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Wärmeaustauschvorrichtung für Kältemaschinen. Aus umfangreichen praktischen
Versuchen und theoretischen Erwägungen hat sich ergeben, daß in Wärmeaustauschvorrichtun:gen
füi# Kältemaschinen neben der Zerlegung des Kältemittels in schmale Stromfäden die
Strörnungsgeschwindigkeit der Sole für den Wärmeübergang von wesentlichem Einfluß
ist. Bei diesen Versuchen hat sich gezeigt, daß der Wärmeaustausch an denjenigen
Flächen der Vorrichtung, an denen die Sole eintritt, am günstigsten ist und gegen
die Austrittsstelle zu abnimmt, und daß ferner der Verdampfungsvorgang um so lebhafter
ist, je rascher weitere Flüssigkeit den Wärmeaustauschflächen zugeführt wird. Aus
dieser Erkenntnis heraus ist die Erfindung entstanden, derzufolge die Wärmeaustauschvorrichtung
aus einem nach Art der Radiatoren aus plattenförmigen Einzelelementen zusammengesetzten
Elementenkörper besteht, der innerhalb eine z. B. zylindrischen Mantels angeordnet
ist, der einen für sich durchaus gleichbleibenden Querschnitt unischlreßt. Die plattenförmigen
Einzelelemente sind dabei so gestaltet,. daß sie sich nach oben erweitern. Dadurch
wird der Querschnitt dieser Elemente entsprechend der Volumenzunahme des entwickelten
Dampfes nach oben vergrößert, so daß ein Abdrängen der Flüssigkeit von den Wandungen
durch die sich entwickelnden Dampfbläschen nicht eintreten kann, und gleichzeitig
wird der Strömungsquerschnitt der Sole innerhalb des z_vlin-(lrischen Mantels nach
oben verengert, zu dem Zweck, die Strömungsgeschwindigkeit der Sole nach oben zunehmen
zu lassen, um den Wärmeaustausch, der dort infolge der verringerten Temperaturdifferenz
abnimmt, durch Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit wieder zu erhöhen. Infolge
dieser Ausbildung wird ein gleichmäßiger Wärmeaustausch durch die ganze Vorrichtung
erhalten. Gegenüber den bisher üblichen spiralförmigen Verdampfern, für die als
Normalleistung etwa 23o Cal. in der Praxis angenommen werden, weist das neue Element
nach ausgeführten Versuchen bereits bei der kleinsten gemessenen Strömungsgeschwindigkeit,
also bei der geringsten Beanspruchung des Verdampfers, eine Flächenleistung von
etwa i2oo Cal./qm pro i° und Stunde auf. Durch Erhöhung der Solegeschwindigkeit
im Zusammenhang mit einer dafür passenden Verdampfunggtemperatur kann diese Zahl
noch um iooProzent und mehr gesteigert werden. Berücksichtigt man, daß eine geringe
Steigerung der Flächenleistung bei den bisherigen Spiralapparaten von etwa 20o auf
300 Cal. als hervorragende Ziffern, die aber immerhin mit fabrikatorischen
Komplikationen und Verteuerungen erkauft waren, arterkannt wurde, so ist der durch
das neue Element gewonnene technische Fortschritt ganz erheblich.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführtmsbeispiel für
stehende Anordnung dargestellt. Das abzukühlende Mittel - die Sole - tritt durch
das Rohr i in das Unterteil 2 ein, durchströmt das Gefäß 3 und tritt durch das Rohr
4 aus diesem aus. Das abkühlende
Mittel - das Kältemittel - durchströmt
in parallel geschaltetem Strom eine Reihe von Einzelelementen 5, 6, 7, 8, die derartig
gestaltet sind, daß die darin strömende Flüssigkeitssäule plattenförmigen Querschnitt
hat, wie aus dem in Abb.2 dargestellten Schnitt ersichtlich ist. Der Querschnitt
kann auch, wie ausAbb.3 ersichtlich ist, in mehrere Abschnitte unterteilt sein,
wodurch das Element größere Steifigkeit erlangt. Dieses System von Elementen, in
das (las Kältemittel durch das Rohr 9 *ein- und in Dampfforen durch das Rohr io
in den Dampfsammler i i austritt, ist in dem von der Sole durchströmten Gefäß 3
von für sich durchaus gleichbleiben-,lem Ouerschrnitt untergebracht. Die Elemente
5, 6, 7, 8 sind in bekannter Weise nach oben konisch erweitert, wodurch den aufsteigenden
Dampfblasen infolge des sich vergrößernden Querschnittes Gelegenheit gegeben wird,
zu entweichen, ohne die Flüssigkeit im oberen Teil von der Wandung abzudrängen,
was einen kräftigen Wärmeaustausch auch im oberen Teil der Elemente sichert; durch
die konische Erweiterung der Elemente wird :der Durchgangsquerschnitt für die Sole
nach oben verringert, also die Strömungsgeschwindigkeit der Sole im oberen Teil
vergrößert, wodurch der Wärmeaustauschvorgan.g verbessert wird, was - wie bereits
ausgeführt - insofern von Bedeutung ist, als im oberen Teil der Vorrichtung - infolge
der gleichbleibenden Temperatur des verdampfenden Kältemittels und der niedrigeren
Temperatur der Sole - der Temperaturunterschied geringer ist als im unteren Teil,
wodurch der Wärmeaustausch ungünstig beeinflußt wird. Dieser umgünstigen Beeinflussung
wird also durch die infolge der Querschnittserweiterung der Elemente .bedingten
Steigerung der Solegeschwindi.gkeit entgegengewirkt. In dem Dampfsammler i i wird
die mitgerissene Flüssigkeit ausgeschieden und gelangt durch das Rohr 9 wieder in
den Kreislauf; dein Rohr 9 wird durch das Rohr i2 auch die primäre Flüssigkeit zugeführt.
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Infolge der geraden, parallel geschalteten Elemente 5, 6, 7, 8 durchströmt
der Kälteträger diese Elemente in verhältnismäßig langsamem Strom und ohne Richtungswechsel,
wodurch die Widerstände auf ein Mindestmaß herabgedrückt werden. Infolge des plattenförmigen
Querschnittes wird nicht nur die wärmeaustauschende Oberfläche im Verhältnis zum
Flüssigkeitsquerschnitt sehr groß, soirdern es können sich auch durch diese Zerlegung
des Kälteträgers in schmale Strömungsfäden keine am Wärmeaustausch nicht-oder nur
schwachbeteiligte Strömungskerne bilden, was für die sich in derartigen Wärmeaustauschvorrichtungen
für Kältemaschinen abspielende Änderung des Aggregatzustandes des Kältemittels von
besonderer Bedeutung ist. Auch .der Umstand, daß bei derartiger Gestaltung :der
Elemente deren durch den Kälteträger ausgefüllter Inhalt vergleichsweise verhältnismäßig
klein ist, hat erhebliche Bedeutung.
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Die Ausführung der Elemente 5, 6, 7, 8 geschieht bei der dargestellten
Ausführungsform in der Weise, daß sie aus gepreßten Blechen durch Zusammenschweißen
hergestellt werden, dergestalt, (laß sich in der :Nähe des oberen und unteren Endes
Ausbauchungen 13 gemäß 4b1. q. befinden, die mit öffnungen 1q. versehen sind.. Diese
einzelnen Elemente werden rinn so aneinandergelegt, daß sie sich in den Ausbauchungen
13 berühren, und dann miteinander verschweißt; ihre Innenräume stehen also
durch die Öffungen 14 miteinander in Verbindung; an Stelle der Verschweißung kann
auch Verbindung mittels Dichtung treten. Die so entstehende Elementengruppe wird
auf rostartige Querträger j,5 (Abb. i ) des Unterteils 2 aufgesetzt. Bei größeren
Apparaten können mehrere derartige Elementen-Z, nebeneinander angeordnet werden,
wobei die einzelnen Gruppen, was den Strom des Kälteträgers aiebetrifft, nebeneinander
oder hintereinander geschaltet «-erden können.