DE1915197A1

DE1915197A1 - Kondensator

Info

Publication number: DE1915197A1
Application number: DE19691915197
Authority: DE
Inventors: Coats Roe Ralph
Original assignee: SALINE WATER CONVERSION CORP
Current assignee: SALINE WATER CONVERSION CORP
Priority date: 1968-04-17
Filing date: 1969-03-25
Publication date: 1969-10-23
Also published as: FR2006373A1; US3508608A; IL31776A0; GB1256278A; IL31776A; NL6905958A

Description

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Saline Water Conversion Corporation, Oradell No J./USA

Kondensator

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kondensatoren, insbesondere Dampfkondensatoren, wie sie bei Wasserauf bereitungsanlaecen oder bei Dampfkraftwerken Verwendung finden.

Allgemein besteht ein Dampfkondensator aus einer äußeren ummantelung oder Verkleidung, in die Dampf eingelassen wird. Innerhalb der ümmantelune; befinden sich viele Kondensatorrohre, wobei ein Kühlmedium, meist "eine Flüssigkeit, durch diese Rohre fließt, um ihre äußere,

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dem Dampf ausgesetzte Oberfläche, unter der Kondensationstemperatur des Dampfes innerhalb der äußeren Ummantelung zu halten. Kommt der Dampf in der Ummantelung mit den Oberflächen der Rohre in Verbindung, kühlt dieser ab und bildet kleine Tropfen. Diese -Tropfen fallen schließlich in ein Frischwassersammelbecken nahe des Bodens der äußeren Ummantelung.

Die Kondensatorrohre in früheren Kondensatoren verliefen in fast allen Fällen waagrecht innerhalb der äußeren Ummantelung. Der Grund hierfür war, daß die wassertropfen, die sich auf den Rohroberflächen kondensierten, eine dünne Flüssigkeitsschicht ergaben, die bei Verwendung vertikaler Rohre abwärtsfließen und fast die komplette äußere Oberfläche der Rohre bedecken würde. Obwohl diese Flüssigkeitsschicht sehr dünn war, verursachte sie einen außerorde'imlich großen Wi-derstand zur Wärmeübertragung und beeinträchtigte dadurch empfindlich die Kondensationsleistung des Kondensators. Um dies zu vermeiden oder zumindest zu mindern, wurden die Kondensatorrohre waagrecht angebracht, so daß Flüssigkeit, die sich auf irgendeinen Teil der Rohrfläche bildete, von dieser abtropfte, ohne auf eine andere Fläche zu fließen und dort die Kondensationstätigkeit zu beeinflussen.

Ein Ziel dieser Erfindung ist es, eine vertikale Kondensationsrohranordnung zu schaffen, bei der die vorherbeschriebenen Beeinträchtigungen der Kondensationstätigkeit vermieden werden. In diesem Falle wird die relativ hohe Oberflächenspannung von Wasser in seiner flüssigen Form ausgenützt. Dies geschieht durch die Verwendung einer großen Anzahl länglicher enger Einschnitte entlang der äußeren Oberfläche eines jeden Kondensator-

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rohres. Wenn sich Kondensationswasser auf der äußeren Oberfläche eines Rohres bildet und daran abwärts zu fließen beginnt, ist das Wasser, das sich in den Einschnitten befindet, durch das Kohäsionsvermögen und die Neigung zur Selbstanziehung des Wassers in der Lage, Wasser, das sich auf der übrigen Oberfläche des Rohres befindet, anzuziehen, so daß es ebenfalls in die Einschnitte fließt. Somit befindet sich auf der übrigen Oberfläche des Rohres keine Flüssigkeitsschicht und seine maximale Wirkung bleibt erhalten.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Kondensatorrohr so zu gestalten, daS die Wärmeübertragungseigenschaften zwischen dem Rohr und dem sich in ihm befindlichen Kühlwasserfluß erhöhen. Ss ist bekannt, daß Wärmeübertragung durch eine Vergrößerung- der Fläche, auf der diese Wärmeübertragung stattfindet, gesteigert werden kann, und daß diese Vergrößerung durch Verwendung von Flossen oder Auskragungen auf der wärmeübertragenden Fläche erreicht wird. Diese Erfindung schafft Anordnungen, durch die die Wirksamkeit von wärmeübertragenden Flossen erhöht wird.

ü« rf indune: sgemäß wird dies dadurch erreicht, daß entlan■ der inneren Oberfläche des Kondensatorrohres einwärts vorstehende Flossen angebracht sind, die sich in flichtung zur Kondensatorrohroberfläche hin verbreitern. Diese Flossen sind in ihrem Querschnitt dreieckig und ihre Scheitelpunkte zeigen in Richtung der Rohrachse. Durch diese Anordnung wird nicht nur eine Vergrößerung der inneren Oberfläche des Kondensatorrohres erreicht, sondern auch eine gleichmässige Verteilung dieser Fläche.

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Dadurch erfolgt ein wärmefluß durch das Rohr nicht nur in Destimmten Gebieten, sondern wird gleichmässig über das Bohr verteilt. Durch die gleichmässige Verteilung des Wärmestroms entstehen keine abgesonderten Gebiete von hohem Wärmefluß durch die Rohrwand und der Gesamtwiderstand gegen Wärmeübertragung durch das Rohr wird verringert.

Ein weiteres Ziel der· Erfindung ist eine Kondensatorrohrkonstruktion, bei der die oben beschriebenen verbesserten Hitzeübertragungsmerkmale zusammenwirkend verbunden sind. Dies wird erreicht durch die Verwendung eines Kondensatorrohres mit außenliegenden Einschnitten und innenliegenden Flossen mit breitem Sockel, die so angebracht sind, daß sie die Einschnitte unterstützen. Somit bietet die im vjesentlichen gleiche strukturelle Anordnung automatisch sowohl die inneren als auch die äußeren Merkmale, die auf verschieden" W_aise wirken (d.h. einmal durch Entfernen der Wasserschicht, und zum zweiten durch gleichmässiges Vergrößern der Wärmeübertragungsfläche), und eine gesteigerte Kondensationsleistung ergeben.

Im folgenden ist zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in den Zeichnuniren näher beschrieben und erläutert.

Fig. 1 zeiirt eine schematische Seitenansicht eines gemäß der Erfindung konstruierten vertikalen Rohrkondensators.

Fig. 2 ist eir vergrößertes geschnitten darge-/restellces Kondensatorrohr wie es im Kondensator der Fifr. 1 verwendet wird.

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Pig, 3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie III-III von Piff, 2,

Fig. 1 zeigt einen Kondensator 10, bestehend aus einem äußeren Stahlmantel oder Stahlverkleidung 12_s und eine große Anzahl vertikal angebrachter, länglicher Kondensatorrohre 14 innerhalb der Verkleidung 12»

Die Verkleidung 12 hat eine zylindrische Form und enthält einen Kondensationsbereich 16, durch den die Rohre 14 führen. Die Ummantelung 12 'hat eine seitlich angebrachte Dampfeinlaßöffnung 18, durch die Dampf in den Kondensationsbereich 16 eingelassen wird, um dort kondensiert zu werden»

Innerhalb der Ummantelung 12 befinden sich obere und untere Rohrplatten 20 und 22, die den Kondensationsbereich 16 nach ooen und unten hin begrenzen. Die Enden der Kondensatorrohre 14 sind dicht mit den Rohrplatten verbunden, so daß die Innenflächen der Kondensatorrohre in Richtung der Endbereiche 24 und 26 zwisehen jeder Rohrplatte und dem jeweiligen Ende der Ummantelung 12 offen sind. Dadurch sind die Innenflächen der Rohre 14 vom Kondensationsbereich 16 abgetrennt. Kühlmitteleinlaß- und -auslassöffnungen 28 und 30 sind jeweils an den Enden der Ummantelung 12 angebracht, so daß Kühlflüssigkeit durch die Endbereiche 24 und 26 und durch das Innere der Rohre 14 fließen kann. In der unteren Rohrplatte 22 ist ein Kondensatsammelbecken 32 gebildet, sowie ein Kondensatausfluß 34 angebracht·, um ein Abfließen des gesammelten Kondensates vom Becken 32 aus dem Kondensator 10 zu ermöglichen.

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Die Gesamtarbeitsweise des soweit beschriebenen Kondensators 10 ist ähnlich der Arbeitsweise konventioneller Kondensatoren. Dies bedeutet, daß zu kondensierender Dampf durch die Einlaßöffnung 18 in den Kondensationsbereich 16 gelangt, wo er mit den äußeren Oberflächen der Kondensationsrohre Ik in Berührung kommt. Zur gleichen Zeit fließt Kühlflüssigkeit durch das Innere der Eohre zwischen den Endbereichen 2k und 26, um die Temperatur der Rohre unterhalb der Verdampfungstemperatur.des Dampfes zu halten. Somit fließt die Wärme des Dampfes durch die Rohrwände zur Innenflüssigkeit. Da die Wärme des Dampfes verlorengeht, kondensiert er sich in flüssiger Form an den äußeren Oberflächen der Rohre Ik und fließt schließlich an diesen abwärts in das Sammelbecken 32.

Die Kondensatorrohre Ik sind jeweils von gleichem Aussehen und gleicher Konstruktion. Wie Fig. 2 und 3 zeigen, besitzt ein Rohr Ik ein längliches, rohrförmiges Aussehen. Die Rohre können aus jedem Material, das üblicherweise für konventionelle Kondensatorrohre benutzt wird, gefertigt werden. Ihre Herstellung kann durch Strangpressen oder andere bekannte Verfahren erfolgen, sofern diese die nachfolgend beschriebene Form ergeben.

Die äußere Oberfläche des Rohres Ik besteht aus einer großen Anzahl von in Abständen angebrachten Einschnitten ko, die parallel in Längsrichtung des Hohres verlaufen. Die Einschnitte ^O sind von allgemein rechteckigem Querschnitt, ihre Einschnittiefe in die Oberfläche des Rohres Ik größer als ihre Breite. Zwischen den Einschnitten ko ergeben sich Felder k2, auf denen sich Kondensat bildet. Kondensat entsteht auch in den Einschnitten ko und übt bei seinem Abfließen entlang: der

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Einschnitte Anziehungskraft auf den auf den Feldern k2 entstandenen Kondensat aus. Diese Anziehungskraft entsteht durch das Kohäsionsvermögen von Wasser, besonders von Süßwasser, wie frischem Kondensat. Dies wiederum entsteht durch die Wirkung der Oberflächenspannung des Wassers, Diese Oberflächenspannung bewirkt, daß das Wasser versucht, sein Volumen zu vergrößern, wodurch es seine Fläche verringert. Da die in den Einschnitten liegende Fläche diesen Bedingungen besser entspricht als die Felder, wird Wasser, wenn es sich auf den Feldern befindet, in die Einschnitte abgeleitet, Deshalb bleiben die Felder frei von jeder Wasserschicht, so daß ihre Wärmeübertragungseigenschaften nicht beeinträchtigt werden.

Das innere Aussehen des Rohres 1Λ wird durch eine große Anzahl von sich in Längsrichtung ausdehender Flossen 50 bestimmt. Die Flossen 50 sind von allgemein dreieckigem Querschnitt, mit Scheitelpunkten 52, die in Richtung der Längsachse des Rohres zeigen und besitzen einen breiten Sockel 5^, auf der inneren Oberfläche des Rohres 1*4·. Die Flossen 50 haben somit stark abgeschrägte Oberfläche 56, die mit der durch das Rohr fließenden Flüssigkeit in Berührung stehen. Weiterhin sind die Flossen 50 so ens aneinander angeordnet, daß die Sockelenden der abgeschrägten Flächen 56 miteinander verbunden sind. Daraus ergibt sich, daß jedes Segment an der Außenfläche des Rohres I^ ein entsprechendes Segment von vergrößerter Oberfläche im Rohrinneren besitzt. Somit, wird die, durch die Flossen 50 entstehende vergrößerte Wärmeübertragungsflache,-gleichmässig über das Rohr 14· verteilt.

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Die vergrößerte Oberfläche dient dazu, den Wärmean den Rohrwänden zur Kühlflüssigkeit innerhalb der Holire zu steigern. Zugleich entsteht durch die kegelförmige oder dreieckige Form der gleichmässig verteilten Flossen ein Wärmeübertraguangsitfeg von der äußeren zur inneren Oberfläche des Höhres Ik. Dadurch wird die j durch die Flossen 50 gesteigerte Wärmeübertragung, nicht auf bestimmte Wandflächen konzentriert,, sondern gleichmässig auf das riohr verteilt. Auf diese Weise wird die Gesamtviärmeübertragungseigenschaft des Kondensatorrohrsystems wesentlich verbessert.

Es ist zu ersehen, daß die inneren Flossen 50 und die außenliegenden Einschnitte ko des Rohres 14- so angebracht sind, dais jeder Einschnitt 4-0 am Sockel einer entsprechenden Flosse 50 anschließt. Diese Anordnung ist besonders vorteilhaft, da die allgemein sich ergänzende Form der Flossen und Einschnitte dazu beiträgt, den Metallverbrauch z.B. die Wandstärke bei der Herstellung des Rohres 14- zu verringern. Gleichzeitig dient jedes Element auf eigene Weise dazu, die Wärmeübertragung zwischen dem, das Rohr umgebenden Damof, zur Kühlflüssigkeit innerhalb des Rohres zu verbessern.

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Claims

- 9 Patentansprüche

1. Kondensatorrohr, dadurch ς e k e η η zeichnet , daß es eine große Anzahl enger, langgestreckter, parallelverlaufender Einschnitte (4o) Desitzt, die zur äußeren Oberfläche des Rohres hin offen sind.

2. Kondensatorrohr nach Ansoruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einschnitte (40) in Längsrichtung des Rohres verlaufen.

3. Kondensatorrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einschnitte eine größere Tiefe als Breite aufweisen.

^. Kondensatorrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einschnitte (40) einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen.

5. . Kondensatorrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Einschnitte (4o) im wesentlichen in gleichen Abständen auf der äußeren Rohroberfläche angeordnet sind.

6. Kondensatorrohr nacheinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die innere Oberfläche des Rohres mit einer Anzahl von nach innen gerichteten Flossen (50) versehen ist, die an ihrem '^uH ihre größte Breite aufweisen.

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7. Kondensatorrohr nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich-net , daß die Flossen (50) in Längsrichtung des Rohres (1^) verlaufen.

8. Kondensatorrohr nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet , daß die Flossen (50) einen etwa dreieckigen Querschnitt aufweisen.

9. Kondensatorrohr nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Flossen (50) dicht nebeneinander angeordnet sind, wobei sich ihre schräg verlaufenden Flächen (58) an ihrem Fuß gegeneinander berühren.

10. Kondensatorrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , da'd es eine große Anzahl von in Längsrichtung verlaufender enger langgestreckter Einschnitte (4o) aufweist, die parallel zueinander angeordnet sind und sich zur äußeren Oberfläche des Rohres hin öffnen, sowie eine große Anzahl von in Längsrichtung verlaufender langgestreckter nach innen vorstehender Flossen (50), die vor der inneren Oberfläche des Rohres (1*0 einwärts weisen und kegelförmig zur Rohrachse hin verlaufen.

11. Kondensatorrohr nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Einschnitte (40) und die Flossen (50) jeweils gleichmässig über die Außenfläche und die Innenfläche des Rohres (1*0 verteilt sind.

12. Kondensatorrohr nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Anzahl von Einschnitten (kO) und Flossen (50) gleich ist.

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13. Kondensatorrohr nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß jeder der Einschnitte (4-0) dem Mittelpunkt des Sockels (5^) einer entsprechenden Flosse gegenüberliegend angeordnet ist,

14. Kondensatorrohr zur Herstellung von Flüssigkeiten aus Dampf, dadurch gekennzeichnet , daß der Kondensator (1) aus einer äußeren Ummantelung: (12) besteht, die einen Kondensationsbereich (16) enthält, einem Paar von Rohrplatten (20, 22), die zu den Enden der Ummantelung hin befestigt sind, und den Kondensationsbereich (l6) von den Endbereichen [2k, 26) abtrennen, eine Vorrichtung (18) zum Einlassen von Dampf in den Kondensationsbereich (16), eine große Anzahl von Kondensatorrohren (1^), die in vertikaler Richtung im Kondensationsbereich (16) zwischen den beiden Rohrplatten (20, 22) angebracht sind und mit den Endbereichen [Zk, 26) in Verbindung stehen, Vorrichtung (28, 30) zum Einlassen einer Kühlflüssigkeit in diese Endbereiche (2^-, 26), so daß diese durch die Kondensatorrohre [Ik) fließt, diese Rohre [Ik) jeweils mit in Längsrichtung verlaufender und in ADständen- angebrachter enger Einschnitte [ko), die zu ihrer äußeren Oberfläche hin offen sind, versehen sind, sowie Vorrichtungen (32) am unteren Ende der Rohre zum Sammeln des Kondensates aus diesen Einschnitten

I5. Kondensator nach Anspruch Ik, dadurch gekennzeichnet , daß die Rohre (1*0 außerdem mit innenliegenden in Läncsrichtuntr verlaufenden Flossen (50) versehen sind.

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16. Kondensator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Flossen (50) kegelspitz zur Achse des jeweiligen Rohres verlaufen.

17. Kondensator gemäß Anspruch Ik, dadurch g e kennzeichnet , daß die Einschnitte (kO) allgemein parallel nebeneinander angeordnet sind.

18. Kondensator gemäß Anspruch Ik, dadurch g e kennzeichnet , daß die Einschnitte (kO) im wesentlichen in gleichen Abständen angeordnet sind.

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