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Kocheraggregat an einer mit druckausgleichendem Hilfsgas arbeitenden Absorptionskältemaschine Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kocheraggregat an einer mit druckausgleichendem Hilfsgas arbeitenden Absorptionskältemaschine mit einer Thermosiphonpumpe und einer Rektifiziersäule, wobei die Thermosiphonpumpe im Innern des Kocherrohres und der Rektifiziersäule angeordnet ist.
Das erfindungsgemässe Kocheraggregat, welches die anschliessend erläuterten Nachteile der bekannten Aggregate weitgehend ausschliesst, ist dadurch gekennzeichnet, dass die als Rohr ausgebildete Ther- mosiphonpumpe auf mindestens annähernd ihrer ganzen Länge wärmeisoliert ist.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden anschliessend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein bekanntes Kocheraggregat mit innerhalb des Kocherrohres angeordneter Thermosiphon- pumpe, Fig. 2 ein anderes, bekanntes Kocheraggregat, bei welchem das Pumpenrohr zum grössten Teil ausserhalb des Kocherrohres verläuft, mit schraubenlinien- förmig gewundenem Rektifikationsteil,
Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Ausführungs- form des Kocheraggregates mit als Kocherrohrver- längerung ausgebildetem, zylindrischem Rektifika- tionsteil, Fig. 4 einen Schnitt durch die Aggregate nach den Fig. 1-3 gemäss Linie a-a in diesen Figuren, Fig. 5-8 verschiedene Ausführungsformen eines Kocheraggregates nach der Erfindung.
Das in Fig. 1 dargestellte bekannte Kocheraggre- gat weist ein doppelwandiges Kocherrohr 1 auf, welches annähernd die Form eines Hohlzylinders hat. Die Innenwand 2 des Kocherrohres 1 bildet das Heizrohr des Aggregates, in welchem Heizrohr ein elektrisches Heizelement 3 angeordnet ist. Das Heizrohr könnte auch mittels Gas geheizt werden. In den Boden 4 des Kocherrohres 1 ragt das Ende eines als Doppelrohr ausgebildeten Flüssigkeits-Gegenstrom- Wärmeaustauschers 5, welches Ende einen Dom 6 bildet.
Der Austauscher 5 weist .ein in den von den beiden Wänden 2 und 13 des Kocherrohres 1 begrenzten Raum 13a mündendes Innenrohr 7 auf. In den Dom 6 ragt mittig das untere Ende 9 eines Pumpenrohres B. Sein oberes Ende 10 reicht bis nahe an ein Rohr 11, durch welches im Kocher ausgetriebene Kältemitteldämpfe das Aggregat verlassen.
Die Funktionsweise des beschriebenen Kocheraggregates ist folgende: Eine zum Beispiel mit Ammoniak als Kältemittel angereicherte wässrige Kältemittellösung strömt durch den von den beiden Rohren des Fl!üssigkeits- wärmeaustauschers 5 gebildeten Ringraum ih den Dom 6 und in das Pumpenrohr B.
Im Bereiche des Domes 6 wird die Lösung indirekt vom Heizelement 3 über die Flüssigkeit 14 im Kocherrohr 1 erhitzt. Die Flüssigkeit 14 im Kocherrohr 1 ist ebenfalls eine Kältemittellösung, die jedoch - da bereits ausgekocht - eine geringere Kältemittelkonzentration, als diejenige, welche dem Dom 6 und dem Pumpenrohr 8 zufliesst, besitzt. Daher weist sie einen höheren Siedepunkt und eine entsprechend höhere Temperatur auf als die Lösung im Bereiche des Domes 6.
Die im Dom 6 und am unteren Pumpenrohrende erhitzte Flüssigkeit bildet Dampfblasen. Sobald der Dom 6 mit Dampf angefüllt ist, steigen die Blasen durch das Pumpenrohr 8 nach oben. Nach dem Austritt aus dem Rohr 8 strömen die Dampfblasen nach oben durch das Rohr 11 ab.
Die an Ammoniak ärmer gewordene, durch das Pumpenrohr 8 mitgerissene
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Lösung strömt dagegen aus dem oberen Ende des Pumpenrohres 8 nach unten in das Kocherrohr 1 zurück, wo sie weiter ausgekocht wird und daher an Wasserdampf reiche Ammoniakblasen abgibt, welche nach oben durch die nachfolgenden kühleren Flüssigkeitsschichten steigen, in welchen das Dampfgemisch rektifiziert wird. Die in das Rohr 11 steigenden Blasen sind daher sehr reines Ammoniakgas. Die an Ammoniak arme Lösung fliesst durch das Innenrohr 7 ab und erwärmt im Gegenstrom die dem Dom 6 zufliessende reiche Lösung.
Bei dieser einfachen Anordnung, bei der das Pumpenrohr 8 - auch Steigrohr genannt - durch die heisse Kochflüssigkeit 14 hindurchgeführt ist, besteht der grosse Nachteil darin, dass dem gepumpten Dampf-Flüssigkeitsgemisch durch die Wandung des Pumpenrohres 8 hindurch noch beträchtliche Wärmemengen von der heisseren Kocherflüssigkeit 14 zugeführt werden, womit seine Temperatur unliebsamerweise erhöht wird, so dass die am Ende des Pumpenvorganges anschliessende Rektifikation der vom Kocher aufsteigenden Dämpfe auf eine möglichst tiefe Temperatur nachteilig beeinflusst wird. Zudem ist diese Rektifikation auch in, bezug auf günstige Strömungsführung zwischen Dampf und Flüssigkeit mangelhaft.
Mit dem in Fig. 2 dargestellten Kocheraggregat werden die angeführten Mängel behoben, indem sowohl durch Herausführen des Pumpenrohres 8 aus dem Kocherrohr 1 jegliche weitere, unerwünschte Wärmezufuhr zum Pumpenrohr 8 unterbunden wird:, als auch eine korrekte Gegenstromführung von aufsteigendem Kocherdampf und herunterfliessender Flüssigkeit in einer Schlange 20, in deren Oberteil das Pumpenrohr 8 einmündet, verwirklicht wird.
Bei richtiger Dimensionierung der in Fig. 3 dargestellten Rektifiziersäule 30 kann auch bei dem in dieser Figur dargestellten vereinfachten und weniger Höhe benötigenden Kocherrohr 1 eine gute Rektifikation, hier zum grossen Teil unterhalb des Flüssib keitsspiegels, erreicht werden.
Dabei ist die Güte der Rektifikation weitgehend davon abhängig, dass sich sowohl die sich gegenseitig durchdringende Aufwärts- wie Abwärtsströmung in einer über den ganzen Kanalquerschnitt reichenden möglichst angenäherten Parallelströmung ausbilden und frei von .etwelchen sekundären Turbulenz- oder Konvektionsströmungen bleiben. Ebenso ist jede Wärmeleitung durch die Kanalwandungen entlang der Rektifiziersäule möglichst kleinzuhalten.
Die Kocheraggregate nach den Fig. 2 und 3 weisen die beiden erwähnten Nachteile des, Kocheraggregats gemäss Fig. 1 nicht auf. Dagegen ergibt sich hier der Nachteil, dass, insbesondere bei Teillastbetrieb aber auch beim Anfahrvorgang oder bei durch Thermostat geregeltem Betrieb, im ausserhalb des Kocherrohres angeordneten Pumpenrohr 8 trotz Wärmeisolierung durch Abkühlung von aussen Teilkondensation auftreten kann, was den Betrieb des Aggregates nachteilig beeinflusst.
In Fig. 5 ist ein erfindungsgemässes Kocheraggre- gat für eine mit druckausgleichendem Hilfsgas arbeitende Absorptionskältemaschine dargestellt, dessen Kocherrohr mit 1 bezeichnet ist. Das Kocherrohr 1 ist ähnlich aufgebaut wie die vorbeschriebenen. Es weist einen Doppelmantel auf, wobei der Innenmantel 2 das Heizrohr des Aggregates bildet. Im Heizrohr ist ein Heizelement 3 vorgesehen. In den Boden 4 des Kocherrohres 1 mündet ein ein Doppelrohr bildender Flüssigkeitswärmeaustauscher 5, der an seinem im Kocherrohr 1 befindlichen Ende als Dom 6 ausgebildet ist.
Das Pumpenrohr 8 ist koaxial in dem Dom 6 angeordnet, wobei sein unteres Ende 9 in den Dom 6 vorsteht.
Zur Verhinderung der Wärmeaufnahme und Wärmeleitung durch das Pumpenrohr 8 ist dieses aus einem schlecht wärmeleitenden Material hergestellt, wodurch sowohl die schädliche Wärmeübertragung von heisser Kocherflüssigke.it 14 an kältere Pumpflüssigkeit im Pumpenrohr 8, als auch die die Rektifikation ebenfalls verschlechternde Wärmeleitung durch die Pumpenrohrwand vermindert wird. Es ist aber auch möglich, das Pumpenrohr 8 aussen oder innen oder beidseitig mit einer wärmeisolierenden Schicht, z. B. Email, zu versehen.
Das obere Pumpenrohrend'e mündet in ein zylindrisches Abzugsrohr 11, in welchem eine aus Kocherflüssigkeit 14 bestehende Rektifiziersäule 30 gebildet ist, deren Niveau unterhalb des vorerwähnten Pumpenrohrendes liegt.
Die in Fig. 6 dargestellte Variante des Kocheraggregates nach der Erfindung weist eine bessere Wärmeisolierung des Pumpenrohres 8 auf. Direkt anschliessend an den Dom 6 ist das Pumpenrohr 8 mit einem Mantel 32 umhüllt, so dass zwischen den Teilen 8 und 32 ein Ringraum 33 entsteht. Der Ringraum 33 kann gasgefüllt sein oder evakuiert werden, wodurch eine Wärmeisolation des Pumpenrohres 8 geschaffen wird, die derjenigen nach Fig. 5 überlegen ist.
Eine weitere Variante des Kocheraggregates nach der Erfindung ist aus Fig. 7 ersichtlich, bei welcher das dombildende Ende des Flüssigkeitswärmeaus- tauschers 5 bis nahezu an das obere Ende 10 des Pumpenrohres 8 reicht. Der obere Abschnitt des langen Domes 6 wird sich beim Füllen des Aggre- P Cr tes oder im Betrieb nach kurzer Zeit mit Dampf füllen, sofern er nicht schon mit dem d'ruckausglei chenden Hilfsgas angefüllt ist, so dass das Pumpenrohr 8 von der Kocherflüssigkeit 14 praktisch vollständig wärmeisoliert ist.
Die Ausführungsbeispiele gemäss den Fig. 5-7 weisen gegenüber der Ausführungsform gemäss Fig. 1 nicht nur den Vorteil des wärmeisolierten Pumpenrohres 8 auf, sondern besitzen zudem eine bessere Rektifikationssäule 30, welche die Erzeugung und Aufrechterhaltung einer Parallelströmung zwischen Flüssigkeit und Dampf ermöglicht.
Eine Störung der Strömungsverhältnisse und damit der guten Rektifikation durch das innerhalb der
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ganzen Rektifikationssäule sich erstreckende Pumpenrohr inkl. seiner Wärmeisolation kann dadurch verhindert werden, dass dieses Rohr im Aussendurchmesser möglichst klein dimensioniert wird. Durch Verkleinerung der Weite des isolierenden Ringraumes 33 auf ein noch zulässiges Minimum mindestens im oberen Abschnitt des innerhalb der Rektifika- tionssäule 30 liegenden Pumpenrohres 8 kann dieses Bestreben gefördert werden.
Auf dieser Erkenntnis ist die in Fig. 8 dargestellte Ausführungsform aufgebaut. Der Dom 6 weist in seiner unteren Hälfte, die ungefähr bis zur halben Kocherrohrhöhe reicht, einen grösseren Aussendurchmesser auf als in seiner oberen Hälfte, die bis zum oberen Ende des Pumpenrohres 8 reicht, so dass im Bereich der Rektifikationssäule 30 der Ringraum 33 eine kleinstmögliche Weite hat. Um in diesem engen Ringraum 33 eine gleichmässige Weite sicherzustellen, ist im Ringraum 33 ein schraubenlinien- förmiger Draht 34 vorgesehen.
Die geringe Wandstärke bei metallenen Pumpenrohren sowie die schlechten Wärmeleiteigenschaften bei nichtmetallischen Pumpenrohren verhindert eine Wärmeleitung in denselben.
Bei allen beschriebenen Ausführungsformen des Kocheraggregates nach der Erfindung ist das die Thermosiphonpumpe bildende Rohr 8 im Innern des Kocherrohres 1 und in der Rektifiziersäufe 30 angeordnet.
Die Funktionsweise ist prinzipiell bei allen beschriebenen Ausführungsformen die gleiche.
Das erfindungsgemässe Kocheraggregat ist bedeutend weniger mit den eingangs erwähnten Mängeln behaftet, indem es sowohl bei Voll- wie bei Teillast und beim Anfahren vollständig betriebssicher ist und trotzdem wirtschaftlich arbeiten kann, da es eine sehr kleine Kocherrohroberfläche und daher entsprechend kleine Wärmeverluste aufweist. Es ist zudem äusserst einfach in der Herstellung und im Betrieb und daher billig.