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Wärmeaustauscher Der Wärmeübergang zwischen kondensierenden Dämpfen
oder verdampfenden Flüssigkeiten und Kühl- oder Heizflächen wird begünstigt einerseits
durch die von der Strömgeschwindigkeit beeinflußte Wirbelung des zu kondensierenden
oder zu verdampfenden Stoffes an der Wand, anderseits dadurch, daß nämlich das Verflüssigte
oder Verdampfte so rasch wie möglich von der Kühl-oder Heizwarid und aus dem Primärstrom
entfernt wird, weil der aus Kondensattröpfchen oder Dampfbläschen sich bildende
Film den Wärmeübergang zwischen Wand und Primärstoff behindert. Die Beibehaltung
der für die Wirbelbildung günstigsten Strömungsgeschwindigkeit des Primärstoffes
erfordert außerdem wegen der Volumenänderung während des Verdampfens bzw. Kondensierens
stetige Querschnittsveränderungen im Strömungsverlauf.
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Die bekannten Wärmeaustauscher-tragen vorwiegend dem einen oder dem
anderen dieser Erfordernisse Rechnung, indem sie entweder mehr auf Wirbelstrombildung
oder mehr auf rasche Filmbeseitigung, selten auch auf Konstanthaltung der Strömnngsgeschwindigkeit
abgestellt sind. Hingegen werden gemäß vorliegender Erfindung bekannte Mittel zur
Erhaltung der Anfangsgeschwindigkeit und zur raschen Beseitigung des den Wärmeübergang
hindernden Wandbelages in neuartiger Weise derart vereinigt, daß der Wärmeübergang
je Wandflächeneinheit gegenüber den bekannten Bauarten erheblich gesteigert wird.
Dies sei an Abb. I erläutert, welche eine Ausführungsform erfindungsgemäßer Wärmeaustauscher
im Axialschnitt darstellt, nämlich einen Oberflächenkondensator zur Niederschlagung
von Dämpfen.
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Die Kühlwand wird hier durch eine von Wasser oder sonst einem Kühlmittel
m aufwärts durchflossene Rohrschlange b gebildet, die zwischen zwei Mänteln a eingebaut
ist.
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Die von letzteren eingehüllten Spiralgänge zwischen den Schlangenwindungen
werden von dem zu kondensierenden Dampf d abwärts durchströmt. Zwecks Aufrechterhaltung
einer angemessenen Dampfgeschwindigkeit trotz des mit fortschreitender Kondensation
stetig abnehmenden Dampfvolumens wird der Spiralgangquerschnitt stetig verringert,
entweder durch eine abnehmende Spiralgangbreite oder durch allmähliche Verkleinerung
des Schlangenwindungsabstandes (abnehmende Spiralganghöhe) oder durch die Kombination
beider Möglichkeiten zwecks schnellerer Querschnittsverringerung.
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Das an der Rohrschlangenkühlwand sich niederschlagende Kondensat
tropft alsbald nach seiner Entstehung von dieser ab, wobei es infolge der konischen
Form des Wärmeaustauschers die darunter befindlichen Schlangenwindungen nicht berührt.
DieKondensattropfen sammeln sich auf der Innenwand des Außenmantels. Dieser ist
in einem geeigneten Abstand von der Rohrschlange angeordnet, so daß das Kondensat
f auf dem kürzesten Wege - längs den Mantelerzeugenden - herablaufen kann, ohne
nochmals mit der Kühlschlange in Berührung zu treten.
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In Abb. 1 wirkt nur der konische Teil als Oberflächenkondensator
d, f. Die oben und unten anschließenden zylindrischen Teile zeigen, wie einfach
sich normale Schlangenkühler zum Zwecke der Vorkühlung des Heißdampfes oben, d,
oder der Nachkühlung des Kondensates unten, f, organisch mit dem Kondensator vereinigen
lassen im Gegensatz zu vielen bekannten Bauarten. Die Verwendung erfindungsgemäßer
Kondensatoren als Dephlegmatoren oder Gastrockner erfordert lediglich die zusätzliche
Anbringung des in Abb. 1 dargestellten Abzugsrohres für die schwer kondensierbaren
Dämpfe oder Gase g.
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Für größere Kühlleistungen setzt man mehrere Kondensatoren gemäß Abb.
2 ineinander.
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Die gleiche Ausführung kann - mit umgekehrten Strömungsrichtungen
- als Verdampfer verwendet werden, wobei die mit Abstand vom Innenmantel an den
Außenmantel zu verlegende Schlange b vom Heizmittelm durchflossen wird, während
die zu verdampfende Flüssigkeit unten bei f eintritt und oben als Dampf d austritt.
Die zylindrischen Ansätze dienen dann als Vorwärmer (unten) bzw. Überhitzer (oben).
Durch den zentralen Rohrstutzen kann der zu verdampfenden Flüssigkeit f Gas g beigemischt
werden.
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Das vorbeschriebene Ausführungsbeispiel erfüllt seinen Zweck nicht
aufs Vollkommenste, wenn beiderseits der Trennwand zq kondensieren bzw. zu verdampfen
ist, denn der Schlangenrohrquerschnitt läßt sich der Volumenänderung schlecht anpassen.
Für solche Zwecke, z. B. für die Alkoholverdampfung mittels kondensierenden Wasserdampfes,
ist die in Abb. 3 beispielsweise dargestellte Ausführungsform besser geeignet. Die
Trennwand besteht hier aus einem Zylinder b, der innen und außen mit Leitspiralblechen
bewickelt und zwischen den bereits gekennzeichneten Mänteln a mit beiderseitigem
Spiel so eingebaut ist, daß die Leitspiralen die Mäntel nicht oder doch nicht dauernd
berühren. Das zu kondensierende Medium d, f fließt außerhalb, das zu verdampfende
Medium f, d innerhalb der Trennwand im Gegenstrom. Alsbald nach Abgabe seiner Kondensationswärme
wird das Kondensat an den Außenmantel geschleudert, um an diesem herabzulaufen.
Gleich dem kondensierenden Dampf wird auch die verdampfende Flüssigkeit in den Spiralwindungen
in kreisende Bewegung versetzt und dadurch innen an die Trennwand gedrückt. Der
dort infolge des Wärmeaustausches sich bildende Dampf wird von der Trennwand weggedrückt
und durch die geneigten Leitbleche nach dem inneren Ringspalt geführt, durch welchen
er längs des Innenmantels emporsteigt. Zweckmäßige Bemessung der Neigung von Trennwand-
und Mantelerzeugenden (erstere und Außenmantel in Abb. 3 zylindrisch, Innenmantel
kegelförmig), des Ävindungsabstandes der Leitspiralen (in Abb. 3 außen stetig abnehmend,
innen unveränderlich) und ihres Böschungswinkels ermöglichen es auch hier, die Primär-
und Sekundärstromrichtung und -geschwindigkeit allen Erfordernissen anzupassen.
Die Vorrichtung läßt sich bequem auseinandernehmen und reinigen, ist also auch für
Stoffe geeignet, die Ausscheidungen absondern, wie Kesselstein, Teer, Pech usw.