DE2405950B2 - Absorptionskälteapparat mit Rektifikator im Kocher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Absorptionskäheapparat, dessen Kocher einen aus zwei einander umschließenden Rohren bestehenden Rektifikator enthält, in welchem zwischen den Rohren die angehobene Ab- «orptionslösung abwärts fließt und die Kältemittel- und Absorptionsmitteldämpfe aufwärts strömen, wobei der Strömungspfad oberhalb der Wärmezufuhrzone des Kochers eine Anzahl Querschnittsverengungen von solcher radialer Weite hat, daß sich darüber durch Adhäsion Flüssigkeit aufzustauen vermag.

Es sind Apparate der vorgenannten Art bekannt, bei denen die Querschnittsverengungen über den gesamten Umfang gleichbleibende oder wenigstens nahezu gleichbleibende radiale Weite besitzen. Die Verengungen wirken als Rektifikator. Dies bedeutet, daß die Verengungen außer der Unterbindung des Vermischens von an den verschiedenen Stellen im Kocher vorhandener ^nm-r und reicher Flüssigkeit durch aufsteigende Dampfblasen einen wirksamen Wärme- und Massenaustausch im Gegenstrom zwischen der relativ kalten Lösung, die reich an Kältemittel ist und abwärts fließ·., und der relativ heißen Lösung, die arm an Kältemittel &o ist und aufwärts fließt, sicherstellen. Die beabsichtigte Funktion des Rektifikators ist somit für den Wirkungsgrad des Kochers und damit des gesamten Kälteapparats wesentlich.

Rektifikatoren der obigen Art mit einer Anzahl Verengungen haben zwei wichtige Vorteile gegenüber allen anderen Rektifikatorarten, von denen eine große Zahl bekannt bzw. vorgeschlagen worden ist. Erstens sind sie sehr einfach und billig herzustellen, weil sie keine gesonderten Teile und kein zusätzliches Material erfordera Zweitens bringen sie keine Vergrößerung der von Flüssigkeit benetzten heißen Oberfläche des Kochers und somit auch keinen angestiegenen Verbrauch an Korrosionsverhütungsmitteln mit sich. Im praktischen Betrieb sind Rektifikatoren mit einer Anzahl von Verengungen jedoch von einigen Problemen betroffen. Es hat sich nämlich gezeigt daß die Verengungen sehr klein mit einer radialen Weite von nicht mehr als 1 mm sein müssen, um eine zufriedenstellende Rektifikation zu gewährleisten. Mit größeren Verengungen konnte 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 bestimmte Flüssigkeitsmenge in einer Flüssigkeitssäule oberhalb einer jeden Verengung angesammelt, und es wird un terhalb der Verengung ein Dampfkissen gebildet. Die Größe sowohl der Flüssigkeitssäule wie des Dampfkis sens wird mehr oder weniger konstant gehalten. Der Dampf passiert die Verengungen und die Flüssigkeitssäulen darüber in Form kleiner Blasen, und die Flüssigkeit fließt an der Rohrwandung im allgemeinen wie ein dünner Film herab. In diesem Gleichgewichtszustand wird der Druckabfall an den Verengungen durch die Flüssigkeitssäulen oberhalb derselben ausgeglichen.

Falls nun zusätzliche Wärme zugeführt würde, 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 dem ein Gleichgewicht zwischen dem Druckabfall und den Flüssigkeitssäulen oberhalb der Verengungen unmöglich würde, so daß der Kocher nicht länger richtig und im Gleichgewicht arbeiten kann.

Demnach ist also ein Rektifikator mit einer Anzahl Verengungen von ringsum gleicher oder wenigstens fast gleicher radialer 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.

Es ist auch bereits ein Absorptionskälteapparat bekannt, dessen Kocher einen aus zwei einander umschließenden Rohren bestehenden Rektifikator enthält, in welchem zwischen den Rohren die angehobene Absorptionslösung abwärts fließt und die Kältemittel- und Absorptionsmitteldämpfe aufwärts strömen. Dabei hat der Strömungspfad oberhalb der Wärmezufuhrzone des Kochers eine Anzahl Verengungen derart, daß eine Strömungsquerschmttsfläche entsteht, bei welcher der die radiale Weite bestimmende Abstand zwischen Innen- und Außenrohr — in Umfangsrichtung gesehen — sich ändert, wobei die genannte Querschnittsfläche mindestens einen Umfangsabschnitt größter Weite und mindestens einen Umfangsabschnitt kleinster Weite aufweist, indem beispielsweise zwei Rohre exzentrisch angeordnet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Absorptionskälteapparat der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem der mit Querschnittsverengungen versehene Rektifikator auch für Kocher von wesentlich größerer Leistung geeignet ist und trotzdem keine besondere Genauigkeit bei seiner Herstellung erfordert.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jede Querschnittsverengung mindestens einen sich unter eckenförmiger Ausbildung seiner Begrenzung erweiternden Umfangsabschnitt aufweist.

Bei dem erfindungsgemäßen Absorpiionskälteapparat kann die Flüssigkeit infolge Adhä .ion in dem eckenförmigen Bereich der Begrenzung der Querschnittsverengung abwärts fließen, ohne den Dampf am Aufwärtsströmen in dem sich erweiternden Umfangsabschnitt im Gegenslium zur Flüssigkeit zu behindern. Im übrigen muß jedoch die radiale Weite der Verengung bzw. der Verengungen, d. h. derjenige Umfangsbereich, der nicht den eckenförmigen Abschnitt enthält, so klein sein, daß die Flüssigkeit auf Grund ihrer Oberflächenspannung daran gehindert wird, frei nach unten zu flie-Ben. In der Praxis bedeutet dies eine radiale Weite von nicht mehr als 1 Millimeter an den betroffenen Stellen.

Weitere Merkmale zur vorteilhaften \usgestaltung der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Kochereinheit mit einem Rektifikator gemäß der Erfindung innerhalb eines Absorptionskälteapparates,

F i g. 2 in größerem Maßstab einen Teil des Rektifikators nach Fi g. 1,

F i g. 3 und 4 Querschnitt*, nach Linie UI-IIl bzw. IV-IV in F i g. 2,

F i g. 5 den Rektifikator nach F i g. 2. gesehen in Richtung des dortigen Pfeils V, und

F i g. b eine abgeänderte Ausführungsform des Rektifikators.

Der in F i g. 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 10 ist mit dem Absorbergefäß des Apparates verbunden und führt Absorptionslösung zum Kocher, beispielsweise eine reiche Lösung von in Wasser gelöstem 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 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 einen¹ 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 Kerosinbrenner beheizt werden, der nicht dargestellt ist, sich jedoch unterhalb des Schornsteinrohres !9 befindet.

Wenn die Einheit erhitzt wird, heben heiße Ammoniak- und Wasserdämpfe 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 angehobene Flüssigkeit fließt dann in das Außenrohr 11, in diesem durch den erhitzten Teil des Kochers abwärts, und weiter durch den Flüssigkeitstemperaturwechsler 12 zum oberen Ende des Absorbers. Wenn die arme Lösung den erhitzten Teil des Kochers im Auß^nrohr 11 passiert, wird zusätzlicher Dampf 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 F i g. 2 bis 5 gezeigten Art sehr wirkungsvoll zustande gebracht Oberhalb und unterhalb des Rektifikator 15 sind Eindrückungen 21 im Außenrohr 11 vorgenommen, um das Innenrohr 10 konzentrisch darin zu halten. Im Strömungspfad der teilweise angereicherten Lösung hat der Rektifikator Verengungen 22. Diese sind durch zwei Preßstempel hergestellt, die gegeneinander in solcher Weise bewegt worden sind, daß ecken förmige 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 ekkenförmige Umfangsabschnitte 23 gebildet, die über einen Bereich 24 abnehmender Weite mit einem engen Bereich 25 verbunden sind. Auf diese Weise dient ein eckenförmiger Abschnitt hauptsächlich als Durchlaß für die Flüssigkeit und der übrige 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.

F i g. 3 ist ein Querschnitt des Kochers im Bereich der Eindrückungen 21 oberhalb des in F i g. 2 gezeigten Rektifikators. Es läßt sich aus dieser Figur 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 F i g. 2 gezeigt. Die in F i g. 4 gezeigte Verengung hat einen Engbereich 25, Übergangsbereiche 24 und diametral gegenüberliegende Eckenabschnitte 23.

Der in F i g. 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 derart herzustellen, daß eine Verengung 22 um 90° im Verhältnis zur nächsten Verengung angeordnet ist, wie dies F i g. 6 zeigt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Absorptionskälteapparat, dessen Kocher einen aus zwei einander umschließenden Rohren bestehenden Rektifikator enthält, in welchem zwischen den Rohren die angehobene Absorptionslösung abwärts fließt und die Kältemittel- und Absorptionsmitteldämpfe aufwärts strömen, wobei der Strömungspfad oberhalb der Wärmezufuhrzone des Kochers eine Anzahl Querschnittsverengungen von solcher radialer Weite hat, daß sich darüber durch Adhäsion Flüssigkeit aufzustauen vermag, dadurch gekennzeichnet, daß jede Querschnittsverengung mindestens einen sich unter ekkenförmiger Ausbildung (23) seiner Begrenzung erweiternden Umfangsabschnitt (24) aufweist.

2. Absorptionskälteapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Querschnittsverengung (22) zwei diametral gegenüberliegende erweiterte Umfangsabschnitte (24) und dazwischen zwei Engbereiche (25) aufweist.

3. Absorptionskälteapparat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Weite eines jeden Engbereichs (25) 1 Millimeter nicht übersteigt.

4. Verfahren zum Herstellen des Kochers eines Absorptionskälteapparates nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß gegen das äußere Rohr (11) der einander umschließenden Rohre (10, II) zwei Preßstempel bewegt und dadurch Verengungen (22) des äußeren Rohrs erzeugt werden, wobei das äußere Rohr (11) an mindestens einer Umfangsstelle eckenförmig erweitert belassen wird.

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