-
Vorrichtung zum Erhöhen der Wärmeverwertung in dampfgeheizten Apparaten
Es ist bekannt, die Wärmeübertragung in Apparaten, die mit Dampf geheizt werden,
dadurch zu verbessern, daß ein Teil des Heizdampfes mit dem Kondensat abgeleitet
und dann der Einlaßseite der Heizvorrichtung zurückgeführt oder in anderen wärmeverbrauchenden
Apparaten verwendet wird. Es hat sich dabei herausgestellt, daß auch eine kleinere
Menge solchen durchströmenden Dampfes die Wärmeübertragungsfähigkeit der Heizfläche
sehr erheblich verbessert.
-
Andererseits ist es erwünscht, die Temperatur des abgehenden Kondensates
soviel wie möglich herabzusetzen, um den Wirkungsgrad des Heizprozesses möglichst
hoch zu halten. Wenn man gemäß dem oben angegebenen Verfahren das Kondensat in Mischung
mit Dampf abzieht, hat es eine vom Dampfdruck in der Ableitung bestimmte Temperatur,
und zwar die Temperatur des gesättigten Wasserdampfes bei dem betreffenden Druck.
Diese Temperatur ist aber verhältnismäßig hoch, und der Wirkungsgrad des Prozesses
wird dadurch herabgesetzt. Wenn man versucht, die Temperatur des Kondensats durch
Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche niedriger zu halten, so findet man, daß
die Wärmeübertragung im letzten Teil der Wärmeübertragungsfläche schlecht wird,
so daß eine unverhältnismäßig große zusätzliche Übertragungsfläche erforderlich
ist. Die Methode ist deshalb aus wirtschaftlichen Gründen unvorteilhaft.
-
Das abströmende Kondensat kann zwar für Vorwärmezwecke oder für andere
Verbrauchszwecke verwendet werden. Dies ist beispielsweise der Fall bei Mehrfachverdampfapparaten,
in denen das Kondensat von den Verdampfkörpern zur Vorwärmung des Saftes oder der
Dünnlauge verwendet wird. Es ist aber eine bekannte Tatsache, daß die Wärmeübertragung
desselben Mediums wesentlich schlechter ist, wenn das Medium in flüssiger Form vorliegt,
als in dem Falle, in dem das Medium als ge-. sättigter Dampf vorliegt. Die Übertragungsfähigkeit
der Wärmeaustauschflächen im Vorwärmer ist somit schlechter als die der Wärme austauschflächen
im Verdampfer selbst.
-
Es ist auch bereits bekannt, aus dem Kondenswasser durch Entlastung
Dampf zu entwickeln, der in einem Heizkörper von geringerem Druck verwendet werden
kann. Es wird dann ein Kondensatableiter hinter den Apparaten von höherem Druck
eingeschaltet, und das Kondensat wird einem Behälter zugeführt, aus dem der durch
Entlastung erzeugte Dampf abgezogen wird.
-
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verbesserung
des Wärmeaustausches in dampfgeheizten Apparaten, bei denen die Gesamtheizfläche
in zwei oder mehrere
hintereinandergeschaltete Abschnitte unterteilt
ist, und bezweckt, die höchstmögliche Wärmeaustauschfähigkeit sämtlicher Heizflächen
dadurch zu erzielen, daß die Abschnitte mit möglichst wasserfreiem Dampf gespeist
werden, während das Kondensat gleichzeitig bei möglichst niedriger Temperatur abgezogen
werden soll. Erfindungsgemäß wird dieser Zweck dadurch erreicht, daß zwischen den
Abschnitten je eine Drosselung und hinter dieser ein Wasserabscheider, gegebenenfalls
mit einem Kondensatableiter kombiniert, eingeschaltet sind, damit der aus dem vorhergehenden
Abschnitt strömende Durchflußdampf nebst dem Dampf, der sich aus dem Kondensat infolge
Selbstverdampfung bildet, von dem Kondensat getrennt wird, um dann in den nachfolgenden
Abschnitt eingeleitet zu werden.
-
Die Drosselung muß unbedingt vor dem Wasserabscheider vorgesehen
sein, damit sowohl der Durchfluß dampf als auch der durch die Entlastung gebildete
Dampf in dem Wasserabscheider abgeschieden und in dem nachfolgenden Abschnitt verwendet
werden können, so daß die Wärmeübertragung sowohl in dem vorhergehenden als auch
in dem nachfolgenden Abschnitt so groß wie möglich wird. Die Drosselung regelt dabei
auch die Dampfzufuhr zum nachfolgenden Abschnitt.
-
Die Drosselung in Kombination mit dem Wasserabscheider ermöglicht
die Rückbildung von Dampf durch Selbstverdampfung aus dem Kondensat, dessen Temperatur
dadurch gesenkt wird. Der so erzeugte Dampf nebst dem Durchfluß dampf wird in den
Fällen, wo letzterer auftritt, im Wasserabscheider vom Kondensat befreit und dann
in den nachfolgenden Abschnitt eingeleitet, in dem ein niedrigerer Druck als in
dem vorhergehenden Abschnitt herrscht.
-
Da die Wärmeübertragung vom Dampf wesentlich besser als vom Kondensat
ist, wird hierdurch eine wesentlich höhere Wärmeübertragungsfähigkeit in der Heizfläche
des nachfolgenden Abschnittes erreicht, als wenn das gegebenenfalls mit Durchfluß
dampf gemischte Kondensat unmittelbar in den nachfolgenden Abschnitt eingeleitet
werden würde.
-
Das Kondensat vom Wasserabscheider kann entweder unmittelbar mittels
eines Kondensatableiters gewöhnlicher Bauart abgeleitet oder demnach folgenden Abschnitt
zugeleitet und dem daraus fließenden Kondensat einverleibt werden.
-
Bei Verwendung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung wird also ein
Teil des schon gebildeten Kondensats durch Selbstverdampfung wieder in Dampf übergeführt,
und dieser Dampf nebst dem durchströmenden Uberschußdampf wird einem Heizkörper
zugeführt, in dem ein niedrigerer Druck herrscht.
-
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann vorteilhaft mit einer an
sich bekannten Vorrichtung zur Erzeugung eines Kreislaufes des Durchflußdampfes
in dem Niederdruckabschnitt vereinigt werden, bei der ein Pumpenorgan den vom Niederdruckabschnitt
durch eine Drosselung abgehenden Durchfluß dampf der Einlaßseite des letztgenannten
Abschnittes wieder zuführt. Nebst der Drosselung und dem Wasserabscheider, die gemäß
der vorliegenden Erfindung zwischen den Abschnitten der Wärmeübertragungsflächen
eingeschaltet sind, wird dabei em geeignetes Pumpenorgan in der Dampfleitung angebracht,
die nach dem Abschnitt mit dem niedrigsten Druck führt. Die Saugseite dieses Pumpenorgans
wird mit der Ableitung von dem Abschnitt mit dem niedrigsten Druck verbunden, welcher
Ableitung mit Dampf gemischtes Kondensat aus dem genannten Abschnitt durch eine
Drosselung zugeführt wird.
-
Das Kondensat aus dem Abschnitt oder den Abschnitten mit höherem Druck
kann zweckmäßig derselben Ableitung zugeführt werden und strömt dabei durch eine
weitere Drosselstelle und gegebenenfalls auch durch einen Wasserabscheider, die
das Druckgefälle des Dampfes im Pumpenorgan kompensieren. In die Saugleitung des
Pumpenorgans wird zweckmäßig eine Entlüftungsvorrichtung eingeschaltet, wodurch
im System befindliche Luft entfernt werden kann.
-
Die Erfindung ist in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht.
-
Abb. I und 2 zeigen eine Vorrichtung gemäß der Erfindung mit den
beiden Abschnitten der Heizfläche in ein und demselben äußeren Mantel, bei der der
Wasserabscheider zugleich als Kondensatableiter ausgeführt bnv. an die Ableitung
von dem Niederdruckabschnitt angeschlossen ist. Abb. 3 zeigt dieselbe Vorrichtung
wie Abb. 2, aber mit drei Abschnitten hintereinander. Die Abb. 4 und 5 zeigen den
Erfindungsgegenstand in Kombination mit einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Kreislaufs
des Durchflußdampfes im Niederdruckabschnitt. Nach Abb. 4 sind die Heizkörper in
einen gemeinsamen Mantel und nach Abb. 5 in zwei Mäntel eingeschlossen, und außerdem
ist gemäß der letzteren Abbildung ein zusätzlicher Wasserabscheider vorgesehen.
-
In Abb. I ist I ein Heizapparat für indirekte Dampfheizung, in dem
sich ein Heizkörper befindet, der mittels einer Drosselung2, welche fest oder regelbar
sein kann, in einen Hochdruckabschnitt 3n 3a und einen Niederdruckabschnitt 3b geteilt
ist. Hinter der Drosselstelle ist ein kombinierter Wasserabscheider und Kondensatableiter
7 mit Schwimmerventil eingeschaltet.
-
Der Frischdampf wird durch das Ventil 4 eingelassen und das Kondensat
vom Niederdruckabschnitt durch einen mit einem Schwimmerventil 5 versehenen Kondensatableiter
6 abgezogen. Die Strömungsrichtungen sind durch Pfeile angedeutet.
-
Der durch das Ventil 4 eingelassene Frischdampf strömt zuerst durch
den Hochdruckabschnitt 3 a des Heizkörpers und gibt dort Wärme unter teilweiser
Kondensation ab. Das Kondensat und der Durchfluß dampf, der dazu dient, das auf
den Wänden niedergeschlagene Kondensat zu entfernen und so die Wärmeübertragungsfähigkeit
auf einem hohen Wert zu erhalten, gehen durch die Drosselstelle 2 nach dem Dampfabscheider
7 ab. Der abgeschiedene Dampf, der aus dem Durchfluß dampf nebst dem durch Selbstverdampfung
aus dem Kondensat gebildeten Dampf besteht, strömt alsdann nach dem Niederdruckabschnitt
3b. Das in letzterem gebildete Kondensat wird durch den Kondensatableiter 6 abgezogen.
-
Infolge der Drosselung wird Dampf aus dem Kondensat entwickelt unter
Erniedrigung der Temperatur des letzteren, und dieser Dampf nebst dem aus dem Hochdruckabschnitt
eingetretenen Durchflußdampf gibt seine Wärme in dem Niederdruckabschnitt ab unter
Bildung von noch mehr Kondensat von derselben Temperatur wie die des zurückgebliebenen
Kondensats aus dem Hochdruckabschnitt. Das aus beiden Abschnitten abgehende Kondensat
hat die gleiche, von dem Druck in dem Niederdruckabschnitt abhängige Temperatur,
die niedriger als die Temperatur ist, die das aus dem Heizkörper fließende Kondensat
haben würde, wenn die Drosselung und der Dampfabscheider nicht vorgesehen wären,
also Hochdruck im ganzen Heizkörper herrschte.
-
Statt den kombinierten Wasserabscheider und Kondensatableiter 7 gemäß
Abb. I zu verwenden, kann man, wie in Abb. 2 gezeigt ist, nach der Drosselung 2
einen Wasserabscheider 8 einschalten und das daraus fließende Kondensat an dem Niederdruckabschnitt
3b vorbei durch eine Leitung 9 nach dem Kondensatableiter 6 ableiten.
-
Abb. 3 zeigt eine Vorrichtung mit drei Druckstufen im Heizkörper.
Drei Heizapparate Ia, Ib und 1c umschließen je einen Abschnitt 3a, 3b bzw. 3C des
Heizkörpers, Der Frischdampf wird auf übliche Weise durch das Ventil 4 eingelassen
und durchströmt zuerst den Hochdruckabschnitt 3% nach dem eine Drosselung 2 und
nach dieser ein Wasserabscheider 10 eingeschaltet sind. Der darin abgeschiedene
Dampf strömt nach dem Mitteldruckabschnitt 3b, während das Kondensat durch ein mit
einer Drosselung 12 versehenes Rohr II nach einem zweiten Wasserabscheider 13 fließt,
mit welchem auch der Mitteldruckabschnitt 3b über eine Drosselung 2a verbunden ist.
Nachdem der Dampf und das Kondensat in diesem Dampfabscheider I3 voneinander getrennt
worden sind, strömt der Dampf in den Niederdruckabschnitt 3C, während das Kondensat
durch ein Rohr 14 nach dem mit dem Schwimmerventil 5 versehenen Kondensatableiter
6 fließt, dem auch das in dem Niederdruckabschnitt 3C gebildete Kondensat zugeführt
wird.
-
In Abb. 4 ist eine Ausführungsform der Erfindung in Kombination mit
einer an sich bekannten Vorrichtung zur Erzeugung eines Kreislaufes des Durchfluß
dampfes in dem Niederdruckabschnitt dargestellt, bei der ein Pumpenorgan den vom
Niederdruckabschnitt durch eine Drosselung abgehenden Durchfluß dampf der Einlaßseite
des letztgenannten Abschnittes wieder zuführt. In einer Vorrichtung von derselben
Bauart, wie die in Abb. 2 dargestellte, sind hier zwei Drosselstellen I5, I6 in
die Kondensatableitung von dem Niederdruckabschnitt 3b bzw. von dem Dampfabscheider
8 nach dem Kondensatableiter 6 eingeschaltet. Die Dampfkammer des letzteren ist
mit der Dampfzuleitung 19 zu dem Niederdruckabschnitt 3b mittels des Saugrohres
einer Pumpe, beispielsweise eines Injektors I7, verbunden, der durch den aus dem
Dampfabscheider 8 strömenden Dampf in der Leitung 19 betrieben wird. In die Saugleitung
des Injektors I7 ist außerdem eine Entlüftungseinrichtung I8 eingeschaltet, um im
System befindliche Luft zu entfernen.
-
Der vom Wasserabscheider 8 kommende Dampf betreibt den lujektor 17
und strömt nebst dem vom Injektor von der Abflußseite des Niederdruckabschnittes
eingesaugtenDurchflußdampf nach der Zufuhrseite dieses Abschnittes durch die Leitung
19. Durch den so bewirkten Dampfkreislauf wird eine hohe Wärmeübertragung auch in
dem Niederdruckabschnitt 3b erreicht, in dem das Kondensat schnell von den Wärmeübertragungsflächen
desselben entfernt wird.
-
Abb. 5 stellt eine Abänderung der Kombination gemäß Abb. 4 dar. Der
Hochdruckabschnitt 3a und der Niederdruckabschnitt 3b sind hier in je einem Teilla
bzw. 1b des Heizapparates angebracht, und außerdem ist ein kleinerer Dampfabscheider
20 nach dem Dampfabscheider 8 eingeschaltet, um den bei der Drosselung 16 erzeugten
Dampf abzutrennen, der dem Invektor 17 zugeführt wird, während das zurückbleibende
Kondensat durch den Kondensatableiter 6 abgezogen wird.
-
Außer den in Abb. I bis 5 gezeigten Ausführungsformen sind im Rahmen
der Erfindung auch noch andere möglich. So kann die Anzahl der zusammenwirkenden
Apparate und die Anzahl der Abschnitte des Heizkörpers oder der Heizkörper beliebig
vermehrt werden. Wenn man die Temperatur des abgehenden Kondensats unter I00° C
herabbringen will, läßt man den letzten Abschnitt mit Unterdruck arbeiten, wobei
der Injektor und der Kondensatableiter durch eine Vakuumpumpe bzw. eine Flüssigkeitspumpe
zu ersetzen sind.
-
Die Drosselung zwischen den Abschnitten der
Heizkörper
können bei konstanten Drucken und Dampfmengen in der Vorrichtung als einfache Drosselscheiben
oder aber, wenn Regelung auf einen bestimmten Druck gewünscht ist, als gewöhnliche
Dampfventile ausgeführt werden, Wenn aber schwankende Drucke und Dampfmengen vorhanden
sind, werden zweckmäßig selbsttätige Reduzierventile verwendet, durch die det reduzierte
Dampfdruck und somit auch die Temperatur des abgehenden Kondensats konstant gehalten
werden.