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Überfluteter Kältemaschinenverdampfer mit einem über einen angeschlossenen
Abscheider führenden Flüssigkeitskreislauf Die Erfindung betrifft einen überfluteten
Kältemaschinenverdampfer mit einem über einen angeschlossenen Abscheider führenden
Flüssigkeitskreislauf, bei dem in einer Rücklaufleitung des Kreislaufs eine Fühlvorrichtung
angeordnet ist, die ein Regulierventil in der Zuführungsleitung steuert.
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Es ist ein Kältemaschinenverdampfer der genannten Art bekanntgeworden,
in dessen Rücklaufleitung ein Flüssigkeitsströmungsfühler in Form eines oben offenen
Behälters mit einer engen Bodenöffnung angeordnet ist und in welchem sich ein Schwingkörper
zum Steuern des Regulierventils befindet. Die Flüssigkeit durchströmt den genannten
Behälter, in welchem die Umlaufgeschwindigkeit der Flüssigkeit schwankt, wobei der
Schwimmkörper so mit dem Regulierventil verbunden ist, daß eine Verminderung der
Umlaufgeschwindigkeit die Steuerung des Regulierventils im Öffnungssinne und eine
Vergrößerung der Umlaufgeschwindigkeit eine Steuerung des Regulierventils im Sinne
des Schließens bewirkt. Die Zuführungsleitung ist an dem oberen Teil der Rücklauf-
oder der Fall-Leitung des Flüssigkeitskreislaufs angeschlossen. Eine Verminderung
der Umlaufgeschwindigkeit bewirkt also eine Vergrößerung der Kältemittelzuführung.
Bei der Einführung des Kältemittels in den Kreislauf wird Kältemitteldampf durch
Entspannung im Ventil frei. Dieses Freiwerden von Kältemitteldampf kann unter Umständen
eine Hemmung oder eine Unterbrechung des Umlaufs mindestens für eine kurze Zeit
bewirken. Eine Vergrößerung der Umlaufgeschwindigkeit bewirkt eine Verminderung
der Kältemittelzuführung. Die Hemmung des Umlaufs auf Grund des entstehenden Kältemitteldampfes
wird deshalb vermindert und die Umlaufgeschwindigkeit vergrößert. In dieser bekannten
Kälteanlage schwankt die Umlaufgeschwindigkeit daher sehr stark. Es muß deshalb
dem Verdampfer ein Flüssigkeitsausscheider von beachtlicher Größe zugeordnet werden.
Die Abmessungen des Ausscheiders müssen aber an die größte Belastung und die größte
Umlaufgeschwindigkeit angepaßt werden.
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Es ist auch eine Kälteanlage der genannten Art bekanntgeworden, bei
der die Fühlvorrichtung aus einem Flüssigkeitsfühler besteht, der in der Rücklaufleitung
liegt, wobei die Zuführungsleitung für flüssiges Kältemittel an den unteren Teil
des Steigrohres des Flüssigkeitskreislaufs angeschlossen ist. Hierdurch wird der
Flüssigkeitsstand in der Rücklaufleitung in hauptsächlich unveränderter Höhe gehalten.
Die Umlaufgeschwindigkeit schwankt sehr stark mit der Belastung, indem die Geschwindigkeit
bei hoher Belastung hoch und niedriger Belastung niedrig ist.
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Es wurde nun gefunden, daß die beste thermische Ausnutzung eines Verdampfers
der genannten Art dann erreicht wird, wenn die Umlaufgeschwindigkeit trotz Schwankens
der Belastung eine gewisse, im wesentlichen konstante Größe hat. Die Umlaufgeschwindigkeit
soll die Flüssigkeitsgeschwindigkeit in der Rücklaufleitung bedeuten.
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Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung der angegebenen
Art zu schaffen, bei der eine solche hauptsächlich konstante Flüssigkeitsgeschwindigkeit
bei veränderlicher Belastung erreicht werden kann.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Fühlvorrichtung
aus einem an sich bekannten Flüssigkeitsströmungsfühler besteht, der so mit dem
Regulierventil in der Zuführungsleitung für flüssiges Kältemittel verbunden ist,
daß eine Vergrößerung der Flüssigkeitsströmung in der Rücklaufleitung des Kreislaufs
eine verminderte Zuführung von flüssigem Kältemittel bewirkt, und umgekehrt, und
daß die Zuführungsleitung für flüssiges Kältemittel an dem unteren Teil des Steigrohres
des Flüssigkeitskreislaufs angeschlossen ist.
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Bei der Einführung von flüssigem Kältemittel in den Kreislauf wird
Kältemitteldampf durch Entspannen
frei und der Kältemitteldampf
bewirkt eine Förderung der Strömung im Steigrohr. Falls die Umlaufgeschwindigkeit
über die gewünschte Höhe ansteigt, wird die Zuführung von Kältemittel vermindert
und folglich auch weniger Kältemitteldampf frei und damit auch die Aufwärtsströmung
im Steigrohr verringert. Dadurch wird ein verminderter Umlauf herbeigeführt, so
daß dieser in kurzer Zeit auf oder nahe auf die gewünschte Höhe gebracht wird. Falls
die Umlaufgeschwindigkeit unter die gewünschte Höhe abfällt, wird die Zuführung
von flüssigem Kältemittel vergrößert, so daß eine vergrößerte Kältemitteldampfmenge
frei wird und folglich die Strömung aufwärts im Steigrohr kräftiger wird. Dadurch
wird ein verstärkter Umlauf herbeigeführt, so daß die Umlaufgeschwindigkeit in kurzer
Zeit auf die gewünschte Höhe oder nahe auf die gewünschte Höhe gebracht wird. Es
kann somit bei allen Belastungen der Anlage eine gewisse begrenzte Umlaufgeschwindigkeit
erreicht werden. Daraus ergibt sich bei allen Belastungen eine gute thermische Ausnutzung
des Verdampfers. Da der Umlauf niemals sehr stark wird, ist ein großer Flüssigkeitsausscheider
nicht erforderlich, und die Anlage kann deshalb verhältnismäßig kleine Abmessungen
erhalten. Entsprechend sind auch die Herstellungskosten gering.
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In einem flüssigkeitsgefüllten Verdampfer erfolgt die Verdampfung
oft als Stoßkochen, das mit kleinen Zwischenräumen eintritt. Da jedoch bei jedem
Stoßkochen eine kleine Kältemittelmenge in die Rücklaufleitung übergeführt wird,
erleidet der Strömungsfühler eine entsprechende Beeinflussung. Um diesen Nachteil
zu vermeiden, wird gemäß der Erfindung eine vorteilhafte Ausführungsform vorgeschlagen,
bei welcher in der Fallstrecke des Flüssigkeitskreislaufs ein Behälter mit engem
Ablauf angeordnet ist und der im Behälter befindliche, auf die Flüssigkeitshöhe
ansprechende Flüssigkeitsfühler aus einem mit einem elektrischen Heizelement versehenen
Thermostaten besteht, der das Regulierventil steuert.
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Hierbei erfolgen die Steuerimpulse mit einer gewissen Trägheit, so
daß das Ventil entsprechend einem Durchschnittswert der Flüssigkeitsströmung in
der Rücklaufleitung eingestellt wird. Durch diese Maßnahme werden häufige Änderungen
der Regulierventileinstellung vermieden, wodurch eine lange Lebensdauer für dieses
Ventil erreicht wird. Ferner werden solche Instabilitätserscheinungen ausgeschaltet,
die eintreten konnten, falls das Stoßkochen häufig Änderungen der Regulierventileinstellung
bewirkt. Die Reguliervorrichtung ist besonders für Schiffskühlanlagen gut geeignet.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform eines Verdampfers mit Reguliervorrichtung
nach der Erfindung gezeigt.
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Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht des Verdampfers, Fig. 2 im
größeren Maßstab ein Schnittbild der in Fig. 1 gezeigten Meß- und Reguliervorrichtung,
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 2.
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In der Zeichnung bezeichnet 1 die Steigrohrstrecke des Verdampfers,
die in Fig. 1 als eine einzelne Rohrschlange gezeigt ist. Sie kann indessen aus
mehreren parallel geschalteten Rohrschlangen oder einem anderen Kanalsystem bestehen,
z. B. in Form von Zwischenräumen in einer Plattenwärmewechselvorrichtung. Die Steigrohrstrecke
ist oben und unten durch Ausgleichbehälter, die gemeinsam für mehrere parallel geschaltete
Steigrohrstrecken sein können, an eine Fallrohrstrecke 2 angeschlossen, die durch
ein einzelnes weites Rohr, mehrere parallel geschaltete Rohrstrecken oder entsprechende
Kanäle gebildet werden kann.
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Der obere Anschluß der Steigrohrstrecke an die Fallrohrstrecke 2 ist
durch einen Flüssigkeitsseparator 3 geführt, von welchem ein Saugrohr 4 in üblicher
Weise an den Kompressor der Kälteanlage führt.
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Infolge der geringen Wärmeaufnahme der Fallrohrstrecke wird ein Gravitationsumlauf
von flüssigem Kältemittel eintreten, wobei die Intensität dieses Umlaufs von der
Wärmezuführung an die Steigrohrstrecke abhängt. Eine kräftige Wärmezuführung, ein
kräftiges Kochen in der Steigrohrstrecke und ein entsprechend großer hydrostatischer
Triebdruck für den Umlauf wird hierdurch hervorgerufen. Mit Rücksicht auf den Kompressor
und den Gesamtwirkungsgrad der Anlage muß aber der Flüssigkeitsseparator 3 eine
zum praktisch vollständigen Ausscheiden des aus dem Verdampfer an die Fallrohrstrecke
2 mitgerissenen flüssigen Kältemittels hinreichende Kapazität haben, so daß hauptsächlich
trockener gesättigter Kältemitteldampf durch das Saugrohr abströmt.
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Zum Regulieren des Umlaufs ist im oberen Teil der Fallrohrstrecke
2 eine kombinierte Meß- und Abfühlvorrichtung 7 angeordnet, die durch eine Verbindungsleitung
8 ein Regulierventil 6 beeinflußt. Durch dieses Ventil 6 strömt flüssiges Kältemittel
aus dem nicht gezeigten Kältemittelbehälter der Anlage durch eine Leitung 5 an den
unteren Ausgleichbehälter des Verdampfers. Blasen aus gasförmigem Kältemittel, die
infolge Druckminderung im Ventil 6 gebildet sind, werden in dieser Weise unmittelbar
an den unteren Teil der Steigrohrstrecke geleitet, und sie wirken zum Fördern des
Selbstumlaufs des flüssigen Kältemittels.
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Die kombinierte Meß- und Reguliervorrichtung 7 ist näher gezeigt in
Fig. 2 und 3 und umfaßt einen oben offenen Behälter 11, der an einen Flansch
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angeschweißt ist. Dieser ist an einem Flansch eines Rohrstückes 9 an der
Seite des Fallrohres 2 durch Bolzen befestigt. Die Öffnung des Behälters 11 ist
durch Metallgewebe 16 abgedeckt, und der Behälter besitzt ein kalibriertes Auslaufloch
12 am Boden. Ein Teil des in dem Fallrohr herunterfallenden Kältemittels wird im
Behälter 11 aufgefangen, in dem sich die Standhöhe des flüssigen Kältemittels einstellt,
die von dem Unterschied zwischen der Zuführung durch die Drahtgewebeoberseite und
dem Ablauf durch das Bodenloch 12 abhängig ist. Jede Umlaufgeschwindigkeit des flüssigen
Kältemittels entspricht somit einer bestimmten Standhöhe des flüssigen Kältemittels
im Behälter 11.
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Im Behälter 11 ist ein Fühler 13 angeordnet, der in bekannter Weise
durch ein mit einem elektrischen Heizkörper versehenes, flüssigkeitsgefülltes, verschlossenes
Rohr gebildet ist, das durch eine enge flüssigkeitsgefüllte Leitung 8 so mit einem
gewöhnlichen thermostatgesteuerten Ventilkegel im Ventil 6 in Verbindung steht,
daß eine niedrige Temperatur und ein entsprechend niedriger Druck der Flüssigkeit
im Fühler ein Schließen des Ventils 6 bewirken und Überschreiten einer gewissen
gewünschten Temperatur und des entsprechenden Druckes im Fühler 13 die öffnung des
Ventils entweder zur völlig oder teilweise
offenen Stellung bewirkt,
die von der Temperatur und dem Druck im Fühler 13 abhängig ist. Dem Heizkörper wird
Strom durch zwei Leitungen 14 gegebenenfalls aus einer Reguliervorrichtung zugeleitet,
mittels deren die Wärmeleistung des Heizkörpers und somit die Charakteristik und
der Arbeitspunkt der Fühlervorrichtung nach Wunsch einreguliert werden können.
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Der Fühler 13 ist in solcher Höhe im Behälter 11 angeordnet, daß er
bei normalem Umlauf in das flüssige Kältemittel hineintaucht oder mindestens in
unmittelbarer Berührung mit dem flüssigen Kältemittel im unteren Teil des Behälters
11 steht. Er liegt aber im wesentlichen im gasförmigen Kältemittel, wenn der Umlauf
geringer als gewünscht ist. Hierdurch wird erreicht, daß die Fühlvorrichtung und
das damit verbundene Regulierventil ständig versucht, die Flüssigkeitszuführung
an den Verdampfer so einzustellen, daß der Umlauf in einer hauptsächlich konstanten
Höhe gehalten wird.
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Die Höhe des Fühlers im Behälter 11 und die Größe der Ablauföffnung
12 können zum Einstellen während des Betriebes der Anlage eingerichtet sein.
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In der gezeigten Ausführungsform ist oberhalb des Fühlers 13 ein Schirm
15 angeordnet, so daß flüssiges Kältemittel nicht unmittelbar in den Fühler tropfen
kann.
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Beispielsweise kann für Ammoniak-Luftkühler, die mit parallel geschalteten
5/4"-Steigröhren aufgebaut sind, angegeben werden, daß eine umlaufende Flüssigkeitsmenge
in der Höhe von 80 Liter je Stunde für jedes Steigrohr eine sehr gute thermische
Ausnützung bei normalen Belastungen des Kühlers gibt.
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Die Reguliervorrichtung kann so eingerichtet sein, daß der Umlauf
etwas mit der Belastung schwankt, z. B. dadurch, daß die Wärmezufuhr zum elektrischen
Heizelement des Thermostatfühlers belastungsabhängig reguliert wird, vorzugsweise
selbsttätig mittels einer Vorrichtung, die auf die Belastung anspricht.