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Rohrbündelverdampfer für Kälteanlagen Die Erfindung betrifft einen
Rohrbündelv erdampfer für Kälteanlagen, der aus einem Mantelrohr mit eingeschweißten
oder eingewalzten Innenrohren besteht und derart betrieben wird, daß das zu kühlende
Medium um die Innenrohre herum im Innern des Mantelrohres strömt, während das Kältemittel
durch die Innenrohre hindurchgeleitet wird und dort verdampft. Bei einer bekannten
Ausführungsform eines solchen Rohrbündelverdampfers sind die Innenrohre an den beiden
Stirnseiten des Mantelrohres in Rohrböden befestigt. Dabei ist das Mantelrohr vorn
und hinten mit Umlenkdeckeln versehen, die so ausgebildet sind, daß das Kältemittel
nach dem Herausströmen aus der einen Rohrgruppe zur nächsten hingelenkt und dort
zum Hineinströmen veranlaßt wird. Durch die richtungsgemäße Umkehr des Kältemittelstromes
in den Umlenkkammern der Uinlenkdeckel wird ermöglicht, daß das Kältemittel mehrmals
hin und her durch das Rohrbündel geführt werden kann. Im allgemeinen sind die Umlenkkammern.
in den Umlenkdeckeln dadurch gebildet, daß die Böden der Deckel mit eingegossenen
oder eingeschweißten Stegen versehen sind, die jeweils einen kammartigen Bereich
ergeben und eine Anzahl von Rohrmündungen zusammenfassen.
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Da das Volumen des Kältemittels durch die Dampfbildung im Verdampfer
ständig zunimmt und eine zu große Geschwindigkeit des strömenden Kältemittels vermieden
werden soll, ist es üblich, die Zahl der in eine Umlenkkammer mündenden Rohre vom
Eintritt des Kältemittels in den Verdampfer bis zum Austritt hin zu vergrößern.
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Zur Erreichung dieses Zieles sind Umlenk deckel bekannt, bei denen
die Anordnung der Umlenkkammern so vorgenommen ist, daß das zunächst noch flüssige
Kältemittel zuerst in eine untere Kammer hineingeleitet wird, von der aus es sich
auf eine erste Gruppe von Rohren verteilt, nach deren Verlassen es umgelenkt und
einer erst einmal nur wenige Rohre mehr zählenden Rohrgruppe zugeführt wird; nach
dem Verlassen dieser Rohre wird das nun bereits aus einem Gemisch von Kältemittelflüssigkeit
und -dampf bestehende Kältemittel einer wiederum größeren Rohrgruppe zugeleitet,
und dieser Vorgang wiederholt sich anschließend noch mehrmals, bis das weitestgehend
dampfförmige Kältemittel schließlich aus der letzten, ganz oben angeordneten, größten
Umlenkkammer in die Saugleitung geführt wird, von wo. aus es den Verdampfer verläßt;
um zum Verdichter zu strömen. Bei den beschriebenen bekannten Umlenkdeckeln fassen
nun die Umlenkkammern jeweils Gruppen von auch mehr als in zwei Reihen übereinanderliegenden
Rohren zusammen. Damit ist jedoch der Nachteil verbunden, daß das Gemisch aus Kältemitteldampf
und -flüssigkeit in seine Phasen zerlegt wird, indem das noch unverdampfte Kältemittel
auf Grund seines höheren spezifischen Gewichts nur in die unteren in die Kammer
einmündenden Rohre eintritt, während der Kältemitteldampf in die oberen Rohre der
betreffenden in der Kammer zusammengefaßten Rohrgruppe hineinzuströmen sucht. Die
Folge davon ist, daß ein Teil der Innenrohre des Verdampfers nur von Kältemitteldampf
und ein anderer Teil vorwiegend nur von flüssigem Kältemittel durchströmt wird,
so daß also eine ganze Anzahl von Rohren, nämlich die nur dampfführenden, an dem
erforderlichen Wärmeaustausch nur in sehr begrenztem Umfang teilnimmt. Ein Absinken
des Wirkungsgrades ist somit unvermeidbar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die nachteiligen Wirkungen
der bekannten Umlenkdeckel auszuräumen und einen verbesserten Rohrbündelverdampfer
zu schaffen. Die Lösung geschieht nach der Erfindung dadurch, daß der oder die Umlenkdeckel
auf der Innenseite mit Trennstegen und Anschlüssen derart versehen sind, daß die
Zufuhr des Kältemittels sowohl in die oberste als auch in die unterste waagerechte
Rohrreihe und die Umlenkung des Kältemittels jeweils nur von einer waagerechten
Rohrreihe zur nächsten darüber- oder darunterliegenden Rohrreihe erfolgt und daß
ferner der Austritt des Kältemittels aus dem Umlenkdeckel etwa in Höhe seiner waagerechten
Symmetrieachse erfolgt. Durch diese Ausbildungsweise wird erreicht, daß das Gemisch,
welches durch die Rohre geführt wird, j edesmal nach dem Durchströmen einer Rohrgruppe
unter solchen Bedingungen in die nächste Umlenldzammer hineingeführt wird, daß alle
Gemischanteile den gleichen Einflüssen der Schwerkraftwirkung ausgesetzt und auch
zu einem gleichen Umlenkweg gezwungen sind. Beim Hineinströmen in die nächste Rohrgruppe
im Anschluß an
den Umlenkvorgang sind die Bedingungen wiederum praktisch
für alle Gemischanteile gleich, so daß also eine Zerlegung des Gemisches in seine
Phasen ausgeschlossen ist. In jedem Rohr strömen gleichmäßige Anteile von Flüssigkeit
und Dampf, so daß auch jedes Rohr einer Rohrgruppe in ebendemselben Maße am Wärmeaustausch
teilnimmt wie die anderen Rohre.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die äußersten
von den Trennstegen gebildeten Umlenkkammern mit Anschlüssen für die Kältemittelzuführleitungen
versehen sind, während die mittelste Kammer einen Anschluß für die Abfuhr des Kältemittelgesamtstromes
aufweist. In diesem Falle nähern sich also die Kältemittelströme der waagerechten
Mittelebene des Verdampfers von beiden Seiten, auf diese Weise die Zunahme der Rohranzahl
einer Gruppe durch das Größerwerden der Verdampferbreite ausnutzend.
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Eine andere Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus,
daß die äußersten von den Trennstegen gebildeten Umlenkkammern mit Anschlüssen für
die Kältemittelzufuhrleitungen versehen sind, während die beiden der waagerechten
Mittellinie des Deckels am nächsten liegenden Kammern je einen Anschluß für die
Abfuhr des betreffenden Kältemittelstromes aufweisen, so daß also auch hier das
Kältemittel zur Mitte vorschreitet, wo es jedoch in zwei getrennten Strömen herausgeführt
wird.
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Wiederum eine andere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Deckelfläche durch einen senkrechten Trennsteg in zwei nebeneinanderliegende
selbständige Strömungs- und Umlenkabteilungen unterteilt ist.
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In strömungsmäßiger Hinsicht werden schließlich noch besondere Vorteile
erzielt, wenn nach Ausführungsformen der Erfindung der Umlenkdeckel mit Flanschanschlüssen
für das abströmende Kältemittel versehen ist, die sich in der vollen Breite des
Deckels an die Ausströmenden der Kältemittelrohre anschließen, und wenn die Umlenkkammern
durch entsprechende Ausbildung der Trennstegquerschnitte ein strömungsgünstiges
Profil aufweisen.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht,
und zwar zeigt Abb. 1 einen Umlenkdeckel im Grundriß, Abb. 2 einen Umlenkdeckel
gemäß Abb. 1 in einem diametralen Querschnitt, Abb.3 einen Umlenkdeckel in einer
Ansicht entsprechend Abb. 2, jedoch handelt es sich hier um den auf der anderen
Seite des Mantelrohres, gegenüber von dem Deckel nach Abb. 2, angeordneten Umlenkdeckel,
Abb. 4 einen Umlenkdeckel in anderer Ausbildungsweise als Abb. 1, im Grundriß, und
Abb. 5 einen Umlenkdeckel gemäß Abb. 4 in einem diametralen Querschnitt.
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In den Abb. 2, 3 und 5 sind die Innenrohre 1 des Rohrbündelverdampfers
in abgebrochener Darstellungsweise zu erkennen, wie sie in einem Rohrboden 2 befestigt
sind. Außen auf den einzelnen dargestellten Rohrböden 2 sind die Umlenkdeckel 3
mittels nicht dargestellter Schrauben befestigt. Zwischen einem Umlenkdeckel 3 und
einem Rohrboden 2 befindet sich jeweils eine Dichtung 4.
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Bei dem in den Abb. 1 und 2 dargestellten Deckel 3 strömt das flüssige
Kältemittel in Richtung der Pfeile 5 und 6 in die jeweils erste Kammer durch die
Öffnungen 7 und 8 hinein. Die beiden Kammern werden gebildet durch die Ränder 9
des Deckels und durch eingegossene Stege 10. Die Kammern umfassen eine Gruppe von
vier Rohren 1, die in Abb. 1 aus Gründen der Deutlichkeit in Form von ausgezogenen
Kreisen dargestellt sind. An sich befinden sich natürlich die Rohre 1 oberhalb der
Ebene der Abb. 1. Das flüssige Kältemittel strömt aus den Einlaufkammern 11 und
12 durch die zugehörigen Rohre 1 der von diesen beiden Kammern erfaßten Rohrgruppen
zu dem in Abb. 3 dargestellten, dem in Abb. 2 gezeigten Umlenkdeckel gegenüberliegenden
Deckel, wo das Kältemittel in den Kammern 13 und 14, aus der jeweils äußersten Rohrlage
kommend, zu der jeweils folgenden, weiter nach innen zu liegenden Rohrlage umgelenkt
wird. Diese neue Rohrlage umfaßt, wie aus Abb. 1 ersichtlich ist, bereits wesentlich
mehr Rohre als die erste Rohrlage und mündet in die Umlenkkammer 15 bzw. 16 des
in den Abb. 1 und 2 dargestellten Deckels. Dort erfolgt wiederum eine Umlenkung
um 180° und die Hineinführung des nun wieder mehr Dampfanteile enthaltenden Kältemittels
in die nächstfolgende, aus mehr Rohren bestehende Rohrgruppe. Der Strömungsweg des
Gemisches aus Kältemitteldampf und -flüssigkeit setzt sich in sinngemäßer Weise
von beiden Seiten her, also von oben und unten, zur Mitte des Rohrbündels hin fort,
wo die beiden Ströme zuletzt in der Kammer 17 des in Abb. 1 und 2 gezeigten Deckels
zusammentreffen und in Richtung des Pfeiles 18 durch die Öffnung 19 den Verdampfer
verlassen.
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Bei dem in Abb. 4 und 5 gezeigten Umlenkdeckel vollzieht sich der
Strömungsvorgang in sinngemäßer Weise wie bisher beschrieben. Auf die Darstellung
des gegenüberliegenden Umlenkdeckels wurde hierbei verzichtet. Zum Unterschied gegenüber
dem in Abb. 2 wiedergegebenen Deckel wird der Kältemitteldampf hier nicht gesammelt,
sondern getrennt durch die Auslässe 20 und 21 abgeführt. Die Auslässe sind dabei
so ausgebildet, daß sie sich jeweils über eine ganze Rohrreihe erstrecken, wie aus
Abb. 4 zu ersehen ist. Die beiden langestreckten Auslaßöffnungen 20 und 21 sind
durch den Steg 22 voneinander getrennt, so daß das getrennt eingeführte Kältemittel
auch wieder getrennt fortgeleitet wird. Die Auslässe 20 und 21 sind in Form von
Flanschen 23 und 24 ausgebildet.