[0001] Die Erfindung richtet sich auf einen luftgekühlten Oberflächenkonaensator zur Kondensation
von Dämpfen mittels Umgebungsluft gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
[0002] Das zu kondensierende dampfförmige Medium, beispielsweise Wasserdampf, kann hierbei
der Dampfverteilerkammer über mindestens einen Anschlußstutzen von einer Dampfverteilerleitung
zugeführt werden. In Strömungsrichtung der Kühlluft sind meistens zwei bis vier, gegebenenfalls
aber auch mehr Reihen von Kühlrohren hintereinander angeordnet. Die Kühlrohre sind
in der Regel als Rippenrohre ausgebildet. und können einen runden oder ovalen Querschnitt
besitzen. Der Kühlluftstrom ist zumeist zwangsbewegt.
[0003] Da alle Kühlrohre an eine gemeinsame Dampfverteilerkammer und an einen gemeinsamen
Kondensatsammelraum angeschlossen sind, herrscht in sämtlichen Kühlrohren zwischen
der Verteilerkammer und dem Sammelraum auch derselbe Druckunterschied. Folglich ist
man in der Praxis bestrebt, den Oberflächenkondensator so auszulegen, daß alle Kühlrohre
eine übereinstimmende Kondensationsleistung erbringen. Weil nun aber die Eintrittstemperatur
des Dampfs in sämtliche Kühlrohre gleich hoch ist, steigt die Temperatur der Kühlluft
von Rohrreihe zu Rohrreihe in Strömungsrichtung an. Mithin besteht an den in Richtung
des Kühlluftstroms vorne liegenden Rohrreihen eine größere Temperaturdifferenz zwischen
der Kühlluft und dem Dampf als in den in Richtung des Kühlluftstroms hinteren Rohrreihen.
Demzufolge könnten die Kühlrohre in den ersten Rohrreihen eine größere Kondensationsleistung
erbringen, wenn die durch die Berippung vorgege- bene und von der Kühlluft bestrichene
Oberfläche annähernd gleich groß wäre, wie die Rippenoberfläche der hinteren Rohrreihen.
[0004] Wirc unter der Bedingung der gleichen Druckdifferenz für alle Kühlrohre die gleiche
Kondensationsleistung trotz unterschiedlicher Temperaturdifferenz aber nicht einge-
halten, so kann es bei entsprechenden Witterungsverhältnissen zu einer Kondensatunterkühlung
in den vorderen Rohrreihen, insbesondere in der vom Kühlluftstrom zuerst beaufschlagten
Rohrreihe mit der dann niedrigsten Kühllufttemperatur kommen. Unter Umständen können
die hier liegenden Kühlrohre sogar einfrieren.
[0005] Zur Vermeidung einer Unterkühlung oder des Einfrierens hat man vorgeschlagen, die
Kondensationsleistung der von der Kühlluft zuerst angeströmten Rohrreihen so stark
zu verringern, daß diese mit der Kondensationsleistung der hinteren Rohrreinen nahezu
übereinstimmt. Auf diese Weise konnte man beide Bedingungen gleichzeitig einhalten,
nämlich die der gleichen Druckdifferenz zwischen Dampfverteilerkammer und Kondensatsammelraum
und die der gleichen Kondensationsleistung für alle Kühlrohre trotz unterschiedlicher
Temperaturdifferenzen zwischen der Kühlluft und dem Dampf in jeder Kühlrohrreihe.
[0006] In diesem Zusammenhang hat man z.B. gemäß der DE-PS 10 44 125 die berippte Oberfläche
der einzelnen Rohrreihen im gleichen Maße vergrößert, wie sich die Temperaturdifferenz
zwischen der Kühlluft und dem Dampf in Richtung des Kühlluftstroms von Rohrreihe zu
Rohrreihe verkleinert, und zwar ausgehend von der zuerst von der Kühlluft angeströmten
Rohrreihe mit der größten Temperaturdifferenz und der dementsprechend kleinsten Wärmeaustauscherfläche.
Die Variation in der Größe der Wärmeaustauscherfläche von Rohrreihe zu Rohrreihe erfolgte
dabei im allgemeinen durch Beibehaltung der gleichen Rippengröße, jedoch unterschiedlicher
Rippenabstände. Oft ergab sich bei den praktisch ausgeführten luftgekühlten Oberflächenkondensatoren
in der zuerst von der Kühlluft angeströmten Rohrreihe eine Temperaturdifferenz, die
doppelt oder sogar dreifach so hoch war wie die Temperaturdifferenz in der von der
Kühlluft zuletzt angeströmten Rohrreihe. Dies bedeutete, daß die berippte Oberfläche
der ersten Rohrreihe nur 1/2 bis 1/3 so groß sein durfte, wie die der letzten Rohrreihe.
Eine solche künstliche Verringerung der Kondensationsleistung der von der Kühlluft
zuerst angeströmten Rohrreihen durch kleinere Oberflächen bzw. größere Rippenabstände
ist ein erheblicher Nachteil für die Gesamt-Kondensationsleistung eines mehrreihigen
Oberflächenkondensators, weil bis zu 50 % der möglichen Oberflächen verschenkt wurden.
[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen
luftgekühlten Oberflächenkondensator dahingehend zu verbessern, daß bei Vermeidung
unterschiedlicher Kondensationsleistung in den einzelnen Rohrreihen die Gesamt-Kondensationsleistung
erheblich gesteigert wird.
[0008] Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil
des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen.
[0009] Kernpunkt der Erfindung ist die Versetzung der sammelraumseitigen Längenabschnitte
mindestens der bezüglich ihrer verteilerkammerseitig zuerst und zuletzt von der Kühlluft
angeströmten Längenabschnitte der Kühlrohre derart, daß bei den Kühlrohren, deren
verteilerkammerseitigen Längenabschnitte zuerst von der Kühlluft angeströmt werden,
diese Längenabschnitte mit der größten Temperaturdifferenz zwischen der Künlluft und
dem Dampf arbeiten, während die sammelraumseitigen Längenabschnitte mit der geringsten
Temperaturdifferenz arbeiten. Die Gesamtleistung der Kühl- rohre entspricht dann dem
Mittelwert beider Teilleistungen. Was die Kühlrohre anlangt, deren verteilerkarmerseitigen
Längenabschnitte zuletzt von der Kühlluft angeströmt werden, so arbeiten diese Längenabschnitte
dann mit der kleinsten Temperaturdifferenz zwischen der Kühlluft und dem Dampf, während
hingegen die sammelraumseitigen Längenabschnitte jetzt mit der größten Temperaturdifferenz
wirksam sind. Auch hier stellt sich wiederum eine Leistung ein, die dem Mittelwert
beider Teilleistungen entspricht. Damit haben alle Rohrreihen eine übereinstimmende
Kondensationsleistung, ohne daß die Kühlrohre hierfür unterschiedlich berippt werden
müssen. Auch ist es nicht mehr notwendig, die verschiedenen Rohrreihen mit unterschiedlichen
Dampfmengen zu beaufschlagen oder die Strömungsquerschnitte der Rohrreihen unterschiedlich
auszubilden. Es kann in jeder Rohrreihe die maximal mögliche Kondensationsleistung
genutzt werden, ohne daß die Gefahr einer Unterkühlung des Kondensats oder sogar des
Einfrierens besteht.
[0010] Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung kennzeichnet sich in den
Merkmalen des Anspruchs 2. Hierbei werden ovale bzw. elliptische Rippenrohre verwendet,
die es aufgrund ihres konstruktiven Aufbaus ohnehin ermöglichen, die Anzahl der Rohrreihen
und den damit verbundenen Aufwand zur Festlegung der Kühlrohre zu senken. Bei dieser
Ausführungsform werden folglich die Kühlrohre der beiden Reihen gewissermaßen auf
Lücke angeordnet, ohne daß hierdurch die Kondensationsleistung beeinträchtigt wird.
Die Kühlrohre brauchen lediglich im mittleren Längenbereich in Strömungsrichtung der
Kühlluft gekröpft zu werden. Dies erleichtert die Herstellung und den Einbau. Auch
können derartige Kühlrohre vergleichsweise einfach zu einem kompakten handhabbaren
Kühlelement eng verschachtelt werden.
[0011] Sind gemäß Anspruch 3 drei Kühlrohrreihen vorgesehen, so ist es vorteilhaft, daß
die mittlere Rohrreihe über ihre gesamte Länge sich geradlinig erstreckende Kühlrohre
aufweist. Aber auch hierbei ist sichergestellt, daß von den Kühlrohren, deren verteilerkammerseitigen
Längenabschnitte zuerst von der Kühlluft beaufschlagt werden, die sammelraumseitigen
Längenabschnitte zuletzt von der Kühlluft angeströmt werden, während von den Kühlrohren,
deren verteilerkammerseitigen Längenabschnitte zuletzt durch die Kühlluft beaufschlagt
sind, die sammelraumseitigen Längenabschnitte jetzt zuerst durch die Kühlluft angeströmt
werden, so daß in allen Kühlrohren eine übereinstimmende Kondensatorleistung erzielt
wird.
[0012] Werden in einem Oberflächenkondensator vier in Strömungsrichtung der Kühlluft hintereinander
angeordnete Rohrreihen vorgesehen, so ist eine Lösung vorstellbar, wie sie im Anspruch
4 gekennzeichnet ist, oder es wird die Lösung bevorzugt, die im Anspruch 5 beschrieben
ist. Während die Lösung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 4 eine von der baulichen
Konzeption her einfache Ausbildung darstellt, hinsichtlich der übereinstimmenden Kondensationsleistung
in allen Rohrreihen indessen nur eine Näherungslösung bildet, ist die Lösung entsprechend
den Merkmalen des Anspruchs 5 technisch zwar aufwendiger, jedoch von der angestrebten
gleichmäßigen. Kondensationsleistung her zweifelsohne eine bevorzugt anzustrebende
Ausführungsform.
[0013] Um die größte Leistungsdichte auf vorgegebenem Raum zu erreichen, sind die Merkmale
des Anspruchs 6 vorgesehen. Hierbei kann die Berippung aller Rohrreihen so eng wie
nur zulässig gehalten werden.
[0014] Insbesondere bei drei- und mehrreihigen Oberflächenkondensatoren sind die Merkmale
des Anspruchs 7 von Vorteil. Die Positionsvertauschung der Rohrlängenabschnitte kann
hierbei mit relativ einfachen Verkröpfungen auf kleinstem Raum durchgeführt werden.
[0015] Um in dem Versetzungsbereich der Kühlrohre die Kondensationsleistung nicht zu beeinträchtigen,
ist es vorteilhaft, wenn die Merkmale des Anspruchs 8 zur Anwendung gelangen. Eine
gehäuseartige Kapselung kann auf verschiedene Art und Weise verwirklicht werden. Wichtig
ist nur, daß die geraden Längenabschnitte der Kühlrohre nach wie vor über ihre gesamte
Länge am Wärmeaustausch teilnehmen.
[0016] Damit Wärmestauungen in dem gehäuseartig gekapselten Bereich vermieden werden, sieht
die Erfindung die Merkmale des Anspruchs 9 vor. Durch die Durchbrechungen tritt in
geringem Umfang Umgebungsluft in das Gehäuse ein und aus, so daß das Gehäuse gewissermaßen
stets mit Frischluft gespült wird. Es ist auch möglich, das Gehäuse in Längsrichtung
zu belüften.
[0017] Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 in schematischer Darstellung in der Seitenansicht einen luftgekühlten Oberflächenkondensator;
Figur 2
bis 5 in schematischer Darstellung in der Seitenansicht vier weitere Ausführungsformen
eines luftgekühlten Oberflächenkondensators und
Figur 6 in perspektivischer Darstellung, teilweise im Schnitt, den Bereich VI des
in der Fig. 1 veranschaulichten Oberflächenkondensators.
[0018] Mit 1 ist in der Fig. 1 ein Oberflächenkondensator bezeichnet, der durch zwangsbewegte
Kühlluft KL quer angeströmt wird. Der Oberflächenkondensator 1 weist zwei in Strömungsrichtung
der Kühlluft KL hintereinander angeordnete Kühlrohrreihen R
1, R
2 auf. Es sind eine größere Anzahl von mit Rippen 2 versehenen Kühlrohren 3, 4 in jeder
Kühlrohrreihe R
1, R
2 vorgesehen.
[0019] Sämtliche Kühlrohre 3, 4 sind gemeinsam einerseits an eine Dampfverteilerkammer 5
und andererseits an einen Kondensatsammelraum 6 angeschlossen.
[0020] Im mittleren Längenbereich 7 sind die Kühlrohre 3, 4 beider Kühlrohrreihen R
1, R
2 über Kreuz geführt. Auf diese Weise hat jedes Kühlrohr 3, 4 einen Längenabschnitt
8, 9 bzw. 10, 11, der einmal zuerst von der Kühlluft KL und einmal zuletzt von der
Kühlluft KL angeströmt wird. Dabei ist beim Ausführungsbeispiel der Figur 1 die Anordnung
so getroffen, daß von der Kühlrohrreihe R
1 die verteilerkammerseitigen Längenabschnitte 8 zuerst von der Kühlluft KL und die
sammelraumseitigen Längenabschnitt 9 zuletzt von der Kühlluft KL angeströmt werden,
wohingegen die verteilerkammerseitigen Längenabschnitte 10 der Rohrreihe R
2 zuletzt von der Kühlluft KL und die sammelraumseitigen Längenabschnitte 11 zuerst
von der Kühlluft KL angeströmt werden.
[0021] Wie die Figur 1 in Verbindung mit Figur 6 erkennen läßt, können bei im Querschnitt
elliptischen Rippenrohren 3, 4 die bezüglich ihrer an die Dampfverteilerkammer 5 angeschlossenen
Längenabschnitte 8 zuerst von der Kühlluft KL angeströmten Kühlrohre 3 zu den Kühlrohren
4, deren an die Dampfverteilerkammer 5 angeschlossenen Längenabschnitte 10 zuletzt
von der Kühlluft KL angeströmt sind, quer zur Strömungsrichtung aer Kühlluft KL um
eine halbe Rohrteilung versetzt angeordnet sein.
[0022] Der Versetzungsbereich 7 der Kühlrohre 3, 4 ist rippenlos ausgebildet.
[0023] In der Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Oberflächenkondensators 15 dargestellt,
bei welchem der Versetzungsbereich 7 der Kühlrohre 3, 4, welcher zweckmäßig ebenfalls
rippenlos gestaltet ist, zur Umgebung hin gehäuseartig gekapselt ist. Um aber Wärmestauungen
in dem gekapselten Versetzungsbereich 7 zu vermeiden, kann das Gehäuse 12 mit Durchbrechungen
13 versehen sein, durch die Umgebungsluft ein- und ausströmen kann.
[0024] Im übrigen entspricht die Ausführungsform der Figur 2 den Ausführungsformen der Figuren
1 und 6.
[0025] Die Ausführungsform eines Oberflächenkondensators 16 der Figur 3 unterscheidet sich
von denjenigen nach den Figuren 1, 2 und 6 im wesentlichen dadurch, daß die zuerst
und zuletzt von der Kühlluft KL angeströmten Rohrreihen R
1 und R
2 in Strömungsrichtung der Kühlluft KL einen etwas größeren Abstand voneinander haben,
so daß noch eine mittlere Rohrreihe R
3 eingezogen werden kann, die jedoch über ihre gesamte Länge sich geradlinig erstreckende
berippte Kühlrohre 14 aufweist. Auch diese KühlrQhre 14 sind, wie die hinsichtlich
ihrer Längenabschnitte 8, 10 zuerst und zuletzt von der Kühlluft KL angeströmten Kühlrohre
3, 4, an eine gemeinsame Dampfverteilerkammer 5 sowie an einen gemeinsamen Kondensatsammelraum
6 angeschlossen.
[0026] In Figur 4 ist ein Oberflächenkondensator 17 mit vier in Strömungsrichtung der Kühlluft
KL hintereinander angeordneten Rohrreihen R
1, R
42 R
5, R
2 veranschaulicht. Es ist zu erkennen, daß die sammelraumseitigen Längenabschnitte
9, 18, 19, 11 der Kühlrohre 3, 20, 21, 4, deren an die Dampfverteilerkammer 5 angeschlossenen
Längenabschnitte 8, 22, 23, 10 in Strömungsrichtung der Kühlluft KL in der ersten,
zweiten, dritten und vierten Rohrreihe R
1, R
4, R
5, R
2 liegen, in der dritten, vierten, ersten und zweiten Rohrreihe R
5, R
2, R
1, R
4 angeordnet sind.
[0027] Im Falle der Ausführungsform eines Oberflächenkondensators 24 der Figur 5 mit ebenfalls
vier in Strömungsrichtung der Kühlluft KL hintereinander angeordneten Rohrreihen R
1, R
4, R
5, R
2 sind die sammelraumseitigen Längenabschnitte 9, 18, 19, 11 der Kühlrohre 3, 20, 21,
4, deren an die Dampfverteilerkammer 5 angeschlossenen Längenabschnitte 8, 22, 23,
10 in Strömungsrichtung der Kühlluft KL in der ersten, zweiten, dritten und vierten
Rohrreihe R
1, R
4, R
5, R
2 liegen, in der vierten, dritten, zweiten und ersten Rohrreihe R
2, R
5, R
4, R
1 angeordnet.
[0028] Bei sämtlichen Ausführungsformen sind die Kühlrohre 3, 4, 14, 20, 21 mit gleich großen
und in demselben Abstand voneinander angeordneten Rippen 2 versehen. Auch die Ausführungsformen
der Fig. 3 bis 5 haben im Versetzungsbereich 7 zweckmäßig keine Rippen 2. Alle Versetzungsbereiche
7 können mit einer gehäuseartigen Kapselung 12 (Figur 2) versehen sein.
Bezugszeichenaufstellung
[0029]
1 Oberflächenkondensator
2 Rippen
3 Kühlrohre in R1
4 Kühlrohre in R2
5 Dampfverteilerkammer
6 Kondensatsammeiraum
7 Versetzungsbereich
8 oberer Längenabschnitt von 3
9 unterer Längenabschnitt von 3
10 oberer Längenabschnitt von 4
11 unterer Längenabschnitt von 4
12 Gehäuse
13 Durchbrechungen in 12
14 Kühlrohre von R3
15 Oberflächenkondensator
16 Oberflächenkondensator
17 Oberflächenkondensator
18 unterer Längenabschnitt von 20
19 unterer Längenabschnitt von 21
20 Kühlrohre in R4
21 Kühlrohre in R5
22 oberer Längenabschnitt von 20
23 oberer Längenabschnitt von 21
24 Oberflächenkondensator
KL Kühlluft
R1 Kühlrohrreihe
R2 Kühlrohrreihe
R3 Kühlrohrreihe
R4 Kühlrohrreihe
R5 Kühlrohrreihe
1. Luftgekühlter Oberflächenkondensator zur Kondensation von Dämpfen mittels Umgebungsluft,
welcher mindestens zwei in Strömungsrichtung der Kühlluft hintereinander angeordnete
Kühlrohrreihen aufweist, die gemeinsam einerseits an eine Dampfverteilerkammer und
andererseits an einen Kondensatsammelraum angeschlossen sind, wobei die Wärmeaustauschflächen
aer Kühlrohre derart auf das jeweils zur Verfügung stehende Temperaturgefälle zwischen
Dampfeintrittstemperatur und Kühllufttemperatur abgestimmt sind, daß in allen Rohrreihen
die Kondensation annähernd gleichmäßig in geringem Abstand von den in den Kondensatsammelraum
mündenden Rohrenden abgeschlossen ist, dadurch gekenn- zeichnet, daß mindestens die
von der Kühlluft (KL) zuerst und zuletzt angeströmten, an die Dampfverteilerkammer
(5) angeschlossenen Längenabschnitte (8, 10) der Kühlrohre (3, 4) bezüglich ihrer
jeweils an den Kondensatsammelraum (6) angeschlossenen Längenabschnitte (9, 11) unter
Vertauschung der Reihenfolge der Kühlluftbeaufschlagung wenigstens in Strömungsrichtung
der Kühlluft (KL) im etwa mittleren Längenbereich (7) der Kühlrohre (3, 4) zueinander
versetzt angeordnet sind.
2. Oberflächenkondensator nach Anspruch 1 mit in zwei Rohrreihen angeordneten ovalen
Rippenrohren, dadurch gekennzeiehnet, daß die bezüglich ihrer an die Dampfverteilerkammer
(5) angeschlossenen Längenabschnitte (8) zuerst von der Kühlluft (KL) angeströmten
Kühlrohre (3) zu den Kühlrohren (4), deren an die Dampfverteilerkammer (5) angeschlossenen
Längenabschnitte (10) zuletzt von aer Kühlluft (KL) angeströmt sind, quer zur Strömungsrichtung
der Kühlluft (KL) um eine halbe Rohrteilung versetzt angeordnet sina.
3. Oberflächenkondensator nach Anspruch 1 mit drei in Strömungsrichtung der Kühlluft
hintereinander angeordneten Rohrreihen, dadurch gekennzeichnet , aaß die mittlere
Rohrreihe (R3) mit über ihre gesamte Länge sich geradlinig erstreckenden Kühlrohren (14) versehen
ist.
4. Oberflächenkondensator nach Anspruch 1 mit vier in Strömungsrichtung der .Kühlluft
hintereinander angeordneten Rohrreihen, dadurch gekennzeichnet , daß die sammelraumseitigen
Längenabschnitte (9, 18, 11, 19) der Kühlrohre (3, 20, 21, 4), deren an die Dampfverteilerkammer
(5) angeschlossenen Längenabschnitte (8, 22, 23, 10) in Strömungsrichtung der Kühlluft
(KL) in der ersten, zweiten, dritten und vierten Rohrreihe (R1, R4, R5, R2) liegen, in der dritten, vierten, ersten und zweiten Rohrreihe (R5, R2, R1, R4) angeordnet sind.
5. Oberflächenkondensator nach Anspruch 1 mit vier in Strömungsrichtung der Kühlluft
hintereinander angeordneten Rohrreihen, dadurch gekennzeichnet, daß die sammelraumseitigen
Längenabschnitte (9, 18, 19, 11) der Kühlrohre (3, 20, 21, 4), deren an die Dampfverteilerkammer
(5) angeschlossenen Längenabschnitte (8, 22, 23, 10) in Strömungsrichtung der Kühlluft
(KL) in der ersten, zweiten, dritten und vierten Rohrreihe (R1, R4, R5, R2) liegen, in der vierten, dritten, zweiten und ersten Rohrreihe (R2, R5, R4, R1) angeordnet sind.
6. Oberflächenkondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet
, daß sämtliche Kühlrohre (3, 4, 14, 20, 21) mit gleich großen und in demselben Abstand
voneinander angeordneten Rippen (2) versehen sind.
7. Oberflächenkondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet
, aaß die Kühl- . rohre (3, 4, 14, 20, 21) im Versetzungsbereich (7) rippenlos gestaltet
sind.
ö. Oberflächenkondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet
, daß der Versetzungsbereich (7) der Kühlrohre (3, 4, 14, 20, 21) zur Umgebung hin
gehäuseartig gekapselt ist.
9. Oberflächenkondensator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Wände
des den Versetzungsbereich (7) kapselnden Gehäuses (12) mit Durchbrechungen (13) versehen
sind.