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Doppelrohrwärmeaustauscher mit Änderung des Querschnitts der Kältemittelleitung.
Es ist grundsätzlich bekannt, bei solchen Wärmeaustauschern von Kältemaschinen,
in denen das Kältemittel (z. B. N03) vom flüssigen in den dampfförmigen oder vom
dampfförmigen in den flüssigen Zustand übergeführt wird, den Leitungsquerschnitt
vom Einlaß der Kältemittelleitung aus nach dem Auslaß zu zu vergrößern bzw. zu verkleinern,
um dem mit der Änderung des Aggregatzustandes sich ändernden Raumbedürfnis des Kältemittels
Rechnung zu tragen. Es ist auch weiter bekannt, diese Vergrößerung des Querschnittes
des Kältemittelleitungssystems dadurch zu erreichen, daß die Stufen größeren Querschnittes
aus einer Mehrzahl parallel geschalteter Rohre bestehen, welche Maßnahme wegen des
günstigeren Verhältnisses von Wärmeaustauschfläche zum Querschnitt vorteilhafter
ist als die einfache Vergrößerung des Durchmessers der Leitung. Diese sich stufenweise
vergrößernde Mehrzahl von parallel geschalteten Rohren hat aber bisher nur Anwendung
gefunden bei einfachen Tauch- oder Berieselungswärmeaustauschern, während die Anwendung
auf Doppelrohrsysteme mit vom Kältemittel durchflossenem, ringförmigem Querschnitt
angesichts gewisser praktischer Bedenken bisher unterblieben ist. Diese Bedenken
sind in. dem Umstand begründet, daß bei sinngemäßer Anwendung der Querschnittsvergrößerung
durch Vermehrung der Parallelrohre auf Doppelrohrsysteme beide Leitungen, sowohl
die Außen- als auch die Innenrohrleitung, dieser Querschnittsvergrößerung unterliegen,
wodurch aber der die Innenrohre durchfließende Kälteträger angesichts
seines
stets gleichbleibenden Aggregatzustandes eine ungleiche Geschwindigkeit erhält und
so der Wärmeaustausch ungünstig beeinflußt wird.
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Nach der vorliegenden Erfindung nun wird diese Schwierigkeit dadurch
behoben, daß in dem an sich bekannten Doppelrohrsystem zwar die Außenrohre zwecks
stufenweiser Vergrößerung des ringförmigen Querschnittes eine stufenweise sich vergrößernde
Anzahl parallel geschalteter Rohre aufweisen, daß jedoch hierbei die Innenrohre,
ganz unabhängig von der Schaltung der sie konzentrisch umgebenden Außenrohre, so
geschaltet sind, daß der vom Kälteträger durchflossene Leitungsquerschnitt stets
derselbe bleibt.
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Die Erfindung sei an Hand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Die Abb. i zeigt ein erfindungsgemäßes Doppelrohrsystem mit neun Doppelrohrsträngen
i bis g. Die Schaltung der Außenrohre ist so, daß die Außenrohre der Stränge i und
2 in Hintereinanderschaltung liegen. Bei der folgenden Stufe sind je zwei Rohre
3 und 4 sowie 5 und 6 parallel geschaltet, während die dritte Stufe aus den untereinander
parallel liegenden Außenrohren der Stränge 7 bis g besteht. Wesentlich ist nun,
daß die Schaltung der Innenrohre der beschriebenen Schaltung der zugehörigen Außenrohre
nicht folgt, sondern daß jene in aItgewohnter Weise, durch Krümmer k verbunden,
hintereinandergeschaltet sind, so daß der Querschnitt der Kälteträgerleitung und
damit die Geschwindigkeit des Kälteträgers stets gleichbleibt.
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Es sei nun angenommen, daß das Kältemittel unten bei m ein-
und oben bei n austrete, während umgekehrt der Kälteträger seinen We.g von dem oberen
Einlaß o nach dem unteren Auslaß p nehme, daß also der Apparat, als Ganzes betrachtet,
auf Gegenstrom geschaltet sei. Das Kältemittel bzw. der Kälteträger nehmen also
den durch unterschiedliche Pfeile gekennzeichneten Verlauf. Man erkennt nun aus
der Abb. i, daß zwar, bezogen auf den ganzen Wärmeaustauscher, Gegenstromschaltung
vorliegt, daß aber in den drei Einzelrohren 4, 5, 8, für sich allein betrachtet,
Kältemittel und Kälteträger in gleicher Richtung fließen. Dieser Umstand ist aber,
besonders bei Verwendung des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers als Verdampfer,
ohne wesentlichen Belang und hebt keineswegs die vorteilhafte Wirkung der erfindungsgemäßen
Schaltung auf. Die Unreinheit in der Gegenstromschaltung kann aber noch wesentlich
gemildert werden, wenn die Innenrohre an geeigneten Stellen in einer Schleife geführt
werden, so, wie dies in der Abb.2 bei der durch die Krümmer g, h, i bewirkten Verbindung
der Innenrohre 3, 4, 5 gezeigt ist. Bei dieser Anordnung besteht bei dem fraglichen
Ausführungsbeispiel nur noch in dem einzigen Doppelrohrstrang 8 Gleichstrom, während
im übrigen, sowohl bezogen auf den ganzen Apparat als auch bezogen auf die einzelnen
Doppelrohrstränge, reiner Gegenstrom herrscht.
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In der Abb.3 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem
bei stufenweise sich änderndem Querschnitt des Außenrohrsystems das Innenrohrsystem
aus zwei parallel liegenden Röhren besteht. Es bleibt also auch hier der Grundsatz
der Erfindung - gleicher Querschnitt der Kälteträgerleitung bei sich änderndem Querschnitt
der Kältemittelleitung - gewahrt.
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Das gleiche ist der Fall bei der Ausführung nach Abb.4, bei welcher
sämtliche Innenrohre i durch Querverbindungsrohre v miteinander verbunden sind,
also in Parallelschaltung liegen.
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Es sei noch bemerkt, daß auch bei Ausführungen gemäß der Abb. 3 eine
reinere Gegenstromschaltung, auch in-- den einzelnen Doppelröhrsträngen, durch entsprechende
Verbindung nicht benachbarter Innenrohre - ähnlich wie bei dem Beispiel der Abb.
2 -erzielt werden kann.