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Wärmeaustauscher, insbesondere Verdampfer für Kältemaschinen Die Erfindung
bezieht sich auf einen Wärmeaustauscher, insbesondere einen Verdampfer für Kältemaschinen,
bei dem längslaufende Rohre einerseits durch federnde und andererseits durch starre,
den Abstand zwischen den längslaufenden Rohren festlegende Rohre miteinander verbunden
sind.
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Bei bekannten Wärmeaustauschern für Kältemaschinen sind die Fallrohre
außerhalb des Gefäßes des Wärme- bzw. Kälteträgers angeordnet und daher die Wärmeübertragungselemente
durch die Gefäßwandungen hindurchgeführt. Diese Ausbildung bedingt die Einhaltung
genauer Maße für die einzelnen Teile der Wärmeübertragungselemente und der Gefäße.
Ferner ergeben sich zwischen den einzelnen Teilen bei Temperaturunterschieden Wärmespannungen.
Schließlich können die einzelnen Wärmeübertragungselemente nur schwer zu einer Batterie
vereinigt werden.
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Es sind auch schon Wärmeaustauscher bebekanntgeworden, bei denen längslaufende
Rohre durch, federnde und starre Rohre miteinander verbunden sind, wobei die federnden
Rohre in senkrechter Richtung in die längslaufenden Sammelrohre eingeführt sind.
Bei der Herstellung solcher Wärmeaüstauscher kann durch das Einschieben der elastischen
Rohre in eines der Sammelrohre die Verbindungsstelle der starren Rohre mit dem andern
Sammelrohr nur ungenügend für die Bearbeitung freigelegt werden. Aus konstruktiven
Gründen können auch die nur wenig gebogenen elastischen Steigrohre nur kurz ausgeführt
sein, so daß in den längslaufenden Rohren sehr viele Verbindungsstellen auf die
Einheit der Wärmeübergangsfläche vorgesehen sein müssen. Schließlich trägt die geringe
Biegung der kurzen elastischen Steigrohre nur wenig zur Spannungsentlastung bei
einer Formänderung bei.
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Die genannten Nachteile werden nach der Erfindung vermieden. Sie besteht
darin, daß die die starren Rohre umgebenden federnden- Rohre schraubenförmig gewunden
und in die längslaufenden Rohre schräg eingeführt sind. Nach der Erfindung wird
erreicht, daß durch das schiefe Einführen im Zusammenhang mit einer Drehung der
schraubenförmig gewundenen elastischen Rohre die Verbindungsstellen der starren
Rohre zur Bearbeitung freigelegt werden können.
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Ein Beispiel des Erfindungsgegenstandes, welches als Verdampfer einer
Kältemaschine ausgebildet ist, ist auf der Zeichnung schematisch dargestellt.
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Die waagerecht angeordneten längslaufenden Rohre x und 2 sind durch
die schraubenförmig gewundenen, als Steigrohre ausgebildeten Querrohre 3 und durch
die im Innern. der Schraubenwindungen angeordneten, als Fallrohre ausgebildeten
starren Rohre q. miteinander verbunden. Die Zuführung eines frischen Kältemittels
erfolgt
durch ein zum unteren waagerechten Rohr 2 parallel angeordnetes
Rohr g, aus welchem das frische Kältemittel durch zum Teil im Innern der unteren
waagerechten Rohre 2 verlaufende Rohre 6 zu den Einspritzrohren 7, welche in das
untere Ende der Steigrohre 2 einmünden, geleitet wird.
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Das Kältemittel wird aus den Einspritzrohren 7 in die Steigrohre 3
eingespritzt, welche der Strömung des Kältemittels eine unveränderliche, gleichmäßige
Steigung und Krümmung entgegensetzen. Das Kältemittel gelangt, nachdem es in den
Steigrohren 3 teilweise verdampft ist, wodurch die Umgebung des Verdampfers abgekühlt
wird, in das obere waagerechte Rohr i. Der verdampfte Teil des Kältemittels wird
aus diesem Rohr abgeführt, der nicht verdampfte Teil scheidet sich vom dampfförmigen
Teil ab und gelangt durch die Fallrohre 4 wieder in das untere waagerechte Rohr
2.
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Sobald das im unteren waagerechten Rohr 2 gesammelte flüssige Kältemittel
bis an die Anschlußstelle der Steigrohre 3 gestiegen ist, wird es durch die Strahlwirkung
des aus den Einspritzröhren 7 ausströmenden frischen Kältemittels wieder in die
Steigrohre 3 mitgerissen, so daß ein ständiger Umlauf des flüssigen Kältemittels
entsteht.
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Zur Herstellung dieses Verdampfers werden vorteilhaft zuerst in die
beiden waagerechten Rohre i und 2 die Anschlußöffnungen für die Steigrohre 3 und
die Fallrohre 4 vorgebohrt, worauf die Fallrohre 4 an das untere waagerechte Rohr
2 angeschweißt werden. Über die angeschweißten Fallrohre werden alsdann die schraubenförmig
gewundenen Steigrohre 3 gestülpt und mit ihrem unteren Ende in die im unteren waagerechten
Rohr 2 vorgesehenen Öffnungen eingeführt. Zufolge der schraubenförmigen Windung
der Steigrohre können diese so weit in das untere waagerechte Rohr 2 eingeschraubt
werden, daß oben genügend Platz entsteht, um die Fallrohre 4 mit dem oberen waagerechten
Rohr i an den dort vorgesehenen Bohrungen zu verschweißen. Nachdem durch diese Verschweißung
der Abstand zwischen beiden waagerechten Rohren festgelegt ist, können die Steigrohre
3 wieder so weit zurückgeschraubt werden,' daß ihr oberes Ende in die im oberen
waagerechten Rohr i vorgesehenen Öffnungen einmündet, worauf die Enden der Steigrohre
3 mit den waagerechten Rohren verschweißt werden.
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Wärmeaustauscher nach der Erfindung haben den Vorteil, daß die längslaufenden
Rohre durch die starren Rohre zu einem starren Gebilde zusammengefügt sind, daß
durch die schraubenförmig gewundenen Rohre eine große wärmeaustauschende Oberfläche
entsteht und daß durch diese auf das starre Gebilde keine zusätzlichen Spannungen
ausgeübt werden. Ferner steht der Strömung des durch die Steigrohre aufsteigenden
Kältemittels bei Verdampfern der beschriebenen Art eine unveränderliche Steigung
entgegen, so daß im Verlauf der Strömung keine Änderungen eintreten. Der daraus
sich ergebende Strömungswiderstand bleibt deshalb auf einen Mindestwert beschränkt.
Durch die in tangentialer Richtung erfolgende Einführung des Dampfflüssigkeitsgemisches
in das obere waagerechte Rohr i wird ferner der dampfförmige Teil vom noch nichtverdampften
Teil getrennt, so daß der flüssige Teil durch die Fallrohre wieder zurückströmen
kann und ein besonderer, außerhalb des Verdampfers angeordneter Flüssigkeitsabscheider
entbehrlich wird.
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Es wird ferner bei Wärmeaustauschern nach der Erfindung erreicht,
daß nur eine Mindestzahl von Schweißungen erforderlich ist. Die schraubenförmig
gewundenen Rohre werden in der Weise gewunden, daß eine ganze- Rohrlänge zwischen
den beiden längslaufenden Rohren eingepaßt werden kann und somit Abfälle vermieden
werden. Für die Schweißstellen entsteht bei der Herstellung des Wärmeaustauschers
genügend Zwischenraum für eine leichte Zugänglichkeit mit den Schweißwerkzeugen.
Die einzelnen Rohrelemente, insbesondere die längslaufenden Rohre i und 2 werden
durch die Verminderung der Schweißstellen geschont; die Schweißstellen lassen sich
leichter überprüfen. Trotz der Einschränkung an Schweißstellen ist es möglich, eine
große Wärmeaustauschfläche in einem kleinen Raum unterzubringen.
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Die durch den Wärmeübergang am meisten beanspruchten Rohre können
sich infolge ihrer schraubenförmigen Windungen so dehnen, daß unzulässige Dehnungsspannungen
vermieden werden. Dieser Vorteil kommt besonders dann zur Geltung, wenn durch die
nachgiebigen und durch die starren Rohre ein rascher Umlauf des Wärme- bzw. Kältemittels
unterhalten ist, wobei der Wärmeübergang durch die Rohrwandungen und somit auch
die durch die Temperaturunterschiede bedingten Dehnungen erhöht werden.
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Bei anderen, von dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel abweichenden
Ausführungen kann der Umlauf auch durch die Wirkungen der Wärmeübertragung in den
Rohren allein aufrechterhalten werden, so daß die Anordnung besonderer Einspritzrohre
erspart wird. In gewissen Fällen kann natürlich auch nur einem Teil der schraubenförmig
gewundenen Querrohre ein starres Rohr zugeordnet sein. Unter Umständen kann das
frische Wärme- bzw. Kältemittel auch nur in einen Teil der schraubenförmigen Teile
der Rohre eingespritzt werden. Es können natürlich auch mehrere solcher Wärmeaustauscher
zueinander parallel geschaltet werden. Schließlich können die 'starren Rohre gegen
Wärmedurchgang, z. B. durch Luft, isoliert werden. Die Isolierung kann z. B. auch
dadurch
geschehen, daß die starren Rohre von einem evakuierten Raum umgeben werden. Die
starren Rohre können von einem zweiten Rohr umgeben sein, wobei der entstehende
Ringraum evakuiert wird. In den evakuierten Raum kann ein Mittel eingeführt werden,
das eindringende Gase oder Dämpfe absorbiert oder adsorbiert, um auch beim Betrieb
von kleinen Undichtheiten, von porösen Stellen o. dgl, das Vakuum im Raum aufrechtzuerhalten.