DE2828942A1

DE2828942A1 - Waermetauscher

Info

Publication number: DE2828942A1
Application number: DE19782828942
Authority: DE
Inventors: Axel E Rosenblad
Original assignee: Rosenblad Corp
Current assignee: Rosenblad Corp
Priority date: 1977-06-30
Filing date: 1978-06-30
Publication date: 1979-01-04
Also published as: FI69513B; NO145589C; GB2000584A; BR7804117A; SE7807371L; NO145589B; FR2396258A1; IT7850122A0; ATA473878A; NO782210L; GB2000584B; AT361952B; CA1080055A; FI782066A; JPS5417551A; FI69513C; IT1106606B; FR2396258B1; DE2828942C2

Description

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Wärmetauscher

Die Erfindung bezieht sich auf einen mit einem fallenden Flüssigkeitsfilm arbeitenden Wärmetauscher.

Plattenförmige Wärmetauscher, die mit fallendem Wasserfilm arbeiten, sind sehr wirksam und in breiter Anwendung in den verschiedensten Industriezweigen. Wärmetauscher dieser Art sind aus den US-Patentschriften 33 32 469, 33 51 119, 33 66 158 und 33 71 709 bekannt. Wärmetauschelemente, die aus paarig angeordneten Platten bestehen, die an ihren Rändern miteinander verbunden sind und einander gegenüberstehende Sicken zur Versteifung aufweisen, sind aus der US-Patentschrift 35 12 239 bekannt, die ein Verfahren zur Herstellung solcher Elemente beschreibt.

Mit fallendem Film arbeitende Wärmetauscher werden als Verdampfer eingesetzt, um Flüssigkeit zu verdampfen, die als Film abwärts fließt, oder als Kondensatoren, um Wasserdampf oder andere Dämpfe durch den Entzug von Wärme zu verflüssigen, wobei dieser Wärmeentzug durch den fallenden Flüssigkeitsfilm erfolgt. In einem Verdampfer ist das Aufheizen der Flüssigkeit das Ziel. In einem Kondensator ist die Aufheizung des Flüssigkeitsfilmes eine unvermeidbare Folge der Wärmeübernahme von dem zu kondensierenden Dampf. Die Aufheizung der Kühlfüssigkeit in dem Kondensator und der daraus folgende Verlust an Kühlvermögen wurde in der Vergangenheit als gegeben hingenommen.

Die Erfindung zielt auf eine Verbesserung der Wirksamkeit eines mit einem fallenden Kühlflüssigkeitsfilm arbeitenden Kondensators, indem sie Einrichtungen zum Kühlen des Flüssigkeitsfilms vorschlägt. Während der fallende

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Flüssigkeitsfilm aus dem zu kondensierenden Dampf Wärme übernimmt, wird die Flüssigkeit selbst durch Verdampfung durch eine Kühlluftströmung gekühlt, die an ihr vorbeistreicht. Der fallende Flüssigkeitsfilm wirkt somit als Wärmetauschmedium für den zu kondensierenden Dampf und der Kühlluftstrom wirkt als Wärmetauschmedium zur Kühlung der Flüssigkeit.

In einem Gehäuse sind mehrere parallel zueinander angeordnete Wärmetauschelemente enthalten. Jedes Wärmetauschelement besteht aus zwei im Abstand zueinander angeordneten flachen Platten, die an ihren Rändern miteinander verbunden sind. Die Wärmetauschelemente haben obere Öffnungen, über die sie mit einer Verteilerleitung verbunden sind, die zur Zuführung oder zum Abzug von Dampf bestimmt ist. Außerdem haben sie Bodenöffnungen, die an eine Rohrleitung zum Abzug des Kondensats angeschlossen sind. Bei einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung sind die Wärmetauschelemente radial angeordnet, so daß sie wie die Speichen eines Rades erscheinen.

In der Anordnung mit parallelen Platten tritt die Kühlflüssigkeit in das Gehäuse durch ein Rohr ein, das zu einem Überlaufbehälter führt, der in einer oberhalb der Wärmetauschelemente angeordneten Verteilerkammer gelegen ist. Wenn die Flüssigkeit den Überlaufbehälter füllt, läuft sie auf eine perforierte Platte über, die die Flüssigkeit gleichmäßig über die Wärmetauschelemente verteilt und auf diesen allen nach unten fließenden Film erzeugt. Am unteren Ende des Gehäuses ist ein Auslaß für die Flüssigkeit vorgesehen.

Nahe dem Boden des Gehäuses kann ein Einlaß für die Zuführung von Kühlluft angeordnet sein, die auf die Kühlflüssigkeit trifft, wenn diese wie ein Wasserfall von den unteren Enden der Wärmetauschelemente abfällt, wodurch diese Flüssigkeit

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gekühlt wird. Die Luft strömt dann nach oben zwischen den Wärmetauschelementen hindurch und trifft dort auch auf die Kühlflüssigkeit, die an den Wärmetauschelementen herunterfließt, und die erwärmte, gesättigte Luft verläßt das Gehäuse an einem Punkt oberhalb der Wärmetauschelemente.

Alternativ kann die Kühlluft auch durch die Seitenwände des Gehäuses zugeführt werden, und zwar entweder nahe dem Boden oder nahe dem oberen Ende des Gehäuses, um im Gegenstrom bzw. im Gleichstrom mit der Kühlfüssigkeit zu fließen.

Der nichtkondensierte Dampf, einschließlich der nichtkondensierbaren Gase, kann aus dem Innenraum der Wärmetauschelemente zusammen mit dem Kondensat oder getrennt davon abgezogen werden. Wenn die Gase zusammen mit dem Kondensat abgezogen werden, dann wird der zu kondensierende Dampf durch eine obere Verteilerleitung zugeführt. Wenn diese Gase von dem Kondensat abgetrennt werden sollen, dann wird der zu kondensierende Dampf den Innenräumen der Wärmetauschelemente durch einen bodenseitige Verteilerleitung zugeführt, die am oder nahe dem Boden der Wärmetauschelemente in diese mündet, wodurch der zu kondensierende Dampf im Gegenstrom zur Kühlflüssigkeit fließt. Die nichtkondensierten Gasen werden dann durch eine Sammelleitung nahe den oberen Enden der Wärmetauschelemente abgezogen.

Die häufigste Anwendungsform für die Erfindung findet sich bei der Kondensation von Wasserdampf, bei der Wasser als Kühlflüssigkeit und Luft als Kühlgas für das Wasser verwendet wird. Es sei jedoch betont, daß auch andere Gase und Flüssigkeiten kondensiert und als -Kühlmittel verwendet werden können. Wenn der Wasserdampf Schadstoffe enthält, dann erlaubt die Abtrennung der nichtkondensierten, die Schadstoffanteile

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mit sich führenden Gase die Kondensierung eines reineren Kondensats, außerdem wird die nachfolgende Aufbereitung der abgezogenen Gase vereinfacht.

Hin Wärmetauscher mit radial angeordneten Wärmetauschelementen erlaubt gleichfalls die Strömung von Dampf, Kühlflüssigkeit und Kühlluft in jeder gegenseitigen Beziehung, sei ee im Gleichstrom oder im Gegenstrom, immer jedoch fließt dabei das Kühlwasser über die 'Wärmetauschelemente als fallender Film abwärts.

In manchen Anwendungsfällen ist es wünschenswert, einen Ventilator einzusetzen, um die Strömung der Kühlflüssigkeit über die Wärmetauschelemente zu intensivieren.

Vorteilhafte Ausführungsformen für die Verteilung der Kühlflüssigkeit über den Wärmetauschelementen bestehen aus mit Düsenöffnungen versehenen Rohren oder aus einer flachen, perforierten Platte.

Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 eine geschnittene Seitenansicht eines Kondensatorsystems nach der Erfindung mit einem bodenseitigen Lufteinlaß, einem bodenseitigen Dampfeinlaß und einem kopf seitig-.n Luftauslaß;

Fig. 2 einen Seitenschnitt aus einer gegenüber Fig. 1 um 90 verdrehten Richtung;

Fig. 3 und 4 Schnitte entsprechend den Fig. 1 und 2 einer Ausführungsform, bei der der Lufteinlaß oberhalb der unteren Enden der Wärmetauschelemente gelegen ist;

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Fig. 5 eine isometrische Darstellung eines Teils des Kondensators nach einer der Fig. 1 bis 4, teilweise weggebrochen;

Fig. 6 und 7 Schnitte einer dritten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 8 eine isometrische Darstellung der Ausführungsform nach den Fig. 6 und 7 unter Weglassung des Gehäuses;

Fig. 9 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Kondensators mit radial angeordneten Wärmetauschelementen;

Fig. 10 eine Draufsicht auf die Ausführungsform nach Fig. 9;

Fig. 11 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer fünften Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 12 und 13 Detaildarstellungen zur Erläuterung verschiedener Kühlflüssigkeits-Verteilersysteme.

Die verschiedenen Figuren zeigen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Die Pfeile in den Zeichnungen zeigen die Strömungsrichtungen von Dampf, Kühlluft und Kühlwasser sowie Gasüberschüsse, Kondensat und Wasser. Gemäß den Fig. 1 und 2 tritt der zu kondensierende Dampf im unteren Bereich des Systems ein. Die Kühlluft tritt ebenfalls im unteren Bereich ein, während der Gasüberschuß und die Kühlluft am Kopf abgezogen werden. Das Kondensat wird unten am System abgezogen. Die Anordnung nach den Fig. 6 und unterscheidet sich davon dadurch, daß der zu kondensierende

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Dampf nahe dem Kopf des Systems zugeführt wird und das Kondensat und der Gasüberschuß zusammen im Bodenbereich abgezogen werden. Dampf und Kühlwasser fließen hier also parallel zueinander. Jede Ausführungsform hat ihre eigenen Vorteile. Der Ausdruck Dampf, wie er hier überall verwendet wird, steht als Synonym für Wasserdampf und kondensierbarer Gase, es sei jedoch betont, daß darunter auch mit irgendeiner verdampften Flüssigkeit angereicherte Luft darunter verstanden werden kann.

Die Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 zeigt einen Kondensator 10 mit mehreren im Abstand parallel zueinander angeordneten, vertikal verlaufenden Wärmetauschelementen 11, von denen jedes aus zwei im Abstand parallel zueinander angeordneten Platten 12 besteht, die an ihren Rändern durch Schweißen oder andere geeignete Mittel abgedichtet miteinander verbunden sind. Die Wärmetauschelemente 11 werden von einem gemeinsamen Gehäuse 14 mit Seitenwänden 15 und 16 aufgenommen.

Die Wärmetauschelemente 11 sind beispielsweise von der Art, wie sie in der US-PS 35 12 239 beschrieben ist.

Die Wärmetauschelemente 11 nehmen den Mittenbereich des Innenraums des Gehäuses 14 ein. Über den Wärmetauschelementen 11 sind Einrichtungen zum Zuführen von Kühlwasser oder einer anderen geeigneten Kühlflüssigkeit angeordnet. Diese Kühlflüssigkeit soll an den vertikalen Oberflächen der Platten 12 als dünner Film hinunterfließen. Zu diesem Zweck ist eine perforierte Platte 18 im oberen Bereich des Gehäuses 14 angeordnet. Über dieser Platte 18 ist eine oben offene Überlaufkammer 19 gelegen, die von einer die Gehäusewand 16 durchdringenden Wasserleitung 20 mit Kühlwasser versorgt wird.

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Das Kühlwasser füllt die Kammer 19 aus, läuft über deren Rand und verteilt sich auf der perforierten Platte 18 weitaus gleichmäßiger, als wenn das Wasser unmittelbar von der Wasserleitung 20 auf die Platte 18 gegeben würde. Das Wasser fließt dann durch die perforierte Platte 18 und verteilt sich selbst über die Oberflächen der die Wärmetauschelemente 11 bildenden Platten 12 und fließt an diesen unter der Schwerkraftwirkung als dünner Film hinunter. Von den unteren Enden der Wärmetauschelemente 11 tropft das Wasser als mehr oder minder geschlossener Vorhang ab. Der untere Teil des Gehäuses 14 hat nach innen und einwärts gebogene Wände 23, die das Kühlwasser auffangen und in einem Auslaß 24 enden, aus dem das gebrauchte Kühlwasser abgezogen werden kann.

Wie Fig. 1 zeigt, ist ein Einlaß 25 für Kühlluft unterhalb der Wärmetauschelemente 11 in der einen unteren Seitenwand 23 des Gehäuses 14 ausgebildet. Die hierdurch eintretende Kühlluft trifft auf das von den Wärmetauschelementen 11 abtropfende Kühlwasser und strömt dann zwischen den Wärmetauschelementen 11 hindurch im Gegenstrom zu dem Kühlwasserfilm nach oben. Die Wärmetauschelemente 11 sind selbstverständlich ausreichend weit voneinander entfernt, um den freien Fluß des Wasserfilms und der Kühlluft nicht zu behindern. Nachdem die Kühlluft an den Wärmetauschelementen entlanggestrichen ist und einigen Wasserdampf davon mitgenommen hat, verläßt sie das Gehäuse 14 durch den Auslaß 26 an der Gehäusewand 16 unter der Wasserverteilplatte 18 nahe den oberen Enden der Wärmetauschelemente 11.

Es sei nun die Strömung des zu kondensierenden Gases innerhalb der Wärmetauschelemente 11 beschrieben. Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 tritt der zu kondensierende Dampf in die Wärmetauschelemente 11 am Boden derselben durch eine gemeinsame Verteilerleitung 27 ein, die auf der dem Lufteinlaß 25 abgewandten Seite des Gehäuses 14 an^jordnet ist. Mit

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dem Ausdruck Seite wird hier und in den Ansprüchen die Seitenwände 15 speziell und allgemeiner die vertikalen Seitenwände 15 und 16 des Gehäuses im Unterschied zum Boden und zum Kopf des Systems bezeichnet. Dieser bodenseitige Verteiler 27 wird über eine Rohrleitung 28 mit dem zu kondensierenden Dampf versorgt und verteilt diesen durch eine Reihe von schlitzähnlichen Öffnungen 29 in die Innenräume der Wärmetauschelemente 11, wie am besten aus Fig. 5 ersehen kann. Hier sind die Öffnungen im wesentlichen V-förmig im Bereich der unteren Kanten der Wärmetauschelemente 11 ausgebildet, d.h. die Platten 12 sind an den Öffnungen 29 nicht wie sonst miteinander verbunden. An ihren oberen Ecken sind die Wärmetauschelemente 11 mit entsprechenden Öffnungen 30 versehen, die in eine obere Sammelleitung 31 münden, die zu einer Abgasleitung 32 führt. Der Dampf strömt dementsprechend durch die Innenräume der Wärmetauschelemente 11 von unten nach oben.

Die Verteilerleitungen 27 und 31 sind vorzugsweise an diagonal einander gegenüberliegenden Ecken der Wärmetauschelemente 11 angeordnet, können jedoch auch auf gleichen Seiten verlaufen, wie es die Fig. 1, 3 und 5 zeigen.

Der heiße Dampf, der in den Wärmetauschelementen 11 nach oben steigt, wird kondensiert (oder gekühlt und kondensiert, wenn überhitzt) aufgrund des Wärmetauschs durch die Platten 12 hindurch mit dem Kühlwasser, das an den Außenflächen der Platten 12 nach unten fließt. Wenn der Dampf an den Innenseiten der Platten 12 kondensiert, rinnt das Kondensat an diesen Flächen nach unten. In den Wärmetauschelementen ist selbstverständlich genügend freier Raum, damit das Kondensat nach unten ablaufen und der Dampf gleichzeitig nach oben strömen kann.

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Der Dampfüberschuß und einige nichtkondensierbare Gase, die zusammen mit dem Dampf zugeführt worden sind, werden durch die obere Sammelleitung 31 und die Abgasleitung 32 zur weiteren Aufbereitung abgeleitet. Das Kondensat wird von den unteren Enden der Wärmetauschelemente 11 abgeführt.

Die bodenseitige Sammelleitung 27 dient auch als Dränage zum Abziehen des Kondensats. Sie weist einen Bereich auf, der unterhalb der unteren Enden der Wärmetauschelemente 11 verläuft. Zur Kondensatableitung ist die Sammelleitung 27 mit einem Ablaßrohr 35 verbunden, das sich gemäß den Fig. 1 und 5 nach unten erstres-kt. Das Kondensat tritt in die Sammelleitung 27 durch die Dampfeintrittsschlitze 29 aus.

Es sei betont, daß die Wärme, die von dem Dampf bei seiner Kondensation verloren wird, vom Wasserfilm an den Außenseiten der Platten 12 aufgenommen wird. Einiges Wasser verdampft dabei und wird durch den Auslaß 26 abgeführt. Die im unteren Bereich des Gehäuses 14 eintretende Luft kühlt das Wasser wirksam und steigert die Fähigkeit des Wassers, den Dampf innerhalb der Wärmetauschelemente 11 zu kühlen und zu kondensieren. Die Wassertemperatur ändert sich längs den Platten 12 und hängt von dem Feuchtigkeitsgehalt der Kühlluft ab. Das Wasser ist im Bodenbereich der Wärmetauschelemente 11 kühler, wenn die Kühlluft, wie beim Beispiel der Fig. 1 und 2, bodenseitig zugeführt wird. Am Luftauslaß des Gehäuses tritt die Luft bei diesem System fast gesättigt aus.

Das Kondensatorsystem nach den Fig. 3 und 4 ist im wesentlichen gleichartig mit dem nach den Fig. 1 und 2 und die Fig. 5 kann auch hierfür zur Erläuterung herangezogen werden. Der einzige Unterschied besteht darin, daß der Lufteinlaß, hier mit 25a bezeichnet, den unteren Enden der Wärmetauschelemente 11 benachbart ist, anstelle daß er unterhalb dieser Elemente 11 liegt. Hierdurch wird die gesamte Bauhöhe des Kondensators

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vermindert imd weniger Energie zum Umpumpen des Wassers zum Kopf des Systems benötigt. In der Anordnung nach den Fig. 3 und 4 trifft die durch den Einlaß 25a eintretende Luft nicht auf den abtropfenden Wasservorhang, so daß der Wärmeübergang zwischen dem Kühlwasser und der Kühlluft nicht so gut ist wie beim erstgenannten Beispiel. Dies kann durch die Verwendung einer größeren Anzahl von Wärmetauschelementen 11 kompensiert werden.

Die isometrische Darstellung nach Fig. 5 zeigt, daß der bodenseitige Verteiler 27 groß genug ist, um eine Gegenströmung von durch das Rohr 28 eintretendem Dampf und aus den Elementen 11 austretendem Kondensat durch die schlitzartigen Öffnungen 29 zu erlauben. Fig. 5 zeigt auch das Kühlwasserverteilungssystem in etwas detaillierterer Darstellung. Wie ersichtlich, ist liier eine flache Verteilerplatte 18 mit einer Vielzahl von Löchern 40 vorgesehen, die in parallelen Linien oberhalb der Mittellinien der Wärmetauschelemente 11 angeordnet sind. Die Löcher 40 sind hier kreisförmig ausgebildet und sind in die Platte 18 gebohrt. Sie können aber auch rechteckig sein, was die Anordnung weniger empfindlich auf Fertigungstoleranzen macht. Solche Löcher sind zweckmäßigerweise gestanzt. Die Überlaufkammer 19 ist vorzugsweise mit Ausschnitten 41 in ihren Seitenwänden versehen, um das Wasser auf die Löcher 40 gleichmäßig zu verteilen.

Das in den Fig. 6 und 7 dargestellte Kondensatorsystem 50 weicht von dem zuvor beschriebenen in größerem Umfange ab. Bei diesem wird die erwärmte Kühlluft nicht seitlich, sondern senkrecht nach oben aus dem Gehäuse 54 abgezogen. Das Gehäuse 54 besteht aus vertikalen Seitenwänden 55 und 56 und gebogenen Bodenwänden 53, die in einen Kühlwasserauslaß 54 münden. Der zu kondensierende Dampf wird hier nicht bodenseitig, sondern nahe dem Kopf der Vorrichtung zugeführt und fließt während des Kondensierens nach unten.

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Die Kühlluft fließt bei diesem System durch eine öffnung 57 zu, die wie bei den ersten Beispielen unterhalb oder im Bereich der unteren Enden der Wärmetauschelemente 51, je nach zulässiger Bauhöhe, angeordnet sein kann.

Die Wärmetauschelemente 51 bei dieser Ausführungsform gleichen denen bei den ersten Ausführungsformen. Die einzige öffnung am Boden jedes Wärmetauschelementes 51 führt zu einer Sammelleitung 58 zum Auffangen des Gasüberschusses und des Kondensates, Der Gasüberschuß wird über eine Abgasleitung 59 abgezogen, das Kondensat über ein nach unten verlaufendes Rohr 60, wie am besten aus Fig. 8 hervorgeht.

Die Zuführung des zu kondensierenden Dampfes erfolgt über eine Verteilerleitung 62, in die ein Dampfzulaufrohr 63 mündet. Die Verteilerleitung 62 öffnet sich in die Wärmetauschelemente 51 in gleicher Weise, wie anhand der Verteilerleitung 2 7 in den Fig. 1 bis 5 beschrieben, nur daß die Verteilerleitung 62 an den oberen Enden der Wärmetauschelemente 51 verläuft und von dort her den Dampf zuführt.

Auf diese Weise fließt der zu kondensierende Dampf durch die Wärmetauschelemente 51 nach unten in gleicher Richtung wie der Wasserfilm auf der Außenseite der Elemente. Der Wärmeaustausch zwischen dem zu kondensierenden Dampf und dem Wasserfilm führt zu einer Kondensierung des Dampfes im Inneren der Wärmetauschelemente 51, das Kondensat sammelt sich an den Innenseiten der Elemente 51 und fließt daran nach unten und fließt durch die Sammelleitung 58 in "das Rohr 60 ab- In diesem Fälle fließen jedoch auch die nichtkondensierbaren Sub tanzen und der nichtkondensierte DampfÜberschuß durch die Sammelleitung 58 über die Abgasleitung 59 ab.

Auch bei dieser Ausführungsform wird der Kühleffekt von Luft ausgenutzt. Außerhalb der Elemente 51 findet der gleiche Vorgang statt, wie bei den zu Anfang beschriebenen Ausführungs-

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formen. Die durch die Bodenwand S3 des Gehäuses bei 57 zugeführte Luft kühlt unter teilweiser Verdampfung das an den Wärmetauschelementen 51 nach unten strömende Kühlwasser. Wenn die Luft das System verläßt, hat sie die Kühlkapazität des Wassers durch Selbstkühlung des Wassers vergrößert.

Da die Luft bei diesem Ausführungsbeispiel unmittelbar durch den Kopf der Vorrichtung hindurch abgezogen wird, kann hier ein Wasserverteilungssystem mit einer perforierten Platte nicht verwendet werden, da dieses den freien Durchtritt der Luft behindern würde. Bei der Ausführungsform nach den Fig. 6 und 7 wird anstelle einer perforierten Platte Jäher eine Reihe perforierter Rohre 65 verwendet, die oberhalb der oberen Kanten der Wärmetauschelemente 51 verlaufen. Das Kühlwasser tritt durch eine Verteilerleitung 66 in diese Rohre 65 ein. Es strömt dann aus diesen Löchern 67 aus den Rohren 65 aus und bildet den an den Wärmetauschelementen 51 nach unten strömenden Wasserfilm. Die zwischen den Wärmetauschelementen 51 nach oben strömende Luft kann so ungehindert nach oben entweichen. Ein mit niedriger Drehzahl umlaufender, großflügeliger Ventilator 68 mit einer Nabe 69 und Flügeln 70, der von einem Elektromotor 71 über eine Welle 72 und ein Getriebe 73 angetrieben wird, ist als bevorzugte zusätzliche Maßnahme zur Unterstützung der Luftströmung durch den Kondensator oberhalb der Wärmetauschelemente 51 angeordnet. Der Kopf des Kondensatorsystems 50 erweitert sich vorzugsweise nach oben bei 74, um die Luftströmung zu vereinfachen.

Es ist günstig, den Antriebsmotor 71 für den Ventilator außerhalb des Gehäuses 54 anzuordnen, um ihn vor der Feuchtigkeit zu schützen, die die ausgeblasene Kühlluft vom Kühlwasser mit sich führt.

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— 1 °

Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 6 und 7 ist der Dampfeinlaß an der Seite nahe den oberen Enden der Wärmetauschelemente 51, so daß der Dampf und das Kühlwasser parallel zu-einander nach unten fließen, anstatt im Gegenstrom, wie es bei den Beispielen nach den Fig. 1 bis 5 der Fall ist. Es sind jedoch Änderungen in beiden Ausführungsarten möglich. Dies erlaubt es dem Anwender, die für ihn günstigste Ausführungsform nach den jeweiligen Anwendungsfällen zu wählen. Der Dampfeinlaß in das Innere der Wärmetauschelemente kann oben oder unten sein, der Luftauslaio kann an der Seite nahe dem Kopf oder durch den Kopf hindurch sein, die Luft kann auch nach unten strömen. In all diesen Fällen kann ein Ventilator zur Unterstützung der Luftströmung verwendet werden.

Fig. 8 zeigt wie Fig. 5 eine Baugruppe, die man als "Baueinheit" bezeichnen kann, d.h. eine selbständig zu einem Benutzer transportierbare Einheit, die dort innerhalb eines Gehäuses installiert wird. Die Anordnung nach Fig. 8 ist im wesentlichen gleichartig derjenigen, die unter Bezugnahme auf die Fig. 6 und 7 erläutert wurde, nur daß der Antriebsmotor 71a auf dem Dampfverteiler 62 befestigt ist. Damit wird bezweckt zu zeigen, daß der Motor 71 überall in der Ebene der Antriebswelle 72 angeordnet sein kann, um ihn leicht zugänglich zu machen und jetveiligen Konstruktionsbedürfnissen gerecht zu werden. Man sieht auch, daß die Wasserverteilungsleitung 66 einen wesentlich größeren Querschnitt hat als die Wasserrohre 65, die davon abzweigen, wodurch sichergestellt wird, daß sich eine gleichmäßige Aufteilung des Kühlwassers auf alle Rohre 65 ergibt.

Die Ausführungsformen nach den Fig. 9, 10 und 11 unterscheiden sich von den zuvor erläuterten dadurch, daß die im übrigen gleichartig aufgebauten Wärmetauschelemente radial wie die Speichen eines Rades angeordnet sind.

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Wie bei der Ausführungsform nach den Fig. 6 und 7 ist bei der Ausführungsform nach den Fig. 9 und 10 der Kühlluftabzug aus dem Kopf des Systems vorgesehen. Der Kondensator 80 nach den Fig. 9 und 10 weist eine Vielzahl von Wärmetauschelementen 81 auf, die von einem zylindrischen Gehäuse 82 umgeben sind. Der Boden 83 des Gehäuses ist eine nach unten konkave Scheibe mit einem zentralen Abzug 84 für das Kühlwasser, das über die Wärmetauschelemente 81 geflossen ist.

Der Dampf wird dem Inneren der Wärmetauschelemente 81 durch einen Dampfeinlaß 85 zugeführt, der in eine Verteilerleitung 86 mündet, die um den Umfang des Gehäuses 82 nahe den oberen Enden der Wärmetauschelemente 81 läuft und mit Öffnungen versehen ist, die den Öffnuiis/en 29 des Beispiels nach Fig. 5 entsprechen. Der innerhalb der Wärmetauschelemente 81 kondensierte Dampf und die nicht kondensierten Abgase verlassen die Wärmetauschelemente 81 in eine gemeinsame mittlere Kammer 87, in die sich die Wärmetauschelemente 81 an ihren unteren innenliegenden Kanten öffnen. Über ein Abzugsrohr 89 wird das Kondensat aus der Kammer 87 durch das Gehäuse 82 hindurch bei 90 abgezogen. Eine sich nach oben erstreckende Abgasleitung 91 führt die Abgase aus der Kammer 87 zu einem Punkt oberhalb der oberen Enden der Wärmetauschelemente 81 und dann im wesentlichen horizontal aus dem Gehäuse heraus zu einem Abgasauslaß 92. Diese Abgasleitung 91 verläuft oben quer zur Richtung, in der die Kühlluft nach oben strömt, da sie jedoch verhältnismäßig kleine Abmessungen hat, stört sie die Kühlluftströmung nicht.

Die Kühlluft tritt von den Seiten unterhalb der Wärmetauschelemente 81 in das Gehäuse 82 ein durch öffnungen 93, trifft auf das von den Wärmetauschelementen 81 abtropfende Kühlwasser wie bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2

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und strömt dann nach oben, wobei es die fallenden Wasserfilme durch Verdampfung kühlt. Ein großer Ventilator 95 mit niedriger Drehzahl und hohem Durchsatz zieht die Kühlluft, nach oben in einen Raum, der von einer leicht konisch verlaufenden Verteilerwand 96 umgeben ist. Der Ventilator 95 ist mit einer Nabe 97 und Flügeln 98 versehen, wie die Fig. ¹J und 10 zeigen.

Zur Trennung des Mittenbereichs des Kondensatorsystems 80 von dem Bereich, durch den die Kühlluft und das Kühlwasser fließen, erfolgt durch eine zylindrische Wand 99, die verhindert, daß die Kühlluft in den Mittenbereich des Systems eintritt, so daß die Kühlluft gezwungen ist, zwischen den Wärmetauschelementen 81 hindurchzustreichen.

Da die Luft bei der Ausführungsform nach den Fig. 9 und 10 durch den Kopf der Anordnung hindurch abgezogen wird, darf das Wasserverteilsystem diese Luftströmung nicht behindern. Das Kühlwasser wird daher den Wärmetauschelementen 81 durch einen Einlaß 101 zugeführt, der in eine ringförmige Verteilerleitung 102 mündet, die innerhalb des oberen Endes der Trennwand 99 verläuft. Von dort zweigen perforierte Wasserleitungen 103 ab, die oberhalb der Oberkanten der Wärmetauschelemente 81 verlaufen, ganz so wie es bei der Ausführungsform nach den Fig. 6 und 7 dargestellt ist.

Nachdem das Kühlwasser über die Wärmetauschelemente 81 gelaufen ist, tropft es oberhalb des Bodens 83 von den Wärmetauschelementen 81 ab, wobei es von der einströmenden Kühlluft getroffen wird. Auch die Kondensatablaßleitung 89 wird von der einströmenden Kühlluft getroffen und dadurch zusätzlich gekühlt. Gegebenenfalls kann diese Leitung 89 auch mit Kühlrippen versehen sein, um die Kühlung des Kondensats noch mehr zu verbessern.

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Es versteht sich, daß aufgrund der radialen Anordnung der Wärmetauschelemente 81 bei der Ausführungsform nach den Fig. 9 und 10 der Abstand zwischen den Wärmetauschelementen 81 mit zunehmendem Radius wächst, da die Wärmetauschelemente 81 im wesentlichen radial gleichbleibende Dicken aufweisen. Die sich daraus ergebenden Unterschiede in der Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft ist bei einem Kondensator größerer Abmessungen jedoch nicht störend.

Wie bei der Ausführungsform nach den Fig. 9 und 10 weist die Ausführungsform nach Fig. 11 radial angeordnete Wärmetauschelemente 111 auf, die aus an ihren Rändern miteinander verbundenen Plattenpaaren gebildet sind. Dieser Kondensator weist ein äußeres zylindrisches Gehäuse 112, einen tellerförmigen, das Kühlwasser auffangenden Boden 113 und einen Kühlwasserauslaß 114 auf. Anders als beim zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel ist der Dampfeinlaß hier bodenseitig an den Wärmetauschelementen. Der Dampf strömt durch den Einlaß 115 und gelangt in einen ringförmigen Verteiler 116, von wo aus er in die Innenräume der Wärmetauschelemente 111 auf gleiche Weise gelangt, wie zuvor am Beispiel der Fig. 1 bis 5 erläutert. Das in den Wärmetauschelementen 111 gebildete Kondensat tritt in den Verteiler 116 aus und wird von einer Rohrleitung 117 abgeleitet. Die nicht kondensierbaren Gase und die Gasüberschüsse verlassen die Wärmetauschelemente 111 durch eine ringförmige Sammelleitung 118, die die Öffnungen an den oberen Außenkanten der Wärmetauschelemente 111 wie die Sammelleitung 31 nach Fig. 5 miteinander verbindet.

Das Kühlwasserverteilsystem bei dieser Ausführungsform gleicht dem nach den Fig. 1 und 5, ist hier jedoch entsprechend an die radiale Anordnung der Wärmetauschelemente 111 angepaßt. Es ist hier eine ringförmige perforierte Platte 119 oberhalb der oberen Enden der Wärmetauschelemente 111 angeordnet, die

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einen gleichförmigen Wasserzufluß zu den Wärmetauschelementen 111 durch Öffnungen 120 sicherstellt. Das Wasser gelangt auf diese perforierte Platte 119 aus einer ringförmigen Überlaufkammer 121, die im wesentlichen der Überlaufkammer 19 der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 5 entspricht, nur daß sie hier ringförmig ist. Das Wasser strömt dieser Überlaufkammer 121 durch entsprechende Zuläufe 122 zu.

Das Kühlwasser läuft aus der Kammer 121 am Rand aus, gelangt auf die perforierte Platte 119 und strömt aus den auf die Wärmetauschelemente 111 ausgerichteten Öffnungen 120 auf die Oberkanten der Wärmetauschelemente 111. Es fließt dann an ihnen unter Bildung eines Films nach unten, tropft an den Unterkanten als Wasservorhang ab und wird vom Boden 113 aufgefangen, der es durch den Ablaß 114 ableitet.

Kühlluft tritt durch Einlasse 125 unterhalb der Wärmetauschelemente 111 in den Kondensator ein. Die Kühlluft wird dann zwischen den Wärmetauschelementen 111 nach oben gezogen und kühlt das Wasser durch Teilweiseverdampfung. Eine innere zylindrische Wand 126, die sich über fast die gesamte Höhe der Wärmetauschelemente 111 erstreckt und unterhalb deren oberen Enden endet, zwingt die Kühlluft, zwischen den Wärmetauschelementen 111 hindurchzuströmen. Im Zentrum des Kondensators ist oben ein Ventilator 127 angeordnet, der die Kühlluft nach oben zieht und durch einen Diffusor 128 nach oben verteilt.

Die Innenwand 126 umschließt einen abgeschlossenen Raum für einen Motor 129, der den Ventilator 127 mittels einer Welle 130 antreibt. Die Lagerung für den Ventilator 127 ist im ganzen mit 131 gekennzeichnet. Ein Einstiegsloch 132 und eine Leiter 133 erlauben es dem Bedienungspersonal, innerhalb des von der Wand 126 umgrenzten Raumes für Inspektions- und Wartungszwecke nach oben zu steigen.

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Die radial ausgebildeten Ausführungsformen der Erfindung nach den Fig. 9 bis 11 können ein oder mehrere Lufteinlässe, Kondensat- und Abgasauslässe usw. aufweisen. Es sei auch betont, daß, wie bei den anderen Ausführungsformen, der Dampf den Wärmetausehelementen an oder nahe ihren Böden, durch die Seiten oder am Kopf zugeführt werden kann, daß Luft und Wasser im Gleichstrom oder im Gegenstrom fließen können.

Die Fig. 12 und 13 zeigen zwei bevorzugte Ausführungsarten für die Wasserverteilung und Einzelheiten dur Wärmetauschelemente, hier mit 11 bezeichnet. Die Elemente 11 sind aus zwei im wesentlichen rechteckigen Platten 12, gewöhnlich aus Stahl, gebildet, die an ihren Kanten verschweißt sind, wie es hier an der Oberkante gezeigt ist. Im Zwischenbereich sind sie bei 141 punktverschweißt. Sie können nach Art der in der US-PS 35 12 239 oder der US-PS 37 36 783 beschriebenen Technik hergestellt sein. In Fig. 12 hat das Rohr P, welches das Rohr 103 nach Fig. 9 oder 65 nach den Fig. 6 bis 8 sein kann, längs verteilte Löcher zum Verteilen des Wassers aus dem Rohrinnenraum auf die Oberkante 140 des Elements 11, wo das Wasser sich selbst verteilt und als Film gleichmäßig am Element 11 nach unten strömt. Die im Abstand voneinander angeordneten Eindrückungen oder Sicken durch die Punktschweißungen 141 verhindern eine Kanalbildung des Wasserflusses beim Hinabströmen am Element 11.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 13 ist die perforierte Verteilerplatte D mit Löchern zum Aufgeben des Kühlwassers auf das Element 11 versehen, wie es in den Beispielen der Fig. 1 bis 5 und 11 dargestellt ist.

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ORIGINAL INSPECTED

Claims

Ansprüche

M.jMit einem fallenden Flüssigkeitsfilm arbeitender Wärmetauscher, bestehend aus einem Gehäuse (14), einer Mehrzahl senkrecht darin angeordneter Wärmetauschelemente (11), Einrichtungen (27, 35) zum Zuführen zu kondensierenden Dampfes in das Innere der Wärmetauschelemente (11) und zum Ablassen des Kondensats daraus, Einrichtungen (31) zum Abziehen von Überschußluft und nichtkondensierbarer Gase aus den Wärmetauschelementen (11), Einrichtungen (18) zum Verteilen von Kühlflüssigkeit auf den Wärmetauschelementoberflächen, um auf diesen einen fallenden Flüssigkeitsfilm zu erzeugen, und Einrichtungen (25a, 26) zum Vorbeileiten eines Kühlluftstromes an den Wärmetauschelementen (11) innerhalb des Gehäuses (14), der auf den Flüssigkeitsfilm trifft und die Kühlflüssigkeit kühlt.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Wärmetauschelement (1I) aus zwei parallel zueinander angeordneten, miteinander an ihrem Umfang

MÜNCHEN: TELEFON (Ο89) 22 55 85 KABEL: PROPINDUS -TELEX OS 34 244

BERLIN: TELEFON (O3O) 8312088 KABEL: PROPINDUS -TELEX 01 84Ο 57

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abgedichtet verbundenen Platten (12) besteht, und chiß die Einrichtung zum Zuführen des zu kondensierenden Dampfes ein quer zu den Wärmetausehelernenfen (11) verlaufender Verteiler (27) mit einer Öffnung (29) an jedem Wärmetauschelement (11) ist.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfverteiler (27) seine Zuführöffnungeu (29) am oder nahe am Boden der Wärmetauschelemente (11) hat und daß die Einrichtung (32) zum Abziehen von Luft und nichtkondensierbarer Gase mit den oberen Enden der Wärmetauschelemente (11) verbunden ist.
4. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfverteiler (6 2) seine Zuführöffnungen am oder nahe am oberen Ende der Wärmetauschelemente (51) hat und der Dampf von oben nach unten durch die Elemente (51) strömt.
5. Verfahren zum Kondensieren von Dampf in einem mit einem fallenden Flüssigkeitsfilm arbeitenden Wärmetauscher, gekennzeichnet durch Einführen des zu kondensierenden Dampfes in die Innenräume senkrecht angeordneter, plattenförmiger Wärmetauschelemente, Überleiten einer Kühlflüssigkeit auf die Außenflächen der Wärmetauschelemente und Erzeugen fallender Flüssigkeit filme auf ihnen und Hervorrufen und Leiten einer Kühlluftströmung auf die fallenden Flüssigkeitsfilme.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft ungesättigt mit der Flüssigkeit des Filmes ist und der Film durch Verdampfung gekühlt wird.

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7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft in dem Fall der Kühlflüssigkeit entgegengesetzter Richtung strömt.
8. Wärmetauscher mit mehreren im Abstand voneinander angeordneten Wärmetauschelementen, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Wärmetauschelement (11) aus zwei vertikal angeordneten Platten (12) besteht, die an ihren Rändern miteinander verbunden sind, die Wärmetausche emente (11) von einem gemeinsamen Gehäuse (14) umgeben sind, eine Einrichtung (27) zum Einleiten von Dampf in die Innenräume der Wärmetauschelemente (11) vorhanden ist, eine Einrichtung (18) zum Verteilen vua Wasser, das als dünner Film über die Außenflächen der Wärmetauschelemente (11) fließt, vorgesehen ist, und daß eine Einrichtung zu den Wasserfilmen gerichteten Kühlluftstromes durch einen an oder nahe dem Gehäuseboden gelegenen Lufteinlaß (25) und einen oberhalb der Wärmetauschelemente (11) angeordneten Luftauslaß (26) vorgesehen ist.
9. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Wärmetauschelement (51) mit einem Dampfeinlaß an oder nahe seinem oberen Ende und einem Kondensatauslaß und einem Auslaß (59) für Gasüberschuß an oder nahe seinem unteren Ende versehen ist.
10. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Wärmetauschelement (11) mit einem Dampfeinlaß (29) und einem Kondensatauslaß (35) an oder nahe seinem Boden und einem Auslaß (30, 37) für Gasüberschuß an seinem oberen Ende versehen ist.
11. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Verteilen des Kühlwassers aus einer

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perforierten, horizontal und im Abstand ir -r den Wärmetauschelementen (11) angeordneten Platte (18) besteht, deren Durchbrüche (40) in über den Wärmetauschelementen (11) verlaufenden Reihen angeordnet sind.
12. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (14) im wesentlichen vertikale Seitenwände (15, 16) und unterhalb davon nach unten zusammenlaufende, in einem Bodenauslaß (24) endende Bodenwände aufweist und daß in einer Seitenwand (16) unterhalb der Wärmetauschelemente (11) eine Kühlluftzuführungsöffnung (25) ausgebildet ist.
13. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauschelemente (11) im wesentlichen parallel nebeneinander angeordnet sind.
14. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauschelemente (81) sich radial erstruckend, in gleichmäßiger Verteilung angeordnet sind und daß das Gehäuse (80) zylindrisch ist.
15. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinrichtung zum Verteilen .!es Kühlwassers aus einer perforierten Platte (18) mit auf die Oberkanten der Wärmetauschelemente (11) ausgerichteten Löchern (40) besteht.
16. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Verteilen des Kühlwassers aus mehreren, auf die Oberkanten der Wärmetauschelemente (51) ausgerichteten Rohren (65) mit längsverteilteii Löchern (67) besteht.

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17. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Ventilatorflügel (69, 70) zum Erzeugen einer Luftströmung im Gehäuse (54) aufweist.
18. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen der Kühlluftströmung so gestaltet ist, daß die Kühlluft im Gegenstrom zum fallenden Kühlflüssigkeitsfilm strömt.

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