DE2405950A1 - Absorptionskaelteapparat mit rektifikator im kocher - Google Patents

Description

Patentanwälte
Dipl.-Ing. W.Beyer Dipl.-Wirtsch.-Ing. B.Jochem

Frankfurt am Main Staufenstrasse 36

In Sachen:

Aktiebolaget Electrolux
S-105 4-5 Stockholm /Schweden
Luxbacken 1

Absorptionskälteapparat mit Rektifikator im Kocher.

Die Erfindung betrifft einen.Absorptionskälteapparat, dessen Kocher einen aus zwei einander umschließenden Rohren bestehenden Rektifikator enthält, in welchem zwischen den Rohren die angehobene Absorptionslösung abwärts fließt und die Absorptionsmitteldämpfe aufwärts strömen und der Strömungspfad oberhalb der Wärmezufuhrzone des Kochers eine Anzahl Verengungen hat.

Es sind Apparate der vorgenannten Art bekannt, bei denen die Verengungen gleichbleibende oder wenigstens nahezu gleichbleibende Weite besitzen. Die Verengungen wirken als Rektifikator, das bedeutet, daß zusätzlich zu einer Verhinderung der Vermischung von an den verschiedenen Stellen im Kocher vorhandener armer und reicher Flüssigkeit durch aufsteigende Dampfblasen die Verengungen außerdem einen wirksamen Wärme- und Massenaustausch im Gegenstrom zwischen der relativ kalten Lösung, die reich an Kältemittel ist und abwärts fließt, und der relativ heißen Lösung, die arm an Kältemittel ist und aufwärts fließt, sicherstellen. Die beabsichtigte Funktion des Rektifikators ist somit wesentlich für den Wirkungsgrad des Kochers und damit des gesamten Kälteapparates.

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Rektifikatoren der obigen Art mit einer Anzahl Verengungen haben zwei wichtige Vorteile gegenüber: allen anderen Rektifikatorarten, von denen eine große Zahl bekannt ist und vorgeschlagen worden sind. Erstens sind sie sehr einfach und billig herzustellen, weil sie keine extra Teile und kein zusätzliches Material erfordern. Zweitens bringen sie keine Vergrößerun gder von Flüssigkeit benetzten, heißen Oberfläche des Kochers und somit auch keinen angestiegenen Verbrauch an ICorrosionsverhutungsmitteln mit sich. Im Gebrauch sind Rektifikatoren mit einer Anzahl von Verengungen jedoch von einigen Problemen betroffen. Es hat sich gezeigt, daß die Verengungen sehr eng mit einer radialen Weite von nicht mehr als ein Millimeter sein müssen, um eine zufriedenstellende Rektifikation zu gewährleisten. Mit weiteren Verengungen könnte eine taugliche Rektifikation nicht erzielt werden, weil die Flüssigkeit und der Dampf einander an verschiedenen Stellen innerhalb der Verengung umgehen wurden und dadurch kein befriedigender Wärme- und Massenaustausch im Gegenstrom stattfinden würde.

Wenn ein bekannter Rektifikator mit einer Anzahl kleiner Verengungen von nahezu gleichbleibender Weite zufriedenstellend arbeitet, wird eine gegebene Menge an Flüssigkeit in einer Flüssigkeitssäule oberhalb einer Jeden Verengung angesammelt und ein Dampfkissen unterhalb der Verengung gebildet. Die Größe sowohl der Flüssigkeitssäule wie des Dampfkissens wird mehr oder weniger konstant gehalten. Der Dampf passiert die Verengungen und die Flüssigkeitssäulen über diesen in Form kleiner Blasen, und die Flüssigkeit fließt an der Rohrwandung im allgemeinen wie ein dünner Film herab. In diesem Gleichgewichtszustand wird der Druckabfall oberhalb der Verengungen durch die Flüssigkeitssäulen oberhalb derselben ausgeglichen.

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Sollte nun zusätzliche Wärme zugeführt werden, um die Leistung eines solchen Kochers zu steigern, wurden die Ströme von Flüssigkeit und Dampf zunehmen, und es würde sich bald ein Zustand ergeben, bei welchem ein Gleichgewicht zwischen dem Druckabfall und den Flüssigkeitssäulen oberhalb der Verengungen unmöglich würde, so daß der Kocher nicht langer richtig und im Gleichgewicht arbeiten würde.

Demnach ist also ein Rektifikator mit einer Anzahl Verengungen von gleichförmiger oder wenigstens fast gleichförmiger Weite nur für einen Kocher von vergleichsweise geringer Leistung-geeignet. Ein anderer Nachteil eines solchen Rektifikators besteht in dem Erfordernis einer ziemlich hohen Genauigkeit bei der Herstellung.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Absorptionskälteapparat der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Rektifikator die vorerwähnten Nachteile und Begrenzungen der bekannten Rektifikatoren mit einer Anzahl Verengungen vermeidet und gleichzeitig die beträchtlichen Vorteile solcher Rektifikatoren bewahrt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jede Verengung im Querschnitt mindestens einen eckenförmigen Umfangsabschnitt aufweist, der durch einen Bereich größerer Weite mit einem oder mehr als einem engen Bereich verbunden ist. Bei einer solchen Ausbildung kann die Flüssigkeit durch Kapillarwirkung in dem eckenförmigen Umfangsabschnitt abwärts fließen, ohne den Dampf am Aufwärtsströmen in dem weiten Eckenabschnitt im Gegenstrom zur Flüssigkeit zu behindern. Im übrigen muß die Weite der Verengung oder Verengungen, d.h. derjenige Bereich, der keinen Teil der eckenförmigen Abschnitte bildet, so klein sein, daß die Flüssigkeit aufgrund ihrer

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Oberflächenspannung daran gehindert wird, frei nach unten zu fließen. In der Praxis bedeutet dies eine Weite von nicht mehr als 1 Millimeter an den betroffenen Stellen.

Die Erfindung wird nachstehend mit bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Kochereinheit mit einem Rektifikator

gemäß der Erfindung innerhalb eines Absorptionskälteapparates,

Fig. 2 in größerem Maßstab einen Teil des Rektifikators nach Fig. 1,

Fig. 3 und 4- Querschnitte nach Linie HI-III bzw. IV-IV in Fig. 2,

Fig. 5 den Rektifikator nach Fig. 2, gesehen in Richtung des dortigen Pfeils V und

Fig. 6 eine abgeänderte Ausführungsform des Rektifikators.

Der in Fig. 1 gezeigte Kocher besteht aus zwei konzentrischen Rohren 10, 11, die an die (nicht dargestellte) Absorbereinheit des Apparates über einen Flüssigkeitstemperaturwechsler 12 angeschlossen sind. Das Innenrohr ist mit dem Absorbergefäß des Apparates verbunden und führt Absorptionslösung zum Kocher, beispielsweise eine an Kältemittel reiche Lösung wie in Wasser gelöstes Ammoniak. Ein Pumpenrohr 13 befindet sich innerhalb des Kochers. Das Innenrohr 10 umschließt das Pumpenrohr 13 und ist an seinem oberen Ende 14 geschlossen, wo es an das Pumpenrohr 13 oberhalb des über dem erhitzten Teil

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des Kochers liegenden Rektifikator 15 verschweißt ist. Dem Kocher kann Wärme mittels einer elektrischen Heizpatrone 16 zugeführt werden, die über ein Kabel 17 mit einer (nicht dargestellten) Energiequelle» beispielsweise einem elektrischen Netz oder einer Batterie verbunden ist. Die Heizpatrone 16 befindet sich In einer mit dem Außenrohr 11 verschweißten Metallhülse 18. Ebenso ist mit dem Außenrohr 11 ein Schornsteinrohr 19 verschweißt. Auf diese Weise kann der Kocher alternativ durch die elektrische Heizpatrone 16 oder einen Gas- oder Kerosinbreimer beheizt werden, der nicht dargestellt ist, sich jedoch unterhalb des Schornsteinrohres 19 befindet.

Wenn die Einheit erhitzt wird, heben heiße Ammoniak- und Wasserdäinpfe Absorptionslösung durch das Pumpenrohr 13 an, und die Dämpfe werden zu einem (nicht dargestellten) Kondensator über eine Dampfleitung 20 geleitet, die eine Verlängerung des Außenrohres 11 bildet. Die in der Pumpe angehogene Flüssigkeit fließt dann In das Außenrohr 11, in diesem durch den erhitzten !Bell des Kochers abwärts und weiter durch äen. Flüssigkeitstemperaturwechsler 12 zum oberen Ende des Absorbers. Wenn die arme Lösung den erhitzten 3?eil des Kochers Im Außenrohr 11 passiert, wird zusätzlicher Bampf erzeugt und strömt aufwärts durch den Rektifikator im Gegenstrom zu der teilweise angereicherten Lösung. Im Rektifikator erfolgt ein Austausch von Wärme und Masse zwischen der Lösung und den Dämpfen zur Steigerung der Konzentration des Kältemittels in den Dämpfen.

Ein derartiger Austausch wird in einem Rektifikator der In den Fig. 2 bis 5 gezeigten Art sehr wirkungsvoll zustande gebracht. Oberhalb und unterhalb des Rektifikators 15 sind Eindrückungen 21 im Außenrohr 11 gemacht, um das Innenrohr 10 konzentrisch darin zu halten. Im Strömungspfad der teilweise angereicherten Lösung hat

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der Eektifikator Verengungen 22. Diese sind durch zwei Preßstempel hergestellt, die gegeneinander in solcher Weise bewegt worden sind, daß eckenförmige Abschnitte gebildet werden und der Querschnitt des Außenrohrs 11 an mehreren Stellen innerhalb des Rektifizierteils 15 des Kochers vermindert ist. Dadurch werden diametral zueinander angeordnete eckenförmige Umfangsabschnitte 23 gebildet, die miteinander über einen weiten Bereich 24- und einen engen Bereich 25 verbunden sind. Auf diese Weise dient ein eckenförmiger Abschnitt hauptsächlich als Durchlaß für die Flüssig-keit und ein weiter Bereich hauptsächlich als Durchlaß für den Dampf. Wenn der Rektifikator in dieser Weise arbeitet, werden sowohl ein Gegenstrom zwischen den Arbeitsmedien als auch eine intensive Berührung zwischen der Flüssigkeit und dem Dampf sichergestellt. Der Kocher arbeitet stabil und einwandfrei mit unterschiedlicher Wärmezufuhr und innerhalb eines weiten Leistungsbereichs.

Fig. 3 ist ein Querschnitt des Kochers im Bereich der Eindrückungen 21 oberhalb des in Fig. 2 gezeigten Rektifikators. Es läßt sich aus dieser Fig. ersehen, daß das Innenrohr 10 durch die Eindrückungen 21 konzentrisch in Stellung innerhalb des Außenrohrs 11 gehalten wird.

Ein ähnlicher Querschnitt durch eine Verengung 22 ist in Fig. 4- gemäß der Schnittlinie IV-IV in Fig. 2 gezeigt. Die in Fig. 4- gezeigte Verengung hat einen Engbereich 25, weite Bereiche 24 und diametral gegenüberliegende Eckenabschnitte 23-

Der in Fig. 2 dargestellte Rektifikator kann durch Verwendung mehrerer Preßwerkzeuge gleichzeitig hergestellt werden. In einem solchen Rektifikator werden dann die eckenförmigen Abschnitte einer über dem anderen angeordnet sein. Es ist jedoch auch möglich, den Rektifikator

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derart herzustellen, daß eine Verengung 22 um 90° im Verhältnis zur nächsten Verengung angeordnet ist, wie dies Fig. 6 zeigt.

Patentansprüche /

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Claims (6)

1. Patentansprüche

   rl-j Absorptionskälteapparat, dessen Kocher einen aus zwei einander umschließenden Rohren bestehenden Rektifikator enthält, in welche^ zwischen den Rohren die angehobene Absorptionslösung abwärts fließt und die Absorptionsmitteldämpfe aufwärts strömen und der Strömungspfad oberhalb der Wärmezufuhrzone des Kochers eine Anzahl Verengungen hat, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verengung (22) im Querschnitt mindestens einen eckenförmigen Umfangsabschnitt (23) aufweist, der über einen Bereich größerer Weite (24-) mit einem oder mehr als einem engen Bereich (25) verbunden ist.
2. 2. Ab sorptionskälteapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder
   eckenförmige Umfangsabschnitt (23) so geformt ist, daß die Flüssigkeit durch Kapillarwirkung abwärts zu fließen vermag, ohne den Dampf am Aufsteigen im Gegenstrom zur Flüssigkeit zu hindern.
3. 3. Absorptionskälteapparat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden den Kocher bildenden Rohre (10, 11) konzentrisch sind.
4. 4. Absorptionskälteapparat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verengung (22) zwei diametral gegenüberliegende eckenförmige Umfangsabschnitte (23) mit zwei erweiterten
   Bereichen (24) und dazwischen zwei verengten Bereichen (25) aufweist.

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5. 5. Absorptionskälteapparat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Weite eines jeden Engbereichs (25) 1 Millimeter nicht übersteigt.
6. 6. Verfahren zum Herstellen des Kochers eines Absorptionskälteapparates ηεση einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurclj gekennzeichnet daß gegen das äußere (11) der einander umschließenden Rohre (10, 11) zwei Preßstempel bewegt und dadurch Verengungen (22) des äußeren Rohres erzeugt werden, wobei jeder Verengung mindestens ein eckenförmiger Umfangsabschnitt gegeben wird, der über einen Bereich größerer Veite mit einem oder mehr Engbereichen verbunden ist.

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