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Eopfkondensatore
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Kopfkondensator mit Leitbiechen
zur Umlenkung der gasförmigen Phase und kühlmittelführenden Rohrbündeln, wobei ein
Teil der Rohrbündel zumindest vorwiegend zur Kon densation der Dämpfe der gasförmigen
Phase und ein anderer Teil der Rohrbündel zumindest vorwiegend zur Kühlung der nicht
kondensierbaren Gase der gasförmigen Phase dient0 Bei den Kopfkondensatoren der
eingangs genannten Art werden ßündel paralleler Rohre horizontal zwischen zwei Rohrplatten
senkrecht zur Achse des Kopfkondensatormantels angeordnet. Der zu kondensierende
Dampf strömt dabei mit den nicht kondensierbaren Gasen (im nachfolgenden kurz nInertgase"
genannt) in den Raum zwischen den Wandungen des Kopfkondensators und den äußeren
Blechen eines Leitblechsystems Zunächst nach oben, um dann im oberen Teil des Kondensatorraumes
zwischen das äußere und das zugeordnete innere Leitblech nach unten umgelenkt zu
werden. Dabei fließt die gasförmige Phase im Kreuzgegenstrom zu dem Kühlmittel,
welches die Rohrbündel so durchströmt, daß zunächst die unteren und danach die darüberliegenden
Rohre vom Kuhlmittel durchflossen werden, also die gühlmitteltemperatur in dem Rohrbündel
von unten nach oben infolge des Wärmetausches mit der gasförmigen Phase zunimmt.
Schließlich wird die nach unten umgelenkte gasförmige Phase zwischen den inneren
Trennblechen wieder nach oben zurückgelenkt. Auch hierbei fließt die gasförmige
Phase im Kreuzgegenstrom zu dem Kühlmittel, welches in diesem Abschnitt das Rohrbündel
so durchströmt, daß zunächst die oberen und danach die darunterliegenden Rohre vom
Kühlmittel durchflossen werden, also die Kühlmitteltemperatur in diesem Abschnitt
in dem Rohrbündel von oben nach unten infolge des Wärmetausches mit der gasförmigen
Phase zunimmt. Danach wird die kondensatfreie gasförmige Phase mittels einer Vakuumpumpe
abgezogen.
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Bei den bekannten Kopfkondensatoren sind daher die Rohrbündel in horizontaler
Richtung in drei Abschnitte aufgeteilt, wobei die beiden äußeren Rohrbündelbereiche,
die sih zwischen den äußeren und inneren Trennblechen befinden, überwiegend zur
Kondensation der Dämpfe benutzt werden, während der innere Rohrbündelabschnitt zwiZ
schen den beiden inneren Leitblechen überwiegend der Kühlung der Inertgase dient.
Bei diesen bekannten Ausführungen sind die äußerer Leitbleche unterhalb des Rohrbündels
zu einer geschlossenen tondensatsammelerwanne zusammengesetzt.
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Diese bekannten Kopfkondensatoren weisen verschiedene Nachteile auf.
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Bei der im allgemeinen aus Sicherheitsgründen erfolgenden Überdimensionierung
der Kondensationsabschnitte erfolgt eine starke Unterkühlung des Kondensates durch
vielfaches Tropfen auf kalte Rohroberflächen0 Außerdem ist eine Nebelbildung durch
Unterkühlung des mit Dampf gesättigten Inertgases und Mitreissen unterkühlter feinster
Flüssigkeitstropfen durch die nicht kondensierbaren Gase unvermeidbar, zumal die
Kondensattropfen beim Auftreffen auf die Rohroberfläche zerplatzen. Ein weiterer
Nachteil der bekannten Ausführungen ist dadurch gegeben, daß die Kondensatsammelwanne
durch unterkühltes Kondensat unter die Kondensationstemperatur abgekühlt wird und
dadurch eine Kondensationsfläche für die von unten anströmenden Dämpfe darstellt.
Dadurch entsteht an der Unterseite der Sammelwanne eine unkontrollierbare Kondensatmenge.
Hinzu kommt, daß die notwendige Aufwärmung des aus dem unterkühlten Kondensat gebildeten
Rücklaufes einen zusätzlichen Energieaufwand bedingt.
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Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, trotz Überdimensionierung
der Rohrbündelabschnitte eine Unterkühlung des Kondensats zu vermeiden und die Nebelbildung
sowie die starke Untere kühlung des Kondensats in der Sammelwanne zu vermeiden bzw.
wesentlich zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kühlmittelstrom
durch die Rohre zumindest in den Rohrbündelbereichen, die
vorwiegend
der Kondensation von Dämpfen dienen, im Kreuzgleichstrom zu der Führung der gasförmigen
Phase erfolgt.
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Die Erfindung weist den Vorteil auf, daß die Kondensation der Dämpfe
überwiegend bereits in den außerhalb des Leitblechsystems verlaufenden Rohrbündeln
erfolgt, wo die aufsteigenden Dämpfe gleichsinnig mit des Kühlrnittel nach oben
strömen weil das Kühlmittel in diesei Abschnitt in an sich bekannter Weise ton den
unteren Rohren in die Jeweils darüberliegenden Rohre strömt und im oberen Bereich
dieses Abschnitts des Kondensators abgezogen wird.
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Durch die im Kreuzgleichstrom fließenden Dämpfe und Kühlmittel befinden
sich die aufsteigenden Dämpfe und das herabtropfende Kondenw sat praktisch in einem
Gleichgewichtszustand, wobei die für die Kondensation infolge der Überdimensionierung
an sich nicht erforderliche Rohrfläche nicht mehr oder nur von einem geringen Teil
des Kondensates berührt wird. Die Nebelbildung wird insbesondere dadurch verringert,
daß die durch die Dämpfe und unkondensierbaren Gase mitgerissenen feinsten Flüssigkeitstropfen
entgegen der Schwerkraft transportiert werden müssen. Gleichzeitig verzögert sich
in den äusseren Abschnitten in Richtung der strömenden Inertgase die Geschwindigkeit,
was einer zusätzlichen Abscheidewirkung der Flüssigkeitstropfen entspricht. Da die
Abkühlung des Kondensats erheblich herabgesetzt wird, unterbleibt auch eine entsprechende
Abkühlung der Kondensatsammelwanne und damit die Bildung von Kondensat an der Unterseite
derselben. Als weiterer Vorteil ergibt sich, daß eine Aufwärmung des Rücklaufs nicht
mehr erforderlich ist0 Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden
die Rohrbündel in fünf Abschnitte unterteilt, wobei die zwei äußeren Abschnitte
außerhalb des Leitblechsystems, die mittleren Abschnitte zwischen den äußeren und
inneren Leitblechen und der fünfte innerste Abschnitt zwischen den beiden inneren
Leitblechen liegt.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform befinden sich in dem Raum zwischein
den
inneren und äußeren Leitblechen keine Rohrbündel, sondern nur in dem Raum auBerhalb
der äußeren Leitbleche und in dem Raum zwischen den beiden inneren Leitblechen0
Dabei können die äußeren Leitbleche in an sich bekannter Weise zu einem mittleren
Wannenteil im unteren Bereich zusammengefaßt werden, wobei die sich unter die äußeren
Rohrbündel, die außerhalb daß Leitblechsystems liegen, fortsetzenden Wannenteile
dadurch mit dem mittleren Wannenteil verbunden sind, daß in den äußeren Trenabloahen
in Bodennähe Öffnungen vorgesehen sind, welche das Zuströmen des Kondensats aus
den äußeren Wannenbereichen in den mittleren Wannenbereich sicherstellen.
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Die Ausbildung einer Kondensat-Sammelwanne kann auch völlig getrennt
von den Leitblechen erfolgen, indem diese Wanne in ihren äußeren Abschnitten mit
geeigneten Öffnungen versehen wird, die den Durchgang der gasförmigen Phase gestatten,
bei denen aber gleichzeitig das Durchfallen des herabtropfenden Kondensats in den
Raum unterhalb der Sammelwanne verhindert wird.
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Die Ausbildung kann so getroffen werden, daß bei von den Leitblechen
getrennter Wanne die äußeren Leitbleche in unteren Bereich miteinander verbunden
sind, wobei im unteren Bereich das Verbindungsstück zwischen den Leitblechen als
Vorwanne dient, die mit Öffnungen versehen ist, durch die evtl. gebildetes Restkondensat
in die Sammelwanne fließen kann. Da es sich nur um einen kleinen Teil des Kondensats
handelt, kann hierdurch eine wesentliche Unterkühlung des gesamten Kondensats in
der Sammelwanne nicht mehr stattfinden, Es versteht sich von selber, daß die Erfindung
auch in anderer Weise ausgeführt werden kann, wenn nur die Bedingung erfüllt ist,
daß in dem Bereich, in dem vorwiegend die Kondensation erfolgt, ein Ereuzw gleichstrou
sichergestellt ist.
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Die Erfindung ist annand einiger Ausführungsbeispiele in den nachr
stehenden
Figuren beschrieben. Die Figuren sind schematisch als Schnitte durch die Hauptachsen
des Kopfkondensatormantels gezeichnet, wobei der Übersichtlichkeit wegen auf eine
Schraffur der Schnittflächen verzichtet wurde, Fig. 1a und 1b veranschaulichen einen
Kopfkondensator bekannter Bauart Fig. 2a und 2b veranschaulichen eine erste Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Kopfkondensators, Fig. 3a und 3b veranschaulichen eine zweite
Ausführungsform der Erfindung.
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Bei den bekannten Kopfkondensatoren ist der Kondensationsraum durch
die äußeren Leitbleche 1 und 1' sowie die inneren Leitbleche 2 und 2' in drei getrennte
Bereiche aufgeteilt, nämlich in die beiden äußeren Bereiche A und A' und den inneren
Bereich B. Die dampfförmige Phase mit den Inertgasen wird im unteren Bereich des
Kopfkondensators zugeführt und strömt zunächst - wie durch die Pfeile Fl angedeutet
- zwischen den Wandungen 5 und den äußeren Leitblechen 1 und 1 nach oben, wird dann
im Sinne des Pfeils F2 umgelenkt und durchströmt die zwischen den äußeren und inneren
Leitblechen befindlichen Abschnitte A und A' Da die Kühlmittelführung in den Abschnitten
A und A so erfolgt, daß das Kühlmittel nacheinander zunächst die unteren und danach
sukzessive die darüberliegenden Rohre 3 durchströmt, ergibt sich bei diesen bekannten
Ausführungen der an sich bisher angestrebte Kreuzgegenstrom des Kühlmittels in Bezug
auf die gasförmige Phase.
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Der Erfinder hat nun erkannt, daß diese Betriebsweise die Ursache
der oben angeführten Nachteile ist0 In den Figuren ist aus Vereinfachungsgründen
nur die Lagerung der parallelen Rohre 3 der Rohrbündel in den Platten 4 dargestellt,
nicht Jedoch die Umlenkung der Strömung von den unteren in die Jeweils
oberen
Rohre der äußeren Abschnitte A und A' und von den oberen in die Jeweils unteren
Rohre des mittleren Abschnitts Bo was im übrigen den bekannten Stand der Technik
entspricht und nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist.
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Bei der in den Fig. 2a und 2b dargestellten iusführng sind auBerhalb
der äußeren Leitbleche 1 und 11 weitere Rohrbündel C b«wO C' vorgesehen, welche
bezüglich des Kühlmittelflusses eo geschaltet sind wie die Rohrbündel A und A',
so daß die Kühlmittelführung von unten nach oben erfolgt, die Strömungsrichtung
also in übereitanderliegenden Bündeln von Rohrreihen ständig wechselt.
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Die aufsteigenden Brüden gelangen an der Wanne 6 vorbei zunächst zwischen
die Rohrbündel C und 01, wo die gasförmige Phase mit dem Kühlmittel im Kreuzgleichstrom
fließt. Der überwiegende Teil der Kondensation findet an den Rohrbündeln C und C'
statt. Die Rohrbündel A und A' dienen zur Restkondensation, die mengenmäßig nicht
mehr stark ins Gewicht fällt und daher nicht mehr zu einer Unter kühlung des in
der Wanne 6 gesammelten Kondensats wesentlich bein tragen kann. Eine Kühlung der
Inertgase nach der weiteren Umlenkung der restlichen gasförmigen Phase erfolgt in
dem Zwischenraum zwischen den inneren Leitblechen 2 und 2 aus dem die gasförmig.
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Phase im oberen Bereich mittels einer Vakuumpumpe abgezogen wird während
das Kondensat über die Abzugsleitungen 7 aus der Wanne 6 entnommen werden kann.
Die innere Abzugsleitung 7' kann dabei als Rücklaufleitung dienen, während die Leitung
7" als Entnahmeleitung verwendet werden kann, Bei der Ausführungsform gemaß den
Fig. 3a und 3b sind nur im Raum außerhalb der äußeren Leitbleche i und 12 die Rohrbündel
C und C' vorgesehen, die der Kondensation dienen, während im Raum zwischen den äußeren
und inneren Leitblechen keine Rohrbündel eingesetzt sind.
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Das in den Raum zwischen den inneren Leitblechen 2 und 2' eingesetzte
Rohrbündel 3 dient dabei praktisch ausschließlich der Kühlung der Inertgase. Die
Saiielwanne 6 ist dabei in ihren seitlichen Begrenzungsflächen
6a,
6b, 6c und 6d mit Durchtrittsöffnungen 8 für die gasförmige Phase versehen dergestalt,
daß das von den Rohren herabtropfende Kondensat nicht durch diese Öffnungen 8 in
den Raum unterhalb der Sammelwanne 6 gelangen kann0 Diese Anordnung weist den Vorteil
auf, daß, wenn die Außenflächen 1 und 1' im unteren Bereich geschlossen sind, die
Brüden sowohl seitlich von der Wanne als auch zwischen den Wannenteilen hochsteigen
könneun, eo daß der Strömungswiderstand der gasförmigen Phase verein gert wird.
Dabei können zur Sicherung des Ablaufs des Restkondensats im Verbindungsbereich
1" der Leitbleche 1 und 12 Öffnungen 9 vorgesehen sein, die sich vorzugsweise im
unteren Scheitelpunkt des Verbindungsbleches 1" befinden, welche es der restlichen
flüssigen Phase ermöglichen, in das zentrale Wannenteil 6b abzutropfen.
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Die Durchtrittsöffnungen 8 der seitlichen Begrenzungsflächen 6a, 6b,
6c und 6d der Sammelwanne 6 können als dreieckige, rechteckige oder@ runde Öffnungen
ausgebildet sein und sich über den gesamten Bereich der Begrenzungsflächen 6a, 6b,
6c und 6d erstrecken oder sich auch nur innerhalb eines bestimmten Abschnittes von
ihnen befinden.
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