DE3122197C2

DE3122197C2 - Kondensator

Info

Publication number: DE3122197C2
Application number: DE3122197A
Authority: DE
Inventors: István Vértes Benyak; Lajos Dudas; Oszkár Budapest Pohl
Original assignee: HUETOETECHNIKA IPARI SZOEVETKEZET TATA HU; VILLAMOSENERGIAIPARI KUTATO INTEZET BUDAPEST HU
Current assignee: HUETOETECHNIKA IPARI SZOEVETKEZET TATA HU; VILLAMOSENERGIAIPARI KUTATO INTEZET BUDAPEST HU
Priority date: 1980-06-12
Filing date: 1981-06-04
Publication date: 1986-11-13
Also published as: HU180147B; FR2486221B1; DD159901A1; GB2078360B; PL135725B1; IT1136729B; SE8103645L; DE3122197A1; RO82957A; GB2078360A; IT8122271A0; RO82957B; SU1179949A3; US4366106A; NL8102777A; DK255981A; PL231626A1; FR2486221A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeaustauscher, der insbesondere zur Kondensierung von Dämpfen einsetzbar ist, der in an sich bekannter Weise aus einer Rohrschlange besteht, auf welche senkrecht mittels eines Ventilators eine Luftströmung gerichtet ist und der von einem Berieselungsmittel berieselt wird. Zur Erhöhung des Wirkungsgrades über die gesamte Rohrlänge des Wärmeaustauschers wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Rohrschlange (1) mit einem sich kontinuierlich vergrößernden Neigungswinkel auszugestalten und zwischen den Rohrschlangen sich anschließende Ergänzungsflächen (7) vorzusehen, deren Größe entweder dem Doppelten der Rohrfläche entspricht oder sogar diesen Wert überschreitet.

Description

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Die Erfindung betrifft einen Kondensator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bekannte Wärmeaustauscher oder Kondensatoren bestehend aus mindestens einer aus Rohren zusammengefügten Rohrschlange, wobei im Inneren der Rohre ein Kondensierungsmittel. z. B. Wasserdampf oder Ammoniakdampf, und an der Außenfläche der Rohrschlinge ein anderes Medium z. B. eine Flüssigkeit oder die Umgebungsluft, strömt. Aus Wasserwirtschaftlichkeitsgründen wird im zunehmenden Maße die Anwendung der Umgebungsluft zur Kühlung der Rohrschlange bevorzugt. Um den Wirkungsgrad der Kondensatoren zu steigern wird zur Erhöhung der Wärmeübergangszahl auf der äußeren Oberfläche des Rohres mittels einer Berieselungsvorrichtung in den Kondensator eine Flüs- "■ sigkeit gesprüht, während mittels eines Ventilators eine erzwungene Luftströmung im Kondensator erzeugt wird.

Die beim Kondensationsvorgang freiwerdende Wärmemenge wird von vielen Faktoren beeinflußt und ist im wesentlichen von der Wärmeübergangszahl χ zwischen Rohr und umgebendem Medium abhängig. Da die Wärmeübergangszahl zwischen dem umgebenden Medium, insbesondere der Umgebungsluft, und dem Rohr um eine Größenordnung kleiner ist als die Kondensations-Wärmeübergangszahl zwischen Kondensierungsmittel und Rohr, wird mittels einer Berieselungsvorrichtung in den Kondensator eine Flüssigkeit, z. B. Wasser, gesprüht während mittels eines Ventilators durch den Kondensator die Umgebungsluft geleitet wird.

Ein Teil des aufgespritzten Wassers verdampft wodurch an der Oberfläche eine Kühlwirkung ausgeübt wird. Darauffolgend fließt der übrigbleibende Teil des Wassers in den Raum unter dem Kondensator hinab, von hier wird es mit Hilfe einer Pumpe in den Raum über der Kühlschlange zurückgeführt; auf diese Weise kann der Kühlvorgang mit einer viel geringeren Wassermenge vor sich gehen. Zwischen dem Rohr und der Luft findet daher ein Konvektions- und Verda;npfungsprozeß statt, der einen kombinierten Wärmeübertragungsprozeß darstellt

Der obenbeschriebene Prozeß wird mit Hufe einer Anordnung durchgeführt, bei der mehrere, untereinander angeordnete, beinahe horizontal liegende, miteinander parallel verlaufende Rohre in Reihe geschaltet werden, wodurch eine Rohrschlange zustandekommt Das Kondensierungsmittel 2. B. Ammoniakdampf wird in die oberste Reihe der Rohrschlange eingeführt, das in den untereinander liegenden Rohrreihen allmählich kondensiert, wonach das entstandene Kondensat in Richtung des untersten Rohres strömt Die Kühlschlange wird in einem Gehäuse angeordnet, an dessen Oberteil und Unterteil Ventilatoren angeordnet sind, die die Bewegung der Kühlluft sicherstellen.

Aus der US-PS 24 98 017 ist ein Kondensator der vorgenannten Gattung bekannt, bei dem die einzelnen Rohre, welche zu parallel verlaufenden Rohrschlangen zusammengefügt werden, zu einer Horizontalebene einen konstanten Neigungswinkel aufweisen. Um den Wirkungsgrad des aus der US-PS 2: <?8 017 bekannten Kondensators zu verbessern wird eine höhere Verdunstungskältemenge erzeugt indem die Strömungsgeschwindigkeit der durch den Kondensator geleiteten Luft erhöht, die in den Kondensator gesprühte Flüssigkeit in ihrer Temperatur erniedrigt und eine Vielzahl von parallel zueinander verlaufenden Rohrschlangen im Kondensator vorgesehen werden.

Der aus der US-PS 24 98 017 bekannte Kondensator weist den Nachteil auf, daß zwar eine größere Verdunstungskältemenge erzeugt wird, daß aber keine Maßnahmen dafür getroffen werden um die erhöhte Menge des beim Kondensationsvorgang anfallenden Kondensats rasch abzuleiten. Das in den Rohren sich ansammelnde Kondensat, dessen Menge immerfort zunimmt, füllt während des Betriebs nach und nach den gesamten Querschnitt der unten liegenden Rohre vollkommen aus, so daß in diesen Rohren kein Kondensationsvorgang mehr stattfinden kann.

Auf dem Gebiet des Wärmeta-ischerbaus ist aus der DE-GM 4 09 476 ein Dampfkessel bekannt, bei dem zwischen den Rohren und Tragrohren Tragstücke angeordnet und lose zwischengefügt sind. Diese Tragstücke weisen eine geringe Oberfläche auf und spielen beim Wärmeübergangsprozeß keine Rolle. Weiterhin ist auf dem Gebiet des Wärmetauscherbaus aus der DE-OS 28 32 961 ein Heizkörper bekannt, bei dem der Neigungswinkel der Rohre der Heizschlange zu einer Horizontalebene unterschiedlich groß ist. Durch die Veränderung der Neigungswinkel soll erreicht werden, daß

die Heizschlange gut zu entlüften ist Weder dem DE-GM 4 09 476 noch der DE-OS 28 32 961 ist eine Anregung zu entnehmen, die bei den daraus bekannten Gegenständen getroffenen Maßnahmen auf einen Kondensator zu übertragen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen aus der US-PS 24 98 017 bekannten Kondensator derart zu verbessern, daß der Wirkungsgrad aufgrund einfacher Maßnahmen erhöht und gleichzeitig die Kondensation auch in den unien liegenden Rohren der Rohrschlange gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Der erfindungsgemäße Kondensator weist den Vorteil auf, daß auf einfache Art und Weise der Wirkungsgrad des Kondensators wesentlich erhöht wird. Durch die Anpassung der Neigungswinkel der Rohre an die Verhältnisse der Kondensation wird das Ansammeln des Kondensats in den unteren Rohren verhindert, so daß auch diese am Kondensierungsvorgang teilhaben. Dadurch, daß die Gefahr des Rückstaus vom Kondensat beseitigt ist, ist es auch möglich, zusätzliche Ergänzungskörper zur weiteren Steigerung des Wirkungsgrads vorzusehen. Werden dagegen nur Erganzungskörper vorgesehen, so kann der Wirkungsgrad des Kondensators, wenn der Neigungswinkel nicht an die Verhältnisse der Kondensation angepaßt ist, kaum erhöht werden. Beim erfindungsgemäßen Kondensator kann die äußere Wärmeübertragung durch die Anwendung von Ergänzungskörpern mit geringem Strömungswiderstand verbessert werden. Die Abkühlung der in den Kondensator gesprühten Flüssigkeit erfolgt nicht ausschließlich auf den kostspieligen Rohren der Rohrschlange, sondern auf billigen, den Rohren und deren Durchmesser und Teilung strömungstechnisch gut anschließenden, z. B. aus Kunststoff, Blechstreifen oder Gittern hergestellten Ergänzungskörpern.

Die im Patentanspruch 2 gekennzeichnete Ausführungsform weist den Vorteil auf, daß eine rasche Ableitung des anfallenden Kondensats erfolgt.

Die in den Unteransprüchen 2—7 angegebenen Ausführungsformen der Erfindung bewirken einen hohen Wirkungsgrad bei einem konstruktiv einfachen, kompakten, kostengünstigen und wartungsfreundlichen Kondensator.

Die Ergänzungskörper sind so ausgestaltet, daß diese das Wasser von den Rohren ansammeln und auf ihre Oberfläche weiterleiten. Dadurch entstehen im Raum zwischen den Rohren zusätzliche benetzte Oberflächen auf welchen die im Kondensator eingesprühte Flüssigkeit zerfließt und somit zur Erhöhung der Verdunstungskältemenge der übe" diese Oberfläche aufwärtsströmenden Luft führt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsformen näher beschrieben und erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht des Kondensators,

F i g. 2 zur Darstellung der Neigungsverhältnisse der Rohrschlange eine vergrößerte Seitenansicht,

F i g. 3 einen Längsschnitt durch die Rohrschlange und Ergänzungskörper, wenn eine Rohrschlange vorhanden ist,

F i g. 4 einen Längsschnitt durch Rohrschlangen und Ergänzungskörper bei einer Ausführungsform mit zwei gegeneinander versetzten Rohrschlangen,

Fig.5 in vergrößerter Darstellung einen Längsschnitt durch Rohrschlangen und Ergänzungskörper bei einer Ausführungsform mit drei gegeneinander versetzten Rohrschlangen,

F i g. 6 eine Ausführungsform für die Befestigung der Ergänzungskörper an der Rohrschlange und

F i g. 7 Ausführungsformen des Ergänzungskörpers im Längsschnitt

In F i g. 1 ist eine Ausführungsform des Kondensators in der Seitenansicht dargestellt; die Kondensation des einen Wärmetauschmediums findet in der aus einzelnen Rohren 11 — 18 zusammengefügten Rohrschlange 1 statt Entlang der Außenfläche der Rohrschlange 1 strömt einerseits die von den Ventilatoren 2a, 26 in Bewegung gesetzte Luft von unten nach oben, andererseits strömt das mit Hilfe der Berieselungsvorrichtung 3 auf die Rohre 11 — 18 berieselte Wasser von oben nach unten. Das auf die Rohre 11 — 18 berieselte und an denen entlangfließende Wasser sammelt sich in dem Tropfenfänger 4 an, von hier wird das Wasser unter Zuhilfenahme der Pumpe 5 in die Berieselungsvorrichtung 3 zurückgeführt. Die Verkleidung 6 gehört auch zu der Konstruktion. Die Ergänzungskörper 7 sind zwischen den Wärmeaustauscherrohren angeord^ L Es ist aus der Fig. 1 ersichtlich, daß die Neigung der Rohrschlange 1 von oben nach unten immer größer wird.

In F i g. 2 sind die veränderlichen Neigungsverhältnisse der Rohrschlange 1 detailliert dargestellt. Die Neigung d?s untersten Rohres 11 ist die größte, der Neigungswinkel beträgt z. B. 30°, der Neigungswinkel des folgenden Rohres 12 beträgt 25^C, die Neigungswinkel der Rohre 13, 14, 15, 16 betragen der Reihe nach 20^c, 15°, 10°, 5°; der Neigungswinkel der folgenden Rohre 17,18 ist konstant, z. B. 5 .

In F i g. 3 ist die Rohrschlange 1 des Wärmeaustauschers zu sehen. Hier sind wiederum der Ventilator 2a, die Berieselungsvorrichtung 3. der Tropfenfänger 4, die Verkleidung 6, sowie :m Querschnitt die Ergänzungskörper 7 dargestellt Es ist ersichtlich, daß die Ergänzungskörper 7 strömungstechnisch eine Einheit mit der Rohrschlange 1 bilden und die Bahn der von unten nach oben strömenden Luft keineswegs stören. Dabei sorgen die Ergänzungskörper 7 dafür, daß das herunterrieselnde Wasser angesammelt und zu der folgenden Ronrenreihe geführt wird.

An der F i g. 4 ist eine Konstruktion dargestellt, die aus zwe' parallelen Rohrschlangen 1 und mit einer verschobenen Rohranordung ausgestalte' ist. Hi^r sind zwei mögliche Ausführungen der Ergänzungskörper 7a, Tb dargestellt. Die gemeinsame Charakteristik besteht darin, daß die Ergänzungskörper 7a, b unmittelbar unter den Rohren 11 — 18 angeordnet sind. Die Ergänzungskörper 7a können zwischen zwei benachbarten Rohren (z. B. 12,12) der vei schoben angeordneten Rohrschlange 1 eingesetzt werden, während die Ergänzungskörper Tb den Raum zwischen zwei, untereinander angeordneten Rohren (z. B. 11,12) ausfüllt.

In F i g. 5 ist eine weitere Ausführungsmöglichkei: der Ergänzungskörper 7c veranschaulicht, die Eigänzungskörper 7c sind waagerecht und so angeordnet, daß diese die Rohre 11 — ItS nicht unmittelbar berühren, nicht einmal der untere Ffp^ch kommt mit den unmittelbar darunter liegenden Rohren in Berührung. Die Befestigung der Ergänzungskörper 7c erfolgt mit den, zwischen den Fanglatten 8 und den Rohren 11 — 18 angeordneten Befestigungskeilen 9 beliebiger Abmessung. Auf diese Weise können die Ergänzungskörper 7c mit gleichen Höheabmessungen ,serfertigt werden, ungeachtet dessen, daß infolge der Ausführung die Neigungswinke) der Rohre 11 — 18 untenverschiedlich sind, wodurch sich auch die dazwischen vorhandenen Spalte ändern.

In F i g. 6 ist eine Ausführungsform der Ergänzungskörper Td dargestellt, bei der die Ergänzungskörper Td nicht nur unter dem unteren Rand der Rohre 11 — 18 angeordnet werden, sondern auch annähernd unter dem Außenrand der Rohre 11 — 13 liegen können. Eine derartige Lösung ist für den Fall vorgeschlagen, wo die Menge des auf die Rohre 11 — 18 berieselten Wassers groß ist und mit einem Abreißen des Wasserfilms an den Rohrrändern gerechnet werden kann.

Zuletzt stellt die F i g. 7 die möglichen Versionen der Querschnitte der Ergänzungskörper Te-Th dar. Bei dem mit dem Rohr 11 —18 in direkter Berührung stehenden Ergänzungskörper Te ist der obere Bogen 71 und der untere Bogen 72 mit dem Radius des Rohres 11 — 18 identisch. Bei dem Ergänzungskörper TF verläuft der Oberteil der Fläche mit der Tangente des darüberliegenden Rohres 11 — 18 parallel.

Bei dem Ergänzungskörper Tg sind an den Seiten des £r£ 7^dIe zusätzlichen Riⁿⁿen 73 sus-

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

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gestaltet, die zum Ansammeln des Wassers dienen. Die Ergänzungskörper Th berühren lediglich die oben und unten angeordneten Rohre 11 — 18.

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Claims

Patentansprüche:

1. Kondensator, bestehend aus mindestens einer aus Rohren zusammengefügten Fohrschlange, wobei die einzelnen Rohre zu einer Horizontalebene einen Neigungswinkel aufweisen und mindestens einem Ventilator für eine durch den Kondensator zu leitende Luft, sowie einer Berieselungsvorrichtung für eine in den Kondensator zu sprühende Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Neigungswinkel der Rohre (11 bis 18) von unten nach oben verringert und zwischen den Rohren (11 bis 18) in der Strömung der Luft liegende Ergänzungskörper (7,7a—7h) angeordnet sind.

2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel der Rohre (11 bis 18) zur Horizontalebene vom untersten Rohr (11) der Rohrschlange (1) bis zum obersten Rohr (18) von 30° kontinuierlich um 3 bis 5° abnimmt auf einen Wert, dcrnicht unter 3 bis 5° liegt

3. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilung der mittels Fanglatten (8) zusammengehaltenen Ergänzungskörper (7,7a— 7 h) dem vierten Teil oder dem Mehrfachen des vierten Teiles des Durchmessers eines Rohres (11 bis 18) entspricht.

4. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Ergänzungskörper (7, 7a-7h)eiv/a der doppelten Oberfläche der Rohre (11 bis 18) entspricht.

5. Kondensator nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, uaß die -rgänzungskörper (7, 7a—7h) an den Rohren (U bis 18) mittels Befestigungskeilen (9) gesichert sind.

6. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ergänzungskörper (7,7a—7h) an den Seiten Rippen (73) aufweisen.

7. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ergänzungskörper (7, 7a—7h) zwischen zwei in vertikaler Ebene benachbarten Rohren (11 bis 18) ohne Zwischenschaltung von Befestigungskeilen (9) direkt anliegen.