DE2708657A1

DE2708657A1 - Kondensator

Info

Publication number: DE2708657A1
Application number: DE19772708657
Authority: DE
Inventors: Masafumi Doi; Katsutoshi Fukami; Kenzo Kawanishi; Kazuyuki Kobayashi; Hiroyuki Sumitomo
Original assignee: Hisaka Works Ltd
Current assignee: Hisaka Works Ltd
Priority date: 1976-02-28
Filing date: 1977-02-28
Publication date: 1977-09-01
Also published as: JPS564834B2; DE2708657C3; GB1570768A; SE432303B; US4314605A; JPS52105354A; DE2708657B2; FR2342477A1; SE7701831L; FR2342477B1

Description

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Dipl.-' ··Ε.

Hisaka Works Ltd, Osal·: η, Japan

Kondensator

Die Erfindung betrifft einen Kondensator von plattenförmiger, rohrformiger oder ähnlicher Bauart.

Viele der heute gebräuchlichen Plattenkondensatoren wurden aus einem nur mit Flüssigkeit arbeitenden Plattenwärmeaustauscher entwickelt. Bei der Verbesserung der Wärmeübertragungsleistung solcher Kondensatoren stellt sich das Problem des Schichtkoeffizienten, der die Wärmeübertragungsfähigkeit in einer W'ärmeübertragungsflache anzeigt. Der Schichtkoeffizient wird aus Wärmeleitfähigkeit der Flüssigkeit geteilt durch Schichtdicke der Flüssigkeitsschicht, d.h. entsprechend der Haftung des Kondensats an der Wärmeübertragungsfläche bestimmt. Wenn dabei einer Wärmeübertragungsfläche, die eine Dampfdurchführung bildet, Dampf zugeleitet wird, bildet sich auf der gesamten Wärmeübertragungsfläche eine Kondensatschicht,

Hit fortschreitender Konden»atbildung wird die Schicht immer stärker und fließt schließlich durch Schwerkraft bzw. unter dem Staudruck des Dampfs über die vertikale Wärmeübertragungsfläche ab. Diese abgeflossene Flüssigkeitsschicht wird dem unteren Ende zu allmählich immer dicker, und die damit bedeckte

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Wärmeübertragungsfläche gel?np;t nicht mehr mit dem Dampf in Berührung. Mit zunehmender Fluss?, gkeitsschicht wird der Schichtkoeffizient in diesem Bereich "beträchtlich gesenkt und die Wärmeübertragungsleistung wesentlich verringert.

Zur Verbesserung der Wärmeübertragungsleistung der gesamten Wärmeübertragungsfläche, auf der Dampf kondensiert, ist es daher nötig, den Bereich der abgelaufenen Flüssigkeitsschicht auf ein Mindestmaß zu verringern und eine Verstärkung der Schichtdicke zu verhindern

Bei einer ebenen Wärireübertragungsfläche nimmt die Menge der abgelaufenen Schicht notwendigerweise zu und verstärkt sich im unteren Bereich, so daß z.B. eine Rille r.uiri Sammeln der abgelaufenen Plüssigkeitsschicht vorgesehen sein muß. Mit einer solchen Maßnahme ist es jedoch nicht möglich, eine ausreichende Wärmeübertragungslejstung ?,u erreichen.

Um die vorstehend beschriebenen Nachteile zu beseitigen, wurde bereits ein Kondensator mit gewellter Värmeübertragungsflache vorgeschlagen.

Die hierbei in Fig. 1 und 2 dargestellte Wärmeübertragungsflache weist Längsrillen 2 auf, die in mehreren Reihen auf der S< ite gegenüber den Dampfdurchführungen und Wassersammlern 2¹ angeordnet sind, welche die Längsrillen teilen, um abv/echselndc Rillengruppen zu schaffen. Bei dieser Anordnung wird die auf der Wärmeübertragungsfläche 1 gesammelte Kondensatschicht unter Ausnutzung der Oberflächenspannung in den Tälern 2a der Längsrillen 2 gesammelt.

Wenn die Wölbung der Täler 2a und der Rippen 2b der Rillen die geeigneten Werte aufweist, wird der auf den Rippen 2b kondensierte Dampf durch die Oberflächenspannung in das Kondensat (d.h. die abfließende Schicht) in den Tälern 2g

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Das in den Tälern 2a gesammelte Kondensat fließt durch Schwerkraft nach unten, dann werden diese Kondensatmengen an einer bestimmten Stelle durch Wassersammler gesammelt, die in bestimmten Abständen angeordnet sind, und abgeleitet. Der Bereich der abfließenden Flüssigkeitsschicht auf der Warmeubertragungsfläche wird wesentlich verringert, wodurch die Wärmeübertragungsleistung verbessert wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, die Nachteile bekannter Vorrichtungen zu beseitigen und einen Kondensator mit weiter verbesserten Warmeubertragungseigenschaften zu schaffen

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wärmeübertragungsflächen einander gegenüberliegende Eängsrillen aufweisen, deren Rippen miteinander in Berührung stehen oder in geringem Abstand voneinander angeordnet sind, und daß die Längsrillen Dampfdurchführungen bilden, wobei das Kondensat in den einander gegenüberliegenden Längsrillen oder den geringen Abstandsbereichen infolge Oberflächenspannung gesammelt wird und nach unten abfließtar ist.

Durch die vorliegende Erfindung wird die Flüssigkeitsschicht durch Oberflächenspannung in den Längsrillen der Wärmeübertragungsfläche auf ein Mindestmaß verringert und der Betrieb durch die einander gegenüberliegende Anordnung von Dampfdurchführungen und Kondensatabflußkanälen, wobei zwei Flächen gegenüberliegende Längsrillen aufweisen, deren Rippen, d.h. konvexe Teile, einander berühren oder nahe aneinander liegen und Dampfdurchführungen bilden, in denen der Dampf durch Oberflächenspannung gesammelt wird. Außerdem befinden sich zwischen den nahe aneinanderliegenden Bereichen der Wärmeübertragungsflachen vorgefertigte Kondensatabflußkanäle.

Da sich nach vorliegender Erfindung das Kondensat in den Längsrillen, d.h. Dampfdurchführungen der Wärmeubertragungs-

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flächen in den sich berührenden Bereichen oder zwischen den nahe aneinanderliegenden Bereichen an den Rippen der Längsrillen durch Oberflächenspannung sammelt und nach unten fließt, kann der Bereich abfließender Flüssigkeitsschicht auf ein Minimum verringert werden. Somit wird ein leistungsfähigerer Kondensator mit verbessertem Schicht- und Wärmeübertragungskoeffizienten erhalten. Da außerdem das Kondensat wirksamer in den aahe aneinanderliegenden Kanälen der Wärmeübertragmngsflachen gesammelt wird und abfließt, ist es möglich, einen insgesamt verbesserten Wärmeübertragungskoeffizienten zu erreichen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Pig 1 und 2 die Bedingungen bei einer bekannten Wärmeübertragungsfläche vor der Verbesserung durch die vorliegende Erfindung, wobei Fig. 1 eine Vorderansicht und Fig. 2 eine vergrößerte Querschnittsansicht des wesentlichen Teils darstellt;

Fig. 3-8 Querschnittsansichten der wesentlichen Teile von Wärmeübertragungsflächen, die Ausführungsbeispiele der ▼•»liegenden Erfindung darstellen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer plattenförmigen Ausführungsform näher erläutert. Fig. 3zeigt zwei Dampfdurchführungen bildende Wärmeübertragungsflächen mit zwei einander gegenüberliegenden Längsrillen 2 mit Tälern 2a und Rippen 2b. Die beiden Wärmeübertragungsflächen 1, 1 werden so zusammengesetzt, daß sich die Längsrippen 2b der Rillen berühren und daß die Rillen 2, 2 Dampfdurchführungren m bilden. An der Rückseite der Wärmeübertragungsflächen 1 sind weitere Wärmeübertragungsflächen 1' angeordnet, die Kanäle η für Kühlflüssigkeit bilden.

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• ς.

Wichtig ist die Größe der Längsrillen 2 der Wärmeübertragungsflächen 1. Sie sollte so bemessen sein, daß das sich in den Tälern 2a bildende Kondensat durch Oberflächenspannung in die sich berührenden Bereiche der Rippen 2b abgezogen wird. Insbesondere wird die Oberflächenspannung im Vergleich zu Fig. dabei in entgegengesetzter Richtung ausgenutzt, was leicht zu erreichen ist, da sich das Kondensat notwendigerweise in den sich berührenden Bereichen der Rippen 2b sammelt.

Wenn beispielsweise am Beginn des KondensationsVorgangs Dampf durch die Kanäle m· geführt v/ird , bildet sich auf der Oberfläche jeder Längsrille 2 eine dünne Kondensatschicht. Mit fortschreitender Kondensation bewirkt die starke Oberflächenspannung der Kondensatschicht an den sich berührenden Bereichen, daß das Kondensat an diese Stellen abgezogen wird und sich das Kondensat im ToI 2a im Bereich 2b sammelt, so daß keine Möglichkeit besteht, daß sich im Tal 2a eine abfließende FlüssigkeilBschicht bildet.

In den sich berührenden Bereichen fließt das gesammelte Kondensat durch Schwerkraft nach unten. Die sich berührenden Bereiche der Rippen 2b dienen somit als Durchführungen für das Kondensat, wodurch der Schichtkoeffizient auf den Wärmeübertragungsflächen auf einem hfhen Wert gehalten wird.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiol, wobei die Rippen 2b, 2b zweier Wärmeübertragungsflächen nahe aneinanderliegen und zwischen sich einen Spalt 1_ bilden, d.h. sich nicht berühren. Das Kondensat wird in einem solchen Bereich 3 unter Ausnutzung der sogenannten Kapillarwirkung stärker gesammelt. Infolge des größeren Volumens des Bereichs 3 im Vergleich zu Fig. 3 wird darin eine größere Kondensatmenge gesammelt. Sie fließt sicherer ab, und außerdem wird der Schichtkoeffizient durch die kleinere Fläche der abfließenden Flüssigkeitsschicht verbessert.

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Während in Fig. 4- eine Kontrolle der Anordnungsweise schwierig ist, da sich die Wärmeübertragungsflächen 1, 1 nicht berühren sollen, ist dieses Problem in Pig 5 besser gelöst, wobei es sich um eine Kombination der Anordnungen nach F^g. 3 und 4 handelt. In Fig- 5 wechseln sich einander berührende und in Abstand angeordnete Rippen 2h. 2b ab, wodurch die Abmessungssteuerung der einander nicht berührenden Bereiche 3¹ erleichtert ist. Anstelle abwechselnder Anordnung können Berührungssteleln beispielsweise auch nur an jeder dritten Rippe vorgesehen werden.

In den vorstehenden Ausführungsbeispielen wird das Kondensat in den Tälern 2a durch Oberflächenspannung zu den Rippen 2b gezogen. Die Oberflächenspannung wird zum Boden der Täler 2a hin größer, so daß.die Gefahr besteht, daß am Boden der Täler 2a eine nach unten fließende Flüssigkeitsschicht gebildet wird. Je größer der Wölbungsradius der Täler 2a ist, umso eher besteht die Möglichkeit, daß sich eine solche abfließende Flüssigheitsschicht bildet, wodurch der Schichtkoeffizient verringert werden kann.

Daher wird in einem solchen Fall eine Ausführungsform nach Fig 6 verwendet. Diese ist bei relativ großen Tälern 2a geeignet,wobei am Grund der Täler 2a kleine Talrillen 4 vorhanden sind. Wenn sich nun am Grund der Täler 2a eine abfließende Flüssigkeitsschicht bildet, kann sie sich in den kleinen Talrillen 4 sammeln und abfließen. Mit anderen Worten, das Kondensat wird auch in den kleinen Talrillen 4 gesammelt, wodurch der Schichtkoeffizient in den Tälern 2a der Längsrillen 2 hoch gehalten wird. Was die Anordnung der Rippen 2b in Fig. 6 betrifft, so berühren sich diese oder sind in Abstand angeordnet oder es ist beides kombiniert.

Während vorstehend die grundlegende Anordnung beschrieben wurde, stellen die Fig. 7 und 8 teilweise Verbesserungen

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demgegenüber dar. Sie sind in den beiden Wärmeübertragungsflächen 1, 1 zwei gegenüberliegende Längsrillen 2, 2 und zwischen diesen kleine Längsrillen 5? 5 oder 6, 6 angeordnet, wobei die beiden Wärmeübertragungsflächen in geringem Abstand voneinander angeordnet sind

Zunächst wird die Anordnung nach Fig. 7 erläutert: Durch Längsrillen 2, 2 in den in geringem Abstand angeordneten Wärmeübertragungsflächen 1, 1 sind Dampfdurchführungen m gebildet, während kleine Längsrillen 5i 5 in dem geringen Abstandsbereich Kanäle I? bilden, durch die das Kondensat durch Schwerkraft leicht abfließen kann. Der Dampf k-endensiert in den Tälern 2g der Länpsrillen 2, wird in den geringen Abstandsbereichen mittels Oberflächenspannung gesammelt und in die Kanäle H der geringen Abstandsbereiche gezogen, wo er abfließen kann.

Bei FIg 7 sind die Kanäle R der geringen Abstandsbereiche, d h. die kleinen Längsrillen 5* etwas größer ah bei Fig. 8, so daß das in den Rillen R der geringen Abstandsbereiche gesammelte Kondensat auf beispielsweise zwei Arten abfließen kann, wobei das Kondensat entweder durch Schwerkraft oder unter Einwirkung von außen, z.B durch Vakuumsaugkraft oder durch Einfließen von Wasser von oben nach unten fließt. Bei Fig. 7 sind die Kanäle R_ der geringen Abstandsbereiche so bemessen, daß, wie vorstehend ausgeführt, auf natürliche oder herbeigeführte Weise ein leichtes Abfließen möglich ist. Das Kondensat fließt daher konzentrierter und schneller ab-

Das in Fig- 8 angewandte Prinzip ist von dem nach Fig. 7 völlig verschieden. Die von den kleinen Längsrillen 6 gebildeten Kanäle r der nahen Abstandsbereiche weisen eine Rohrform kleinen Durchmessers auf, wodurch ein natürliches oder herbeigeführtes Abfließen des Kondensats verhindert wird. Durch die Konstruktion der Kanäle r der nahen Abstandsbereiche kann die Kapillarwirkung ausgenützt werden.

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Dadurch wird sichergestellt, daß das Kondensat jederzeit die Kanäle r_ der nahen Abstandsbereiche bis zu einem im v/esentlichen konstanten N'veau ausfüllt, so daß beim Eintreten von frisch kondensiertem Dampf aus dem Tal 2a in den Kanal r des nahen Abstandsbereichs die gleiche Kondenaatmenge am unteren Ende des Kanals r_ austritt. Dies ergibt eine gute Abflußleistung des Kondensats.

Während sich die vorstehende Beschreibung auf plattenförmige Wärmeübertragungsplatten bezieht, ist die vorliegende Erfindung jedoch auch bei rohrförmigen oder spiralförmigen Kondensatoren verwendbar, wobei WHrmeübertragungsrohre oder dergleichen Längsrillen aufweisen, die in der oben beschriebenen Weise zusammengesetzt v/erden.

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ι ^J°. Leerseife

Claims

ι V- ■'- ■"'■* Pa t e η t a η a ρ r ii c h

1. JKondensator mit zwei Wäriricübertragunrs flächen, dadurch ^w' gekennzeichnet, daß die Wärmeübertragungsflächen einander rx'renüberliegende Längsrillen (?) aufweisen, deren Rippen (2a) miteinander in Berührung stehen oder in geringem Abstand voneinander angeordnet sind, und daß die Längsrillen (2) Dampfdurchfuhrungen bilden, wobei dan Kondensat in den einander gegenüberliegenden Längsrillen oder den geringen Abstandsbereicben infolge Oberflächenspannung gesammelt wird und nach unten abfließbar ist-

?, Kondensator nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die in geringem Abstand voneirander angeordneten Wärmeiibertragungsflächen (1) sich entlang den LängsrilLen erstreckende kleine Lnngsrxllen (5i 6) aufweisen, die zwischen den geringen Abstandsbereichen rohrförmige Kanäle bilden, in denen sich das Kondensat aus den Längsrillen sammelt und durch Schwerkraft oder unter Saugeinwirkung nah unten abfließt.

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