftlichen Nachteile eines konventionellen Oberflächenkondensators sind seine Herstellungskosten. Den größten Teil dieser Kosten bilden dabei die in der Anlage verwendeten Kondensationsrohre. Auch ist die Verbindung zwischen jedem der einzelnen Kondensationsrohre und der Abschlußplatte sehr teuer und zeitraubend, da jede dieser Verbindungen sorgfältig abgedichtet und anschließend auf Dichtheit geprüft werden muß. Konstruktive Probleme ergeben sich außerdem

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aus der Notwendigkeit, eine möglichst große Anzahl von Kondensationsrohren anzuordnen, wobei zwangsläufig für die Befestigung der Kondensationsrohre an beiden Enden des Kondensators nur ein kleiner Teil der Abschlußplatte verwendet werden kann. Infolgedessen müssen oft sehr kostspielige Verstärkungselemente vorgesehen werden. Kondensationsrohre mit kreisförmigem Querschnitt haben ganz allgemein den Nachteil, daß der an der Oberfläche kondensierte Dampf zu beiden Seiten an der fiohroberflache hinunterfließt und sich vor dem Abtropfen auf der Unterseite des Rohres sammelt. Diese Sammelfläche auf der Unterseite des Rohres ist deshalb μ mit einer relativ dicken Flüssigkeitsschicht bedeckt. Die Größe dieser Fläche kann 10 % bis 12 % der gesamten Rohroberfläche betragen. Da die auf dieser Fläche angesammelte Flüssigkeitsschicht den für die gewünschte Kondensierung notwendigen Wärmeübergang erschwert, wird dadurch die wirksame Arbeitsoberfläche der Kondensationsrohre erheblich vermindert.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kondensationsrohr für einen Oberflächenkondensator zu schaffen, der die Leistung von Oberflächenkondensationsanlagen der bekannten Art erheblich übertrifft und dabei leichter und wirtschaftlicher zu bauen ist als die M bisher gebräuchlichen Kondensationssysteme vergleichbarer Kapazität.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Kondensationsröhre in Flußrichtung des Kondensats einen zugespitzten Querschnitt aufweisen, der vergleichsweise eine Kante bildet.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn der zugespitzte

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Querschnitt des Kondensationsrohres in Pließrichtung des Kondensates wenigstens .teilweiee stromlinienförmig ausgebildet ist und eine sich in Achsrichtung des Rohres erstreckende, das Ansammeln von Wasserteilchen auf der Rohroberfläche vermindernde Kante bildet.

Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Kondensationsrohre entlang ihrer Kante gezackt sind und auf ihrer Innenseite mit Wärmeübergangsrippen versehen sind.

Gemäß der Erfindung wird die Verminderung der wirksamen Oberfläche eines Kondensationsrohres durch die Verringerung derjenigen Oberfläche vermieden, auf welcher sich die Flüssigkeit ansammeln kann, ehe sie abtropft. Durch diese Maßnahme wird die wirksame Arbeiteoberfläche des Kondensationsrohres vergrößert. Die Verringerung dieser Oberfläche, an der sich das Kondensat ansammelt, wird dadurch erreicht, daß jedes Kondensationsrohr mit einem flossenförmigen Ansatz Versehen wird, der in Flleßriehtung des Kondensats angeordnet und derart ausgebildet ist, daß sich am unteren Ende jedes Rohres eine relativ scharfe Kante ergibt» Diese Kante kann dabei beispielsweise durch Angießen oder mechanisches Anbringen eines tropfenförmigen oder floseenartlgen Ansatzes an ein rundes Kondensationsrohr gebildet werden. Auch ist es möglich, die gewünschte Form durch eine stromlinienförmige Ausbildung dee Kondensat loner öhre s zu erreichen.

Das Ansammeln von Flüssigkeit an der Oberfläche des Kondensationsrohreβ kann zusätzlich noch dadurch verringert werden, daß die Kante des flossenartigen Ansatzes mit Zacken versehen wird. Diese über die gesamte Länge dee Kondensattonsrohreβ angeordneten sägeförmigen Zacken bilden eine Reihe punktartiger Gebilde

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und vermindern somit in erhöhtem Maße die Oberfläche, an der sich Kondensat ansammeln kann.

Da der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Kondensatoranlage bedeutend größer ist als der herkömmlicher Anlagen, sind zur Erstellung von Anlagen vergleichbarer Kapazität erfindungsgemäß weniger Kondensationsrohre notwendig als bisher.

Der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Oberflächenkondensationseinheit kann noch dadurch erhöht werden, daß die erfindungsgemäßen Kondensationsrohre nach der in der USA-Patentanmeldung Serial-Nr. 6l7 642 offenbarten Lehre angeordnet werden. Gemäß dieser Anmeldung sind die in verschiedenen horizontalen Ebenen angeordneten Kondensationsrohre derart gegeneinander versetzt, daß das von den höher gelegenen Rohren abtropfende Kondensat die tiefer gelegenen Rohre berührungslos passiert. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß das von den Rohren gebildete Kondensat direkt in die Sammelvorrichtung tropft, ohne daß es auf diesem Weg mit weiteren Rohren in Verbindung kommt.

Werden die Rohre in der oben beschriebenen und gemäß der USA-Patentanmeldung 6l7 64-2 offenbarten Art und Weise angeordnet, so wird neben der Verringerung der Bildung von Plüssigkeitsschichten auch eine äußerst kompakte Kondensatorbauweise ermöglicht. Dies nicht zuletzt deshalb, da die Kondensationsrohre wegen des genau festgelegten Tropfweges näher aneinander angeordnet werden können als dies bisher möglich war.

Im folgenden sind zur weiteren Erläuterung und

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zum besseren Verständnis Ausführungsbeispiele der Erfindung in den Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein mit erfindungsgemäßen neuartigen Kondensatorrohren ausgestattetes Kondensatorsystem

Fig. 2 zeigt eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht des in Fig. 1 gezeigten Kondensatorsystems.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch ein Kondensationsrohr wie es in dem in Fig. 1 gezeigten Kondensator verwendet wird.

Fig. k und 5 zeigen Schnitte durch weitere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kondensations■ rohres.

Fig. 6 zeigt ein mit Wärme leitenden Rippen versehenes Kondensationsrohr der Fig. 3.

Fig. 7 zeigt ein mit Wärme leitenden Rippen versehenes Kondensationsrohr der Fig. k und

Fig. 8 zeigt eine perspektivische Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Kondensationsrohres.

In Fig. 1 und 2 ist eine Frischwassergewinnüngsanlage dargestellt, die in ihrer Gesamtheit mit der Bezugszahl 10 versehen ist. Auf der Oberseite dieser Anlage ist ein Salzwasserspeicher 12 vorgesehen, aus dessen

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Salzwasser Frischwasser gewonnen werden soll. Der Salzwasserbehälter 12 selbst ruht auf einer von einer Anzahl von langgestreckten Bauteilen 16 gebildeten Oberseite Ik, Diese langgestreckten Bauteile 16 sind in bestimmten Abständen von abwärts gerichteten Zufuhreinrichtungen 18 unterbrochen. Diese Zufuhreinrichtungen 18 erstrecken sich, wie in Fig. 2 gezeigt, über die gesamte Länge des langgestreckten Bauteiles l6, also vom Anfang bis zum Ende der Anlage 10. Jede

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dieser Zufuhreinrichtungen/umfaßt einen sich vertikal erstreckenden engen Verdampfungskanal 20, der eine Verbindung zwischen dem Salzwasserbehälter 12 und einem Kondensationsraum 22 herstellt. Die Kondensationsräume 22 sind bedeutend größer als die mit ihnen verbunlenen Verdampfungskanäle 20 und erstrecken sich, wie ebenfalls in Fig. 2 gezeigt, vom Anfang bis zum Ende der Einrichtung.

Jeder Kondensationsraum 22 ist mit einer wasserdichten Ausfütterung 24- ausgekleidet und mit einem U-förmigen, sich vom Anfang bis zum Ende der Vorrichtung erstreckenden Abscheidergefäß 26 ausgestattet.

Ungefähr in der Mitte zwischen der Oberseite des Abscheidergefäßes 26 und der obersten Wandung des Kondensationsraumes 22 ist ein hakenförmiges Leitblech 28 vorgesehen, das das Abscheidergefäß 26 derart überdacht, daß keinerlei Wassertropfen direkt in das U-föraige Abscheidergefäß 26 hineinfallen können* Dieses Leitblech 28 sowie die im folgenden beschriebenen Leitbleohe können selbstverständlich in verschiedensten Formen ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Leitblech aus einer geneigten Metallplatte bestehen, die die Flüssigkeitstropfen nur auf eine Seite de· Kondensationsrauaes 22 ableitet.

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Wie aus Fig. 1 zu ersehen, ist der Kondensationsraum 22 mit einem oberen Kondensatorrohrpaket, bestehend aus den Rohren 30a, 30b und 3O0, ausgestattet. Unterhalb dieses oberen Kondensatorrohrpaketes ist in dem Kondensationsraum 22 noch ein unteres Kondensatorrohrpaket vorgesehen, das aus den Rohren 31a, 31b und 31c besteht. Die Kondensationsrohre selbst erstrecken sich horizontal zwischen einer in den Zeichnungen nicht dargestellten vorderen und hinteren Abschlußplatte der Anlage und werden von einer ebenfalls in den Zeichnungen nicht dargestellten Versorgungseinrichtung mit Kühlflüssigkeit 32 bespeist. Besonders beachtenswert ist außerdem, daß die Kondensationsrohre der einzelnen Konden-

rohr

sator/Pakete in dreieckiger Anordnung derart zusammengefaßt sind, daß keines der Rohre direkt über einem anderen Rohr des Rohrpaketes zu liegen kommt. Dieses vertikale Versetzen der Kondensationsrohre bewirkt, daß ein Abtropfen des Kondensats von einem Rohr auf ein anderes Rohr des Rohrpaketes verhindert wird.

Zwischen den beiden Rohrpaketen 30 und 31 ist ein weiteres Leitblech 34 angeordnet, um zu verhindern, daß das abtropfende Kondensat des oberen Rohrpaketes auf das untere Rohrpaket fällt. Dieses Leitblech 3^ kann ebenfalls wie das obere Leitblech 28 in verschiedenster Weise geformt sein.

In der bevorzugten Ausführungsform sind sowohl die Kondensationsrohre 30a bis 30c als auch die Kondensationsrohre 31a bis 31c in gleicher Weise angeordnet. Wie aus den Figuren 1, 3 und 6 zu ersehen ist, ist der Querschnitt jedes Kondensationsrohres in der Flußrichtung des Kondensats derart stromlinienförmig ausgebildet, daß an der Unterseite des Rohres eine scharfe Kan-

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te gebildet wird. Die Kante k2 kann dabei beispielsweise durch Angießen oder mechanisches Anbringen eines tropfenförmigen oder flossenartigen Ansatzes 44 an ein rundes Kondensationsrohr gebildet werden. Das Kondensationsrohr kann aber auch so ausgebildet sein, wie es in den Zeichnungen dargestellt ist. In einer anderen Ausführungsform, wie sie in den Figuren k und 7 gezeigt ist, wird eine tropfenförmige Rohrform verwendet, um das Rohr mit der gewünschten Ablaufkante zu versehen. In Fig. 5 ist dann noch eine weitere Ausführungsform eines Kondensationsrohres gezeigt, bei der die gewünschte Form durch Angießen, Anschweißen oder mechanisches Anbringen einer geraden streifenförraigen Flosse erzielt wird.

Eine weitere Möglichkeit der Formgebung der Ablaufkante der bereits beschriebenen Kondensationsrohre ist in Fig. 8 gezeigt. Dieses Rohr ist auf seiner Unterseite im Bereich der Ablaufkante mit einer Reihe von Spitzen 50 versehen. Mit dieser sägeartigen Ausbildung über die gesamte Länge der durch die Stromlinienform gebildeten Ablaufkante kann ein Kondensationsrohr des in Fig. 3 gezeigten Querschnittes versehen werden. Die.se Konstruktion bildet sich beim Kondensationsrohr der in Fig. 3 gezeigten Art in Längsrichtung in verstärktem Maße stromlinienförmig aus und vermindert ferner den Bereich, an dem sich ein Wasserfilm ansammeln kann. Ebenso kann selbstverständlich auch ein Kondensationsrohr der in Fig. 5 gezeigten Ausführung in der beschriebenen Art auf seiner gesamten Länge sägeartig ausgebildet sein.

Um einen besseren Wärmeübergang und damit einen höheren Wirkungsgrad zu erzielen,, können alle im vorangegangenen beschriebenen Kondensationsrohre, wie in

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den Pig. 6 und 7 gezeigt, mit wärmeleitenden Rippen versehen werden.

Die oben beschriebene Anlage arbeitet nun in folgender Weise:

Das auf der Oberseite 14 der Anlage befindliche Salzwasser 12 befindet sich in gesättigtem Zustand. Das gesättigte Salzwasser 12 fließt dann durch den von der Zuführeinrichtung 18 gebildeten Verdampfungskanal 20 direkt in den Kondensationsraum 22 der Anlage 10. Während dieses AbwärtsfHeßens erfährt das Wasser einen bestimmten Druckabfall, woraus sich eine einen Teil des Salzwassers verdampfende Unterdruckverdampfung ergibt. Die erzeugten Dämpfe werden in kurzer Zeit nach unten durch den Verdampfungskanal 20 getrieben und durchlaufen damit ein gleichmäßig nach der Tiefe des Kanals gestaffeltes Druckgefälle, wodurch sich zwangsläufig ein allmähliches Verdampfen auf dem Weg durch den Kanal ergibt. Dieser durch einen gesteuerten Druckabfall zustandegebrachte AusdampfVorgang ist ähnlich dem in der USA-Patentschrift 3 21^ 350 beschriebenen. Die gesamte unverdampfte Flüssigkeit fließt in der Hauptsache die Wände des Kondensationsraumes 22 hinab zu einem Salzwassersammelbehälter 36 am Boden des Kondensationsraumes. Das Leitblech 28 verhindert dabei das Eindringen von unverdampftem Salzwasser in den Innenraum des U-förmigen Abscheidergefäßej3 26.

Die erzeugten Dämpfe füllen den größten Teil des Kondensationsraumes 22 aus und berühren damit direkt die Oberfläche der stromlinienförmigen Kondensatorrohre 30a - 30c und 31a - 31c, wobei sich an der Oberfläche dieser Rohre Kondensat bildet. Das sich an der Oberfläche bildende Kondensat fließt den stromlinien-

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förmlgen Körper hinunter zu der Ablaufkante oder dem Scheitelpunkt 42. Das Kondensat sammelt sich darauf an der Ablaufkante 42 und tropft anschließend ab, um in dem darunterliegenden Prischwassersammelbehalter 40 aufgefangen zu werden.

Wie im einzelnen in der bereits oben erwähnten Patentanmeldung mit der Seriennummer 617 642 dargelegt, sind die einzelnen Kondensationsrohre 30a - 30° derart vertikalversetzt angeordnet, daß keines der Rohre jeweils direkt über einem anderen Bohr zu liegen kommt. Damit wird erreicht, daß das an jedem Kondensationsrohr gebildete Kondensat ohne eines der anderen Rohre zu berühren, direkt auf das Leitblech 34 und von dort in den Frischwassersammelbehälter 40 tropft. Die Kondensationsrohre 31a - 31° sind gleichermaßen gegeneinander vertikal versetzt, so daß das abtropfende Kondensat jedes Rohres direkt in den Frischwassersammelbehälter 40 fallen kann.

Wie im vorangegangenen bereits erwähnt, sammelt sich das Kondensat jedes stromlinienförmigen Rohres an dessen Ablaufkante 42. Wenngleich sich auch an einem runden Kondensationsrohr in einem Bereich an der Unterseite ein Wasserfilm bildet, so ist doch die Ausdehnung dieses Bereiches bei Kondensationsrohren der erfindungsgemäßen Ausgestaltung erheblich schmaler. Die vorliegende Erfindung erhöht die Wirksamkeit bzw. die effektive Oberfläche von Kondensationsrohren in einem von runden Kondensationsrohren vor-dem nicht erreichten Maße und verbessert damit den gesamten Wirkungsgrad der Kondensatoranlage. Da der Gesamtwirkungsgrad der Anlage beträchtlich höher ist, sind weniger Kondensationsrohre notwendig als dies bei mit runden Kondensa-

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tionsrohren ausgestatteten Kondensatorsystemen vergleichbarer Kapazität nötig wäre. Polglich kann eine Anlage dieser Art weniger groß und wirtschaftlicher konstruiert werden als Kondensatoren der bekannten Art vergleichbarer Kapazität.

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Claims

Patentansprüche

1. Kondensator, bestehend aus einer Kammer, Einrichtungen, die die zu kondensierenden Dämpfe in diese Kammer leiten, einer Anzahl in der Kammer angeordneter Kondensationsrohre und Einrichtungen, die die zur Bildung deo Kondensats an der Bohroberfläche notwendige Kühlflüssigkeit durch die Rohre fördern, sowie Einrichtungen zur Sammelung des Kondensats, dadurch gekennzeichnet , daß die Kondensationsrohre (30, 3D in Flußriohtung des Kondensats einen zugespitzten Querschnitt aufweisen, der vergleichsweise eine Kante (42) bildet.

2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kondensationsrohre entlang der Kante (42) gezackt sind.

3. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der zugespitzte Querschnitt der Kondensationsrohre von einem runden Rohr mit einer geraden Bandflosse gebildet ist.

4. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kondensationsrohre aus einem runden Rohr mit einem Tropfansatz gebildet sind.

5. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensationsrohre auf ihrer Innenseite mit Wärmeübergangsrippen (52) versehen sind.

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6. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch g e kennze ichnet , daß der zugespitzte Querschnitt in Fließrichtung des Kondensates wenigstens teilweise stromlinienförmig ausgebildet ist und eine sich in Achsrichtung des Rohres erstreckende, das
Ansammeln von Wasserteilchen auf der Bohroberfläche vermindernde Kante (4-2) bildet.

7. Kondensator nach Anspruch 6, dadurch g e kenzeichnet, daß die Kondensationsrohre
entlang der Scheitellinie der Stromlinienform gezackt sind.

8. Kondensator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensationsrohre im Querschnitt tränenförmig ausgebildet sind.

9. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in verschiedenen
horizontalen Ebenen angeordneten Kondensationsrohre derart gegeneinander versetzt sind, daß das von den höher gelegenen Rohren abtropfende Kondensat die tiefer gelegenen Rohre berührungslos passiert.

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