DE2144793A1 - Vertikalflächen-Dampfkondensator - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

dr. ing. H. NEGENDANK · dipl.-ing. η! HATJCK · dipl.-phys. W.

HAMBURG-MÜNCHEN ZUSTELLUNGSANSCHRIFT; HAMBURG 36 · NEUER WALL 41 XIiI.. 3 β 74 28 UND 36 411It IELEGH. NEOEDAPATENT HAMBURG

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Vertikalflächen-Dampfkondensator

Die Erfindung betrifft einen Vertikalflächen-Dampfkondensator, insbesondere für Kälteanlagen, der eine Primärkondensationsflache und einen Kondensatsumpf aufweist.

Bei Kondensatoren, die im wesentlichen vertikale Kondensationswände aufweisen, wird eine Seite gekühlt, indem ein Kühlmittel, z. B. Luft, darauf gerichtet wird, während die andere Seite als Primärkondensationsflache dient, an der sich das Kondensat niederschlägt und durch Schwerkraft zu einem tiefer gelegenen Punkt strömt, um abgeführt zu werden. Diese Kondensatoren sind allgemein bekaixt.

Es ist weiterhin bekannt, bei Verdampfern, wie sie in den USA-Patentschriften 3 273 630, 2 480 706 und 835 532 beschrieben sind oder bei Wärmetauschern, wie sie den USA-Patentschriften 3 068 905, 2 905 447, 2 310 970 und 2 068 955 zu entnehmen sind, innere Teile zu verwenden. Bei der Konstruktion

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OFUGlNAL JNSPECTEO

und beim Betrieb von Kondensatoren treten jedoch ganz andere Probleme auf als bei Verdampfern und/oder Wärmetauschern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der eingangs erwähnten Kondensatorart den Wirkungsgrad zu verbessern, d.h. die Kondensationsleistung je Flächeneinheit der Primärkondensationsflache zu erhöhen, um dadurch bei gleichbleibender Leistung den Materialverbrauch und/oder die Größe zu verringern, so daß eine wirtschaftlichere Fertigung ermöglicht wird.

Diese Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Kondensatführungen vorgesehen sind, die zur Verhinderung des Aufbaues einer nennenswerten Kondensatdicke an wenigstens einem Teil der Primärkondensationsflache und zur Verbesserung der Wärmeabfuhreigenschaften des Kondensators dient, um das Kondensat von der Primärkondensationsfläche zum Kondensatsumpf abzuleiten.

Eine bevorzugte Ausführungsform, die vorzugsweise bei Vertikalrohrkondensatoren zur Anwendung kommt, wobei die Rohrinnenwandungen die Primärkondensationsflache bilden, zeichnet sich dadurch aus, daß die Kondensatführungen einen innerhalb das Rohres angeordneten Schaft aufweisen, von dem

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sich Arme schräg aufwärts bis in Anlage an die Rohrwandung erstrecken, die das Kondensat von der Primärkondensationsfläche zum inneren mittleren Abschnitt des Rohres ableiten.

Um eine schnelle Abführung des sich bildenden Kondensats zu gewährleisten, sind verschiedene Ausführungsformen der Kondensatführung möglich. Eine dieser Möglichkeiten besteht darin, daß als jArme eine Vielzahl von Drahtabschnitten dienen, und daß an dem sich im wesentlichen vertikal in der Mitte des Rohres erstreckenden Schaft die unteren inneren Enden der sich in verschiedenen Radien vom Schaft erstreckenden Drahtabschnitte befestigt sind. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Drahtabschnitte federnd an der Primärkondensationsfläche anliegen und die Führung in vertikaler Stellung innerhalb des Rohres halten. Eine weitere Möglichkeit sieht vor, daß die ^rme U-förmig ausgebildet sind und mit ihren Schenkeln an der Primärkondensationsfläche anliegen, wobei die bogenförmigen Stege mit Tropfnasen versehen sind. Hierbei sind die U-förmigen Arme in vorteilhafter Weise in einer Reihe mit Abstand zueinander entlang dem Schaft befestigt. Eine dritte Möglichkeit besteht darin, daß die Arme aus flexiblen Trichtern bestehen.

Mehrere Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sollen nunmehr anhand der beigefügten Zeichnungen im einzelnen

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beschrieben werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte schematische Darstellung einer Kälteanlage mit einem' luftgekühlten vertikalen Rohrkondensator gemäß der Erfindung

Fig. 2 einen Längsschnitt eines Abschnittes von einem der vertikalen Kondensatorrohren des Kondensators nach der Fig. 1, in welchem gemäß der Erfindung eine Kondensatführung vorgesehen ist;

Fig. 3 e-inen Längsschnitt eines Abschnittes eines vertikalen Kondensatorrohres, wie es bei dem Kondensator nach Fig. 1 verwendet wird, jedoch gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig'. 4 einen Querschnitt des Rohres nach Fig. 3 in der ™ Ebene der Linie 4-4 gesehen;

Fig. 5 einen Längsschnitt eines Abschnittes eines vertikalen Kondensatorrohres, wie es beim Kondensator nach Fig. 1 verwendet wird, wobei jedoch eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist;

Fig. 6 einen Querschnitt des Rohes nach Fig. 5 in der

Ebene der Linie 6-6 gesehen; und

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Fig. 7 einen Längsschnitt eines Abschnittes eines Kondensatorrohres, das gemäß der Erfindung konstruiert ist,

In Fig. 1 ist eine Kälteanlage dargestellt, die im ganzen mit 8 bezeichnet ist. Die Anlage 8 weist einen Kompressor 9 auf, der heiße, komprimierte Kältemittelgase in einen Dampfkondensator austrägt, der im ganzen mit 10 bezeichnet ist. Der Kondensator 10 ist von derjenigen Kondensatorart, die vertikale Rohrflächen aufweist und mehrere, im wesentlichen vertikale Rohre 12 hat, die bei einer luftgekühlten Konstruktion gewöhnlich Rippen 14 oder andere Wärmeübertragungsflächen aufweisen. Luft oder ein anderes Kühlmittel wird zwischen die Rippen 14 an den Rohren 12 vorbei gerichtet. Gas oder Dämpfe treten am oberen Verteilerkopf 20 in die Kondensatorrohre ein und flüssiges Kondensat wird

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ventil Zj> und von dort zu einem veraampxer <Lo_t wo uats iv.ctxi,timittel verdampft und Wärme aufnimmt. Der Dampf wird vom Verdampfer 25 zum Kompressor 9 gesogen, von dem er nach seiner Kompression fortlaufend dem Kondensator 10 zugeführt wird.

Gemäß der Erfindung sind die Rohre 12 des Kondensators 10, wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich, mit einer im ganzen mit 30 bezeichneten Vorrichtung zur Führung des Kondensats

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von den inneren Primärkondensationsflachen 12S versehen. Der hier verwendete Ausdruck "Primärkondensationsflache" bedeutet ein Dampfkondensationsflächensegment, wie beispielsweise die Innenfläche 12S eines Rohres oder einer Bauelementenwand, wie beispielsweise die gekrümmte Wand des Rohres 12, dessen gegenüberliegende Seite oder Fläche in wesentlicher Berührung mit dem Kühlmittel steht,und zwar unmittelbar oder mit Hilfe der äußeren Rippen, wie beispielsweise die Rippen 14, und umfaßt nicht beiläufige Flächen, die, wie beispielsweise innere Rippen, zur KondensEtion beitragen.

Die Führung 30 dieser Ausführungsform ist baumartig ausgebildet und mst einen mittleren Schaft 32 sowie eine Vielzahl von sich aufwärts und auswärts erstreckenden Armen 34 auf, die sich nach allen Seiten vom Schaft 32 in mehr oder weniger willkürlicher Anordnung erstrecken. Die Arme 34 bestehen vorzugsweise aus dünnen Drahtabschnitten, die mit dem Hautschaftdraht zusammengedreht sind.

Beim Betrieb dienen die Arme 34 zur Aufnahme des Kondensats an ihren Berührungspunkten mit der Fläche 12S, welches an ihnen zum Schaft 32 hin abläuft. Dieses Kondensat wird dann am Schaft 32 abwärts in die Nähe des Auslasses

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geführt, ohne wieder auf die Kondensationsfläche 12 S zurückzufließen.

Die baumartige Führung 30 hat vorzugsweise Arme 34 von einer Länge, die größer als der Radius des Rohres 12 ist, in dem sie verwendet werden. Die Arme 34 sind vorzugsweise anfänglich so ausgebildet, daß sie sich etwa rechtwinklig zum Schaft 32 erstrecken, die dann beim Zusammenbau des Rohres mit der Führung 30, die vom oberen Ende her eingeführt wird, die gezeigte Ausrichtung einnehmen. Dieses Herstellungsverfahren hat den Vorteil, daß die Führung 30 sicher innerhalb des Rohres gehalten wird, und daß die äußeren Enden der Arme 34 fest an der Kondensationsfläche 12S anliegen.

Es wird nunmehr auf die zweite Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes Bezug genommen, der in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist. Bei dieser Ausführungsform wird eine Führung 30^f benutzt, die jeweils einen im wesentlichen zentral angeordneten Schaft 32' aufweist, an dem im wesentlichen U-förmige Arme 34' in Abständen befestigt sind.

Die U-förmigen Arme 34* weisen aufrechtstehende Schenkel 35 auf, die sich einen beträchtlichen vertikalen Abstand

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entlang der Primärkondensationsflache 12S erstrecken, um durch Kapillarwirkung Kondensflüssigkeit zwischen den Seiten der Schenkel 35 und den "benachbarten Abschnitten der Fläche 12S zu sammeln. Diese Flüssigkeit bewegt sich durch Schwerkraft abwärts und läuft entlang den bogenförmigen Stegabschnitten 36, die sich zum Schaft 32' hin krümmen. Bevor die bogenförmigen Stegabschnitte 36 den Schaft 32' erreichen, gehen sie in abwärts gerichtete Vorsprünge 38 über, die an den tiefsten Stellen der U-förmigen Arme 34' liegen. Diese Vorsprünge 38 dienen als Tropfnasen für die Flüssigkeit, die von ihnen zum unteren Ende des Rohres 12 abtropft.

Die Arme 34' nehmen vorzugsweise eine Stellung in willkür lich gewählten Ebenen um die Stange 32' ein. Die geringfügige Versetzung der U-förmigen Arme 34' aus der Mitte und ihre willkürliche Ausrichtung schaffen Tropfenbahnen, ^ die sich naturgemäß wenig schneiden und,falls überhaupt, nur an den unteren U-förmigen Armen 34 ·. Die Arme 34· bestehen ebenfalls vorzugsweise aus federndem Material und sind so geformt, daß sie an der Fläche 12S anliegen, um einen guten Kontakt damit zu bilden und die Führung 30^f innerhalb des Rohres 12 zu halten.

Es wird nunmehr auf die Fig. 5 und 6 Bezug genommen, in denen eine dritte Ausführungsform einer Führung 30" zur Einführung in das vertikale Kondensatorrohr 12 gezeigt

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ist. Diese Führung 30" weist ebenfalls einen im wesentlichen zentralen Schaft 32" auf. Anstelle der dünnen Arme 34 oder 34' der vorhergehenden Ausführungsformen sind sich aufweitende Trichter 34" vorgesehen, um die Flüssigkeit von der Fläche 12S zur mittleren Zone des Rohres 12 zu führen.

Diese Trichter 34'' bestehen vorzugsweise aus dünnem Metall, können jedoch auch aus einem verhältnismäßig flexiblen Kunststoff bestehen, der der Betriebsumgebung zu widerstehen vermag. Der normale Durchmesser der Trichter 34*' ist etwas größer als der Innendurchmesser des Rohres 12. Es ist ein radialer Schlitz 40 vorgesehen, der ein Zusammendrücken der Trichter gestattet, wenn sie in das Rohr 12 eingeschoben werden. Hierdurch wird die Führung 30^f' federnd in Stellung gehalten und die äußeren Kanten 42 der Trichter werden leicht gegen die Fläche 12S gedrückt.

Der Trichter 34·' verläuft von der Kante 42 stark geneigt entlang einem Randabschnitt 44 abwärts. Die Berührungszone zwischen der Fläche 12S und dem Randabschnitt 44 ist vorzugsweise ziemlich klein, wobei die obere Kante des Abschnittes 44 sich vorzugsweise bis zu einer Messerkante verjüngt. Vom unteren Ende des Randabschnittes 44 erstreckt sind der Trichter 34»■ mit einer geringeren Nei-

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gung 46 bis zu einer kreisförmigen Öffnung und einem nach unten vorstehenden Rand 48, mit dem der Schaft 321« verbunden ist (beispielsweise durch Punktschweißung),

Die Trichter 34'' sind vorzugsweise so am Schaft 32·' befestigt, daß ihre Schlitze 40 sich nicht überdecken.

Während des Betriebes strömt das sich an der Fläche 12S niederschlagende Kondensat zwischen den Trichtern 34^f' durch Schwerkraft auf die Randkante 40. Von da läuft es am Rand 44 abwärts zum Abschnitt 46 und entweder zu dem nach unten vorstehenden Rand 48 oder dem Schaft 32''. Der Flüssigkeitsanteil der den Schaft 32'· erreicht fließt daran bis zum unteren Ende des Schaftes 32 entlang. Derjenige Flüssigkeitsteil, der über dem Rand fließt, tropft auf den nächsten Trichter und erreicht das untere Ende der Führungsvorrichtung 30''.

Während es bei der Ausführungsform nach den Figuren 5 und 6 möglich ist, den Schaft 32·· fatzulassen, ist er doch erwünscht, um die Abstände zwischen den Tridhtern 34'· festzulegen und eine steife Konstruktion zu schaffen, um zur Strömungsausrichtung beizutragen und den Zusammenbau der Führung mit dem Rohr 12 zu erleichtern. Die Trichterabstände sind so gewählt, daß Kondensations-

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kammern gebildet werden, die jeweils eine solche Höhe aufweisen, daß sich keine nennenswerte Kondensatdicke entwickeln kann, um den Wärmeübergang zu behindern.

In Fig. 7 ist ein weiteres Kondensatorrohr gemäß der Erfindung dargestellt, bei dem die verhältnismäßig hohe Dampfgeschwindigkeit aufweisende Zone des oberen Abschnittes des Rohres 12 mit einer Führung 30 ausgerüstet ist, wie sie in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben worden ist, während die untere Zone mit geringerer Gasgeschwindigkeit, nämlich der untere Abschnitt des Rohres 12 mit der Führung 30" ausgerüstet ist, wie sie in Verbindung mit den Fig. 5 und 6 beschrieben worden ist. Bei dieser Konstruktion trifft der anfänglich in das Rohr eintretende Dampf auf einen geringen Strömungswiderstand infolge der Führung 30. Etwas dieses Dampfes wird als Kondensat im oberen Teil des Rohres 12 entfernt, was eine Herabsetzung der Strömungsgeschwindigkeit des Dampfes im unteren Teil des Rohres 12 bewirkt, wo der größere Strömungswiderstand durch die Führung 30'· hervorgerufen wird.

Es dürfte nunmehr ersichtlich sein, daß eine Verbesserung bei Vertikalflächendampfkonfensatoren beschrieben worden ist, durch die eine erhöhte Kondensationsleistung je Flächeneinheit der Primärkondensationsfläche erzielt wird. Dieser er-

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höhte Wirkungsgrad gestattet einen wirtschaftlicheren Betrieb und/oder einen verminderten Materialverbrauch und eine geringere Größe, wobei .auch noch weitere vorteilhafte Wirkungen erzielt werden.

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Claims (7)

1. 21U793

   Patentansprüche ;

   .J Vertikalflächen-Dampfkondensator, insbesondere für Kälteanlagen, der eine Primärkondensationsflache und einen Kondensatsumpf aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß Kondensatführungen (30) vorgesehen sind, die zur Verhinderung des Aufbaus einer nennenswerten Kondensatdicke an wenigstens einem Teil der Primärkondensationsfläche und zur Verbesserung der Wärmeabfuhreigenschaften des Kondensators dient, um das Kondensat von der Primärkondensationsfläche (12S) zum Kondensatsumpf (22) abzuleiten.
2. 2. Kondensator nach Anspruch 1, der vorzugsweise bei Vertikalrohrkondensatoren zur Anwendung kommt, wobei die Rohrinnenwandungen die Primärkondensationsfläche bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatführungen (30) einen innerhalb des Rohres (12) angeordneten Schaft (32) aufweisen, von dem sich Arme (34) schräg aufwärts bis in Alage an die Rohrwandung erstrecken, die das Kondensat von der Primärkondensationsfläche (12S) zum inneren mittleren Abschnitt des Rohres ableiten.
3. 3. Kondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Arme eine Vielzahl von Drahtabschnitten (34) dienen,

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   und daß an den sich im wesentlichen vertikal in der M.tte des Rohres (12) erstreckenden Schaft (32) die unteren, inneren Enden der sich in verschiedenen Radien vom Schaft erstreckenden Drahtabschnitte befestigt sind.
4. 4. Kondensator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtabschnitte (34) federnd an der Primärkondensationsf lache (12S) anliegen und die Führung in vertikaler Stellung innerhalb des Rohres (12) halten.
5. 5. Kondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (34) U-förmig ausgebildet sind und mit ihren Schenkeln (35) an der Primärkondensationsflache (12S) anliegen, wobei die bogenförmigen Stege (36) mit Tropfnasen (38) versehen sind.
6. 6. Kondensator nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die U-förmigen Arme (34) in einer Reihe mit Abstand zueinander entlang dem Schaft (32·) befestigt sind.
7. 7. Kondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme aus flexiblen Trichtern (34*·) bestehen.

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