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Röhrenverdampfer für Kältemaschinen Die Erfindung betrifft einen Röhrenverdampfer
für Kältemaschinen mit einem Durchflußkanal, der aus mehreren miteinander verbundenen
rohrförmigen Leitungsabschnitfen von im wesentlichen gleichmäßigem Außen-. durchmesser
zusammengesetzt ist, die nacheinander von dem Kältemittel durchflossen werden, und
dessen Ouerschnitt durch eine Einlage geändert wird.
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Es sind-bereits Vorrichtungen mit einem Doppelrohr bekanntgeworden,
bei welchen als Leitung für das Kältemittel der zwischen dem inneren und dem äußeren
Rohr gebildete ringförmige Zwischenraum dient, wobei infolge der Zunahme der Abmessungen
des inneren Rohres in der Strömungsrichtung die Querschnittsfläche der Kältemittelleitung
entsprechend der Querschnittsvergräßerung des inneren Rohres in der Strömungsrichtung
abnimmt. Im Gegensatz hierzu besteht das wesentliche Kennzeichen der Erfhidung darin,
da.ß der freie Durchflußquerschnitt für das Kältemittel in Richtung des Kältemittel-£lusses
zunimmt, um auf diese Weise der mit der Überführung des Kältemittels von dem flüssigen
in den gasförmigen Zustand verbundenen Zunahme des von dem Kältemittel eingenommenen
Volumens Rechnung zu tragen.
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Bei anderen bekannten Vorrichtungen wurde die erforderliche Quer schnittsvergrößerung
des Durchflußkanals durch Verwendung von Rohren verschiedenen Durchmessers erreicht.
Es waren daher für die Herstellung der bekannten Vorrichtung verhältnismäßig kostspielige
Spezialrohre erforderlich, während die ganze Kühlschlange der Vorrichtung gemäß
der Erfindung aus gewöhnlichen handelsüblichen Leitungsrohren hergestellt werden
kann, da sämtliche Leitungsabschnitte
des Durchflußkanals für das
Kältemittel den gleichen Durchmesser aufweisen und die erforderliche allmähliche
Zunahme des Durchflußquerschnitts für das Kältemittel nict durch eine entsprechende
Erhöhung Außendurchmessers der einzelnen Leiturin.-abschnitte, sondern dadurch erreicht
ivir daß in die einzelnen Leitungsabschnitte Füllstangen unterschiedlicher Größe
eingesetzt sind und/oder die Steigung von in den einzelnen Leitungsabschnitten untergebrachten
spiralförmigen Leitmitteln geändert wird.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
dargestellt.
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Fig. z ist eine Stirnansicht des unteren Abschnittes eines mit einer
Kühleinrichtung nach der Erfindung ausgerüsteten Behälters.
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Fig. 2 ist ein Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. r.
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Fig.3 ist ein senkrechter Längsschnitt durch den Behälter nach der
Fig. r.
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Fig. 4 ist ein senkrechter Schnitt nach der Linie 4-.I der Fig. 3.
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Fig. 5 ist eine Ansicht einer bei der neuen Kühleinrichtung anwendbaren
L eitungsforrn. Fig. 6 ist eine ähnliche Ansicht einer etwas anderen Leitungsform.
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Fig.7 zeigt in schematischer Ansicht eine Abwicklung der einen Ausführungsform
der Leitungen für die Kühlflüssigkeit.
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Fig. 8 ist ein senkrechter Schnitt durch das mit bestimmten anderen
Leitungsabschnitten verbundene Kopfstück nach der Linie 8-8 der F.ig. 3.
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Fig.9 ist ein senkrechter Schnitt durch eine andere Kühleinrichtung.
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Die Erfindung ist, wie aus der Fig. 9 ersichtlich, auf Kühleinrichtungen
nach Art der Oberflächenkühlung, d. h. auf solche Kühleinrichtungen anwendbar, bei
welchen Milch oder eine andere zu kühlende Flüssigkeit über die Kühlfläche hinwegfließen
kann. Ferner ist sie insbesondere auf Eintauchgeräte, d. h. auf Geräte anwendbar,
bei welchen die Leitungen, Kanäle oder Schlangen für das Kältemittel in einen Teil
der zu kühlenden Flüssigkeit eingetaucht sind, der in einen Behälter oder Tank eingeschlossen
ist. Die bevorzugte Ausführungsform ist nachstehend an Hand der Fig. z bis 8 beschrieben.
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Der Tank oder Behälter 12 für die zu kühlende Flüssigkeit besteht
aus einer inneren metallischen Wandung 13 und einem äußeren Mantel 15 aus
dünnem Blech oder einem anderen geeigneten Stoff. -Die Wandung 13 ist dabei mit
einer Schicht 14 eines Isolierstoffes bedeckt. Ein Mannlochdeckel 16 schließt ein
Mannloch 17 der übliehen oder normalen Größe ab.
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In diesem Behälter befindet sich eine Eintauchkühleinrichtung, bestehend
aus einem Kopfstück 2o und eine Anzahl von Schleifen oder Jochstücke bildenden Leitungsabschnitten
21 bis 34. Das Kopfstück 2o kann beradlinig, gekrümmt oder von jeder anderen ,gewünschten
Gestalt sein. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das Kopfstück
2o aus einem Rohr, das, wie in den Fig. i, 4 und 8 gezeigt, zu einer etwas elliptischen
Form gebogen ist, wobei seine Enden bei 40 durch Schweißen o. dgl. miteinander verbunden
sind. An die Verbindungsstelle 4o angrenzend ist in dem Rohr zweckmäßig, z. B. durch
Schweißen, eine Zwischenwand 41 befestigt, wobei dicht neben dieser Zwischenwand
auf der einen Seite der Einlaß und auf der anderen der Auslaß vorgesehen sind. Die
durch den Einlaß eintretende Kälteflüssigkeit muß somit, bevor sie den Auslaß erreicht,
das Kopfstück längs seines ganzen ellipsenförmigen Umrisses durchfließen.
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Zur Bildung von Rückführleitungen oder Rohrschlangenabschnitten sind
die Leitungsstücke 2i bis 34 entweder mit einem zweiten Kopfstück oder einfacher
paarweise miteinander verbunden bzw. aus einem Stück hergestellt. So können z. B.,
wie in der Fig.6 dargestellt ist, zwei benachbarte Leitungsabschnitte 21 und 22
so aus einem Stück bzw. aus zwei zusammengeschweißten Teilen gebildet sein, daß
sie an ihren von dem Kopfstück 2o abgewandten Enden mit einem im wesentlichen halbkreisförmigen
Verbindungsbogen 45 ineinander übergehen. Mit einem solchen halbkreisförmigen Umkehrbogen
lassen sich vielfach befriedigende Ergebnisse erzielen. Zur Erzielung eines höchsten
Wirkungsgrades der Kühleinrichtung sowie eines geeigneten Strömungswiderstandes
für die über die Kühleinrichtung hinwegstreichende Kälteflüssigkeit sind an Stelle
der in der Fig. 6 gezeigten halbkreisförmigen Umkehrbogen jedoch zweckmäßig spitzwinklige
Verbindungen anzuwenden. Solche spitzwinkligen Verbindungen sind in den Fig.3 und
5 dargestellt. Dabei sind immer zwei ein Paar von Leitungsabschnitten bildende'
benachbarte Leitungsstücke :21 und 22 an ihren von dein Kopfstück 20 abgewandten
äußeren Enden miteinander verbunden, indem die Enden, wie bei 46 gezeigt, winklig
aufeinander zu gebogen und an der Verbindungsstelle 47 miteinander verschweißt werden.
Die beiden zusammengehörigen Leitungsabschnitte bilden daher an ihrer Verbindungsstelle
einen spitzwinkligen Bogen, wobei sich die Strömungsrichtung ganz plötzlich um erheblich
mehr als 9o° ändert.
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Die Rohre verlaufen, wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, über den
größten Teil ihrer
Länge im wesentlichen parallel zueinander. An
ihren von dein Kopfstück 2o abgewandten Enden ruhen sie auf Stützen 5o auf, die
durch Schweißen oder anderswie an den Rohren befestigt sind und immer ein Rohr eines
Paares oder Jochstückes mit dein benachbarten Rohr des nächsten Paares oder Jochstückes
verbinden. Die Stützen 5o sind von kleinem Querschnitt und verhältnismäßig biegsam,
so daß sie bei einer Dehnung oder Schrumpfung der Rohre infolge von Temperaturänderungen
verbogen werden können, ohne daß sich dabei die Rohre selbst verziehen würden. Eine
mit der Behälterwandung 13 verbundene, nach innen ragende Stütze
5 1 ist, wie insbesondere aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht, mit einer der
Stützen 5o verbunden, um das eine Ende des Rohrwerkes bzw. der Kühleinrichtung im
Abstand von dem Behälter zu halten. Die Stütze 5s ist, wie aus der Fig. 4 ersichtlich,
quer zur Längsrichtung der Kühleinrichtung verhältnismäßig breit; in dieser Richtung
setzt sie daher irgendwelchen Verformungen einen erheblichen Widerstand entgegen.
Dagegen ist sie, wie in der Fig. 3 gezeigt, in der Längsrichtung der Kühleinrichtung
verhältnismäßig dünn, so saß- sie einer Biegungsbeanspruchung durch in der Längsrichtung
der Kühleinrichtung ausgeübte Kräfte nur einen geringen Widerstand entgegensetzt.
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Die gegenüberliegenden oder im Sinne der Fig.3 und 7 linken Enden
der Rohre oder Leitungsabschnitte 21 his 34 sind auf irgendeine zweckmäßige Weise
-mit dem Kopfstück 2o verbunden. Die Rohre 2r bis 34 weisen zweckmäßig den ' gleichen
Außendurchmesser auf. Das Kopfstück 2o besteht dabei aus einem Rohr, dessen Innendurchmesser
im wesentlichen mit dem Außendurchmesser der Rohre 21 bis 34 übereinstimmt. Die
Enden der Rohre 21 bis 34 ragen durch Öffnungen des das Kopfstück 2o bildenden Rohres
in das Kopfstück hinein. Dabei sind sie unter einem upgefähren Winkel von 45° schräg
abgeschnitten, so daß sie, wie gezeigt, in dem Kopfstück Zwischenwände bilden. Die
Rohre sind an ihrer Verbindungsstelle mit dem Kopfstück mit diesem zweckmäßig verschweißt.
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Durch eine kleine Öffnung in der Stirnwand des Behälters 12 ragen
an auf gegenüberliegenden Seiten der Zwischenwände 41 befindlichen Punkten von dem
Kopfstück 2o eine Einlaß- und eine Auslaußleitung 55 bzw. 56 nach außen. -Eine die
Leitungen 55 und 56 umgebende und zur Bildung einer flüssigkeitsdichten Verbindung
mit diesen verschweißte Platte 58 bildet einen Abschluß für die Behälteröffnung
sowie einen Träger für die Ein-. laß- und Auslaßleitung, die ihrerseits' das Kopfstück
2o tragen und die Enden der ganzen Kühleinrichtung bilden. Auf der Außenseite des
Behälters sind den Leitungen 55 und 56 zwei Platten 59 angepaßt, durch die hindurch
an der Platte 58 befestigte Schraubenbolzen ragen, auf denen Muttern sitzen, die
auf den Platten 59 zur Anlage kommen, um auf diese Weise die Platte 58 in sichere
flüssigkeitsdichte Berührung mit dem Behälter festzuziehen. Durch eine Leitung 6o
(Fig. z) wird der Einlaßleitung 55 eine flüchtige bzw. bei niedrigen Temperaturen
verdampfende Kälteflüssigkeit geeigneter Art, wie z. B. Ammoniak, Methylchlorid,
Schwefeldioxyd, Freon usw., zugeführt, die, nachdem sie die Kühleinrichtung durchflossen
hat und in der Zwischenzeit in. den gasförmigen Zustand überführt worden ist, jedoch
möglicherweise noch etwas Flüssigkeit enthalten kann, durch die Auslaßleitung 56
und die äußere Auslaßverbindung 62 der Kühleinrichtung ausfließt.
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Bei der bevorzugten. Ausführungsform befinden sich der Einlaß und
der Auslaß nahe des untersten Punktes des ellipsenförmigen Kopfstückes 2o. Dabei
sind sie so angeordnet, daß das Kältemittel etwa durch die drei ersten Schleifen
und die dazwischenliegenden Teile des Kopfstückes nach oben und nach unten durch
die übrigen Schleifen und dazwischenliegenden Teile des Kopfstückes dem Auslaß zufließt.
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Wie am besten aus der Fig. 7 zu erkennen ist, bilden die in das Kopfstück
2o hineinragenden Rohrenden Zwischenwände, so daß das Kältemittel mit Ausnahme eines
durch gewisse, nachstehend noch ausführlicher beschriebene Nebenöffnungen begrenzten
beschränkten Teiles dieKühleinrichtung nicht unmittelbar längs des Kopfstückes durchfließen
kann, sondern vielmehr nacheinander durch die verschiedenen Schleifen oder Jochstücke
hindurchgeleitet wird. Das durch den Einlaß 55 hindurch in das Kopfstück 2o einströmende
Kältemittel fließt durch das Rohr 21 dem von dem Kopfstück entfernteren Ende der
Kühleinrichtung zu, von da durch das Rohr 22 in das Kopfstück zurück, über eine
kurze Strecke längs des Kopfstückes zu dem offenen Ende des Rohres 23, längs dieses
Rohres zu dem von dem Kopfstück abgewandten Ende durch das Rohr 24 in das Kopfstück
zurück usw. in Richtung der Pfeile der Fig.7 nacheinander durch die Rohre 25 bis
34 hindurch, bis es schließlich durch den Auslaß 56 aus dem Kopfstück ausfließt.
Zweckmäßig ist in dem Behälter 12 auf einer durch die von dem Kopfstück 20 abgewandte
Stirnwand des Behälters hindurchragenden Welle 71 ein flügel- oder schraubenartiges
Rührwerk 7o (Fig. 3 und 4) vorgesehen, das über ein in das Gehäuse 72
eingeschlossenes
Getriebe von einem geeigneten, ebenfalls in das Gehäuse 72 eingeschlossenen Motor
aus antreibbar ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die Welle 71 mit der
durch den Mittelpunkt des elliptischen Querschnittes des Kopfstückes hindurchgehenden
Längsachse der Kühleinrichtung ausgerichtet, so daß das umlaufende Rührwerk innerhalb
des Behälters in der Längsrichtung einen Flüssigkeitsstrahl durch die Kühleinrichtung
hindurchpreßt. Da dieser Kühlflüssigkeitsstrom nicht quer zu den Rohren, sondern
vielmehr in ihrer Längsrichtung gerichtet ist, setzt ihm die Kühleinrichtung nur
einen geringen Widerstand entgegen.
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Die elliptischen Umrisse des Kopfstückes 2o weisen vorzugsweise etwas
kleinere Abmessungen auf als die ähnliche elliptische Umfläche des Mannloches 17.
Die Querschnittsumrisse der Rohre 2z bis 3:a. als Ganzes sind in keinem Punkte größer
als die ellipsenförmige Umfläche des Kopfstückes 2o. Das gesamte Rohrwerk und das
Kopfstück können daher als vollständiges Ganzes durch das normale Mannloch 17 in
der Längsrichtung in den Behälter eingesetzt werden. Nach dem Einsetzen wird die
Kühleinrichtung in ihre richtige Stellung gebracht, wobei die Einlaß- und Auslaßverbindungen
55 und 56 durch die im Behälter vorgesehene kleine Anschlußöffnung hindurchragen
und zusammen mit der voraufgehend mit ihnen verschweißten Platte 58 in ihre aus
der Fig. 2 ersichtliche Stellung zum Verschließen der Anschlußöffnung in den Behälter
gebracht werden. Danach werden die äußeren Platten 59 in ihre Stellungen auf der
äußeren Seite der Anschlußöffnung gebracht, worauf die Muttern auf die voraufgehend
an der Platte 58 befestigten Bolzen aufgeschraubt und auf ihnen festgezogen werden.
Daraufhin wird die Tragstütze 51 zum Tragen des von dem Kopfstück 2o abgewandten
Endes der Kühleinrichtung mit dieser verbunden. Schließlich werden zur Vervollständigung
des Einbaues der Kühleinrichtung auf der Außenseite des Behälters auch noch die
erforderlichen Leitungsanschlüsse mit dem Einlaß und dem Auslaß der Kühleinrichtung
hergestellt.
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Wie aus der- Fig. i ersichtlich; ist die Kühleinrichtung von der durch
die Längsachse des Behälters hindurchgehenden senkrechten Ebene etwas nach der einen
Seite hin versetzt angeordnet. Soll daher die Kühleinrichtung sowohl von der* Außen-
als auch von der Innenseite aus gereinigt werden, so kann man in dem Behälter im
untersten Abschnitt des Bodens auf die Gehäusewandung auftreten. Außerdem liegen
die Rohre 28 und 29, wie in den Fig. i, q. und 8 dargestellt ist, zur Erzielung
eines ausreichenden Zwischenraumes zwischen diesen Rohren etwas weiter auseinander
als die übrigen Rohre, so daß man vom Innern des Behälters aus durch diesen Zwischenraum
zwischen den vorerwähnten Rohren hindurch eine Bürste oder ein anderes geeignetes
Werkzeug einführen kann, um auch die nach der Mitte des ellipsenförmigen Rohrwerkes
hin gerichteten Rohrseiten reinigen zu können.
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Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist in dem inneren Aufbau der
Rohre oder Leitungen der Kühleinrichtung zu sehen. Der Wirkungsgrad der Vorrichtung
nach der Erfindung kann dadurch erhöht werden, daß erstens größere Druckunterschiede
zwischen dem E.inlaß- und dem Auslaßdruck gebildet werden und außerdem die Kanäle,
Rohre oder Leitungen einen solchen inneren Aufbau aufweisen, daß sie von dem Kältemittel
mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit durchflossen und ihre Innenflächen im
wesentlichen vollständig oder doch zum größten Teil mit einer Schicht an =verdampftem,
noch flüssigem Kältemittel bedeckt gehalten werden. Zweckmäßig wird dem Kälteflüssigkeitsfluß
schon an oder nahe dem Einlaßende der Kühleinrichtung eine verhältnismäßig hohe
Geschwindigkeit gegeben. Werden dabei zur Bildung der Kanäle oder Leitungen genügend
dünne Rohre verwendet, um die gewünschte Strömungsgeschwindigkeit in dem ersten
Teil der Kühleinrichtung zu erzielen, so wären diese Leitungen, falls, wie üblich,
Rohre der gleichen Größe verwendet würden, in einem späteren Punkte der Kühleinrichtung,
in welchem das Volumen des Kältemittels infolge der Umwandlung eines Teiles des
Kältemittels von dem flüssigen in den dampfförmigen Zustand erheblich größer ist,
viel zu klein. Da sich in diesem Punkte noch weiter Dampf entwickelt und das Kältemittelvolumen
daher noch weiter stark zunimmt, würde die Strömungsgeschwindigkeit bei gleichbleibendem
Querschnitt der Leitung übermäßig stark ansteigen. Würden dagegen dem am Auslaßende
der Kühleinrichtung auftretenden Kältemittelvolumen angepaßte genügend große Rohre
verwendet, so wäre die aus Rohren gleicher Größe bestehende Leitung in der Nähe
des Einlaßendes der Kühleinrichtung viel zu groß. Es würde sich daher in diesem
Teil der Kühleinrichtung ein zähflüssiger und unwirksamer Kältemittelfluß ergeben.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind in die ersten
Rohre Füllglieder eingesetzt, um die für den Kältemittelstrom freigegebene Querschnittsfläche
des Durchgangsquerschnittes herabzusetzen.
So sind z. B. in den
beiden Rohren 2i und ä2* des ersten Jochstückes bzw. der ersten Schleife Stangen
8z vorgesehen, deren Außendurchmesser etwas kleiner ist als der Innendurchmesser
der Rohre. In die nächsten beiden Rohre 23 und 24., welche die zweite Schleife bilden,
sind Stangen 82 eingesetzt, die etwas kleiner sind als die Stangen 81, so daß in
diesen Rohren eine etwas größere Ouerschnittsfläche für den Kältemittelstrom freigegeben
ist. Die erforderliche Verjüngung der Stangen bzw. die gewünschte O_uerschnittszunahme
'des Durchflußkanals läßt sich noch besser und genauer erreichen,-wenn mit allmählich
zunehmender Steigung entsprechende Drähte spiralförmig auf die Stangen 81 und 82
a-ufgewickelt werden. So ist um die Stange 8i in dem Rohr 2i ein Draht solcher Abmessungen
aufgewickelt, daß er ganz oder doch annähernd mit der Innenwandung des Rohres 2
1 in Berührung kommt. Das Kältemittel kann daher nicht unmittelbar dem Rohr folgen;
es wird vielmehr in dem ringförmigen Zwischenraum zwischen Stange und Rohr längs
des durch den Draht begrenzten Kanals spiralförmig in dem Rohr herumgeführt. Wie
klar aus der Fig.7 hervorgeht, ist der Draht anfänglich mit einer verhältnismäßig
geringen Steigung auf die Stange 81 aufgewickelt, wobei die Steigung längs der Stange
8i allmählich zunimmt, so daß die Querschnittsfläche des durch den Draht begrenzten
Durchflußkanals in der Längsrichtung des Rohres allmählich größer wird. In ähnlicher
Weise ist auf die in dem Rohr 22 vorgesehene Stange 8i mit einer ungefähr der Endsteigung
des Drahtes 85 an dem Ausflußende des Rohres 2. entsprechenden Anfangssteigung ein
Draht 86 aufgewickelt, dessen Steigung in der Flußrichtung allmählich zunimmt, so
daß die Ouerschnittsfläche des Durchflußkanals in der Längsrichtung des zweiten
Rohres 22 allmählich zunimmt.
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In dem dritten Rohr 23 ist, da die Stange 82 einen kleineren Durchmesser
aufweist, zum Ausfüllen des Zwischenraumes zwischen der Stange und dem Rohr ein
größerer Draht 87 vorgesehen. Der Draht 87 hat, wie aus der Zeichnung ersichtlich
ist, eine verhältnismäßig kleine Anfangssteigung, die jedoch in der Flußrichtung
allmählich größer wird. Der auf die Stange 82 in dem Rohr 2q. aufgewikkelte Draht
88 weist in ähnlicher Weise 'eine in derFlußrichtung zunehmendeSteieung auf.
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Die Drähte 85, 86, 87 und 88 können vor dem Einschieben der Stangen
in die Rohrenden entweder ununterbrochen oder an im Abstand voneinander liegenden
Stellen mit den Stangen, auf welchen sie aufgewickelt sind, verschweißt werden.
Danach werden die Stangen zusammen mit den auf sie aufgewickelten Drähten vor dem
Einsetzen und Verschweißen der Rohre in bzw. mit dem Kopfstück 2o in die Rohrenden
eingeschoben.
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Die' vorerwähnte Bauart kann auf alle oder jede gewünschte Anzahl
von Schleifen oder Jochstücken angewendet werden, indem in den aufeinanderfolgenden
Schleifen oder Jochstücken immer kleiner und kleiner werdende Stangen verwendet
und auf die Stangen der einzelnen Schleifen Drähte mit zunehmender Steigung aufgewickelt
werden. Falls diese Bauart auf im wesentlichen alle Schleifen angewendet wird, müssen
üblicherweise Rohre übermäßig großen Durchmessers vorgesehen werden. Normalerweise
ist jedoch die Verwendung von Rohren mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser vorzuziehen,
da solche dünnen Rohre, insbesondere wenn sie aus teuren Stoffen, wie z. B. rostfreiem
Stahl., bestehen, erheblich billiger sind. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist
die Stangen-und Spiraldrahtbauart nur auf die ersten beiden Schleifen oder Jochstücke
der insgesamt sieben Schleifen angewendet, wogegen bei den übrigen Schleifen ein
anderer Aufbau vorgesehen ist.
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In den Rohren 25 und 26 des dritten Jochstückes bzw. der dritten Schleife
ist zweckmäßig eine Leit- oder Prällvorrichtung vorgesehen, durch die der Flüssigkeit,
während sie die Rohre durchfließt, in diesen Rohren eine gewisse Wirbelung oder
Drehbewegung erteilt wird, ohne daß dabei die Querschnittsfläche des Durchflußkanals
erheblich vermindert würde. Die Leit- oder Prallvorrichtung besteht vorzugsweise
aus einem Draht oder einer dünnen Stange 9o, die, an der Innenfläche des Rohres
oder der Leitung anliegend, spiral- oder schraubenförmig längs des Rohres aufgewickelt
ist, um einen von der Innenfläche nach innen ragenden spiral- oder schraubenförmigen
Rand bzw. eine spiral-oder schraubenförmige Leitfläche zu bilden.
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Die Leit- oder Prallvorrichtung kann auch die Form eines in das Rohr
oder die Leitung eingesetzten spiralförmig verdrehten Blechstreifens o. dgl. aufweisen.
Solche spiralförmig verdrehten Blechstreifen sind bei der Abänderungsform nach der
Fig. 9 dargestellt..
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In den Rohren 25 bis 3q. der übrigen Jochstücke sind vorzugsweise
spiral- oder schraubenförmig angeordnete Leit- oder Prallmittel der vorerwähnten
Art vorgesehen. Dabei werden zweckmäßig die weiter oben ausführlich erläuterten
spiralförmigen Drähte oderdünnen Stangen angewendet. Gegebenenfalls können jedoch
auch einige der Leit-oder Prallmittel die Form von spiralförmig verdrehten Blechstreifen
aufweisen, während wieder andere aus Drähten oder dünnen
Stangen
bestehen können. Falls z. B. die Ouerschnittsfläche der Leitungen des dritten Jochstückes
etwas vermindert werden soll, jedoch nicht so stark, daß eine Füllstange 82 angewendet
werden kann, so können die Rohre oder Leitungen des dritten Jochstückes mit den
vorerwähnten spiralförmig verdrehten Blechstreifen ausgerüstet werden, während den
Rohren oder Leitungen des vierten sowie der folgenden Jochstücke durch die Anordnung
von Leit- oder Prallmittel nach Art eines Drahtes oder einer dünnen Stange eine
etwas größere wirksamere Ouerschnittsfläche gegeben werden kann.
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Infolge der größeren Querschnittsfläche der Leitungen 25 und 26, verglichen
mit dem wirksamen Durchflußquerschnitt der Leitung 2q., fließt das Kältemittel durch
den ersten Teil der Leiturig 25 erheblich langsamer als durch die Leitung 24., wobei
die Strömungsgeschwindigkeit in den Leitungen 25 und 26 infolge der weiteren Verdampfung
von Flüssigkeit und der damit verbundenen- Erhöhung des Dampfvolumens allmählich
ansteigt. Am Ende des dritten Jochstückes, d. h. in der Fig. 7 am linken Ende des
Rohres 26, ist die Strömungsgeschwindigkeit wieder ungefähr auf die am Ende des
Rohres 2.1 auftretende Geschwindigkeit angestiegen.
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In der Fig. 7 sind Nebenöffnungen 93 gezeigt, welche das mit den Rohren
27 und 28 gebildete vierte Jochstück überbrücken. Die Öffnungen 93 sind in den einer
Zwischenwand ähnlichen Enden der Rohre 27 und 28 innerhalb des Kopfstückes 2o ausgespart.
Es kann daher ein Teil des Kältemittels durch die Öffnung 93 in dem Rohr 27 hindurch
in das Kopfstück 2o übertreten, von wo es, nachdem es eine kurze Strecke des Kopfstückes
2o durchflossen hat, durch die Öffnung 93 in dem Rohr 28 hindurch wieder mit dem
übrigen, die ganze Länge des Jochstückes 27 und 28 durchfließenden Kältemittelteil
zusammentrifft.
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Ähnliche Öffnungen 95 bzw. 97 können auch in den Rohren 29 und
30 bzw. 3 t und 32 des fünften bzw. des sechsten Jochstückes vorgesehen sein.
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Die Bemessung der entsprechenden Nebenöffnungen hängt von den jeweiligen
Umständen ab.
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Die Entscheidung darüber, ob NTebenleitungen angewendet werden sollen
oder nicht sowie die Bemessung dieser Nebenleitungen wird vorzugsweise nicht nach
irgendwelchen festen Regeln oder Formeln errechnet, sondern vielmehr zweckmäßig
dem Konstrukteur überlassen. Beider Anwendung von Nebenleitungen ist bei der Bemessung
der Nebenöffnungen zu berücksichtigen, daß dem durch ein vollständiges Jochstück
bzw. eine ganze Schleife hindurchfließenden Kältemittel ein größerer Reib--widerstand
entgegengesetzt wird als dem Kältemittelanteil, der die erheblich kürzere Nebenleitung
durchfließt, welche die Enden des Jochstückes oder der Schleife überbrückt.
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Es hat sich herausgestellt, daß sich bei einer Kühleinrichtung mit
Jochstücken oder Schleifen gegebener Größe und Länge durch Nebenöffnungen, deren
Ouerschnittsfläche ungefähr 15 °fo des gesamten Durchgangsquerschnittes des Jochstückes
oder der Schleife beträgt, die auf ein Verdampfen zurückzuführende Geschwindigkeitserhöhung
annähernd ausgleichen läßt. Bei einer solchen Bemessung des Jochstückes kann die
Fläche der Nebenöffnungen 93 ungefähr 15 °1o, die Fläche der Nebenöffnungen
95 ungefähr 30 %
und die Fläche der Nebenöffnungen 97 ungefähr 45 %
der Fläche der Rohre 27 und 28 betragen. In diesem Fall wäre die Strömungsgeschwindigkeit
im letzten Abschnitt des Rohres 32 unmittelbar vor dem Kopfstück 2o ungefähr gleich
groß wie die Strömungsgeschwindigkeit am Ende des Rohres 26. Wie leicht zu erkennen
ist, würden die gleichen Durchgangsquerschnitte der Nebenöffnungen bei Rohren unterschiedlicher
Länge oder Eigenschaften zu anderen Ergebnissen führen. Die vorstehend angegebene
Beziehung der Nebenleitungen zu den Jochstücken ist daher nicht als eine Beschränkung
des Erfindungsgegenstandes auf diese Verhältnisse, sondern vielmehr nur als ein
besonderes Ausführungsbeispiel aufzufassen.
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Gegebenenfalls können auch an den Enden der Rohre 33 und 3d., welche
das letzte Jochstück bzw. die siebente Schleife bilden, 'Nebenöffnungen 99 vorgesehen
werden. Die Beinessung dieser Nebenöffnungen ist ebenfalls von den jeweiligen Umständen
abhängig und wird zweckmäßig dem Konstrukteur überlassen. Vielfach ist es jedoch,
selbst dann, wenn einige der voraufgehenden Schleifen durch Nebenleitungen überbrückt
sind, erwünscht, die letzte Schleife durch keine NTebenleitung zu überbrücken, da
bei einer Überbrückung dir letzten Schleife durch eine Nebenleitung häufig eine
gewisse Menge an flüssigem Kältemittel durch die Nebenleitung fließt und das Kältemittel
daher in der Kühleinrichtung nicht vollständig verdampft wird.
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Die vorstehend beschriebene Bauart stellt eine hochwirksame Kühleinrichtung
dar. Die nach der Erfindung erzielbare, verglichen mit dem bei den gebräuchlichen
Kühleinrichtungen auftretenden trägen Kühlmittelfluß verhältnismäßig hohe Strömungsgeschwindigkeit
wirkt sich insofern in einer starken Erhöhung der Kühlkapazität aus, als bei einer
solchen hohen Strömungsgeschwindigkeit die Wärme rascher
durch die
Leitungs- oder Rohrwandungen hindurch auf das Kältemittel übertragen wird. Eine
solche hohe Strömungsgeschwindigkeit hat außerdem noch den weiteren wichtigen Vorteil,
daß das flüssige -Kältemittel infolge der großen Strömungsgeschwindigkeit des Dampfes
durch den Dampf mit fortgerissen wird, so daß sich die Flüssigkeit weder zu Klumpen
zusammenballt noch in dem unter sten Abschnitt des Rohrwerkes steckenbleibt, sondern
vielmehr dauernd zwangsweise mit fortgerissen wird. Falls dabei aus irgendwelchen
Gründen Öl in das Kältemittel eindringt, so wird es nicht gesammelt und in dein
Rohrwerk zurückgehalten, um auf diese `Veise die Wärmeaustauschfähigkeit der Rohrwandungen
zu vermindern und damit den Wirkungsgrad der Kühleinrichtung herabzusetzen; es wird
vielmehr ähnlich wie das flüssige Kältemittel zusammen mit dein rasch fließenden
Dampf durch die Einrichtung hindurchgeführt.
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Infolge der spiral- oder schraubenförmigen Ausführung strömen die
rasch fließenden Gaswirbel sowohl um die Füllstangen 81 und 82 als auch längs der
inneren Umflächen der keine Füllstangen aufweisenden Leitungen oder Rohre in der-
Weise, daß das flüssige Kältemittel ununterbrochen über die ganze Innenfläche der
Rohre, d. h. sowohl über ihre oberen als auch unteren Abschnitte geleitet wird;
es ist daher dauernd im wesentlichen die ganze Innenfläche der Rohre von einer Schicht
an flüssigem Kältemittel bedeckt. Dies wirkt sich in einer maximalen Kühlwirkung
aus. Diese Spiral- oder Wirbelbewegung trägt dazu bei, daß die in einen mehr oder
weniger fein zerteilten Sprühregen kleinster Teilchen zerstäubte Flüssigkeit diese
Form beibehält. Aber selbst wenn sich ungeachtet der Wirbelbewegung irgendwelche
nennenswerte Flüssigkeitsmassen bzw. Anhäufungen bilden sollten, würden diese Flüssigkeitsansammlungen
durch die scharfen Kanten oder Krümmungen, mit welchen sie in heftige Berührung
kommen, rasch in. einen Sprühregen oder in erheblich kleinere Teilchen zerstäubt
werden. Zu einer solchen Zerstäubung von Flüssigkeitszusammenballungen tragen insbesondere
die scharfen Kanten bei, die an der Verbindungsstelle zweier Rohre an ihren von
dem Kopfstück abgewandten Enden gebildet sind. Ferner trägt auch die rechtwinklige
Richtungsänderung an der Verbindungsstelle .zwischen dem Kopfstück und den Rohren
viel zu einer solchen Zerstäübung von, Flüssigkeitsansammlungen bei. Obwohl die
Strömungsgeschwindigkeit nach freiem Ermessen des Konstrukteurs innerhalb eines
weiten Bereiches geändert werden kann, hat es sich herausgestellt, daß sie in dem
ersten Rohr des ersten Jochstückes bzw. der ersten Schleife in den meisten Fällen
zweckmäßig nicht weniger als etwa 61 m/Min. und vorzugsweise ungefähr 1a2 m/Min.
betragen und bis zum Ende des letzten Rohres der letzten Schleife auf eine Dampfgeschwindigkeit
von nicht weniger als etwa 61o m/Min. und vorzugsweise etwa iioo m/Min. ansteigen
sollte.
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Der Au'slaß der Kühleinrichtung ist vorteilhaft mit einem Rückschlagventil
verbundefr, das auf einen ungefähren Druck von 3,2 kg/cm' -eingestellt ist. Der
Einlaß ist zur Erreichung einer höchsten Kühlflüssigkeit mit einem entweder von
Hand oder selbsttätig steuerbaren Einlaßventil versehen. Das Kältemittel ist üblicherweise
unter einem Druck von etwa 6,3 bis io,5 kg/cm2 zuzuführen. Bei der Verwendung von
Ammoniak als Kältemittel haben sich die vorstehend aufgeführten DYücke und Geschwindigkeiten
als die günstigsten erwiesen. Falls andere flüchtige Kältemittel, wie z. B. Methylchlorid,
Schwefeldioxyd, Freon usw., angewendet werden sollen, sind diese Drücke und Geschwindigkeiten
gegebenenfalls etwas zu ändern.
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Die beispielsweise in den Fig. i bis 8 veranschaulichte bevorzugte
Ausführungsform ist als in Milch, Wasser oder eine andere zu kühlende Flüssigkeit
eintauchbare Kühleinrichtung ausgebildet. Wie bereits weiter oben ausgeführt worden
ist, sind die der Erfindung zugrunde liegenden Merkfinale gleich vorteilhaft auf
Oberflächen- wie auf Tauchkühleinrichtungen anwendbar. Eine solche Oberflächenkühleinrichtung
ist zum Zwecke der Erläuterung in der Fig. 9 dargestellt. Bei der in dieser Figur
gezeigten Ausführungsform sind zwei im wesentlichen senkrechte Kopfstücke iii und
112 vorgesehen. Es könnte jede Anzahl von Rohren oder Leitungen verivendet werden.
Auf der Zeichnung sind zwölf solche Rohre izi bis 132 dargestellt. Alle diese Rohre
verlaufen annähernd tNaaTerecht, wobei sie mit ihrem einen Ende an das eine und
mit ihrem anderen Ende an das andere Kopfstück angeschlossen sind. Die Verbindung
kann dabei wie bei der voraufgehend erläuterten Ausführungsform, wie üblich, dadurch
hergestellt werden, daß in richtig bemessene Öffnungen in den Kopfstücken Rohre
eingesetzt werden, deren Außendurchmesser ungefähr dem Innendurchmesser der Kopfstücke
entspricht. Die in die-Kopfstücke hineinragenden Rohrenden sind, wie dargestellt,
zur Bildung von Zwischenwänden in den Kopfstücken schräg abgeschnitten.
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Das Kältemittel kann in jeder gewünschten Weise durch die verschiedenen
Rohre hindurchgeleitet werden. Zweckmäßig wird es jedoch in ein etwas unter dem
oberen. Ende
der Kühleinrichtung liegendes Rohr eingefÜhrt, - so
daß es zunächst nach dem oberen Ende der Kühleinrichtung hin aufwärts und danach
durch die übrigen Rohre abwärts fließt. So kann der Einlaß 14.o z. B. nahe dem Ende
des Rohres 121, d. h. dein von derl oberen Ende der Kühleinrichtung aus vierten
Rohr, an das Kopfstück i i i angeschlossen sein. Eine unmittelbar unterhalb des
Einlasses in das Kopfstück i i eingeschaltete Zwischenwand 141 verhindert, daß das
Kältemittel in dem Kopfstück nach unten entweicht, kvährend das Ende des Rohres
12i selbst eine weitere Zwischenwand bildet, durch die das Kältemittel an einem
Entweichen nach oben hin gehindert ist. Das Kältemittel ist daher gezwungen, in
das Rohr 121 einzutreten und dieses Rohr zu durchfließen. Das Kältemittel tritt
bei der in der Fig. 9 dargestellten Lage der Kühleinrichtung von dem rechten Ende
des Rohres 121 in das Kopfstück 112 und nach dein Durchlaufen einer kurzen Strecke
dieses Kopfstückes in das rechte Ende des Rohres 122 über, worauf es längs des Rohres
I22 dem Kopfstück i i i zufließt, durch dieses Kopfstück zum linken Ende des Rohres
123 strömt und schließlich längs des Rohres z23 wieder in das Kopfstück 112 gelangt.
Von hier fließt das Kältemittel wieder ein kurzes Stück in dem Kopfstück i i2 nach
oben, tritt in das rechte Ende des obersten Rohres 124 ein, .durchströmt dieses
Rohr nach links und: tritt diesmal nicht in das Kopfstück i I i, sondern in das
Ende einer Leitung 1:I5 über, durch welche es zu einem unmittelbar unter der Zwischenwandung
141 liegenden Punkte des Kopfstückes i i i nach unten geleitet wird. Von hier tritt
das Kältemittel in das Ende des zunächst unter dem Rohr 121 liegenden Rohres i25
über. Daraufhin fließt das Kältemittel durch das Rohr 125 dem Kopfstück 1i2 zu,
in diesem Kopfstück nach unten zu dem nächsten Rohr 126, durch das Rohr 126 näch
links zu dem Kopfstück i i I usw., bis es schließlich, nachdem es nacheinander alle
Rohre 127 bis 132 durchlaufen hat, von dem linken -Ende des Rohres 132 -
in den untersten Abschnitt des Kopfstückes i i i und von hier in die Auslaßverbindung
148 übertritt. In der Auslaßverbindung ist ein entsprechendes Rückschlagventil 15o
vorgesehen, während an die Einlaßverbindung iq.o ein Einlaßventil i55 angeschlossen
ist, das selbsttätig durch eine Temperatursteuereinrichtung, bestehend aus dem mit
dem Auslaß 1,48 in Berührung stehenden wärmeempfindlichen Element 156, geregelt
wird.
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Der innere Aufbau der Rohre dieser Form der Kühleinrichtung ist der
gleiche oder doch im wesentlichen der gleiche, wie er vorstehend im Zusammenhang
mit der zuerst erläuterten Kühleinrichtung beschrieben worden ist. So können z.
B. in die ersten beiden Rohre 121 und 122 Füllstangen 16o eingesetzt sein, auf welche
in ähnlicher Weise wie die Drähte 85 und 86 bei der weiter oben beschriebenen Kühleinrichtung
mit allmählich zunehmender Steigung Drähte 161 und 162 spiral- oder schraubenförmig
aufgewickelt sind. In die beiden Rohre 123 und 124 können dünnere Füllstangen 164
eingesetzt sein, auf die ebenfalls wieder mit allmählich zunehmender Steigung den
weiter oben beschriebenen Drähten 87 und 88 ähnliche stärkere Drähte 165 und 166
aufgewickelt sind. Bei den übrigen Rohren 125 bis 132 können die Füllstangen
weggelassen sein.
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Zweckmäßig sind in den Rohren 125 bis i32 Prall- oder Leitmittel vorgesehen,
um dem durch diese Rohre hindurchströmenden Kältemittel eine spiralförmige oder
drehende Wirbelbewegung aufzuzwingen. Die Prall-oder Leitmittel können die Form
von spiralförmig aufgewickelten Drähten oder dünnen Stangen, wie z. B. den im Zusammenhang
mit der Fig.7 beschriebenen Drähten oder Jochstücken 9o oder den in Verbindung mit
der Fig.9 erläuterten spiralförmig verdrehten Streifen 17o aufweisen.
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Wie bei den voraufgehend erläuterten Ausführungsformen, so können
auch hier nach freiem Ermessen des Konstrukteurs Nebenleitungen vorgesehen werden.
Für den Fall, daß solche Nebenleitungen als erforderlich erscheinen, kann zwischen
den Rohren 127 und i28 eine Nebenleitung 172 und zwischen den Rohren 129 und 13o
eine Nebenleitung 174 vorgesehen werden.
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Die Milch, das Wasser oder eine andere zu kühlende Flüssigkeit kann
über die gesamte Oberfläche der Rohre 121 bis 132 oder nur einen bestimmten Teil
davon geleitet werden. So kann z. B. aus einem Behälter oder Trichter über das obere
Ende des obersten Rohres 124 Flüssigkeit ausgegossen werden, wobei die art den Seiten
des Rohres nach unten fließende Flüssigkeit durch eine von der Bodenkante dieses
Rohres abwärts verlaufende Leitfläche 18o über das obere Ende des nächsttieferen
Rohres i23 geleitet wird. Falls an den unteren Kanten dieser Rohre solche Leitflächen
18o vorgesehen werden, fließt die zu kühlende Flüssigkeit nacheinander von jedem
einzelnen Rohr längs seiner Leitfläche auf das obere Ende des darunterliegenden
Rohres zu, wobei sie schließlich in einem entsprechenden Behälter oder Trog unter
dem unteren Ende des letzten Rohres 132 aufgefangen wird.
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Diese Oberflächenkühleinrichtungen können entweder offen liegen oder
in ein entsprechendes Gehäuse eingeschlossen sein. Ihre
innere
Wirkungsweise ist im wesentlichen die gleiche wie die in Verbindung mit der zuerst
erläuterten Ausführungsform beschriebene.