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Verflüssiger, insbesondere für schwerer zu verflüssigende Arbeitsmittel
von Kältemaschinen Der Verflüssiger beispielsweise einer Verdichterkühlanlage hat
die Aufgabe, die 71n Verdampfer und durch Energieabgabe des Motors im Verdichter
aufgenommenen Wärmemengen an das den Verflüssiger durchfließende Kühlmittel abzuführen,
wobei das gasförmige Kältemittel wieder in den flüssigen Zustand übergeführt wird.
Bei Verflüssigern bekannter Art findet sich innerhalb eines kesselartigen Behälters
ein Bündel von Rohren, über die das zu verflüssigende Arbeitsmittel geleitet -wird
und die ihrerseits von einem Kühlmittel. -wie beispielsweise Kühlluft oder Kühlwasser,
durchströmt werden. Die Oberfläche der Rohre stellt die Kondensationsfläche dar.
Ihre Größe hängt ab von der niederzuschlagenden Flüssigkeitsmenge, für die die gewollte
Kälteleistung maßgeblich ist. Im übrigen aber hängt die Größe der Kondensationsfläche
nicht nur von der niederzuschlagenden Flüssigkeitsmenge, sondern von den Stoffwerten
des jeweils gewählten Arbeitsmittels ab. Sofort bei Einsetzen der Verflüssigung
des gasförmigen Kältemittels bildet sich auf der Rohroberfläche ein Kondensationsfilm.
Wenn das jeweilige Kältemittel einen hohen Wärmeleitwiderstand aufweist,, so verhindert
dieser Kondensationsfilm die weitere Wärmeabgabe. Es kommt zweiter hinzu, daß zähflüssige
Arbeitsmittel die Leistungsfähigkeit des. Verflüssigers herabsetzen bzw. eine Vergrößerung
der Kondensationsoberfläche erfordern im Gegensatz zu Arbeitsmitteln, die in verflüssigtem
Zustand leichter fließbar,- also auch leichter tropfbar sind. Die erforderliche
Kondensationsfläche wird also um so größer werden, je größer die niederzuschlagende
Flüssigkeitsmenge ist,
je höher der Wärmeleitwiderstand und je größer
die Zähigkeit des betreffenden Arbeitsmittels sind.
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Als Arbeitsmittel kommen insbesondere für Verdichterkühlanlagen vor
allem Ammoniak (NH3), schwefelige Säure (S02
), Kohlensäure (C02) und Frigen
(CF, Cl. i in Frage. Die nachstehende Zusammenstellung lißt einen Vergleich zwischen
den einzelnen Stoffwerten und der niederzuschlagenden Flüssigkeitsmenge der vorerwähnten
Arbeitsstoffe zu.
| ..`Kcal m h°C; 71 (Kgs m=) Vf."1 h |
| NH;, ...... 0,43 22 10-6 57,5 |
| S02 ...... 0,3 25 zo-e 84 |
| L 02 ...... O,ZS 6,2 Io-6 263 |
| CFIC12.... 0,11 23 1o--"' 229 |
Bei Berücksichtigung der vorstehend angegebenen Verhältnisse würde Ammoniak die
günstigsten Arbeitsbedingungen, vor allem also die kleinste Kondensationsfläche
ergeben. Für Ammoniak ist die niederzuschlagende Flüssigkeitsmenge am kleinsten,
ebenso hat Ammoniak im Vergleich zu den übrigen Arbeitsstoffen den kleinsten Wärmcleitwiderstand
während die Zähigkeit von Ammoniak
im wesentlichen nur von Kohlensäure in günstigerer Weise übertroffen wird. Die ungünstigsten
Verhältnisse ergeben sich jedoch bei Frigen. Dieses Arbeitsmittel weist nicht nur
die größte niederzuschlagende Flüssigkeitsmenge auf, sondern besitzt auch den größten
Wärmeleitwiderstand und nahezu die größte Zähigkeit.
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Bei Ammoniak, schwefeliger Säure und auch bei Kohlensäure, welche
zwar eine hohe niederzuschlagende Flüssigkeitsmenge, aber eine sehr günstige Zähigkeit
aufweist, ist jedoch zu berücksichtigen, daß es sich hier um Arbeitsstoffe handelt,
deren Verwendung im Betrieb erheblichen Schwierigkeiten begegnet. Allein schon mit
Rücksicht auf den schlechten Geruch von namentlich Ammoniak und schwefeliger Säure
ist es erforderlich, das gesamte Rohrleitungssystem des Verflüssigers und der zu
ihm führenden Rohre völlig gasdicht abzuschließen. Es können sogar bei Auftreten
von Undichtigkeiten Vergiftungserscheinungen sich einstellen- oder beispielsweise
in einem Kühlschrank aufbewahrte Nahrungsmittel verdorben werden. Bekannt ist ferner,
daß diese Gase an den metallenen Leitungen sehr leicht Korrosionserscheinungen hervorrufen.
Bei Verwendung insbesondere von Ammoniak und schwefeliger Säure geht man daher in
der Weise vor, daß man diese Arbeitsstoffe lediglich zur Kälteerzeugung verwendet
und sich eines weiteren zwischengeschalteten Kälteträgers bedient, der den eigentlichen
Kühlschlangen im Kühlraum o. dgl. zugeführt wird. Das bedeutet eine sehr erhebliche
Herabsetzung des Wirkungsgrades und naturgemäß auch eine Verwicklung im Aufbau der
ganzen Anlage und eine Verteuerung derselben.
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Es besteht somit das Bedürfnis, solche Arbeitsstoffe zur Kälteerzeugung
verwenden zu können, die, wie dies beispielsweise bei Frigen der Fall. ist, geruchlos,
ungiftig, unbrennbar und auch nicht explosibel sind. Es besteht die Aufgabe, solche
Arbeitsstoffe trotz ungünstiger Stoffwerte, also trotz hohen Wärme-Ieitwiderstandes
und großer Zähigkeit und trotz der Notwendigkeit, hohe Flüssigkeitsmengen niederschlagen
zu müssen, doch verwenden zu können. Eine Vergrößerung der Anzahl der Rohre in den
Verflüssigerkessel würde aber naturgemäß eine Vergrößerung des ganzen Verflüssigers
nach sich ziehen, was zu einer erheblichen Verteuerung der Anlage führen müßte.
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Für solche schwer zu verflüssigende Arbeitsstoffe ist ein Verflüssiger
für Kältemaschinen bekannt, dessen Rohre mit nach oben ausgebildeten Wulsten versehen
sind, welche sich schraubenlinienförmig um das Rohr legen. Die Rohre sind mit Rippen
überzogen, welche ebenfalls in schraubenlinienförmigen Windungen um das Rohr
gelegt sind und welche oben auf den Wulsten aufliegen. Die Rohre können auch
mit ringsumlaufenden Wulsten versehen sein, welche schraubenförmig über die Länge
des Rohres verteilt sind. wobei die Rippen auf dem äußeren Umfang der Wulste angeordnet
sind. Derartige Rohre haben außer der sehr schwierigen und kostspieligen Herstellung
den Nachteil. daß die Höhlungen im Innern der Rohre für den glatten Durchfluß der
Sole nachteilig sind. Die Höhlungen begünstigen außerdem eine Ablagerung von Schmutz
im Innern der Rohre, wodurch der Wärmeübergang verschlechtert wird.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, schwer zu verflüssigende
Arbeitsstoffe, wie beispielsweise Frigen, in Kühlanlagen o.dgl. verwendbar zu machen
und dabei eine einfache Herstellung des Verflüssigers zu gewährleisten.
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Da nach dem vorstehend Gesagten die Aufgabe nur dadurch zu lösen ist,
daß die Kondensationsfläche vergrößert wird, andererseits aber die Forderung besteht,
die Abmessungen des Verflüssigers so klein wie möglich zu halten, wird nach der
Erfindung vorgeschlagen, die von dem zu verflüssigenden Arbeitsmittel umspülten
und von einem Kühlmittel durchströmten Rohre mit rippenartigen
Ansätzen
zu versehen und, in deren Seitenwandungen exzentrisch zur Rohrachse liegend, nach
dem Abtropfende führende Rillen vorzusehen. Die Rippen an den Rohren bedeuten in
erster Linie eine Vergrößerung der Kondensationsfläche, wobei aber der innerhalb
des Verflüssigerkessels zur Verfügung stehende Raum wesentlich zweckmäßiger ausgenutzt
wird. Die in den Rippen vorgesehenen Rillen begünstigen einerseits das rasche Abfließen
oder Abtropfen des verflüssigten Arbeitsmittels und fördern -die Tropfenbildung,
so daß der Kondensationsfilm dünn gehalten, also die Wärmeabgabe an das durch die
Rohre strömende Kühlmittel nicht verhindert bzw. erschwert wird.
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Die beiliegende Abb. i läßt ein Ausführungsbeispiel eines solchen
Rohres nach der Erfindung erkennen. Das Rohr wird von außen von dem zu verflüssigendem
Arbeitsmittel umspült und innen von dem Kühlmittel durchflossen. Die Rippend tragen
Rillen c, welche, wie in Abb.3 ersichtlich, exzentrisch zur Rohrachse verlaufen.
Diese auf eine Spitze auflaufenden Rippen begünstigen im Zusammenhang mit der Rolle
c das leichte Abfließen des zu verflüssigenden Arbeitsmittels. Abb. z zeigt die
Ausbildung der Rippen als parallelwandige Flächen, wozu zweckmäßigerweise Bleche
von einer gewissen Wandstärke verwendet werden können. In diese Rippen werden beiderseits
die Rillen c eingedrückt, welche in gleicher Weise @vie bei den spitzzulaufenden
Rippen der Abb. i die Oberfläche vergrößern und infolge ihrer exzentrischen Lage
zur Rohrachse die Ableitung des Kältemittels begünstigen. Es wird damit erreicht,
daß sich auf der Oberfläche der Rohre a bzw. ihrer Rippen b stets nur ein sehr dünner
Kondensationsfilm bildet, während die überschüssige Flüssigkeit rasch durch die
Rillen c abgeleitet wird.
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Die Rippen b können mit dem eigentlichen Rohrkörper a, aus einem Stück
bestehen, gegebenenfalls aber auch nachträglich an diesem befestigt sein. Verflüssiger
nach der Erfindung lassen sich naturgemäß nicht nur bei Verwendung schwer zu verflüssigender
Arbeitsstoffe verwenden, sondern ermöglichen bei leichter zu verflüssigenden Arbeitsstoffen
eine Verkleinerung des ganzen Verflüssigers in seinem Aufbau. Durch die hohe Leistungsfähigkeit
des Verflüssigers nach der Erfindung lassen sich aber Arbeitsstoffe, wie beispielsweise
Frigen, Anwendungszwecken zuführen, für die sie früher entweder überhaupt nicht
brauchbar waren oder nur unter umständlicher Zwischenschaltung besonderer Kälteträger.
Die Vermeidung der letzteren bedeutet eine erhebliche Steigerung des Wirkungsgrades,
eine Vereinfachung im Aufbau der Kühlanlage und damit eine Verbilligung.