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Verdampfer mit Fieldröhren.
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Zum Eindampfen gewisser Laugen, wie Ätznatronlaugen, Ätzkalilaugen
u. a., benutzt man häufig Verdampfer, die mit Fieldröhren ausgerüstet sind. Diese
Fieldröhren sind einseitig geschlossene, vorzugsweise gußeiserne Heizröhren, die
in die Wände der Verdampfer so eingesetzt sind, daß sie mit ihrem geschlossenen
Ende frei in das Innere des Verdampfers hineinragen, während sie außen einen Kopf
haben, durch den der Dampf ein- und
ausströmt. Diese Art des Einbaues
derFieldröhren hat den Vorzug, daß sich diese innerhalb des Verdampfers frei ausdehnen
können.
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Meistens sind die Fieldröhren horizontal gelagert und sind so an die
Heizdampfzuführ ungsleitung angeschlossen, daß sämtliche Röhren parallel geschaltet
sind, d. h. also, daß durch jedes Einzelrohr Dampf geht. Das geschieht in der Weise,
daß von der gemeinsamen Zuführungsleitung durch Verteilungsrohre, die bis an das
geschlossene Ende des Fieldrohres gehen, Dampf in das Fieldrohr eingeführt wird,
in welchem er an der Heizfläche entlang nach dem Rohrkopf zurückströmt und dort
das mitgeführte Kondensat abscheidet.
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Ein solcher Fieldröhrenverdampfer hat mdessen die Erwartung nicht
voll erfüllt, die man anfänglich auf ihn setzte. Seine Leistungsfähigkeit verhielt
sich zu der des bekannten Verdampfers, System Robert, der nur mit gewöhnlichen senkrechten
Röhren beheizt wird, wie 1 : 4.
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Gleichwohl ist es erwünscht, einen Verdampfer mit Fieldröhrenausrüstung
zu haben, da dessen Lebensdauer wegen der freien Ausdehnbarkeit der Rohre bedeutend
größer ist als die des gewöhnlichen Verdampfers. Angestellte Versuche haben nun
ergeben, daß bei den bekannten Fieldröhreuverdampferu die Grundbedingungen für die
Wärmeübertragung von Dampf in Röhren an die sie umgebende Flüssigkeit nicht voll
beachtet waren.
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Diese Grundbedingungen sind nämlich: eine gute Leitfähigkeit der Trennungs@and,
eine große Dampfgeschwindigkeit in den Rohren, leichte Bewegung der Flüssigkeit
um die Heizkörper, Entfernung der vom Heizdampf immer mitgerissenen Luft und Schnellste
Abführung des Kondenswassers. Von diesen Bedingungen fehlten bei den Fieldröhrenverdampfern
besonders die der großen Dampfgeschwindigkeit. Versuche ergaben, daß die Dampfgeschwindigkeit
in den parallel geschalteten Fieldröhren außerordentlich gering war.
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Eine Folge davon war die zu langsame Fortschaffung des Kondenswassers
und der Luft aus den Röhren. Die Nichtbeachtung dieser Vorschriften hatte eine verminderte
Wärmeiibertragullg von Dampf an die Flüssigkeit zur Folge, und daraus ergab sich
wiederum die mangelhafte Leistungsfähigkeit des Apparates.
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Vorliegende Erfindung beseitigt nun diese Nachteile. Sie besteht
darin, daß man die Fieldröhren in dem Verdampfer reihen- oder gruppenweise parallel
an die Heizdampfleitung anschließt und die Rohre innerhalb der Reihen oder Gruppen
einzeln hintereinander schaltet.
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Durch dieses Hintereinanderschalten der einzelnen Rohre wird ein längerer
Weg und eine größere Geschwindigkeit des Dampfes und damit eine schnellere Entfernung
des an den Heizflächen niedergeschlagenen Kondenswassers und der von dem Dampf sich
abscheidenden Luft bewirkt.
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Diese Hintereinanderschaltung der Fieldröhren, die mit Ausnahme des
Kopfes genau so konstruiert sind wie die des älteren Fieldröhrenverdampfers, erfolgt
in der Weise, daß von dem Kopf eines jeden Fieldrohres ein Rohrstutzen nach dem
nächsten Fieldrohr derselben Reihe geht, und zwar mündet es hier in einem Krümmer,
der in dem Kopf des nächsten Rohres liegt und an dem sich das Verteilungsrohr für
den Dampf innerhalb des Fieldrohres anschließt.
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Zur Abführung der Luft und des Kondenswassers unmittelbar aus jedem
Einzelrohr sind die Köpfe einer Reihe senkrecht übereinanderliegender Rohre durch
Rohrstutzen miteinander verbunden. Das sich innerhalb des Fieldrohres bildende Kondenswasser
und die mit dem Dampf eingeführte Luft sammeln sich in dem vorderen Teil des Rohrkopfes,
von wo das Kondenswasser durch die senkrechten Verbindungsrohre der Köpfe nach unten
fällt, während die Luft durch dieselben Verbindungsrohre nach oben steigt. Beide
(Wasser und Luft) werden auf diese Weise schnellstens aus dem Rohrsystem entfernt.
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Da, wie bereits erwähnt, der Wärmedurchgang durch die Rohrwandungen
hauptsächlich mit von der Geschwindigkeit des Dampfes abhängt, ist es von Wichtigkeit,
den ringförmigen Ouerschnitt, den das Fieldrohr mit dem in seinem Innern liegenden
Dampfverteilungsrohr bildet, so zu bemessen, daß eine bestmögliche Wärmeübertragung
bei größtmöglicher Dampfgeschwindigkeit erreicht wird.
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Das geschieht in einfacher Weise durch die richtige Wahl des Außendurchmessers
des Dampfverteilungsrohres. Die hintereinandergeschalteten Rohre einer jeden Fieldröhrenreihe
liegen entweder nebeneinander oder auch untereinander, in letzterem Falle muß zweckmäßigerweise
der Dampf von unten nach oben geführt werden, aveil sonst die-unteren Rohre des
Systems mit Kondenswasser zu sehr über-Schwemmt werden.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung diene das auf der beiliegenden
Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel. Abb. I ist eine Seitenansicht, teilweise
im Schnitt, Abb. 2 ein Grundriß, ebenfalls teilweise im Schnitt, und Abb. 3 eine
Frontansicht dieses Ausführungsbeispiels. a ist der Laugenbehälter, b sind die Fieldröhren,
die von beiden Frontseiten in den Laugenbehälter hineinragen, c sind die in den
Fieldröhren liegenden Dampfverteilungsrohre, d die -Rohrköpfe, in denen die Krümmer
e
liegen und von denen seitlich die Verbindungsstutzen f ausgehen,
während nach unten und oben die Verbindungsstutzen g die senkrecht übereinanderliegenden
Köpfe d miteinander verbinden. Ii sind die Luftablaßventile und i die beiden Frischdampfzuleitungell.
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Die einzudampfende Lauge steigt in Richtung des Pfeiles durch den
Behälter a, die Fieldrohre d umspülend, die dabei ihre Wärme an die Flüssigkeit
abgeben. Der Heizdampf tritt durch die Zuleitungsrohre i auf beiden Frontseiten
des Behälters durch die Rohrstutzen f2, f2...f3 (Abb. 3) gleichzeitig in die ersten
Rohre einer jeden wagerechten Fieldröhrenreihe ein. Er durchströmt dabei die in
den Köpfen d liegenden Krümmer e und die Verteilungsrohre c. Aus diesen wird er
gegen die geschlossenen Enden der Fieldröhren geblasen, von wo er zurückprallt und
nun an der Heizfläche der Fieldröhren entlang nach den Köpfen d zurückströmt. Hierbei
gibt er seine Wärme durch die Wandung der Fieldröhren an die diese umspülende Lauge
ab. Aus dem jeweils ersten Rohrkopfe einer jeden Reihe geht dann der Dampf durch
den Stutzen nach dem zweiten Fieldrohr einer jeden Reihe, und zwar tritt er wiederum
durch den Krümmer e und das Verteilungsrohr c in dasselbe ein. Auf diese Weise setzt
er seinen Weg durch jede einzelne horizontale Rohrreihe gleichzeitig fort, bis er
das letzte Rohr durchströmt hat. Das sich in jedem Fieldrohr bildende Kondenswasser
wird durch den Dampf mit fortgerissen in den Kopf d, von wo es durch die senkrechten
Verbindungsstutzen g der Köpfe nach unten tropft und hier abgeführt wird. Die mit
dem Dampf stets eingeführte Luft sammelt sich ebenfalls in den Köpfen ci und steigt
durch den Verbindungsstutzen g nach oben, wo sie durch ein Ventil in ständig ausströmt.
Eine derartige Konstruktion des Fieldröhrenverdampfers, deren wesentlichstes Merkmal
also die Hintereinanderschaltung der Fieldröhren in Reihen ist, ergibt eine außerordentliche
Steigerung der Dampfgeschwindigkeit innerhalb der Rohre, weil der für eine Reihe
gebrauchte Dampf die sämtlichen Rohre dieser Reihe nacheinander durchströmt. Durch
entsprechende Wahl der äußeren Durchmesser der in den Fieldröhren liegenden Dampfeinführungsröhren
läßt sich die mittlere Dampfgeschwindigkeit in jedem Fieldrohr so einstellen, daß
sämtliche hintereinandergeschalteten Rohre nahezu gleiche Dampfgeschwindigkeiten
aufweisen. Diese gleichmäßige und erhöhte Dampfgeschwindkgiekt hat einen vermehrten
Wärmedurchgang durch die Wandungen zur Folge, der nöch dadurch vergrößert wird,
daß das Kondenswasser und die Luft schnellstens und restlos aus den Fieldröhren
mit fortgerissen werden. Der nach diesen Grundsätzen konstruierte Fieldröhrenv erdampfer
erfüllt alle Bedingungen für eine gute Wärmeübertragung von Dampf in Röhren an diese
umgebende Flüssigkeiten.