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Oberflächenwärmeaustauscher Die Erfindung bezieht sich auf Oberflächenwärmeaustauscher,
insbesondere Heißdampfkühler, bei denen die `Värmeaustauschrohre in einem zum Teil
mit Kühlflüssigkeit angefüllten Behälter untergebracht sind. Durch Heben oder Senken
des Flüssigkeitsspiegels wird die Kühlwirkung geregelt und damit gleichzeitig auch
die Menge des aus der Kühlflüssigkeit erzeugten Dampfes geändert. Bei bekannten
Wärmeaustauschern dieser Art sind die von unten nach oben folgenden Querschnitte
des Behälters gleichmäßig mit Wärmeaustauschfläche besetzt. Infolgedessen bleibt
die Ausdampffläche bei jeder Höhenlage des Flüssigkeitsspiegels gleich. Sie ist
bei hoch liegendem Flüssigkeitsspiegel im Verhältnis zu der dann wirksamen großen
Heizfläche klein, so daß ein starkes Aufwallen und entsprechend ein Mitreißen von
Flüssigkeit erfolgen kann. Ferner können sich die an den Rohren außen aufsteigenden
Dampfblasen schlecht von den Rohren ablösen, so daß sie den oberen Teil der Rohre
umgeben und mehr oder weniger unwirksam machen.
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Diese Nachteile sollen durch die Erfindung vermieden werden, die darin
besteht, daß die nicht mit Wärmeaustauschrohren besetzte Querschnittsfläche des
die Kühlflüssigkeit enthaltenden Austauschbehälters nach oben hin absatzweise größer
wird. Infolgedessen wird mit dem Steigen des Flüssigkeitsspiegels im Austauschbehälter
auch die freie Ausdampffläche größer. Dementsprechend kann sich der Dampf gut von
der Flüssigkeitsoberfläche loslösen, ohne unnötig Flüssigkeit mitzureißen. Die Dampfblasen
setzen sich nicht an der Außenwand der Rohre fest, sondern können sich, da neben
den Rohren genügend freier Raum vorhanden ist, nach diesem Raum hin abscheiden.
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Die neue Ausführung ergibt weiter noch den Vorteil, daß eine empfindlichere
Temperaturregelung des durch die Rohre hindurchgeleiteten Mittels möglich ist, weil
in den höher liegenden Teilen des Behälters wegen der dort geringeren Anzahl der
in die Flüssigkeit eintauchenden Rohre - eine Veränderung der Höhenlage des Flüssigkeitsspiegels
nicht eine so große Veränderung der Kühlwirkung hervorruft als bei voller Besetzung
des Behälterquerschnittes mit Wärmeaustauschfläche.
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Auf der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
ein Heißdampfkühler
dargestellt. Fig. i zeigt einen senkrechten
Längsschnitt durch den Austauschbehälter. Fig. 2 ist ein Querschnitt nach Linie
II-II der Fig. i.
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Der zylindrische Austauschbehälter 14 ist an seinem unteren Ende durch
einen Rohrboden 16 abgeschlossen, in welchen die Schenkel der in senkrechten Parallelebenen
liegenden U-förmigen Wärmeaustauschrohre eingewalzt sind. Diese Rohre sind in Gruppen
verschiedener Höhe unterteilt. Die innenliegende Rohrgruppe 26 hat die geringste
Höhe. Die nach außen folgenden Rohrgruppen 26a, 26b und 26° sind zunehmend höher,
und zwar ist der senkrechte Abstand der Rohrbogen der aufeinanderfolgenden Gruppen
größer als der waagerechte Abstand der Rohrschenkel dieser Gruppen. Unterhalb des
Rohrbodens 16 liegen die Dampfeintrittskammer 8 und die von ihr durch eine Querwand
getrennte Dampfaustrittskammer 12. Die eine Hälfte der Rohrschenkel sämtlicher Rohrgruppen
steht mit der Eintrittskammer 8 und die andere Hälfte der Rohrschenkel mit der Austrittskammer
12 in Verbindung. Der Heißdampf wird durch eine Leitung io in die Eintrittskammer
8 eingeführt, strömt durch die Wärmeaustauschrohre zur Austrittskammer i2 und geht
von dort weiter zur Verbrauchsstelle. Vom oberen Ende des Austauschbehälters 14
führt ein Rohr 2o zum Eintrittsrohr io, so daß sich der aus der Kühlflüssigkeit
im Behälter i4 erzeugte Dampf mit dem Heißdampf vor dessen Eintritt in den Austauschbehälter
mischt. Steigt der Wasserspiegel im Behälter 14 über den Scheitel der niedrigsten
Rohrgruppe 26, so vergrößert sich die freie Ausdampffläche, und die an den Rohrschenkeln
der anderen Rohrgruppen hochsteigenden Dampfblasen können sich nach dem freien Raum
in der Mitte des Behälters gut ablösen. Eine weitere Vergrößerung der freien Ausdampffläche
innerhalb des Rohrbündels findet jedesmal statt, wenn der Flüssigkeitsspiegel über
den Scheitel einer der nächstfolgenden Rohrgruppen steigt. Bezeichnet man die Bodenebene
des Behälters mit A und die mittleren Scheitelebenen der Rohrbündel 26,
26a,
26b, 26° mit B, C, D und E, so wählt man zweckmäßig die Strecken _<1-B,
B-C, C-D und D-E im Verhältnis 24, 32, 48 und 96. In diesem Fall ergibt sich,
wenn der Flüssigkeitsspiegel bei B liegt, ungefähr ein Viertel der vollen Leistungsfähigkeit,
die der Wärmeaustauscher hat, wenn der Flüssigkeitsspiegel bei E liegt. Liegt er
bei C, so ergibt sich ungefähr- die Hälfte, liegt er bei D, ungefähr drei Viertel
der Leistung. Da der Weg, welchen der Dampf in den einzelnen Rohrgruppen zurückzulegen
hat, verschieden lang ist, so sind entsprechend die Strömungswiderstände verschieden.
Um in sämtlichen Rohrgruppen gleichen Strömungswiderstand zu haben, kann man in
die kürzeren Rohre künstliche Widerstände einschalten, oder aber man kann für die
höheren Rohrgruppen Rohre mit größerer lichter Weite wählen.
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Die Erfindung ist nicht auf einen Wärmeaustauscher mit U-Rohren beschränkt.
Die Wärmeaustauschfläche könnte beispielsweise auch aus geraden, waagerechten oder
schwach geneigten Rohren bestehen. In diesem Fall würde sich in den von unten nach
oben folgenden Rohrgruppen die Anzahl der Rohre entsprechend verringern.