-
Kondensator i,ir mit druckausgleichendem Hilfsgas arbeitende Absorptions-Kältemaschinen
Gegenstand der Erfindung ist ein Kondensator für mit druckausgleichendem Hilfsgas
arbeitende Absorptions-Kältemaschinen.
-
Bei Absorptions-Kältemaschinen, insbesondere bei kleinen luftgekühlten
Einheiten, sind bei Verwendung der üblichen zueinander in Wechselwirkung stehenden
Stoffpaare - Wasser und Ammoniak - die Überdrucke im Kondensator ziemlich hoch,
weshalb der Kondensator aus Festigkeitsgründen allgemein als Rohrschlange mit kreisrundem
Ouerschnitt ausgeführt wird. Da die Kreisform den für einen gegebenen Umfang größtmöglichen
Querschnitt ergibt, wird bei einem derartigen Kondensator bei gegebener Oberfläche
und fester Länge die Strömungsgeschwindigkeit des im Rohr strömenden Dampfes ein
Minimum.
-
Bei Absorptions-Kältemaschinen mit druckausgleichendem Hilfsgas ist
dies insofern nachteilig, als das Hilfsgas um so besser in den Kondensator hineindiffundieren
kann, je geringer die Dampfgeschwindigkeit ist, wodurch der Druck in der ganzen
Kältemaschine um den Partialdruck des im Kondensator befindlichen Hilfsgases erhöht
wird: Es ist zwar möglich, entweder durch entsprechende Länge der -Rohrschlange
oder auch durch Parallelschalten mehrerer Rohre kleinen Durchmessers die für den
Wärmeaustauscherforderliche Oberfläche bei genügend hohen Dampfgeschwindigkeiten
zu schaffen, jedoch stehen diesen Möglichkeiten räumliche Schwierigkeiten entgegen,
die sich zwangläufig aus derart höherem Aufwand ergeben.
-
Die Erfindung stellt einen neuartigen Kondensator für den umrissenen
Zweck dar, der die bisherigen Nachteile zu geringer Dampfgeschwindigkeiten ausschaltet,
wobei das druckausgleichende Hilfsgas nicht in den Kältemitteldampf innerhalb des
Kondensators hineindiffundieren kann, so daß die Kondensatorleistung gegenüber bekannten
Anordnungen gesteigert wird. Das Wesen der Erfindung kennzeichnet sich dadurch,
daß bei gleichbleibender gekühlter Wandfläche der wirksame Strömungsquerschnitt
für den Kältemitteldampf zum Erzielen einer die Diffusionsgeschwindigkeit des Hilfsgases
übersteigenden Dampfgeschwindigkei,t in der Strömungsrichtung stetig abnimmt. Durch
diese Querschnittsverringerung wird die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels
im Kondensator gesteigert, und zwar derart, daß sie größer als die Diffusionsgeschwindigkeit
des druckausgleichenden Hilfsgases wird, wodurch dieses am Eindringen in den Kondensator
gehindert wird.
-
Die Ausführung des Erfindungsgedankens kann in vielfältiger Form erfolgen.
Soll beispielhaft der allgemein übliche Kreisquerschnitt eines Kondensatorrohres
beibehalten werden, so kann dieser durch in der Strömung des Dampfes liegende Einbauten
innerhalb de, Rohres verringert werden. Da die Dampfinenge im Kondensator in der
Strömungsrichtung abnimmt, ist es zweckmäßig, den Querschnitt solcher Einbauten
mit der Strömungsrichtung entsprechend zunehmen zu lassen, wobei es vorteilhaft
sein kann, den Strömungsquerschnitt in stetigem Verlauf sich verändern zu lassen.
-
Eine andere Ausführungsform der Erfindung kann darin gesehen werden,
dem Kondensator eine im Querschnitt längliche Rohrform, zweckmäßig oval, also z.
B. elliptische Rohrform, zu geben. Der Strömungsquerschnitt des Dampfe: nimmt dabei
erfindungsgemäß in Richtung der Strömung ab, indem z. B. die kleine Achse der Ellipse
mehr und mehr verkürzt wird, während die große Achse entsprechend dem gleichbleibenden
Umfang des Rohres sich etwas vergrößert, wodurch die Xondensatorwandoberfläche gleichbleibend
erhalten ist. Durch derartige Querschnittsformen ist dieWiderstandsfähigkeit der
Rohre gegenüber inneren Überdrücken zwangläufig herabgesetzt. Die Druckfestigkeit
des Kondensators kann dann durch aufgesetzte Rippen erhöht werden, die für den Fall
ohnehin mit Kühlrippen auszustattender Kondensatorrohre gleichzeitig der Wärmeableitung
dienen können. Bei derart luftgekühlten Kondensatoren ergibt :ich bei erfindungsgemäßer
Verwendung länglicher Rohrquerschnitte ein weiterer Vorteil, wenn zweckmäßig die
große Achse des Rohrquerschnittes in die Strömungsrichtung des Kühlmittels gelegt
wird. Hierdurch wird strömungstechnisch der Luftwiderstand kleiner und somit die
vorbeiströmende Menge
des Kühlmittels größer. Auch in räumlicher
Hinsicht bringt die Benutzung derartiger Kondensatorrohre Vorteile, da man Rohre
mit ovalem bzw. länglichem Querschnitt mit kleinerem Radius biegen kann als ein
solches mit gleicher Oberfläche und Kreisquerschnitt.
-
Das Wesentliche des Erfindungsgedankens sei an Hand von Ausführungsbeispielen
im Schema in den Abbildungen beschrieben. Es zeigt Abb. 1 einen Kondensator nach
der Erfindung im Längsschnitt mit den Strömungsquerschnitt verringerndem Einbau
sowie Abb.2 den gleichen Kondensator in einem Querschnitt nach der Linie II-II in
Abb. 1, Abb.3 eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung ohne Einbauten innerhalb
dea Kondensators im Längsschnitt und Abb. 4 einen Querschnitt nach der Linie IV-IV
in Abb. 3 hierzu, Abb. 5 den bekannten Aufbau eines Absorber-Kühlaggregates finit
einem Kondensator nach der Erfindung. In den Abb. 1 und 2 ist mit 1 ein Kondensatorrohr
im üblichen Kreisquerschnitt gezeigt, das in Pfeilrichtung vom Kältemitteldampf
durchströmt wird, der sich am Ende des Kondensatorrohres mit dem durch einen Stutzen
3 aus der Druckausgleichleitung hineingeführten Hilfsgas vermengt und durch den
Stutzen 4 herausgeleitet wird. Der Strömungsquerschnitt des Dampfes innerhalb des
Kondensatorrohres 1 wird von der kreisförmigen Zuführung 5 infolge des in den Kondensator
eingebauten Teiles 2 verringert, und zwar im gezeigten Ausführungsbeispiel mittels
eines Teiles 2 in Kreiskegelform in stetig abnehmender Weise. Der Querschnitt nimmt
hier vom vollen Kreis 5 laufend ab, indem der kegelige Einbau 2 in der Strömungsrichtung
zunehmende Querschnitte aufweist, so daß, mit dem Kuppenquerschnntt 6 beginnend,
über die wirksame Querschnittsfläche 7 im Schnitt II-II (Abb. 2) bis zum Ende 8
des Kegels 2 die jeweils verbleibenden Strömungskanäle stetig kleiner werden, wodurch
sich die Dampfgeschwindigkeit zum Ende des Kondensators 1 hin laufend steigert und
ein Hineindiffundieren des Hilfsgases in den Kondensator 1 verhindert wird. Die
Verringerung des Strömungsquerschnittes steigert hierbei dieGeschwindigkeit des
Dampfes unter gleichzeitiger Berücksichtigung der zum Ende des Kondensators 1 hin
abnehmenden Dampfmenge in einem derartigen Maße, daß sie größer als die Diffusionsgeschwindigkeit
desHilfsgases ist, Nvomit zwangläufig der erfindungsgemäß angestrebteErfolg erreicht
wird.
-
In den Abb. 3 und 4 ist eine andere Ausführungsmöglichkeit der Erfindung
gezeigt, wo ein Kondensator 11 ohne besondere Einbauten vorgesehen ist. Die Strömungsgeschwindigkeit
des Dampfes wird hier dadurch gesteigert, daß, von der kreisförmigen Zuführung 13
ausgehend, dem Kondensatorrohr eine elliptische Querschnittsform 14 gegeben wird,
deren große Achse des Rohres sich zum Ende hin etwas vergrößert entsprechend gleichbleibender
gekühlter Wandfläche, während die kleine Achse in Richtung der Strömung - in Abb.
3 von links nach rechts -stetig kleiner wird. Die verhältnismäßig gegenüber einem
Kreisquerschnitt verringerte Druckfestigkeit des ovalen Kondensatorrohres 14 kann
erforderlichenfalls durch hinreichend eng gestellte, auf das Kondensatorrohr aufgesetzte
Versteifungsrippen 15 erhöht werden, die dann gleichzeitig als Kühlrippen ausgenutzt
werden. Um den Strömungswiderstand für das den Kondensator 14 umspülende Kühlmittel
zu verringern, wird in Fortbildung der Erfindung zweckmäßig die große Achse 16 des
Rohrquerschnittes in dessen Strömungsrichtung liegend eingebaut.
-
Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die wiedergegebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt, da es für eine vorgegebene Länge und Oberfläche lediglich wesentlich
ist, den Strömungsquerschnitt des Dampfes in Richtung der Strömung abnehmen zu lassen.
Es kann dies z. 13. auch dadurch erreicht werden, daß ein Kondensatorrohr laufend
abnehmende kreisförmige Rohrquerschnitte, ähnlich einem hohlen Kreiskegel, aufweist,
so daß auch hier keine besonderen Einbauten zwecks Ouerscluiittsverengung erforderlich
werden.
-
In der Abb. S ist schließlich der bekannte Aufbau eines Absorber-Kühlaggregates
gezeigt, wobei aber neuerungsgemäß ein Kondensator 21 nach der Erfindung eingeschaltet
ist, der an die Stelle der bekannten Kondensatorschlange zu setzen ist. Wesentlich
für das der Erfindung zugrunde gelegte Problem i.t die Funktionsweise der üblichen
1?iitliiftungsleitun' 23, die sowohl dampfförmiges Kältemittel als auch druckausgleichendes
Gas enthält und als druckausgleichende Gasbrücke wirkt. Die Leitung 24 erhält kondensiertes
Kältemittel aus dem Kondensator 21 und führt dies wie ein kommunizierendes Rohr
in den Verdampfer 26. In gleichem Maße, wie also kondensiertes Kältemittel in die
Leitung 24 hereintropft, gelangt dieses Kältemittel auch tropfenweise in den Verdampfer
26, wobei in den bekannten Systemen zur Kondensation unter sehr hohen Drücken -
bis zu 22 ata - gearbeitet wird. Da nun das Kältemittel im Kondensator 21 von der
dampfförmigen in die flüssige Phase übergeführt wird, in der Leitung 24 also als
Flüssigkeit zum Verdampfer 26 geführt wird, um dann hinter dem Verdampfer wieder
gasförmig zu sein, niull für die Räume mit gasförmigen Zuständen des Kältemittels
eine druckausgleichende Entlüftungsleitung 23 - quasi als Gasbrücke - vorhanden
sein. Es zeigt sich nun, daß zwischen dem unteren Ende der Entlüftungsleitung 23
bzw. zu deren oberem Ende zum Kondensator 21 hin bezüglich des darin befindlichen
Hilfsgases gleicherweise wie für das Kältemittel ein großes Druckgefälle auftritt,
wodurch eben gerade das schädliche Eindringen des Hilfsgases aus der Leitung 23
in den Kondensator bei den bekannten Ausführungen erzeugt wird und zwangläufig dann
der Kondensationsprozeß erschwert ist. Hieraus resultieren die hohen Drücke in der
Größenordnung 18 bis zu 22 ata, mit denen zwangsweise im System gearbeitet werden
muß, während bekanntlich eine Kondensation des üblichen Kältemittels \7H3 in reinem
Zustand und üblicher Temperatur bereits mit 12 ata erfolgt.
-
Hier setzt nun die Erfindung ein, indem durch neuartige Gestaltung
des Kondensators 21 dessen Querschnitt in der Strömungsrichtung stetig abnimmt,
wie es die Beispiele nach den Abb. 1 bis 4 zeigen. mit dem Ziel, die Dampfgeschwindigkeit
iin Kondensator 21 immer die Diffusionsgeschwindigkeit des Hilfsgases innerhalb
der Leitung 23 übersteigen zu lassen, so daß eben das Hilfsgas aus der Leitung 23
nicht gegen die höhere Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Kondensators 21 eindringen
kann. Der Kondensationsprozeß erfolgt bei erfindungsgemäß gestaltetem Kondensator
21 ungestört, wodurch im System mit niederen Drücken als bisher gearbeitet werden
kann und bei verminderterLeistungsaufnahme zugleich aber die Kühlleistung gesteigert
ist gegenüber den Absorbersystemen mit den bekannten Kondensatoren bei hohen Drücken
arbeitend. In diesen
bekannten Kondensatoren mit gleichbleibenden
Rohrquerschnitten tritt allgemein in der laufenden Kondensierung des gasförmigen
Kältemittels entsprechend laufende Verminderung der Strömungsgeschwindigkeit zum
Ende des Kondensators hin auf, wobei sich dann immer Kältemittelgas im Kondensat
niederschlägt bzw. mit diesem weiterfließt. Zwangläufig muß hiermit das Volumen
des Kältemittels laufend abnehmen. Bei gleichbleibendem Strömungsquerschnitt mindert
sich also entsprechend dieser Volumenabnahme des Kältemittels in den bekannten Kondensatoren
die Strömungsgeschwindigkeit zum Ende hin und begünstigt das schädliche Eindringen
des Hilfsgases in die Kondensationszone. Nach dem Patentgegenstand wird durch neuartige
Formgebung des Kondensators 21 dagegen die Strömungsgeschwindigkeit im Kondensator
zu seinem Ende hin gesteigert, derart, daß die Diffusionsgeschwindigkeit des aus
der Lüftungsleitung 23 stammenden Hilfsgases überboten wird und das Eindringen von
Hilfsgas in den Kondensator verhindert.
-
In der Abb. 5 sind zur Vervollständigung der üblichen Absorberanlage
die weiteren Aggregatteile gezeigt, ohne daß hier näher auf deren bekannte Funktionsweise
eingegangen zu werden braucht. Es sind im bekannten Aufbau gezeigt: Kocher 18, Thermosiphonpumprohr
19, Wasserabscheider 20, Kondensator 21, Leitung 24 zum Verdampfer 26, Entlüftungsleitung
23, Gaswärmeaustauscher 25, Leitung 27a für verdampftes Kältemittel und Wasserstoff,
Leitung 27b für Wasserstoffgas allein, Abflußleitung 28 zum Absorber 16 bzw. Zuführung
29 für kältemittelarme Lösung vom Kocher 18 zum Absorber 16. Mit 17 ist schließlich
der übliche Temperaturwechsler bezeichnet mit seinem eingelagerten Doppelrohrsystem
zwischen dem Absorber 16 bzw. Kocher 18 und dem Pumpenrohr 19.