DE1501065A1 - Reinigungsvorrichtung fuer ein Kuehlmittel einer Kaeltemaschine - Google Patents

Reinigungsvorrichtung fuer ein Kuehlmittel einer Kaeltemaschine

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DE1501065A1
DE1501065A1 DE19661501065 DE1501065A DE1501065A1 DE 1501065 A1 DE1501065 A1 DE 1501065A1 DE 19661501065 DE19661501065 DE 19661501065 DE 1501065 A DE1501065 A DE 1501065A DE 1501065 A1 DE1501065 A1 DE 1501065A1
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Germany
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heat exchanger
gas
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coolant
refrigeration machine
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Campbell David Neil
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Hymatic Engineering Co Ltd
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Hymatic Engineering Co Ltd
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    • F25J1/00Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
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Description

5489-66; Dr.v.B/Bru
Case No. HY 41
British patent application 33770/65
filed 6th August, 1965
Hymatic Engineering Company Limited, Glover Street, Redditeh, Worcester,
England
Reinigungsvorrichtung für ein Kühlmittel einer Kältemaschine
Die Erfindung betrifft eine beim kalten Ende einer Kältemaschine anzuordnende Reinigungsvorrichtung für ein Kühlmittel, mit einem Metallgefäß, das ein absorbtionsfähiges Material enthält.
Es ist bekannt, das Kühlmittel einer Kältemaschine in einer Absorbereinheit, die in einem völlig getrennten u-efäß untergebracht ist, von Verunreinigungen zu befreien, bevor das Gas in die Kältemaschine eintritt. Es ist ferner bekannt, bei mehrstufigen Kältemaschinen Absorbereinheiten in Bereichen niedriger Temperatur zwischen zwei Stufen vorzusehen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kompakte Reinigungsvorricntung anzugeben, die sich ausserdem durch besonders geringe Wärmeverluste auszeichnet.
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Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Absorber verwendet, aer innerhalb der zweiten Stufe einer Kältemaschine angeordnet ist, einen Teil dieser"Stufe bildet und von einem gaslörmigen Künunittel durchsetzt wird, nachdem dieses von der ersten Stufe gekühlt wurde· Der Begriff "absorptionsfähiges Material" soll hier auch Materialien umfassen, bei denen die Verunreinigungen auch durch andere Effekte als Absorption entfernt werden.
Eine beim kalten Ende einer Kältemaschine anzuordnende Reinigungsvorrichtung für ein Kühlmittel, mit einem Metallgefäß, das ein absorptionsfähiges Material enthält, ist gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß in dem Material eine Reihe durchbrochener Trennelemente aus einem Material guter Leitfähigkeit angeordnet sind, die sich senkrecht zur Richtung zum kalten Ende der Maschine erstrecken.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die Reinigungsvorrichtung innerhalb eines Aussenbehälters, jedoch im Abstand von diesem angeordnet und das Gefäß ist innerhalb des Aussenbehälters von einem Wärmetauscher umgeoen, der eine wendelrörmige Röhre enthält} am kalten Ende des inneren G-efässes zwischen diesem und dem äusseren Behäxter ist eine Expansionsdüse angeordnet, beim warmen Ende sind Gaseinlaß- und -auslaßöffnungen vorgesehen, die im AbsorDergexäss münden, und die Auslaßöffnung steht über einem Strömungsweg des Wärme-
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••3—
tauscherβ mit der Expaneionsdüse in Verbindung, während ein
anderer Strömungsweg des Wärmeaustauschers den Raum zwischen der Düse und dem Aussenbehälter mit einem Auslaßanschluß verbindet·
Sis Erfindung ist besonders dort von Bedeutung, wo es auf i'latzersparnis ankommt und ein kaltes A&soroerbett ausreichender Kapazität nicht ohne weiteres vorgesehen werden kann. Wenn die erste und die zweite Stufe parallel zueinander in tfaskreislauf liegen, kann es unnötig sein, das die erste Stufe durchströmende Gras so weitgehend zu reinigen, wie das durch die zweite Stufe strömende Gras. Die erste Stufe kann beispielsweise aus einer Expansionsmaschine bestehen, die auf dem Prinzip des Claude-Zyklus arbeitet, während die zweite Stufe eine Expansionsdüse enthalt und <3uf dem Prinzip des Joule-Thomson-Effektes arbeitet, also durch isenthalpische Expansion unter der Inversionstemperatur, wobei es dann besonders wichtig ist, alle Verunreinigungen aus dem durch die Expansionsdüse Strömenden Gas zu entfernen.
Ausserdem lassen sich Verunreinigungen am wirkungsvoxlsten durch Absorption bei einer ".Temperatur in der Nähe ihres Verrlüssigungspunktes entfernen, so daß es also wünschenswert ist, das aosorptionsfähige Material auf einer Temperatur zu halten, die so nahe wie mögixch bei der tiefsten Temperatur der Anlage liegt, z.ü. bei dem noch zu beschreibenden Auslührungsbeispiel oei 28°K.
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Wenn die AbsorDtionsvorrichtung zwischen dem Gas, das sich auf der zwischen den Stuten herrschenden Temperatur Derindet, und dem G-as oder der Flüssigkeit, die, auf die Endtemperatur abgekühlt sind, befindet, ist es wichtig, zu verhindern, daß das Gas in uer üeinigung'svorrichtung Wärme vom wärmeren zum kälteren Ende transportiert. Ein solcher Wärmetransport wird bei der Reinigungsvorrichtung gemäss der Erfindung dadurch verhindert, daß durchbrochene Trennelemente aus einem Material guter Wärmeleitfähigkeit, wie Kupfer, vorgesehen sind, die sich quer über die Reinigungsvorrichtung erstrecken. Wenn also warmes Gas an einer Seite des Absorbers nach unten strömen sollte, wird es durch die durchbrochenen Trennelemente progressiv abgekühlt und in entsprechender Weise nimmt an der anderen Seite hochströmendes Gas Wärme von diesen Trennelementen auf und kühlt sie ab.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Kältemaschine, die eine Reinigungsvorrichtung oder einen Absorber gemäss der vorliegenden Erfindung sowie einen an anderer Stelle beanspruchten Wärmetauscher enthält;
Fig. 2 eine in Richtung des Pfeiles 2 der Fig.1 gesehene
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vergrösserte Ansicht eines Teiles einer jalousieartig geschlitzten Scheibe des Wärmetauschers und
Pig. 3 eine in Sichtung eines Pfeiles 3 der Mg.2 dargestellte Ansicht einer Scheibe des Wärmetauschers.
Die Zeichnung ist nicht in allen Teilen maßstabsgerecht, sondern wichtige Elemente sind der Deutlichkeit halber übertrieben groß dargestellt.
Die Kältemaschine, die als Anwendungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, arbeitet mit .Neon als Arbeitsmedium und enthält zwei Stufen. Die erste Stufe ist eine Expansionsmaschine, die auf dem Prinzip des Claude-Zyklus arbeitet und ein mit einer Einlaßtemperatur von etwa 750C zugeführtes Gas auf eine Auslaßtemperatur von etwa 5O0K abkühlt. Die zweite Stufe arbeitet auf dem Prinzip des Joule-Thomson-Effektes, also mit isenthalpischer Expansion eines unter seine Inversionstemperatur abgekühlten Gases durch eine Expansionsdüse. In dieser zweiten Stufe wird das Neon auf seine Verflüssigungstemperatur, nämlich 280K, abgekühlt.
Die Maschine hat eine längliche form und es soll bei der folgenden Erläuterung angenommen werden, daß sie senkrecht und mit dem kalten Ende unten angeordnet ist.
Die Maschine enthält einen Wärmetauscher, der den Zylinder 10 der ersten Stufe umgibt, welcher einen länglichen KoI-
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. —toenthält, der aus einem Rohr 11 mit Stöpseln 12,13 an seinen Enden besteht und sich über den grössten Teil der Höhe der Einheit erstreckt. Am unteren Ende des- Zylinders befinden sich ein Einlaßventil 15 und ein Auslaßventil 16, die durch Dräute 17 betätigt werden, welche durch den ringförmigen Raum zwischen dem Zylinder und dem Wärmetauscher nach oben führen. Der Kolben ist am oberen Ende mit einer Kolbenstange 18 versehen und wird synchron mit den Ventilen betätigt.
Der Wärmetauscher enthält drei koaxiale Röhren 21,22,23, von denen die innere Röhre 21 und die mittlere Röhre 22 aus dünnem Metall, z.B. rostfreiem Stahl, bestehen, während die aussere Röhre 23 aus Kunststoff ist. Der Raum zwischen der inneren und der mittleren Röhre bixdet einen Kanal 24, durch den unter hohem Druck stehendes Gas nach unten strömt, während der Raum zwischen der mittleren und der äußeren Röhre einen Kanal 25 bildet, durch den entspanntes Gas nach oben strömt.
in beiden Kanälen befindet sich eine grosse Anzahl von jalousieartig geschlitzten KupferscheiDen 26,27 die Rippen Dilden. Die jalousieartigen Schlitze können durch Ausstanzen radialer Schlitze 2ö, die vom Innenrand der scheibe Dis kurz vor dem düissenrand reichen, und Verschränken der so gebildeten Zungen 29 um radiale Achsen gebildet werden, so daß' die Zungen einen Winkel von beispielsweise 18 oder 20 mit der Ebene der Scheibe bilden, wie aus Fig.3 ersichtlich ist. Der Wärmetauscher besteht am zweckmässigsten aus zwei Tei-
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len, die jeweils einen !Peil seiner Länge bilden und die beiden Teile der inneren und mittleren Bohre werden durch einen Verbindungering 30 verbunden.
Bei der Fertigung des Wärmetauschers wird die innere Röhre 21 mit Silber plattiert und die Scheiben 26 für den inneren Kanal 24 werden mit entfernbaren Abstandshaltern aus Glimmer auf die Röhre aufgeschoben und mit dieser im Vakuum hart verlötet· Die Grlimmerabstandshalter werden dann entfernt und die ebenfalls mit Silber plattierte mittlere Röhre wird über die Ringe geschoben. Die Ringe 27 für den äußeren Kanal 25 werden dann zusammen mit Grlimmerabstandshaltern auf die mittlere Röhre 22 aufgeschoben und mit Endrlanschen 31 oder und dem Verbindungsring 30 in einer Vorrichtung montiert. Die so zusammengesetzte Anordnung wird dann im Vakuum hart verlötet und aie Abstandshalter werden entiernt. Schließlich wird die äussere Kunststoffröhre 23 auf aie äußeren Scheiben aufgeschrumpft» so daß sie an den äußeren Rändern der Scheiben dicht anxiegt. «Jeder Abschnitt der äußeren kunststoff röhre hat am oberen Ende eine ringförmige Rippe 33 bzw. 34, die eine Diohtung mit einer Innenwand 35 eines Dewar-Grefässes 36 bildet, das die Maschine aufnimmt.
Das untere Ende der Maschine enthalt ein Ventilgehäuse 40 mit doppelten Wänden 41,42 und am unteren Ende des Ventilgehausee eine Expansionseinheit 50, die zur zweiten Stufe gehört. Diese Einheit hat ein Aussengehause 51, das aus dem un-
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teren Teil der innenwand 35 des umgebenden Dewar- oder Vakuumgefässes ist und ein zylindrisches Absorbergefäß 52 im Abstand umschiiesst.
Das Absorbergefäß weist am oberen Ende eine Einlaßöffnung 53 und eine Auslassöffnung d4 mit Stopfen und Filtern auf. Das Absorbergefäß wird im wesentlichen mit einem körnigen Absorbens 55 gerüllt, z.±$. "linde Molecular Sieve 13X"» das im wesentlichen aus &alziumaluminiumsillkat bestehen kann und zur Eeinigung des Kühlmittels von etwaigen Verunreinigungen, wie iiuft, aient, bevor es schliesslich durch die Expatfsionsaüse strömt. TJm eine Zirkulation von Gas im Absorbergefäss zu verhindern, durch die Wärme vom heißen Ende zum Kalten transportiert würde, ist eine Anzahx von Kupfergazescheiben ij6 in das Material eingebettet, die in norizontalen Ebenen liegen und einen seitlichen Wärmetausch zwischen dem zu- und abströmenden Gas, nicht jedoch eine axiale Wärmeleitung fördern.
Die Expansionsdüse, die xn bekannter Weise aufgebaut sein kann, ist am unteren Ende des Absorbtxonsgefäsees 52 angeordnet.
Dem oberen &nde des inneren Hocharuckkanals ^4· des Wärmetauschers wird unter hohem DrucK stehendes Gas zugefünrt, das längs wendeiförmigen wegen durch die jalousieartig ausgebildeten scheiben 26 in diesem Kanal nach unten strömt. Am
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unteren Ende des Kanals ceilt sich aer Gasstrom auf, der grössere Teil des Gases strömt daoei zum Einlaßventil 1i> der E.x.~ pansionssuufe. Der kleinere Teil strömt seitlich nach aussen und nach unten durch eine grippte wendeiförmige Röhre 65, aie sich in aem ringförmigen Zwischenraum zwischen den Wänden 4"i,42 des νentixgehäusea befindet-, zum Einlaß 53 des Ibsorbers. Vom Auslaß 54 des Absorbers strömt das Gas durch eine weitere gerippte wendeiförmige Röhre 66 in den ringförmigen Zwischenraum zwischen dem Absorbergefäß 52 und dem Aussengehäuse 51 zur Expansionsdüse 60. Von der Expansionsdüse strömt das nun entspannte Gas nach oben an den Rippen der Röhre 66 im Zwischenraum zwischen dem Absorbergefäß und dem Aussengehäuse 51» und an den Rippen der Röhre 65 zwischen den beiden Wänden des ventilgehäuses und vereinigt sich mit dem aus dem Auslaßventil der Expansionsstufe austretenden Gas, das nach oben durch die geschlitzten Scheiben 27 im äusseren Mederdruckkanal 25 des Wärmetauschers zu dessen oberen Ende strömt, anschliessend wird es erneut komprimiert.
Der Aufbau des Wärmetauschers aus zwei Teilen erleichtert einerseits die Herstellung der Röhren mit der erforderlichen Genauigkeit und andererseits wird ein Gasbaffle gebildet, das verhindert, daß Gas, welches durch die Kolbendichtung leckt, das warme Ende des Raumes zwischen dem Zylinder und dem Wärmetauscher erreicht.
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Bei einer nicht aargestellten Abwandlung des Wärmetauschers besteht zumindest die innere Röhre aus einem Stück und der Yerbindungsring entfällt.
Die beschriebene Anordnung stellt eine sehr Kompakte Kältemaschine dar, bei der der Wärmetauscher der ersten Stufe um den Kolben und Zylinder der ersten Stufe gepasst ist und der Absorber zwischen der ersten und zweiten Stufe liegt und mit dem Wärmetauscher der zweiten Stufe verschachtelt ist.
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Claims (2)

Patentansprüche
1. Beim kaitön Ende einer Kältemaschine anzuordnende Reinigungsvorrichtung für ein Kühlmittel, mit einem Metallgefäß, das ein absorotionsfähigee Material enthält, dadurch gekennzeichnet, daß in dem absorbtionsfähigen Material (55) eine Reihe durchbrochener Trennelemente (56) aus einem Material guter Wärmeleitfähigkeit angeordnet ist, welche sich senkrecht zur Richtung zum kalten Ende der Maschine erstrecken.
2. vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallgefäß (52) von einem Aussenbehälter (51) im Abstand umgeben wird, daß in dem Zwischenraum zwischen dem Metallgefäß und dem Aussenbehälter ein Wärmetauscher angeordnet ist, der eine wendeiförmige Röhre (66) enthält, daß am Kalten Ende des Ketallgefässes eine Expansionsdüse (60) angeordnet ist und daß beim warmen inde des Lietallgefässes Gaseinlai- und Auslaßöffnun^en (53,54) vorgesehen sind, von denen die Auslaisöffnung über einen Strömungsweg des Wärmeaustauschers mit der Sxpansionsdüse in Verbindung steht, während der andere Strömungsweg des Wärmetauschers den Raum zwischen der Düse und dem Aussenbehälter (51) mit einem Gasauslaß verbindet·
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DE19661501065 1965-08-06 1966-08-05 Reinigungsvorrichtung fuer ein Kuehlmittel einer Kaeltemaschine Pending DE1501065A1 (de)

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Also Published As

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GB1156013A (en) 1969-06-25
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