DE2358026C2

DE2358026C2 - Rotierender Verdampfer-Kondensator für eine Dampfmaschine, die als Kraftmaschine oder als Wärmepumpe arbeiten kann

Info

Publication number: DE2358026C2
Application number: DE19732358026
Authority: DE
Inventors: Nikolaus 7141 Aldingen Laing
Original assignee: FINVENTA-HOLDING AG ZUG CH
Current assignee: FINVENTA-HOLDING AG ZUG CH
Priority date: 1972-11-23
Filing date: 1973-11-21
Publication date: 1986-09-18
Also published as: IT1001901B; JPS49100637A; DE2358026A1; GB1446785A; FR2213474B1; FR2213474A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen rotierenden Verdampfer-Kondensator für eine Dampfmaschine, die als Kraftmaschine oder als Wärmepumpe arbeiten kann, wobei auf einer gemeinsamen Rotationsachse zwischen Verdampfer und Kondensator eine aus dem Verdampfer mit Dampf beaufschlagte Mäschinenkammer angeordnet ist, der Verdampfer einen zur Rotationsachse konzentrischen Kranz von zur Rotationsachse parallelen Verdampferrohren mit oberflächenvergrößernden Rippen aufweist, und den einzelnen Verdampferrohren durch eine stirnseitige Öffnung von einer Fördereinrichtung Kondensat jeweils separat zugeführt wird, das sich bei der nötigen hohen Rotationsgeschwindigkeit an der der Rotationsachse entfernt liegenden Innenseite der Verdampferrohre zur Bildung eines konstanten fCondensatfilmes sammelt

Es sind umlaufende Kessel beschrieben worden, bei denen die Verdampfung in auf einem Kranz an^eordneten Rohren erfolgt, die mit Kondensat gefüllt sind. Derartige umlaufende Kessel haben sich jedoch nicht bewährt, da der Wärmeübergang in den bekannten Verdampferrohren nicht bei allen Betriebszuständen befriedigend ist, da nicht gewährleistet ist, daß über die gesamte Verdampferrohrlänge jederzeit der gesamte Rohrumfang benetzt ist.

Aufgabe der Erfindung ist eine Verbesserung des Wärmeüberganges innerhalb der Verdampfer^rohre dadurch, daß eine optimale Bedeckung der Verdampferrohrinnenflächen mit verdampfendem Kondensat unter gleichzeitiger Verhinderung eines Trockenlaufens der Verdampferrohre erreicht wird.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß innerhalb eines jeden Verdampferrohres ein sich über dessen Länge erstreckendes Kondensat-Einspritzrohr mit zur Rotationsachse gerichteten Einspritzdüsen angeordnet ist, in das das Kondt-nsat aus dem rotierenden Kondensator mittels einer Pumpe gefördert wird, und daß in jedem Verdampferrohr zumindest im Bereich seiner stirnseitigen öffnung an der der Rotationsachse entfernt liegenden Innenseite ein Wehr zur Aufrechterhaltung einer bestimmten Dicke des Kondensatfilmes angeordnet ist
Die Rohre sind innen oberflächenvergrößernd ausgebildet. Das System ist so ausgelegt, daß in jedem Falle mehr Kondensat in die Rohre hineingespritzt wird, als im jeweiligen Betriebszustand verdampft werden kann. Das überflüssige Kondensat läuft in einen Ringraum und wird von dort durch eine Purere zurückgepumpt.

Hierdurch wird eine unzulässig hohe Aufheizung von Teilen der Wärmetauscher unter gleichzeitiger Verminderung der erzeugten Dampfmenge verhindert.

Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise erläutert

F i g. 1 zeigt in einer schematischen perspektivischen Ansicht eine Maschine nach der Erfindung und

F i g. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht durch diese Maschine.

F i g. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines rotieren-

5G· den Verdampfer-Kondensators, der sowohl als Dampfmotor mit einer nicht dargestellten Wärmequelle als auch als Kaltdampfmaschine, z. B. für eine Klimaanlage ausgebildet sein kann. Der rotierende Verdampfer 1 besteht aus ringförmigen Rippen 21, die von einseitig geschlossenen Rohren 2 durchsetzt sind und mit diesen in gut wärmeleitender Verbindung stehen. An diesen schließt eine hohle Stirnwand 3 an, in die die Rohre 2 an ihren offenen Enden münden. In einem Maschinenabteil 4 befindet sich bei Kaltdampfmaschinen der Kompressor oder bei Dampfmaschinen der Expansionsmotor.

Daran schließt eine weitere Stirnwand 5 für die Koniaensatorseite und dann der als Kondensator dienende umlaufende Wärmetauscher 6 an, durch den Luft 7 axial eingesaugt wird Und radial austritt. Das ganze System ist durch die symbolisch angedeuteten Lager 8 und 8' gelagert. Die Antriebsvorrichtung für die umlaufenden Wärmetauscher ist nicht gezeigt.
F i g. 2 zeigt im Schnitt die in F i g. 1 gezeigten EIe-

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mente vergrößert und schematisch. Der rotierende Verdampfer 1 besteht aus den ringförmigen Rippen 21, die mit den Rohren 2 in gut wärmeleitendem Kontakt stehen. Das Maschinenabteil 4 ist unterbrochen gezeichnet Auch hier sind die Verdrängermaschine oder der Kompressor nicht dargestellt. Es sind lediglich der Gasstutzen 32, der mit der hohlen Radscheibe 31 kommuniziert, und der wesentlich größere Gssstutzen 33, der mit der hohlen Radscheibe 5 kommuniziert, gezeichnet Der Kondensator ist in gleicher Weise v/ie der Verdampfer aufgebaut Er hat Rippen 26 und die Rohre 34. Die Luft tritt axial längs den Pfeilen 27 ein und wird durch Scherspannung bei laufender Maschine nach außen geförderL Im Bereich der Achse 35 kaMi ein Brenner 36 angeordnet sein, mit welchem heiße Brenngase durch die Flammen 37 erzeugt werden. Diese Brenngase durchsetzen die Rippen 21 und erhitzen dadurch die Rohre 2. Durch die Abkühlung der Kondensatorrippen 26 durch die Luft (Pfeile 27) findet Kondensation in den Rohren 34 statt Das Kondensat 38 sammelt sich im Peripheriebereich 39 der Radscheibe 5. In diesem Peripheriebereich bildet sich ein Flüssigkeitsring 40, in welchen eir·; Pumpe 41, die ebenfalls nur schematisch dargestellt ist, hineinragt Durch einen Kolben 42, der mit einem nicht gezeigten Exzenter zu radialen Schwingungen in Richtung der Pfeile 43 gezwungen wird, wird das Kondensat in die Leitung 44 gepreßt, das bei einer Bewegung des Kolbens zur Achse hin gemäß Pfeil 38' in den Raum 37' gesaugt wird. Das Kondensat wird über eine ringförmige Sammelleitung 45 auf eine Vielzahl von Rohre 47 verteilt. Diese Rohre weisen wiederum nicht dargestellte Öffnungen in großer Zahl auf, die im wesentlichen zur Achse 35 hin gerichtet sind, und als Austrittsdüsen wirken und so bemessen sind, daß die durch die einzelnen Öffnungen hindurchtretenden Mengen (Pfeile 36') ungefähr konstant sind. Die innere Wand des Rohres 2 wird dadurch benetzt Diese innere Wand ist aufgerauht oder auf andere Weise profiliert, so daß sie eine oberflächenvergrößernde Schicht bildet Die Menge ist so bemessen, daß stets e^: 1 Überfluß vorhanden ist d. h. daß mehr Kondensat in die Rohre 2 hinein gefördert wird, als bei dem jeweiligen Betriebszustand verdampft wird. Dadurch bildet sich an der nach außen weisenden Mantellinie 48 der Rohre 2 ein Kondensatsee 49. Die Höhe dieses Sees wird durch das Wehr 50 bestimmt Der Überfluß lauf', gemäß Pfeil 51 in die hojle Stirnwand 3. Von hier aus gelangt er durch das Rohr 52 in den Ringraum 39 und auf diese Art wieder in den Kondensatkreislauf. Eine verbesserte Lösung besteht darin, daß in den Kondensatring 53 eine weitere Pumpe 54 ragt, die im wesentlichen gleich aufgebaut ist wie die Pumpe 41. Diese Pumpe ^:st über die Leitung 55 wiederum mit der Sammelleitung 45 verbunden. Der Vorteil einer zweiten Pumpe besteht darin, daß das Kondensat nur noch mit einem kleinen zusätzlichen Druck gefördert werden muß, während ein Rückströmen durch die Leitung 52 einen Leistungsverlust mit sich bringen würde, da das unter hohem Druck stehende Kondensat in der hohlen Stirnwand 3 bis zum Ringraum 40 eine Entspannung erfahren würde. Für den Fall, daß eine separate Pumpe 54 vorgesehen ist, entfällt selbstverständlich das Rohr 52_f,.das als Kapillarrohr ausgebildet ist

Eine Verbesserung der Wirkung kann erfindungsgemäß dadurch erzielt werden, daß die innere Oberfläche der Rohre 2 und 34 angerauht oder mit einer außerordentlich feinen Rillung 56 versehen ist. An die Stelle dieser Rillung kann auch aligrnativ eine Hochkantwendel aus sehr dünnem Metallband 57 treten. Die Abstände der Wendel werden so gering bemessen, daß die dazwischenliegenden Räume sehr klein werden, wodurch sie eine hohe Kapillarspannung zum Kondensat hin aufweisen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansp rüche:

1. Rotierender Verdampfer-Kondensator für eine Dampfmaschine, die als Kraftmaschine oder als Wärmepumpe arbeiten kann, wobei auf einer gemeinsamen Rotationsachse zwischen Verdampfer und Kondensator eine aus dem Verdampfer mit Dampf beaufschlagte Maschinenkammer angeordnet ist, der Verdampfer einen zur Rotationsachse konzentrischen Kranz von zur Rotationsachse parallelen Verdampferrohren mit oberflächenvergrößernden Rippen aufweist, und den einzelnen Verdampferrohren durch eine stirnseitige Öffnung von einer Fördereinrichtung Kondensat jeweils separat zugeführt wird, das sich bei der nötigen hohen Rotationsgeschwindigkeit an der der Rotationsachse liegenden Innenseite der Verdampferrohre zur Bildung eines konstanten Kondensatfilmes sammelt, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb eines jeden Verdgmpferrohres (48) ein sich über dessen Länge erstreckendes Kondensat-Einspritzrohr (47) mit zur Rotationsachse (33) gerichteten Einspritzdüsen (36') angeordnet ist, in das das Kondensat aus dem Kondensator (26, 34) mittels einer Pumpe (41, 42) gefördert wird, und daß in jedem Verdampferrohr (48) zumindest im Bereich seiner stirnseitigen öffnung an der der Rotationsachse entfernt liegenden Innenseite ein Wehr (50) zur Aufrechterhaltung einer bestimmten Dicke des Kondensatfilmes (49) angeordnet ist.

2. Rotierender Verdampfer-Kondensator nach Anspruch 1, dadurch £2kenmüchnet, daß die Kondensat-Einspritzrohre (4"7) nahe der der Rotationsachse (35) entfernt liegenden ' «nenseite der Verdampferrohre verlaufen.

3. Rotierender Verdampfer-Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite der Verdampferrohre (48) oberflächenvergrößernd ausgebildet ist.

4. Rotierender Verdampfer-Kondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innen seite der Verdampferrohre (48) eine feine Rillung

(56) aufweist.

5. Rotierender Verdampfer-Kondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Wendeln

(57) in die Verdampferrohre (48) eingesetzt sind.

6. Rotierender Verdampfer-Kondensator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gänge der Wendeln (57) durch Distanzstücke auf Abstand gehalten werden.