DE69504456T2 - Kondensator - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kondensator. Genauer betrifft die vorliegende Erfindung einen Mantel- und Rohrkondensator zum Kondensieren von Dampf zu Flüssigkeit, und welcher einen Unterkühler zum Kühlen der kondensierten Flüssigkeit unter die Sättigungstemperatur hat.
• Bei herkömmlichen Kondensatoren, wie beim Kondensator 10A, der in der Fig. 1 gezeigt ist, reduzieren Kondensatorrohre 30A die Temperatur von Dampf, der in den Kondensator eintritt, was den Dampf veranlaßt, zu Flüssigkeit zu kondensieren. Bevor die Flüssigkeit den Kondensator 10A verläßt, wird sie durch Unterkühlerrohre 50A, die in einem Unterkühlerabteil 40A angeordnet sind, weiter gekühlt. Das Unterkühlerabteil 40A steuert die Strömung der Flüssigkeit über die Unterkühlerrohre 50A.
• Vorzugsweise tritt kein Dampf in das Unterkühlerabteil 40A ein. Ein Zulassen, daß Dampf in das Unterkühlerabteil 40A eintritt, verringert die Effizienz des Unterkühlers, da die Konvektionswärmeübertragungsrate in der Dampfphase viel geringer als in der Flüssigkeitsphase ist. Ferner es kann ein Zulassen, daß Dampf in das Unterkühlerabteil 40A eintritt, Dampf gestatten, den Kondensator 10A zu verlassen, wodurch die Effizienz des Systems verringert wird.
• Das Einhüllen des Unterkühlerabteils 40A in einem Flüssigkeitsreservoir 70A, das über die volle Länge des Kondensators 10A verläuft, bildet eine Flüssigkeitsdichtung, die Dampf am Eindringen in das Unterkühlerabteil hindert. Wie in der Fig. 1 illustriert ist, muß sich das Reservoir 70A gut über den Eingang zum Unterkühlerabteil 40A erstrecken, um Dampf daran zu hindern, in der Flüssigkeit mitgeführt zu werden, die in das Unterkühlerabteil fließt. Zum Beispiel muß das Reservoir 70A weit genug oberhalb des Eingangs verlaufen, um Dampf innerhalb des Strudels 75A, der typischerweise bei hohen Flußraten gebildet wird, am Eindringen in das Unterkühlerabteil zu hindern.
• Das große Flüssigkeitsreservoir, das erforderlich ist, um die Dichtung zu bilden, kann signifikant zu den Anfangs- und Betriebskosten des Kondensators beitragen. Zum Beispiel wurde Kühlmittel aufgrund von Industrieänderungen sehr teuer, die es erfordern, umweltmäßig intakt zu sein. Somit erhöht das große Reservoir an flüssigem Kühlmittel, das in einem Kühlmittelkondensator benötigt wird, signifikant seine Anfangs- und Betriebskosten.
• Ein Ziel der Erfindung ist es, das Volumen der Flüssigkeit in Kondensatorreservoiren zu verringern, ohne die Kondensatoreffizienz zu verringern.
• Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, die Anfangs- und Betriebskosten von Kondensatoren zu verringern.
• Zusätzliche Ziele und Vorteile der Erfindung werden teilweise in der Beschreibung, die folgt, dargestellt und sind teilweise anhand der Beschreibung offensichtlich, oder können durch Ausführen der Erfindung erfahren werden. Die Ziele und Vorteile der Erfindung werden realisiert und erhalten mittels der Elemente und Kombinationen, die insbesondere in den angefügten Ansprüchen aufgezeigt sind.
• Die Erfindung, wie sie ausgeführt und breit beschrieben ist hierin, enthält einen Kondensator, der einen Kondensatormantel, der einen Reservoirteil hat, Kondensatorrohre zum Kühlen von Dampf, der über die Kondensatorrohre strömt, um den Dampf zu veranlassen, zu einer Flüssigkeit zu kondensieren und in den Reservoirteil zu fließen, Unterkühlerrohre zum Kühlen von Flüssigkeit in dem Reservoirteil, ein Unterkühlerabteil zum Unterbringen der Unterkühlerrohre, welches Unterkühlerabteil einen Eingang hat, durch welchen die Flüssigkeit innerhalb des Reservoirteils in das Unterkühlerabteil und über die Unterkühlerrohre strömt, und ein Drainagebauteil zum Bilden eines Hohlraums in dem Reservoirteil und mit einer oberen Oberfläche enthält, die relativ zu einer Horizontalebene geneigt ist, um die Flüssigkeit von den Kondensatorrohren zum Eingang des Unterkühlerabteils zu leiten.
• Der Kondensator der vorliegenden Erfindung erfordert es, daß weniger Flüssigkeit den Reservoirteil füllt, da das Drainagebauteil Raum in dem Reservoirteil einnimmt. Somit verwendet der Kondensator weniger Flüssigkeit, um die Flüssigkeitsdichtung zu bilden, die für einen effizienten Unterkühler- und Systembetrieb erforderlich ist.
• Es ist verständlich, daß sowohl die vorhergehende allgemeine Beschreibung, als auch die nachfolgende genaue Beschreibung für die Erfindung, wie sie beansprucht ist, nur exemplarisch und erklärend und nicht beschränkend sind.
• Die begleitenden Zeichnungen, die enthalten sind in und einen Teil bilden von dieser Beschreibung illustrieren eine Ausführung der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erklären der Prinzipien der Erfindung.
• Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines Kondensators des Standes der Technik,
• Fig. 2 ist eine Schnittansicht einer Ausführung des Kondensators der vorliegenden Erfindung,
• Fig. 3 ist eine Schnittansicht des Kondensators längs der Linie 3-3 von Fig. 2,
• Fig. 4 ist eine Schnittansicht des Kondensators längs der Linie 4-4 von Fig. 2, und
• Fig. 5 ist eine Schnittansicht des Kondensators längs der Linie 5-5 von Fig. 2.
• Nun wird genau auf die gegenwärtig bevorzugte Ausführung der Erfindung, wovon ein Beispiel in den begleitenden Zeichnungen illustriert ist, Bezug genommen. Wo immer es möglich ist, werden dieselben Bezugszeichen durch die Zeichnungen hindurch verwendet, um auf dieselben oder ähnliche Teile Bezug zu nehmen.
• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kondensator, der Dampf zu Flüssigkeit kondensiert. Der Kondensator der vorliegenden Erfindung hat vorzugsweise den Mantel- und Rohraufbau und ist insbesondere vorteilhaft, wenn er verwendet wird, um Kühlmitteldampf zu kondensieren. Jedoch kann er verwendet werden, um andere Dämpfe zu kondensieren, wie zum Beispiel Wasser- oder Petroleumprodukte.
• Eine bevorzugte Ausführung des Kondensators der vorliegenden Erfindung ist in der Fig. 2 gezeigt und ist allgemein durch das Bezugszeichen 10 bezeichnet. Gemäß der Erfindung enthält der Kondensator 10 einen Kondensatormantel mit einem Reservoirteil, Kondensatorrohre zum Kühlen von Dampf, um ihn zu einer Flüssigkeit zu kondensieren, Unterkühlerrohre zum Kühlen der Flüssigkeit in dem Reservoirteil, ein Unterkühlerabteil zum Unterbringen der Unterkühlerrohre und ein Drainagebauteil zum Bilden eines Hohlraums in dem Reservoirteil und Leiten der Flüssigkeit zum Eingang des Unterkühlerabteils.
• Wie hierin ausgeführt ist, enthält der Kondensatormantel 20 Stirnplatten 24 und 25, die an entgegengesetzten Enden eines länglichen, im wesentlichen zylindrischen Gehäuses 21 angeordnet sind. Ein Dampfeinlaß 22 und ein Flüssigkeitsauslaß 23 gestatten Dampf einzudringen in den bzw. Flüssigkeit auszulaufen aus dem Kondensatormantel 20.
• Dampf, der in den Kondensatormantel 20 durch den Dampfeinlaß 22 eindringt, strömt über Kondensatorrohre 30. Wie hierin ausgeführt ist, sind die Kondensatorrohre 30 ein Bündel von Rohren, die im wesentlichen in der Horizontalrichtung zwischen den Stirnplatten 24 und 25 verlaufen. Kühlmittel, das durch die Kondensatorrohre 30 fließt, veranlaßt sie, den Dampf zu kühlen und zu einer Flüssigkeit zu kondensieren.
• Die Flüssigkeit sammelt sich in einem Reservoirteil 55 und bildet eine Flüssigkeitsdichtung am Eingang 45 zum Unterkühlerabteil 40. Wie hierin ausgeführt ist, enthält das Unterkühlerabteil 40 eine im wesentlichen rechtwinklige obere Wand 41, untere Wand 42, Seitenwand 43 und Seitenwand 44 (Fig. 3). Flüssigkeit, die im Reservoirteil 55 gesammelt ist, tritt in das Unterkühlerabteil 40 durch den Eingang 45 ein, wird axial über Unterkühlerrohre 50 durch die Wände 41, 42, 43 und 44 geleitet und tritt durch den Ausgang 46 zum Flüssigkeitsauslaß 23 des Kondensatormantels 20 aus.
• Die Unterkühlerrohre 50 kühlen die Flüssigkeit, die durch das Unterkühlerabteil 40 hindurchgeht. Wie hierin ausgeführt ist, sind die Unterkühlerrohre 50 ein Bündel von Rohren, die an entgegengesetzten Enden mit den Stirnplatten 24 und 25 verbunden sind und im wesentlichen in der Horizontalrichtung verlaufen. Kühlmittel, das durch die Unterkühlerrohre 50 fließt, veranlaßt sie vorzugsweise, die Flüssigkeit unter die Sättigungstemperatur zu kühlen.
• Wasser ist das bevorzugte Kühlmittel, das durch die Kondensatorrohre 30 und die Unterkühlerrohre 50 fließt, jedoch könnten anderen Kühlmittel verwendet werden, um die Erfindung auszuführen. Das bevorzugte System zum Verteilen von Kühlmittel durch Kondensatorrohre 30 und Unterkühlerrohre 50 enthält ein Paar von Kästen 26 und 29, die mit den Stirnplatten 24 bzw. 25 verbunden sind. Kühlmittel tritt in den Kasten 26 durch einen Kühlmitteleinlaß 27 ein und wird durch Unterkühlerrohre 50 und einige der unteren Kondensatorrohre 30 verteilt. Das Kühlmittel geht als nächstes durch den Kasten 29 und tritt in die verbleibenden Kondensatorrohre 30 ein. Das Kühlmittel tritt durch einen Kühlmittelauslaß 28 am Kasten 26 aus.
• Obwohl das oben beschriebene Kühlmittelverteilungssystem bevorzugt ist, könnten andere zum Ausführen der Erfindung verwendet werden. Zum Beispiel kann Kühlmittel in einen Kasten eintreten, der an der Stirnplatte 24 angebracht ist, durch alle Kondensator- und Unterkühlerrohre verteilt werden und dann durch einen Kasten austreten, der an der Stirnplatte 25 angebracht ist.
• Der Kondensator der vorliegenden Erfindung enthält ein Drainagebauteil zum Verringern des Flüssigkeitsvolumens, das erforderlich ist, um das Reservoir zu bilden, das den Unterkühlereingang 45 abdichtet. Wie hierin ausgeführt ist, enthält das Drainagebauteil 60 ein Drainageplatte 61, eine Vorderplatte 62, eine Zwischenplatte 63 und eine Rückplatte 64, die einen Hohlraum 67 im Reservoirteil 55 bilden. Der Ausdruck "Hohlraum" wird hierin verwendet, um auf die Abwesenheit von Kondensat Bezug zu nehmen. Vorzugsweise nimmt Dampf den Hohlraum 67 ein. Jedoch könnte er von anderen Füllmaterialien eingenommen sein.
• Die Drainageplatte 61 bildet eine relativ zu einer horizontalen Ebene geneigte obere Oberfläche, die Kondensat von den Kondensatorrohren 30 zum Unterkühlereingang 45 leitet. Wie in der Fig. 2 gezeigt ist, verläuft die Drainageplatte 61 vorzugsweise von der Stirnplatte 24 zum Unterkühlereingang 45. Wie in der Fig. 3 gezeigt ist, verläuft die Drainageplatte 61 vorzugsweise von einer Seite des Gehäuses 21 zur anderen. Verschweißen der Ränder der Drainageplatte 61 mit der Vorderplatte 62 und dem Gehäuse 21 bildet Dichtungen, die Flüssigkeit am Eindringen in den Hohlraum 67 hindern. Eine Dichtung ist an einem oberen Ende der Drainageplatte 61 durch deren Anschweißen an einen abgewinkelten Dichtstreifen 65 gebildet, der an der Stirnplatte 24 anliegt.
• Der Neigungswinkel zwischen der Drainageplatte 61 und der horizontalen Ebene wurde analytisch gestaltet unter Verwendung der Offenkanalströmungstheorie. Vorzugsweise ist ein Winkel innerhalb des Bereichs von 2º bis 5º zwischen der Drainageplatte 61 und der horizontalen Ebene ausgebildet. Der optimale Wert des Winkels hängt von der Volumenströmungsrate der Flüssigkeit, der Breite des Kondensatormantels und der axialen Verteilung des Kondensats längs des Mantels ab. Dieser Winkel erhöht die Drainagerate durch Zuweisen einer zusätzlichen Gravitationskomponente zu den Kräften, die auf die Flüssigkeit wirken. Für ein festes Tonnage- (und daher festes Volumenströmungsraten-) System verringert diese zusätzliche Kraft die Höhe von Flüssigkeit, die die Drainageplatte 61 abwärts fließt.
• Die verringerte Höhe der Flüssigkeit auf der Drainageplatte 61 unterstützt die Strömung der Flüssigkeit. Zum Beispiel erstrecken sich Rohrhalteplatten 80 gera de über die Drainageplatte 61. Am oberen Ende der Drainageplatte 61 können die Halteplatten 80 ausreichend nahe an der Drainageplatte 61 sein, um die Strömung der Flüssigkeit zu behindern. Aufgrund der verringerten Flüssigkeitshöhe, die aus dem bevorzugten Neigungswinkel resultiert, behindern die Halteplatten 80 die Strömung der Flüssigkeit bei der vorliegenden Erfindung nicht.
• Die Vorderplatte 62 hindert die Flüssigkeit im Reservoirteil 55 am Strömen in den Hohlraum 67. Die Vorderplatte 62 verläuft vorzugsweise im wesentlichen senkrecht zur Horizontalebene. Wie in der Fig. 2 gezeigt ist, sind die inneren Ränder der Vorderplatte 62 vorzugsweise an das Unterkühlerabteil 40 am Eingang 45 geschweißt, und die äußeren Ränder sind vorzugsweise an das Gehäuse 21 und an die Drainageplatte 61 geschweißt.
• Die Zwischenplatte 63 hindert die Flüssigkeit im Unterkühlerauslaß 46 am Strömen in den Hohlraum 67. Die Zwischenplatte 63 verläuft vorzugsweise im wesentlichen senkrecht zur Horizontalebene und ist zwischen dem Gehäuse 61 und der unteren Wand 42 des Unterkühlerabteils 40 eingeschweißt.
• Der obere Teil der Rückplatte 64 hindert die Flüssigkeit im Reservoirteil 55 am Strömen in den Hohlraum 67. Die Rückplatte 64 verläuft vorzugsweise im wesentlichen senkrecht zur Horizontalebene. Wie in der Fig. 4 gezeigt ist, ist die Rückplatte 64 vorzugsweise längs ihrer Oberseite an die Drainageplatte 61 und längs ihrer äußeren Ränder an das Gehäuse 21 geschweißt. Die inneren Ränder der Rückplatte 64 sind vorzugsweise an den Umfang der Wände des Unterkühlerabteils 40 geschweißt. Wie in den Fig. 2 und 4 gezeigt ist, ist ein Flüssigkeitsdurchgang 66 zwischen dem Boden des Kondensatormantels 20 und der Rückplatte 64 vorgesehen. Da diese Flüssigkeit in der Öffnung geringfügig niedrigerem Druck ausgesetzt ist, als der Dampf um die Kondensatorrohre 30, kann jegliche Flüssigkeit, die ihren Weg hinter den abgewinkelten Abdichtstreifen 65 gefunden haben kann, in das Unterkühlerabteil 40 zurück ablaufen.
• Das Drainagebauteil 60 nimmt Raum im Reservoirteil 55 ein, der andernfalls durch Flüssigkeit eingenommen wäre. Somit verringert das Drainagebauteil 60 die Flüssigkeitsmenge, die im Reservoirteil 55 erforderlich wäre, um eine Flüssigkeitsdichtung am Unterkühlereingang 45 bereitzustellen. Entsprechend erfordert der Kondensator der vorliegenden Erfindung weniger Flüssigkeit in dem Reservoir als herkömmliche Kondensatoren, wobei er doch ähnliche Unterkühler- und Systemeffizienz bereitstellt. Der Hohlraum 67, der in dem Reservoir durch das Drainagebauteil 60 geschaffen ist, kann die Flüssigkeitsmenge, die zum Aufrechterhalten einer Flüssigkeitsdichtung benötigt wird, im Durchschnitt um 16-25% verringern.
• Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, sind ein Dampfabzug 70 und ein Flüssigkeitsabfluß 71 vorzugsweise vorgesehen, um jeglichen Dampf bzw. jegliche Flüssigkeit zu entfernen, der/die in den Hohlraum 67 eintreten kann. Wie hierin ausgeführt ist, ist der Dampfabzug 70 ein Rohr, das den Hohlraum 67 mit dem Bereich verbindet, der die Kondensatorrohre 30 umgibt, wodurch es Dampf in dem Hohlraum 67 gestattet ist, zu den Kondensatorrohren 30 zu strömen. Wie hierin ausgeführt ist, ist der Flüssigkeitsabfluß 71 ein Rohr, daß den Hohlraum 67 mit dem Flüssigkeitsauslaß 23 verbindet, um es dadurch Flüssigkeit in dem Hohlraum 67 zu gestatten, in den Flüssigkeitsauslaß 23 abzulaufen.
• Es ist für jene, die mit der Technik vertraut sind, offensichtlich, daß verschiedene Modifikationen und Variationen bei dem Kondensator der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden können, ohne vom Bereich oder Sinn der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel könnte die Erfindung ebenfalls mit einem Kondensator ausgeführt werden, der ein Unterkühlerabteil und Unterkühlerrohre hat, die außerhalb des Kondensatormantels liegen. Bei einer derartigen Anordnung verbleibt der Eingang zum Unterkühlerabteil 40 innerhalb des Kondensatormantels, wodurch eine Flüssigkeitsdichtung erforderlich ist, die durch ein Reservoir bereitgestellt wird. Somit ist die Erfindung nützlich beim Verringern der Flüssigkeitsmenge, die zum Füllen jenes Reservoirs erforderlich ist.
• Andere Ausführungen der Erfindung werden für jene, die mit der Technik vertraut sind, durch Betrachtung der Beschreibung und Ausführung der hierin offenbarten Erfindung deutlich. Es ist beabsichtigt, daß die Beschreibung und Beispiele nur als exemplarisch betrachtet werden, wobei ein tatsächlicher Bereich der Erfindung durch die folgenden Ansprüche angegeben ist.

Claims (12)

1. Kondensator, enthaltend:

einen Kondensatormantel, der ein Reservoirteil hat,

einen Dampfeinlaß, durch welchen Dampf in den Kondensatormantel eintritt, Kondensatorrohre zum Kühlen von Dampf, der über die Kondensatorrohre strömt, um den Dampf zu veranlassen, zu einer Flüssigkeit zu kondensieren und in den Reservoirteil zu strömen,

Unterkühlerrohre zum Kühlen von Flüssigkeit in dem Reservoirteil, ein Unterkühlerabteil zum Unterbringen der Unterkühlerrohre, welches Unterkühlerabteil einen Eingang hat, durch welchen die Flüssigkeit innerhalb des Reservoirteils in das Unterkühlerabteil und über die Unterkühlerrohre strömt, und

ein Drainagebauteil zum Bilden eines Hohlraums in dem Reservoirteil und mit einer oberen Oberfläche, die relativ zu einer horizontalen Ebene geneigt ist, um die Flüssigkeit von den Kondensatorrohren zum Eingang des Unterkühlerabteils zu leiten.

2. Kondensator nach Anspruch 1, wobei ein Winkel innerhalb des Bereichs von 2º bis 5º zwischen der oberen Oberfläche und der horizontalen Ebene gebildet ist.

3. Kondensator nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Drainagebauteil eine Drainageplatte enthält, um Flüssigkeit am Eintreten in den Hohlraum zu hindern, wobei die Drainageplatte die obere Oberfläche des Drainagebauteils bildet.

4. Kondensator nach Anspruch 3, wobei die Drainageplatte von einem Ende des Kondensatormantels zum Eingang zum Unterkühlerabteil verläuft und von einer Seite des Kondensatormantels zu einer anderen Seite verläuft.

5. Kondensator nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, wobei die Drainageplatte im wesentlichen eben ist.

6. Kondensator nach einem der Ansprüche 3 bis 5, ferner enthaltend eine Vorderplatte, um Flüssigkeit am Eintreten in den Hohlraum zu hindern, wobei die Vorderplatte mit der Drainageplatte und dem Eingang zum Unterkühlerabteil verbunden ist.

7. Kondensator nach Anspruch 6, wobei die Vorderplatte im wesentlichen senkrecht zur Horizontalebene verläuft.

8. Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Dampf den Hohlraum einnimmt.

9. Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner enthaltend eine Flüssigkeitsabflußleitung zum Ableiten von Flüssigkeit aus dem Hohlraum.

10. Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner enthaltend eine Dampfauslaßleitung, um es Dampf in dem Hohlraum zu gestatten, den Hohlraum zu verlassen und über die Kondensatorrohre zu strömen.

11. Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Unterkühlerrohre und das Unterkühlerabteil innerhalb des Kondensatormantels angeordnet sind.

12. Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Dampf Kühlmittel ist.