DE3901493A1 - Rohrbuendelkondensator mit erhoehtem waermeuebertragungsfaktor zum verfluessigen von daempfen - Google Patents
Rohrbuendelkondensator mit erhoehtem waermeuebertragungsfaktor zum verfluessigen von daempfenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Rohrbündelkondensator
mit erhöhtem Wärmeübertragungsfaktor zum Verflüssigen von
Dämpfen, mit gekühlten Rohren, die in einem von einem Mantel
und Rohrplatten begrenzten Dampfraum angeordnet sind, und mit
Anschlußstutzen zur Dampfeinführung, zur
Flüssigkeitsabführung und zur Abführung von nicht
kondensierbaren Gasen. Die spezifische Wärmeleistung (d.h.
Wärmeübertragungsfaktor) des erfindungsgemäßen
Rohrbündelkondensators liegt wesentlich höher als die der
bekannten Rohrbündelkondensatoren.
Rohrbündelkondensatoren sind, wie bekannt, auf zahlreichen
Gebieten der Industrie zum Verflüssigen von Dämpfen
verschiedener Stoffe durch Abkühlung verwendet. Als Beispiel
soll erwähnt werden, daß das Verflüssigen des verdampften
Kältemittels in den Kühleinrichtungen mittels wassergekühlter
Rohrbündelkondensatoren durchgeführt wird, nachdem das
verdampfte Kältemittel auf einen höheren Druck verdichtet
ist.
Die Schaltungsanordnung und die Arbeitsweise der bekannten
Rohrbündelkondensatoren wird nachstehend anhand der Figuren
näher erläutert. An dieser Stelle soll kurz erwähnt werden,
daß der zu verflüssigende Dampf über einen Eintrittstutzen
in einen Dampfraum gelangt, wo er sich auf der Oberfläche von
in den Rohrplatten befestigten und wassergekühlten Rohren
niederschlägt. Die niedergeschlagene Flüssigkeit sammelt
sich, von den Rohren abgetropft, am Boden der Umhüllung des
Dampfraumes und wird über einen Austrittstutzen abgeführt.
Das Kühlwasser tritt über den Stutzen der sogenannten
Wasserdeckel der Einrichtung ein und strömt mittels in den
Wasserdeckel eingebauter Ablenkplatten umgelenkt durch die
Rohre, während es sich erwärmt und über den Austrittstutzen
abgeführt wird. Die Einrichtung verfügt auch über einen
Anschlußstutzen zur Abführung von nicht kondensierbaren
Gasen. Die zum Verflüssigen erforderliche Wärmeentnahme
findet über die Wände der durch den Dampfraum geführten Rohre
statt. Die Wärmeleistung hängt von der Oberfläche, der
Temperaturdifferenz und dem Wärmedurchlaßfaktor der Rohre ab.
Der Wärmedurchlaßfaktor kann mittels eines bekannten und
später ausführlicher dargestellten Zusammenhangs ausgerechnet
werden.
Nachfolgend werden einige Fachliteraturstellen aufgeführt,
die die modernen Ausführungsformen der in den
Kälteeinrichtungen verwendeten Rohrbündelkondensatoren
darstellen und zugleich deren zum Errechnen des
Wärmedurchlaßfaktors erforderlichen Faktoren "k" angeben:
a/ MAAKE-ECKERT: Pohlmann Taschenbuch der Kältetechnik,
1978, Verlag C.F. Müller, Kapitel 7.5.2.1. Seiten 281-284.
b/ H.L. con CUBE: Lehrbuch der Kältetechnik, 1981, Verlag C.F. Müller, Band 1, Kapitel 4.3.1.1, Seite 36.
c/ DVORAK-CERVENKA: Industriekälteeinrichtungen, Technischer Buchverlag Budapest, 1964, Seiten 142-152.
b/ H.L. con CUBE: Lehrbuch der Kältetechnik, 1981, Verlag C.F. Müller, Band 1, Kapitel 4.3.1.1, Seite 36.
c/ DVORAK-CERVENKA: Industriekälteeinrichtungen, Technischer Buchverlag Budapest, 1964, Seiten 142-152.
Der Nachteil der Konstruktion der bekannten
Rohrbündelkondensatoren besteht darin, daß die
Geschwindigkeit des über den Anschlußstutzen zur
Dampfeinführung eintretenden Dampfes in dem Kondensationsraum
wesentlich abnimmt und die Strömungsgeschwindigkeit sich an
einigen Stellen entlang der die Kondensation durchführenden
Rohroberflächen dem Nullwert annähert. Als Folge haften
einerseits die nichtkondensierbaren Gase in dicker Schicht
auf den Rohroberflächen, andererseits ist die Konzentration
und der Partialdruck der nichtkondensierbaren Gase im
Dampfraum ziemlich hoch, wodurch der durch die Anwesenheit
der nicht kondensierbaren Gase sich ergebende und die
Kondensation vermindernde Verlustfaktor wesentlich hoch ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Rohrbündelkondensator mit erhöhtem
Wärmeübertragungsfaktor zum Verflüssigen von Dämpfen ist der
bei der Dampfkondensation auftretende und sich durch die
Anwesenheit von nichtkondensierbaren Gase, meistens Luft
ergebende und die Wärmeübertragung beeinträchtigende
Verlustfaktor wesentlich vermindert und dadurch die Leistung
des Rohrbündelkondensators erhöht. Die Erfindung beruht auf
der Erkenntnis, daß dann, wenn Ablenkplatten zwischen die
Kondensationsrohre in dem Rohrbündelkondensator eingebaut
werden, die Strömungsverhältnisse der Dämpfe wesentlich und
hinsichtlich der Kondensation vorteilhaft verändert werden
können.
Die Verwendung der vorgeschlagenen Ablenkplatten
gewährleistet, daß der in den Dampfraum eingeführte Dampf
wesentlich schneller strömt und dadurch die nicht
kondensierbare Gasschicht an der Oberfläche der Rohre dünner
ist, d.h. die Konzentration der nicht kondensierbaren Gase im
Dampfraum niedriger wird, und die schädliche Wirkung der
nicht kondensierbaren Gase in hohem Maße vermindert werden
kann.
Die Erfindung betrifft somit einen Rohrbündelkondensator mit
erhöhtem Wärmeübertragungsfaktor zum Verflüssigen von
Dämpfen, mit gekühlten Rohren, die in einem von einem Mantel
und Rohrplatten begrenzten Dampfraum angeordnet sind, und mit
Anschlußstutzen zur Dampfeinführung, zur
Flüssigkeitsabführung und zur Abführung von nicht
kondensierbaren Gasen. Gemäß der Erfindung sind in den
Dampfraum des Rohrbündelkondensators Ablenkplatten eingebaut.
Diese Ablenkplatten können gemäß vorteilhafter
Ausführungsformen der Erfindung parallel oder senkrecht zu
den gekühlten Rohren angeordnet werden.
Die wichtigsten Vorteile des erfindungsgemäßen Rohrbündel
kondensator mit erhöhtem Wärmeübertragungsfaktor sind die
folgenden:
- - den Nachteil der bekannten Rohrbündelkondensatoren, nämlich daß die nicht kondensierbaren Gase in dicken Schichten an der Rohroberflächen haften, verbessert die erfindungsgemäße Lösung wesentlich dadurch, daß die nicht kondensierbaren Gase infolge der erfindungsgemäß eingebauten Ablenkplatten zu einer schnelleren Strömung gezwungen sind und dadurch an der Oberfläche der Rohre nur eine sehr dünne Schicht bilden können und ihre schädliche Wirkung bedeutend vermindert wird.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Rohrbündelkondensators mit erhöhtem Wärmeübertragungsfaktor
wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der
Zeichnung zeigt:
Fig. 1 einen aus dem Stand der Technik bekannten
Rohrbündelkondensator, dargestellt in Seitenansicht und
geschnitten,
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II aus
Fig. 1,
Fig. 3 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen
Rohrbündelkondensators schematisch und im Schnitt, und
Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV aus
Fig. 3.
Die Fig. 1 und 2 zeigen eine liegende zylindrische
Ausführungsform eines bekannten Rohrbündelkondensators. Der
zu verflüssigende Dampf tritt über einen Anschlußstutzen 1 in
einen von einem zylindrischen Mantel 2 begrenzten Dampfraum
ein, wo er sich an der äußeren Oberfläche der in Rohrplatten
4 befestigten wassergekühlten Rohre 3 niederschlägt. Die
niedergeschlagene Flüssigkeit tropft von den Rohren ab und
sammelt sich am Boden des zylindrischen Mantels 2 und verläßt
den Dampfraum über einen Anschlußstutzen 5. Das Kühlwasser
tritt über einen Anschlußstutzen 7 eines Wasserdeckels 6 der
Vorrichtung ein und wird durch die in den Wasserdeckel 6
eingebauten Ablenkplatten 8 umgelenkt, wonach es durch die
Rohre 3 strömt und durch den Anschlußstutzen 9 hindurch
erwärmt austritt.
Ein Anschlußstutzen 10 dient zur Abführung der nicht
kondensierbaren Gase. Die zur Verflüssigung nötige
Wärmeentnahme findet also durch die Wände der Rohre 3
hindurch statt.
Die Wärmeleistung hängt von der Oberfläche F, der
Temperaturdifferenz Δt und dem Wärmedurchlaßfaktor k der
Rohre ab gemäß der folgenden Gleichung: Q=kF Δ t. Der
Wärmedurchlaßfaktor k kann aus der bekannten Gleichung
gerechnet werde, wobei
α₁ den Wärmeübertragungsfaktor der Dampfkondensation,
α₂ den Wärmeübertragungsfaktor des in den Rohren strömenden Wassers,
δ die Dicke der Rohrwand und
λ den Wärmeleitfaktor des Materials der Rohrwand bedeutet.
α₁ den Wärmeübertragungsfaktor der Dampfkondensation,
α₂ den Wärmeübertragungsfaktor des in den Rohren strömenden Wassers,
δ die Dicke der Rohrwand und
λ den Wärmeleitfaktor des Materials der Rohrwand bedeutet.
Laut der im Einführungsteil unserer Beschreibung erwähnten
Fachliteratur wird der Wärmedurchlaßfaktor der bekannten
Konstruktionen der Rohrbündelkondensatoren im Bereich
k=800 ... 1200 W/m2k angegeben.
Dieser Wert ist wesentlich niedriger als der aus der obigen
Gleichung errechnete Wert von 1500 ... 2000 W/m2k.
Die Differenz kann dadurch erklärt werden, daß die obige
Gleichung die in der Wirklichkeit auftretenden und die
Wärmeübergabe beeinträchtigenden Faktoren, nämlich die an der
äußeren und inneren Oberfläche der Rohre sich bildenden
Schmutzschichten (Öl, Wasserstein, usw.) ferner die
Anwesenheit der nicht kondensierbaren Gase an der Dampfseite,
nicht berücksichtigt.
Die nicht kondensierbaren Gase beeinträchtigen die Wirkung
der Kondensation aus zwei Gründen:
- - die nicht kondensierbaren Gase umgeben die Wärmeübertragungsfläche je nach den Strömungsverhältnissen und die Dampfmoleküle können nur durch Diffusion mit der Kondensationsoberfläche in unmittelbare Verbindung kommen;
- - der Partialdruck des im Dampfraum befindlichen, nicht kondensierbaren Gases erhöht den Druck des Kondensators, dadurch ist die Kondensationstemperatur niedriger als die zum Kondensatordruck gehörende Sättigungstemperatur des Dampfes, weshalb die Wärmeübergabe infolge des niedrigeren Wertes von Δ t niedriger ist.
Die Fig. 3 und 4 stellen eine Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Rohrbündelkondensators dar. Die Fig. 3
und 4 unterscheiden sich von den die bekannte Ausführungs
form eines Rohrbündelkondensators darstellenden Fig. 1
und 2 dadurch, daß in den Kondensator auf eine aus den
Fig. 3 und 4 ersichtlichen Weise Ablenkplatten 11 in den
Dampfraum eingebaut sind und dadurch der Dampf in dem
Dampfraum hin und her längs der Rohre 3 waagerecht strömend
den mittels Pfeilen gedeuteten Weg zurücklegt, während sich
das Wasser niederschlägt. Die nicht kondensierbaren Gase
strömen mit dem Dampf zusammen und treten über den
Anschlußstutzen 10 aus, während die kondensierte Flüssigkeit
über den Anschlußstutzen 5 austritt.
Aus der Anordnung der Ablenkplatten 11 ergibt sich auch jener
Vorteil, daß die an der Oberfläche der Rohre 3 sich
niederschlagende Flüssigkeit nicht entlang der niedriger
angeordneten Rohre 3 fließen kann, sondern von den
Ablenkplatten 11 aufgefangen wird und an deren Rändern über
in der Figur nicht dargestellte Öffnungen zum Boden des
zylindrischen Mantels 2 abfließt. Auch dadurch verbessert
sich der Wärmeübertragungsfaktor, da die Dicke des an den
Rohren 3 entstehenden und die Wärmeübertragung verhindernden
Flüssigkeitsfilmes abnimmt.
Die Ablenkplatten 11 können erfindungsgemäß auch auf einer
in der Fig. 3 nicht dargestellten Weise senkrecht zu den
gekühlten Rohre 3 angeordnet werden und in diesem Fall ist
der Dampf zu einer senkrechten Strömung auf und ab gezwungen.
Die Anordnung der Ablenkplatten 11 im Dampfraum für die
Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit der Dämpfe
gewährleistet eine zur beschriebenen Wirkung ähnlich
bevorzugte Wirkung auch in den Kondensatoren mit senkrecht
stehendem Rohrbündel, z.B. in den sog. Turmkondensatoren.
Claims (3)
1. Rohrbündelkondensator mit erhöhtem Wärmeübertragungsfaktor
zum Verflüssigen von Dämpfen, mit gekühlten Rohren, die
in einem von einem Mantel und Rohrplatten begrenzten
Dampfraum angeordnet sind, und Anschlußstutzen zur
Dampfeinführung, zur Flüssigkeitsabführung und zur
Abführung von nicht kondensierbaren Gasen, dadurch
gekennzeichnet, daß Ablenkplatten (11) im
Dampfraum eingebaut sind.
2. Rohrbündelkondensator nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ablenkplatten (11)
parallel zu den gekühlten Rohren (3) angeordnet sind.
3. Rohrbündelkondensator nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ablenkplatten (11)
senkrecht zu den gekühlten Rohren (3) angeordnet sind.
Applications Claiming Priority (1)
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Publication Number | Publication Date |
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DE (1) | DE3901493A1 (de) |
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PL (1) | PL277348A1 (de) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4201637A1 (de) * | 1991-01-29 | 1992-08-06 | Hitachi Ltd | Waermetauscher zur dampfkondensation, sowie kraftwerk und absorptionskuehlschrank mit einem solchen waermetauscher |
CN100458315C (zh) * | 2007-09-21 | 2009-02-04 | 东南大学 | 重力回流型氨水吸收式制冷机的冷凝器 |
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CN107806723A (zh) * | 2016-09-09 | 2018-03-16 | 青岛海尔智能技术研发有限公司 | 壳管式冷凝器 |
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US10764788B2 (en) | 2017-11-29 | 2020-09-01 | International Business Machines Corporation | Managing bandwidth in mobile telecommunications networks |
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1988
- 1988-01-25 HU HU26688A patent/HU206408B/hu not_active IP Right Cessation
-
1989
- 1989-01-17 DD DD32509289A patent/DD278638A5/de unknown
- 1989-01-19 DE DE19893901493 patent/DE3901493A1/de not_active Withdrawn
- 1989-01-24 PL PL27734889A patent/PL277348A1/xx unknown
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE4201637A1 (de) * | 1991-01-29 | 1992-08-06 | Hitachi Ltd | Waermetauscher zur dampfkondensation, sowie kraftwerk und absorptionskuehlschrank mit einem solchen waermetauscher |
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US10764788B2 (en) | 2017-11-29 | 2020-09-01 | International Business Machines Corporation | Managing bandwidth in mobile telecommunications networks |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
PL277348A1 (en) | 1989-10-16 |
HU206408B (en) | 1992-10-28 |
HUT49694A (en) | 1989-10-30 |
DD278638A5 (de) | 1990-05-09 |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |