EP0131213A2

EP0131213A2 - Wärmeaustauscher

Info

Publication number: EP0131213A2
Application number: EP84107485A
Authority: EP
Inventors: Hans H. Sladky
Original assignee: Individual
Current assignee: Sladky Hans H
Priority date: 1983-07-06
Filing date: 1984-06-28
Publication date: 1985-01-16
Also published as: DE3465623D1; US4799542A; US4848447A; DE3324330A1; IL72371A; EP0131213A3; EP0131213B1; ATE29169T1

Abstract

Ein besonders effizienter und platzsparender Dünnschichtkühler enthält ein oder mehrere in einem das wärmeaufnehmende Medium (35), z.B. siedendes Kältemittel enthaltenden Kessel (2) senkrecht angeordnete Rohre (1) mit je einem im oberen bereich angeordneten verteilerköpfen (3), die sich nach unten so erweitern, daß zwischen deren unterstem Umfang (12) und der Innenwand (13) des Rohres (1) nur ein enger Ringspalt (14) offen bleibt, wo der Flüssigkeitsstrom abreißt, so daß von dort an die wärmeabgebende Flüssigkeit (15) als dünner Film an der Innenwand des Rohres (13) abwärtsfließt. Der Kältemittelkreislauf führt aus dem Kessel (2) über Überlaufrohre (161,162) in den als liegender Zylinder (160) ausgebildeten Abscheider. Die Überlaufrohre (161,162) münden oberhalb des Niveaus 34 des Flüssigkeitssumpfes (36). Die Abflußleitung (171) führt die abgeschiedene Flüssigkeit aus dem Abscheider (160) in den kessel (2) zurück. Auf der Oberseits des Zylinders (160) ist nahe einem Zylinderboden (99) der mit der Saugseite des Kompressors verbundene Absaugstutzen (169) angebracht. Durch den gleichen Zylinderboden (99) führt das in eine Düse (184) auslaufende Einspritzrohr (109). Um Verstopfungen der Ringspalte (14) durch mechanische Verunreinigungen der wärmeabgebenden Flüssigkeit zu beheben, wird diese den Rohren (1) über ein Vorlaufgefäß (37) zugeführt, in dem zwei Niveauregler (126, 76) in verschiedener Höhe angebracht sind. Bei durch Rückstau infolge Verstopfung verursachtem Anstieg des Flüssigkeitsspiegels (45) im Gefäß (37) schaltet zuerst der untere Niveauregler (126) eine Vorrichtung (46, 47; 141, 142) ein, die aus den Rohren (1) nach oben herausragende, mit den Verteilerköpfen (3) verbundene Bolzen (43) in Auf-und Abwärtsbewegung versetzt. Wird die Verstopfung dadurch doch nicht behoben, so daß der Flüssigkeitsspiegel (45) weiter steigt, schaltet der höher angeordnete Regler (76) den die Abwärtsbewegung steuernden teil (142) der Bewungsvorrichtung aus, so daß die Verteilerköpfe (3) ganz aus den Rohren herausgezogen werden, so daß die dann durch die völlig offenen Rohre stürzende Flüssigkeit alle mehanischen Verunreinigungen mitreißt, der Flüssigkeitsspiegel (45) in (37) schlagartig absinkt und beide Niveauregler wieder ausgeschaltet werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Dünnschichtwärmeaustauscher, der für den Einsatz von durch Feststoffe verunreinigten Flüssigkeiten als wärmeabgebendes Medium geeignet ist, wie z.B. für die Verwendung von Fluß-, Grundwasser od. dgl. als Wärmequelle für Wärmepumpen, der den bisher für solche Zwecke verwendeten Wärmeaustauschern bezüglich Wärmedurchgangszahl und Platzbedarf deutlich überlegen ist. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers gestatten darüber hinaus auch mit stark durch Feststoffe verunreinigten wärmeabgebenden Flüssigkeiten einen nicht durch Reinigungsarbeiten unterbrochenen Dauerbetrieb.
Die wichtigesten Eigenschaften der zur Zeit bekannten und praktisch angewendeten, mit durch Feststoffe verunreinigten Flüssigkeiten beaufschlagbaren Wärmeaustauscher sind nachstehend zusammen mit den durch sie erzielbaren Wärmedurchgangszahlen zusammengestellt, wobei zwecks Vergleichsmöglichkeit in jedem Falle als Beispiel für das wärmeaufnehmende Me- d_ium die gleiche Substanz, nämlich siedendes C C1₂ F₂ gewählt ist.
Liegende Rohrkesselverdampfer mit von der wärmeabgebenden Flüssigkeit durchströmten und vom Kältemittel bedeckten Rohren erreichen maximal einen Wärmedurchgangskoeffizienten von ca. 400 W/m²K. Bei Verwendung von Wasser als wärmeabgebendes Medium darf dessen Wärmeinhalt nicht weiter als entsprechend einer Abkühlung auf +4⁰C ausgenützt werden, um ein Bersten der Rohre durch Eisbildung zu vermeiden. Die Reinigung der Rohre ist nur nach Demontage der abgedichteten Verteilungsdeckel möglich.
Im wärmeabgebenden Medium (z.B. Wasser) aufgestellte, vom Kältemittel durchströmte Verdampferrohre oder Plattenverdampfer gestatten die Einhaltung einer niedrigeren Abkühlungsgrenze von ca. +1°C, haben aber einen vielfach größeren Platzbedarf als Rohrkesselverdampfer und einen etwas schlechteren Wärmedurchgangskoeffizienten von ca. 300 W/m²K. Die Reinigung der Außenseiten der Rohre oder Platten ist umständlich, weil diese bis zu 1,5 m tief im wasserführenden Kanal liegen und ihr Abstand maximal 100 mm beträgt.
Den besten Wärmedurchgangskoeffizienten von ca. 800 W/m²K und die niedrigste Abkühlungsgrenze von + 0,2°C haben Platten- und Rohrrieselkühler, d.h. von Kältemittel durchströmte waagrechte Rohre oder Platten, auf deren Außenflächen die wärmeabgebende Flüssigkeit als dünner Film abwärts strömt. Diese muß deshalb aus über den Rohren oder Platten angeordneten, im Boden einer Verteilerwanne angebrachten Lochreihen mit engen Bohrungen abgerieselt werden, die naturgemäß bei Vorliegen fester Verunreinigungen zu Verstopfungen neigen. Auch die Reinigung der Oberflächen der Rohre oder Platten erfordert Arbeitsaufwand und Betriebsunterbrechung, da dazu die Seitenabdeckungen entfernt werden müssen.
Die Verwendung senkrechter Wärmeaustauschrohre, auf deren Innenflächen ein Film einer ersten, für den Wärmeaustausch bestimmten Flüssigkeit abwärts fließt, während die Außenseite der Rohre von einem zweiten, am Wärmeaustausch teilnehmenden Medium umgeben ist, ist zwar in anderem Zusammenhang schon vorgeschlagen worden, konnte sich aber in der Praxis nicht durchsetzen, vor allem weil eine verläßliche Bildung und Aufrechterhaltung eines Flüssigkeitsfilms auf der Innenfläche des Austauschrohres mit den dort vorgeschlagenen Mitteln, wenn überhaupt, nur unter Inkaufnahme einer mindestens ebenso großen Verstopfungsgefahr wie bei Rohr- und Plattenrieselkühlern gelungen ist.
So ergibt z.B. die Einführung der Flüssigkeit in das nach unten zu konisch erweiterte Austauschrohr über ein Wehr wie nach DAS 1 164 990 oder durch mehrere tangential angeordnete Zuführungen wie nach CH-PS 600 279 keine Gewähr dafür, daß die Flüssigkeitsströmung weder an der Einführungsstelle noch an der Stelle der konischen Erweiterung von der Wand abreißt, sondern über die ganze Länge der Rohrinnenwand den gewünschten zusammenhängenden dünnen Film bildet.
Die in der DD-PS 46 722 vorgeschlagene Maßnahme, am Oberteil des Wärmeaustauschrohres einen in dieses hineinragenden, nach unten zu erweiterten, oben und unten offenen hohlen rotationssymmetrischen Körper durch mindestens drei Halterungsrippen zu befestigen, dessen nach außen gekrümmte Oberfläche die Flüssigkeit auf die Rohrinnenwand hinleiten soll, könnte in der vorgesehenen Forma schon'deshalb keine Filmbildung an der Rohrinnenwand gewährleisten, weil die dargestellte Breite der Öffnung zwischen dem Rotationskörper und der Rohrinnenwand dazu viel zu groß wäre ganz abgesehen davon, daß auch die Form des Rotationskörpers kein glattes Abreißen der Flüssigkeitsströmung von seinem unteren Rand ermöglicht, sodaß mindestens ein erheblicher Teil der zugeführten Flüssigkeit die Rohrinnenwand gar nicht erreicht, sondern frei nach unten fällt. Auch eine erhebliche Verengung des Ringspaltes würde wegen der ungünstigen Form des Rotationskörpers keine verläßliche und gleichmäßige Filmbildung bewirken, wohl aber die gleiche Verstopfungsgefahr wie bei bekannten Rohr- und Plattenrieselkühlern mit sich bringen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Dünnschichtwärmeaustauscher mit stehenden Rohren zu schaffen, der frei von den Nachteilen der bekannten Kühler ist, insbesondere außerordentlich hohe Wärmedurchgangskoeffizienten ergibt und außerdem zulässige Abkühlungsgrenzen, die den niedrigsten bisher bekannten noch überlegen sind sowie besondere Ausführungsformen zuläßt, die auch bei Verwendung von stark mit Feststoffen wie Sand, Schlamm u. dgl. verunreinigten Flüssigkeiten als wärmeabgebendes Medium einen nicht durch Reinigungs- und/oder Instandsetzungsarbeiten unterbrochenen Dauerbetrieb ermöglicht. Einer der Vorteile des erfindungsgemäßen Kühlers besteht u.a. in der Möglichkeit, Wasser bis auf Temperaturen unter 0°C, z.B. auf -1/2°C in unterkühlten Zustand ablaufen zu lassen und damit seinen Wärmeinhalt besser auszunützen als mit bekannten Wärmeaustauschern möglich.
Dies wird im wesentlichen dadurch erreicht, daß im Oberteil des Wärmeaustauschrohres bzw. einer Vielzahl von Wärmeaustauschrohren je ein voller oder mindestens unten voller oder mindestens unten geschlossener Verteilerkopf angebracht ist, der sich nach unten zu derart erweitert, daß zwischen seinem scharfkantigen unteren Rand und der Rohrinnenwand ein enger Ringspalt von maximal 1mm vorzugsweise 0,3 - 0.7mm freibleibt und daß die Zufuhr der wärmeabgebenden Flüssigkeit in das Wärmeaustauschrohr durch vorzugsweise einstellbaren hydrostatischen Druck aus einem über dem Wärmeaustauschrohr angeordneten Vorlaufbehälter erfolgt, in dem sich die obere Öffnung des Wärmeaustauschrohres befindet.
Man erkennt, daß erfindungsgemäß die bisher allgemein für unentbehrlich gehaltene Be- bzw. Entlüftung des Wärmeaustauschrohres nicht notwendig ist. Deshalb ist es erfindungsgemäß möglich, die Gefahr der Kontamination der naturgemäß großen Flüssigkeitsoberfläche durch Keime aus der Luft zu vermeiden, welche bisher den Einsatz von Dünnschichtkühlern für die Kühlung von Milch u. dgl. praktisch verhindert hat.
Vorzugsweise ist der Verteilerkopf im Wärmeaustauschrohr axial verschieblich und mit einem aus dem Rohr herausragenden Bolzen versehen, durch den er in Auf- und Abwärtsbewegung versetzt werden kann. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen des Verteilerkopfes sowie Vorrichtungen, die die Bewegung des Verteilerkopfes bei Verstopfung des Ringspaltes automatisch in Gang setzen und, wenn bei besonders starker Verschmutzung auch diese Maßnahme die Verstopfung noch nicht behebt, den Verteilerkopf vorübergehend ganz aus dem Rohr entfernen. Weitere Ausführungsformen betreffen eine besondere Führung des Kältemittelkreislaufes, die den Wärmeübergang auf der Kältemittelseite und den Wirkungsgrad der Phasentrennung des Kältemittels verbessert sowie Maßnahmen zur weiteren Verbesserung des Wärmeüberganges auf der Kältemittelseite durch Verringerung des dem Kältemittel zur Verfügung stehenden Raumes im Verdampfer.
Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Figuren schematisch und beispielsweise näher erläutert.
Für die praktische Anwendung der Erfindung wird zwar meist eine Vielzahl von Wärmeaustauschrohren verwendet; da die Erfindung aber grundsätzlich auch mit einem einzigen Wärmeaustauschrohr durchführbar ist und Aufbau und Funktion aller Rohre auch bei- Verwendung eines oder mehrerer Rohrbündel gleich ist, ist nachstehend einfachheitshalber meist nur auf ein Wärmeaustauschrohr Bezug genommen und das Rohrbündel nur erwähnt, wo dies wegen des Zusammenwirkens anderer Apparateteile mit ihm bzw. den es zusammenhaltenden Rohrböden notwendig erscheint.
In den Abbildungen ist:

Figur 1 eine zum Teil geschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen Wäremaustauschers mit dem zugehörigen Abscheiser
Figur 2 eine Seitenansicht der Figur 1 von links
Figur 3 eine vergrößerte Aufsicht auf Figur 1
Figur 4 ein vergrößerter Ausschnitt des in Figur 1 mit dem Kreis IV umrandeten Teiles
Figur 5 eine Aufsicht auf Figur 4
Figur 6 eine Alternative der Figur 4, ein Schnitt längs der Linie IV-IV der Figur 5
Figur 7 eine Aufsicht auf Figur 6
Figur 8 eine Aufsicht auf den Kessel ohne Abscheider und Zubehör
Figur 9 ein Schnitt längs der Linie IX-IX in Figur 8
Figur 10 ein Prinzip einer Schaltung zur automatischen Betätigung der Verteilerköpfe.

Bezugnehmend zunächst auf die Figuren 1 und 2 ist nachstehend beispielsweise die Anwendung der Erfindung für den Betrieb einer Wärmepumpe geschildert.
Das wärmeabgebende Medium, z.B. Fluß- Grund- oder anfallendes Kühlwasser 15 gelangt über eine - nicht dargestellte - Zuleitung in ein Vorlaufgefäß 37, das auf der oberen Rohrplatte 6 dicht aufsitzt, in die die Wärmeaustauschrohre 1 des Rohrbündels dicht eingepaßt, z.B. eingewalzt sind, u.zw. so, daß ihre zweckmäßig etwas erweiterten oberen Enden 4 über die Rohrplatte 6 hinausragen. In gleicher Weise sind die unteren Rohrenden 5 in die untere Rohrplatte 7 so eingewalzt, daß sie nach unten etwas herausragen. Die beiden Rohrplatten 6 und 7 schließen den Kessel 2, in dem sich das die Rohre 1 umgebende wärmeaufnehmende Medium 35 befindet, oben und unten ab. Aus dem oben mindestens teilweise offenen Vorlaufgefäß 37 gelangt die wärmeabgebende Flüssigkeit in die Wärmeaustauschrohre 1 und wird durch die in deren oberen Bereich angebrachten, in ihrem unteren Bereich z.B. konisch erweiterten Verteilerköpfe 3 (vgl. Fig. 4, 5 und 6, 7) über einen engen Ringspalt 14 an die Innenwand 13 der Rohre 1 geführt. Der unterste Umfang 12 jedes Verteilerkopfes ist so ausgebildet, daß die herabströmende Flüssigkeit an dieser Stelle glatt abreißt, durch den Ringspalt 14 nach außen fließt, sich als dünner Film an die Rohrinnenwand 13 anlegt und als solcher die Rohrinnenwand hinabfließt. Um ein glattes Abreißen der Flüssigkeit am untersten Umfang 12 zu gewährleisten, ist dieser, wie in den Figuren dargestellt, scharfkantig ausgebildet. Vorzugsweise wird außerdem die Unterseite des Verteilerkopfes 3 nach oben zu z.B. konisch so ausgehöhlt, daß schon vom untersten Umfang 12 an eine nach innen scharf ansteigende Ausnehmung 124 besteht. Der Radius des untersten Umfanges 12 ist auf den Innenradius des Rohres 1 vorzugsweise so abgestimmt, daß die Breite des Ringspaltes 14 etwa in den Grenzen von 0,1 bis 1 mm, vorzugsweise 0,3 bis 0,7 mm liegt.
Die genaue Einhaltung dieser Maßtoleranzen kann gemäß einer in den Figuren 6 und 7 dargestellten besonderen Ausführungsform fertigungstechnisch dadurch erleichtert werden, daß der Verteilerkopf 3 in einem auf den Oberteil des Wärmeaustauschrohres 1 aufgesetzten Verlängerungsrohr 8 angebracht ist, dessen Innendurchmesser 10 an der Stelle des Verteilerkopfes 3 gleich dem des Wärmeaustauschrohres 1 ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist. die Innenseite des Verlängerungsrohres 10 leicht konisch ausgebildet, sodaß durch einstellbare Veränderung der Höhe, in der sich der Verteilerkopf 3 befindet, die Breite des Ringspaltes 14 innerhalb der in Betracht kommenden Grenzen eingestellt werden kann. Eine Befestigungsmöglichkeit des Aufsatzrohres 8 auf dem Wärmeaustauschrohr 1 ist in Figur 6 beispielsweise dargestellt.
Die als Film die Innenseite 13 der Rohre 1 herabfließende wärmeabgebende Flüssigkeit tritt nach Abgabe ihrer Wärme an das Rohr 1 und über dieses an das wärmeaufnehmende Medium 35, im dargestellten Beispiel ein siedendes Kältemittl wie NH3 oder Freone, ab und tritt am unteren Ende 5 des Rohres abgekühlt, z.B. mit einer Temperatur von -1/2°C, aus.
Infolge der Querschnittsverringerung durch den Ringspalt 14 staut sich die wärmeabgebende Flüssigkeit im Vorlaufgefäß 37 bis mit dem Erreichen des Flüssigkeitsniveaus 45 ein dynamischer Beharrungszustand erreicht ist.
Das Rohrbündel, das wie gesagt im Grenzfall auch aus einem einzigen Rohr bestehen kann, befindet sich im äußeren Kessel 2, der das siedende Kältemittel 35 enthält. Dieses wird durch die Wärmeaufnahme aus den Rohren 1 und durch die Saugwirkung des mit dem Kessel 2 über die Saugleitung 169 und den Abscheider 160 verbundenen - nicht dargestellten - Verdichters am Sieden gehalten. Infolge der durch die Dampfblasenbildung bewirkten Verringerung der durchschnittlichen spezifischen Dichte des Kältemittels im Kessel 2 steigt dessen Niveau über das des dampffreien Kältemittels im Sumpf 36 des Abscheiders 160 und gelangt durch die Überläufe 161, 162 in den Abscheider 160, aus dem das dampfförmige Kältemittel über den Anschluß 169 vom Verdichter angesaugt wird. Nachdem das Kältemittel komprimiert worden ist und im - nicht dargestellten - Verflüssiger die im Kessel 2 aufgenommene Wärme auf höherem Temperaturniveau abgegeben hat und gegebenenfalls teilweise entspannt wurde, wird es durch das Rohr 109 über eine Düse 184 in das Mittelrohr 159 des Abscheiders 160 eingespritzt. Die von der Düse 184 verursachte Geschwindigkeitserhöhung bewirkt ein Ansaugen des Kältemittels aus den Überläufen 161, 162, wodurch die Zirkulation im Kessel 2 vergrößert und damit der Wärmeübergang verbessert wird und läßt das FlüssigkeitsDampf-Gemisch mit erheblicher Energie auf die der Eintrittsseite des Rohres 109 gegenüberliegenden Wand 168 des Abscheiders 160 aufprallen, wodurch bereits eine weitgehende Trennung von Flüssigkeit und Dampf bewirkt wird. Die Hauptmenge der abgeschiedenen Flüssigkeit fließt in den Sumpf 36 des Abscheiders 160, aus dem sie über Leitung 171 in den unteren Teil des Kessels 2 zurückgelangt. Der noch restliche Flüssigkeitströpfchen enthaltende Dampf muß die ganze Länge des Abscheiders 160 bis zum Austritt aus diesem durch den Sauganschluß 169 der Saugleitung des Verdichters zurücklegen. Die mitgerissenen Flüssigkeitströpfchen haben dabei genügend Zeit, sich abzusetzen, sodaß aus dem Sauganschluß 169 praktisch flüssigkeitsfreier Dampf angesaugt wird.
Gemäß einer weiteren.Ausgestaltung der Erfindung (vgl. Fig. 8) wird ein Teil des zwischen den Wärmeaustauschrohren 1 befindlichen Innenraumes des Kessels 2 durch inerte Füllkörper 180 wie Glas- oder Metallkugeln oder vorzugsweise aufrecht stehende Stangen bzw. oben und unten verschlossene Rohre ausgefüllt. Dadurch wird nicht nur die notwendige Einsatzmenge an wärmeaufnehmender Flüssigkeit 35 und damit besonders bei Verwendung teurer Kältemittel. der Investitionsbedarf verringert, sondern darüber hinaus bei Verwendung aufrecht stehender Stäbe oder Rohre die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels und somit die Wärmeübergangszahl auf der Kältemittelseite weiter verbessert.
Wenn die wärmeabgebende Flüssigkeit durch Feststoffpartikel verschmutzt ist, was z.B. bei Verwendung von Grund- oder Flußwasser leicht vorkommen kann, besteht die Gefahr, daß im Ringspalt 14 sich festsetzende Schmutzteilchen zu Betriebsstörungen durch Verstopfung führen.
Erfindungsgemäß kann dieser Gefahr dadurch begegnet'werden, daß der Verteilerkopf 3 axial im Rohr 1 verschieblich ausgebildet und vorzugsweise mit Führungseinrichtungen 20, 21, 22 versehen ist. Diese können z.B. (vgl. Fig. 4, 5 und 6, 7) aus einem zylindrischen Teil 18 bestehen, der dem Innendurchmes ser des Rohres 1 frei führend angepaßt ist und aus dem einige, zweckmäßig gleichmäßig über den Umfang verteilte, z.B. in gleichmäßiger Dreiecksanordnung angebrachte Durchlässe 23, 24, 25 für den Durchtritt der wärmeabgebenden Flüssigkeit entfernt sind. Außerdem ist der Verteilerkopf 3 mit dem Bolzen 9 verbunden, der ihn im Rohr 1 auf und ab bewegen kann,- sobald der durch die Verstopfung verursachte Anstieg des Flüssigkeitsspiegels 45 im Vorlaufgefäß 37 eine bestimmte Höhe überschreitet. Im einfachsten Fall kann dies durch visuelle Beobachtung des Vorlaufgefäßes 37 und Bewegung des mit dem Verteilerkopf 3 verbundenen Bolzens 9 von Hand bewirkt werden. Vorzugsweise wird aber der Verteilerkopf 3 mit einer in Fig. 10 beispielsweise näher erläuterten Vorrichtung verbunden, die ihn bei Überschreitung einer von mindestens einem Niveauregler 126 festgestellten Überschreitung einer vorgegebenen Höhe des Niveaus 45 im Vorlaufgefäß 37 selbsttätig in Auf- und Abwärtsbewegung versetzt.
Wenn auch mehrere Wiederholungen dieser Maßnahme keine Abhilfe schaffen und daher der Flüssigkeitsspiegel 45 weiter bis zum Schaltpunkt des zweiten Niveaureglers 76 steigt, wird nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die'Bewegung des Verteilerkopfes 3 so geändert, daß er ganz aus dem Rohr 1 herausgehoben wird, sodaß auch die gröbsten mechanischen Verunreinigungen durch das Rohr abfließen können, womit die Verstopfung behoben wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform dieser Ausgestaltung der Erfindung ist in Fig. 10 dargestellt.
Die beiden Niveauregler 126 und 76 sind so angeordnet, daß sie nicht ansprechen, solange der Flüssigkeitsspiegel 45 nicht über die bei verstopfungsfreiem Betrieb sich einstellende Höhe ansteigt. Dann sind sämtliche elektrische Leitungen der Regleranlage stromlos und alle Kontakte im Ruhezustand. Die Kontakte der beiden Mikroschalter 63 und 128 sind geschlossen, die beiden Kontakte 136 und 137 des Relais 135 offen und das Vierweg-Magnetventil 70 in "AUS"-Stellung. In dieser Stellung ist der Oberteil des pneumatischen Zylinders 46 über Leitung 142, Magnetventil 70 und Leitung 53 mit der Preßluftquelle 74 verbunden und der Teil unterhalb des Kolben 47 über Leitung 141 mit der freien Atmosphäre.

1. Stufe

Sobald jedoch der Niveauregler 126 an seinen Kontakt 125 anschlägt, wird der Stromkreis: Stromquelle 140→ Kontakt 125 → Mikroschalter 63→ 12→ Relais 135 geschlossen, welch letzteres die beiden Kontakte 136 und 137 schließt. Die Schließung des Kontaktes 137 bewirkt vorerst nichts weiter als sicherzustellen, daß auch später zunächst nichts weiter geschieht. Dadurch wird nämlich sichergestellt, daß der Stromkreis auch dann geschlossen bleibt, wenn der Mikroschalter 63 geöffnet wird. Durch die Schließung des Kontaktes 136 dagegen wird die Spule 69 des Vierweg-Magnetventils 70 erregt und dieses in die "EIN"-Stellung gebracht. In dieser Stellung ist nun der ober dem Kolben 47 befindliche Teil des Zylinders 46 über Leitung 141, Magnetventil 70 und Leitung 53 mit der Preßluftquelle 74 verbunden. Die in den Zylinder 46 unterhalb des Kolbens 47 einströmende Preßluft drückt diesen gemeinsam mit der Kolbenstange 50 und damit auch den Verteilerkopf 3 nach oben, sodaß bald nach Beginn dieses Vorganges die obere Steuernocke 55 das zweckmäßig knapp darüber angebrachte Abtastrad 62 berührt. Dadurch wird der Kontakt des Mikroschalters 63 geöffnet, doch geschieht daraufhin zunächst weiter noch nichts, weil der Stromzufluß zum Magnetventil 70 durch den vorher schon geschlossenen Kontakt 137 aufrechterhalten wird. Erst wenn die Bewegung der Kolbenstange 50 so weit fortgeschritten ist, daß die untere Steuernocke 132 die Abtastrolle 131 betätigt, öffnet sich auch der Kontakt 128, der die Stromzufuhr zur Spule 69 endgültig unterbricht, wodurch das Magnetventil 70 wieder in die "AUS"-Stellung zurückkehrt. Dadurch wird die Preßluft wieder von oben auf den Kolben 47 geleitet, der diesen und damit den Verteilerkopf 3 wieder nach unten drückt.

2. Stufe

Wenn bis zu diesem Zeitpunkt die Verstopfung nicht soweit behoben ist, daß der Flüssigkeitsspiegel 45 tief genug abgesunken ist, um den Niveauregler 126 abzuschalten, wiederholt sich dieses Spiel entweder so lange, bis die Verstopfung behoben ist oder bis der Flüssigkeitsspiegel 45 so weit angestiegen ist, daß auch der obere Niveauregler 76 anspricht. Dessen Kontakt 79 ist direkt mit der Verbindungsstelle von Stromquelle 140 und Spule 69 verbunden und ist daher auf die eben geschilderte Auf-Abwärts-Mechanik nicht beschränkt, sondern schaltet das Magnetventil 70 auf die "EIN"-Stellung um, sodaß der Preßluft der Weg 74→ 53-->- 141 freigegeben wird. Da die Automatik der ersten Stufe überbrückt und damit wirkungslos ist, wird die Aufwärtsbewegung nicht mehr rückgängig gemacht sondern setzt sich so lange fort, bis der Verteilerkopf 3 ganz aus dem Rohr herausgehoben und damit der ganze Rohrquerschnitt freigegeben ist, die Flüssigkeit in großem Schwall durch das Rohr strömt, dabei alle Schmutzpartikel mitreißt und der Flüssigkeitsspiegel 45 rapide absinkt und beide Niveauregler wieder außer Betrieb gesetzt sind.
Für die praktisch meist bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung mit mehreren Wärmeaustauschrohren 1 ist es selbstverständlich nicht notwendig, wie im geschilderten vereinfachten Ausführungsbeispiel für jeden Verteilerkopf 3 eine eigene Bewegungsvorrichtung zu verwenden. Es genügt vielmehr eine einzige solche Anlage für alle Rohre. Bei der im Ausführungsbeispiel geschilderten Ausführungsform bedeutet das, daß nur je ein unterer Niveauregler 126 und ein oberer Regler 76 und auch nur ein pneumatischer Zylinder 46 mit Kolben 47, Kolbenstange 50 und Steuernocken 55 und 132 vorhanden zu sein braucht, wobei die Kolbenstange 50 mit einer Halterplatte 49, an der alle Bolzen 9 der verschiedenen Verteilerköpfe 3 befestigt sind, verbunden ist (vgl. Fig. 1, 6 und 7).
Ebenso ist es nicht notwendig, die Vorrichtung zur Bewegung der Verteilerköpfe 3 pneumatisch zu betreiben. Jede andere Antriebsart, z.B. durch einen in prinzipiell gleicher Weise gesteuerten Elektromotor ist ebenso anwendbar.

Liste der Positionsziffern

001 Wärmeaustauschrohr
002 Kessel
003 Verteilerkopf
004 Zuführung (Eingang)
005 Abführung (Ausgang)
006 Obere Rohrplatte
007 Untere Rohrplatte
008 Verlängerungsrohr
009 Bolzen
010 Innendurchmesser des Verlängerungsrohres
012 Unterster Umfang
013 Innenwand des Rohres
014 Ringspalt
015 Wärmeabgebende Flüssigkeit
018 zylindrischer Teil der Führungseinrichtung
020 Führungseinrichtung
021 Führungseinrichtung
022 Führungseinrichtung
023 Durchlaß
024 Durchlaß
025 Durchlaß
034 Niveau
035 Kältemittel
036 Flüssigkeitssumpf
037 Vorlaufgefäß
045 Flüssigkeitsspiegel
046 Pneumatischer Zylinder
047 Kolben
049 Halterplatte
050 Kolbenstange
051 Kardangelenk
053 Leitung
055 Obere Steuernocke
062 Abtastrad
063 Mikroschalter
069 Spule
070 Vierweg Magnetventil
074 Preßluftquelle
076 Niveauregler
079 Anschlagkontakt
099 Zylinderboden
109 Einspritzrohr
124 Ausnehmung
125 Anschlagkontakt
126 Niveauregler
128 Mikroschalter
131 Abtastrolle
132 Untere Steuernocke
135 Relais
136 Relaiskontakt
137 Relaiskontakt
140 Stromquelle
141 Leitung
142 Leitung
159 Mittelrohr
160 Abscheider
161 Überlaufrohr
162 Überlaufrohr
168 Wand des Abscheiders
169 Absaugstutzen .
171 Abflußleitung
180 Inerte Füllkörper
184 Düse

Claims

1. Wärmeaustauscher mit mindestens einem in einem das wärmeaufnehmende Medium enthaltenden Kessel (2) angeordneten Wärmeaustaus hrohr (1) mit einem in seinem obereh Bereich angeordneten Verteilerkopf (3), der sich nach uncen zu derart erweitert, daß zwischen seinem untersten Umfang (12) und der Innenwand (1'3) des Rohres (1) ein Ringspalt (14) frei bleibt, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Zuführung (4) des dicht in einer oberen Rohrplatte (6) eingefügten Wäremeaustauschrohres (1) sich in einem Vorlaufgefäß (37) für die wärmeabgebende Flüssigkeit befindet und daß die Unterseite des vollen oder mindestens unten geschlossenen Verteilerkopfes (3) eine vom untersten Umfang (12) an scharfkantig nach innen ansteigende Ausnehmung (124) aufweist.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Bereich des Wärmeaustauschrohres. (1), in dem der Verteilerkopf (3) angebracht ist, aus einem auf das eigentliche Wärmeaustauschrohr (1) aufgesetzten Verlängerungsrohr (8) gleichen Durchmessers besteht.

3. Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (124) vom untersten Umfang (12) des Verteilerkopfes (3) scharfkantig in einem Winkel von mindestens 30° zur Horizontalen, vorzugsweise 45-60° nach innen ansteigt.

4. Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (14) eine Breite von 0.1 bis 1.0 mm, orzugsweise von 0.3 bis 0.7 mm hat.

5. Wärmeaustauscher nach den' Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der vorzugsweise mit Führungseinrichtungen (20, 21, 22) versehene Verteilerkopf (3) axial verschieblich und mit einem aus dem Rohr herausragenden Bolzen (9) verbunden ist, durch den er in Auf- und Abwärtsbewegung versetzt werden kann.

6. Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem oberhalb der oberen Rohrplatte (6) angeordneteten Vorlaufgefäß (37) mindestens ein Niveauregler (26) angeordnet ist, der bei Überschreitung einer vorgegebenen Höhe des Flüssigkeitsniveaus (45) im Vorlaufgefäß (37) einen Anschlagkontakt (125) schließt, durch den eine Vorrichtung (46, 47; 141, 142) eingeschaltet wird, durch welche die Bolzen (9) in Auf- und Abwärtsbewegung versetzt werden.

7. Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen auf ein höheres Flüssigkeitsniveau als der erste Niveauregler (126) ansprechenden zweiten Niveauregler (76), dessen Anschlagkontakt (79) den die Abwärtsbewegung des Bolzens (9) bewirkenden Teil (142) der Vorrichtung (46, 47; 141, 142) ausschaltet und dadurch das vollständige Herausziehen der Verteilerköpfe (3) aus den Rohren (1) bewirkt.

8. Wärmeaustauscher nach den'Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bolzen (9) mit der ihre Bewegung verursachenden Vorrichtung (46, 47; 141, 142) über Kardangelenke (51) verbunden sind.

9. Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abscheider für den Kältemittelkreislauf als liegender Zylinder (160) ausgebildet ist, in den oberhalb des Niveaus (34) des Flüssigkeitssumpfes (36) die vorzugsweise ansteigenden Uberlaufrohre (161, 162) aus dem das Kältemittel (35) aufnehmenden Kessel (2) münden und auf dessen Oberseite nahe einem Zylinderboden (99) ein mit der Saugseite des Kompressors verbundener Absaugstutzen (169) angebracht ist, während zentral durch den Zylinderboden (99) ein in eine Düse (184) endendes Einspritzrohr (109) für das vom Kompressor verdichtete, danach kondensierte und gegebenenfalls teilweise entspannte Kältemittel in das Innere des Abscheiders (160) geführt ist und daß die Düse (184) in ein zentral und konzentrisch im Zylinder (160) angeordnetes Rohr (159) einspritzt, in das die Überlaufrohre (161, 162) münden.

10.Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 1.bis 9, gekennzeichnet durch im Innenraum des Kessels (2) zwischen den Wärmeaustauschrohren bzw. Rohrbündeln (1) angebrachte inerte Füllkörper (180), die vorzugsweise von aufrecht stehenden Stäben und/oder beidseitig verschlossenen Rohren gebildet werden.