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Wärmeaustauscher für den Kondensator oder Verdampfer von Kompressionskälte- maschinen mit umlaufendem Kondensator und Verdampfer.
Die Erfindung bezieht sich auf Kältemaschinen, bei denen Kondensator oder Verdampfer oder auch beide umlaufen und der Verdichter in dem umlaufenden Kondensator angeordnet ist. In dessen Gehäuse bläst der Verdichter die verdichteten Dämpfe des Kältemittels frei aus. Der Wärmeaustausch der zu verflüssigenden Dämpfe mit dem das Gehäuse umspülenden Kühlmittel vollzieht sieh dabei nur an den Wandungen des umlaufenden Gehäuses und ist daher verhältnismässig Mein, denn nur die mit der inneren Wandung in Berührung kommenden Schichten des dampfförmigen Kältemittels treten in Wärmeaustausch, wogegen der Kern der das Gehäuse ausfüllenden Dämpfe der unmittelbaren Kühlwirkung des Kühlmittels entzogen ist.
Nach der Erfindung ist der Wärme austausch zwischen dem dampfförmigen Kältemittel und dem Kühlmittel dadurch wesentlich erhöht, dass das in dem umlaufenden Kondensator bzw. Verdampfer in die Nähe der Maschinenwelle eintretende Kältemittel aus dem Kondensator bzw. Verdampfer heraus- und in einen Raum eintritt, der an einer von der Welle radial weiter abgelegenen Stelle mit dem Kondensator bzw. Verdampfer in Verbindung steht und in dem das der Fliehkraft ausgesetzte Kältemittel mit dem Kühlmittel bzw. dem zu kühlenden Mittel (Kälteträger) in Wärmeaustausch tritt.
Es wird also ständig eine gewisse Menge der im umlaufenden Gehäuse vorhandenen Dampfmenge durch die Wärmeaustauschvorrichtung hindurch in Umlauf versetzt, u. zw. lediglich unter der Wirkung der Fliehkraft, da die Dämpfe durch die wie Schaufeln wirkenden Wandungen der Räume, die von den Dämpfen durchströmt bzw. umspült werden, nahe der Drehachse erfasst werden. Der Wärmeaustausch mit dem ebenfalls unter der Wirkung der Fliehkraft geförderten Kühlmittel bzw. dem Kälteträger ist sehr wirksam, da der Umlauf der Dampfmenge unter der Wirkung der Fliehkraft verhältnismässig schnell vor sieh
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die im Bereich der von dem Kältemittel durchströmten Räume liegen.
Diese Wärmeaustauschvorriehtung ist gegen mechanische Beschädigungen und gegen das Auftreten von Undichtigkeiten besonders geschützt, wenn das Kühlmittel bzw. der Kälteträger durch Räume hindurchströmt, die vom Kältemittel umspült werden. Zur Vergrösserung des Wärmeaustausch- weges sind dabei vorteilhaft die Räume, die den vom Kältemittel ausserhalb des Kondensators bzw. Verdampfers durchströmten Raum durchsetzen, also von dem mit dem Kältemittel in Wärmeaustausch tretenden Kühlmittel bzw.
Kälteträger durchströmt werden, als spiralig verlaufende Rohre ausgebildet.
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dampfers durchströmte Raum von dem vom Kühlmittel bzw. Kälteträger durchströmten Raum umgeben, wenn die Wärmeaustauschvorrichtung für grosse Leistungen verwendet werden soll. In diesem Fall ist es auch möglich, die vom Kühlmittel berührte Oberfläche beliebig gross zu gestalten. Insbesondere kann der Wärmeaustauschweg durch Verwendung mit umlaufender Rohrschlange od. dgl. verlängert werden. Der Wärmeaustausch kann noch unter Ausnutzung der Fliehkraft dadurch erhöht werden, dass
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umlaufenden Kanal geführt, an dessen beide Enden sich Kanäle anschliessen, in denen das Kühlmittel im Sinne der Fliehkraft strömt.
Hiebei wird in den Kühlmittel- bzw. Kälteträgerkanälen ein Strömung-
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möglichst wenig Widerstand entgegensetzen. Zur Begünstigung des Umlaufes des Kältemittels kann erfindungsgemäss eine Kammer vorgesehen sein, die die Maschinenwelle umgibt und in die die vom Kältemittel durchströmten Wärmeaustausehrohre und die Druckleitung des Verdichters an einander gegen- überliegenden Stellen münden. Dies hat den Vorteil, dass sich die heissen Dämpfe nicht mit schon kälteren, vorher in das Gehäuse eingeführten Dämpfen mischen, sondern unmittelbar in Wärmeaustausch treten.
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dargestellt.
Fig. 1 zeigt einen teilweise schematisch gezeichneten Längsschnitt durch eine Kältemaschine. bei der ein umlaufender Kondensator und Verdampfer mit der Wärmeaustautchvorrichtung ausgerüstet sind. Fig. 2 ist ein Querschnitt nach der Linie A-B der Fig. 1. Fig. 3 ein Längsehnitt durch einen
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führungsform des Kondensators, Fig. 10 die Seitenansicht zu Fig. 9, teilweise im Schnitt gezeichnet.
Fig. 11 zeigt einen Teil einer anderen Ausführungsform des Kondensators im Längsschnitt. Fig. 12 ist die teilweise im Schnitt gezeichnete Seitenansicht der Fig. 11 und Fig. 13 ein Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform des Kondensators.
Bei der Ausführungsform der Kältemaschine nach Fig. 1 und 2 ist auf einer in Böcken 1 gelagerten
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sich der Verdichter 4 für das zu verflüssigende Kältemittel, z. B. schwefelige Säure. Dieser Verdichter ist auf der Welle 2 in an sich bekannter Weise schwingbar gelagert und seine Schubstange 5 greift an die Kurbel 6 der Welle 2 an. Die schwefelige Säure wird durch den Kolben 7 aus dem Verdampfer 8
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Innere des umlaufenden Gehäuses 3 frei aus, wird verflüssigt, sammelt sich am Umfange dieses Gehäuses 3 an und fliesst durch das Rohr 14 in den Verdampfer 8. Dessen Gehäuse läuft ebenfalls mit der Welle 2 um, wobei es in Sole 15 im Behälter 16 eintaucht.
Durch das Innere des Gehäuses 3 ist nahe an dessen Stirnwänden 17 eine Anzahl radialer Rohre 18 hindurchgeführt, die mit ihren inneren Enden nahe der Welle 2 an Öffnungen 19 der Stirnwände 17 und mit ihren äusseren Enden an Öffnungen 20 im Mantel des Gehäuses angeschlossen sind. Die Öffnungen 19, 20 münden in die Aussenluft. Die Zwischenräume zwischen den Rohren 18 sind nach dem Innern des Gehäuses 3 zu durch Ringseheiben 21 abgedeckt, durch deren mittlere Öffnung 22 die aus der Öffnung 13 des Verdichterzylinders austretenden Kältemitteldämpfe in die Kanäle 23 treten, die zwischen den radialen Rohren 18 gebildet sind.
Die Ringscheiben 21 reichen nicht bis ganz an den Umfang des Gehäuses 3, so dass die Kanäle 23 am Gehäuseumfange mit dessen Innerem zusammenhängen.
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der Ringscheiben 21 befinden, durch die als Schaufeln wirkenden radialen Rohre 18 erfasst und dadurch der Fliehkraft unterworfen. Die Dämpfe müssen daher durch die Kanäle 23 hindurchströmen und treten am Umfang des Gehäuses 3 wieder in dessen Inneres ein. Zugleich wird die Aussenluft durch die Rohre 18 unter die Wirkung der Fliehkraft gesetzt ; dadurch tritt sie durch die Öffnungen 19 in die Rohre ein und verlässt diese durch die Öffnungen : 20 am Umfange des Gehäuses 3.
Dabei treten die heissen Dämpfe mit der kühleren Luft durch die Wandungen der Rohre 18 hindurch in Wärmeaustauseh, der sehr wirksam
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Form in den am Umfang des Gehäuses 3 sich bildenden Flüssigkeitsring.
Es wird also immer ein gewisser Teil der regellos in das Innere des Gehäuses 3 eingeblasenen
Kältemitteldämpfe in Umlauf gesetzt und dabei auf bestimmten Bahnen mit dem Kühlmittel in Wärme- austausch gebracht. An Stelle von Luft können natürlich auch andere Kühlmittel verwendet werden.
Der gleiche Wärmeaustausch kann sinngemäss bei dem Verdampfer 8 vorgenommen werden, indem durch dessen Gehäuse Rohre 24 radial hindurehgeführt sind. Auch hier sind die Räume zwischen den Rohren innen durch Ringscheiben 25 abgedeckt, so dass Kanäle 26 entstehen, durch die das aus aus dem Rohr 14 austretende entspannte Kältemittel unter der Wirkung der Fliehkraft hindurchströmen muss. Die kalten Dämpfe nehmen dabei aus der durch die Rohre 24 hindurchtretenden wärmeren Luft Wärme auf.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4 sind im Innern des umlaufenden Gehäuses 3 des Kondensators an den Stirnwänden 17 Rohre 27 von rechteckigem Querschnitt angebracht, die nahe der Welle mit ihrem inneren Ende ? radial in einen die Welle umgebenden Ringraum 29 münden, der mit der Aussenluft in Verbindung steht. Die Rohre 27 sind spiralig nach dem Umfang des Gehäuses 3 hin geführt und münden mit ihren äusseren Enden 30 in einen Ringkanal 31, der in die Aussenluft führt.
Die Rohre. 27 sind in möglichst gleichem Abstand voneinander geführt, so dass Kanäle 32 verbleiben.
Durch die spiralige Führung der Rohre 27 ist der Weg, auf dem Dämpfe und Kühlluft in Wärmeaustausch treten, ohne Vergrösserung des Gehäusedurchmessers wesentlich verlängert. Überdies hat diese Führung der Rohre 27 den Vorteil, dass die Kanäle 32 für die Dämpfe fast auf ihrer ganzen Länge den gleichen Durehgangsquersehnitt haben.
Der Wärmeaustausch ist daher besser als bei der Ausführnngsform nach Fig. 1 und 2, bei der infolge der Verwendung der radialen Rohre. ? die von den Dämpfen durchströmten Kanäle 23 kreisausschnittförmig sind (Fig. 2), also ihr Durchgangsquerschnitt nach dem Umfange hin zunimmt. Demzufolge nimmt die Strömungsgeschwindigkeit der Dämpfe nach dem Umfang hin ab, wodurch der Wärmeaustausch beeinträchtigt ist.
Das Hindurchführen der Rohre-M bzw. 24 durch das Gehäuse 3 des Kondensators hat noch den Vorteil, dass die Wärmeaustauschvorrichtung gegen mechanische Beschädigungen geschützt liegt. Es sind daher Undichtigkeiten vermieden, die schon dadurch entstehen können, dass beim Versand der Kältemaschine die Rohre verletzt werden. Für Kältemaschinen grösserer Leistungen macht aber die Vergrösserung der für den Wärmpaustausch wirksamen Oberfläche Schwierigkeiten, da der im Gehäuse 3 verfügbare Raum sehr beschränkt ist.
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Nach Fig. 5 sind deshalb die Stirnwände des Gehäuses 3 des Kondensators dicht an der Welle 2 mit Öffnungen 33 und nahe dem Gehäusemantel mit Öffnungen 34 versehen. Diese Öffnungen sind durch aussen am Gehäuse radial entlanggeführt Rohre 35 miteinander verbunden. Die Räume zwischen diesen Rohren sind nach aussen hin durch Ringscheiben 36 abgedeckt, so dass Kanäle 37 entstehen, die nahe der Welle 2 und am Umfange des Gehäuses 3 münden.
Die Dämpfe treten unter der Wirkung der Fliehkraft aus dem Gehäuse 3 heraus, durch die Rohren 35 hindurch und am Umfange des Gehäuses in dieses wieder ein. Die Kühlluft strömt radial durch die Kanäle 37 und umspült dabei die Rohre 35, so dass Kältemitteldämpfe und Kühlluft in wirksamen Wärmeaustausch treten.
"Eine Vergrösserung des Wärmeaustauschweges ist nach Fig. 6 dadurch gesehaffen, dass aussen am umlaufenden Gehäuse 3 des Kondensators ein spiralig gewundenes Rohr 38 angebracht ist, durch das die Dämpfe hindurehtreten. Das innere Ende 39 dieses Rohres mündet in das Innere des Gehäuses 3 nahe der Welle 2, während das äussere Ende 40 am Umfange der Stirnwand 17 in das Gehäuseinnere führt. Das Rohr 38 liegt in einem Kanal 41, der von der Kühlluft durchzogen wird.
Das spiralige Rohr 38 kann der jeweiligen Gestalt des Gehäuses 3 gut angepasst werden.
Für besonders grosse Leistungen erhält das vom Kältemittel durchströmte, seitlich aussen am umlaufenden Gehäuse angeordnete Rohr die Gestalt eines schraubenförmig gewundenen Schlangen-
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sein kann.
Am Gehäuse 3 ist ein Gehäusering 42 befestigt, in dem ein schraubenförmig gewundenes Rohr mit den einzelnen Windungen 43a, 43b, 43e.... gelagert ist. Das innere Ende 44 dieses Rohres mündet nahe der Welle 2, das äussere Ende 45 am Umfang der Stirnwand 17 in das Gehäuseinnere. Die einzelnen Wicklungslagen führen abwechselnd von der Stirnwand 17 axial nach aussen und wieder nach innen.
Dabei nimmt der Durchmesser jeder Windung 43a, 43b, 43e.... in jeder Wicklungslage im Sinne der Wickelrichtung gegenüber der vorhergehenden Windung etwas zu. Der Durchmesser der Windung 4, 3b ist also etwas grösser als der Durchmesser der Windung 43a, die übernächsten Wicklungslagen sind also parallel zueinander und stehen im Winkel zu der anderen Gruppe. Dies hat den besonderen Vorteil, dass in den Kältemitteldämpfen enthaltene Tropfen sich nicht in toten Räumen festsetzen können, was den Wärmeaustausch beeinträchtigen würde. Die Flüssigkeit wird also dauernd von den Kondensationsflächen entfernt.
Zwischen dem G3häusering 42 und dem Gehäuse 3 ist ein Ringraum 46 belassen, durch den Luft
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Gehäuseringes 42 radial aus.
Eine gute Unterteilung des seitlich am Gehäuse zur Verfügung stehenden Raumes in Kältemittel- und Kühlmittelkanal ist bei der Ausführungsform nach Fig. 8 erreicht. An den bei den Stirnwänden 17 des Gehäuses 3 sind eine Anzahl Ringe 50 und 51 von verschieden grossem Durchmesser axial im Abstand voneinander angebracht. An jedem Ring sind zwei Wellbleche 52 im Abstand voneinander befestigt, so dass Hohlringräume 53 entstehen, die axial nebeneinander liegen. Sämtliche Hohlringräume 5, 3 sind nahe der Welle 2 durch mehrere Kanäle 54 und dicht am Umfange des Gehäuses 3 durch mehrere Kanäle 55 mit dem Gehäuseinnern verbunden.
Zwischen den Hohlringräumen 53 verbleiben somit ringförmige
Kanäle 56, die nahe der Welle 2 durch Öffnungen 57 und am äusseren Umfange durch Öffnungen 58 mit der Aussenluft in Verbindung stehen.
Die Kältemitteldämpfe treten daher beim Durchströmen der Hohlringräume 53 in Wärmeaus- tausch mit der durch die Ringkanäle56 strömenden Frischluft, wodurch ein wirksamer Wärmeaustausch erzielt wird, da die Kanäle 53 und 56 sehr schmal gehalten werden können. Der Kältemittelstrom und der Kühlmittelstrom werden daher gut unterteilt und die für den Wärmeaustausch wirksame Oberfläche ist sehr gross. Der Umlauf durch die Ringräume kann durch Anordnung von Schaufeln in diesen Räumen erhöht werden.
Einen wirksamen Wärmeaustausch bei einfacher Herstellung der Wärmeaustausehvorrichtung, ohne Herausführung der Kältemitteldämpfe aus dem umlaufenden Gehäuse ergibt die Ausfihrungs- form nach Fig. 9 und 10, bei der durch die Stirnwände des Gehäuses die Kanäle für das Kälte-und für das Kühlmittel gebildet sind.
Die Stirnwände 17 des Gehäuses 3 sind mit Hohlrippen 59 versehen, deren Hohlräume 60 lediglich nach dem Innern des Gehäuses freiliegen. Die Rippen sind nahe der Welle 2 in der Umfangsrichtung spiralig nach dem äusseren Umfang der Stirnwände 17 hin geführt (Fig. 10). Es entstehen so nach dem Gehäuseinnern zu freiliegende spiralige Kanäle 60, in die die Kältemitteldämpfe eintreten können.
Diese Kanäle sind durch Ringseheiben 61 so abgedeckt, dass nur der Anfang und das Ende jedes Kanals nach dem Gehäuseinnern zu offen liegt.
Die zwischen den Hohlrippen 59 nach aussen hin freiliegenden Rillen ? sind demgemäss ebenfalls spiralig. Diese Rillen sind durch einen Deckmantel 63 so abgedeckt, dass nur ihr nahe der Welle 2 liegender Anfang nach aussen hin freiliegt. Das Ende jeder Rille 62 ist durch einen Mantelteil so über-
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deckt, dass die Rillen nach axialer Umlenkung in einen Ringkanal 65 zwischen dem Gehäuse 3 und einen Mantel 66 münden. Die Rillen 62 können noch durch Querwände 67 in eine Anzahl axial nebeneinanderliegender Kanäle unterteilt sein, wodurch eine Vergrösserung der vom Kühlmittel umspülten Ober- fläche erzielt ist.
Wie bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4 werden die Kältemitteldämpfe unter der Wirkung der Fliehkraft durch die Kanäle 60 hindurchgedrückt, in die sie nahe der Welle 2 eintreten und aus denen sie nahe dem Umfang des Gehäuses 3 austreten. Die Kühlluft strömt ebenfalls unter der Wirkung der Fliehkraft durch die Rillen 62, indem sie nahe der Welle 2 durch die nicht abgedeckten Enden radial eintritt und in den das Gehäuse 3 umgebenden Kanal 65 austritt. Dabei umspült die Kühlluft die
Kanäle 60.
Die Hohlrippen 59 können durch Prägen der Stirnwände 17 hergestellt werden, so dass die Her-
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die bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen entweder für die Durchführung der Kühlmittelkanäle durch das Gehäuse oder für die Herausführung der Kältemittelkanäle aus dem Gehäuse erforderlich sind. Überdies nimmt die Vorrichtung bei grosser wirksamer Oberfläche nur einen sehr kleinen Raum in Anspruch. Auch liegen die Wärmeaustauschkalläle gegen Beschädigungen vollkommen geschützt.
Der Wärmeaustauseh kann noch dadurch erhöht werden, dass man den Kühlmittelstrom, nachdem er mit dem Kältemittel in Wärmeaustausch getreten ist, wieder nach der Welle 2 des Gehäuses 3 zurückführt. Diese Umlenkung des Kühlmittelstromes erfolgt bis zu einem gewissen Grade allein unter der Wirkung der lebendigen Kraft, welche die Luft oder ein anderes Kühlmittel in den radialen Kanälen durch die Fliehkraft erhält ; für die Führung des Kühlmittelstromes im Gegenstrom zum Kältemittel auf einer längeren Strecke reicht die lebendige Kraft des Külilmittelstromes aber nicht aus.
Dies gelingt erst, wenn man an die beiden Enden des Gegenstromkanals je einen Kanal anschliesst, in dem das Kühlmittel im Sinne der Fliehkraft strömt.
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beschrieben wurde, strömt das Kältemittel aus dem Gehäuse 3 durch das spiralige Rohr 38 hindurch und wird dabei von der Kühlluft umspült, die dureh den Kanal 41 tritt, in dem das Rohr 38 liegt. An das der Welle 2 abgewandte Ende des Kanals 41 schliesst sich nach innen ein Kanal 68 an, der, wie die untere Hälfte der Fig. 6 zeigt, nahe der Welle 2 in der Nabe 69 des Gehäuses 3 radial mündet. An das der Welle 2 zugewandte Ende des Gegenstromkanals 41 schliesst sich nach aussen hin ein Kanal 70 an, der bis über den Mantel des trommelartigen Gehäuses geführt und mit radialen Austrittsöffnungen versehen ist.
Die Kanäle 68 und 70 sind mit Schaufeln 71 bzw. 72 versehen.
Beim Umlauf des Gehäuses 3 ist die Kühlluft sowohl in dem Kanal 68 als auch in dem Kanal 70 der Fliehkraftwirkung ausgesetzt. Durch richtige Bemessung der Längen dieser Kanäle wird erreicht, dass die Fliehkraft, die der Luft beim Durchtritt durch den Gegenstromkanal 41 entgegenwirkt, überwunden wird. An dem der Welle zugewandten Ende des Gegenstromkanals 41 entsteht durch die Fliehkraftwirkung im Kanal 70 ein Unterdruck, der es dem Strömungsdruck am anderen Ende des Kanals ermöglicht, die Luft auf eine längere Strecke nach der Welle 2 hin zu treiben.
Die Kühlung des Kondensatorgehäuses kann natürlich dadurch noch erhöht werden, dass die Oberfläche der Stirnwände durch Vorsprünge vergrössert wird. Durch diese Vorsprünge darf nun dem Kühlmittel nicht ein so grosser Widerstand entgegengesetzt werden, dass die Strömung behindert würde.
Diese Vergrösserung der Oberfläche ist gemäss Fig. l und 2 dadurch erreicht, dass die Stirnwände 17 des umlaufenden Gehäuses 3 mit Vorsprüngen versehen sind, die im Abstand voneinander stehen.
Zweckmässig haben diese Vorsprünge die Form von längeren, im Querschnitt kreisrunden Stachel 79. Um die Kühlluft zur Umspulung dieser Stachel zu zwingen. ist das Gehäuse 3 mit einem Mantel 80 umgeben, der mit umläuft. Dieser Mantel ist mit einer die Welle 2 umgebenden Eintrittsöffnung 81 für die Luft versehen und hat oberhalb des Mantels des Gehäuses 3 Austrittsöffnungen 82.
Beim Umlauf des Gehäuses 3 tritt somit die Luft, die nicht durch die Rohre 18 hindurchströmt, unter der Wirkung der Fliehkraft durch den Ringraum 83 und zwischen die Stirnwand 17 und den Mantel 80. Dabei muss die Luft zwischen den Stachel 79 radial hindurchtreten. Es hat sich heraus-
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sich die Luft um die Stacheln infolge ihres Umlaufes um die Achse der Welle 2 herumbewegt. Die Kühlung des Kondensatorgehäuses wird dadurch noch wesentlich verbessert.
Die Vorsprünge aus der Stirnwand des umlaufenden Kondensatorgehäuses haben nach Fig. 11 und 12 die Form von segmentförmigen Rippen 84. Diese Rippen liegen auf gleichachsigen Kreisen radial im Abstand voneinander (Fig. 12). Zwischen diesen Rippen, die auf einem Kreisausschnitt liegen, sind radiale Kanäle 74 belassen.
Die beim Austritt aus den Kanälen 18 verdichtete Kühlluft tritt in den Umlenkkanal 73 und strömt durch einen Kanal 74 zwischen der Stirnwand 17 des Gehäuses 3 und einer Kappe 75 nach der Welle : 2 zu im Gegenstrom zu dem an der Stirnwand 17 entlangströmenden Kältemittel, wodurch der Wärmeaustauseh weiter begünstigt ist. Nahe der Welle 2 tritt darauf die Luft in den Umlenkkanal 76
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und strömt wieder radial nach aussen durch den schaufellosen Zwischenraum ? 7 zwischen der Kappe ?'J und einem äusseren Mantel 78.
Beim Umlauf des Gehäuses 3 tritt die Kühlluft nach Durchtritt durch die radialen Kanäle 18 und den Umlenkkanal 73 in die Kanäle 74 und durchströmt diese im Gegenstrom radial. Dabei werden diese Luftströme durch die umlaufenden segmentförmigen Rippen 84 durchschnitten, wodurch eine gute Kühlwirkung erzielt wird. Der Widerstand dieser Rippen ist so gering, dass die Kühlluft blots unter
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hindurchtritt. Es brauchen daher im Kanal 77 keine Schaufeln vorgesehen zu sein wie nach Fig. 6.
Bei allen diesen Ausführungsformen kann der Umlauf des Kältemittels sowie der Wärmeaus-
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förmige Kältemittel seinen in der Nähe der Achse liegenden Eintrittsstellen in die zum Wärmeaustausch dienenden Kanäle unmittelbar zugeleitet wird.
Bei den bisher bekannten Kondensatoren mit im umlaufenden Gehäuse angeordnetem Verdichter wurden die Kältemitteldämpfe unmittelbar aus dem Zylinder des Verdichters in das Gehäuseinnere gedruckt. Da nun die Wärmeaustausehrohre an den Stirnwänden des Gehäuses liegen, treffen die Kältemitteldämpfe zunächst auf im Gehäuse bereits befindliche Dämpfe, die schon vorher durch den Verdichter hineingedriickt wurden und infolge ihKs Aufenthaltes in dem Kondensator sich bereits abgekühlt haben. Es mischen sich daher die heissen, aus dem Verdiehter austretenden Dämpfe mit den kälteren, so dass durch die Wärmeaustausehrohre ein Dampfgemisch strömt, das kälter als die unmittelbar aus dem Verdichter austretenden Dämpfe ist.
Beim Wärmeaustausch ist daher das Temperaturgefälle geringer, als wenn die heissen Dämpfe unmittelbar durch die Wärme-
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in Verbindung. In diese Kammer ragt der Druckstutzen 88 des Verdichters 4 hinein. Das verdichtete dampfförmige Kältemittel dringt somit in die Kammer 85 ein und wird aus dieser von den Schaufel-
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heissen Dämpfe nicht mit schon kälteren Dämpfen sieh mischen, die sich in dem Gehäuse 3 befinden und sich bereits abgekühlt haben.
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Gehäuse ansammelnden Kältemittels zu erreichen.
Das Gehäuse 3 ist nach Fig. 13 von einem Mantel 89 umgeben, so dass ein das Gehäuse allseitig umschliessender Hohlraum 90 gebildet ist. Beispielsweise auf der rechten Seite des Gehäuses sind zwischen der Stirnwand 17 des Gehäuses 3 und der Stirnwand 91 des Mantels 89 eine Anzahl radialfr Schaufeln 92 vorgesehen. Nahe der Welle 2 kann die Kühlluft in die durch die Schaufeln 92 gebildeten Kanäle durch eine Öffnung 93 der Stirnwand 91 eintreten. Auf der linken Stirnseite 17 des Gehäuses. i sind, wie in Fig. 5, die radialen Wärmeaustauschrohre 35 angeordnet, durch welche die Kältemittel- dämpfe hindurchtreten. Es liegen also die Wärmeaustausehrohre 35 in dem Hohlraum 90. Die Räume
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diese Stirnwand schliesst sieh nach aussen im Abstand eine Scheibe 94 an.
In dem zwischen dieser Scheibe und der Stirnwand 91 gebildeten Hohlraum sind eine Reihe radialer Schaufeln 95 vorgesehen. In die zwischen diesen Schaufeln liegenden Kanäle kann die Kühlluft durch eine die Welle 2 umgebende, in der Stirnwand 91 vorgesehene Öffnung 96 eintreten.
Beim Umlauf des Gehäuses 3 wird die Kühlluft durch die Schaufeln 92 unter die Wirkung der Fliehkraft gebracht und strömt an der Stirnwand 17 des Gehäuses 3 radial nach aussen. Darauf umspült die Kühlluft die Mantelfläche des Gehäuses 3, an der sich innen das flüssige Kältemittel in Form eines mitumlaufenden Ringes ansammelt, wobei dieses unterkühlt wird. Hierauf tritt die Kühlluft im Gegen-
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an der linken Stirnwand 17 des Gehäuses 3 hindurch, also in Wärmeaustausch mit den aus dem Gehäuse 3 herausgeführten Kühlmitteldämpfen. Die Kühlluft erfährt an der Öffnung 96 eine Umlenkung und strömt in. den zwischen den Schaufeln 95 gebildeten Kanälen wieder radial nach aussen.
Der Gegenstrom der Kühlluft bei der Umspülung der Wärmeaustauschrohre 35 ist, wie bei der Ausfühungsform nach
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Kanal anschliesst, in dem die Kühlluft der Fliehkraftwirkung unterworfen ist.
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Heat exchangers for the condenser or evaporator of compression refrigeration machines with circulating condenser and evaporator.
The invention relates to refrigerating machines in which the condenser or evaporator or both circulate and the compressor is arranged in the circulating condenser. The compressor blows out the compressed vapors of the refrigerant freely into its housing. The heat exchange of the vapors to be liquefied with the coolant flowing around the housing takes place only on the walls of the surrounding housing and is therefore relatively mine, because only the layers of the vaporous refrigerant that come into contact with the inner wall enter into heat exchange, whereas the core of the the direct cooling effect of the coolant is removed from the vapors filling the housing.
According to the invention, the heat exchange between the vaporous refrigerant and the coolant is significantly increased in that the refrigerant entering the rotating condenser or evaporator in the vicinity of the machine shaft leaves the condenser or evaporator and enters a space that is connected to a point radially further away from the shaft is connected to the condenser or evaporator and in which the refrigerant exposed to the centrifugal force enters into heat exchange with the coolant or the medium to be cooled (refrigerant).
A certain amount of the amount of steam present in the rotating housing is therefore constantly circulated through the heat exchange device, u. or only under the effect of centrifugal force, since the vapors are captured near the axis of rotation by the walls of the rooms, which act like blades and are flowed through or washed around by the vapors. The heat exchange with the coolant or the refrigerant, which is also conveyed under the effect of centrifugal force, is very effective, since the circulation of the amount of steam occurs relatively quickly under the effect of centrifugal force
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which are in the area of the spaces through which the refrigerant flows.
This heat exchange device is particularly protected against mechanical damage and against the occurrence of leaks when the coolant or the coolant flows through spaces around which the coolant flows. In order to enlarge the heat exchange path, it is advantageous to use the spaces that penetrate the space through which the refrigerant flows outside the condenser or evaporator, that is to say from the coolant or the refrigerant exchanging heat with the refrigerant.
Coolants are flowed through, designed as spirally extending tubes.
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The space through which the steam flows is surrounded by the space through which the coolant or refrigerant flows when the heat exchange device is to be used for high performance. In this case it is also possible to make the surface in contact with the coolant as large as desired. In particular, the heat exchange path can be extended by using a circumferential pipe coil or the like. The heat exchange can be increased by utilizing the centrifugal force in that
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circumferential channel, at both ends of which there are channels in which the coolant flows in the sense of centrifugal force.
A flow is created in the coolant or refrigerant channels.
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Oppose as little resistance as possible. To promote the circulation of the refrigerant, a chamber can be provided according to the invention which surrounds the machine shaft and into which the heat exchange pipes through which the refrigerant flows and the pressure line of the compressor open at mutually opposite points. This has the advantage that the hot vapors do not mix with the colder vapors previously introduced into the housing, but instead enter into a direct heat exchange.
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shown.
Fig. 1 shows a partially schematically drawn longitudinal section through a refrigeration machine. in which a circulating condenser and evaporator are equipped with the heat exchange device. Fig. 2 is a cross-section on the line A-B of Fig. 1. Fig. 3 is a longitudinal section through a
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guide shape of the capacitor, Fig. 10 shows the side view of Fig. 9, partially drawn in section.
Fig. 11 shows part of another embodiment of the capacitor in longitudinal section. FIG. 12 is the partially sectional side view of FIG. 11, and FIG. 13 is a longitudinal section through a further embodiment of the capacitor.
In the embodiment of the refrigeration machine according to FIGS. 1 and 2, it is mounted on a frame 1 mounted in brackets
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the compressor 4 for the refrigerant to be liquefied, e.g. B. sulfurous acid. This compressor is pivotably mounted on the shaft 2 in a manner known per se and its push rod 5 engages the crank 6 of the shaft 2. The sulphurous acid is removed from the evaporator 8 through the flask 7
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The inside of the surrounding housing 3 is released, is liquefied, accumulates on the circumference of this housing 3 and flows through the pipe 14 into the evaporator 8. The housing also rotates with the shaft 2, immersing it in brine 15 in the container 16.
A number of radial tubes 18 are passed through the interior of the housing 3 close to its end walls 17, the inner ends of which are connected to openings 19 in the end walls 17 and their outer ends to openings 20 in the casing of the housing. The openings 19, 20 open into the outside air. The spaces between the tubes 18 are covered towards the inside of the housing 3 by washers 21, through whose central opening 22 the refrigerant vapors emerging from the opening 13 of the compressor cylinder enter the channels 23 formed between the radial tubes 18.
The annular disks 21 do not extend all the way to the circumference of the housing 3, so that the channels 23 on the circumference of the housing are connected to its interior.
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of the annular disks 21 are located, captured by the radial tubes 18 acting as blades and thereby subjected to centrifugal force. The vapors must therefore flow through the channels 23 and re-enter the interior of the housing 3 at the circumference. At the same time, the outside air is placed under the effect of centrifugal force through the pipes 18; as a result, it enters the tubes through the openings 19 and leaves them through the openings: 20 on the circumference of the housing 3.
The hot vapors enter with the cooler air through the walls of the tubes 18 in heat exchange, which is very effective
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Shape into the liquid ring forming on the circumference of the housing 3.
So there is always a certain part of the randomly blown into the interior of the housing 3
Refrigerant vapors are put into circulation and, in doing so, brought into heat exchange with the coolant on certain paths. Instead of air, other coolants can of course also be used.
The same heat exchange can analogously be carried out in the case of the evaporator 8, in that tubes 24 are guided radially through its housing. Here, too, the spaces between the tubes are covered on the inside by annular disks 25, so that channels 26 are created through which the relaxed refrigerant emerging from the tube 14 must flow under the effect of centrifugal force. The cold vapors absorb heat from the warmer air passing through the tubes 24.
In the embodiment according to FIGS. 3 and 4, tubes 27 of rectangular cross-section are attached to the end walls 17 in the interior of the circumferential housing 3 of the condenser, which near the shaft with their inner end? open radially into an annular space 29 which surrounds the shaft and which is in communication with the outside air. The tubes 27 are spirally guided towards the circumference of the housing 3 and open with their outer ends 30 into an annular channel 31 which leads into the outside air.
The pipes. 27 are guided at the same distance from one another as possible, so that channels 32 remain.
As a result of the spiral guidance of the tubes 27, the path on which vapors and cooling air enter into heat exchange is significantly lengthened without increasing the housing diameter. In addition, this guidance of the tubes 27 has the advantage that the channels 32 for the vapors have the same passage cross section over almost their entire length.
The heat exchange is therefore better than in the embodiment according to FIGS. 1 and 2, in which due to the use of the radial tubes. ? the channels 23 through which the vapors flow are in the shape of a segment of a circle (FIG. 2), that is to say their passage cross section increases in size. As a result, the flow velocity of the vapors decreases towards the periphery, whereby the heat exchange is impaired.
Passing the tubes M or 24 through the housing 3 of the condenser also has the advantage that the heat exchange device is protected against mechanical damage. This avoids leaks that can arise if the pipes are damaged when the refrigeration machine is shipped. For refrigerating machines with higher capacities, however, the enlargement of the surface effective for the heat exchange causes difficulties, since the space available in the housing 3 is very limited.
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According to FIG. 5, the end walls of the housing 3 of the capacitor are therefore provided with openings 33 close to the shaft 2 and with openings 34 close to the housing jacket. These openings are connected to one another by tubes 35 extending radially along the outside of the housing. The spaces between these tubes are covered on the outside by annular disks 36, so that channels 37 are created which open near the shaft 2 and at the circumference of the housing 3.
The vapors emerge from the housing 3 under the effect of centrifugal force, through the tubes 35 and into the housing again at the circumference of the housing. The cooling air flows radially through the channels 37 and in the process washes around the tubes 35, so that refrigerant vapors and cooling air enter into an effective heat exchange.
"According to FIG. 6, an enlargement of the heat exchange path is created in that a spirally wound tube 38 is attached to the circumferential housing 3 of the condenser, through which the vapors pass. The inner end 39 of this tube opens into the interior of the housing 3 near the Shaft 2, while the outer end 40 leads into the interior of the housing at the circumference of the end wall 17. The tube 38 lies in a channel 41 through which the cooling air passes.
The spiral tube 38 can be adapted well to the respective shape of the housing 3.
For particularly high performance, the pipe through which the refrigerant flows and is arranged on the outside of the circumferential housing takes the form of a helically wound serpentine
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can be.
A housing ring 42 is attached to the housing 3, in which a helically wound tube with the individual turns 43a, 43b, 43e .... is mounted. The inner end 44 of this tube opens near the shaft 2, the outer end 45 on the circumference of the end wall 17 into the interior of the housing. The individual winding layers lead alternately from the end wall 17 axially outwards and inwards again.
The diameter of each turn 43a, 43b, 43e .... in each winding layer in the sense of the winding direction increases somewhat compared to the previous turn. The diameter of the turn 4, 3b is thus slightly larger than the diameter of the turn 43a, the next but one winding layers are therefore parallel to one another and are at an angle to the other group. This has the particular advantage that drops contained in the refrigerant vapors cannot get stuck in dead spaces, which would impair the heat exchange. The liquid is therefore constantly removed from the condensation surfaces.
An annular space 46 is left between the G3häusring 42 and the housing 3, through which air
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Housing ring 42 radially out.
A good subdivision of the space available on the side of the housing into refrigerant and coolant duct is achieved in the embodiment according to FIG. 8. At the end walls 17 of the housing 3, a number of rings 50 and 51 of different sizes are attached axially at a distance from one another. Two corrugated sheets 52 are attached to each ring at a distance from one another, so that hollow ring spaces 53 are created which are axially adjacent to one another. All of the hollow ring spaces 5, 3 are connected to the interior of the housing near the shaft 2 by several channels 54 and close to the circumference of the housing 3 by several channels 55.
Annular spaces thus remain between the hollow ring spaces 53
Channels 56, which are connected to the outside air near the shaft 2 through openings 57 and on the outer circumference through openings 58.
When flowing through the hollow annular spaces 53, the refrigerant vapors therefore exchange heat with the fresh air flowing through the annular ducts 56, whereby an effective heat exchange is achieved since the ducts 53 and 56 can be kept very narrow. The refrigerant flow and the coolant flow are therefore well subdivided and the surface area effective for heat exchange is very large. The circulation through the annular spaces can be increased by arranging blades in these spaces.
The embodiment according to FIGS. 9 and 10, in which the end walls of the housing form the channels for the refrigerant and for the coolant, results in an effective heat exchange with simple manufacture of the heat exchange device, without the refrigerant vapors being led out of the surrounding housing.
The end walls 17 of the housing 3 are provided with hollow ribs 59, the cavities 60 of which are exposed only towards the interior of the housing. Near the shaft 2, the ribs are spirally guided in the circumferential direction towards the outer circumference of the end walls 17 (FIG. 10). Spiral channels 60, which are to be exposed inside the housing and into which the refrigerant vapors can enter, are thus created.
These channels are covered by washers 61 in such a way that only the beginning and the end of each channel are exposed to the inside of the housing.
The grooves exposed to the outside between the hollow ribs 59? are accordingly also spiral. These grooves are covered by a cover jacket 63 in such a way that only their beginning, which is close to the shaft 2, is exposed to the outside. The end of each groove 62 is covered by a jacket part
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covers that the grooves open into an annular channel 65 between the housing 3 and a jacket 66 after axial deflection. The grooves 62 can also be subdivided by transverse walls 67 into a number of axially adjacent channels, whereby an enlargement of the surface around which the coolant flows is achieved.
As in the embodiment according to FIGS. 3 and 4, the refrigerant vapors are forced through the channels 60 under the effect of centrifugal force, into which they enter near the shaft 2 and from which they exit near the circumference of the housing 3. The cooling air also flows under the effect of centrifugal force through the grooves 62, in that it enters radially near the shaft 2 through the uncovered ends and exits into the channel 65 surrounding the housing 3. The cooling air washes around the
Channels 60.
The hollow ribs 59 can be produced by stamping the end walls 17 so that the manufacture
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which in the embodiments described above are required either for the implementation of the coolant channels through the housing or for the removal of the coolant channels from the housing. In addition, the device takes up only a very small space with a large effective surface. The heat exchange channels are also completely protected against damage.
The heat exchange can be further increased by returning the coolant flow to the shaft 2 of the housing 3 after it has entered into heat exchange with the coolant. This deflection of the coolant flow takes place to a certain extent solely under the action of the living force, which the air or another coolant in the radial channels receives through centrifugal force; however, the vital force of the coolant flow is not sufficient for guiding the coolant flow in countercurrent to the refrigerant over a longer distance.
This is only possible if you connect a channel to each of the two ends of the counterflow channel in which the coolant flows in the sense of centrifugal force.
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has been described, the refrigerant flows out of the housing 3 through the spiral tube 38 and is surrounded by the cooling air that passes through the channel 41 in which the tube 38 is located. The end of the channel 41 facing away from the shaft 2 is adjoined inward by a channel 68 which, as the lower half of FIG. 6 shows, opens radially near the shaft 2 in the hub 69 of the housing 3. At the end of the countercurrent channel 41 facing the shaft 2, a channel 70 connects to the outside, which is led over the jacket of the drum-like housing and is provided with radial outlet openings.
The channels 68 and 70 are provided with blades 71 and 72, respectively.
As the housing 3 circulates, the cooling air is exposed to the effect of centrifugal force both in the channel 68 and in the channel 70. Correct dimensioning of the lengths of these channels ensures that the centrifugal force that counteracts the air when it passes through the counterflow channel 41 is overcome. At the end of the counterflow channel 41 facing the shaft, the effect of centrifugal force in channel 70 creates a negative pressure which enables the flow pressure at the other end of the channel to drive the air over a longer distance towards shaft 2.
The cooling of the capacitor housing can of course be increased by enlarging the surface of the end walls by means of projections. As a result of these projections, the coolant must not be opposed to such a great resistance that the flow would be impeded.
This enlargement of the surface is achieved according to FIGS. 1 and 2 in that the end walls 17 of the encircling housing 3 are provided with projections which are spaced apart from one another.
These projections expediently have the form of longer spikes 79 with a circular cross section. In order to force the cooling air to circulate around these spikes. the housing 3 is surrounded by a jacket 80 which rotates with it. This jacket is provided with an inlet opening 81 for the air surrounding the shaft 2 and has outlet openings 82 above the jacket of the housing 3.
As the housing 3 circulates, the air that does not flow through the tubes 18 therefore passes through the annular space 83 and between the end wall 17 and the jacket 80 under the effect of centrifugal force. The air must pass radially between the spikes 79. It turned out-
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the air around the spines moves around the axis of the shaft 2 as a result of their rotation. This significantly improves the cooling of the capacitor housing.
According to FIGS. 11 and 12, the projections from the end wall of the circumferential capacitor housing have the shape of segment-shaped ribs 84. These ribs lie on equiaxed circles radially at a distance from one another (FIG. 12). Radial channels 74 are left between these ribs, which lie on a segment of a circle.
The cooling air compressed when exiting the channels 18 enters the deflection channel 73 and flows through a channel 74 between the end wall 17 of the housing 3 and a cap 75 to the shaft: 2 to in countercurrent to the refrigerant flowing along the end wall 17, whereby the Heat exchange is further favored. The air then enters the deflection duct 76 near the shaft 2
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and does it flow radially outwards again through the vane-less space? 7 between the cap? 'J and an outer jacket 78.
As the housing 3 circulates, the cooling air, after passing through the radial channels 18 and the deflection channel 73, enters the channels 74 and flows through them radially in countercurrent. In this case, these air flows are cut through by the circumferential segment-shaped ribs 84, whereby a good cooling effect is achieved. The resistance of these ribs is so low that the cooling air blots under
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passes through. Therefore, no blades need to be provided in the channel 77, as in FIG. 6.
In all of these embodiments, the circulation of the refrigerant and the heat
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shaped refrigerant is fed directly to its entry points located in the vicinity of the axis in the channels used for heat exchange.
In the previously known capacitors with a compressor arranged in a rotating housing, the refrigerant vapors were pressed directly from the cylinder of the compressor into the interior of the housing. Since the heat exchange pipes are now on the front walls of the housing, the refrigerant vapors initially encounter vapors already in the housing, which have already been pushed in by the compressor and have already cooled down as a result of their stay in the condenser. The hot vapors emerging from the evaporator are therefore mixed with the colder ones, so that a vapor mixture flows through the heat exchange pipes that is colder than the vapors directly exiting the compressor.
When exchanging heat, the temperature gradient is therefore lower than when the hot vapors are transferred directly through the heat
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in connection. The pressure port 88 of the compressor 4 protrudes into this chamber. The compressed, vaporous refrigerant thus penetrates into the chamber 85 and is removed from it by the blade
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Do not mix hot vapors with already colder vapors that are in the housing 3 and have already cooled.
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Housing accumulating refrigerant to reach.
According to FIG. 13, the housing 3 is surrounded by a jacket 89, so that a cavity 90 surrounding the housing on all sides is formed. For example, on the right side of the housing, a number of radial blades 92 are provided between the end wall 17 of the housing 3 and the end wall 91 of the casing 89. Close to the shaft 2, the cooling air can enter the ducts formed by the blades 92 through an opening 93 in the end wall 91. On the left front side 17 of the housing. As in FIG. 5, the radial heat exchange tubes 35 are arranged through which the refrigerant vapors pass. So there are the heat exchange tubes 35 in the cavity 90. The spaces
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this end wall adjoins a disk 94 at a distance from the outside.
A number of radial blades 95 are provided in the cavity formed between this disk and the end wall 91. The cooling air can enter the ducts located between these blades through an opening 96 which surrounds the shaft 2 and is provided in the end wall 91.
When the housing 3 circulates, the cooling air is brought under the effect of centrifugal force by the blades 92 and flows radially outward on the end wall 17 of the housing 3. The cooling air then flows around the outer surface of the housing 3, on which the liquid refrigerant collects inside in the form of a circulating ring, which is supercooled. The cooling air then steps in the opposite direction
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on the left end wall 17 of the housing 3 through, that is, in heat exchange with the coolant vapors led out of the housing 3. The cooling air is deflected at the opening 96 and flows radially outward again in the channels formed between the blades 95.
The counterflow of the cooling air when the heat exchange tubes 35 are flushed around is, as in the embodiment according to
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Connects duct in which the cooling air is subjected to the effect of centrifugal force.
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