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Einrichtung zur Ausnutzung des Wärmeinhalts von Kondensat Die Erfindung
bezieht sich auf eine Einrichtung, die dazu dient, den Wärmeinhalt des Kondensats,
welches beispielsweise nach dem Durchströmen eines dampfbeheizten Wärmeaustauschers
anfällt, dadurch nutzbar zu machen, daß dieses Kondensat vorübergehend entspannt
und der dabei entstehende Dampf unter Wiederverdichtung erneut zu Heizzwecken verwendet
wird.
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Bekannt sind bereits Einrichtungen, die gleichen oder ähnlichen Zwecken
dienen. Bekannt sind beispielsweise bereits Einrichtungen, bei denen der mit dem
Kondensat unmittelbar am Austritt aus dem Wärmeaustauscher anfallende Dampf durch
ein - Strahlgerät abgesaugt und erneut zusammen mit Frischdampf, der als Treibdampf
im Strahlgerät dient, dem Wärmeaustauscher zugeführt wird. Derartige Einrichtungen
haben jedoch nicht die Wirkung des Erfindungsgegenstandes, da die Dampfentnahme
an einer Stelle erfolgt, wo das änfallende Kondensat nicht oder nur wenig entspannt
ist. Infolgedessen wird die in dem Kondensat enthaltene Wärme nicht öder doch nur
sehr unvollkommen dazu nutzbar gemacht, einen Teil des Kondensats im Vorgang des
Nachverdampfens wieder in Dampf zu verwandeln.
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Bekannt sind auch bereits Einrichtungen, bei welchen durch ein Strahlgerät
der Dampf abgesaugt wird, der dort entsteht, wo das Kondensat
am
Austritt hinter einem Dampfwasserableiter entspannt ist. Dieser gewonnene Dampf
wird zur Wiederverwendung in eine Dampfleitung gedrückt, deren Druck in der Regel
wesentlich höher liegt als der Druck des entspannten Kondensats. Um aber dieses
erhöhte Druckgefälle auf der Saugseite eines Strahlgerätes zu überwinden, ist eine
unverhältnismäßig große Treibdampfmenge von hohem Druck erforderlich, wodurch die
Einrichtung in ihrer Arbeitsweise unwirtschaftlich wird.
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Bekannt ist ferner auch bereits, Dampf durch in einer Düse erfolgende
relativ kleine Druckabsenkung des heißen Wassers zu erzeugen, wobei die Druckabsenkung
etwa zo°/o.des Ursprungsdruckes beträgt. In diesem Fall liegt zwar der Druck des
entspannten Kondensats' nicht wesentlich unter dem Druck der Dampfleitung, in welche
der gewonnene Dampf gedrückt wird, und es bedarf demzufolge auch nicht einer so
großen Treibdampfmenge von hohem Druck, um den gewonnenen Dampf in die denselben
aufnehmende Dampfleitung zu drücken, aber es ist auch einleuchtend, daß bei einer
derart relativ kleinen Druckabsenkung auch nur ein sehr kleiner Teil der aus dem
Kondensat gewinnbaren Dampfmenge gewonnen wird. Die Ausnutzung des Wärmeinhaltes
des Kondensats ist also nur äußerst unvollkommen.
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Die den bisher bekannten Einrichtungen dieser Art anhaftenden Mängel
zu beseitigen, ist Aufgabe der Erfindung. Die erfindungsgemäße Einrichtung dient
dazu, den gesamten oder doch annähernd gesamten aus der Wärme des Kondensats gewinnbaren
Dampf ohne oder mit nur geringem Aufwand an Frischdampf aus dem Kondensat zu. gewinnen,
bevor dasselbe nach dem Austritt aus einem Dampfwasserableiter entspannt ist: Erfindungsgemäß
wird die Aufgabe gelöst durch eine vorübergehende Entspannung des Kondensats vor
dem Dampfwasserableiter. Zu diesem Zweck ist in der Kondensatleitung eine düsenförmige-
Einschnürung vorgesehen. Beim Durchströmen einer Flüssigkeit durch eine derartige
düsenförmige Verengung entsteht bekanntlich in dieser eine erhöhte Durchflußgeschwindigkeit
bei entsprechender Drucksenkung. Schließt sich an die Verengung eine Erweiterung
bis auf den Querschnitt der Zuflußleitung vor der Verengung an, so wird durch Rückumwandlung
der erhöhten Geschwindigkeit in Druck bis auf einen geringen Verlust der ursprüngliche
Druck wieder hergestellt. Wird nun heißes Kondensat durch eine .solche Einschnürung
geleitet und sinkt dabei der Druck so weit ab, daß die diesem niederen Druck zugeordnete
Sattdampftemperatur unter der Temperatur des durchströmenden Kondensats liegt, so
bewirkt die im Kondensat enthaltene überschüssige Wärme im Bereich des niederen
Druckes eine Verdampfung eines Teiles des Kondensats.
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Zwecks Abscheidung des Restkondensats von dem durch die Druckminderung
innerhalb der Einschnürung entstehenden Dampf soll erfindungsgemäß das Kondensat
die Einschnürung in einer drehenden Bewegung durchfließen. Zu diesem Zweck sind
vor, in oder vor und in der Einschnürung schraubenförmig .angeordnete Rippen vorgesehen,.'
die dem durchfließenden Kondensat eine Drallbewegung geben. Durch die Drallbewegung
trennt sich in der Einschnürung das Restkondensat von dem sich bildenden Dampf,
da das spezifisch schwerere Wasser unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft entlang
der Wandung, der in gleicher Richtung strömende Dampf dagegen zenral im Kern der
Einschnürung fließt.
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Bei Dampfwasserableitern ist es bereits -bekannt, die Trennung des
Kondenswassers.vom Dampf dadurch zu erreichen, daß dem durchfließenden Medium eine
Drehbewegung erteilt wird und die Abscheidung des Kondenswassers vom Dampf somit
durch die Einwirkung der Zentrifugalkraft des spezifisch schwereren Wassers erreicht
wird. 'Von dieser an sich bereits bekannten Anordnung unterscheidet sich die Anordnung
gemäß der Erfindung dadurch, daß die Dampfwasserableiter dem Zweck dienen, das in
dem bereits vorhandenen gasförmigen Medium, nämlich dem Dampf, enthaltene Wasser
auszuscheiden. Im Gegensatz hierzu wird bei dem Erfindungsgegenstand aus dem- bereits
ausgeschiedenen Wasser unter Ausnutzung des in dem Wasser noch enthaltenen Wärmeinhalts
mittels einer düsenförmigen Einschnürung in der Kondensatleitung erst wieder erneut
Dampf erzeugt und anschließend von dem Restkondensat getrennt.
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Zur Trennung des in der Einschnürung sich neu bildenden Dampfes von
dem Restkondensat ist bei der Einrichtung gemäß der Erfindung ein Dampfentnahmerohr
vorgesehen, das zentral und gleichachsig mit der Einschnürung von dieser mit einer
gegen die Strömung des Kondensats gerichteten Öffnung ausgeht und sich anschließend
düsenförmig erweitert. Die Einlaßöffnung des Dampfentnahmerohres befindet sich somit
im zentralen Kern der Einschnürung und ist der Strömungsrichtung des Kondensats
und des sich bildenden Dampfes- entgegengerichtet. Das durch die Drallbewegung entlang
der Wandung der Einschnürung fließende Restkondensat fließt demzufolge außen an
der Öffnung des Dampfentnahmerohres vorbei in die der Einschnürung angeschlossene,
im Querschnitt wiederum erweiterte Restkondensatabflußleitung, während der den Kern
in der Einschnürung bildende Dampf von dem Dampfentnahmerohr aufgenommen und abgeführt
wird. Die erfindungsgemäße düsenförmige Erweiterung des Dampfentnahmerohres bewirkt
hierbei, daß auch der Dampf durch Umwandlung von Geschwindigkeit in Druck in dem
Dampfentnahmerohr annähernd wieder auf das Druckniveau gebracht wird, das das Kondensat
vor der Einschnürung hatte. Zweckmäßig führt das Dampfentnahmerohr zum Saugstutzen
eines Strahlgerätes oder einer anderen mit oder' ohne Fremdkraft betriebenen Fördereinrichtung,
die - den Dampf zu einer beliebigen Verwendungsstelle weiterbefördert.
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In der Zeichnung sind schematisch mehrere Ausführungsbeispiele der
Erfindung mit weiteren Verbesserungen dargestellt.
Abb. i zeigt
ein Ausführungsbeispiel, bei welchem das aus der Heizschlange i eines Wärmeaustauschers
austretende Kondensat in eine Kondensatleitung 2 geleitet wird, die mit einer Einschnürung
3 versehen ist. Im Anschluß an die Einschnürung 3 erweitert sich der Querschnitt
der Kondensatwitung 2 wieder zu der RestkondensatabflußleiLung 4, die zu einem Dampfwasserableiter
12 führt. Vor der Einschnürung 3 sind in der Kondensatleitung 2 schraubenlinienförmig
angeordnete Rippen 5 vorgesehen, die das durch die Kondensatleitung 2 strömende
Kondensat in eine drehende Bewegung versetzen. Die schraubenlinienförmigen Rippen
5 können hierbei bis- in die Einschnürung 3 hinein und auch noch durch diese hindurch
vorgesehen sein, um die Drallbewegung des Kondensats auch in einer längeren Einschnürung
aufrechtzuerhalten. Denkbar ist auch, schraubenförmig angeordnete Rippen.5 lediglich
innerhalb der Einschnürung 3 vorzusehen, so daß die Drehbewegung erst in der Einschnürung
selbst erzeugt wird. Denkbar ist ferner auch, statt der schraubenförmig angeordneten
Rippen 5 vor, in oder vor und in der Einschnürung 3 andere an sich bekannte Mittel
vorzusehen, die geeignet sind, dem durchströmenden Kondensat eine Drallbewegung
zu erteilen. Ein Dampfentnahmerohr 6 führt von außen her bis zum zentralen Kern
der Einschnürung 3, wobei die Einlaßöffnung 7 des Dampfentnahmerohres 6 entgegen
der Strömungsrichtung des Kondensats gerichtet ist. Das Dampfentnahmerohr 6 erweitert
sich, von der Einlaßöffnung 7 ausgehend, düsenförmig bis auf einen den Betriebsverhältnissen
angepaßten Querschnitt.
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Beim Durchströmen der Einschnürung 3 erfolgt bei erhöhter Geschwindigkeit
und entsprechender Drucksenkung in der Einschnürung eine lebhafte Verdampfung, zumal
wenn die Temperatur des Kondensats in der Kondensatleitung 2 vor der Einschnürung
3 etwa der Sättdampftemperatur bei dem dort herrschenden Druck entspricht bzw. nur
um ein Geringes niedriger ist. Der Wärmeinhalt des Kondensats, der dem Druckgefälle
zwischen dem Druck in der Kondensatleitung 2 vor der Einschnürung 3 und dem Druck
in der Einschnürung 3 der Kondensatleitung 2 entspricht, wird in der Weise wirksam,
daß mittels desselben eine entsprechende Menge des Kondensats verdampft wird.
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Durch die Drallbewegung des durch die Einschnürung 3 strömenden Kondensats
scheidet sich der sich in der Einschnürung bildende Dampf von dem Restkondensat
in der Weise, daß das Restkondensat entlang der Wandung der Einschnürung 3, der
Dampf hingegen im Kern der Einschnürung 3 fließt. Der Dampf wird hierbei von dem
Dampfentnahmerohr 6 aufgefangen, so daß zum Dampfwasserableiter i2 durch die Leitung
4 nur oder vorwiegend nur das Restkondensat gelangt, das seine überschüssige Wärme
im Verdampfungsvorgang bereits abgegeben hat. Die düsenförmige Erweiterung des Dampfentnahmerohres
6 bewirkt, daß die Geschwindigkeit des aufgenommenen Dampfes sich allmählich wieder
in Druck umsetzt und somit der Druck des aufgefangenen Dampfes in dem Dampfentnahmerohr
6 gesteigert wird.
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Das Dampfentnahmerohr 6 ist vorteilhaft mit dem Saugstutzen 8 eines
Strahlgerätes 9 verbunden, durch dessen Treibdüse io Frischdampf zuströmt. Durch
die Leitung i i wird der durch den Saugstutzen 8 angesaugte Dampf zu einer beliebigen
Verbrauchsstelle weitergefördert, gemäß Abb. i beispielsweise zu dem Eintrittsstutzen
der Heizschlange i des Wärmeaustauschers, wobei das Strahlgerät 9 nach Art der bekannten
Dampfumwälzeinrichtungen arbeitet, jedoch im Gegensatz zu diesen erheblich größere
Dampfmengen umwälzen kann, die, wie beschrieben, in der Einschnürung 3 der Kondensatleitung
2 aus dem Kondensat gewonnen werden.
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Vorteilhaft ist das Dampfentnahmerohr 6, wie Abb. i zeigt, als strömungsgünstig
geformter Krümmer 16 ausgebildet. Das Dampfentnahmerohr 6 kann jedoch, wie in der
Abb.2 dargestellt, auch gleichachsig mit der Kondensatleitung 2 weitergeführt werden,
wobei in diesem Fall die Ableitung des Restkondensats aus der Einschnürung 3 über
die Restkondensatabflußleitung 4 zum Dampfwasserableiter 12 mittels eines an die
Einschnürung 3 angeschlossenen strömungsgünstig geformten Krümmers 13 erfolgt. Denkbar
ist auch eine Abführung des Restkondensats und des in der Einschnürung 3 erzeugten
Dampfes in der Art, daß die Restkondensatabflußleitung 4 und das Dampfentnahmerohr
6 sich symmetrisch zur Achse der Einschnürung 3 gabeln.
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Die Querschnittserweiterung von der dü6vnförmigen Einschnürung 3 zur
Restkondensatabflußleitung'4 kann, wie die Abb. i und 2 ausweisen, allmählich erfolgen,
jedoch sind aber auch andere Übergangsformen möglich. So' kann beispielsweise der
größere Querschnitt der Leitung 4 unmittelbar an den Austritt der Einschnürung 3
anschließen. Denkbar ist auch, wie die Abb. 3 zeigt, daß der Austritt der Einschnürung
3 rohrförmig in die Restkondensatabflußleitung q: hineinragt.
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Es sind Dampfwasserableiter bekannt, bei denen der Abfluß dadurch
geregelt wird, daß das Kondensat durch eine Düse reit unveränderlichem Querschnitt
geführt wird. Eine solche Düse ist als Dampfwasserableiter verwendbar, da sie verhältnismäßig
große Wassermengen ungehemmt ausströmen läßt, während sie beim Durchströmen von
Dampf stark hemmend wirkt. ' Da die Einschnürung3 des Erfindungsgegenstandes die
gleiche Wirkung aufweist, kann dieselbe erfindungsgemäß als Ersatz für einen Dampfwasserableiter
verwendet werden, so daß ein solcher nicht zusätzlich eingebaut werden muß.
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An Stelle einer Einschnürung 3 können - wie in Abb. 4 dargestellt
- auch zwei oder mehrere derartige Einschnürungen hintereinander angeordnet sein,
in denen eine stufenweise Entspannung erfolgt. Vor jeder Einschnürung sind
vorteilhaft schraubenförmig angeordnete Rippen 5 od. dgl. vorgesehen, um dem durchfließenden
Kondensat eine Drallbewegung zu geben. In jede Einschnürung 3, 3' ist
ein
Dampfentnahmerohr 6, 6' eingeführt. Auf diese Weise kann mit noch größerer Sicherheit
erreicht werden, daß die gesamte ini Kondensat enthaltene überschüssige Wärme der
Dampferzeugung nutzbar gemacht wird. Die in der Abb-. i dargestellte Ausführung
der Erfindung mit nur einer Einschnürung 3 gewährleistet die gleiche Wirkung nicht,
da die Einschnürung sehr lang sein, müßte, damit unter Berücksichtigung des Siedeverzuges
das Wasser Zeit zur Verdampfung hat.
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Bei der Ausführung der Erfindung gemäß Abb.4 mit zwei oder mehreren
Einschnürungen 3, 3' und dementsprechend mit zwei oder mehreren Dampfentnahmerohren
6, 6' können die Dampfentnahmerohre an eine gemeinsame Sammelleitung angeschlossen
sein, sie können aber auch getrennt zu verschiedenen Dampfverbrauchern führen. Im
Anschluß an eine Einrichtung mit mehreren Einschnürungen 3, 3' kann ein Dampfwasserableiter
vorgesehen sein, jedoch können auch die Einschnürungen 3, 3' einen Dampfwasserableiter
mit mehrstufiger Düse ersetzen, so daß der Einbau eines besonderen Dampfwasserableiters
nicht erforderlich ist.
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Das aus der Einschnürung 3 durch die angeschlossene Restkondensatabflußleitung
4 abgeführte Restkondensat kann ohne Zwischenschaltung eines Dampfwasserableiters
einer Rückspeiseanlage zugeführt werden. Bei einer allmählichen Querschnittserweiterung
der Restkondensatabflußleitung 4 gemäß Abb. "i und 2 wird entsprechend der verminderten
Strömungsgeschwindigkeit der Druck vor der Einschnürung fast ganz wiedergewonnen.
Die vorgeschlagene Ausführung ermöglicht es somit, unter Ausnutzung dieses Druckes
Pumpenarbeit an der Rückspeisepumpe einzusparen.
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Bei hinsichtlich des Druckes, der Temperatur und der anfallenden Kondensatmenge
festliegenden Betriebsverhältnissen ist es ohne weiteres möglich, die Querschnitte
der Kondensatleitung 2, der Einschnürung 3 und der Einlaßöffnung 7 des Dampfentnahmerohres
6 so zu wählen, daß annähernd der gesamte durch Nachverdampfung in der Einschnürung
3 entstehende Dampf durch das Dampfentnahmerohr 6 und annähernd das gesamte Restkondensat
durch die Restkondensatabflußleitung 4 abgeführt wird. Um nun aber auch wechselnden
Betriebsverhältnissen Rechnung zu tragen, ist, wie Abb. 5 zeigt, vorgesehen, den
die Einschnürung 3 bewirkenden Körper 14 axial verschiebbar anzuordnen. Die axiale
Verschiebung des Körpers 14 kann hierbei beispielsweise mittels eines Ritzels 15
erfolgen, das in eine hierfür vorgesehene Verzahnung im Körper 14 eingreift. Zur
Betätigung des Ritzels 15 kann eine in der Zeichnung nicht mit dargestellte Spindel
vorgesehen sein, die mittels einer - Stopfbuchse. abgedichtet ist. Zweckmäßig weist
-die im Körper 14 vorgesehene Einschnürung 3 auf der Austrittsseite eine konische
Erweiterung auf. Das durchfließende Wasser schmiegt sich infolge der Drallbewegung
des durchströmenden Kondensats auch der Wandung in dieser konischen Erweiterung
an, sofern der Winkel der konischen Erweiterung nicht zu groß gewählt ist. Der Körper
14 wird nun, den jeweiligen Betriebsverhältnissen angepaßt, axial derart verschoben,
daß die Einlaßöffnung 7 des Dampfentnahmerohres 6 in die konische Erweiterung der
Austrittsseite der Einschnürung 3 so weit hineinragt, daß von der EinlaßÖffnung
7 lediglich der zentral im Kern der Einschnürung strömende, neu gebildete Dampf
erfaßt wird, das Restkondensat aber an der Wandung der Einschnürung und der konischen
Erweiterung auf der Austrittsseite derselben an der Einlaßöffnung 7 außen vorbei
durch, den Ringspalt 17 in die Restkondensatabflußleitung 4 fließt. An Stelle des
Körpers 14 kann, die gleiche Wirkung erzielend, auch die Einlaßöffnung 7 des Dampfentnahmerohres
6 axial verschiebbar angeordnet sein. Denkbar ist auch, sowohl den Körper 14 wie
auch die Einlaßöffnung 7 des Dampfentnahmerohres 6 axial verschiebbar, anzuordnen.
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Um die Wirkung der Einstellung des Abstandes der Einlaßöffnung 7 von
der Wandung der Einschnürung 3, d.h. also die Wirkung der eingestellten Größe des
Ringspaltes 17 kontrollieren zu können, können verschiedene Mittel vorgesehen sein,
-die die Feststellung gestatten, -ob in das Dampfentnahmerohr 6 hinein noch Wasser
mitgerissen wird oder ob in die Restkondensatabflußleitung 4 noch Dampf gelangt.
So können beispielsweise für diese Kontrolle in der Zeichnung nicht mit dargestellte
Schaugläser vorgesehen sein, es kann aber auch am Ende der düsenförmigen Erweiterung
im Dampfentnahmerohr 6 ein gleichfalls in der Zeichnung nicht mit dargestellter
Wasserabscheider vorgesehen sein, dessen Wassersarnmelraum mit Hilfe eines Wasserstandsrohres
oder eines Probeentnahmehahnes überwachbar ist.
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Der Erfindungsgegenstand läßt außer den dar- j gestellten und beschriebenen
Ausführungsbeispielen noch verschiedene Abwandlungen zu, ohne damit aus dem Rahmen
der Erfindung zu fallen.