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Kocheraggregat an einer mit druckausgleichendem Hilfsgas arbeitenden Absorptionskältemaschine Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kocheraggregat an einer mit druckausgleichendem Hilfsgas arbeitenden Absorptionskältemaschine mit einer Thermosiphonpumpe und einer Rektifiziersäule, wobei die Thermosiphonpumpe im Innern des Kocherrohres und der Rektifiziersäule angeordnet ist.
Das erfindungsgemässe Kocheraggregat, welches die anschliessend erläuterten Nachteile der bekannten Aggregate weitgehend ausschliesst, ist dadurch gekennzeichnet, dass die als Rohr ausgebildete Ther- mosiphonpumpe auf mindestens annähernd ihrer ganzen Länge wärmeisoliert ist.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden anschliessend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein bekanntes Kocheraggregat mit innerhalb des Kocherrohres angeordneter Thermosiphon- pumpe, Fig. 2 ein anderes, bekanntes Kocheraggregat, bei welchem das Pumpenrohr zum grössten Teil ausserhalb des Kocherrohres verläuft, mit schraubenlinien- förmig gewundenem Rektifikationsteil,
Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Ausführungs- form des Kocheraggregates mit als Kocherrohrver- längerung ausgebildetem, zylindrischem Rektifika- tionsteil, Fig. 4 einen Schnitt durch die Aggregate nach den Fig. 1-3 gemäss Linie a-a in diesen Figuren, Fig. 5-8 verschiedene Ausführungsformen eines Kocheraggregates nach der Erfindung.
Das in Fig. 1 dargestellte bekannte Kocheraggre- gat weist ein doppelwandiges Kocherrohr 1 auf, welches annähernd die Form eines Hohlzylinders hat. Die Innenwand 2 des Kocherrohres 1 bildet das Heizrohr des Aggregates, in welchem Heizrohr ein elektrisches Heizelement 3 angeordnet ist. Das Heizrohr könnte auch mittels Gas geheizt werden. In den Boden 4 des Kocherrohres 1 ragt das Ende eines als Doppelrohr ausgebildeten Flüssigkeits-Gegenstrom- Wärmeaustauschers 5, welches Ende einen Dom 6 bildet.
Der Austauscher 5 weist .ein in den von den beiden Wänden 2 und 13 des Kocherrohres 1 begrenzten Raum 13a mündendes Innenrohr 7 auf. In den Dom 6 ragt mittig das untere Ende 9 eines Pumpenrohres B. Sein oberes Ende 10 reicht bis nahe an ein Rohr 11, durch welches im Kocher ausgetriebene Kältemitteldämpfe das Aggregat verlassen.
Die Funktionsweise des beschriebenen Kocheraggregates ist folgende: Eine zum Beispiel mit Ammoniak als Kältemittel angereicherte wässrige Kältemittellösung strömt durch den von den beiden Rohren des Fl!üssigkeits- wärmeaustauschers 5 gebildeten Ringraum ih den Dom 6 und in das Pumpenrohr B.
Im Bereiche des Domes 6 wird die Lösung indirekt vom Heizelement 3 über die Flüssigkeit 14 im Kocherrohr 1 erhitzt. Die Flüssigkeit 14 im Kocherrohr 1 ist ebenfalls eine Kältemittellösung, die jedoch - da bereits ausgekocht - eine geringere Kältemittelkonzentration, als diejenige, welche dem Dom 6 und dem Pumpenrohr 8 zufliesst, besitzt. Daher weist sie einen höheren Siedepunkt und eine entsprechend höhere Temperatur auf als die Lösung im Bereiche des Domes 6.
Die im Dom 6 und am unteren Pumpenrohrende erhitzte Flüssigkeit bildet Dampfblasen. Sobald der Dom 6 mit Dampf angefüllt ist, steigen die Blasen durch das Pumpenrohr 8 nach oben. Nach dem Austritt aus dem Rohr 8 strömen die Dampfblasen nach oben durch das Rohr 11 ab.
Die an Ammoniak ärmer gewordene, durch das Pumpenrohr 8 mitgerissene
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Lösung strömt dagegen aus dem oberen Ende des Pumpenrohres 8 nach unten in das Kocherrohr 1 zurück, wo sie weiter ausgekocht wird und daher an Wasserdampf reiche Ammoniakblasen abgibt, welche nach oben durch die nachfolgenden kühleren Flüssigkeitsschichten steigen, in welchen das Dampfgemisch rektifiziert wird. Die in das Rohr 11 steigenden Blasen sind daher sehr reines Ammoniakgas. Die an Ammoniak arme Lösung fliesst durch das Innenrohr 7 ab und erwärmt im Gegenstrom die dem Dom 6 zufliessende reiche Lösung.
Bei dieser einfachen Anordnung, bei der das Pumpenrohr 8 - auch Steigrohr genannt - durch die heisse Kochflüssigkeit 14 hindurchgeführt ist, besteht der grosse Nachteil darin, dass dem gepumpten Dampf-Flüssigkeitsgemisch durch die Wandung des Pumpenrohres 8 hindurch noch beträchtliche Wärmemengen von der heisseren Kocherflüssigkeit 14 zugeführt werden, womit seine Temperatur unliebsamerweise erhöht wird, so dass die am Ende des Pumpenvorganges anschliessende Rektifikation der vom Kocher aufsteigenden Dämpfe auf eine möglichst tiefe Temperatur nachteilig beeinflusst wird. Zudem ist diese Rektifikation auch in, bezug auf günstige Strömungsführung zwischen Dampf und Flüssigkeit mangelhaft.
Mit dem in Fig. 2 dargestellten Kocheraggregat werden die angeführten Mängel behoben, indem sowohl durch Herausführen des Pumpenrohres 8 aus dem Kocherrohr 1 jegliche weitere, unerwünschte Wärmezufuhr zum Pumpenrohr 8 unterbunden wird:, als auch eine korrekte Gegenstromführung von aufsteigendem Kocherdampf und herunterfliessender Flüssigkeit in einer Schlange 20, in deren Oberteil das Pumpenrohr 8 einmündet, verwirklicht wird.
Bei richtiger Dimensionierung der in Fig. 3 dargestellten Rektifiziersäule 30 kann auch bei dem in dieser Figur dargestellten vereinfachten und weniger Höhe benötigenden Kocherrohr 1 eine gute Rektifikation, hier zum grossen Teil unterhalb des Flüssib keitsspiegels, erreicht werden.
Dabei ist die Güte der Rektifikation weitgehend davon abhängig, dass sich sowohl die sich gegenseitig durchdringende Aufwärts- wie Abwärtsströmung in einer über den ganzen Kanalquerschnitt reichenden möglichst angenäherten Parallelströmung ausbilden und frei von .etwelchen sekundären Turbulenz- oder Konvektionsströmungen bleiben. Ebenso ist jede Wärmeleitung durch die Kanalwandungen entlang der Rektifiziersäule möglichst kleinzuhalten.
Die Kocheraggregate nach den Fig. 2 und 3 weisen die beiden erwähnten Nachteile des, Kocheraggregats gemäss Fig. 1 nicht auf. Dagegen ergibt sich hier der Nachteil, dass, insbesondere bei Teillastbetrieb aber auch beim Anfahrvorgang oder bei durch Thermostat geregeltem Betrieb, im ausserhalb des Kocherrohres angeordneten Pumpenrohr 8 trotz Wärmeisolierung durch Abkühlung von aussen Teilkondensation auftreten kann, was den Betrieb des Aggregates nachteilig beeinflusst.
In Fig. 5 ist ein erfindungsgemässes Kocheraggre- gat für eine mit druckausgleichendem Hilfsgas arbeitende Absorptionskältemaschine dargestellt, dessen Kocherrohr mit 1 bezeichnet ist. Das Kocherrohr 1 ist ähnlich aufgebaut wie die vorbeschriebenen. Es weist einen Doppelmantel auf, wobei der Innenmantel 2 das Heizrohr des Aggregates bildet. Im Heizrohr ist ein Heizelement 3 vorgesehen. In den Boden 4 des Kocherrohres 1 mündet ein ein Doppelrohr bildender Flüssigkeitswärmeaustauscher 5, der an seinem im Kocherrohr 1 befindlichen Ende als Dom 6 ausgebildet ist.
Das Pumpenrohr 8 ist koaxial in dem Dom 6 angeordnet, wobei sein unteres Ende 9 in den Dom 6 vorsteht.
Zur Verhinderung der Wärmeaufnahme und Wärmeleitung durch das Pumpenrohr 8 ist dieses aus einem schlecht wärmeleitenden Material hergestellt, wodurch sowohl die schädliche Wärmeübertragung von heisser Kocherflüssigke.it 14 an kältere Pumpflüssigkeit im Pumpenrohr 8, als auch die die Rektifikation ebenfalls verschlechternde Wärmeleitung durch die Pumpenrohrwand vermindert wird. Es ist aber auch möglich, das Pumpenrohr 8 aussen oder innen oder beidseitig mit einer wärmeisolierenden Schicht, z. B. Email, zu versehen.
Das obere Pumpenrohrend'e mündet in ein zylindrisches Abzugsrohr 11, in welchem eine aus Kocherflüssigkeit 14 bestehende Rektifiziersäule 30 gebildet ist, deren Niveau unterhalb des vorerwähnten Pumpenrohrendes liegt.
Die in Fig. 6 dargestellte Variante des Kocheraggregates nach der Erfindung weist eine bessere Wärmeisolierung des Pumpenrohres 8 auf. Direkt anschliessend an den Dom 6 ist das Pumpenrohr 8 mit einem Mantel 32 umhüllt, so dass zwischen den Teilen 8 und 32 ein Ringraum 33 entsteht. Der Ringraum 33 kann gasgefüllt sein oder evakuiert werden, wodurch eine Wärmeisolation des Pumpenrohres 8 geschaffen wird, die derjenigen nach Fig. 5 überlegen ist.
Eine weitere Variante des Kocheraggregates nach der Erfindung ist aus Fig. 7 ersichtlich, bei welcher das dombildende Ende des Flüssigkeitswärmeaus- tauschers 5 bis nahezu an das obere Ende 10 des Pumpenrohres 8 reicht. Der obere Abschnitt des langen Domes 6 wird sich beim Füllen des Aggre- P Cr tes oder im Betrieb nach kurzer Zeit mit Dampf füllen, sofern er nicht schon mit dem d'ruckausglei chenden Hilfsgas angefüllt ist, so dass das Pumpenrohr 8 von der Kocherflüssigkeit 14 praktisch vollständig wärmeisoliert ist.
Die Ausführungsbeispiele gemäss den Fig. 5-7 weisen gegenüber der Ausführungsform gemäss Fig. 1 nicht nur den Vorteil des wärmeisolierten Pumpenrohres 8 auf, sondern besitzen zudem eine bessere Rektifikationssäule 30, welche die Erzeugung und Aufrechterhaltung einer Parallelströmung zwischen Flüssigkeit und Dampf ermöglicht.
Eine Störung der Strömungsverhältnisse und damit der guten Rektifikation durch das innerhalb der
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ganzen Rektifikationssäule sich erstreckende Pumpenrohr inkl. seiner Wärmeisolation kann dadurch verhindert werden, dass dieses Rohr im Aussendurchmesser möglichst klein dimensioniert wird. Durch Verkleinerung der Weite des isolierenden Ringraumes 33 auf ein noch zulässiges Minimum mindestens im oberen Abschnitt des innerhalb der Rektifika- tionssäule 30 liegenden Pumpenrohres 8 kann dieses Bestreben gefördert werden.
Auf dieser Erkenntnis ist die in Fig. 8 dargestellte Ausführungsform aufgebaut. Der Dom 6 weist in seiner unteren Hälfte, die ungefähr bis zur halben Kocherrohrhöhe reicht, einen grösseren Aussendurchmesser auf als in seiner oberen Hälfte, die bis zum oberen Ende des Pumpenrohres 8 reicht, so dass im Bereich der Rektifikationssäule 30 der Ringraum 33 eine kleinstmögliche Weite hat. Um in diesem engen Ringraum 33 eine gleichmässige Weite sicherzustellen, ist im Ringraum 33 ein schraubenlinien- förmiger Draht 34 vorgesehen.
Die geringe Wandstärke bei metallenen Pumpenrohren sowie die schlechten Wärmeleiteigenschaften bei nichtmetallischen Pumpenrohren verhindert eine Wärmeleitung in denselben.
Bei allen beschriebenen Ausführungsformen des Kocheraggregates nach der Erfindung ist das die Thermosiphonpumpe bildende Rohr 8 im Innern des Kocherrohres 1 und in der Rektifiziersäufe 30 angeordnet.
Die Funktionsweise ist prinzipiell bei allen beschriebenen Ausführungsformen die gleiche.
Das erfindungsgemässe Kocheraggregat ist bedeutend weniger mit den eingangs erwähnten Mängeln behaftet, indem es sowohl bei Voll- wie bei Teillast und beim Anfahren vollständig betriebssicher ist und trotzdem wirtschaftlich arbeiten kann, da es eine sehr kleine Kocherrohroberfläche und daher entsprechend kleine Wärmeverluste aufweist. Es ist zudem äusserst einfach in der Herstellung und im Betrieb und daher billig.
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The present invention relates to a digester unit on an absorption chiller working with pressure-equalizing auxiliary gas with a thermosiphon pump and a rectification column, the thermosiphon pump being arranged inside the digester pipe and the rectification column.
The digester assembly according to the invention, which largely eliminates the disadvantages of the known assemblies explained below, is characterized in that the thermosiphon pump designed as a tube is thermally insulated over at least approximately its entire length.
Exemplary embodiments of the subject matter of the invention are explained below with reference to the drawing. 1 shows a known digester unit with a thermosiphon pump arranged inside the digester pipe, FIG. 2 shows another known digester unit in which the pump pipe runs for the most part outside the digester pipe, with a helically wound rectification part,
3 shows an embodiment of the digester unit corresponding to FIG. 2 with a cylindrical rectification part designed as a digester pipe extension, FIG. 4 shows a section through the units according to FIGS. 1-3 along line aa in these figures, FIG. 5-8 different embodiments of a digester unit according to the invention.
The known digester unit shown in FIG. 1 has a double-walled digester tube 1 which has approximately the shape of a hollow cylinder. The inner wall 2 of the cooker pipe 1 forms the heating pipe of the unit, in which heating pipe an electrical heating element 3 is arranged. The heating pipe could also be heated by gas. The end of a double-tube liquid countercurrent heat exchanger 5, which end forms a dome 6, protrudes into the bottom 4 of the digester tube 1.
The exchanger 5 has an inner tube 7 opening into the space 13a delimited by the two walls 2 and 13 of the digester tube 1. The lower end 9 of a pump pipe B projects centrally into the dome 6. Its upper end 10 extends close to a pipe 11 through which refrigerant vapors expelled in the cooker leave the unit.
The functioning of the digester unit described is as follows: An aqueous refrigerant solution enriched, for example, with ammonia as refrigerant flows through the annular space formed by the two pipes of the liquid heat exchanger 5 into the dome 6 and into the pump pipe B.
In the area of the dome 6, the solution is heated indirectly by the heating element 3 via the liquid 14 in the digester tube 1. The liquid 14 in the cooker pipe 1 is also a refrigerant solution, but - since it has already been boiled out - has a lower refrigerant concentration than that which flows to the dome 6 and the pump pipe 8. It therefore has a higher boiling point and a correspondingly higher temperature than the solution in the area of the dome 6.
The liquid heated in the dome 6 and at the lower end of the pump tube forms vapor bubbles. As soon as the dome 6 is filled with steam, the bubbles rise through the pump tube 8 upwards. After exiting the pipe 8, the steam bubbles flow upwards through the pipe 11.
The one that has become poorer in ammonia and is carried away by the pump tube 8
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Solution, on the other hand, flows from the upper end of the pump tube 8 down into the digester tube 1, where it is further boiled and therefore gives off ammonia bubbles rich in water vapor, which rise up through the subsequent cooler liquid layers in which the vapor mixture is rectified. The bubbles rising into the tube 11 are therefore very pure ammonia gas. The ammonia-poor solution flows off through the inner tube 7 and heats the rich solution flowing to the dome 6 in countercurrent.
With this simple arrangement, in which the pump pipe 8 - also called the riser pipe - is passed through the hot cooking liquid 14, the major disadvantage is that the pumped vapor-liquid mixture still receives considerable amounts of heat from the hotter cooking liquid 14 through the wall of the pump pipe 8 are fed, which unpleasantly increases its temperature, so that the subsequent rectification of the vapors rising from the cooker at the end of the pumping process is adversely affected to a temperature as low as possible. In addition, this rectification is also inadequate in terms of favorable flow guidance between vapor and liquid.
With the digester unit shown in Fig. 2, the specified deficiencies are eliminated by both by leading the pump pipe 8 out of the digester pipe 1, any further, undesirable heat supply to the pump pipe 8 is prevented, as well as a correct countercurrent flow of rising cooker vapor and liquid flowing down in a Snake 20, in the upper part of which the pump tube 8 opens, is realized.
If the rectifying column 30 shown in FIG. 3 is correctly dimensioned, good rectification can also be achieved in the simplified digester pipe 1 shown in this figure, which requires less height, here for the most part below the liquid level.
The quality of the rectification is largely dependent on the fact that both the mutually penetrating upward and downward flow develop in a parallel flow that is as approximated as possible over the entire cross-section of the duct and remain free of any secondary turbulence or convection flows. Any heat conduction through the channel walls along the rectifying column must also be kept as small as possible.
The digester units according to FIGS. 2 and 3 do not have the two mentioned disadvantages of the digester unit according to FIG. On the other hand, there is the disadvantage that, especially with partial load operation but also during the start-up process or with thermostat-controlled operation, partial condensation can occur in the pump pipe 8 arranged outside the cooker pipe despite thermal insulation due to cooling from the outside, which adversely affects the operation of the unit.
5 shows a digester unit according to the invention for an absorption refrigeration machine that works with pressure-equalizing auxiliary gas, the digester pipe of which is denoted by 1. The cooker pipe 1 is constructed similarly to that described above. It has a double jacket, the inner jacket 2 forming the heating pipe of the unit. A heating element 3 is provided in the heating tube. A liquid heat exchanger 5, which forms a double tube and is designed as a dome 6 at its end located in the cooker tube 1, opens into the bottom 4 of the cooker tube 1.
The pump tube 8 is arranged coaxially in the dome 6, its lower end 9 protruding into the dome 6.
To prevent heat absorption and heat conduction through the pump tube 8, it is made of a poorly thermally conductive material, which reduces both the harmful heat transfer from hot cooker liquid 14 to the colder pump liquid in the pump tube 8 and the heat conduction through the pump tube wall, which also worsens the rectification . But it is also possible to have the pump tube 8 on the outside or inside or on both sides with a heat-insulating layer, e.g. B. Email.
The upper pump tube end opens into a cylindrical discharge tube 11 in which a rectifying column 30 consisting of cooking liquid 14 is formed, the level of which is below the aforementioned pump tube end.
The variant of the digester assembly according to the invention shown in FIG. 6 has better thermal insulation of the pump pipe 8. Immediately following the dome 6, the pump tube 8 is encased with a jacket 32 so that an annular space 33 is created between the parts 8 and 32. The annular space 33 can be filled with gas or evacuated, whereby a thermal insulation of the pump tube 8 is created which is superior to that according to FIG.
A further variant of the digester assembly according to the invention can be seen in FIG. 7, in which the dome-forming end of the liquid heat exchanger 5 extends almost to the upper end 10 of the pump tube 8. The upper section of the long dome 6 will fill with steam when the unit is filled or after a short time during operation, provided it is not already filled with the pressure-compensating auxiliary gas, so that the pump tube 8 is removed from the digester liquid 14 is practically completely thermally insulated.
The embodiments according to FIGS. 5-7 not only have the advantage of the heat-insulated pump tube 8 compared to the embodiment according to FIG. 1, but also have a better rectification column 30, which enables the generation and maintenance of a parallel flow between liquid and vapor.
A disturbance of the flow conditions and thus the good rectification by the within the
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The pump pipe extending over the entire rectification column including its thermal insulation can be prevented by making this pipe as small as possible in its outer diameter. By reducing the width of the insulating annular space 33 to a still permissible minimum, at least in the upper section of the pump tube 8 lying within the rectification column 30, this endeavor can be promoted.
The embodiment shown in FIG. 8 is based on this knowledge. The dome 6 has a larger outer diameter in its lower half, which extends approximately up to half the height of the digester tube, than in its upper half, which extends to the upper end of the pump tube 8, so that the annular space 33 has the smallest possible width in the area of the rectification column 30 Has. In order to ensure a uniform width in this narrow annular space 33, a helical wire 34 is provided in the annular space 33.
The small wall thickness of metal pump tubes and the poor thermal conductivity properties of non-metallic pump tubes prevent heat conduction in them.
In all of the described embodiments of the digester unit according to the invention, the tube 8 forming the thermosiphon pump is arranged in the interior of the digester tube 1 and in the rectifying tube 30.
The principle of operation is the same in all of the described embodiments.
The cooker unit according to the invention is significantly less affected by the deficiencies mentioned at the outset, in that it is completely operationally reliable at full load as well as at part load and when starting up and can still work economically because it has a very small cooker pipe surface and therefore correspondingly small heat losses. It is also extremely easy to manufacture and operate and therefore cheap.