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Vorrichtung zur Direktkondensation von Dämpfen an einer kalten Flüssigkeit
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Direktkondensation von Dampfen
an einer kalten Flüssigkeit, insbesondere von Wasserdampf an Wasser.
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Solche Vorrichtungen, die als Mischkondensation bezeichnet werden,
finden in einstufiger Ausführung bevorzugt Anwendung zum Niederschlagen von Abdampf
aus Turbinen und Dampfstrahlvakuumpumpen. In mehrstufiger Ausführung werden sie
als Wärmetauscher, insbesondere zur Vakuumkühlung von Frozeßflüssig keiten eingesetzt.
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£ischkondensatoren sind bisher in zwei Hauptbaurten bekannt geworden,
nämlich als sogenannte Sprübkondensatoren und als Rieselkondensatoren. Bei Sprühkondensatoren
wird die dampfaufnehmende Kühlflüssigkeit am Kopf eines Behälters versprüht und
durchfällt in Tropfenform die Höhe des Dampfraunies, wobei die
Kondensation
des Dampfes an den Tropfen erfolgt. Bei Rieselkondensatoren wird die Kühlflüssigkeit
durch ein Verteilersystem im oberen Teil des Behälters gleichmäßig einer darunterliegenden
Rieseiflächenpackung zugeführt. Die Packung kann dabei entweder aus feststehenden
Einbauten zum Beispiel schrägen oder senkrechten Blechen oder Wänden bestehen oder
aus einer Eüllkörperschicht.
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Die weite Verbreitung des Sprühkondensators gründet sich insbesondere
auf seinen einfachen apparativen Aufbau. Bei mehrstufigen Geräten wird die Kühlflüssigkeit
durch die kondensierenden Dämpfe stufenweise erwärmt. Dazu werden die Kondensatorstufen
untereinander angeordnet, in der Reihenfolge zunehmender Temperaturen von oben nach
unten. Da dadurch auch die Drücke von oben nach unten anwachsen, müssen die Druckdi£ferenzen
durch entsprechende Flüssigkeitsschichthöhen ausgeglichen werden, was zur Folge
hat, daß bei mehrstufigen Ausführungen die Bauhöhe stark ansteigt und dadurch entsprechend
hohe Herstellkolsten veruursacht. Zur Uberwindullg der Düsendruckverluste ist darüber
hinaus noch eine zusätzliche Flüssigkeitssäule ererforderlich was, falls keine besonderen
Druckpumpen eingesetzt werden sollen, wiederum der Forderung nach geringer Apparatebauhöhe
entgegensteht. Diese Bauhöhe reicht daher oft nicht aus, um hohen Sprühdruck und
damit die nötige feine Verteilung der Flüssigkeit zu bewirken. Ein anderer Nachteil
des Sprühkonden sators besteht darin, daß zur Entfernung der Inertgasanteile
besondere
Vorkehrungen erforderlich sind, die den Gasanteil aus einer heißeren in die nächstkältere
8 Stufe überführen, wie z.B. Verbindungsleitungen, Kühlfallen oder dgl. Hinzu kommt,
daß das abgesaugte Gasdampfgemisch nicht den bei Oberflächenkondensatoren üblichen
und erwünschten hoben Gasgehalt besitzt, da beim Sprühkondensator die Gesanteile
die Neigung haben, sich gleichmäßig im gesamten Gasraum zu verteilen und an unvorhersehbaren
Stellen Gasnester bilden. Dadurch muß bei gleicher Menge abgeführten inertgases
mehr Dampf abgesaugt werden, wodurch der thermische Wirkungsgrad des Kondensators
sinkt.
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Der Hauptnachteil bei mehrstufigen Mischkondensatoren in Rieselausführung
besteht darin da auch bei diesen Geräten große geodätische Fallhöhen in Form von
entsprechenden Wasserständen auf den Zwischenböden zur Kompensation der Dampfdruckdifferenzen
vorhanden sein müssen, und zwar insbesondere bei niedrigem Vakuum egen der in diesem
Bereich steil verlaufenden Dampfdruckkurve. i r weiterer Nachteil dieser bekarinten
Bauert bestellt in den für kieselenbauten, bzw. Füllkörperschichten erforderlichen
zusätzlichen Kosten.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun eine gattungsgemäße
Vorrichtung zu schaffen, die einerseits einen hohen thermischen Wirkungsgrad aufweist,
andereseits aber nur geringe
Bauhöhe benötigt, und gleichzeitig
konstruktiv sehr einfach aufgebaut ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß
bei einer gattung6gemäBen Vorrichtung die Flüssigkeit in geringer Schichthöhe quer
über ein etwa waagrechtes Lochblech geführt wird und der Dampf von der Unterseite
des Lochblechs her durch dessen Offnungen durch die Flüssigkeit gedrückt wird.
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Diese erfindungsgemäSe Ausbildung eines Nischkondensators hat zunächst
gegenüber vorbekannten Ausführungen den Vorteil einfachsten Aufbaues, in-dem als
Kondensationshilfsmittel lediglich ein Lochblech zum Einbau in den Kondensatorraum
benötigt wird, wobei die Ausbildung des Lochbleches in weitem Rahmen variiert werden
kann. Daraus ergibt sich, daß die Herstellungskosten für einen solcherart ausgebildeten
Mischkondensator auf einem sehr niedrigen Niveau gehalten werden können.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß nur geringe Plüssigkeftsschichthöhen
über den Lochblechen zur Kondensation des durchströmenden Dampfes erforderlich sind
und nicht wie bei bekanaten Ausführungen von Mischkondensatoren große geodätische
Flüssigkeitshöben und daß dadurch die Bauhöhe gering gehalten werden kann.
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In Ausgestaltung der erfindungsgemaßen Vorrichtung wird vorgeschlagen,
daß zur mehrstufigen Kondensation mehrere Lochbleche als Zwischenböden mit Abstand
übereinander in einem gemeinsamen Behälter angeordnet sind, wobei für die ilüssigkeit
jeweils ein kaskadenartiger Verbindungsachacht von einem Lochblech zum nächsttieferen
vorgesehen ist.
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Gerade aufgrund des einfachen und kostengünstigen Aufbaues und der
niedrigen benötigten Bauhöhe pro Stufe ist eine mehrstufige Ausführung eines erfindungsgemäß
ausgebildeten Mischkondensators besonders vorteilhaft, wobei hervorzuheben ist,
daß die Uberführung der Flüssigkeit von einer Stufe in die nächste durch einen kaskadenartigen
Verbindungaschacht wiederum in denkbar einfachster Weise erfolgen kann, da ein solcher
Verbindungaschacht durch eine nach unten abgewinkelte berlaufkante des Lochbleches
und einen Teil der Behälterwand gebildet werden kann.
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In weiterer Ausbildung eines erfindungsgemäßen mehrstufigen Nischkondensators
soll in den Raum unterhalb Jeden Lochbleches eine Dampfleitung münden, wobei der
Dampfdruck, der in die unterste Stufe mündenden Leitung am höchsten ist und in der
jeweils nächst höher liegenden Damptleitung abnimmt. Durch diese Ausbildung eines
erfindungsgemäßen Nischkondensators ist es möglich, Abdampf aus unterschiedlichen
Druckzonen eines
Hauptprosesses (z.B. aus einer bampfturbine) zu
entnehmen und direkt jeweils der passenden Kondensationsstufe zuzuführen, ohne zusätzliche
bruekregelorgane vorsehen zu müssen.
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Anhand der beigefügten Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen vierstufigen Nischkondensators näher erläutert: Ein Yondensatorgehäuse
1 mit einem am oberen Ende angeordneten Flüssigkeitseinlauf 5 und einem am unteren
Ende vorgesehtnen Atlaufstutzen 6 wird durch vier mit Abstand übereinander angeordnete
Zwischenböden 21 bis 24 in vier einzelne Kammern oder Stufen 1 bis 14 unterteilt.
Die Zwischenböden 21 bis 24 sind als dam£-durchlässige Loch- oder Schlitzbieche
ausgeführt. An alternierdenden Enden der Zwischenböden ?1 bis 24 sind kaskadenartige
Verbindungschächte 31 bis 34 zum jeweils nächst tieferen Zwischenboden vorgesehen,
durch die die Flüssigkeit nach Oberströmen des jeweils höheren Zwischenbodens auf
den nächst tieferen Zwisclienboden geführt wird. In jede der Kammern 11 bis 14 mündet
eine Dampfleitung 41 bis 44, wobei der Dampfdruck in der Leitung 41 am höchsten
ist und stufenweise über die Leitungen 42 und 43 bis zu einem niedersten Wert in
der Dampfleitung 44 abfällt, was dem jeweiligen Druckabfall beim Durchtritt des
Dampfes durch die Zwischenböden und die Flüssigkeitsschicht entspricht.
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Die kalte Flüssigkeit strömt nach Eintritt durch den Flüssigkeit seinlauf
5 in den Kondensator quer über das oberste Lochblech 24
wobei sie
durch die Sondensation des aus den unteren Stufen und aus der Dampfleitung 44 durch
das Lochblech hindurchtretenden Dampfes erwärmt wird und fällt danach über den kaskadenartigen
Schacht 34 am linken Ende des Lochbleches 24 auf den nächst tieferen Zwischenboden
23, wo in gleicher Weise wie am Zwischenboden 24 lediglich bei höherer Flüssigkeitstemperatur
und höherem Druck eine Kondensation stattfindet. Dabei ist die Flüssigkeits schicbthöhe
über jedem der Zwischenböden 21 bis 24 so auf den Dampfdruck in den darunterliegenden
Kammern 11 bis 14 abzustimmen, daß sichergestellt ist, daß der Dampf durch die C£fnungen
in den Zwischenböden nach oben und nicht etwa Flüssigkeit durch diese Öffnungen
nach unten strömt, wozu nur geringe Flüssigkeits schichthöhen benötigt werden. Wenn
die durch die Dampfleitungen 41 bis 44 zugeführten Dämpfe nicht kondensierbare Gase
enthalten gelangen diese auf dem kürzesten Weg in die Flüssigkeitsschicht der jeweils
darüberliegenden Zwischenböden 21 bis 24. Nach dem Auskondensieren des Dampfes in
der Flüssigkeitsschicht entweichen diese Gase ohne jegliche besondere Beeinflussung
in die nächstältere, das ist die nächsthöhere Stufe. Dieser Vorgang widerholt sich
so lange, bis schließlich das gesamte nichtkondensierbare Gas im Gassammeiraum 7
über dem obersten Zwischenboden 24 vorhanden ist, von wo es durch ein Absaugrohr
9 abgeführt wird.
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Für den Fall, daß der Anteil an nichtkondensierbaren Gasen in den
durch die Leitungen 41 bis 44 zugeführten Dämpfen sehr groß
ist,
wird in einer Zwischenstufe, wie es z.B. in der Kammer 13 beim Ausführungsbeispiel
dargestellt ist, eine zusätzliche Absaugleitung für Inertgase vorgesehen, um den
Gehalt an nichtkondensierbaren Gassen ein den Flüssigkeitsschichten nicht zu groß
werden zu lassen, da hierdurch die Wärmeübergangszahl α und damit der thermische
Wirkungsgrad des Kondensators zu stark vermindert werden würde.