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Vorrichtung zum trockenen Tiefkühlen von Luft Für eine Vorrichtung
zum trockenen Tiefkühlen von Luft, bei der die vom Kältemittel durchflossenen Kühlelemente
aus Flachzellen bestehen, die nebeneinander angeordnet sind und Flachkanäle für
die Luft bilden, ist nach dem Hauptpatent vorgeschlagen, daß die Elemente in einen
von einem Ventilator durchblasenen Kanal eingebaut sind und a) den Kanal mit gleichen
und engen Ab-
ständen-so ausfüllen, daß die Luft in dünnen Bändern auf nur
einem einzigen geraden Wege parallel hindurchströmt, b) auf ihrer ganzen wirksamen
Kühlfläche eben und glatt sind sowie c) in ihrem Innern quer zum Luftwege hin und
her gehende Zickzackkanäle für das Kältemittel enthalten.
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Beim Betriebe der Vorrichtung mit einem Kühlgase, z. B. Ammoniak,
führt man das verflüssigte Gas in der bei Kältemittelverdampfern üblichen Weise
am tiefsten Punkte der Zellen ein und das (durch Wärmeaufnahme aus der an den Zellen
entlang geblasenen Luft) verdampfte Kältemittel am höchsten Punkte der Zellen gab.
Dabei entsprechen die quer zum Luftwege hin und her gehenden Zickzackkanäle im wesentlichen
den sogenannten Schlangenverdampfern. Bei diesen sind die untersten Windungen größtenteils.
mit Kälteflüssigkeit gefüllt, und erst weiter oben beginnt die Verdampfung. Die
Gasblasen müssen sich von Windung zu Windung durch flüssige Anteile hindurchdrängen,
wodurch der Verdampfungsvorgang gehemmt wird.
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Anzustreben ist dagegen eine lebhafte und rasche Verdampfung, um eine
große Wärmeaufnahme und starke Kühlwirkung zu haben: Gemäß der Erfindung soll. eine
möglichst stürmische (kochende) Verdampfung dadurch herbeigeführt werden, daß sämtliche
in den
Flachzellen angebrachten, als Verankerungen und Kanaltrennwände
dienenden Stege auf ihrer ganzen Länge mit (zweckmäßig von Steg zu Steg gegeneinander
versetzten) Durchbrechungen in einer Anordnung wer=" sehen sind, bei der das Innere
der Flach= zellen einen zusammenhängenden Raum bil= det, in dem das Kältemittel
sich überall sowohl parallel zu den Stegen wie auch durch diese hindurch bewegen
kann.
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Es ist ein Wärineaustauscher für Kälteanlagen bekannt, bei dem der
eigentliche Austauscher und der sonst getrennt angeordnete Flüssigkeitssammler dadurch
zu einem einzigen Apparat vereinigt sind, daßdas Wärmeaustauschsystem innerhalb
des Flüssigkeitssammlers angeordnet ist. Eine solche Kombination verlängt zwingend
zwischen dem Strömungsraume für das Kältemittel und dem Sammlergehäuse an irgendeiner
Stelle eine offene Verbindung, damit die Flüssigkeit aus dem Wärmeaustauscher in
den Sammler übertreten kann. Diese Verbindung hat man bei der bekannten Vorrichtung
beispielsweise auch durch eine Reihe von Löchern geschaffen, die - kurz vor der
.kusströmungsstelle des Kältemittels angeordnet ist. Die Wirkung dieser Durchbrechungen
ist lediglich die, daß sie die im Strömungsraume des Kältemittels entstandenen flüssigen
Anteile an den Sammelraum abliefern. Dementsprechend ist der Kältemittelweg auch
nur einmal unterbrochen und bildet im übrigen die gewöhnliche Folge von ringsum
geschlossenen Kanälen.
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Ferner ist eine zum selbsttätigen Zurückführen der aus der Saugleitung
von Kältemaschinen abgeschiedenen Flüssigkeit in den Verdampfer dienende Vorrichtung
bekannt, die einen Flüssigkeitsabscheider umfallt, der hinter einem Verdampfer üblicher
Bauart angeordnet ist. Der Abscheider besteht aus einem zylindrischen Gefäß, das
trichterförmige, teilweise durchbrochene Abscheidebleche enthält, die sich über
den ganzen Gefäßquerschnitt erstrecken. Die Durchbre-chungen dienen dazu, dein abströmenden
Kältegase den Eintritt in die Zwischenräume zwischen den Blechen zu ermöglichen,
wobei die durchbrochenen Teile jeweils um i8o° gegeneinander versetzt sind, so daß
das Kältegas auf einem Zickzackwege strömen muß. Die Abscheidebleche sind auf ihrem
weitaus größten Teile nicht durchbrochen, und die vorhandenen Durchbrechungen entsprechen
lediglich den Umlenkstellen, die bereits beim Hauptpatent zur Verbindung der einzelnen
Kanäle vorhanden sind.
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An keiner der bekannten Vorrichtungen -wird durch die Durchbrechungen
ein zusammenhängender Raum geschaffen, iri dein das Kältemittel sich überall sowohl
parallel zu den. Trennwänden als auch durch diese hindurch bewegen kann.
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Bei der neuen Vorrichtung, die einen solchen zusammenhängenden Raum
aufweist, kann in jedem Kanal das verdampfte Kältemittel überall sofort in den darüberliegenden
Kanal aufsteigen, und mitgerissene Flüssigkeitsteile können durch die Durchbrechungen
aus dem Kanal; in den sie hineingerissen wurden, in den darunter befindlichen Kanal
zurückfallen. Es entsteht eine lebhafte Durchmischung, .und schon in den untersten
Kanälen findet eine stürmische (kochende) Verdampfung statt, so daß die größte erreich-.
bare Wärmeaufnahme und die stärkste Kühlwirkung erzielt wird. Der Gehalt des Gases
an flüssigen Anteilen nimmt nach oben hin stetig ab, und die obersten Kanäle brauchen
im wesentlichen nur noch eine Abscheidewirkung auf die verhältnismäßig wenigen unverdampft
gebliebenen feinen Flüssigkeitsteilchen auszuüben. Sie werden, da der Gasstrom infolge
der Durchbrechungen in Form vieler kleiner senkrechter Zweigströme immer wieder
von seiner Hauptrichtung abgelenkt -wird, durch Aufprall aufgefangen und verdampfen
nach. Am oberen Austrittsstutzen sind keine Flüssigkeitsteilchen mehr vorhanden,
sondern es strömt ein trockenes Kühlgas in den Kompressor ab, der nicht mehr gefährdet
ist.
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Eine Weiterbildung des Erfindungsgedankens besteht darin, die Kanalstege
der Flachzellen auch in anderer Weise als gegeneinander versetzt (Zickzaclclcanäle)
anzuordnen. Diese Kanalfolge ist für als Verdampfer arbeitende Flachzellen entbehrlich,
denn die bei Sole vorhandenen Rücksichten auf die Strömungsgeschwindigkeit entfallen,
weil an deren Stelle die Wirkung raschester Verdampfung tritt. Da diese bei der
neuen Zelle schon im unteren Teile stattfindet, ergibt sich für die Lufttiefkühlung
sogar eine Gegenstromwirkung. Ferner besteht für Verdampferzellen keine Bindung
an den waagerechten Verlauf der Kanalstege, vielmehr sind auch andere Anordnungen,
z. B. die senkrechte, möglich.
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Der mit den neuen Kühlzellen beim Tiefkühlen von Luft erzielte Fortschritt
in der Verdampfung von Kälteflüssigkeiten (Steigerung des Wärmeaustausches und Erhöhung
der Betriebssicherheit) ermöglicht ferner die allgemeine Anwendung der Zellen in
der Kältetechnik mit demselben Erfolge. Der Verdampfer einer beliebigen Kälteerzeugungsmaschine
und jeder andere Apparat, in dem ein flüssiges Kältemittel zu verdampfen ist, lassen
sich mit den Flachzellen der neuen Art ausrüsten.
Endlich eignen
die neuen Flachzellen, wenn man ihren oberen Stutzen für den Eintritt und den unteren
Stutzen für den Austritt benutzt, sich auch zur Verflüssigung, also zum Einbau in
Kondensatoren für Kühlgase, z. B: in Kondensatoren der Kälteerzeugungsinaschinen
usw: Hierbei wird man die waage= rechte und versetzte Anordnung der Kanalstege (Zickzackkanäle)
bevorzugen. Die Durchbrechungen der Stege bieten dabei den Vorteil, daß die unterwegs
entstehenden Flüssigkeitsteilchen den Gasstrom nicht auf seinem ganzen Wege begleiten,
sondern von Kanal zu Kanal abwärts tropfen können. Benutzt man die neue Zelle zum
Verflüssigen, so sind alle Kanäle fast ausschließlich mit Kühlgas gefüllt, und es
findet ein wirksamerer Wärmeaustausch als bisher statt.
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Mehrere Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in
der Zeichnung dargestellt. Es zeigen: ' Fig. i eine Flachzelle mit waagerechten
Zickzackkanälen, Fig. 2 eine Flachzelle mit symmetrisch angeordneten Kanalstegen,
Fig. 3 eine Flachzelle mit im wesentlichen senkrecht verlaufenden Kanälen.
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Die Flachzelle i gemäß Fig. i entspricht grundsätzlich den beim Gegenstande
des Hauptpatents vorgesehenen Kühlelementen. Die Stege 4. sind versetzt angeordnet,
so daß Umlenkstellen für das Wärmeaustauschmittel freibleiben. Stutzen 2 und 3,
die an je ein Sammelrohr zur Verbindung mehrerer Zellen angeschlossen werden, dienen
der Zu- und Ableitung des Kältemittels. Die Kanalstege 4 enthalten Durchbrechungen
5, z. B. gemäß Fig. i einfache Löcher, die entweder übereinander angeordnet oder
vorzugsweise von Steg zu Steg gegeneinander versetzt sind. Die Kälteflüssigkeit
wird durch den unteren Stutzen 3 eingeführt. Die gemäß dein Hauptpatent zwischen
den Flachzellen hindurchgeblasene Luft trifft als Warmluft auf den untersten Kanal
und verursacht eine stürmische Verdampfung, bei der aus dem oberen Stutzen z trockenes
Gas austritt. Benutzt man die Zelle i als Verflüssiger, so wird das Kältegas oben
bei 2 eingeführt und die Flüssigkeit bei 3 entnommen.
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Die Flachtasche 6 gemäß Fig. 2 zeigt waagerechte Querstege 7, die_
abwechselnd kürzer und länger sind. Die urchbrechungen 8 sind nicht als Steglöcher
angegeben, sondern es sind einzelne Klötze vorgesehen, so daß die Durchbrechungen
sich von einer Breitwand der Zelle bis zur anderen erstrecken, eine Ausführungsform,
die auch bei der Zelle i nach Fig. i möglich ist. Die zu verdampfende Kälteflüssigkeit
tritt bei 9 ein, und bei io entweicht das trockene Gas.
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Gemäß Fig. 3 sind in der Zelle i i die aus Klötzen 1a und 13 oder
14 oder 15 bestehenden Kanalstege nicht quer, sondern längs angeordnet. Links-wechseln
quer gestellte Klötze 12 mit längs gestellten Klötzen 13 ab. Die Klötze 14 sind
abwechselnd gegeneinander versetzt. Dadurch läßt sich eine günstige Verdampfung
und Abscheidung auch bei senkrecht verlaufenden Klotzreihen erreichen. Derselbe
Erfolg ist erzielbar, wenn gemäß Fig. 3 rechts alle Klötze 15 eines Steges auf einer
Geraden stehen und die Teilung der Klotzreihen entsprechend eng gewählt wird. Die
bei 16 eintretende Kälteflüssigkeit breitet sich sofort im Zellengrunde aus, verdampft
rasch, und das Gas strömt bei 17 ab.