AT403207B

AT403207B - Vorrichtung zum verdampfen mit einem rippen aufweisenden rohraggregat

Info

Publication number: AT403207B
Application number: AT148993A
Authority: AT
Original assignee: Hiross Int Corp Bv
Priority date: 1993-07-26
Filing date: 1993-07-26
Publication date: 1997-12-29
Also published as: WO1995003515A1; AU7194194A; ATA148993A

Description

AT 403 207 B

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Verdampfen mit einem Rippen aufweisenden Rohraggregat, an das von einem Verteiler über Abzweigleitungen ein Kältemittel, wie z.B. Freon, zuführbar ist.

Bekannte Einrichtungen dieser Art werden beispielsweise zur Kühlung von gasförmigen Medien, wie etwa Luft, verwendet, wobei Kupferrohre in denen ein Kühlmittel, wie z.B. Freon, geführt ist, quer zum Luftstrom angeordnet sind. Zur besseren Wärmeübertragung weist das quaderförmige Rohraggregat parallel zur Richtung des auftreffenden Luftstroms Rippen in Längsrichtung auf. Die Versorgung der Einrichtung mit dem Kühlmittel, z.B. Freon, geschieht mittels Verteilern, welche unmittelbar nach Kapillaren des Kühlmittelkreislaufs angebracht sind. Der Kühlmittelstrahl tritt dabei mittig in einen Verteilerkegel ein und wird gleichmäßig auf mehrere symmetrisch angeordnete Abzweigleitungen verteilt. Jede dieser Leitungen versorgt eine horizontal in einer Ebene angeordnete Reihe von untereinander in Serie verbundenen Verdampferrohren. Diese Art des Kühlmittelkreislaufes ist nur vorteilhaft für Einrichtungen mit kleinen Abmessungen, da das Kühlmittel, z.B. Freon, welches infolge der vom gasförmigen Medium an das Rohraggregat abgegebenen Wärme innerhalb der Rohre verdampft, bei Durchlaufen einer großen Anzahl von in Serie verbundenen Rohren sich nach seiner Verdampfung so überhitzt, daß der Wärmeaustausch dadurch beeinträchtigt und dessen Effizienz verringert wird, womit der Endteil dieser Einrichtung praktisch unbrauchbar wird.

Aus der GB-A-1 471 079 ist ein Wärmetauscher bekannt, welcher eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Rippen und eine Vielzahl von senkrecht dazu angeordneten Rohren umfaßt, wobei die Rippen eine Vielzahl von Durchbrüchen aufweisen, welche sich im wesentlichen in radialer Richtung von den wärmeleitenden Rohren wegerstrecken und an ihrem Ende erhobene Wandteile aufweisen. Dadurch kann eine Grenzschichtbildung, wie sie sonst zwischen den Rippen in der diese durchströmenden Luft entsteht, verhindert werden. In dieser Anordnung ist die Verteilung des Mediums in den Rohren nicht gut genug um Überhitzungen bzw. Unterkühlungen desselben zu vermeiden.

Die DE-A1-32 09 215 offenbart eine Wärmeaustauscheranordnung mit einem zwischen zwei Endplatten angeordneten Rippenpaket, mit Öffnungen in dem Rippenpaket und in den Endplatten zur Aufnahme von Rohren, die auf der Außenseite der Endplatten miteinander über bogenförmige Verbindungsstücke verbindbar sind. Die Enden der äußeren Reihen von Rohren sind mit Anschlußrohren parallel verbunden. Die dadurch erreichte Verteilung der Kühlflüssigkeit ist jedoch nicht ausreichend um Überhitzungserscheinungen zu vermeiden.

Weiters zeigt die DE-A1-30 30 426 eine zum Heizen verwendbare Verdampfer-Kondensator-Kombina-tion für Wärmepumpenanlagen, bei der vor dem Expandieren des Kühlmittels im Verdampfer dieses durch die von einem Verdampferventillator angesaugte Luft abgekühlt wird, wobei das warme, flüssige Kältemittel in mehrere Rohrreihen des Verdampfers geleitet wird. Es können nur kleine Systeme dieser Art effizient betrieben werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die einen hohen Wirkungsgrad aufweist und den Bau großer Einrichtungen dieser Art erlaubt, ohne eine Verringerung des Wirkungsgrades in Kaufnehmen zu müssen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß zwischen den Verteilern und einer ersten Sammelleitung eine erste Gruppe von Rohren und zwischen der ersten und einer zweiten Sammelleitung eine zweite Gruppe von Rohren angeordnet ist, wobei die erste Gruppe in Rohruntergruppen, die jeweils parallel von je einer Abzweigleitung gespeist sind, und die zweite Gruppe in Rohruntergruppen, die parallel von der ersten Sammelleitung gespeist sind, unterteilt sind. Eine derartige Anordnung der Rohre in Gruppen und Rohruntergruppen verhindert eine Überhitzung des Kühlmittels und erhöht somit den Wirkungsgrad der Einrichtung beträchtlich. Auch die Ausbildung von sehr großen Abmessungen zum Bewältigen großer Medienströme ist somit ohne Leistungseinbußen möglich.

Nach einer weiteren Variante kann vorgesehen sein, daß die Gesamtheit der Rohre des Rohraggregats in zumindest zwei Vertikalebenen angeordnet ist, wobei abwechselnd eine Vertikalebene N Rohre und die darauffolgende Vertikalebene N-1 Rohre umfaßt, bzw. umgekehrt. Derartig angeordnete Rohre ermöglichen den Zusammenschluß von verschiedenen solcher Vertikalebenen durch über die bei den Vertikalebenen mit N-1 Rohren vorhandenen Leerstellen geführte Verbindungsleitungen in einer bestimmten, festgelegten Abfolge und in dichter Anordnung, wodurch sich eine vorteilhafte Energieeinsparung aufgrund der geringeren Verluste ergibt.

Eine bevorzugte Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß N gleich zehn ist.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Rohre der Rohruntergruppen der ersten Gruppe in einer oder mehreren in Serie verbundenen Vertikalebene(n) angeordnet sind. Dadurch kann entweder jede Vertikalebene einzeln oder unterschiedliche Abfolgen von in Serie verbundener Vertikalebenen versorgt werden. 2

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In weiterer Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Rohre der Rohruntergruppen in zwei Vertikalebenen angeordnet sind.

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Rohre der Rohruntergruppen in drei Vertikalebenen angeordnet sind.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Rohre zumindest einer Vertikalebene untereinander schlangenartig in Serie verbunden sind. Diese einfache Art der Verbindung der Rohre weist guten Wärmeaustausch mit den Längsrippen auf.

Zufolge einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung sind zwei Verteiler ausgebildet.

Nach einer weiteren Variante kann vorgesehen sein, daß die Abzweigleitungen eines ersten Verteilers eine erste Anzahl von Rohruntergruppen mit N-1 Rohren und eine zweite Anzahl von Rohruntergruppen mit N Rohren parallel versorgen, wobei die Summe der ersten und der zweiten Anzahl von Rohruntergruppen die Hälfte der Gesamtanzahl der Rohruntergruppen der ersten Gruppe von Rohren darsteilt. Dadurch ergibt sich eine gleichmäßige Aufteilung auf mehrere Kühlmittelströme, die eine Überhitzung verhindert.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Abzweigleitungen eines zweiten Verteilers eine dritte Anzahl von Rohruntergruppen, die gleich der zweiten Anzahl von Rohruntergruppen ist, mit N-1 Rohren und eine vierte Anzahl von Rohruntergruppen, die gleich der ersten Anzahl von Rohruntergruppen ist, mit N Rohren parallel versorgen, wobei die Summe der dritten und der vierten Anzahl von Rohruntergruppen die Hälfte der Gesamtanzahl der Rohruntergruppen der ersten Gruppe von Rohren ist. Daraus ergibt sich ebenfalls eine vorteilhafte Aufteilung der Kühlmittelströme.

Eine bevorzugte Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß die erste, zweite, dritte und vierte Anzahl von Rohruntergruppen sieben ist.

Eine bevorzugte Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß die erste, zweite, dritte und vierte Anzahl von Rohruntergruppen neun ist.

Nach einer weiteren Variante kann vorgesehen sein, daß alle Ausgänge der Vertikalebenen mit N und N-1 Rohren der ersten Gruppe in die erste Sammelleitung münden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die zweite Gruppe der Rohre in Rohruntergruppen unterteilt ist, wobei die Rohre der Rohruntergruppen in in Serie verbundenen Vertikalebenen mit N bzw. N-1 Rohren angeordnet sind, und wobei in den Vertikalebenen mit N Rohren das letzte obere Rohr nicht angeschlossen ist.

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die verbleibenden einzelnen Rohre Vertikalebenen mit N Rohren in Rohruntergruppen unterteilt sind.

Nach einer weiteren Variante kann vorgesehen sein, daß zwei getrennte Rohruntergruppen ausgebildet sind.

Die Erfindung wird nun anhand der beigeschlossenen Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen Fig.1 eine schematische Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung; Fig.2 einen Schnitt entlang ll-ll gemäß Fig.1; Fig.3 eine vergrößerte Teilansicht der Einrichtung aus Fig.1; Fig.4 eine Teilansicht eines Verteilers; die Fig.5 eine schematische Ansicht der Einrichtung aus Fig.1 von oben; die Fig.6 eine schematische Seitenansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Einrichtung.

Bei der Ausführungsform nach Fig.1 ist ein Rohraggregat 10 dargestellt, welches über je vierzehn Abzweigleitungen 16 bzw. 17 von Verteilern 14 bzw. 15 mit Kühlmittel, z.B. Freon, gespeist wird. Die in Längsrichtung des Aggregats 10 parallel zum eintreffende Medienstrom angeordneten Rippen 11 sind in dieser Darstellung nicht zu sehen. Quer zu den Rippen 11 verlaufen Kupferrohre 12 bzw. 13 in Vertikalebenen abwechselnd nebeneinander mit N bzw. N-1 Rohren, wobei in diesem Beispiel N = 10 gilt. Die N bzw. N-1 Rohre laufen jeweils normal zur Zeichenebene und sind schlangenartig in Serie miteinander verbunden, wie dies besser in Fig.3 zu ersehen ist. Eine Rohruntergruppe ist aus jeweils drei in Serie verbundenen Vertikalebenen zu N bzw. N-1 Rohren gebildet. Die vierzehn Abzweigleitungen 16 des Verteilers 14 versorgen sieben Rohruntergruppen mit N Rohren und sieben Rohruntergruppen mit N-1 Rohren, während die vierzehn Abzweigleitungen 17 des Verteilers 15 sieben Rohruntergruppen mit N-1 Rohren und sieben Rohruntergruppen mit N Rohren speisen. Die Gesamtheit der achtundzwanzig Rohruntergruppen stellt die erste Gruppe der Rohre des Rohraggregats 10 dar, wobei alle Rohruntergruppen über Ableitungen 18 in eine erste Sammelleitung 19, die in Längsrichtung des Rohraggregats verläuft, münden. Diese Sammelleitung 19 speist an ihrem Ende in weiterer Folge die verbleibende zweite Gruppe von Rohren des Rohraggregats 10 über die Versorgungsleitungen 20. Jede Versorgungsleitung 20 dient einer der aus abwechselnd N und N-1 Rohren zusammengesetzten Vertikalebenen, die jeweils eine Rohruntergruppe der zweiten Gruppe bilden. In jeder Vertikalebene sind die Rohre wieder schlangenartig in Serie miteinander verbunden. In den Vertikalebenen aus je N Rohren wird jeweils das letzte Rohr nicht verwendet. Wie in der Detailansicht in Fig.1 zu ersehen ist, werden die dabei übrig bleibenden Rohre von den Vertikalebenen aus 3

Claims

AT 403 207 B N Rohren untereinander in zwei Untergruppen in Serie verbunden und separat durch Leitungen 21 bzw. 22 versorgt. Alle Ableitungen 23 der zweiten Gruppe des Rohraggregats 10 münden in einer zweiten Sammelleitung 24, welche gegenüber von der Sammelleitung 19 und längs des Rohraggregats 10 angeordnet ist. Durch diese Art der Versorgung mit verschiedenen Vertikalebenen aus Rohren können auch größere Gehäuseabmessungen realisiert werden, da es durch die besondere Art der Aufteilung der Kühlmittelströme zu keinen Überhitzungserscheinungen im Kühlmittelkreislauf kommt. In Fig. 2 sind einerseits die schlangenartigen Verbindungen einer Vertikalebene von Rohren und andererseits die beiden Sammelleitungen 19 und 24, die Ableitungen 18 und 23, sowie die Versorgungsleitungen 21 und 22 von der Seite zu sehen. Fig. 3 zeigt die Verteiler 14 bzw. 15 und ihre Abzweigleitungen 16 bzw. 17 über die das Kältemittel dem Rohraggregat 10 zugeführt wird. Über die dargestellte Abzweigleitung 16 wird eine aus drei Vertikalebenen zu je N Rohren gebildete Rohruntergruppe versorgt. In jeder Vertikalebene sind die Rohre schlangenartig in Serie miteinander verbunden. Am unteren Ende der ersten Reihe erfolgt die Querverbindung mit der dritten Vertikalebene und an deren oberen Ende die Querverbindung zur fünften Vertikalebene, sodaß insgesamt drei Reihen miteinander in Serie verbunden sind. Die zugehörige Ableitung 18 mündet in die Sammelleitung 19. Die entsprechenden drei Vertikalebenen aus N-1 Rohren, die ebenfalls eine Rohruntergruppe bilden, sind zwischen die Vertikalebenen der anderen Untergruppe geschachtelt und münden ebenfalls in die Sammelleitung 19. Desweiteren sind die längsseitig angeordneten Rippen 11 angedeutet, die in Richtung des Medienstroms gerichtet sind. In Fig.4 ist der Verteiler 14 mit den Abzweigleitungen 16 teilweise im Schnitt abgebildet. In Fig.5 ist der Endbereich des Rohraggregats 10 von oben mit den Leitungen 21, 22, die zu den untereinander verbundenen, einzelnen Restrohren der Vertikalebenen mit N Rohren der zweiten Gruppe führen und die Ableitung 23 bzw. die erste sowie die zweite Sammelleitung 19 bzw. 24 dargestellt. In Fig. 6 ist eine weitere Variante ausgeführt, in der ein Rohraggregat 110 mit Vertikalebenen aus N Rohren 112 und Vertikalebenen aus N -1 Rohren 113 vorgesehen ist. Zum Unterschied zur Ausführungsform aus den Fig. 1 bis 5 sind bei dieser Verteiler 114 und 115 vorgesehen, von denen jeweils 18 Leitungen 116 und 117 abzweigen. Jede Leitung 116 des Verteilers 114 versorgt nun neun Rohruntergruppen mit je zwei miteinander in Serie verbundenen Vertikalebenen aus je N Rohren und neun Rohruntergruppen mit je zwei miteinander in Serie verbundenen Reihen aus je N-1 Rohren. Jede Leitung 117 des Verteilers 115 versorgt neun Rohruntergruppen mit je zwei miteinander in Serie verbundenen Vertikalebenen aus je N-1 Rohren und neun Rohruntergruppen mit je zwei miteinander in Serie verbundenen Vertikalebenen aus je N Rohren. Eine erste Sammelleitung 119 und eine zweite in Fig.6 unsichtbare Sammelleitung sind vorgesehen, wobei die Verbindungen des Endstücks des Rohraggregats 110 gleich denen der anderen Ausführungsform sind. Patentansprüche 1. Vorrichtung zum Verdampfen mit einem Rippen aufweisenden Rohraggregat, an das von einem Verteiler über Abzweigleitungen ein Kältemittel, wie z.B. Freon, zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Verteilern (14, 15) und einer ersten Sammelleitung (19) eine erste Gruppe von Rohren (12, 13) und zwischen der ersten und einer zweiten Sammelleitung (24) eine zweite Gruppe von Rohren angeordnet ist, wobei die erste Gruppe in Rohruntergruppen (12, 13), die jeweils parallel von je einer Abzweigleitung (16, 17) gespeist sind, und die zweite Gruppe in Rohruntergruppen, die parallel von der ersten Sammelleitung (19) gespeist sind, unterteilt sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtheit der Rohre des Rohraggregats (10) in zumindest zwei Vertriebenen angeordnet ist, wobei abwechselnd eine Vertikalebene N Rohre (12) und die darauffolgende Vertikalebene N-1 Rohre (13) umfaßt, bzw. umgekehrt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß N gleich zehn ist.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (12, 13) der Rohruntergruppen der ersten Gruppe in einer oder mehreren in Serie verbundenen Vertikalebene(n) angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre der Rohruntergruppen in zwei Vertikalebenen angeordnet sind. 4 AT 403 207 B
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre der Rohruntergruppen in drei Vertikalebenen angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre zumindest einer Vertikalebene untereinander schlangenartig in Serie verbunden sind.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Verteiler (14, 15) ausgebildet sind.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzweigleitungen (16) eines ersten Verteilers (14) eine erste Anzahl von Rohruntergruppen mit N-1 Rohren und eine zweite Anzahl von Rohruntergruppen mit N Rohren parallel versorgen, wobei die Summe der ersten und der zweiten Anzahl von Rohruntergruppen die Hälfte der Gesamtanzahl der Rohruntergruppen der ersten Gruppe von Rohren darstellt.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzweigleitungen (17) eines zweiten Verteilers (15) eine dritte Anzahl von Rohruntergruppen, die gleich der zweiten Anzahl von Rohruntergruppen ist, mit N-1 Rohren und eine vierte Anzahl von Rohruntergruppen, die gleich der ersten Anzahl von Rohruntergruppen ist, mit N Rohren parallel versorgen, wobei die Summe der dritten und der vierten Anzahl von Rohruntergruppen die Hälfte der Gesamtanzahl der Rohruntergruppen der ersten Gruppe von Rohren ist.
11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, zweite, dritte und vierte Anzahl von Rohruntergruppen sieben ist.
12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, zweite, dritte und vierte Anzahl von Rohruntergruppen neun ist.
13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Ausgänge der Vertikalebenen mit N und N-1 Rohren der ersten Gruppe in die erste Sammelleitung (19) münden.
14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Gruppe der Rohre in Rohruntergruppen unterteilt ist, wobei die Rohre der Rohruntergruppen in in Serie verbundenen Vertikalebenen mit N bzw. N-1 Rohren angeordnet sind, und wobei in den Vertikalebenen mit N Rohren das letzte obere Rohr nicht angeschlossen ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die verbleibenden einzelnen Rohre der Vertikalebenen mit N Rohren in Rohruntergruppen unterteilt sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwei getrennte Rohruntergruppen ausgebildet sind. Hiezu 5 Blatt Zeichnungen 5