DE65579C

DE65579C - Condensationsapparat mit Wärmeaustauschgefäfs vor dem Einspritzcondensator zur Ausnutzung eines bestimmten Temperaturgefälles für Wärmezwecke

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Publication number: DE65579C
Application number: DENDAT65579D
Authority: DE
Original assignee: R. RAU in Genf, Schweiz
Anticipated expiration: 1911-08-07

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 14: Dampfmaschinen.

RUDOLPHE RAU in GENF (Schweiz).

Fatenürt im Deutschen Reiche vom 7. August 1891 ab.

Manche Industrien, wie die. Brauereien, Destillerien, Zuckerraffinerien, Spinnereien, Färbereien etc. benöthigen grofse Mengen von warmem Wasser.

Dieses heifse Wasser wird in der Regel dadurch gewonnen, dafs man in einem Vorwärmer die latente Wärme des Abdampfes der Betriebsmaschinen ausnutzt, wenn dieselben mit freiem Auspuff arbeiten, oder dadurch, dafs man, falls die Maschinen Kondensationsmaschinen sind, die Erhitzung durch Anwendung von directem Dampf erzielt.

In beiden Fällen ist die Production des warmen Wassers theuer, denn durch Anwendung des Abdampfes opfert man die Ersparnifs, welche durch die Dampf kondensation erzielt werden könnte, und diese Ersparnifs beläuft sich für eine in normalen Bedingungen arbeitende Maschine immer auf 25 bis 35 pCt. des verbrauchten Dampfquantums.

Mit dem Kondensator, welcher den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet, kann man bei sonst gleichen Verhältnissen eine beträchtliche Ersparnifs an Dampfverbrauch erzielen, indem man die latente Wärme des abgehenden Dampfes vor seiner Kondensation ausnutzt.

Der aus dem Datnpfcylinder austretende Dampf geht zuerst in ein Wärmeaustauschgefäfs A, wo er theilweise seine latente Wärme an ein umgebendes Fluidum (z. B. Wasser oder eine flüchtige Flüssigkeit wie SO², NH^S etc.) abgiebt und dann in einem Einspritzkondensator vollkommen kondensirt wird. Auf diese Weise würde man jedoch nicht in dem Wärmeaustauschgefäfs A eine genügend hohe Temperatur erhalten, da die Dampftemperatur eine Function ihrer Spannung ist und die Dampfspannung im Kondensator eine sehr geringe ist. Es ist deshalb nützlich, um in dem Wärmeaustauschgefäfs A genügend warmes Wasser zu erzeugen, die Temperatur des Abdampfes zu erhöhen, d. h. mit weniger vollkommenem Vacuum zu arbeiten.

Die Curve in Fig. 5 zeigt die Verhältnisse zwischen der Dampfspannung und den correspondirenden Temperaturen.

So hat man für ein Vacuum von:

70 cm eine Dampftemperatur von 43 ° C.

65 cm - - -52⁰C.

60 cm - - -61⁰C.

55 cm - - -67⁰C.

50 cm - - - 73⁰C.

45 cm - - - 77° C.

und so weiter. Wie aus der Curve (Fig. 5) ersichtlich ist, würde es erst bei einem Vacuum von 5 5 oder 50 cm möglich sein, die Temperatur des Mittels (Wasser etc.) im Wärmeaustauschgefäfs A auf ca. 65 bis 70 pCt. und darüber zu steigern, Temperaturen, welche man nothwendig erreichen mufs, wenn das erzeugte

(2. Auflage, ausgegeben am 4. September igoo.J

Warmwasser zweckentsprechend für die Anforderungen der in der Einleitung angeführten Industrien' sein soll.

Wie oben beschrieben, ist jedoch bei einer gut regulirten Maschine, welche mit vollkommener Expansion und Kondensation arbeitet, die Temperatur des Abdampfes selten höher als 40 bis 45⁰ C. und mithin zur Erreichung des oben erwähnten Zweckes ungenügend. .

Um dieses Erfordernifs zu erfüllen, passirt der Abdampf vor seinem Eintritt in den Einspritzkondensator einen Temperaturregulator C. Dieser Regulator C liegt in der Leitung zwischen dem Wärmeaustauschgefäfs A und dem Kondensator B und ist der wichtigste Theil der ganzen Anordnung; denn er gestattet, in dem Wärmeaustauschgefäfs A einen beliebigen Dampfdruck und folglich auch eine gewünschte Temperatur des Abdampfes constant zu erhalten.

Mit dieser Anordnung läfst sich in dem Wärmeaustauschgefäfs A warmes Wasser innerhalb der Temperaturgrenzen von 40 bis 85⁰C. erzeugen und aufserdem benutzt man noch die Dampfkondensation bei einer Spannungsdifferenz von 35 bis 65 cm Quecksilbersäule, je nach der vorgeschriebenen Temperaturhöhe des Abdampfes.

Der Kondensator besteht aus drei Theilen:

ι. dem Wärmeaustauschgefäfs A,

2. dem automatischen Temperaturregulator C,

3. dem Condensator B.

I. Das Austauschgefäfs A (Fig. 1) besteht aus drei verticalen Blechcylindern, welche in einander tauchen. Diese Construction ist deshalb so gewählt, um die Zerlegbarkeit in die einzelnen Theile behufs Reinigung zu erleichtern und um eine doppelte Circulation des Wassers zu erzielen, welche stets in der entgegengesetzten Richtung des Dampfstromes sich bewegt.

Der Dampf tritt oben durch den Stutzen a in den mittleren Cylinder b ein und verläfst denselben durch den unteren Stutzen c, nachdem er mehrere Querwände d berührt hat. Diese Querwände d sind horizontale oder schneckenförmige Blechsegmente, deren Zweck ist, einen Wirbel in der Dampfcirculation zu verursachen, so dafs nach einander alle Dampfmolecüle gezwungen sind, die Cylinderwände zu berühren. _:

Nachdem der Dampf das Wärmeaustauschgefäfs A durchströmt hat, geht er durch einen Wasserabscheider D.

In diesem Wasserabscheider D, welcher mit einem Wassermantel e umgeben ist, setzt sich das kondensirte Wasser ab und wird von der Kesselspeisepumpe abgesaugt.

Die Circulation des zu erwärmenden Mittels (Wasser, 5Ό² oder NJFf^s etc.) ist in entgegengesetztem Sinne zu der Strömung des Wärme abgebenden Mittels des Dampfes.

Das Wasser tritt kalt unten in das Hemd e des Wasserabscheiders D ein, wo es noch durch Abkühlung den Niederschlag der mit dem Abdampf mechanisch mitgerissenen Wasserbläschen bewirkt. Alsdann tritt es unten in den kleinen Wärmecylinder f durch das Einhängerohr h ein und verläfst denselben oben, nachdem es allmälig an Temperatur gewonnen hat, um von neuem unten in den grofsen Wärmecylinder g zu treten, wo es annähernd die Temperatur des Abdampfes erreicht.

Zur Verringerung des Wärmeverlustes durch Ausstrahlung ist das Wärmeaustauschgefäfs aufsen gut isolirt.

Im Gegensatz zu den Oberflächenkondensatoren (Röhrenkondensatoren), welche in der Marine gewöhnlich angewendet werden, ist hier das Volumen des Wärmeaustauschgefäfses im Verhältnifs zu seiner Heizfläche gröfser gewählt und dies aus dem Grunde, um eine grofse Menge Wasser zu haben, welches langsam circulirend lange in den Cylindern belassen wird, so dafs der Unterschied zwischen der Temperatur des. Wärme abgebenden Fluidums und des Wassers nur ein geringer ist.

II. Der Temperaturregulator C kann auf verschiedene Arten gebaut sein.

Der Regulator (Fig. 2) wirkt in der Weise, dafs er zu dem Abdampfe eine kleine bestimmte Menge Luft zutreten läfst, welche durch ihre Gegenwart die Spannung des Dampfes auf ein gewünschtes Mafs erhöht.

Ein 1-Stück//, welches in die Abdampfleitung zwischen dem Wärmeaustauschgefäfs A und dem Einspritzkondensator B eingeschaltet ist, trägt an seinem oberen Zweig einen konischen Teller, über welchem ein zweiter konischer Kegel m liegt, welcher mit / durch Flantschen verbunden ist. Zwischen diesen beiden Flantschen ist die kupferne Membran ο fest eingedichtet. Die Bedeckung des oberen Kegels m geschieht mittelst der kegelförmigen Haube η ebenfalls durch Flanschverbindung, zwischen welcher eine zweite, etwas kleinere Membran ρ eingeschaltet ist.
.. Beide Membranen sind unter sich in der Mitte wieder durch das Stahlrohr q verbunden, welches durch die beiden Muttern r und r¹ festgehalten ist. An dem oberen Ende des Stahlrohres q ist ein Halbkugelventil s eingeschraubt, welches mit dem Hebelarm \ durch das Scharnier t in Verbindung steht. Dieser Waagbalken \ ruht selbst in dem Zapfenlager u und trägt auf der einen Verlängerung das Gegen-

gewicht y und auf dem gröfseren Hebelarm das Gewicht x, welches durch die Schraubenspindel V vor- und zurückgefahren werden kann. Zu diesem Zweck greift die Schraubenspindel V in die auf dem Gewichte χ befestigte Mutter und trägt aufserdem noch die Kurbel W.

Die Wirkung dieses Differentialventiles ist folgende:

In dem Rohrstutzen /, Fig. 2, und dem daran gegossenen Kegel herrscht die Spannung P₀ des Abdampfes. Diese Spannung pflanzt sich fort in den Hohlraum der Haube n, und zwar durch das hohle Stahlstück q. In dem mittleren Zwischengehäuse m dagegen wirkt der atmosphärische Druck P₁, welcher durch das Loch k zur Wirkung gelangt.

In anderen Worten: Die untere Fläche der grofsen Membran 0 und die obere Fläche der kleinen Membran ρ sind der Spannung P₀ ausgesetzt, welche in der Abdampf leitung herrscht, während die obere Fläche der grofsen Membran ο und die untere der kleinen ρ dem atmosphärischen Druck P₁ ausgesetzt sind. In der Druckrichtung der Spannung P₀ wirkt auch noch die Last P₂ des Gewichtes x. Bezeichnet man mit S₁ und S.₂ die Flächen der grofsen und kleinen Membranen, so ist die Function des Differentialventiles dargestellt durch die Gleichung

P₁ (S₁ - SJ = P₀ (S₁ - SJ + P, (^p

worin I — I die Verhältnisse der Hebelarme des

Waagbalkens \ ausdrückt. Da nun P₁ = dem atmosphärischen Druck und auch P₂ = der Last des Gewichtes constante Grofsen sind,

so genügt es, das Verhältnifs

zu ändern,

d. h. das Gewicht χ auf seinem. Hebel ζ zu verschieben, um für P₀ eine gewünschte Gröfse zu erhalten.

P₀ wird durch das Manometer, welches auf den Stutzen h geschraubt ist, angegeben.. Da aber auch P₀ von der Temperatur des Abdampfes abhängig ist, so ist mit dem Einstellen des Gewichtes χ gleichzeitig auch die Erhaltung einer constanten Temperatur (von gewünschter Höhe) des Abdampfes verbunden.

Vorausgesetzt, es würde P₀ kleiner werden, so würde das durch obige Gleichung angedeutete Gleichgewicht gestört sein und

P₁ fö-S₂; > P₀ (S₁ - SJ + P₂ (Aj sein P₁ hätte somit die erforderliche Kraft, um das Oeffhen des Ventils s zu bewirken, welches etwas Luft eintreten läfst. Durch die Gegenwart der eingesaugten Luft wird P₀ sofort wieder wachsen, das Gleichgewicht der Drucke hergestellt sein, was den Schlufs des Ventils s zur Folge hat. Die Arbeitsweise des Differentialventils ist somit eine, fortlaufende Reihe von Schwingungen sämmtlicher beweglicher Theile, welche nach einander Schlufs und Oeffnung des Ventils s bewirken.

Ha. Eine Abänderung des eben beschriebenen Temperaturregulators ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt, und zwar ist letztere Construction gröfstentheils identisch mit Fig. 2.

Der wesentliche Unterschied der beiden Temperaturregulatoren der Fig. 3 und 4 im Verhältnifs zu demjenigen der Fig. 2 ist, dafs dieselben keinen Luftzutritt gestatten, sondern eine Drosselung des Abdampfes bewirken.

Bei Fig. 4 ist das Ventilgehäuse V ebenfalls in die Leitung zwischen dem Wärmeaustauschgefäfs und dem Kondensator eingeschaltet. Die Spannung des Abdampfes theilt sich dem Räume χ unter der grofsen Membran ^ mit und ebenfalls auch dem Räume x'² über der kleinen Membran y. Diese Verbindung ist durch eine hohle Stahlspindel s hergestellt. Der Zwischenraum x^l ist offen und folglich dem atmosphärischen Druck ausgesetzt. Die Druckwirkungen von P₁ und P₀ sind somit identisch, wie in Fig. 2 dargestellt, nur wirkt hier das Gegengewicht u direct auf die hohle Spindel s vermittelst des Hebels t. Anstatt dafs, wie in Fig. 2, die Schwingungen der Membranen das Oeffnen und Schliefsen eines Luftventils veranlassen, bewirken hier die Schwingungen der Membranen y und % das theilweise Oeffnen oder Drosseln des ausbalancirten cylindrischen Ventils q, welches den Dampfdurchtritt regulirt. Es wird somit in dem Wärmeaustauschgefäfs A, Fig. 1, eine etwas höhere Spannung erhalten als in dem Einspritzkondensator B, während bei Anwendung des Regulators (Fig. 2) die Dampfspannung in dem Wärmeaustauschgefäfs und Kondensator dieselbe ist.

Hb. Fig. 3 zeigt eine zweite Abänderung des Regulators. In dem X-Stück a, welches- ebenfalls in die Abdampfleitung eingeschaltet ist, bewegt sich eine Drosselklappe durch Zug der zweitheiligen, mit Scharnieren verbundenen Spindel &, welche zwei Blindscheiben dd trägt. Zwischen diesen Blindscheiben d ist das untere Ende des Blasebalges c aus Kupfer festgeschraubt, während das obere Ende des Blasebalges c in den Flantschen f und f^l festsitzt. Der bewegliche Mechanismus abcd ist aufserdem noch durch die Gegenspihdel g und die beiden Scharniere h und i in Verbindung mit dem Hebel / gesetzt. Auf dem Hebel / ist ebenfalls ein Gewicht ρ durch die Schraubenspindel m bewegbar.

In dem X-Stück α, in dem Gehäuse e und somit auch auf die ganze untere Seite des Blasebalges c ruht die Spannung P₀ des Abdampfes, während oberhalb des Blasebalges c bezw. der Blindscheiben d der atmosphärische Druck-P₁ lastet, da derselbe durch die Oeffnung der Calotte k zutreten kann.

Auch hier haben wir die Last des Gewichtes = P₂, welche sich mit P₀ = der inneren Spannung vereinigt, um P₁ dem atmosphärischen Druck das Gleichgewicht zu halten. Das Gleichgewicht ist ausgedrückt durch:

L T

—-1 ist wie oben das Verhältnifs der Hebel-

arme. Auch hier ist, da P₁ constant, nur ——

zu ändern, d. h. das Gegengewicht vor oder zurück zu drehen, um für P₀ eine gewünschte Gröfse zu erhalten, die direct auf dem Manometer abgelesen wird.

III. Der Einspritzkondensator. Nachdem der Abdampf durch das Wärmeaustauschgefäfs A, Fig. i, gegangen ist und dort bei einer durch den Regulator C aufrecht erhaltenen Temperatur theilweise seine latente Wärme abgegeben hat, tritt derselbe in den Einspritzkondensator, um daselbst vollkommen kondensirt zu werden.

Dieser Kondensator kann von der gewöhnlichen Construction der Einspritzkondensatoren sein, oder kann man an dessen Stelle eine gute rotirende Kolbenpumpe anwenden, welche ein genügendes Vacuum von 70 bis 75 pCt. erzeugen kann.

Claims

Pa tent-Ansprüche:

i. Ein Kondensationsapparat, gekennzeichnet durch einen Einspritzkondensator, ein vor demselben in die Abdampfleitung eingeschaltetes Wärmeaustauschgefäfs (A) und ein zwischen diesem Gefäfs und dem Einspritzkondensator eingeschaltetes Druckverminderungsventil, in welchem der Abdampf auf einer beliebigen Spannung und folglich bei einer beliebigen Temperatur gehalten wird, bei welcher derselbe den Haupttheil seiner latenten Wärme durch die metallenen Wandungen des Wärmeaustauschgefäfses hindurch an eine das letztere durchströmende Flüssigkeit abgiebt, um alsdann mit niederer Temperatur und entsprechend geringerem Druck behufs vollständiger Kondensation in den Einspritzkondensator überzuströmen, · so dafs ein Theil der Kondensationswärme des Wasserdampfes bei höher, gelegenen Temperaturen als diejenigen, welche dem vollkommenen Vacuum entsprechen, vor seiner Berührung mit dem Einspritzwasser zur Erwärmung von beliebigen Zwecken dienenden Flüssigkeiten nutzbar gemacht werden.
2. Ein Kondensationsapparat der durch Anspruch ι geschützten Art, bei welchem ein aus drei concentrischen Metallcylindern bestehendes Wärmeaustauschgefäfs (A) angewendet ist, in dessen inneren cylindrischen Hohlraum die durch den Abdampf zu erhitzende Flüssigkeit eingeführt, von dort in den äufseren ringförmigen Raum übergeleitet und dann zur Verwendungsstelle geführt wird, während der Heizdampf, durch den inneren ringförmigen Raum hindurchströmend, allseitig von der zu erwärmenden Flüssigkeit umgeben wird und so einen Theil seiner Kondensationswärme abgiebt.
3. Ein Kondensationsapparat der unter 2. bezeichneten Art, bei welchem ein Abscheider (D) angeordnet ist, welcher mit einem Wassermantel (e) umgeben ist und in directer Verbindung mit einer Speisepumpe steht, welche das warme kondensirte Wasser dem Dampfkessel zuführt.
4. Ein Kondensationsapparat der unter 1. gekennzeichneten Art, bei welchem zwischen dem Wärmeaustauschgefäfs und dem Einspritzkondensator ein Druck- und Temperaturregulator eingeschaltet ist, welcher aus einer mit dem Verschlufsorgan s durch ein starres Zugorgan verbundenen Doppelmembran besteht, die nach Fig. 2 an beiden Aufsenseiten dem Abdampf, an beiden Innenseiten dem Atmosphärendruck ausgesetzt ist und dadurch derart selbsttätig bewegt wird, dafs unter Vermittelung von Ausgleichsgewichten etc. die Spannung bezw. die Temperatur in dem Wärmeaustauschgefäfs durch Hinzutreten von atmosphärischer Luft in bestimmten regelbaren Mengen auf einer bestimmten, aber regelbaren Höhe gehalten werden kann.
5. Ein Kondensationsapparat der unter 4. gekennzeichneten Art mit Abänderung des daselbst gekennzeichneten Regulators in der Weise, dafs man, anstatt (wie in der Fig. 2 dargestellt) durch ein Verschlufsorgan s Luft zuzuführen, durch einen metallenen Blasebalg c, welcher mit der inneren Wan-

■ dung dem atmosphärischen Druck und mit seiner äufseren Wand dem Vacuum ausgesetzt ist, und durch seine Schwingungen eine schwingende Bewegung der Spindeln b b und ein theilweises Drosseln des Abdampfes durch die Drehklappe α bewirkt (s. Fig. 3), sowie die Beibehaltung eines constanten Vacuums von gewünschter Höhe, welches ebenfalls durch den Einflufs des

auf dem Hebelarm / durch die Spindel m beweglichen Gewichtes ρ erzielt -wird.
6. Ein Kondensationsapparat der unter 4. bezeichneten Art mit Abänderung des daselbst gekennzeichneten Regulators in der Weise, dafs wie in Fig. 4 in die Abdampf leitung V ein ausbalancirtes cylindrisches Ventil q eingeschaltet ist, welches den Dampfaustritt regulirt, und dessen Spiel durch die hohle Spindel s bewirkt wird, welche durch die Differentialmembranen y χ \ gehoben und gesenkt wird und durch deren Bohrung sich die Dampfspannung von ν nach x₂ fortpflanzt und durch den in x¹ herrschenden atmosphärischen Druck ausbalancirt wird, wobei ein auf dem Hebel t angebrachtes bewegliches Gewicht u direct an die hohle Spindel s angreift, zum Zweck, einen Ausgleich der Druckdifferenzen herbeizuführen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.