-
Gastemperaturwechsler für Absorptionskälteapparate nut Hilfsgas Die
Erfindung bezieht sich auf liegend ausgebildete Gastemperaturwechsler für Absorptionskälteapparate
mit Hilfsgas, die zwei Endkammern aufweisen, zwischen denen der eine Gasstrom in
einem oder vorzugsweise mehreren Rohren läuft, die durch einen mit den Endkammern
zweckmäßig verschweißten Mantel geführt sind, in dem der zweite Gasstrom verläuft.
Vorzugsweise ragt der liegend ausgebildete Temperaturwechsler mit seinem kälteren
Teil in das Innere eines Kühlschranks hinein und dient gleichzeitig in bekannter
Weise als Stütze für den Verdampfer.
-
Die Erfindung bezweckt, eine Ausführungsform für die bei derartigen
Wechslern erforderliche Entwässerung des einen Gasstromes zu schaffen, die die Massenfabrikation
besonders vereinfacht und verbilligt. Es ist bereits bekannt, bei derartigen Temperaturwechslern
das in den Endkammern aus dem warmen, vom Absorber kommenden Gasstrom kondensierende
Absorptionsmittel in den kalten, reichen Gasstrom, der den Mantel durchzieht, durch
kleine Löcher in den die Endkammern vom Mantel und damit die beiden Gasströme trennenden
Trennplatten zu entwässern. Diese Löcher sind dabei von einer Größenordnung, daß
sie sich durch einen Flüssigkeitsfilm selbsttätig für den Gasdurchtritt absperren.
Bei der zu entwässernden Flüssigkeit handelt es sich bei Apparaten mit Ammoniak
und Wasser um reines Wasserkondensat, das keinerlei Korrisionsschutzstoff enthält.
Infolgedessen tritt im Laufe der Jahre an diesen Löchern eine gewisse Rostbildung
ein, durch die das kleine Loch vollständig zurosten kann, so daß sich allmählich
Flüssigkeitsmengen
in den Endkammern sainnieln, die die Gaszirkulation beeinträchtigen.
-
Es ist ferner bereits bekannt, die Endkammern mit dem Mantel durch
U-Rohre zum Zwecke der Entwässerung zu verbinden. Dies erfordert das Bohren besonderer
Löcher in dein Temperaturwechsler sowie das Anschweißen der entsprechenden U-Rohre.
Auch diese U-Rohre aber sind in jahrelangem Dauerbetrieb nicht vollständig sicher,
da ihre tiefste Stelle sowohl durch mitgenommene Rostbildungen wie durch bei Transporten
des Apparates von den inneren Schweißstellen losbrechende Partikel verstopft werden
kann. Trotz der Mehrarbeit des Bohrens und Schweißens ist also auch dieser Weg nicht
vollständig sicher. Bei Temperaturwechslern, die mit dein kalten Ende in den Schrank
hineinragen, erschwert die nach unten hängende U-Rohrentwässerung zudem das Einführen
des Verdampfers in den Schrank. Ferner ergeben sich ini Schrank selbst durch ein
derartiges U-Rohr schwer zu reinigende Stellen lind Winkel.
-
Es ist drittens bekannt, bei stehenden Temperaturwechslern das den
einen Gasstrom führende Rohr in einem Flüssigkeitssumpf enden zu lassen, der die
Entwässerung der Flüssigkeit gestattet, die Gasströme aber getrennt hält. Diese
Lösung war jedoch bisher bei liegend ausgebildeten Gastemperaturwechslern nicht
möglich, obgleich diese Art der Entwässerung die praktisch sicherste gegen Verstopfungen
und allmähliche Rostbildung darstellt.
-
Die Erfindung schafft jedoch eine derartige Sumpfentwässerung für
liegend ausgebildete Gastemperaturwechsler. Sie besteht im wesentlichen darin, daß
der Querschnitt des Wechslers an den Stellen, an denen die Trennplatten zwischen
den Endkammern und dem Mantel des Wechslers eingefügt, zweckmäßig durch Schweißen,
sind, einen von der Kreisform abweichende, zweckmäßig eiförmige Form hat, so daß
die Trennplatte in einem Flüssigkeitssumpf enden kann und unter dem Spiegel dieser
Flüssigkeit eine Durchtrittsöffnung von ausreichender Größe erhältlich ist. um Störungen
durch Rost oder Schmutzpartikel unmöglich zu machen.
-
Die Erfindung soll näher unter Hinweis auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben werden, wobei sich weitere kennzeichnende Merkmale der Erfindung ergeben
werden.
-
Die Fig. i und 2 zeigen einen Gastemperaturwechsler gemäß der Erfindung
für Ab-
sorptionskälteapparate. die beispielsweise mit Wasser, Ammoniak und
Wasserstoff arbeiten, mit verschiedener Verdainpferschaltung und liegender Anordnung.
Die Fig. 3 und 4 zeigen Einzelheiten in vergrößertem Maßstab. Das vom nicht dargestellten
Absorber kommende arme Gas tritt durch eine Leitung io in die Endkammer i i des
Gastemperaturwechslers 12 ein. Die Endkammer i i wird durch eine Trennplatte 13
und eine Kappe 14 gebildet, die beide im gleichen Arbeitsgang im Ausführungsbeispiel
an das Mantelrohr 12 des Temperaturwechslers angeschweißt sind. In der Trennwand
13 sind, wie die Fig. 4 des Ausführungsbeispiels zeigt, eine Mehrzahl ovaler Rohre
15 luftdicht gelagert, die andererseits in der Gegenwand 16 der in der Abbildung
linken Endkammer 17 gelagert sind. Das arme Gas durchströmt also, von der rechten
Endkammer i i kommend, die Rohre 15 und gelangt in die Endkammer 17. Von hier aus
strömt das arme Gas durch Leitung' 18 in den schlingenförmig ausgebildeten Verdampfer
i9, in den das flüssige Kältemittel von oben durch Leitung 2o eintritt. Das im Verdampfer
gebildete reiche Gas tritt durch Leitung2i in den Mantelraum 22 des Gastemperaturwechslers
ein, in dem es die Rohre 15 umspült, wobei das arme Gas vorgekühlt wird. Das reiche
Gas tritt durch Leitung 23 zum nicht dargestellten Absorbersammelgefäß zurück. Vom
Mantelraum 22 tritt ferner die zum nicht dargestellten Druckgefäß abgehende Leitung
24 aus. Um einen möglichst guten Wärmeaustausch zu erzielen, ' ist das Mantelrohr
12 des Gastemperaturwechslers möglichst eng um die Rohre 15 herumgelegt und an seinen
Enden 25 etwas ausgeweitet, um das Anschließen der Rohre 18, 21, 23 und 24 zu erleichtern.
Wie aus den Fig. 2 und .1 klar ersichtlich, sind der erweiterte Teil z 5 des Mantelrohres
12 sowie die Endkappe 14 auf ihrer Unterseite zu einer Nase oder Tülle 27 ausgepreßt.
Die Trennplatte 13 ist etwa eiförmig gestaltet und an ihrer Unterseite mit einer
schlitzartigen Öffnung 26 versehen, die einen senkrechten Durchmesser von etwa 4
mm, mindestens jedoch .i mm, und eine Breite erhalten kann, die der seitlichen Ausdehnung
der beiden Tüllen 27 entspricht. Die so gestaltete Platte 13 wird bei der Herstellung
des Temperaturwechslers in einem Arbeitsgang mit dem Mantelrohr 12 und der Endkammer
14 verschweißt, wozu man den einzuschweißenden Steg 30 mindestens 2 mm breit
macht. Hierdurch gelingt es, einen Sumpf zu erhalten, in dem sich eine Durchtrittsöffnung
26 von ausreichender und sicherer Größe, die nicht durch Rosten oder Verschmutzungen
oder sogar schon beim Zusammenschweißen des Wechslers verstopft werden kann, anordnen
läBt bei sicherer Trennung der beiden Gasströme.
-
Bei erstem Starten des Apparates in der Schaltung gemäß Fig. i sind
die beiden Öffnungen 26 offen, so daß beim Einlaufen
vom flüssigen
Kältemittel in den Verdampfer ig noch keine Gaszirkulation zustande kommt, weil
beide Gaswege über die Löcher 26 kommunizieren. Das in den Verdampfer einlaufende,
aber wegen der mangelnden Gaszirkulation nicht verdampfende Kondensat läuft daher
durch Leitung 2,1 in den Mantelraum 22 des Gästemperaturlvechslers und füllt zunächst
den linken Sumpf 27 des Gastemperaturwechslers, wobei die Öffnung 26 durch flüssiges
Kältemittel abgedeckt wird. Sollte auch jetzt noch nicht die Gaszirkulation zustande
kommen, da der rechte Sumpf noch nicht flüssigkeitserfüllt ist, so füllt das Kondensat
auch die Ausweitung 25 an und läuft durch den, wie üblich, ganz schwach geneigten
Temperaturwechsler nach dem rechten Sumpf über, schließt auch die Öffnung 26 und
läuft dann in die Leitung 23 ein. Hierbei wird, da das flüssige Kältemittel in dieser
Leitung verdampft und der Verdampfer 1q. nebst Leitung 21 schon mit schwerem Gas
gefüllt sind, die reiche Gassäule mit Sicherheit schwerer als das Gas in der Leitung
für das arme Gas, so dar die Gaszirkulation in Gang kommt. Im weiteren Betriebe
nun fallen aus dem armen Gas in der Endkammer 1q. sowohl wie in den Rohren 15 Absorptionsmittelmengen
im flüssigen Zustand aus. Das sich in den Rohren 15 .bildende Kondensat läuft zufolge
der schwachen Neigung Zn die Endkammer i¢ zurück, so dar das im rechten Sumpf der
Figur stehende flüssige Kältemittel allmählich durch flüssiges Absorptionsmittel
ersetzt wird. Weitere Mengen vom Absorptionsmittel entwässern dann durch das Loch
26 in die Leitung 23 und laufen in den Kreislauf .der Absorptionslösung zurück.
Hierbei tritt der große 'Vorteil ein, dar diese flüssige Absorptionsmittel in der
Leitung 23 zum größten Teil verdampft und das reiche Gas also entsprechend dessen
Temperatur mit Wasserdampf sättigt. Dies ist von Wichtigkeit, damit beim Eintritt
des reichen Gases in den Absorber sofort eine Absorption des Kältemitteldatnpfes
in der Absorptionslösung stattfinden kann, während beim Eintritt des trockenen reichen
Gases gerade eine Verdampfung von der warmen Absorptionsflüssigkeit in den trockenen
Dampf erfolgen mürte.
-
Das im in der Figur linken Sumpf gespeicherte Kältemittel wird während
des Betriebes allmählich verdampfen, so dar nur in der Tülle 27 des Wechslers flüssiges
Kältemittel übrigbleibt, um die Öffnung 26 abzuschließen. Sollte auch das zur Abdeckung
dieser (Iffnung erforderliche flüssige Kältemittel verdampfen, so tritt eine Leckage
im Gasumlauf ein, die selbsttätig bewirkt, dar nicht genug Kältemittel firn Verdampfer
verdampfen kann, so dar das nun aus dem Verdampfer überlaufende Kältemittel die
Öffnung 26 sofort wieder abschließt.
-
In der Fig.2 ist ein Ausführungsbeispiel finit Gegenstrom im Verdampfer
gezeigt. Hier läuft das aus der Leitung 20 in den Verdampfer ig tretende flüssige
Kältemittel beim Starten des Apparates in die Endkammer 17, verschließt die linke
Öffnung 26 und steigt so weit an, bis es -die Ausweitung 25 angefüllt hat und durch
Glas Mantelrohr des Temperaturwechslers in den rechten Sumpf überläuft. Auch hier
verschließt es die Öffnung a6,- um in die Leitung 23 überzutreten und, da diese
länger als die Summe der Verdampferschlange ig und der Leitung 21 ist, die Gaszirkulation
mit Gegenstrom im Verdampfer anzulassen. Ist diese Zirkulation im Gegenstrom erst
in Gang gekommen, so läuft das arme Gas durch Leitung io aufwärts in die Endkammer
14, durch die Verbindungsrohre 15 in die Endkammer 17 und im Gegenstroi-n
durch den Verdampfer. Das reiche Gas fällt durch die Leitung 18, den Mantelraum
22 des Temperaturwechslers und die Leitung 23 zum Absorber zurück. Auch hier wird
wieder das Kondensat, das beim Starten in der Endkammer i¢ steht, allmählich durch
Absorptionsmittel ersetzt, das im Gastemperaturwechsler kondensiert. Diese Flüssigkeit
entwässert durch Leitung 23 in das Absorbersammelgefär. Das in der Endkammer
17 und im zugehörigen linken Sumpf stehende flüssi.geKältemittel verdampft
bis auf den in der Tülle 27 übrigbleibenden Rest, der bei etwaiger Verdampfung sich
selbsttätig ersetzt, weil bei der auftretenden Gasleckage unverdampftes Kältemittel
aus dem Verdampfer nachläuft.
-
Aus der Fig. 2, die Gegenstrom zeigt, ist besonders ersichtlich, wie
wichtig es ist, .bei sicherer Trennung der Gasströme im liegenden Wechsler einen
Flüssigkeitsüberlauf sicherzustellen, der nicht durch Verstopfungen gehemmt werden
kann, wie es bisher bei den engen Löchern in den Trennplatten oder der bisher üblichen
[)-Rohrverbindung möglich war. Denn eine Störung durch Verstopfung auf der Verdampferseite
des Gastemperaturwechslers bewirkt, dar die Gaszirkulation nicht zum Starten kommen
kann, weil das in der Endkappe i7 anfallende flüssige Kältemittel nicht in die Leitung
23 gelangt und dadurch den Gasumlauf starten kann.
-
Die Herstellung des Temperaturwechslers gemäß der Erfindung ist praktisch
besonders einfach. Bei der maschinellen Aufweitung des Mantelrohres 12 zur Erweiterung
25 wird gleichzeitig die Nase 27 mit ausgeprert. Ebenso wird die Endkammer 1q. aus
geeignetem Metallblech- durch Pressen mit der entsprechenden
Nase
versehen. Die Platte 13 wird in gewöhnlicher Weise gestanzt. Alle drei Teile werden
dann in einem einzigen Schweißvorgang miteinander verbunden. Erreicht wird, daß
man eine große Öffnung für den Flüssigkeitsdurchtritt bei sicher abgeschlossener
Gastrennung erhält. Denn da die Öffnung 26 während des ganzen Betriebes unter Flüssigkeit
liegt, also nicht mit Luft in Berührung kommt, ist die Gefahr des Verrostens trotz
mangelndem Korrisionsschutzmittel in der Flüssigkeit bedeutend herabgesetzt. Auch
eine Verstopfung durch Schmutzpartikel kann nicht, wie in U-Rohren, erfolgen, da
derartige Partikel selbstverständlich leichter an der schmalen Wand 13 vorbei als
durch ein enges U-Rohr gespült werden können.
-
Es kann aus praktischen Gründen angebracht sein, das Rohr 23 gemäß
Abb. 3 ein klein wenig, ungefähr i oder 2 mm, in die Ausweitung 25 des Mantelrohres
12 hineinragen zu lassen, um auch während längerer Betriebspausen und insbesondere
beim Starten mit Gegenstrom im Verdampfer die Öffnung 26 der Kammer rd. zu verschließen,
bevor das flüssige Kältemittel in die Leitung _3 überlaufen und den Gasumlauf starten
kann. die Öffnung 26 mit Sicherheit dauernd unter Flüssigkeitsabschluß zu halten.
Das Rohr 23 darf jedoch nicht so weit in den Temperaturwechsler hineinragen, daß
der Gasdurchtritt etwa durch Berührung mit den Rohren 15 mehr oder weniger gedrosselt
wird. Im Interesse der Deutlichkeit sind die Rohre 15 und das Mantelrohr 12 in größerem
gegenwärtigen Abstand gezeichnet, als sie in der praktischen Ausführung haben. Man
wird zur Verbesserung des Wärmeaustausches die Rohre 15 im Vergleich zum Mantel
12 so groß machen, daß eine möglichst geringe Spaltbreite zwischen ihnen entsteht.
-
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt, sondern kann vor allem auch bei liegenden Wechslern Verwendung finden,
bei denen der außerhalb des Kühlschrankinnern liegende Teil mit einem Schutz gegen
Kondensation von in der Atmosphäre enthaltenen Wasserdämpfen versehen ist. Auch
kann die Führung der Gasströme vertauscht werden.