-
Heißdampfkühler Heiß-dampfkühler haben die Aufgabe, den von einer
Zentrale kommenden Heißdampf den für die einzelnen Verbrauchsstellen zulässigen
Temperaturen entsprechend in Dampf geringerer Überhitzung oder in Sattdampf umzuwandeln.
Es sind Dampfumwandler bekannt, in denen der Dampf durch mittelbare Kühlung, beispielsweise
über Kühlschlangen od. dgl., umgeformt wird. Da solche Anlagen jedoch außerordentlich
unwirtschaftlich arbeiten und auch verhältnismäßig kostspielig sind, ist man dazu
übergegangen, den Dampf durch Einspritzen von Kühlwasser unmittelbar zu kühlen.
So werden Hei.ßdampfumformer verwendet, bei denen das Kühlwasser in fein zerstäubtem
Zustand in den Dampfstrom eingeblasen wird, um innerhalb des Dampfraumes große Oberflächen
zu schaffen und damit eine möglichst kurzfristige Verdampfung und Kühlung herbeizuführen.
Dieses Verfahren hat jedoch mancherlei Nachteile: Zunächst wird für das Zerstäuben
ein hoher Wasserdruck benötigt. Ferner ist man auf die Anordnung vieler Düsen angewiesen,
die je nach der Lastschwankung ab- bzw. zugeschaltet werden müssen. Das Ab- und
Zuschalten der Düsen ist jedoch verhältnismäßig schwierig und gewährleistet insbesondere
bei ganz schwacher Last kein einwandfreies Arbeiten des Kühlers. Außerdem fällt
an solchen Kühlern stets überschüssiges
Kühlwasser an, das abgeführt
werden maß und nur selten in wirtschaftlicher Weise weiterverwertet werden kann.
-
Die gleichen Nachteile weist ein anderer zum Stande der Technik gehöriger
Heißdampfkühler auf, bei dem das unter hohem Druck durch Düsen zugeführte Kühlwasser
auf Kühlflächen aufgespritzt wird; die von dem zu kühlenden Dampf bespült -,verden.
Hier kommt aber noch hinzu, daß die Kühlflächen im Kühler nur schwierig zu befestigen
sind, zumal sie erheblichen Schwingungsbelastungen unterliegen, die dadurch hervorgerufen
werden, daß sich die Schwingungsfrequenzen des Dampfstromes bei Laständerungen ständig
verändern. Außerdem werden die Kühlflächen, da sie sowohl mit heißem Dampf als auch
mit Kühlwasser bespült werden, großen Wärmespannungen ausgesetzt. Schließlich maß
der in einem solchen Heißdampfkühler gekühlte Dampf, da er mit unverdampftem Kühlwasser
vermischt ist, in einer nachgeschalteten Dampftrockneranlage getrocknet werden.
-
Gegenstand der Erfindung ist nun ein Heißdampfkühler, der diese Nachteile
nicht hat und bei einfachstem Aufbau eine in jeder Hinsicht wirtschaftliche Dampfumformung
ermöglicht.
-
Erreicht wird das durch -die Anwendung eines besonders wirksamen Kühlprinzips,
bei dem der Heißdampf durch eine Leitvorrichtung zyklonartig mit dem Kühlmittel
verwirbelt wird. Zu diesem Zweck ist das Innere des vorzugsweise trommelförmig ausgebildeten
Heißidampfkühlers mit einem spiralförmig verlaufenden Einbau ausgestattet, der es
bewirkt, daß -der tangential in ihn eingeführte Dampf und das hinter dem Dampfeintritt
zufließende Wasser wie in. einem Zyklon gemischt, verwirbelt und der Dampf nach
Aasschleudern des zunächst noch nicht verdampften Wassers an .dem sich auf den Leitflächen
des Einbaus bildenden Wasserfilm vorbeigeführt und allmählich nach mehrfachem Umlauf
zur Achse des Einbaus abgedrüol-,t wird. Dabei wird der von dem umlaufenden Dampfstrom
ebenfalls in Drehung versetzte Wasserfilm ständig hinter dem tangentialen Einströmschlitz
des Einbaues vorbeigeführt und durch den hier nachströmenden Heißdannpf wiederum
zerstäubt. Hierdurch ergibt sich eine sehr intensive Kühlwirkung, die sich zur Hauptsache
auf die äußeren Zonen des spiraligen Zyklons erstreckt, während die achsnahen Zonen
lediglich den spezifisch leichteren, zunehmend trockener werdenden Dampf führen.,
der schließlich je nach dem Kühlwasserzusatz als überhitzter Dampf oder Sattdämpf
bestimmter Temperatur axial aus dem Kühler austritt.
-
Im einzelnen seien .die bauliche Ausgestaltung des Heißdampfkühlers
nach der Erfindung und seine Arbeitsweise an einigen in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigt-Fig. i einen Heißdampfkühler im Querschnitt,
Fi.g. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1, _ -Fig. 3 die Aufsicht auf
.den Kühler nach Fig. i, Fig. q. einen Heiß,dampfkühler mit in die Einströmkammer
eingezogenem Schutzmantel, -F ig. 5 einen Kühler mit rechtwinklig zueinander angeordneten
Anschlußstutzen für den Dampfein-bzw. -austritt und F ig. 6 einen Schnitt nach der
Linie VI-VI der Fig. 5.
-
Der Heißdampfkühler nach der Erfindung besteht im wesentlichen aus
dem in einer Trommel angeordneten, spiralförmig verlaufenden Einbau 2, der sich
aus einem eingängig gewundenen, mit Randflanschen 3, 4 versehenen Mantel 5 aufbaut.
Die sich mit Abstand überlappenden Ränder 6, 7 des Mantels 5 schließen einen tangential
liegenden Einströmschlitz 8 ein, während die Randflansche 3, 4 zwischen sich axial
liegende Öffnungen 9, :io für den Dampfaustritt frei lassen.
-
Der zu kühlende Heißdampf strömt über den an die Zuleitung anzuschließenden
Einlaßstutzen i i der Trommel i in die Einströmkammer 12 ein, in der sich der Dampf
über die ganze Breite des Kühlers verteilt, um :danach mit hoher Geschwindigkeit
durch den Einströmschlitz 8 in das Spiralgehäus"# 2 einzutreten. Durch den spiralig
gewundenen Mantel 5 wird der Dampfstrom in hohe Drehungen versetzt und. mit dem
mitgerissenen, über die Einlaßöffnunaen 13 ohne Überdruck zugeführten Kühlwasser
innig verwirbelt. Der sich drehende Dampfstrom wird dabei durch,den nachströmenden
Dampf mehr und mehr auf die Achse 14 des Spiralgehäuses abgedrückt, während das
unverdampfte Kühlwasser zufolge seines größeren spezifischen Gewichtes unter Wirkung
der Zentrifugalkraft auf den Gehäusemantel aasgeschleudert wird, wo es ebenfalls,
wenn auch mit geringerer Winkelgeschwindigkeit, umläuft. Durch die zwischen Dampf
und Wasser vorhandene Relativgeschwindigkeit tritt bereits eine starke Kühlung des
Dampfes ein. .Diese Wirkung wird noch ganz beträchtlich dadurch gesteigert, daß
die an dein Einströmschlitz 8 vorbeilaufende Wasserschicht durch den nachströmenden
Heißdampf wiederum zerstäubt und mithin eine große Verdampfungsoberfläche im Kühler
ständig aufrechterhalten wird. Die dabei nicht verdampfenden Wasserteilchen werden
wiederum auf den Mante15 zurückgeworfen, und der oben beschriebene Vorgang spielt
sich erneut ab. Dabei ist es nun wesentlich, daß die achsnahen Zonen durch die Zentrifugalwirkung
des Zyklons praktisch wasserfrei bleiben, mithin .der sich hier sammelnde Dampf
nicht nur ausreichend gekühlt, sondern auch gleichzeitig ge-
trocknet ist
und als Satt- oder überhitzter Dampf durch die axial angeordneten Öffnungen 9, ro
seitlich in die zwischen Einbau 2 und Trommel,i befindliche Ausströmkammer 15 entweichen
und von dort über den Auslaß@stutzen ,ii6 und die Dampfableitung den einzelnen Verbraucherstellen
zugeführt werden kann.
-
Wie sich gezeigt hat, stellen sich schon bei normalen Dampfgeschwindigkeiten
Umdrehungszahlen von rund Moo bis igoo Umdrehungen pro Minute
ein.
Bei diesen Verhältnissen werden außerordentlich hohe Zentrifu,galkräfte sowie hohe
Kühlwassergeschwindigkeiten zum Mischen des Wassers mit dem eintretenden Dampf erreicht.
Durch Erhöhen der Dampfgeschwindigkeit kann .die Kühlwirkung verstärkt werden, ohne
daß dabei ein nennenswerter Druckverlust im Heißdampfkühler eintritt. Ferner kann
die Zentrifugalkraft durch Verkleinern des Gehäusedurchmessers beträchtlich gesteigert
werden. Die Beanspruchung ,des Spiralgehäuses ist dennoch gering und erfordert keine
besonderen baulichen Maßnahmen.
-
Für auf besonders hohe Drücke und Temperaturdifferenzen beanspruchte
Heißdampfkühler empfiehlt sich eine Kühlerausbildung nach Fig. 4, bei der die druckhaltenden
Flächen der Kühlertrommel durch einen in die Einströmkammer 12 eingezogenen Schutzmantel
17 gegen den Heißdampf abgeschirmt werden. Hierbei werden also die druckhaltenden
Flächen nicht allein gegen den sich im Einbau abspielenden Kühlvorgang abgeschirmt,
sondern darüber hinaus auch gegen den Heißdampf. Das hat den Vorteil, daß die in
der Kühltrommel, i auftretenden Wärmespannungen verhältnismäßig gering sind, mithin
Rißbildungen vermieden werden.
-
Die Anordnung des den wesentlichen Bestandteil des Heißdampfkühlers
bildenden spiralig verlaufenden. Einbaus 2 innerhalb der Trommel i hat auch noch
den Vorteil, daß der Kühler bei entsprechender Ausgestaltung der Anschlußstutzen
bequem an jede Leitung angeschlossen werden kann, da die gegenseitige Anordnung
der Stutzen beliebig ist und, wie Fig. 5 zeigt, beispielsweise rechtwinklig sein
kann. Wesentlich ist dabei nur, daß die einzelnen Strömungsquerschnitte innerhalb
des Kühlers so bemessen "werden, daß sie nicht unterhalb der Leitungsquerschnitte
liegen.
-
Die Regelung des Kühlers .ist äußerst einfach. Sie kann durch einen
in die Dampfableitung eingebauten Thermostaten erfolgen, der in an sich bekannter
Weise .mit einem die Kühlwasserzufuhr steuernden, hier nicht gezeichneten Regelventil
zusammenarbeitet. Da infolge der Zentrifugalwirkung kein Wasser durchschlagen kann,
sind die Anforderungen an den Regler gering. Weitere Armaturen sind nicht erforderlich.
-
Der Heißdampfkühler nach der Erfindung erlaubt somit bei allen Belastungen
eine auf einfachste Weise erzielbare Dampfumformung innerhalb größter Kühlbreiten
bis herunter zur Sattdampftemperatur. Werden bezüglich der Schwachlast besonders
hohe Anforderungen gestellt, so kann durch den Einbau einer zusätzlichen Lenkzunge
innerhalb des Spiralgehäuses die Kühlwirkung noch gesteigert werden. Ein weiterer
Vorteil ergibt sich daraus, daß man den Kühler anstatt mit Kühlwasserkondensat bzw.
-destillat auch .mit einsfachem Wasser befahren kann. Die Salze werden dabei im
Spiralgehäuse auf ein Mehrfaches eingedickt und können nach verhältnismäßig langer
Reisezeit des Kühlers wieder mit einem Teil des Kühlwassers abgelaugt werden.