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Verfahren zur Verwendung von Heißdampf zu Heizzwecken.
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Es ist einerseits bekannt, Heißdampf, der zu Heizzwecken verwendet
werden soll, vorher durch Berührung oder Vermischung mit Wasser zu enthitzen, da
Heißdampf als solcher zu Heizzwedken ungeeignet ist. Bei diesem Verfahren wird der
gesamte Wärmeinhalt des zugeführten Heißdampfes abzüglich der im ablaufenden Dampfwasser
enthaltenen Wärmemenge nutzbar gemacht.
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Anderseits ist es auch bekannt, Flüssigkeiten mit Dampf in Berührung
zu bringen, zu zerstäuben usw., um sie dadurch einzudämpfen, zu konzentrieren. Es
ist dabei vorgesehen, daß der zugeführte Dampf überhitzt sein kann. In diesem Falle
geht natürlich der Heißdampf in den gesättigten Zustand über.
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Letztere Verfahren können bei Gegenwart von -Luft oder indifferenten
Gasen und bei möglichst niedrigem Druck (praktisch meistens Atmosphärendruck) ausgeübt
werden, wobei es wünschenswert ist, daß die Luft möglichst wenig gesättigt sei.
Natur, gemäß sättigt sie sich bei der Berührung mit der einzudampfenden Flüssigkeit
und begünstigt so die Eindampfung der letzteren. Die Erwärmung, welche die Luft
durch Vermischung mit Dampf und warmer Lösung erfährt, steigert dabei ihre Aufnahmefhigkeit
für Wasser dampf in bekannter Weise Die im folgenden beschriebene Erfindung stellt
nun eine Kombination der soeben erwhnten beiden Verfahren dar. Es wird nämlich die
Ausnutzung des Heißdampfes in folgende zwei Stufen zerlegt: I. Sättigung des Heißdampfes
durch Berührung, Vermischung oder Zerstäubung mit irgendeiner einzudampfenden Lösung,
und II. anschließende Verwendung des gesamten bei diesem Prozeß entstehenden Sattdampfes
zu Heizzwecken, z. B. zum Eindampfen weiterer Mengen Lösung.
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Die Durchführung des Verfahrens stellt jedoch zwei Forderungen auf,
nämlich völligen Abschluß der ganzen Apparatur von Luft und Gasen, da (diese bei
der Wärmeübertragung durch Heizflächen stören, ferner Vollzug der Stufe I bei höherem
Druck als der Stufe II, da für die Stufe II ein Wärmegefälle übrigbleiben muß.
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Der neue Erfindungsgedanke dieser Kombination besteht in der Erkenntnis,
daß durch die Vereinigung und Modifizierung der beiden genannten Verfahren die Uberhitzungswärme
des zugeführten Heißldampfes zweimal ausgenutzt wird, während dies nach den bisherigen
Methoden nur einmal möglich war. Verfährt man nämlich in der genannten Weise, so
wird in der Stufe I die Wirkung erzielt, daß der Heiß dampf sich sättigt und dabei
eine bestimmte Wassermenge aus der einzudampfenden Lösung verdampft. Der Wärmeinhalt
des dabei neugebildeten Satttdampfes ist der verschwundenen Überhitzungswärme gleich.
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Letztere ist damit zum erstenmal zur Verdampfung nutzbar gemacht.
In der Stufe II nun erfolgt die Niederschlagung dieses bei I aus der Überhitzungswärme
gebildeten Dampfes (gleichzeitig mit dem gesamten nun mehr gesättigten zugeführten
Dampf), ^wobei also abermals eine der Überhitzungswärme
entsprechende
Wärmemenge nutzbar gemacht wird.
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Es soll nun zunächst die Ausführung des Verfahrens an zwei Beispielen
besprochen und hierauf der zu erzielende Vorteil durch' ein Zahlenbeispiel erläutert
werden.
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Nach der Ausführungsform in Fig. I handelt es sich beispielsweise
um die Verdampfung einer in der Einldampfpfanne 5 befindlichen Lösung. Hier strömt
der Heißdampf aus der Leitung I durch eine im geschlossenen Vorverdampfer 3 befindliche
Saugdüse2, expandiert zum Teil und' saugt aus der Pfanne 5 durch die Leitung 7 siedende
Lösung an, mit der er sich mischt und aus der er dabei so viel Wasser verdampft,
bis er völlig in Sattdampf übergegangen ist. Die angesaugte Lösung wird also im
Vorverdampfer konzentrierter. Sie verläßt den letzteren, vom Dampf getrennt, durch
eine Leitung 9, wobei zweckmäßig die Regelung des Abflusses selbsttätig durch ein
Schwimmerventil 8 erfolgen kann.
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Die ganze, den Vorverdampfer verlassende Sattdampfmenge tritt alsdann
in die Heizschlange4 ein, wo sie in bekannter Weise nutzbar gemacht wird. Das Niederschlagiwasser
fließt durch den Dampfwasserableiter 6 ab. Der erzielte Mehrgewinn wird hier durch
die im Vorverdampfer aus der heißen Lösung verdampfte Wassermenge dargestellt. Demgemäß
setzt sich auch die Menge des aus 6 ablaufenden Dampfwassers zusammen aus der dem
zugeführten Heißdampf entsprechenden Wassermenge, vermehrt um das im Vorverdampfer
3 aus der Lösung verdampfte Wasser.
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In dem weiteren Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 findet die Heißldampfsättigung
durch Berieselung unter Druck in einem Rieselturm l o statt, der mit einer geeigneten
Füllung versehen sein kann. Der Heißdampf strömt durch den Stutzen II zu, durch
12 strömt der Sattdampf ab. Die einzudampfende Lösung wird durch I3 heiß eingepumpt
und fließt, vom Dampf getrennt, durch 14 ab. Auch hier kann der Abfluß selbsttätig
geregelt sein. Obwohl also auch hier bereits eine gewisse Verdampfungsarbleit geleistet
wurde, entspricht doch der Wärmeinhalt des abgehenden Sattdampfes demjenigen des
zugeführten Heiß dampfes und kann also in beliebigen Heizvorrichtungen voll ausgenutzt
werden, wobei allerdings von Strahlungsverlusten abgesehen ist und ferner angenommen
wird, daß die einzudampfende Lösung heiß zugeführt wird.
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An einem Zahlenbeispiel möge der Vorgang noch genauer beschrieben
werden.
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Angenommen, es stehe Heißdampf von 5 Atm. und 3000 zur Verfügung.
Derselbe hat einen Wärmeinhalt von 738 W.E. dieser möge nun in Berührung mit einer
einzudampfenden Lösung in einem Vorverdampfer 3 nach Fig. I auf 4 Atm. expandieren
und sich dabei sättigen. Sattdampf von 4 Atm. hat 655 W. E. Einem Kilogramm Heißdampf
entsprechen also 738 - 1,12 kg Sattdampf von 655 4 Atm. Jedes Kilogramm Heiß dampf
wird also aus der Lösung 0,12 kg Wasser verdampfen und mit diesem I, kg Sattdampf
von 4 Atm. bilden. Dabei sind Wärmeverluste nicht berücksichtigt, und ferner ist
angenommen, daß die zu verdampfende Lösung bereits siedend in den Vorverdampfer
eintritt, so daß ihr also nur noch Verdampfungswärme zuzuführen ist. Die erhaltenen
1,12 kg Sattdampf haben einen Wärmeinhalt von 738 W. E. gleich demjenigen des eingeströmten
Heiß dampfes, der nun in der Eindampfpfanne 5 voll zur Geltung kommt. Pro 1 kg zugeführten
Heißdampf strömen I, I2 kg Dampfwasser aus 6 ab.
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Obwohl also 1 kg Heißdampf im Vorverdampfer bereits 0, kg Wasser
aus der Lösung verdampft hat, wird dennoch der volle Wärmeinhalt desselben in der
Eindampfpfanne nutzbar.
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Daraus errechnet sich folgende Dampf ersparnis: Da obiger Sattdampf
bei einer Dampfwasserablauftemperatur von I00° pro Kilogramm 555 W. E. durch die
Schlange 4 abgibt, so entspricht die pro Kilogramm zugeführten Heißt'dampf in der
Eindampfpfanne 5 abgegebene Wärememnge: 1,12#555=622 W. E. Dies ist die Größe des
nach bisherigen Methoden nutzbar gemachten Wärmebetrages.
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Im vorliegenden Eall ist aber die gesamte Überhitzungswärme des zugeführten
Heißdampfes bereits einmal im Vorverdampfer 3 zu Verdampfungszwecken ausgenutzt
worden.
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Das sind 738 - 655 = 83 83 W. E. Es wurden also 705 gegenüber 622
W. E. nach bisherigen Methoden ausgenutzt. Das bedeutet also eine Mehrausnutzung
von über I3 Prozent.
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Die Tatsache, daß man die zu verdampfende Lösung praktisch nicht
mit der Temperatur in den Vorverdampfer einführt, die ihr gemäß dem dort herrschenden
Druck als Siedetemperatur zukommt, ändert nur wenig am obigen Resultat. Es wird
zwar erforderlich sein, die Lösung auf Siedetemperatur zu erhitzen, die dazu nötige
Wärmemenge wird aber nutzbar, wenn die Lösung wieder aus dem Vorverdampfer austritt.
Es tritt nämlich eine entsprechende Nachverdampfung ein.
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Verloren ist nur diejenige Wärmemenge, die verbraucht wurde, um die
aus der Lösung verdampfte Wassermenge vollends auf Siedetemperatur zu bringen, also
nur ein kleiner Bruchteil der im Vorverdampfer 3 transformierten Wärme.
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Das beschriebene Verfahren kann noch anderweitig modifiziert werden.
Auch ist es
dem Fachmann ohne weiteres klar, wann und wie die Anwendung
desselben geboten erscheint.