DE2657131B2 - Dampfkondensator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich au! ^inen Dampfkondensator mit Wärmeübertragungsflächen, welcher zwei verschiedene Wärmeübertragungsplatten aufweist, die abwechselnd nebeneinander angeordnet sind und abwechselnd Durchführungen für Kühlflüssigkeit und Dampf bilden, wobei die Wärmeübertragungsflächen Rillen und Rippen aufweisen, die in der Grundfläche Vertiefungen und Erhöhungen bilden, welche eine Kondensatableitanordnung mit vertikalen und schrägen Rillen für jeden Bereich der Kondensations- und Wärmeübertragungsflächen darstellen.

Als Stand der Technik ist bereits ein derartiger Dampfkondensator bekannt (DE-OS 19 08 800). Um bei einer Kondensatableitvorrichtung der vorgenannten Art erfolgreich zu verhindern, daß die Stärke der Flüssigkeitsschicht auf der Plattenoberfläche zunimmt, ist es notwendig, den Raum zwischen den schrägen Rillen zu verringern, was demzufolge zu einer größeren Anzahl schräger Rillen pro Wärmeübertragungsflächen führt. Es müssen hierbei also eine Anzahl erweiterter und verengter Abschnitte in einer Dampfdurchführung vorgesehen werden, wodurch nachteiligerweise ein höherer Dampfdruckvcrlust eintritt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Dampfkondensator der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher durch Verringerung und Vergleichmäßigung der Filmdicke über die gesamte Oberfläche der Wärmeübertragungsplatte eine Verbesserung der Wärmeübertragungsflächen und der Kondensatablcitfähigkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen den schrägen Rillen der Kondensatabli:itanordnungen Vertikalrillen angeordnet sind, deren untere Enden zu den schrägen Rillen hin offen sind und daß die Kondensat-Aufnahmekapazität der Veriikalrillen nach unten hin schrittweise zunimmt.

Hierdurch ergibt sich der Vorteil einer im wesentlichen konstanten Filmdicke. Es wird eine Wärmeübertragungsfläche mit einer verbesserten Wärmeübertragungsleistung erzielt. Die Vertikalrillen ermöglichen es, daß sich das Kondensat infolge der Oberflächenspannung in den Tälern der Vertikalrillen sammelt, wodurch der Oberflächenbereich der Kondensatströrnung auf

ίο den Wellenspitzen verringert und der Schichtkoeffizient auf der Kondensations- und Wärmeübertragungsfläche insgesamt verbessert wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorderansicht einer Wärmeübertragungsplatte;

Fig.2 eine perspektivische Darstellung von Wärmeübertragungsplatten, teils gebrochen;

F i g. 3 eine Darstellung des Strömungsverlaufs von Dampf und Kühlflüssigkeit in einem Kondensator;

F i g. 4 und 5 Beispiele von verschiedenen Ausführungen von Vertikalrillen.

Die in F i g. 2 dargestellten Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 sind abwechselnd so nebeneinander angeordnet, daß zwischen der Vorderseite la der WärmeUbertragungsplatte 1 und der Rückseite 2a der Wärmeübertragucgsplatte 2 eine Dampfdurchführung A gebildet und zwischen der Rückseite \b der Wärmeübertragungsplatte 1 und der Vorderseite 2b der Wärmeübertragungsplatte 2 eine Durchführung B für Kühlflüssigkeit entsteht. Die Durchführungen A und B für Dampf bzw. Kühlflüssigkeit wechseln miteinander ab.

Die Wärmeübertragungsplatte 1 weist einen Eingang 4 und einen Ausgang 5 für Dampf und einen Eingang 6 und einen Ausgang 7 für Flüssigkeit in den entsprechenden Ecken auf. Somit befinden sich auf den Diagonallinien der Wärmeübertragungsplatten je zwei Ein- und Ausgänge. Der Dampfeingang 4 u^rd -ausgang 5 ist unter Ausnutzung der Ecken der Wärmeübertragungsplatte jeweils dreieckig ausgebildet, wobei der Eingang 4 größer als der Ausgang 5 ist.

Der Flüssigkeitseingang 6 und -ausgang 7 ist von jeweils runder Form gleichen Durchmessers. Die Ziffer 8 bezeichnet eine Abdichtungsnut, die sich im Umfang der vier Ein- und Ausgänge und des wirksamen Wärmeübertragungsteils erstreckt.

Die Linie 9 bezeichnet eine Dichtung, die in die Abdichtungsnut 8 eingesetzt ist. Die Ziffer 10 bezeichnet am Umfang des Dampfein- und -ausgangs angeordnete Vorsprünge, die der Verstärkung der Ein- und Ausgänge dienen. Die Ziffer 11 bezeichnet Mittel zur Verstärkung des großen Eingangs 4.

Die Wasserabscheider bestehen aus vertikalen Rillen 12 und schrägen Rillen 13, die auf der Wärmeübertragungsplatte angeordnet sind und zur Dampfdurchführung A hin offen sind. Die Rillen 12, 13 sind wie folgt angeordnet: an den Positionen ;/ und b, die die wirksame wärmeübertragende Fläche in drei gleiche Teile teilen, und an den entgegengesetzten seitlichen Positionen c und t/sind die vertikalen Rillen 12 angeordnet, während zwischen den Positionen a, und c, a und b sowie b und d die schräg zueinander verlaufenden Rillen 13 an den oberen Spitzen miteinander verbunden sind, während

h5 ihre unteren Enden zu den vertikalen Rillen 12 hin offen sind.

In dem dargestellten Ausführungsbeispicl sind die Rillen druckbearbeitet, um Formen von quadratischem

oder rechteckigem Querschnitt zu bilden. Die Rillen können aber auch jede andere Form aufweisen, vorausgesetzt, sie eignen sich zum Sammeln des Kondensats und zur Ableitung aus der Anordnung. Beispielsweise können auch L-förmige Winkelstücke durch Schweißen angebracht sein.

Zwischen den schrägen Rillen 13 befinden sich Venikalrillen 3, die in Strömungsrichtung des Kondensats verlaufer und deren untere Enden zu den schrägen Rillen 13 hin offen sind. Die Vertikalrillen 3 ermöglichen es nach F i g. 4 und 5, daß sich das Kondensat 26 auf den Wellenspitzen 3" in den Tälern 3' infolge der Oberflächenspannung sammelt, wodurch der Oberflächenbereich der Kondensatströmung auf den Wellenspitzen 3" verringert und der Schichtkoeffizient auf der Kondensations- und Wärmeübertragungsfläche la bzw. 2a insgesamt verbessert wird. Die Vertikalrillen können beispielsweise dreieckig geformt sein und sowohl kontinuierlich als auch unterbrochen sein. Was die Höhe der Vertikalrillen betrifft, so wird ein zufriedenstellendes Ergebnis erzielt bei einem Verhältnis zwischen Abstand ρ und Höhe Λ von ρ/ΛS 3/5.

Die Ziffer 14 bezeichnet über die Wärmeübertragungsfläche verteilte Vorsprünge, die nach F i g. 2 als Abstandhalter zwischen den Wärmeübertragungsplaiten 1 und 2 und als Verstärkung dienen. Der Strömungsverlauf von Dampf und Kühlflüssigkeit in den abwechselnd nebeneinander angeordneten Wärmeübertragungsplatten ist in Fig.3 dargestellt. Dabei strömt der durch den Gaseingang 4 im oberen Bereich eintretende Dampf nach unten in die Dampfdurchführungen A, wobei er durch das Kühlmittel in den Kühldurchführungen Babgekühlt wird und kondensiert. Das dabei gebildete Kondensat fließt auf die oben beschriebene Art in die Vertikalrillen, die schrägen und die vertikalen Rillen, und wird durch den Ausgang 5 aus dem System abgeleitet. Die Kühlflüssigkeit tritt durch den Eingang 6 im unteren Bereich ein und strömt durch die Kühldurchführungen B nach oben, wo sie über den Flüssigkei ausgang 7 im oberen Bereich aus dem System abgeleitet wird.

Wie bereits ausgeführt, besteht die Aufgabe der Vertikalrillen 3 darin, das Kondensat 26 zu sammeln, das sich auf der Kondensations- und Wärmeübertragungsfläche la bzw. 2a bildet, wobei das Kondensat in den RillentäL'rn 3' unter Ausnutzung tier Oberflächenspannung gesammelt und abwärtsgeleitet wird, wobei zur Verbesserung der Wärmeübertragungsleistung die Dicke der Kondensatschicht verringert wird. Was das Verhältnis zwischen ü-:m Abstand ρ der Venikalrillen und der Höhendifferenz h zwischen den Tälern 3' und den Spit.:en 3" der Venikalrillen anbelangt, so hat sich bei einer Wärmeübertragungsfläche mil Druckbearbeitung p/h = 3/1 als am günstigsten erwiesen.

F i g. 4 zeigt eine Anordnung, bei der der Biegungsra- « dius r der Täler 3' der Venikalrillen 3 in einer Wärmeübertragungsfläche in kontinuierlicher Wellenform geringer als der Radius R der Spitzen 3" ist. Da bei dieser Anordnung die Biegung (.τ ■ R)iics Abfliißkanals für das Kondensat kleiner ist als die Wölbung (π ■ R) w) des Kondensations- und Wärmeübcrtragungsteils, erhöht sich die Slrömungsdickc / des angesammellen Kondensats gegenüber der herkömmlichen Anordnung, bei der es keine Veränderung der Wölbung in Spitze und Tal gibt, unter denselben Bedingungen, d. h. h5 wenn die nach unten strömende Kondensatmenge die gleiche ist. Daher ist die kondensatabscheidende Wirkung der Täler 3' hoch. Der wirksame Wärmeübertragungsbereich an de 1 Spitzen 3', auf denen sich kein oder nur ein dünner Kondensatlilm gebildet hat, wird vergrößert, wodurch die Wärrneübertragungsleistung verbessert wird. Das Wölbungsverhältnis der Täler 3' zu den Spitzen 3" sollte entsprechend der auf der Wärmeübertragungsfläche gebildeten Kondensatmenge festgesetzt werden. Beispielsweise kann die Differenz zwischen dem unteren Radius r und dem oberen Radius R vergrößert werden, um das Verhältnis von Kondensat-Abflußkanal zu Kondensations- und Wärmeübcrtragungsfläche der Spitzen 3" zu verringern. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn die gebildete Kondensatmenge gering ist

Weiter ist es nicht unbedingt notwendig, daß die Querschnittsform der Täler 3' und der Spitzen 3" bogen- und kreisförmig sind. Die oben beschriebenen Ergebnisse können erzielt werden, wenn die Täler und Spitzen bogenförmig sind, wobei die Spitzen größer als die Täler sind. Außerdem ist es auch möglich, die Kapazität zur Ableitung des Kondensats zu vergrößern, indem die jeweiligen Bögen größer s's die entsprechenden Halbkreise sind.

In einer Anordnung wie in Fig.5 dargestellt, wird zwischen dem Bogen einer Spitze 3" und der Wärmeübertragungsgrundfläche la bzw. 2a ein Winkel θ gebildet, wobei sich die Spitze 3", die auf der Seite der Dampfdurchführung A vorragt, nach unten zur Seite der Kühlflüssigkeitsdurchführung B erstreckt. Dadurch soll die Kapazität der Längsriüen zur Abscheidung und Aufnahme des Kondensats erhöht werden. Infolgedessen wird die Kondensatschicht auf der Kondensationsund Wärmeübertragungsfläche dünner und der Bereich der Wärmeübertragungsfläche, entlang der Kondensat abfließt, wird verringert, was zur Erhöhung der Wärmeübertragungsleistung beiträgt.

Durch Festsetzen des Winkels θ unter Veränderung der Höhe der Spitzen 3" über der Grundfläche, wobei im oberen Bereich eine geringe Höhe ft'und im unteren Bereich eine größere Höhe /^'verwendet wird, kann die Kapazität der Vertikalrillen zur Aufnahme des Kondensf.s der abfließenden Kondensatmenge angepaßt werden. Durch Festsetzen des Abstands ρ zwischen den einzelnen Vertikalrillen kann außerdem der Bereich der gesamten Wärmeübertragungsfläche vergrößert werden, der nicht von einer dicken Kondensatschicht bedeckt ist und dadurch eine hohe Wärmeübertragungsleistung aufweist.

Insbesondere wird auch bei einem kurzen Abstand p', selbst wenn die angesammelte Kondensatmenge 26 so ansteigt, daß die Wärmeübertragungsgrundfläche la bzw. 2a gefüllt ist, die Kondensat-Aufnahmekapazität nicht verringert. Bei Verwendung eines groJen Abstands p" wird das Kondensat im Wellental 3' der vVärmeübertragungsgrundflächc la bzw. 2a am Übergangspunkt zwischen Grund- und Spitzenwülbung angezogen, so daß diese Wärmeübertragungsgrundfliiehe ebenfalls als wirksame Wärmeübertragungsfläche wirkt.

Obwohl die ".ondensataulnahmekapazität in den Darstellungen mit verschiedenen festgesetzten Langen gezeigt ist, können diese Längen auch verschieden sein, und es ist nicht unbedingt nötig, daß ihre jeweiligen beiden Enden in einer Linie liegen.

Die vorliegende Beschreibung bezieht sich auf eine ebene Wärmeübeiiragungsplattenform, jedoch ist die Erfindung auch auf Kondensatoren mit anders geformten Wärmeübertragungsflächen, ζ. B. spiral- oder rohrförmigen Flächen, geeignet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Dampfkondensator mit Wärmeübertragungsflächen, welcher zwei verschiedene Wärmeübertragungsplatten aufweist, die abwechselnd nebeneinander angeordnet sind und abwechselnde Durchführungen für Kühlflüssigkeit und Dampf bilden, wobei die Wärmeübertragungsflächen Rillen und Rippen aufweisen, die in der Grundfläche Vertiefungen und Erhöhungen bilden, welche eine Kondensatableiter Ordnung mit vertikalen und schrägen Rillen für jeden Bereich der Kondensations- und Wärmeübertragungsflächen darstellen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den schrägen Rillen (13, 15, 16, 20) der Kondensatableitanordnungen Vertikairillen (3) angeordnet sind, deren untere Enden zu den schrägen Rillen hin offen sind und daß die Kondensat-Aufnahmekapazität der Vertikalrillen (3) nach unten hin schrittweise zunimmt.

2. Dampfkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegung (R) an der Wellenspitze einer zur Dampfdurchführungsseite hin ragenden Vertikalrille (3) größer als die Biegung (r)\m Wellental ist.

3. Dampfkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Biegung an der zur Dampfdurchführungsseite hin ragenden Wellenspitze einer Vertikalrille und der Wärmeübertragungsgrundfläche ein spitzer Winke! gebildet ist, der sich nach unten zur Kühlflüssigkeitsdurchführung (BJ hin erstreckt