Absorptionskälteapparat
Die Erfindung betrifft einen Absorptionskälte apparat mit einem Rektifizierrohr am Kocher, worin Absorptionslösung abwärts fliesst, während Kältemittel dampf und Absorptionsmitteldampf aufwärts strö- men.
Es sind viele verschiedene Absorptionskälteapparate bekannt, bei welchen ein Rektifikator zur Verbesserung des Wirkungsgrades des Kochers benutzt wird. Durch den Rektifikator fliesst in der einen Ricb,tung Ab sorptionslösung mit verhältnismässig niedriger Tempera tur und verhältnismässig hohem Gehalt an Kältemittel, während in der anderen Richtung ein Gemisch von Kältemittel dampf und Dampf des Absorptionsmittels mit verhältnismässig hoher Temperatur strömt. Im Verlauf der Gegenstromrektifikation reichert sich das Dampfgemisch zunehmend mit Kältemittel dampf an und kühlt dabei ab, so dass in einem nachgeordneten Wasserabscheider oder Dampfkühier die Wärmeverluste an die Umgebung vermindert werden und sich der Gesamtwirkungsgratd des Kälteapparates verbessert.
Um eine wirkungsvolle Rektifikation zu erhalten, ist es vor allem notwendig, eine möglichst grosse Berührungsfläche zwischen dem Dampf und der Flüssigkeit im Rektifizierrohr zu schaffen und weiterhin sicherzustellen, dass über den gesamten Strömungsweg im Rektifizierrohr ein Gegenstrom von Flüssigkeit und Dampf zustande kommt. Weiterhin ist wichtig, dass der Strömungswiderstand im Rektifikator nicht zu gross wird, Idenn in diesem Fall müsste die Gesamthöhe des Kocher- und Rektifizierrohres entsprechend vergrössert werden, um der Gefahr instabiler Betriebszustände vorzubeugen.
Es ist bereits versuc'b,t worden, das angestrebte Ziel mit verschiedenartigen Einsätzen im Rektffikator zu erreichen. Als solche sind beispielsweise Drahtgeflechte, schirmartige Platten, Kugeln oder andere Füllkörper bekannt, die im Steigrohr des Kochers an denjenigen
Stellen angebracht wurden, wo eine Rektifikation statt finden sollte. Alle diese Rektifikationssäulen haben jedoch gewisse gemeinsame Nachteile. Erstens verteuern sie die Herstellung, weil sie, insbesondere während der
Montage, Handarbeitszeiten bedingen. Zweitens wird die metallische Oberfläche, die mit den korrodierenden dampfförmigen und flüssigen Betriebsmitteln in Berüh rung kommt, vergrössert. Entsprechend stärker ist auch der Verbrauch von die Korrosion verhin;dernden Agen zien in der Lösung, was zu einer verkürzten Lebens dauer des Kühlsystems führen kann.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Absorptionskätteapparat mit einem Rektifizierrohr am
Kocher zu schaffen, der sich vollautomatisch, ohne
Einbringung von Einsätzen und ohne Handarbeit ver hältnismässig schnell, einfach und billig herstellen lässt und dessen innere, metallische Oberfläche so klein wie möglich ist.
Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäss da dadurch gelöst, dass das Rektifizierrot,r eine Reihe von axial hintereinander angeordneten Verengungen auf weist, die durch gegenüberliegende Einbuchtungen in der Rohrwand eblldet sind.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht der Teile des Flüssigkeitskreislaufs eines mit einem trägen Hilfsgas arbeitenden Absorptionskälteapparates,
Fig. 2 einen waagerechten Schnitt gemäss der Schnittlinie II-II in Fig. 1.
Der schematisch dargestellte Absorptionskälteapparat arbeitet mit einem reaktionsträgen Hilfsgas und benutzt beispielsweise Wasser, Ammoniak und Wasserstoff als Betriebsmittel. Es können jedoch, auch andere Betriebsstoffe verwendet werden. Da der Aufbau und die Funktionsweise von Absorptionskälteapparaten grundsätzlich und in vielen Variationen bekannt sind, braucht darauf bier nicht näher eingegangen zu werden.
Die Beschreibung kann sich auf den Flüssigkeitskreislauf beschränken. Zu diesem gehört zunächst ein Absor bergefäss 10, der bis zu einem Niveau 11 mit angereicherter Absorptionslösung gefüllt ist. Während einer Unterbrechung des Betriebs stellt sich in einem Pumpenrohr 12, das über ein Innenrohr 13 eines Flüssigkeitswärmetauschers 14 mit dem Absorbergefäss 10 in Verbindung steht, ungefähr ein Flüssigkeitsstand 15 ein. Die reiche Absorptionslösung fliesst von dem Absorbergefäss 10 durch das Innenrohr 13 des Flüssigkeitswärmetauschers 14 zudem Pumpenrohr 12, welches Teil einer Thermosiphonpumpe bildet, welche z. B.
mit einer in einem Mantel 16 installierten elektrischen Heizpatrone 17 betrieben wird. Die in dem Pumpenrohr 12 aufwärts geförderte Absorptionslösung fliesst in ein Standrohr 18, welches in Form eines Rektifizierrohres 19 eine Verlängerung des Kochers 20 des Absorptionskälteapparates bildet. Ebenso wie idas Pumpenrohr 12 wird auch der Kocher 20 durch den Heizmantel 16 erhitzt. Die wärmeleitende Verbindung kann beispielsweise durch, eine oder mehrere Schweissverbindungen hergestellt sein. Die schwache Absorptionslösung fliesst abwärts durch den Kocher 20 und weiter durch eine äussere Leitung 21 des Flüssigkeitswärmetauschers 14, von wo sie durch ein Steigrohr 22 zum oberen Teil des insgesamt mit 23 bezeichneten Absorbers des Kälteapparates geleitet wird.
Das mit Kältemitteldampf angereicherte Dampfgemisch, welches von dem nicht gezeigten Verdampfer des Systems kommt, wird über eine Leitung 24 in das Absorbergefäss 10 eingeleitet, durchströmt dieses und im Anschluss daran den Absorber 23. Das nach der Absorption von Kältemitteldampf durch die im Absorber abwärts fliessende schwache Absorptionslösung üb rig bleibende, an Kältemittel arme Gas strömt durch eine Leitung 25 über einen nicht gezeigten Gaswärmetauscher zurück zum Verdampfer. Die Absorptionslösung, welche im Absorber Kältemittel aufgenommen hat, sammelt sich im Absorbergefäss 10. Der Rektifikator 19 besteht aus einem Rohr, welches mehrere durch gegenüberliegende Einbuchtungen erzeugte Verengungen 26, die in axialem Abstand von mindestens 10 mm angebracht sind, aufweist.
Die vom Pumpenrohr 12 geförderte und schon teilweise von Kältemittel befreite Absorptionslösung fliesst also durch diese Verengungen hindurch abwärts und begegnet dabei dem vom Kocher 20 kommenden Gemisch von Kältemitteldampf und Dampf der Absorptionsflüssigkeit. Im Kocher 20 hat der Dampf eine höhere Temperatur als die vom Pumpenrohr 12 zum Standrohr 18 geförderte Lösung. Die Verengungen 26 zwischen den Einbuchtungen des Rektifizierrohres 19 haben eine solche Weite, dass der Dampf nur in Gestalt von kleinen Dampfblasen aufsteigen kann, die insgesamt eine grosse Oberfläche haben. Auf diese Weise wird im Rektifikator zwischen dem Dampf und der Flüssigkeit ein intensiver Phasenwechsel und Tem peraturaustausc4 erzielt.
Die Verengungen 26 des Rektifizierrohres 19 verhindern auch, dass Flüssigkeit und Dampf aneinander vorbei strömen, ohne für eine gewisse Zeit in gegen seitiger Berührung zu bleiben. Sie gewährleisten also die Funktion und Wirksamkeit des Gegenstromprinzips. Die Verengungen bringen natürlich einen gewissen Strömungswiderstand mit sich, der dazu führt, Idass sich jeweils über jeder Verengung eine Flüssigkeitssäule von bestimmter Höhe aufbaut. In diesem Zusammenhang muss auch daran gedacht werden, dass zwischen den hintereinander angeordneten Verengungen die Möglichkeit bestehen muss, vom aufsteigenden Dampf die von diesem mitgerissenen Flüssigkeitströpfchen zu trennen.
Um diesen Bedingungen zu genügen, sollte der Abstand zwisob,en hintereinander angeordneten Verengungen wie vorerwähnt, wenigstens 10 mm betragen.
Für die Spaltweite der Verengungen 26 zwischen den Einbuchtungen sind Idie physikalischen Eigenschaf- ten, insbesondere die Viskosität und Oberflächenspannung, wider für einen bestimmten Absorptionskälteapparat ausgewählten Betriebsmittel sowie weiterbin die hindurch strömende Menge Dampf und Flüssigkeit bestimmend. Versuche mit Ammoniak und Wasser im Rahmen der bei Absorptionskälteapparaten üblichen Bedingungen haben gezeigt, dass die optimale Spaltweite bei ungefähr 1 mm liegt, gute Ergebnisse wurden jedoch auch mit Spaltweiten von bis zu 2 mm erzielt.
Bei dem in Fig. 1 jdargestellten Ausführungsbeispiel sind die geraden Verengungen 26 im Rektifizierrdbr 19 dadurch geschaffen worden, dass mit geeigneten Werkzeugen die Rohrwand, so wie in Fig. 2 gezeigt, eingedrückt wurde. Die kleinste Anzahl theoretisch notwendiger Verengungen entspricht der Zahl der notwendigen Scheiben in Rektifiziersäulen, die in bekannter Weise ermittelt werden kann.
Der von der Thermosiphonpumpe 12 und vom Rektifizierrohr 19 aufsteigende Dampf wird durch eine Dampfleitung 27 mit einem Wasserabscheider 28 zu einem Kondensator 29 geleitet, wo der Kältemitteldampf kondensiert. Das Kondensat fliesst dann in bekannter Weise weiter zu dem nicht gezeigten Verdampfer des Absorptionskälteapparates .