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Kältemaschine Bei Kältemaschinen mächt die Hintereinanderschaltung
mehrerer Verdampfer insofern Schwierigkeiten, als die Flüssigkeit sich schlecht
von einem zum anderen Verdampfer befördern läßt. Hierzu ist meist ein verhältnismäßig
erheblicher Druck erforderlich, insbesondere treten Übelstände bei Verdampfern auf,
die, zu mehreren übereinander angeordnet, hintereinandergeschaltet sind. Um eine
Verbesserung im Übergang von Verdampfer zu Verdampfer zu erhalten, wurde bei einer
Hintereinanderschaltung mehrerer Verdampferschlangen vorgeschlagen, die Querschnitte
der Schlangen um so kleiner zu wählen, je näher die Kühlgruppe an dem Eintritt des
Arbeitsstoffes liegt und außerdem die hochsteigende Verbindungsleitung eng zu bemessen
und so ein Mitreißen der Flüssigkeit zu sichern. Das genügt indessen in vielen Fällen
nicht, insbesondere dann, wenn größerer Widerstand zu überwinden ist.
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Die Erfindung beruht demgemäß auf der Erkenntnis, daß man bei Anlagen,
bei denen normalerweise zur Beförderung des Kältemittels :einerheblicher Druck notwendig
ist, diesen notwendigen Druck dadurch verringern kann, daß der Arbeitsstoff in Form
eines Dampfflüssigkeitsgemisches von Verdampfer zu Verdampfer geleitet wird.
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Erfindungsgemäß wird das Kältemittel von einem Verdampfer zum anderen
durch eine ejektorartige Vorrichtung getrieben. Diese besteht aus einem Rohrstück,
weiches von oben in die Verdampferkammer bis zum mittleren Flüssigkeitsspiegel hineinragt
und bei welcher der in dem Verdampfer erzeugte und oberhalb der Flüssigkeit befindliche
Dampf als Treibmittel für das flüssige Kältemittel dient.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden
Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele hervor. Es zeigen Abb. i eine schaubildliche
Darstellung einer Kühlvorrichtung gemäß der Erfindung, Abb.2 einen Querschnitt durch
eine der Einheiten gemäß der Linie 2-2 in Abb. i, Abb.3 eine Seitenansicht einer
abgeänderten Durchbildung gemäß der Erfindung, Abb. q. eine Einzelheit der in Abb.
3 dargestellten Vorrichtung, teilweise im Schnitt, Abb. 5 eine abgebrochene schaubildliche
Darstellung des Einlaßendes von einem der verbindenden Zuführungsrohre, Abb. 6 eine
Ansicht ähnlich der Abb. i eines anderen Ausführungsbeispiels.
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Grundsätzlich setzt sich die Kühlvorrichtung gemäß der Erfindung aus
einer Anzahl von Kühleinheiten, die in Gestellen oder in verschiedenen Ebenen oder
waagerecht angeordnet sind, zusammen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind
drei Einheiten i o, i i und 12 in senkrechter Ausrichtung in einem einzigen : Gestell
vorgesehen.
Die Einheiten i o, i i, 12 können in beliebiger Weise
durchgebildet sein. Zweckmäßig gleicht :eine Einheit der anderen, wobei als Hauptteil--ein-
Block 13 aus geeignetem Baustoff, beispielsweise Eisen, dient. Jeder Block 13 besitzt
innere und äußere Wandungen 14, 15, die eine Zwischenkammer 16 abgrenzen.
Den Abschluß der Kammer 16 stellen Wandungen 17 und 18 her. Die innere Wandung
14 umgibt :ein Abteil i g, das sich durch den Block 13 hindurcherstrecktund an beiden
Seiten offen ist. Geeignete Wärmeübertragungsrippen 2o und 2i sind :entsprechend
an den Seiten der Wandungen 14 und 15 ausgebildet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
erstrecken sich die Rippen--i in der Längsrichtung und die Rippen 2o in der Querrichtung
des Blockes 13.
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Jede Einheit ist mit geeigneten Ein- und Auslaßeinrichtungen versehen.
Für das vorliegende Ausführungsbeispiel sind ein Einlaßzerstäubungsrohr 22 und Bein
Auslaßrohr 23 gewählt. In jeder der unteren Einheiten, also in den Einheiten io
und i i, ist das Zerstäubungsrohr innerhalb der Kammer 16 waagerecht gerade unter
der oberen Wandung des Blockes 13 angeordnet, während sich das Rohr 23 von der oberen
Wandung über eine ziemliche Länge in die Kammer nach unten erstreckt, beispielsweise
zu der Senkrechtmitte an :einer Seite des Abteils i9. In der oberen Einheit 12 ist
die Lage der Rohre 222, 23 umgekehrt. Das Einlaßende eines jeden der unteren Rohre
23 ist mit Längsschlitzen ausgerüstet. Abb. 5 läßt erkennen, daß sechs Schlitze
24 "in gleichem Abstande das Rohrende aufteilen.
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Die Einheiten i o, i i, 12 sind in Reihe mit :einer nicht dargestellten,
gemeinsamen Kühlbetriebseinrichtung bekannter Durchbildung verbunden. Die Gesamtvorrichtung
kann durch irgendein geeignetes Kühlmittel betrieben werden. Für das vorliegende
Ausführungsbeispiel sei als Kühlmittel Ammoniak angenommen. Eine Ammoniakzuführungsleitung
25, die von der gemeinsamen Kühlbetriebseinrichtung herkommt, steht mit dem Auslaßzerstäubungsrohr
22 der Einheit io in Verbindung. Die Auslaßrohre 23 der Einheiten io und i i sind
entsprechend durch Zuführungsrohre 26 und 27 mit den Einlaßrohren 22 der Einheiten
i i und 12 in Zusammenhang. An das Auslaßrohr 23 der Einheit 12 ist eine Rückleitung
28, die zu der gemeinsamen Kühlbetriebseinrichtung führt, angeschlossen. Da die
Erfindung in ihrem breitesten Umfange sich nicht auf die Überwachungseinrichtungen
zur Regelung des Kühlmittesstromes beschränkt, so ist eine einzige Überwachungseinrichtung
für jedes Gestell von Einheiten vorgesehen. Zweckmäßig befindet sich in der Zufuhr-Leitung
25 ein Ventil 29, dessen Arbeiten von der Temperatur des durch die Rückleitung
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fließenden Kühlmittelstromes abhängig ist. Des weiteren sind in der Zufuhrleitung
25, an der Einlaßseite des Ventils 29, ein konstantes Druckminderungsventil30 üblicher
Ausbildung und ,ein von Hand zu bedienendes Sperrventil 3 i vorgesehen.
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Beim Betriebe wird flüssiges Ammoniak unter bestimmtem Druck, entsprechend
der Einstellung des Ventils 30, dem Zerstäubungsrohr 22 der Einheit io zugeführt.
Die Flüssigkeitsmenge wird selbsttätig durch das Ventil 29 geregelt, dessen Einstellung
dem Zustande des in der Rückleitung 28 strömenden Dampfes entspricht. Bei Beginn
des Betriebes befindet sich das Einlaßende des Rohrs 23 noch außerhalb des Bereichs
des Flüssigkeitsspiegels. Infolgedessen strömt der Ammoniakdampf unbehindert zu
den anderen Einheiten hin. Jedoch wird nacheiniger Zeit der Flüssigkeitsspiegel
das freie Einlaßende des Rohrs 23 :erreichen bzw. .es leicht einschließen. In diesem
Augenblick wird der unter Druck befindliche Ammoniakdampf sich seinen Weg durch
die geringe Flüssigkeitsmenge suchen, die das Einlaßende des Rohrs 23 abzuschließen
bestrebt ist. Dabei wird ein Teil dieser Flüssigkeit in das Rohr 26 mitgerissen.
Es entsteht also :eine Art Injektorwirkung mit dem Erfolg, daß die Flüssigkeit von
der einen Einheit zu der anderen Einheit hindurchgeführt wird, ohne daß eine vorhandene
Flüssigkeitssäule zu überwinden wäre. Die Querschnitts$äche der Schlitze 24 wird
dem Druck angepaßt; dabei ist :darauf zu achten, daß die Schlitze die weitere Aufgabe
haben, die mitgerissene Flüssigkeit in :einen fein atomisierten Zustand zu versetzen.
Der Dampf tritt in das Rohr 23 durch die Schlitze 24 und außerdem durch das offene
Ende ein. In dem Maße, wie der Flüssigkeitsspiegel auf das Ende zu sinkt, vergrößert
sich der Prozentsatz der durch den Dampf mitgerissenen Flüssigkeit. Der Flüssigkeitsspiegel
wird so lange. fallen, bis @er unter dem Ende des Rohrs 23 angekommen ist. Nunmehr
kann der Ammoniakdampf wieder unbehindert zu den anderen Einheiten hinströmen. Darauf
beginnt die Flüssigkeit wieder zu steigen, und die geschilderte Wirkung wiederholt
sich. Der Flüssigkeitsspiegel befindet sich also ständig in einem gewissen schwankenden
Zustande. Dabei werden in regelmäßiger Folge Flüssigkeitsmengen von der Einheit
io zu der Einheit i i hingeführt. In der folgenden Beschreibung wird der etwas schwankende
Spiegel der Flüssigkeit, der :einmal :etwas oberhalb des Einlaß-:endes des Rohrs
23 und das andere Mal etwas darunter -sich befindet, als Normalspiegel der Flüssigkeit
bezeichnet. Die Injektorwirkung
jeder- Einheit tritt auf, ohne
Rücksicht darauf, wie die Einheiten zueinander räumlich angeordnet sind. So also
auch bei der dem Ausführungsbeispiel zugrunde liegenden, senkrecht ausgerichteten
Anordnung.
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Bemerkenswert ist, daß keine hemmende Flüssigkeitssäule vorhanden
ist und daß so nur ein geringer Druckunterschied zwischen den aufeinanderfolgenden
Einheiten notwendig ist, damit die oben beschriebene Wirkung eintritt. Die Wirkung
innerhalb der Einheit i i ist die gleiche wie innerhalb der Einheit i o. Aus der
Einheit 12 strömt Ammoniakdampf aus, ohne daß Flüssigkeit mit in die Rückleitung
28 eintritt. Der Druckunterschied zwischen der Zuführungs- und Rückleitung und die
Höhe der Flüssigkeitssäule innerhalb der Einheit 12 wird, was keiner näheren Begründung
bedarf, durch das Ventil29 überwacht. Mit Rücksicht auf den geringen Druckunterschied
zwischen den Einheiten i o, i i, 12 bilden sich .entsprechend geringe Temperaturunterschiede
aus. Infolgedessen ist die Kühlwirkung der Einheiten im wesentlichen gleich. Mithin
bildet sich ein gleichmäßiger Wärmestrom von unten nach oben aus.
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Der Ammoniakdampf ist innerhalb der Einheiten io und ii bestrebt,
durch Berührung mit den Wandungen der Blöcke 13 in den Überhitzungszustand zu geraten.
Dadurch, daß die hinzukommende Flüssigkeit in den Ammoniakdampf eingespritzt wird,
kann sich der Überhitzungszustand nicht .ausbilden, bzw. er wird sofort rückgängig
gemacht. Mithin strömt von der einen zu der anderen Einheit nur gesättigter Ammoniakdampf
mit oder ohne Flüssigkeitsbeimischung über, so daß eine hohe Verdampfungswirkung
in den Einheiten erhalten wird.
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Anstatt das Kühlmittel nach oben von jeder Einheit zu der anderen
hinströmen zu lassen, kann man den Strömungsweg auch umgekehrt anordnen. Das ist
in Abb. 6 gezeigt. Die hier ,gewählte Anordnung entspricht der in Abb. i dargestellten
Anordnung mit dem Unterschied, daß die Einheit io oben und die Einheit 12 unten
sich befinden. Im übrigen sind dieselben Bezugszeichenangaben zur Veranschaulichung
gewählt worden.
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Das in den Abb. 3 und 4 dargestellte Ausführungsbeispiel besitzt vier
Kühleinheiten 32, 33, 34 und 35. Jede Einheit setzt sich aus einem Kopfstück 36
und einer Rohrschlange 37 zusammen, dessen Ein- und Auslaßenden jeweils mit den
oberen und unteren Enden der Kopfstücke verbunden sind. Zweckmäßig ist das Kopfstück
als senkrechter Hohlzylinder mit Endwandungen 38 ausgebildet, so daß eine geschlossene
Kammer 39 entsteht. Die Kopfstücke 36_ sind senkrecht übereinander angeordnet, so
daß ein senkrechtes Gestell entsteht. Das untere Kopfstück ist mit einer Zufuhrleitung
25 und das obere Ende des oberen Kopfstückes mit, der Rückleitung 28 verbunden.
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Die benachbarten Kopfstücke der Einheiten 32, 33, 34 und 35 stehen
durch eine Anzahl von Rohren 40, 41, 42 in Zusammenhang. Diese Rohre sind an beiden
Enden offen und ragen .durch die sich berührenden Endwandungen 38 hindurch. Das.
obere oder Auslaßende :eines jeden Rohrs ragt etwas über das untere oder Einlaßende
des. nächsten Rohrs hinaus.
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Die Wirkung ist dieselbe wie bei dem in den Abb. i und 2 gezeigten
Ausführungsbeispiel. Da der Normallüssigkeitsspiegel in jeder der unteren Einheiten
sich bis zu dem Einlaßende des :entsprechenden Verbindungsrohrs oder darüber hinaus
erhebt, so wird ein Gemisch aus Dampf und Wasser in die nächste Einheit übergeführt
werden. Sowie der Flüssigkeitsspiegel unter das Einlaßende des Rohrs fällt, strömt
durch das Rohr nur Ammoniakdampf über. Auch hier ist der Dampf gesättigt. In jeder
Einheit läuft die Flüssigkeit durch die Rohrschlange 37 um. Aus dem oberen Kopfstück
strömt der Dampf in die Rückleitung 28 ein.
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In sämtlichen Ausführungsbeispielenerfolgt die Überführung des Kühlmittels
von :einer Einheit zu der nächsten durch Vermittlung einer Injektorwirkung. Die
Einheiten sind in verschiedenen Ebenen angeordnet, jedoch läßt sich im Rahmen der
Erfindung die Anordnung auch so treffen, daß die Einheiten in einer Horizontalebene
liegen. Die Durchbildung ist verhältnismäßig einfach und @erfordert nur geringe
Kosten. Es ist nicht erforderlich, für jede Einheit ein dichtes und empfindliches
Überwachungsmittel vorzusehen, da. eine einzige überwachungseinrichtung für jedes
Einheitengestell ausreicht; und es ist keine vorhandene Flüssigkeitssäule zu überwinden.
Infolgedessen bestehen nur geringe Druckunterschiede. Damit im Zusammenhang ist
die Verdampfungswirkung der Einheiten untereinander im wesentlichen gleich.