DE1274598B - Fluessigkeitsverdampfer - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

F25b

Deutsche Kl.: 17 a -13/01

Nummer: 1274 598

Aktenzeichen: P 12 74 598.1-13 (A 44188)

Anmeldetag: 2. Oktober 1963

Auslegetag: 8. August 1968

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsverdampfer mit einem länglichen, flüssigkeitsdichten Gehäuse und darin längs angeordneten Rohren, von denen die unteren in ein Kältemittelflüssigkeitsbad eintauchen, sowie mit Einlassen für flüssiges Kältemittel und darin enthaltenes öl, die in den unteren Bereich des Flüssigkeitsbades einmünden.

Die Anordnung, wonach also nur die unteren Wärmeaustauschrohre in ein Kältemittelflüssigkeitsbad eintauchen, dient bekanntlich dem Zweck, den Verdampfungsvorgang des mit öl angereicherten Kältemittels dazu benutzen zu können, daß letzteres auf die oberen Wärmeaustauschrohre aufgespritzt werden kann.

Das ist theoretisch eine gute Arbeitsweise. Wenn jedoch die Belastung geringer wird, d. h., wenn der Wärmeaustausch bei einer vergleichsweise tiefen Umgebungstemperatur vor sich geht, wird der Verdampfungsvorgang des flüssigen Kühlmittels wegen einer Verminderung der Temperaturdifferenz zwischen dem ao flüssigen Kältemittel und den Wärmeaustauschrohren nachlassen. Dadurch ergibt sich, daß infolge des schwächeren Verdampfens nur eine geringere Benetzung der oberen Rohre durch das Kältemittel erreicht wird. Wenn dies geschieht, ist die effektive Wärme- as austauschfläche geringer, d. h., der Wirkungsgrad des Verdampfers wird negativ beeinflußt.

Es sind nun Verdampfer bekannt, bei denen die Verdampfung des flüssigen Kältemittels in einem horizontal angeordneten Gehäuse stattfindet, wobei Ströme von flüssigem Kältemittel in gleichmäßiger fächerförmiger Anordnung als eine Schicht mit gleichmäßigem Niveau in das Gehäuse parallel zum Boden eingeführt werden, wobei das mit einem Ölfilm bedeckte Kältemittel im Gehäuse siedet. Diese bekannten Verdampfer haben jedoch einen entscheidenden Nachteil, der darin besteht, daß Prallplatten vorgesehen sind, die verhindern, daß das Kältemittel zwar nicht in eine bestimmte Richtung abströmen kann, indessen zahlreiche Wärmeaustauschrohre dadurch in einen ungünstigen Strömungsschatten gelangen, so daß eine gleichmäßige Verteilung des frischen und kalten Kältemittels nicht stattfinden kann.

Es ist auch schon bekanntgeworden, jene Prallplatten mit Ausnehmungen zu versehen, durch welche das Kältemittel hindurchströmen kann. Abgesehen davon, daß auf diese Weise eine exakte, voraussehbare Strömung des Kältemittels nicht erzielbar ist, kommt hinzu, daß auch hier die Wärmeaustauschrohre nur recht unterschiedlich von dem Kältemittel beaufschlagt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Flüssigkeitsverdampfer

Anmelder:

American Radiator & Standard Sanitary

Corporation, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,

2000 Hamburg 36, Neuer Wall 41

Als Erfinder benannt:
Peter Anthony Weller,
Farmington, Mich. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 3. Oktober 1962 (228 055)

Verzicht auf Prallplatten einen Flüssigkeitsverdampfer so auszubilden,, daß eine gleichmäßige Beaufschlagung aller Wärmeaustauschrohre stattfinden kann, unbeschadet dessen, welche Höhe der Spiegel des über Einlasse gespeisten Kältemittelflüssigkeitsbades auch immer einnimmt.

Zum Lösen dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Einlasse in Form von Düsen ausgebildet und derartig angeordnet sind, daß eine geschlossene, das ganze Flüssigkeitsbad umfassende Strömung gleicher Drehrichtung gebildet wird.

Diese Anordnung verbürgt eine wesentliche Erhöhung des Wirkungsgrades beim Wärmeaustausch, was hauptsächlich dadurch erreicht wird, daß die Temperaturdifferenz des aus den Wärmeaustauschrohren abfließenden Mediums, z. B. Wasser, und des Verdampfers verringert wird. Diese Verringerung ist besonders dann wichtig, wenn der Verdampfer mit kleinerer Last gefahren wird. Bei den bekannten Verdampfern kann man die Temperaturdifferenz in solchen Fällen nicht genügend klein machen, wodurch der Wirkungsgrad der bekannten Verdampfer ungünstig beeinflußt wird.

Gemäß der Erfindung wird nicht zuletzt eine Erhöhung des Wirkungsgrades auch dadurch erzielt, daß eine gleichmäßige Verteilung des Öls auf dem Kältemittelspiegel stattfindet. Dies wiederum erreicht man dadurch, daß das frisch eingeleitete Kältemittel dazu benutzt wird,im Kältemittelbad eine gleichmäßig umlaufende Strömung zu erzeugen. Dadurch, daß

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dem frischen Kältemittel eine gleichmäßige Richtung An jeder Querwand 42 befinden sich Rohre 44,

aufgezwungen wird, werden auch die Wärmeaus- die aus den Teilen 46 und 48 bestehen und Einlasse

tauschrohre gleichmäßig mit Kältemittel benetzt. 52 aufweisen, welche in den unteren Bereich des

Die nach der Erfindung angestrebte Wirkung stellt Flüssigkeitsbades einmünden und in Form von Düsen sich insbesondere dann ein, wenn nach einem wei- 5 50 ausgebildet und derart angeordnet sind, daß eine

teren Merkmal der Erfindung vorgesehen ist, daß die geschlossene, das ganze Flüssigkeitsbad umfassende

Strömung innerhalb von Kammern stattfindet, die Strömung 51 gleicher Drehrichtung gebildet wird,

von Stirnwänden und im Inneren des Gehäuses ange- Diese Drehrichtung entspricht im wesentlichen der in

ordneten Querwänden begrenzt werden. den Kammern 34, 36 und 38 stattfindenden Zirku-

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Er- io lation, die mit der Pfeilrichtung 32 angedeutet ist.

findung ist vorgesehen, daß die die Strömung erzeu- Im übrigen ist es wichtig, daß die Einlasse 52 hoch

genden Düsen oberhalb einer Trennwand angeordnet genug und die Düsen 50 so angeordnet sind, daß sich

sind, die in Verbindung mit einer konkav ausgebil- die hohe Konzentration an Oberflächenöl durch Strö-

deten, als Boden dienenden Wand einen oberen Ver- · mung von einer Kammer 34, 36, 38 zur anderen auf

dampfungsraum und einen unteren Dampfraum be- 15 stetige und kontinuierliche Weise ausgleichen kann,

grenzt. wodurch eine Anreicherung und Verarmung des Öles

Um sicherzustellen, daß ein ungehinderter Druck- an verschiedenen Stellen vermieden wird. Die inten-

ausgleich zwischen dem oberen Verdampfungsraum sive Zirkulation sorgt dafür, daß das gesamte flüssige

und dem unteren Dampfraum stattfinden kann, ist Kältemittel in der Anlage von einer gleichmäßigen

noch vorgesehen, daß der obere Verdampfungsraum 20 ölschicht bedeckt ist.

über ein Rohr mit dem unteren Dampfraum in Ver- Um eine vollständige Benetzung der Wärmeausbindung steht. tauschrohre 22 bei niedrigstem Flüssigkeitsbad zu ge-

Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel in währleisten, ist es fernerhin wichtig, daß sich der

der Zeichnung dargestellt. Es zeigt Siedevorgang des eintretenden Kältemittels auf die

F i g. 1 einen Querschnitt, 25 Rohrbündel 20 oder die vertikalen Rohrsäulen 24 be-

F i g. 2 einen Längsschnitt. schränkt, wobei vermieden werden muß, daß der

Der in F i g. 1 dargestellte Flüssigkeitsverdampfer Siedevorgang im Bereich von Durchgangskanälen 54, besitzt ein als Dom ausgebildetes flüssigkeitsdichtes den äußeren Bereichen 56 oder im mittleren Kanal Gehäuse 10, das aus einer Isolierschicht 14 besteht 58 erfolgt (F i g. 1). Um das sicherzustellen, sind oben und eine im Inneren des Verdampfers angeordnete 30 an den Kanälen 54 zwischen den senkrechten Rohr-Wand 12 umgibt, die aus einem druckfesten Material, säulen 24 mit 60 bezeichnete Sperren vorgesehen. z. B. aus Stahl, besteht. Den unteren Abschluß der Weiterhin ist über dem mittleren Kanal 58 ein Kapgekrümmten Wand 12 bildet eine eben beschaffene penteil 62 angeordnet. Außerdem sind längs eines Trennwand 16, die mit der Wand 12 bei 17 ver- jeden äußeren Rohrbündels 20 Absperrbleche 64 schweißt ist. 35 (F i g. 1) vorgesehen.

Der Boden des Flüssigkeitsverdampfers besteht aus Die Beschaffenheit der Sperren 60 und der Ab-

einer Wand 18, die konkav ausgebildet ist, um dem sperrbleche 64 sowie des Kappenteiles 62 ist nicht

zu erwartenden Druck im Inneren des Verdampfers wesentlich. Ihre Aufgabe, das Entweichen des Damp-

widerstehen zu können. Die Wand 18 bildet zusam- fes durch irgendeinen offenen Kanal 54, 56, 58 zu

men mit der Trennwand einen Dampfraum 66, wel- 40 verhindern, ist jedoch außerordentlich wichtig,

eher der Isolierung und dem Druckausgleich ober- In Fig. 1 ist die Ausführung eines rechteckigen

und unterhalb der Trennwand 16 dient. Rohrbündels 20 mit optimaler Wirkung dargestellt,

Oberhalb der Trennwand 16 sind Wärmeaus- wobei sich der Verdampfer in einem eigenen Vertauschrohre 22 vorgesehen, die sich längs des Ge- dampferraum 74 befindet. Bei dieser Anordnung häuses 10 erstrecken und zu einem Rohrbündel 20 45 bildet die durchlaufende Trennwand 16 den flachen zusammengefaßt sind, die einen rechteckigen Quer- Verdampferboden, mit dem das flüssige Kältemittel schnitt aufweisen. Im übrigen verlaufen die Wärme- und darin enthaltenes Öl auf einem gewünschten austauschrohre 22 parallel, d. h. geradlinig zur Trenn- gleichmäßigen Niveau gehalten wird,
wand 16, wobei die Rohrbündel 20 senkrechte Rohr- Ein weiteres Zugrohr 68 mündet mit seinem untesäulen 24 von gleicher Höhe besitzen, die auf noch 50 ren Ende in eine Öffnung 70 der Trennwand 16 und näher zu beschreibende Weise mit im wesentlichen erstreckt sich mit seinem oberen Ende 72 aufwärts gleicher Tauchtiefe in ein Kältemittelflüssigkeitsbad über die Oberkante der Rohrbündel 20 hinaus, woeintauchen. durch der Dampfraum 66 unterhalb der Trennwand

Ein horizontal angeordnetes Hauptverteilerrohr 16 mit dem oberen Verdampferraum 74 in Verbin-26 dient zur Heranführung des flüssigen Kältemittels 55 dung steht, also ein Druckausgleich stattfinden kann, und darin enthaltenes Öl über ein nicht gezeigtes Die Entlüftung des Flüssigkeitsverdampfers befindet Schwimmerventil od. dgl., wobei mehrere vertikal im sich bei 78 des Verdampferraums 74.
Gehäuse 10 angeordnete Zubringerrohre 28 in das Gemäß der Erfindung wird durch das vorerwähnte Hauptverteilerrohr 26 in gleichmäßigem Abstand ein- Verteilungs- und Umlaufsystem ein gleichmäßiges münden. Am unteren Ende eines jeden Zubringer- 60 Kältemittelniveau erreicht. Das flüssige Kältemittel rohres 28 sind Austrittsstutzen 30 angeordnet, die wird dabei so verteilt, daß sich das Öl als Schicht etwa horizontal ausgerichtet sind und entsprechend über die gesamte Flüssigkeit ausbreitet,
den in F i g. 2 veranschaulichten Pfeilen 32 der in das Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der Gehäuse 10 einströmenden Kältemittelflüssigkeit eine Tatsache, daß durch ein neues System zur gleichsolche Richtung aufzwingen, daß die Kältemittel- 65 mäßigen Verteilung des Kältemittels die beste Ausflüssigkeit in Kammern 34, 36 und 38 zirkuliert, die nutzung des Öles für die Benetzung der Rohre, ein von Stirnwänden 40 und Querwänden 42 im Inneren gleichmäßiges Sieden und wirksamer Wärmeausdes Gehäuses 10 gebildet werden. tausch zugleich erreicht werden.

ίο

Die erzielten Vorteile bestehen indessen nicht nur in einem verbesserten Wärmeübergang sowie einer gesteigerten Kühlwirkung bei niedrigem Kältemittelniveau, sondern auch in einer niedrigen Bauhöhe durch die Wirksamkeit der horizontalen Anordnung aller wesentlichen Bauteile. So ergeben sich neben einer niedrigen Bauhöhe auch geringe Installationskosten.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Flüssigkeitsverdampfer mit einem länglichen, flüssigkeitsdichten Gehäuse und darin längs angeordneten Rohren, von denen die unteren in ein Kältemittelflüssigkeitsbad eintauchen, sowie mit Einlassen für flüssiges Kältemittel und darin enthaltenes Öl, die in den unteren Bereich des Flüssigkeitsbades einmünden, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlasse in Form von Düsen (50) ausgebildet und derartig angeordnet sind, daß eine geschlossene, das ganze ao Flüssigkeitsbad umfassende Strömung (51) gleicher Drehrichtung gebildet wird.

2. Flüssigkeitsverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömung (51) innerhalb von Kammern (34, 36, 38) stattfindet, die von Stirnwänden (40) und im Inneren des Gehäuses (10) angeordneten Querwänden (42) begrenzt werden.

3. Flüssigkeitsverdampfer nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Strömung (51) erzeugenden Düsen (50) oberhalb einer Trennwand (16) angeordnet sind, die in Verbindung mit einer konkav ausgebildeten, als Boden dienenden Wand (18) einen oberen Verdampferraum (74) und einen unteren Dampfraum (66) begrenzt.

4. Flüssigkeitsverdampfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Verdampferraum (74) über ein Rohr (68) mit dem unteren Dampfraum (66) in Verbindung steht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 964 926, 2 854 828.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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