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Luftgekühlter Oberflächenkondensator Die Erfindung betrifft einen durch einen zwangläufig bewegten Luftstrom gekühlten Oberflächenkondensator, bei welchem mindestens zwei Reihen von parallel und im Abstand zueinander angeordneten Kondensatorrohren in Strömungsrichtung der Kühlluft hintereinander angeordnet und in Parallelschaltung an eine gemeinsame Dampfverteilerkammer und einen gemeinsamen Kondensatsammelraum angeschlossen sind. Das zu kondensierende dampf- förmige Medium, beispielsweise der Wasserdampf, wird hierbei der Dampfverteilerkammer über mindestens einen Stutzen von einer Dampfverteilerleitung zugeführt.
In der Regel sind an eine derartige Dampfverteilerleitung mehrere Kondensatorelemente mit getrennten Verteilerkammern und Kondensat- sammelräumen angeschlossen. In Strömungsrichtung der Kühlluft sind meist zwei bis vier oder auch mehr Reihen von untereinander gleich ausgebildeten Kondensatorrohren, welche in der Regel als Rippenrohre ausgebildet sind und einen elliptischen Querschnitt besitzen können, hintereinander angeordnet. Die Rohre sind aussenseitig von einem, z. B. durch Schraubenlüfter zwangläufig bewegten, aus der Atmosphäre angesaugten Kühlluftstrom beaufschlagt.
Bei den bisher bekannten Oberflächenkonden- satoren dieser Art sind die Kondensatorrohre in sämtlichen in Strömungsrichtung der Kühlluft hintereinander angeordneten Rohrreihen von etwa gleichen Dampfmengen durchströmt. Da die Rohre in den einzelnen Rohrreihen auch gleiche wärmetauschende Oberflächen besitzen, ergibt sich der Nachteil, dass infolge des in Strömungsrichtung der Kühlluft von Rohrreihe zu Rohrreihe abnehmenden Temperaturgefälles zwischen dem in die Verteilerkammer eintretenden Dampf und der Kühlluft die Kondensation in den einzelnen Rohrreihen stark unterschiedlich verläuft. Während z.
B. in der vom Luft- Strom zuerst bestrichenen Rohrreihe bereits in grö- sserem Abstand von dem in den Kondensatsammel- raum mündenden Rohrende der gesamte Wasserdampf kondensiert ist, ist in der vom Kühlluftstrom zusetzt bestrichenen Rohrreihe der Kondensationsprozess erst im Bereich des in die Kondensatsam- melkammer mündenden Rohrendes beendet. Infolgedessen wird in den vom Luftstrom zuerst bestrichenen Rohrreihen nur ein Teil der Rohrlänge für die Kondensation des Wasserdampfes ausgenutzt, während in dem restlichen Längenabschnitt dieser Rohre das Kondensat eine unnötige Unterkühlung erfährt.
Diese Kühlung des Kondensats unter den Kondensationspunkt hat sich vor allem bei niedrigen Aussentemperaturen, insbesondere bei strengem Frost, als ausserordentlich nachteilig erwiesen, da in dien von der kalten Luft zuerst bestrichenen Rohrreihen das Kondensat bis weit unter den Gefrierpunkt gekühlt wird, so dass diese Rohre durch Eispfropfen völlig verstopft werden.
Nachdem die Rohre der zuerst vom Kühlluftstrom beaufschlagten Rohrreihe durch Vereisung verstopft sind, gelangt die Kühlluft mit einer niedrigeren Temperatur in den Bereich der zweiten Rohrreihe, wodurch: auch bei diesen Rohren infolge des grösseren zur Verfügung stehenden Temperatur- gefälles sich die, Grenze zwischen KondensatIons- bereich und Unterkühlungsbereich zur Dampfein- trittseite hin verlagert und es hier ebenfalls zur Bildung von Eispfropfen kommt.
Der gleiche Vorgang wiederholt sich bei sehr nie & igen Aussentemperatu- ren, beispielsweise solchen von etwa -20 , gegebenen- falls auch noch bei den nächstfolgenden Rohrreihen, so dass entweder der Kondensator völlig vereist, zumindest aber seine Durchsatzleistung sich in starkem Masse verringert.
Zur Vermeidung der vorstehenden Nachteile wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass in Strömungs-
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richtung der Kühlluft gesehen in wenigstens einer Rohrreihe die Wärmeaustauschflächen der Kondensatorrohre zunehmen und/oder die Strömungsquer- schnitte der Rohre oder von diesen zugeordneten Drosselvorrichtungen abnehmen, zum Zweck, dass trotz des von Rohrreihe zu Rohrreihe abnehmenden Temperaturgefälles zwischen Dampfeintrittstemperatur und mittlerer Kühllufttemperatur im Bereich der jeweiligen Rohrreihe das Kondensat in allen Rohrreihen mit mindestens annähernd gleicher Temperatur in den Kondensatsammelraum eintritt.
In der Zeichnung ist die Erfindung an Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein bekanntes Kondensatorelement schematisch in der Vorderansicht, Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 einen Ausschnitt einer Darstellung ähnlich der nach Fig. 2 in grösserem Massstab eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung mit in die Rohrmündungen eingesetzten Drosselblenden, Fig. 4 einen Ausschnitt einer Darstellung ähnlich der nach Fig. 2 in grösserem Massstab eines zweiten Ausführungsbeispiels mit einem in der Dampfverteilerkammer angeordneten, mit Ausnehmungen ver- sehenen plattenförmigen Zwischenboden, Fig. 5 einen Ausschnitt einer Darstellung ähnlich der nach Fig.
2 in grösserem Massstab eines dritten Ausführungsbeispiels mit Rohren mit unterschiedl- licher wärmetauschender Oberfläche, Fig. 6 einen Ausschnitt einer Darstellung ähnlich der nach Fig. 2 in grösserem Massstab eines vierten Ausführungsbeispiels mit Rohren mit unterschiedlichem Strömungsquerschnitt.
Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte bekannte Kondensatorelement beseht aus einer grösseren Anzahl von parallel und im Abstand zueinander angea an ordneten Rippenrohren 1, welche mit ihrem oberen Ende an eine gemeinsame Dampfverteilerkammer 2 und mit ihrem unteren Ende an einen gemeinsamen Kondensatsammelraum 3 angeschlossen sind. Der zu kondensierende Wasserdampf wird dem Dampfsam- melraum 2 über einen in der Zeichnung nicht dargestellten Anschlussstutzen in Richtung a aus einer Dampfverteilerleitung mit einer Temperatur von etwa 40 C zugeführt. An die in der Zeichnung gleichfalls nicht dargestellte, etwa parallel zur Längsrichtung der Dampfverteilerkammer 2 verlaufende Dampfverteilerleitung sind in der Regel mehrere im Abstand zueinander angeordnete Kondensatorelemente angeschlossen.
Am Boden des Kondensatsammelrau- mes 3 ist ein Abflussstutzen 4 für das Kondensat vorgesehen. Ausserdem ist der Kondensatsammelraum 3 über einen Stutzen 5 an eine in der Zeichnung nicht dargestellte Luftabsaugevorrichtung angeschlossen, welche das zur Kondensation des Dampfes erforderliche Vakuum erzeugt. Bei Oberflächenkondensatoren, welche aus mehreren Kondensatorelementen bestehen, ist in der Regel für sämtliche Kondensatorelemente eine gemeinsame Luftabsaugvorrichtung vorgesehen. Die Kondensatorrohre 1 sind aussenseitig von einem mittels eines nicht dargestellten Schraubenlüfters aus der Atmosphäre angesaugten und in Richtung x zwang läufig bewegten Luftstrom gekühlt.
Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Kondensatorrohre 1 in Strömungsrichtung x der Kühlluft in vier etwa parallel und mit gleichmässigem Abstand zueinander an geordneten Rohrreihen 6, 7, 8, 9 angeordnet. Jede Rohrreihe besteht aus .einer grösseren Anzahl von gleichfalls parallel und mit gleichmässigem Seitenabstand zueinander angeordneten Kondensatorrohren 1.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Kondensator besitzen die Kondensatorrohre 1 sämtlicher Rohrreihen 6, 7, 8, 9 gleiche Länge, gleichen Strömungsquerschnitt und gleiche wärmetauschende Oberfläche. Werden die Rohre sämtlicher Rohrreihen von gleichen Dampfmengen durchströmt, so ergeben sich infolge des unterschiedlichen Temperaturgefälles zwischen dem Dampf im Bereich der Verteilerkammer 2 und der Kühlluft im Bereich der jeweiligen Rohrreihe 6, 7, 8, 9 in den einzelnen Rohrreihen unterschiedliche Kondensationsverhältnisse.
Da in der von der Kühlluft zuerst bestrichenen Rohrreihe 6 das grösste Temperaturgefälle zwischen dem Dampf und der Kühlluft besteht, ist in den Rohren dieser Rohrreihe bereits in grösserem Abstand von den in den Kondensatsammelraum 3 mündenden Rohrenden der Kondensabionsproz ess beendet.
Von den Konden- satorrohren der Rohrreihe 6 wird somit nur der obere, in der Fig. 2 nicht schraffiert dargestellte Längenabschnitt 6a für die Kondensation des Wasser- dampfes ausgenutzt, während in dem unteren, in Fig. 2 schraffierten Längenabschnitt 6b das Kondensat eine unnötige Unterkühlung erfährt.
Infolge des von Rohrreihe zu Rohrreihe abnehmenden Temperaturgefälles zwischen der Dampftemperatur im Bereich. der Verteilerkammer 2 und der Kühlluft im Bereich der jeweiligen Rohrreihe 7, 8, 9 verschiebt sich die Grenze zwischen Kondensationsbereich 7a, 8a und Unrerkühlungsbereich 7b, 8b mehr und mehr zu dem in den Kondensatsammelraum 3 mündenden Rohrende.
In der Regel wird die Stärke des Kühlluftstromes in Abhängigkeit von der jeweiligen Aussentemperatur so gewählt, d.ass in der als fetzte im Kühlluftstrom liegenden Rohrreihe 9 der Konden- sationsprozess etwa im Bereich der in d:e Kondensat- sammelkammer 3 mündenden Rohrenden beendet ist. Von der gesamten wärmetauschenden Oberfläche der Kondensatorrohre der Rohrreihen 6, 7 und 8 wird: somit nur der oberhalb der Unterkühlungs- bereiche 6b, 7b, 8b legende Abschnitt für die Kondensation des Wasserdampfes ausgenutzt.
Bei sehr niedrigen Aussentemperaturen, beispielsweise von -20 C, kommt es im Unterkühlungsbereiche 6b, 7b, 8b zur Bildung von Eispfropfen, welche die Rohre der Rohrreihen 6, 7 und 8 verstopfen, so dass schliesslich nur noch die als letzte im Kühlluftstrom liegende Rohrreihe 9 für die Kondensation des Wasserdampfes zur Verfügung steht.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile sind bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel in den in die Dampfverteilerkammer 2 mündenden Rohrenden der von dem in Richtung x fliessenden Kühlluftstrom als zweite, dritte und vierte bestrichenen Rohrreihen 7, 8, 9 Drosselvorrichtungen in Form von Blenden 10 lösbar befestigt.
Der Strömungsquerschnitt der Blenden 10 in den in Strömungsrichtung der Kühlluft hintereinander angeordneten Rohrreihen ist verhältnisgleich zum jeweils zur Verfügung stehenden Temperaturgefälle zwischen der Dampftemperatur im Bereich der Dampfverteilerkammer 2 und der mittleren Kühllufttemperatur im Bereich der jeweiligen Rohrreihe 6, 7, 8, 9 abgestuft. Hierdurch erreicht man, dass die Kondensatorrohre der Rohrreihen 6, 7, 8, 9 mit unterschiedlichen, dem jeweils zur Verfügung stehenden Temperaturgefälle zwischen Dampfeintrittstemperatur und mittlere Kühllufttemperatur im Bereich der Rohrreihe proportionalen Dampfmengen beaufschlagt werden, so dass in allen Rohrreihen das Kondensat mit etwa gleicher Temperatur in den Kondensatsammelraum 3 eintritt.
Dabei stimmt man die Stärke des Kühlluftstromes in Abhängigkeit von der jeweiligen Aussentemperatur so auf die gesamte zu kondensierende Dampfmenge ab, dass in allen Rohrreihen 6, 7, 8, 9 die Kondensation in geringem Abstand von den in den Kondensatsammelraum 3 mündenden Rohrenden beendet ist, so dass keine nennenswerte Unterkühlung des Kondensates mehr eintritt. Hierdurch ergibt sich nicht nur der Vorteil, dass bei kalter Witterung eine Bildung von Eispfropfen auf den Kondensatorrohren verhindert wird, sondern auch eine wesentlich bessere Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Wärmeaustauschflächeerreicht wird, was nicht nur bei sehr niedrigen, sondern auch bei höheren Aussentemperaturen von Vorteil ist.
Schliesslich wird durch diese Anordnung vermieden, dass während aus den vom Luftstrom zuerst beaufschlagten Rohrreihen unterkühltes Kondensat in den Kon- densatsammelraum eintritt - in der als letzte im Luftstrom liegenden Rohrreihe der Kon densations- prozess gegebenenfalls im Bereich der in den Kon- densatsammelraum mündenden Rohrenden noch nicht völlig abgeschlossen ist und durch die Luft absaugevorrichtung aus diesen Rohren noch teilweise Dampf abgesaugt wird.
Anstelle von den in Fig. 3 dargestellten Blenden 10 kann die Dampfverteilung auch durch Düsen oder sonstige den Öffnungsquerschnitt der Rohre verringernde Vorrichtungen geregelt werden. Die Drosselvorrichtungen 10 sind in den Rohrenden zweckmässig lösbar befestigt; sie können beispielsweise bei elliptischen Rippenrohren mit kreisförmigen Endabschnit- ten auch in die Rohrenden lose eingesteckt werden.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist in der Verteilerkammer 2 ein etwa parallel zu der Ebene der Rohrmündungen liegender, sich über den gesamten Kammerquerschnitt erstreckender plattenförmiger Zwischenboden 11 angeordnet, in welchem den Rohrmündungen gegenüberliegende Ausnehmungen 12a, 12b, 12c, 12d vorgesehen sind, deren Querschnitt in Strömungsrichtung x der Kühlluft gesehen von Rohrreihe zu Rohrreihe etwa verhältnisgleich zu dem jeweils zur Verfügung stehenden Temperaturgefälle zwischen der Dampfeintrittstemperatur und der mittleren Kühllufttemperatur im Bereich der jeweiligen Rohrreihe 6, 7, 8, 9 abnimmt.
Durch diese Anordnung wird ebenfalls erreicht, dass die Kondensatorrohre in den Rohrreihen 6, 7, 8, 9 von unterschiedlichen Dampfmengen durchströmt werden, welche dem jeweils zur Verfügung stehenden Temperaturgefälle zwischen Dampfeintrittstemperatur und mittlerer Kühllufttemperatur im Bereich der jeweiligen Rohrreihe 6, 7, 8, 9 proportional sind.
Die Dampfverteilung auf die Kondensatorrohre der Rohrreihen 6, 7, 8, 9 ist bei den in Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen bei einer Aussentemperatur von -20 und einer Dampftemperatur von + 40 im Bereich der Dampfverteilerkammer 2 beispielsweise folgende: Die mittlere Kühllufttemperatur im Bereich der einzelnen in Strömungsrichtung x der Kühlluft gesehen hintereinander angeordneten Rohrreihen 6, 7, 8, 9 soll bei den gegebenen Verhältnissen sich auf -15 für die Rohrreihe 6, -6,5 für die Rohrreihe 7, -0,5 für die Rohrreihe 8 und +3,5 für die Rohrreihe 9 belaufen.
In den Rohrreihen stehen somit folgende mittlere Temperaturgefälle für die Kondensation des Dampfes zur Verfügung: Rohrreihe 6 = 55 Rohrreihe 7 = 46,5 Rohrreihe 8 = 40,5 Rohrreihe 9 = 36,5 . Die Strömungsquerschnitte der Bllenden 10 in Fig. 3 bzw. die Ausnehmungen 12a, 12b, 12c, 12d des Zwischenbodens 11 in Fig. 4 sind nun so abgestuft, dass sich die auf die Kondensatorrohre der Rohrreihen 6, 7, 8, 9 verteilenden Dampfmengen wie 55:46,5:40,5:36,5 verhalten.
Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die in Strömungsrichtung x der Kühlluft hintereinander angeordneten Rohrreihen 6, 7, 8 von gleichen Dampfmengen durchströmt. Dagegen sind die in, der Fig. 5 schematisch angedeuteten wärme- tauschenden Oberflächen der Rippenrohre in den Rohrreihen 6, 7, 8 unterschiedlich bemessen.
Die Kondensatorrohre der vom Kühlluftstrom zuerst bestrichenen Rohrreihe 6 besitzen eine wesentlich kleinere wärmetauschende Oberfläche als die der Rohrreihe 7, deren wärmeroauschende Oberfläche ihrer- seits wieder wesentlich kleiner als die der Rohrreihe 8 bemessen ist.
Bei dem im Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzen die Rohre in den Rohrreihen 6, 7, 8 einen unterschiedlichen Rippenabstand; es ist jedoch auch möglich, die Fläche der einzelnen Rippen unterschiedlich gross zu wählen. Die wärmetauschende Oberfläche der Rohre in den Rohrreihen 6, 7, 8 ist umgekehrt proportional zu
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dem zur Verfügung stehenden Temperaturgefälle zwischen Dampfeintrittstemperatur und mittlerer Kühllufttemperatur im Bereich der jeweiligen Rohrreihe 6,7,8.
Wenn sich beispielsweise die zur Verfügung stehenden Temperaturgefälle in den Rohrreihen 6, 7, 8 auf 40, 30 und 23 belaufen, so sollen sich die wärmetauschenden Oberflächen der Rohre im Bereich der Rohrreihen 6, 7, 8 wie 1/40:1/30:1/23 verhalten.
Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzen die Kondensatorrohre der in Strömungsrichtung x der Kühluft hintereinander angeordneten Rohrreihen 6, 7, 8 einen unterschiedlichen Strömungsquerschnitt bei etwa gleicher wärmetauschender Oberfläche. Der Strömungsquerschnitt der Kondensatorrohre in den Rohrreihen 6, 7, 8 ist dabei dem im Bereich der jeweiligen Rohrreihe zur Verfügung stehenden Temperaturgefälle zwischen Dampfeintrittstemperatur und mittlerer Kühllufttemperatur verhältnisgleich gewählt, so dass sich eine dem jeweils zur Verfügung stehenden Temperaturgefälle proportionale Dampfmengenverteilung auf die Kondensatorrohre der Rohrreihen 6, 7, 8 einstellt.
Für den Fall, dass im Bereich der Rohrreihe 6 des Temperaturgefälle zwischen der Kühlluft und dem Dampf in der Dampfverteilerkammer sich auf 40 , im Bereich der Rohrreihe 7 auf 30 und im Bereich der Rohrreihe 8 auf 23 beläuft, sollen sich die Strömungsquerschnitte der Rohre in den Rohrreihen 7, 8 wie 40: 30: 23 verhalten.
Der Kondensator kann beispielsweise auch derart ausgebildet sein, dass unter Verwendung von Kondensatorrohren gleicher Länge und gleicher wärmetauschender Oberfläche mindestens die Rohre der vom Kühlluftstrom zuerst bestrichenen Rohrreihe bzw. die diesen Rohren zugeordneten Drosselvorrichtungen einen wesentlich, beispielsweise um 1/4 bis 2f3, grösseren Strömungsquerschnitt aufweisen als die Rohre der in Strömungsrichtung der Luft dahinter angeordneten Rohrreihen bzw. als die diesen Rohren zugeordneten Drosselvorrichtungen.
Ferner kann der Kondensator auch so ausgebildet sein, dass zumindest die Rohre in der vom Kühlluftstrom zuerst bestrichenen Rohrreihe eine im Verhältnis zur durchgesetzten Dampfmenge wesentlich, z. B. um 1/4 bis 2/3, kleinere wärmetauschende Oberfläche besitzen als die Rohre der in Strömungsrichtung dahinter angeordneten Rohrreihen.
Es kann auch eine Kombination von zwei oder mehr der vorstehend angegebenen Massnahmen zur Lösung der erwähnten Aufgabe angewendet werden.