DE2110690A1 - Anordnung in einem mit inertem Gas arbeitenden Absorptionskaelteapparat - Google Patents

Description

Dipl.-Inc· W. Beyer Dipl.-Wirtnch.-Ing. B.Jochem

Frankfurt am Main Frcihorr-vom-Ctein-ütr.

In Sachen:

Aktiebolaget Electrolux
Stockholm / Schweden
Luxbacken 1

Anordnung in einem mit .' inertem Gas

arbeitenden Absorptionskälteapparat. · λ

Die Erfindung betrifft eine Anordnung in einem mit in^ertem Gas arbeitenden Absorptionskälteapparat, in welchem die von Flüssigkeit und Dampf durchströmten wärmeübertragenden Teile aus zur Horizontalen geneigten Rohren mit Leitgliedern für die Flussigkeitsströmung im Inneren bestehen.

In den wärmeübertragenden Teilen von Absorptionskälteapparaten sollte die deren Verdampfer und insbesondere deren Absorber durchströmende- Flüssigkeit über die größtmögliche Oberfläche ausgebreitet sein. Eine Möglichkeit, um dies zu erreichen, besteht darin, die Innenwandung der Rohre, welche die von der Flüssigkeit durchströmten wärmeübertragenden Teile bilden, mit längsgerichteten Knpillnrriöfen zu versehen. Diese Riefen könnten entv,ader parallel oder rechtwinklig oder in einem gegebenen spitzen

El P 1490+92 /3.5.1971 10 9 8 4 8/1153

Winkel zur Erzeugenden ^_es R_Ohres verlaufen, wobei sie im letzteren Pail eine Schraubenlinie zur Längsachse des Rohres bilden; Hierdurch wird unter der Voraussetzung, daß die Riefen so genau hergestellt sind, daß Kapillarwirkung eintritt, die Flüssigkeit entlang der Rohrwandungen hochgezogen, so daß der größte Teil der Innenfläche von einem Flüssigkeitsfilm bedeckt wird. Bei einem Verdampfer führt dies zur Verdampfung des eingeleiteten Kältemittelkondensats innerhalb eines kurzen Längenabschnittes des Rohres, und bei einem Absorber bewirkt dies, daß die arme Absorptionslösung aus dem Kocher des Apparates über eine große Berührungsfläche mit dem an Kältemitteldampf angereicherten· inerten Gas ausgebreitet wird, welches vom Verdampfer kommt und zum Absorber abströmt.

Ein genereller Nachteil der vorerwähnten Ausführungen besteht darin, daß diese große Genauigkeit bei der Herstellung der Bohre erfordern, weil die Riefen im Inneren mit größter Maßhaltigkeit ausgeführt werden müssen, -wenn Kapillarwirkung sichergestellt sein soll· Bei bekannten Rohren besitzen die schraubenförmig verlaufenden Riefen so geringe Steigungswinkel, daß ihre Wirksamkeit vollständig von der Kapillarkraft abhängig ist. Wenn parallel verlaufende Riefen verwendet werden, müssen am Einlaß außerdem besondere Vorkehrungen getroffen werden, um die Flüssigkeit über die gesamte Rohrinnenfläche zu verteilen. Die Wirksamkeit wird außerdem beeinflußt durch kleine Deformationen, die örtlich in einer Riefe auftreten können und die Flüssigkeitsströmung an Durchtritt hindern mit der Folge, daß die Oberfläche des Flüssigkeitsfilmes verkleinert wird. Aufgabe der Erfindung ist es, die vorerwähnten Nachteile zu beseitigen, was erfindüijgsgemäß dadurch geschieht, daß die T Mitglieder Ia einem Winkel zur Längsac^^a des Rohx :-λ verlaufen, &$ GaS alle Puxücfee entlang fd^en einzel- ^n

103848/1153

-3- 21106

Leit^lied in einem Abstand von der Horizontalcbene gelegen sind, der, in Strömungsrichtung der Flüssigkeit betrachtet, immer größer wird. Auf diese Weiße wird die Flüssigkeit veranlaßt, innerhalb der Riefen hauptsächlich unter dem Einfluß von. hydrostatischem Druck zu fließen. Vorausgesetzt, daß ein ^eder Punkt entlang der Riefe niedriger liegt als der Einlaß der Biefe, wird eine Strömung durch Schwerkraft erhalten.

Wirbelbildung im Gas ist ebenso von Wichtigkeit, weil es erwünscht ist, möglichst geringe Konzentrationsgefälle der Gaskomponenten, zu haben. Die Erfindung bezieht sich deshalb-auch auf eine Anordnung, welche die Gasströmung im Rohr beeinflußt· Mit Hilfe von Einbuchtungen im oberen Bereich des Bohres wird die Flüssigkeit daran gehindert, der Rohrwandung zu folgen, und sie wird sich stattdessen an demjenigen Punkt, wo der tiefstgelegene Teil der Einbuchtung eine Tropfnase bildet, in Form eines Tropfens sammeln. Die Flüssigkeit tropfelt dann in Intervallen durch das Gas und bewirkt Wirbelbildung im Gasstrom und dadurch eine gesteigerte Absorption. Die Wirbelbildung im Gas kann weiterhin gesteigert werden, wenn der untere Teil des Bohres unmittelbar unterhalb der Tropfnase ebenfalls eine Einbuchtung besitzt, die einen Flüssigkeit sstau bewirkt, in welchen durch die herabfallenden Tropfen Spritzer und Wellen erzeugt werden.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei auch Merkmale zur vorteilhaften Ausgestaltung &^er Erfindung verdeutlicht werden.

10984S/US3

*■:'·■ SAD

Es zeigenί

Pig· 1 schematisch und teilweise geschnitten, den Absorberteil eines mit injfertem Gas arbeitenden Absorptionskälteapparates mit den zugehörigen Inschlußleitungen,

Fig. 2 in perspektivischer Barstellung und teilweise geschnitten» einen Abschnitt eines Absorber-

Pig. J eine abgewandelte Aueführungeform eines Absorborrohres,

Fig» 4 einen Längsschnitt durch ein Absorberrohr» Fig« 5 einen Querschnitt nach Linie V-V in Fig. 4,

Fig· 6 in perspektivischer Aneicht und teilweise geschnitten ein weiteres Absorberrohr,

Fig. 7 einen Querschnitt durch ein Absorberrohr mit der seitlichen Einmündung einer Zufuhrleitung,

Fig· 8 in perspektivischer Darstellung und teilweise geschnitten ein Verdampferrohr mit einer in seinem Inneren endenden Zufuhrleitung für Flüssigkeit und

Fig. 9 ein Abeorberteil ähnlich dem in Fig. 1, ,jedoch ait SEöBevem. Gefälle·

ikis, s?©i<sii an KalfcesiitteMa&pf _t kommt vom nicht mpfsr- .Ieü Apparates durch des Außen-

10S8II/11S3

rohr.11 eines Gastemperaturwechslers, von welchem das Gasgemisch durch eine Leitung 12 zu einem Absorbergefäß strömt. Von hier steigt das Gas durch einen Absorber 15 in der Form einer Rohrschlange mit Kühlrippen 14 und strömt durch eine Leitung 16 und dann durch das Innenrohr 17 des Gastemperaturwechslers zurück zum Verdampfersystem. Dieser Gasumlauf wird in bekannter Weise durch Ausnutzung der Treibkräfte erhalten, die durch den Unterschied im spezifischen Gewicht zwischen dem armen und dem reichen interten Gas hervorgerufen werden. Während der Aufwärtsströmung des Gasgemisches durch die Absorberschlange wird ihr Gehalt an Kältemitteldampf durch die arme Lösung absorbiert, " die vom nicht dargestellten Kochersystem des Apparates kommt und in dan oberen Teil dos Absorbörsystemo durch cino LoI Ιχχιψ, 10 oinp;oloitot wird und zum Kochorcyntom durch oino Loitung 19 und einen Flücsigkeitowärmotauschor 20 zurückkehrt.

Das in Fig. 2 teilweise im Schnitt dargestellte Absorberrohr 21 hat innere, vorzugsweise kapillare Riefen 22 von angenähert quadratischem Querschnitt, von denen eine jede unter einen gegebenen spitzen Winkel im Verhältnis· zur Erzeugenden 23 des Rohres verläuft. Um eine befriedigende Strömung unter Schwerkraft entlang der Rohrwandung sicherzustellen, hat es sich als nützlich erwiesen, die Riefen 22 unter einem Winkel °£· von etwa 6° zur Erzeugenden 23 verlaufen zu lassen und das Rohr 21 unter einem Neigungswinkel/^ von etwa 10° zur Horizontalen 24· zu neigen» Wenn die Flüssigkeit innerhalb einer Riefe die obere Bohrhälfte erreicht., fließt ein Teil der Flüssigkeit über die Rippen 25 zwischen den Riefen 22 ■und folgt dar yanduz?^ nach &'^rJ-ts'_t so daß eins große ύοώ. !Flüssigkeit: "b^dock"^ OßG^flfio'-iG ei⁵":' alt* wird..- Weirir.

& I l· u / 1

von weniger als etwa 0,8 mm besitzt und am Boden stark gekrümmt ist, wird ein Teil der !flüssigkeit infolge der Kapillarkraft über die andere Seite des Rohres hinabfließen, so daß auf diese Weise ein Flächenbereicii erhalten wird, der vollständig von Flüssigkeit bedeckt

In den sich nach abwärts erstreckenden Biefen des rückwärtigen Abschnitts des Rohres 21, der im Schnittbereich der Fig. 2 zu sehen ist, fließt die Flüssigkeit unter Schwerkraft zum Rohrboden, nachdem sie den höchsten Punkt des Rohres mit Hilfe der Kapillarkraft passiert hat·

Wie Pig« 1 zeigt, kann der Absorber in bekannter Waise eine Rohrschlange innerhalb einer Vertikalebene bilden oder die Form eines Schraubenganges mit übereinander gelegenen Windungen besitzen* " Me Verbesserung der Absorberwirkung für aeden Metes? Rohrlänge, welche durch, die Anwendung der Erfindimg erzielbar ii.v» macht es möglich, die Gesamtlänge des X.l:.;;'orbers au vermindern, so daß ein gerades Ro&i? genügen kann. 3ies bedeutet sowohl wirtschaftlich wie in Hinblick auf den Raumbedarf eine Einsparung·

Die in Flg. 3 dargestellte Ausführungsforn zeigt eine abgeänderte Riefung eines Rohres 26, welches geschlitzt; und teilweise in einer Ebene auseinandergebogen ist. Hier bilden die Riefen 27 ein Fischgrätmuster, in welchem die eine Hälfte 28 des ausgebreiteten Rohribleefcs ßas Spiegelbild zur anderen Hälfte 29 ist und in welches des? Winkel o£* einer jeden Riefe 27 etna 6° gegenTder der Mttellini© ,30 bei'ztf&t» die i?leiohbeaeutena mit des· 3r»eug5sair-.a -li-.s Bj^res- :*-&'■** "a <ii«soa Falle te litre

■ - i'~

wobei die Wizikelscheitel 51 auf der Kittellinie 50 gegen die Ströfiungsrichtung 52 im Bohr gerichtet sind· Der Vorteil dieser Ausführungefora besteht darin, daß der hydrostatische Druck die Flüssigkeit veranlaßt, entlang beider Bohrseiten zu fließen« wodurch der Flüssigkeitstransport rund um den oberen Teil des Rohres und herab zur anderen Seite weniger abhängig von der Kapillarwirkung der Siefung wird. Hit solchen Bief en nuß der Absorber derart hergestellt werden, daß die Kittellinie 50 generell am Boden des Bohres verläuft*

Die Differenz zwischen dem Winkel °£ und dem Winkel β sollte nicht weniger ale 2° und nicht »ehr als 5° betragen* Wenn die Differenz po klein gehalten wird* 4*S ** sich die Flüssigkeit zu langsam Über die Bohrinnenwandung verbreitet, und wenn der Winkel zu groß ist, muß das Bohr eine große Keigung besitzen, um eine kontinuierliche Flüssigkeitsströmung sicherzustellen· Größte Zuverlässigkeit im Betrieb und größter Hutzeffekt des Apparat·· wird bei einer Differenz von 5 feie 4, 5° zwischen den Winkeln erhalten, die ihrerseits in Hinblick auf das beabsichtigte A. -mdungsgebiet dee Apparates festgelegt werden· Sin Apparat für stationären Betrieb kann * eine kleinere Winkeldifferenz besitzen, während ein Apparat für den Betrieb in fahrbaren Kühlgeräten eine größere Vinkeldifferens aufweisen sollte·

Bas in Fig. 4- dargestellte Bohr 55 bat in seinem oberen Bereich JEindrückuagen 5^₅ welche Tropfnacen 55 bilden. Es ist wichtig, daß der Winkel γ~ so groß bemessen wird, daß die Plüssigkeit nicht der Hohrwandung über di*s Tropfnaee hinaus folgen kann, sondern sich von der Wand in Form eines Tropfens 56 löst» Weitere Einbuchtungen 57 sind i« unteren Bereich des Bohre» angeordnet und bild«.

1 0984S/ 11 S3 -8-

durch Rücketau kleine Lachen 38 an solchen Stellen, an

denen der !Tropfen 36 in jeweils eine Lache 38 fällt und

bewirkt, daß Spritzer und Wellen entstehen, die die Verwirbelung des Gasstromes weiterhin erhöhen.

Bei der vorbeschriebenen Anordnung ist eine bestimmte Rohrlänge hinter der Eintrittsstelle für die Absorberflüssigkeit erforderlich, um sicherzustellen, daß die Flüssigkeit von den Riefen zum oberen Innenbereich des Rohres geleitet wird, und auf dieser Länge ißt die Verteilung der Flüssigkeit über die Rohrinnenwandung nicht vollständig. Um diesen Nachteil zu beheben, kann die Zuleitung 16 für die Flüssigkeit gemäß der Darstellung in Fig. 6 so angeordnet werden, daß sie in einem bestimmten Abstand von der oberen Innenfläche des Rohres mündet. Venn die aufsteigende Flüssigkeit die Hündungsöffnung der Zufuhrleitung 18 erreicht hat, bildet sich infolge der Oberflächenspannung der Flüssigkeit ein Buckel. Dieser Flüssigkeitbuckel wird die obere geriefte Innenfläche des Absorberrohres 21 berühren, wodurch Flüssigkeit in die oberen Riefen 22 Gebracht wird. Die zugeführte Flüssigkeitsmenge ist so groß, daß eine einzelne Riefe nicht in der Laße int, die ßcnomto Flüsigkeit in Mnßorichtung abzuführen, sondern vielmehr Teile davon über eine Rippe 25 übertreten und in eine benachbarte leere Riefe gelangen* Dienes Überfließen von einer Riefe zur anderen wird πich fortsetzen, so daß nach einer kurzen Eohrlönße die Ceitenwondunßen deß Bohreß nahezu vollständig; benetzt oind» Ein Überfließen der Flüssigkeit aus der Sufuhröffnung veranlaßt die Flüsigkeit, sich über die unteren IHc fön auszubreiten₉ wodurch die Flüsoigkeitsverteilung ochon an der Flüasigkeits-Eintrittestelle des Rohres vollständig

109848/11 S3

Beim Ausführunssbeispiel nach Fig· 7 ist eine Plüasigkeits-Zufuhrleitung 39 von der Seite in das Absorberrohr 21 eingeführt. In diesem Falle ist das eine Ende der Leitung auf die Hälfte ihres Durchmessers weggeschnitten und mit dem verbleibenden Teil in das Absorberrohr nahe der oberen Innenfläche desselben eingeführt, so daß sich die Flüssig» keit über die Innenfläche des Absorberrohrs durch Überfließen ausbreitet·

Bei der Ausführungsform nach Fig· 8 wird die Flüssigkeit einem Verdampferrohr 40 über eine innere Zufuhrleitung 4-1 zugeführt, deren Ende nach aufwärts.umgebogen ist, so daß die Flüssigkeit in Berührung mit der oberen Innenfläche des Verdampferrohres gebracht und über diese Fläche verteilt wird.'

In Verbindung mit der Beschreibung zu Fig. 6 war darauf hingewiesen worden, daß die Anwendung der Erfindung es ermöglicht, eine beträchtliche Verminderung der Absorberrohrlänge in einem Kälteapparat zu erhalten. Dadurch kann das Absorberrohr innerhalb desselben Vertikalabschnittes stärker zur Horizontalen als bisher geneigt v/erden. Aufgrund dieser Möglichkeit wird der Apparat im Betrieb durch Kippbewegungen, die auftreten können, wenn der Apparat in Verbindung mit einem Kühlgerät an Bord eines Schiffes, eines Flugzeuges oder in einem Wohnwagen-Anhänger verwendet wird, nicht in seiner Wirksamkeit "beeinträchtigt. Bisher konnten nur geringe Kippncißunßen toleriert werden, da anderenfalls die Gefahr einer Betriebsunterbrechung bestand. Eine zu große Neigung des Absorberrohres hat jedoch eine negative Auswirkung auf den Wirkungsgrad des Apparates, weil die S¹IUo eigkt it dann zu schnell durch den Absorber fließt. Gemäß der Erfindung kann dies durch einen Absorber 15 nach Fig. 9 vermieden werden,

109848/ 1 153

- 10

der mindestens zwei hauptsächlich gerade verlaufende Abschnitte 15a, 15b besitzt, von denen der Abschnitt 15a in der einen Sichtung und der Abschnitt 15b in entgegengesetzter Bichtung, vorzugsweise in derselben Vertikalebene geneigt sind. Hierdurch wird es Möglich, ,jedes Abschnitt eine zweckmäßige Neigung zu geben· Durch Bemessung eines jeden Abschnittes 15a« 15h des Absorbers für angenähert die erforderliche Kapazität zu» Betrieb des Xältemittelapparates IaBt sich somit ein Apparat schaffen, der auch unter sehr ungünstigen Bedingungen einwandfrei arbeitet, beispielsweise wenn er in der einen oder anderen Richtung innerhalb der Absorberebene nahezu ebenso &tark geneigt wird, wie die Bohrabschnitte ihrerseits geneigt sind« Die Heigung des einen Abschnittes wird dann auf nahezu Bull vermindert, Jedoch wird die Flüssigkeit trotzdea in gerader Sichtung hindurchf Ii eBen, ohne die Gasströmung zu blockieren· Me Absorptionswirkung wi*J natürlich in den betroffenen Abschnitt zurückgehen, jedoch wird der andere Abschnitt seinen Betrieb wie vorher fortsetzen.

-Tl-

1G9848/1153

Claims (12)

1. ~ 11 -

   Ansprüche

   Anordnung in einen sit inserted Gas arbeitenden Absorptionckälteapparat, in welchem die von Flüssigkeit lind Dampf durchströmten wärmeübertragenden Teile aus zur Horizontalen geneigten Bohren mit Leitgliedern ftir die Flüssigkeitsströmung im Inneren bestehen, dadurch gekennzeichnet , daß die Leitglieder (22, 27) in einem Winkel zur Längsachse (23» 30) des Rohres (21, 26, 33» 40) verlaufen, so daß alle Punkte entlang einem einseinen Leitglied in einem Abstand von der Horizontalebene (24) gelegen sind, der, in Strömung»·» richtung (32) der Flüssigkeit betrachtet, immer größer wird·
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Leitglieder von Riefen (22, 27) ia der Innenwand des Bohjpes (21, 26, 33, 39) gebildet sind, <U@ einen kleineren Winkel (Oi,) mit der Erzeugenden (23/ **e« Rohres einschließen, als der Neigungswinkel (f\ ) des Rohres gegenüber der Horizontalen (2^) beträgt·*
3. 3· Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Differenz zwischen dem kleineren Winkel (O&) und dem Neigungswinkel (fi) zwischen 2 und 5°» vorzugsweise zwischen 3 "und 4, 5° beträgt.
4. 4, Anordnung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder J, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Riefen (22, 27) derart beschaffen ist, daß ein kleiner Teil der Flüssigkeit die Riefen im oberen

   109841/1163

   Bereich des Rohres (21, 26, 33, 40) verläßt und eich über die Rippen (25) zwischen den Riefen (22, 27) hinweg ausbreitet.
5. 5· Anordnung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Riefen einen Winkel von angenähert 6° mit der Erzeugenden (23) des Rohres einschließen und daß das Rohr (21, 26, 33» 40) etwa 10° in Strömungsrichtung der Flüssigkeit nach abwärts geneigt ist
6. 6. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Riefen (22, 27) so ausgebildet sind, daß Kapillarwirkung eintritt
7. 7· Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Riefen (27) in den durch eine gedachte vsrtikale Teilung des Rohres (26) entstehenden Rohrhälften zu der am Rohrboden liegenden Erzeugenden (30) des Rohres hin konvergieren und das Rohr (26) derart innerhalb des Apparates angeordnet ist, daß die Scheitel (31) der konvergierenden Riefen (27) gegen die Strömungsrichtung (32) der Flüssigkeit im Rohr weisen.
8. 8· Anordnung nach einem der vorhergehenden Annprücho, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (33) in seinem oberen Bereich mit Einbuchtungen (34) solcher Gestalt versehen ist, daß die der Unterncitc einer solchen Einbuchtung folgende Plücsigkeit an der tiofßtgolegenen Stelle einen herabfallenden Tropfon (36) bildet.
9. 9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß das Rohr (33) in neinom unteren Bereich mit Einbuchtungen (37) von solcher Gestalt

   8/1163

   - 13 -

   versehen ist, daß ein von einer oberen Einbuchtung (34-) herabfallender Tropfen in einer durch Rückstau an der unteren Einbuchtung (37) des Rohrs (33) entstehende Lache (38) fällt.
10. 10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitung (18, 39, 41) zur Zufuhr der Flüssigkeit in das Rohr (21, 40) mit ihrer Mündung der oberen Innenfläche des Rohrs zugekehrt ist und in einem solchen Abstand von der Innenfläche des Rohrs endet, daß Flüssigkeit, die infolge ihrer Oberflächenspannung über die Ebene der Rohrmündung hinausragt, diesen Teil der Rohroberfläche berührt.
11. 11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Leitung (18) zur Einleitung der Flüssigkeit in das Rohr (21) von einem senkrechten Teil einer Zufuhrleitung gebildet ist, welcher von unten in das Rohr eintritt und nahe der oberen Innenfläche des Rohres mündet.
12. 12. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Zufuhrleitung (41) für die Flüssigkeit innerhalb des Rohres (40) verläuft und einen derart nach aufwärts gebogenen Mündungsteil aufweist, daß die Mündung nahe der oberen Innenfläche des Rohres (40) zu liegen kommt.

    13· Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein geneigter Rohrteil darin mindestens zwei hauptsächlich gerade Abschnitt (15a, 15b) aufweist, von denen der eine in der einen Richtung und der andere in entgegengesetzter Richtung, vorzugsweise in derselben Vertikalebene, geneigt verläuft.

    Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß ein Jeder itohrabiichnitt (15a, 15b) angenähert die für den lionaalbetrieb der; Apparat er erforderliche Kapazität besitzt, so daß eine Neigung des Apparates in der einen oder anderen Sichtung innerhalb der den Bohrabschnitt enthaltenden Yertifcalebene keinen bemerkenswerten Wechsel in der Kapazität des Apparates -ungeachtet dessen hervorruft, daß er die Leistung in einem der Abschnitte vermindert.

    OiWQiNAl. INSPECTED