DE19712148C1 - Kondensator, insbesonderte Kopfkondensator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kondensator, insbesondere Kopfkondensator, mit einem Kondensatorschacht für ein hoch­ strömendes dampf- oder gasförmiges Medium mit vorgegebenem Feuchtegehalt, und mit einem auf den Kondensatorschacht aufgesetzten Kondensatorkopf zum Umlenken des Mediums in einen Wärmetauscher, wobei der Wärmetauscher in einem oben offenen Wärmetauschergehäuse mit Gehäusewandung und Gehäuseboden und mit einem im Bereich des Gehäusebodens befindlichen Kondensatablauf angeordnet ist. - Unter Feuchtegehalt ist im Rahmen der Erfindung jeglicher Anteil an kondensierbaren Flüssigkeiten gemeint.

Ein Kondensator, insbesondere Kopfkondensator der eingangs beschriebenen Ausführungsform ist aus der Praxis bekannt. Derartige Kopfkondensatoren werden üblicherweise in Destil­ lationskolonnen in der chemischen Industrie eingesetzt. Sie dienen regelmäßig dazu, die in einem beispielsweise dampfförmigen Medium befindlichen Flüssigkeitsanteile wieder zurückzugewinnen. Hierbei kann es sich um Destilla­ tionsprodukte handeln, welche dem Prozeß wieder zugeführt werden können.

Dies hat Materialeinsparungen zur Folge. Kopfkondensatoren bieten darüber hinaus die Möglichkeit, sich optimal an die Abmessungen von chemischen Destillationskolonnen anpassen zu lassen.

Ferner ist ein mit der Gattung vergleichbarer Kondensator mit einem in ein Kondensatorgehäuse eingehängten Wärmetauscher und je einer Ein- und Auslaßöffnung für ein dampfförmiges Medium bekannt, bei dem eine separate Kondensatsammelschale unterhalb des Wärmetauschers angeordnet ist. Das im Wärmetauscher anfallende Kondensat wird in der Kondensatsammelschale gesammelt und über eine Rohrleitung und weiter durch eine Abflußleitung aus dem Kondensatorgehäuse ausgeleitet (vgl. US 2 986 377).

Bei Kopfkondensatoren der eingangs beschriebenen Ausfüh­ rungsform besteht ein Problem darin, daß das im Zuge der Abkühlung des hochströmenden dampf- oder gasförmigen Mediums anfallende Kondensat aufgewärmt werden kann. Dies liegt daran, daß dieses Kondensat regelmäßig entlang des Gehäusebodens zum Kondensatablauf geführt wird. Da sich dieser Gehäuseboden im allgemeinen im Gas- oder Dampfstrom befindet, dieser Strom zumindest an ihm entlangstreicht, wird der Gehäuseboden regelmäßig insbesondere durch Konvektion erwärmt. Dies wiederum hat zur Folge, daß eine Wärmeübertragung des solchermaßen aufgeheizten bzw. erwärmten Gehäusebodens auf das abfließende Kondensat erfolgt. Insgesamt ist mit Er­ wärmungen der im Zuge der Kondensierung anfallenden Flüssig­ keit zu rechnen, welche zu vermeiden sind.

Sofern es sich bei dem dampf- oder gasförmigen Medium um sogenannte Brüden, d. h. im allgemeinen aus Trocknern oder Verdampfern entweichende, mit Wasserdampf übersättigte und oftmals verunreinigte Luft, handelt, wird seitens der Industrie gefordert, daß das anfallende Kondensat eine deut­ lich geringere Temperatur als die Brüden aufweist. - Hier setzt die Erfindung ein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungs­ gemäßen Kondensator, insbesondere Kopfkondensator, zu schaffen, bei dem das anfallende Kondensat durch das dampf- oder gasförmige Medium nicht oder nur in zulässigen Grenzen erwärmt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung bei einem gattungsgemäßen Kondensator, insbesondere Kopfkondensator, vor, daß zumindest der Gehäuseboden als wärmeisolierender bzw. wärmeisolierter Boden ausgebildet ist. - Durch diese Maßnahmen der Erfindung wird erreicht, daß die im Zuge einer Konvektion von dem dampf- oder gasförmigen Medium größten­ teils auf den Gehäuseboden übertragene Wärme praktisch nicht an das entlang des Gehäusebodens fließende Kondensat ab­ gegeben wird. Denn die Anordnung ist regelmäßig so getroffen, daß der Wärmetauscher oberhalb des Gehäusebodens angeordnet ist und von der Gehäusewandung umschlossen wird. Bei diesem Wärmetauscher handelt es sich regelmäßig um einen Platten­ wärmetauscher, dessen Platten im wesentlichen senkrecht zu dem Gehäuseboden angeordnet sind. Jedenfalls wird durch den Durchfluß eines Kühlmediums durch den Plattenwärmetauscher erreicht, daß der Wärmetauscher eine solche Temperatur auf­ weist, daß sich die aus dem dampf- oder gasförmigen Medium bzw. den Brüden auszusondernden Flüssigkeitsbestandteile problemlos an den Platten niederschlagen. Infolge der Gravitation fließt dieser Niederschlag entlang der Platten nach unten und tropft auf den Gehäuseboden, von wo aus er als gesammeltes Kondensat dem Kondensatablauf zugeführt wird. Durch die wärmeisolierende bzw. wärmeisolierte Ausbildung dieses Gehäusebodens besteht nun nicht mehr die Gefahr, daß Wärme von dem dampf- oder gasförmigen Medium in unzulässiger Höhe auf das Kondensat übertragen wird.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind im folgenden aufgeführt. So weist der Gehäuseboden regelmäßig eine Außen­ beschichtung und/oder Innenbeschichtung aus einem wärme­ isolierenden Werkstoff auf. Hierbei kann es sich im Falle der Außenbeschichtung beispielsweise um gegen Verunreinigungen oder Säuren/Laugen resistente Kunststoffe, wie zum Beispiel Polytetrafluorethylen (PTFE), auch als Teflon bekannt, handeln. Im Falle einer Innenbeschichtung ist gleichfalls die Verwendung von beständigen Kunststoffen, beispielsweise Polykarbonat, Polystyrol oder Polyvinylchlorid denkbar. Selbstverständlich können auch Kunststoffe wie Polyamid oder Polyethylen zum Einsatz kommen. Hierbei kommt es darauf an, daß die Wärmeleitfähigkeit des Gehäusebodens bzw. seines Schichtaufbaus möglichst gering eingestellt wird. Je kleiner der Wert der Wärmeleitfähigkeit ist, um so geringer leitet der Gehäuseboden die Wärmeenergie, welche durch das dampf- oder gasförmige Medium auf ihn übertragen wird. Gleichzeitig steigt seine Fähigkeit zur Wärmeisolierung. In diesem Zusammenhang ist es auch möglich, Kunststoffschaum als Beschichtung u. U. in Verbindung mit Holz einzusetzen. Auch Glas ist denkbar, jedoch aufgrund seiner leichten Zer­ störbarkeit wenig geeignet. Selbstverständlich lassen sich in Rahmen der Erfindung auch Sandwich-Beschichtungen verwirk­ lichen, beispielsweise aus Metall/Kunststoff.

Man kann jedoch auch so vorgehen, daß der Gehäuseboden als Doppelboden mit Bodenzwischenraum ausgebildet ist. Dieser Bodenzwischenraum kann darüber hinaus evakuiert werden, um die Wärmeleitfähigkeit des Gehäusebodens weiter zu verringern und seine Wärmedämmeigenschaften bzw. die erreichbare Wärme­ isolierung zu steigern. In diesem Zusammenhang kann der Bodenzwischenraum auch mit einem wärmeisolierenden Werkstoff ausgefüllt oder belegt sein. Beispielsweise ist eine Schaumstoff-Füllung denkbar. Im allgemeinen weist der Bodenzwischenraum zusätzlich eine Kondensatablauföffnung für im Bodenzwischenraum kondensierende Feuchtigkeit auf. Dies ist größtenteils nur für den Fall erforderlich, daß es sich bei dem Bodenzwischenraum nicht um einen hermetisch abge­ schlossenen, beispielsweise evakuierten, Raum handelt.

Weiter ist nach bevorzugter Ausführungsform mit selbständiger Bedeutung vorgesehen, daß die Gehäusewandung oder ein Teil von ihr wärmeisolierend ausgebildet ist. Das heißt, die Gehäusewandung kann - alternativ oder zusätzlich zum Gehäuseboden - zur Wärmedämmung beitragen. Dies ist besonders ratsam für den Fall, daß das Kondensat auch entlang der Gehäusewandung fließt. Eine solche Wärmeisolierung empfiehlt sich auch deshalb, um den Wirkungsgrad des Wärmetauschers zu erhöhen. Denn im Bereich der Gehäusewandung, welche durch das dampf- oder gasförmige Medium erwärmt wird, besteht ansonsten die Gefahr, daß die in der Nähe angeordneten Platten eines Plattenwärmetauschers praktisch zweifach erwärmt werden. Zum einen durch das entlang der Gehäusewandung strömende Medium, zum anderen durch den umgelenkten und durch den Wärmetauscher hindurchgeführten Dampf bzw. das Gas. Eine Wärmedämmung an dieser Stelle, d. h. im Bereich der Gehäusewandung, führt nun dazu, daß zumindest der Wärmeübertrag durch das an der Gehäusewandung entlangströmende Medium reduziert wird. Jeden­ falls wird hierdurch die Fähigkeit zur Bildung von Nieder­ schlag auf den Platten des Wärmetauschers positiv beeinflußt. Die Gehäusewandung kann - wie der Gehäuseboden - eine Außen­ beschichtung und/oder Innenbeschichtung aus einem wärme­ isolierenden Werkstoff aufweisen. Hierbei kann es sich um die gleichen Materialien handeln, die bereits im Zusammenhang mit dem Gehäuseboden erwähnt wurden.

Nach weiter bevorzugter Ausführung wird jedoch im allgemeinen so vorgegangen, daß die Gehäusewandung als Doppelwandung mit Wandungszwischenraum ausgebildet ist. Sofern der Gehäuseboden ebenfalls einen Bodenzwischenraum aufweist, besteht die Möglichkeit, den Bodenzwischenraum und Wandungszwischenraum miteinander zu verbinden und insgesamt zu evakuieren bzw. als abgeschlossenen Raum mit einem wärmeisolierenden Werkstoff auszufüllen oder zu belegen. Selbstverständlich kann auch lediglich der Wandungszwischenraum mit einem wärme­ isolierenden Werkstoff ausgefüllt oder belegt sein.

Sofern dieser Wandungszwischenraum nicht als hermetisch abge­ schlossener Raum ausgebildet ist, weist er im allgemeinen eine Kondensatablauföffnung für im Wandungszwischenraum kondensierende Feuchtigkeit auf. Bei dieser Kondensatablauf­ öffnung kann es sich um eine gemeinsame Ablauföffnung für den Bodenzwischenraum und den Wandungszwischenraum handeln, sofern beide miteinander verbunden sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Kopfkondensators,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch Fig. 1 im Bereich des Gehäusebodens des Wärmetauschergehäuses und

Fig. 3 eine Aufsicht auf den Gegenstand nach Fig. 2 bzw. einen teilweisen Querschnitt durch Fig. 1.

In den Figuren ist ein Kondensator, im Ausführungsbeispiel ein Kopfkondensator, gezeigt. Derartige Kopfkondensatoren werden regelmäßig in chemischen Prozeßkolonnen eingesetzt, um beispielsweise in dampf- oder gasförmigen Medien befindliche Flüssigkeitsreste auszusondern. Der gezeigte Kopfkondensator besitzt einen Kondensatorschacht 1 für ein hochströmendes dampf- oder gasförmiges Medium 2 mit vorgegebenem Feuchte­ gehalt. Die Strömung des dampf- oder gasförmigen Mediums 2 ist in Fig. 1 durch Pfeile angedeutet. Weiter ist ein auf den Kondensatorschacht 1 aufgesetzter Kondensatorkopf 3 zum Umlenken des Mediums 2 in einen Wärmetauscher 4 vorgesehen. Der Wärmetauscher 4 ist in einem oben offenen Wärmetauscher­ gehäuse 5 mit Gehäusewandung 5a und Gehäuseboden 5b und mit einem, im Bereich des Gehäusebodens 5b befindlichen, Konden­ satablauf 6 angeordnet. Zusätzlich finden sich ein Kühl­ mitteleinlauf 7 sowie ein Kühlmittelauslauf 8 für den Wärme­ tauscher 4. Dies ist wiederum durch entsprechende Pfeile angedeutet.

Zumindest der Gehäuseboden 5b ist wärmeisolierend ausge­ bildet. Hierzu weist der Gehäuseboden 5b eine Außenbe­ schichtung und/oder Innenbeschichtung aus einem wärme­ isolierenden Werkstoff auf. Dies ist jedoch nicht gezeigt. Nach dem Ausführungsbeispiel ist der Gehäuseboden als Doppel­ boden mit Bodenzwischenraum 9 ausgebildet (vgl. Fig. 2). Es besteht auch die Möglichkeit, diesen Bodenzwischenraum 9 mit einem wärmeisolierenden Werkstoff 10 auszufüllen oder zu belegen. Dies ist in Fig. 2 dargestellt nach der der Boden­ zwischenraum 9 eine Schicht aus dem Werkstoff 10 aufweist. Gezeigt ist darüber hinaus eine Kondensatablauföffnung 11 für im Bodenzwischenraum 9 kondensierende Feuchtigkeit. Der Gehäuseboden 5b bzw. Doppelboden mit Bodenzwischenraum 9 ist in der Weise ausgeführt, daß eine Wanne 12 an das Wärme­ tauschergehäuse 5 bodenseitig angeheftet, angeschweißt oder angenietet wird. Bei dem Wärmetauscher 4 handelt es sich um einen Plattenwärmetauscher mit gegenüber dem Gehäuseboden 5b im wesentlichen senkrecht angeordneten Platten 4a. Dies machen die Fig. 1 und 2 unmittelbar deutlich.

Im Ausführungsbeispiel ist die Gehäusewandung 5a ebenfalls - zumindest teilweise - wärmeisolierend ausgebildet. Auch sie kann eine Außenbeschichtung und/oder Innenbeschichtung aus einem wärmeisolierenden Werkstoff aufweisen. Dies ist jedoch nicht gezeigt. Vielmehr ist die Gehäusewandung 5a als Doppel­ wandung mit Wandungszwischenraum 13 ausgebildet. Besonders die Fig. 2 macht deutlich, daß der Bodenzwischenraum 9 sowie der Wandungszwischenraum 13 einen durchgängigen Zwischenraum 9, 13 bilden, wobei in diesem Zwischenraum 9, 13 anfallendes Kondensat durch die gemeinsame Kondensatablauföffnung 11 ablaufen kann. Selbstverständlich ist es auch möglich, daß der Wandungszwischenraum 13 eine eigene Kondensatablauf­ öffnung für im Wandungszwischenraum 13 kondensierende Feuchtigkeit aufweist. Dies ist jedoch nicht gezeigt. Dargestellt ist darüberhinaus, den Wandungszwischenraum 13 mit einem wärmeisolierenden Werkstoff 10 auszufüllen oder zu belegen. Hier ist ein Belag - wie im Bodenzwischenraum 9 - aus dem wärmeisolierenden Werkstoff 10 verwirklicht. Jedenfalls wird eine Isolierung des Gehäusebodens 5b wie eine teilweise Isolierung der Gehäusewandung 5a insgesamt dadurch erreicht, daß die Wanne 12 an Stellen 14 mit dem Wärmetauschergehäuse 5 in der bereits beschriebenen Art und Weise verbunden wird. Dabei ist der Gehäuseboden 5b gegenüber der Horizontalen um ca. 5° geneigt, um einen problemlosen Ablauf des von den Platten 4a abtropfenden Kondensats in Richtung auf den Kondensatablauf 6 zu gewährleisten.

Anhand der Fig. 3 ist zu erkennen, daß das Wärmetauscher­ gehäuse 5 einen rechteckförmigen Querschnitt mit einer an die Krümmung des regelmäßig kreisförmigen Kondensators angepaßten bogenförmigen Längsseite 15 aufweist. Dabei ist diese bogenförmige Längsseite 15 in einem vorgegebenen Abstand von dem Kopfkondensator in seinem Inneren angeordnet. Jedenfalls erlaubt der gleichsam rechteckförmige Querschnitt des Wärme­ tauschergehäuses 5 eine praktisch raumausfüllende Anordnung des Wärmetauschers 4 in seinem Inneren, wobei dessen Platten 4a in Längserstreckung des Wärmetauschergehäuses 5 angeordnet sind. Das von der Feuchtigkeit befreite dampf- oder gasförmige Medium 2 tritt nach Passieren des Wärmetauschers 4 durch einen Ausgang bzw. den Kondensatablauf 6 aus dem Kopfkondensator wieder heraus. Durch die wärmeisolierende Ausführung des Gehäusebodens 5b wie teilweise der Gehäusewandung 5a wird erreicht, daß das im Kondensator­ schacht 1 hochströmende dampf- oder gasförmige Medium 2 keine oder nur einen geringfügigen Betrag an Wärme auf das entlang des Gehäusebodens 5b in Richtung auf den Kondensatablauf 6 fließende Kondensat übertragen kann. Gleiches gilt für in den Zwischenraum 9, 13 anfallende Feuchtigkeit, welche über die Kondensatablauföffnung 11 abgeführt wird.

Claims (10)

1. Kondensator, insbesondere Kopfkondensator, mit einem Kondensatorschacht (1) für ein hochströmendes dampf- oder gasförmiges Medium (2) mit vorgegebenem Feuchtegehalt, und mit einem auf den Kondensatorschacht (1) aufgesetzten Kondensatorkopf (3) zum Umlenken des Mediums (2) in einen Wärmetauscher (4), wobei der Wärmetauscher (4) in einem oben offenen Wärmetauschergehäuse (5) mit Gehäusewandung (5a) und Gehäuseboden (5b) und mit einem im Bereich des Gehäusebodens (5b) befindlichen Kondensatablauf (6) angeordnet ist, da­ durch gekennzeichnet, daß zumindest der Gehäuseboden (5b) als wärmeisolierender Boden ausgebildet ist.

2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseboden (5b) eine Außenbeschichtung und/oder Innen­ beschichtung aus einem wärmeisolierenden Werkstoff aufweist.

3. Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Gehäuseboden (5b) als Doppelboden mit Bodenzwischenraum (9) ausgebildet ist.

4. Kondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bodenzwischenraum (9) mit einem wärmeisolierenden Werk­ stoff (10) ausgefüllt oder belegt ist.

5. Kondensator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Bodenzwischenraum (9) eine Kondensat­ ablauföffnung (11) für im Bodenzwischenraum (9) kondensie­ rende Feuchtigkeit aufweist.

6. Kondensator nach einem Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusewandung (5a) wärmeisolierend ausgebildet ist.

7. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusewandung (5a) eine Außenbe­ schichtung und/oder Innenbeschichtung aus einem wärme­ isolierenden Werkstoff aufweist.

8. Kondensator nach einem Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gehäusewandung (5a) als Doppelwandung mit Wandungszwischenraum (13) ausgebildet ist.

9. Kondensator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandungszwischenraum (13) mit einem wärmeisolierenden Werkstoff (10) ausgefüllt oder belegt ist.

10. Kondensator nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wandungszwischenraum (13) eine Kondensat­ ablauföffnung (11) für im Wandungszwischenraum (13) konden­ sierende Feuchtigkeit aufweist.