CH686743A5

CH686743A5 - Kaeltemittelverdampfer.

Info

Publication number: CH686743A5
Application number: CH02428/93A
Authority: CH
Inventors: Tz Albert Sch
Original assignee: Escher Wyss Gmbh
Priority date: 1993-08-16
Filing date: 1993-08-16
Publication date: 1996-06-14
Also published as: DE4330522A1

Description

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CH 686 743 A5 CH 686 743 A5

2 2nd

Beschreibung description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kältemittelverdampfer mit einem dem Kältemitteleintritt des Verdampfers vorgeschalteten Expansionsventil und einem dem Kältemittelaustritt des Verdampfers nachgeschalteten Temperaturfühler, der über eine Signalleitung mit dem Expansionsventil in Wirkungsverbindung steht. The invention relates to a refrigerant evaporator with an expansion valve upstream of the refrigerant inlet of the evaporator and a temperature sensor downstream of the refrigerant outlet of the evaporator, which is operatively connected to the expansion valve via a signal line.

Kaltem ittel verdampf er der genannten Art werden z.B. in Kälteanlagen verwendet, wobei das Expansionsventil zum Einstellen der in den Verdampfer einzuspeisenden Menge flüssigen Kältemittels dient. Das Verdampfen des Kältemittels im Verdampfer wird durch ein flüssiges oder gasförmiges Heizmedium, auch Kälteträger genannt, bewirkt, das dem Verdampfer zugeführt und nach seiner Abkühlung im Verdampfer einem Verbraucher zugeführt wird. Wenn das Einstellen der Menge flüssigen Kältemittels mit Hilfe des Expansionsventils genau erfolgt, tritt das verdampfte Kältemittel in überhitztem Zustand aus dem Verdampfer aus. Die Überhitzungs-temperatur wird mit Hilfe des Temperaturfühlers gemessen und das Messergebnis als Stellsignal dem Expansionsventil zugeführt, das bei zu grosser Überhitzung die Kältemittelmenge vergrössert und bei sinkender Überhitzungstemperatur die Kältemittelmenge verringert. Cold evaporators of the type mentioned are e.g. used in refrigeration systems, wherein the expansion valve is used to adjust the amount of liquid refrigerant to be fed into the evaporator. The evaporation of the refrigerant in the evaporator is effected by a liquid or gaseous heating medium, also called a refrigerant, which is fed to the evaporator and, after it has cooled in the evaporator, is fed to a consumer. If the amount of liquid refrigerant is set precisely using the expansion valve, the evaporated refrigerant will leave the evaporator in an overheated state. The overheating temperature is measured with the help of the temperature sensor and the measurement result is sent to the expansion valve as a control signal, which increases the amount of refrigerant when overheating and reduces the amount of refrigerant when the overheating temperature falls.

Es hat sich gezeigt, dass der aus dem Verdampfer austretende Kältemitteldampf nicht «trocken» ist, sondern infolge von Turbulenzen unverdampfte Flüssigkeitsteile enthält. Dies hat schnell wechselnde Temperaturen am Temperaturfühler zur Folge, wodurch stark schwankende Signale erzeugt werden, die die Stellarbeit des Expansionsventils entsprechend beeinflussen. Diese variierende Stellarbeit führt wiederum zu einem ständigen störenden Pendeln des Verdampfungsprozesses im Kältemittelverdampfer. It has been shown that the refrigerant vapor emerging from the evaporator is not "dry", but contains undevaporated liquid parts as a result of turbulence. This results in rapidly changing temperatures on the temperature sensor, which generates strongly fluctuating signals that influence the actuating work of the expansion valve accordingly. This varying positioning work in turn leads to a constant disruptive oscillation of the evaporation process in the refrigerant evaporator.

Um solche Pendelungen zu vermeiden, wird der Sollwert für die Überhitzungstemperatur am Expansionsventil hoch eingestellt, z.B. 10 bis 12 K über der Verdampfungstemperatur. Hierdurch wird einerseits der Verdampfer schlecht ausgenutzt, weil ein Teil seiner Fläche für die Überhitzung zur Verfügung stehen muss zu Lasten der übrigen, der Verdampfung dienenden Heizfläche. Andererseits muss das dem Verdampfer zugeführte Heizmedium einen grossen Temperaturabstand zur Verdampfungstemperatur haben, um die gewünschte Überhitzung sicherstellen zu können. Beide Einflüsse verschlechtern energetisch den Kreisprozess der Kälteanlage. To avoid such oscillations, the setpoint for the overheating temperature on the expansion valve is set high, e.g. 10 to 12 K above the evaporation temperature. On the one hand, this means that the evaporator is poorly used because part of its surface must be available for overheating at the expense of the other heating surface used for evaporation. On the other hand, the heating medium supplied to the evaporator must have a large temperature difference from the evaporation temperature in order to ensure the desired overheating. Both influences energetically worsen the cycle of the refrigeration system.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verdampfer der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass der Temperaturabstand des dem Verdampfer zugeführten Heizmittels verringert werden kann und trotzdem sichergestellt ist, dass die Flüssigkeitsteile im aus dem Kühlmittelverdampfer austretenden überhitzten Dampf nur wenig bis keine Pendelungen im Verdampfungsprozess erzeugen. The invention has for its object to improve an evaporator of the type mentioned in such a way that the temperature distance of the heating medium supplied to the evaporator can be reduced and it is nevertheless ensured that the liquid parts in the superheated steam emerging from the coolant evaporator have little to no oscillations in the evaporation process produce.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass eine elektrische Heizung für den Temperaturfühler vorgesehen ist. Durch diese elektrische Heizung wird dem Expansionsventil ein höheres Temperatursignal zugeführt als der wirklichen Temperatur des aus dem Verdampfer austretenden Kältemitteldampfes entspricht. Das grössere Temperatursignal wirkt sich am Expansionsventil günstig auf sein Stellverhalten aus, indem das Expansionsventil stärker öffnet als ohne den Einfluss der elektrischen Heizung. Dadurch wird die Durchströmung des Verdampfers mit Kältemittel verbessert und der Zustand des aus dem Verdampfer austretenden Dampfes unterliegt geringeren Variationen, so dass das genannte Pendeln vermieden ist. Damit kann auch der Temperaturabstand des dem Verdampfer zugeführten Heizmediums verringert werden. This object is achieved according to the invention in that an electrical heater is provided for the temperature sensor. This electrical heater supplies the expansion valve with a higher temperature signal than the actual temperature of the refrigerant vapor emerging from the evaporator. The larger temperature signal on the expansion valve has a favorable effect on its actuating behavior, in that the expansion valve opens more than without the influence of the electrical heating. This improves the flow of refrigerant through the evaporator and the state of the vapor emerging from the evaporator is subject to minor variations, so that the aforementioned oscillation is avoided. The temperature distance of the heating medium supplied to the evaporator can thus also be reduced.

Bei Inbetriebsetzen der Kälteanlage wird die elektrische Heizung erst mit dem Anlassen des Kältemittelverdichters eingeschaltet, wodurch sich ein sanftes Öffnen des Expansionsventils ergibt. When the refrigeration system is started up, the electric heating is only switched on when the refrigerant compressor is started, which results in the expansion valve opening gently.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der folgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: An embodiment of the invention is explained in more detail in the following description. Show it:

Fig. 1 ein Schema eines Kältemittelkreislaufs mit der erfindungsgemässen Einrichtung und Fig. 1 is a diagram of a refrigerant circuit with the inventive device and

Fig. 2 das Detail A in Fig. 1 in vergrössertem Massstab. Fig. 2 shows the detail A in Fig. 1 on an enlarged scale.

Gemäss Fig. 1 umfasst der Kältemittelkreislauf im wesentlichen einen Kältemittelverdichter 1, einen Kältemittelverflüssiger 2, ein Expansionsventil 3 und einen Kältemittelverdampfer 4. Der Austritt des Kältemittelverdichters 1 steht über eine Leitung 5 mit dem Kältemittelverflüssiger 2 in Verbindung, der seinerseits über eine Leitung 6 mit dem Expansionsventil 3 verbunden ist. Zum Abkühlen und damit Verflüssigen des verdichteten Kältemittels dient Kühlwasser, das über eine Leitung 7 dem Kältemittelverflüssiger 2 zugeführt wird und das die Rohre 2' durchströmt, an denen das Kältemittel kondensiert. Das Kühlwasser strömt nach der Wärmeaufnahme vom Kältemittel über eine Leitung 8 aus dem Verflüssiger 2 ab. Nach der Druckreduktion im Expansionsventil 3 gelangt das flüssige Kältemittel über eine Leitung 9 in den Kältemittelverdampfer 4, in dem das in den Rohren 4' strömende Kältemittel durch Wärmezufuhr wieder verdampft und überhitzt wird. Die Wärmezufuhr hierfür erfolgt mittels eines die Rohre 4' umströmenden Heizmediums, das über eine Leitung 10 dem Verdampfer 4 zugeführt und über eine Leitung 11 aus dem Verdampfer abgeführt und einem nicht dargestellten Verbraucher zugeleitet wird. Der Austritt des Kältemittel Verdampfers 4 ist über eine Leitung 12 mit der Saugseite des Kältemittelverdichters 1 verbunden. 1, the refrigerant circuit essentially comprises a refrigerant compressor 1, a refrigerant condenser 2, an expansion valve 3 and a refrigerant evaporator 4. The outlet of the refrigerant compressor 1 is connected via a line 5 to the refrigerant condenser 2, which in turn is connected via a line 6 to the Expansion valve 3 is connected. Cooling water, which is supplied to the refrigerant condenser 2 via a line 7 and which flows through the pipes 2 ′ on which the refrigerant condenses, serves to cool and thus liquefy the compressed refrigerant. After the heat has been absorbed by the refrigerant, the cooling water flows out of the condenser 2 via a line 8. After the pressure has been reduced in the expansion valve 3, the liquid refrigerant passes through a line 9 into the refrigerant evaporator 4, in which the refrigerant flowing in the tubes 4 ′ is evaporated and overheated again by supplying heat. The heat is supplied for this by means of a heating medium flowing around the pipes 4 ′, which is supplied to the evaporator 4 via a line 10 and discharged from the evaporator via a line 11 and is supplied to a consumer (not shown). The outlet of the refrigerant evaporator 4 is connected via a line 12 to the suction side of the refrigerant compressor 1.

An der Leitung 12 ist ein Temperaturfühler 13 angeschlossen, der die Temperatur des aus dem Verdampfer 4 austretenden überhitzten Kältemitteldampfes misst und über eine Signalleitung 14 mit dem Expansionsventil 3 in Wirkungsverbindung steht. Ausserdem ist an der Leitung 12 eine Druckausgleichsleitung 15 angeschlossen, die ebenfalls mit dem Expansionsventil 3 verbunden ist. Gemäss Fig. 2 ist der Temperaturfühler 13 von einer auf ihn aufgebrachten elektrischen Heizwicklung 16 umgeben, und er steckt zusammen mit dieser Wicklung in einer Hülse 17, die mit ihrem in Fig. 2 rechten verschlossenen Ende in die Leitung 12 ragt, in der A temperature sensor 13 is connected to line 12, which measures the temperature of the superheated refrigerant vapor emerging from the evaporator 4 and is operatively connected to the expansion valve 3 via a signal line 14. In addition, a pressure compensation line 15 is connected to the line 12, which is also connected to the expansion valve 3. According to FIG. 2, the temperature sensor 13 is surrounded by an electrical heating winding 16 applied to it, and it is inserted together with this winding in a sleeve 17 which projects into the line 12 with its closed end on the right in FIG

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

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2 2nd

3 3rd

CH 686 743 A5 CH 686 743 A5

4 4th

der Kältemitteldampf in Richtung des Pfeiles B strömt. the refrigerant vapor flows in the direction of arrow B.

Im Betrieb des Kältemittelkreislaufs wird mit Hilfe des Expansionsventils 3 die in den Kältemittelverdampfer 4 einzuspeisende Menge flüssigen Kältemittels eingestellt, und zwar in Abhängigkeit des vom Temperaturfühler 13 kommenden Signals in der Leitung 14. Da wegen der am Temperaturfühler 13 eingeschalteten elektrischen Heizung von diesem Fühler ein Temperatursignal erzeugt wird, das einem höheren Temperaturwert entspricht als die Dampftemperatur des am Fühler vorbeiströmenden Kältemittels, ist die Stellbewegung des Expansionsventils grösser, als sie ohne eingeschaltete Heizung wäre. Es strömt also flüssiges Kältemittel gleichmässiger über die Leitung 9 in den Kältemittelverdampfer 4 als ohne Heizung, wodurch die Kältemittelströmung in den Rohren 4' des Verdampfers stabiler ist. Durch die stabileren Strömungsverhältnisse lässt sich auch der Abstand zwischen der Temperatur des in den Verdampfer 4 eintretenden Heizmittels zur Verdampfungstemperatur des Kältemittels verringern, so dass das Wärmeübertragungsverhalten des Verdampfers besser ausgenutzt wird. In operation of the refrigerant circuit, the amount of liquid refrigerant to be fed into the refrigerant evaporator 4 is set with the aid of the expansion valve 3, depending on the signal coming from the temperature sensor 13 in the line 14. Because of the electrical heating switched on at the temperature sensor 13, this sensor outputs a temperature signal is generated, which corresponds to a higher temperature value than the vapor temperature of the refrigerant flowing past the sensor, the actuating movement of the expansion valve is greater than it would be without the heating switched on. Liquid refrigerant therefore flows more uniformly via line 9 into the refrigerant evaporator 4 than without heating, as a result of which the refrigerant flow in the tubes 4 ′ of the evaporator is more stable. The more stable flow conditions also allow the distance between the temperature of the heating medium entering the evaporator 4 and the evaporating temperature of the refrigerant to be reduced, so that the heat transfer behavior of the evaporator is better utilized.

Abweichend von dem in Fig. 2 beschriebenen Beispiel kann die Wicklung 16 statt direkt auf dem Temperaturfühler 13 auf die Hülse 17 aufgebracht werden. Es ist auch weiter möglich, statt einer Drahtwicklung eine Wicklung aus einem Heizband zu verwenden, die auf den Temperaturfühler aufgebracht wird, wobei dann der Temperaturfühler mit der Heizbandwicklung auf der Aussenseite der Leitung 12 befestigt wird. Die Heizleistung der elektrischen Heizung wird zweckmässig regelbar ausgebildet, was jedoch in der Zeichnung nicht dargestellt ist. In a departure from the example described in FIG. 2, the winding 16 can be applied to the sleeve 17 instead of directly on the temperature sensor 13. It is also possible to use a winding from a heating tape instead of a wire winding, which is applied to the temperature sensor, in which case the temperature sensor is attached to the heating tape winding on the outside of the line 12. The heating power of the electric heater is expediently designed to be controllable, but this is not shown in the drawing.

Claims

1. Refrigerant evaporator with an expansion valve upstream of the refrigerant inlet of the evaporator and a temperature sensor downstream of the refrigerant outlet of the evaporator, which is operatively connected to the expansion valve via a signal line, characterized in that an electric heater is provided for the temperature sensor.

2. Evaporator according to claim 1, characterized in that the electric heater consists of a winding which is applied to the temperature sensor.

3. Evaporator according to claim 1, characterized in that the electric heater consists of a winding which is applied to a sleeve surrounding the temperature sensor.

4. Evaporator according to claim 2 or 3, characterized in that the temperature sensor protrudes into a line leading the refrigerant flow.

5. Evaporator according to claim 2, characterized in that the winding consists of a heating tape which is fastened together with the temperature sensor on the outside of a line carrying the refrigerant flow.

6. Evaporator according to one of claims 1 to

5, characterized in that the electric heater is adjustable.

5

10th

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20th

25th

30th

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3rd