DE1919231A1

DE1919231A1 - Kaelteanlage

Info

Publication number: DE1919231A1
Application number: DE19691919231
Authority: DE
Inventors: Huelle Zbigniew Ryszard
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1969-04-16
Filing date: 1969-04-16
Publication date: 1971-02-11
Also published as: CH495539A; DK132195B; DK132195C; CS172907B2; NL7005342A; RO61446A; AT299279B; BR7017633D0; BE746305A; ES377129A1; US3680326A; FR2043413A5; SE360169B; HU163517B; GB1301513A

Description

DR.-ING. ULRICH KNOBLAUCH PATPMTAMWiIT β FRANKFURT/MAIN I₁ DEN 15» ΑρΓϋ 1 9θ9

rMICINIMIM»¥MLI KOHHORNSHOFWEQ 1O If/D

POSTSCHECK-KONTO FRANKFURT/M. 3423 ' DRESDNER BANK, FRANKFURT/M. ,SS3 7O2 TELEFON: 5S1O78 TELEGRAMM: KNOPAT

DANFOSS A/S, Nordborg (Dänem.)

Kälteanlage

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kälteanlage mit einem ein Medium kühlenden Verdampfer, einem beheizbaren Nachverdampfer und einem die Einspeisung des zuströmenden flüssigen Kältemittels in den Verdampfer in Abhängigkeit von der .Überhitzung des Kältemittels am Ende des Nachverdampfers regelnden Ventil.

Die Regelung einer Kälteanlage erfolgt häufig mit Hilfe eines thermostatischen Expansionsventils, das durch die Überhitzung des Kältemittels beim Austritt aus dem Verdampfer gesteuert wird. Unter "Überhitzung" wird die Differenz zwischen der Verdampfungstemperatur des Kältemittels und der Temperatur des austretenden Kältemittels verstandene

Zur optimalen Ausnutzung des Verdampfers ist es erstrebt, ihn möglichst vollständig mit verdampfendem Kältemittel zu füllen. Bei einer zu fingen Füllung ist nur ein Teil der Wärmeaustauschfläche des Verdampfers voll wirksam« Andererseits ist es nicht möglich, eine hundertprozentige Füllung des Verdampfers vorzunehmen, weil sonst die Überhitzung des Kältemittels so klein wird, daß sie kein für die Betätigung des Ventils brauchbares Signal mehr darstellt. Darüber hinaus treten im Rohrverdampfer trotz gleichbleibender Betriebsbedingungen nahezu unkontrollierbare Schwankungen des Verdamfpungsendpunktes auf, so daß bei einer vollständigen Füllung

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des Verdampfers mit verdampfendem Kältemittel zeitweilig flüssiges Kältemittel aus dem Verdampfer austritt, wodurch die Überhitzung auf Null zurückgeht und auch Schäden in dem nachgeschalteten Kompressor hervorgerufen werden können. Wegen dieser Schwierigkeiten war man gezwungen, das thermostatische Expansionsventil so einzuJustieren, daß bei der Nennleistung ein nicht unbeträchtlicher Teil des Verdampfers vom verdampfenden Kältemittel frei blieb.

Zur Überwindung dieses Nachteils wurde dem Verdampfer ein Nachverdampfer nachgeschaltet, der vom flüssigen Kältemittel beheizt wurde. Durch eine entsprechende Größe des Nachverdampfers ließ sich sicherstellen, daß auch bei vollständig mit verdampfendem Kältemittel gefülltem Verdampfer kein flüssiges Kältemittel in die Saugleitung und zum Verdichter gelangte und daß hinter dem Nachverdampfer eine Überhitzung solcher Größe gemessen werden konnte, daß sich für das thermostatische Expansionsventil ein eindeutiges Signal ergab. Überraschenderweise zeigten sich aber nunmehr erhebliche Regelschwierigkeiten; insbesondere war es nahezu unmöglich, das thermostatische Expansionsventil so einzu justieren, daß bei einem vorgegebenen Leistungsbereich der Verdampfer im wesentlichen vollständig gefüllt war.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kälteanlage anzugeben, die bei einfachem Aufbau eine möglichst vollständige Ausnutzung der Verdampfer-Wärmeaustauschfläche gestattet sowie gute Regel- und insbesondere Justiereigenschaften hat.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine eingangs beschriebene Kälteanlage dadurch gekennzeichnet, daß der Nachverdampfer durch das zu kühlende Medium beheizbar ist.

Bei den bekannten Anlagen mit beheizbarem Nachverdampfer war unbeachtet geblieben, daß das zuströmende flüssige Kältemittel

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eine sehr gleichbleibende Temperatur hat. Wird der voll gefüllte Verdampier mit einer geringen Leistung betrieben, strömt das Kältemittel langsam durch den Nachverdampfer und erfährt eine starke Überhitzung. Wird der voll gefüllte Verdampfer dagegen mit einer höheren Leistung betrieben, strömt das Kältemittel schneller durch den Nachverdampfer und erfährt eine geringere überhitzung. Im erstgenannten Fall öffnet daher das als Proportionalregler wirkende, thermostatische Expansionsventil weiter als im zweitgenannten Fall. Dies steht aber gerade im Gegensatz zur gewünschten Regelcharakteristik. Denn das Ventil muß bei höherer Leistung weiter öffnen als bei geringerer Leistung.

Bei einer Beheizung des Nachverdampfers durch das zu kühlende Medium dagegen erfolgt nicht nur die gewünschte vollständige Verdampfung des eventuell aus dem Verdampfer austretenden flüssigen Kältemittels, sondern es ergibt sich außerdem eine in Abhängigkeit von der Leistung sinnrichtige Änderung der Überhitzung. Denn die vom Verdampfer geforderte Leistung hängt im überwiegenden Maß von der Temperatur des zu kühlenden Mediums ab. Je höher die Temperatur,um so größer die geforderte Leistung, um so größer aber auch die im Nachverdampfer erzielte Überhitzung, also der Öffnungsquerschnitt des Expansionsventils. Bei geringerer Temperatur, also geringerer Leistung, ist auch die überhitzung geringer und damit die öffnungsweite des Ventils. Durch entsprechende Wahl der Größe des Nachverdampfers kann man die überhitzung so wählen, daß sie im vorgegebenen Arbeitsbereich der Kälteanlage bzw. im Justierbereich des Expansionsventils brauchbare Werte für die Ventilsteuerung ergibt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Nachverdampfer durch das zutretende zu kühlende Medium beheizbar ist. Denn die angestellten Überlegungen gelten im besonderen Maße bei Berücksichtigung der Eintrittstemperatur des zu kühlenden Mediums. Diese Temperatur durchläuft den größten Bereich in Abhängigkeit

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von der geforderten Leistung. Außerdm liegt sie auf einem relativ hohen, also für die Überhitzung des austretenden Kältemittels günstigen Wert.

Im bevorzugten Fall ist das zu kühlende Medium eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser. Es kann sich aber auch um eine Salzlösung handeln. Bei solchen Flüssigkeiten kommt man mit außerordentlich kleinen Nachverdampfern aus, die in der Regel eine geringere Größe haben als die bekannten, mit Kondensat beheizbaren Nachverdampfer. Außerdem ist die Anwendung des Erfindungsprinzips bei der Kühlung solcher Flüssigkeiten von besonderem Vorteil, weil dort die Verdampfer normalerweise eine sehr kurze Länge mit sehr großen Wärmeaustauschflächen haben,,

In diesem Zusammenhang ist es günstig, daß beim Nachverdampfer das Verhältnis der Länge zur Wärmeaustauschfläche um ein Mehrfaches größer ist als beim Verdampfer. Die Länge des Nachverdampfers kann dann so gewählt werden, daß mitgerissene flüssige Teilchen auf jeden Fall noch verdampft werden; die Wärmeaustauschung ist dann bei der Beheizung durch das zu kühlende Medium in jedem Fall noch ausreichend. Verwirklicht wird diese Forderung beispielsweise bei einem Verdampfer mit mehreren parallel geschalteten Verdampferrohren und einem Nachverdampfer mit nur einem einzigen Rohr.

Bei der praktischen Ausführung kann der Nachverdampfer beispielsweise dadurch gebildet sein, daß eine Rohrleitung für das aus dem Verdampfer austretende Kältemittel durch einen Abschnitt der Rohrleitung für das zutretende zu kühlende Medium geführt ist« Ein solcher einfacher Aufbau ist häufig möglich, weil der Rohrquerschnitt für das zu kühlende Medium in der Regel größer ist als der Querschnitt der zum Kompressor führenden Saugleitung. Beispielsweise beträgt der Durchmesser des Kühlmittelrohres 1,5 Zoll, während der Durchmesser des Saugrohres nur o,75 Zoll beträgt,

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Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß der Nachverdampfer dadurch gebildet ist, daß eine Rohrleitung für das aus dem Verdampfer austretende Kältemittel durch den das zu kühlende Medium aufnehmenden Raum des Verdampfers geführt ist. Bei geradem Durchführen dieses Rohrs durch den Verdampfer erhält man eine Nachverdamfungsstrecke von der Länge des Verdampfers, die zumindest teilweise unmittelbar unter dem Einfluß des zutretenden, zu kühlenden Mediums steht.

Eine weitere Verbesserung läßt sich dadurch erzielen, daß der das austretende Kältemittel führende Kanal im Nachverdampfer gemäß einem älteren Vorschlag an seiner Innenwand mit Mitteln zur Verstärkung der Benetzung durch flüssiges Kältemittel versehen ist, die jedoch den überwiegenden Teil des Kanalquerschnitts freilassen,, Diese Mittel können beispielsweise durch ein eingelegtes Drahtnetz gebildet sein. Durch Kapillarwirkung wird flüssiges Kältemittel bevorzugt an der Kanalwand festgehalten und infolgedessen rascher verdampfte

Die Erfindung wird nachstehend anhand schematisch in der Zeichnung "veranschaulichter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Schema einer erfindungsgemäßen Kälteanlage,

Fig. 2 eine spezielle Ausführung von Verdampfer und Nachverdampfer und

Fig. 3 eine weitere Ausführung von Verdampfer und Nachverdampfer.

Bei der Kälteanlage nach Fig. 1 liegen im Kältekreislauf hintereinander ein Kältemittelverdichter 1, ein Kondensator 2, ein thermostatisches Expansionsventil 3, ein Verdampfer 4 und ein Nachverdampfer 5. Das zu kühlende Medium, hier Wasser, wird über eine Leitung 6 in den Nachverdampfer 5 eingeführt, über

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eine Verbindungsleitung 7 zum Verdampfer 4 weitergeleitet und von dort über eine Leitung 8 zum Verbraucher geführt» Das Ventil 3 besitzt ein Arbeitselement 9, das über eine erste Impulsleitung 1o vom Druck des Kältemittels hinter dem Ventil 3 und über eine zweite Impulsleitung 11 von der Temperatur hinter dem Nachverdampfer 5, die von einem Fühler 12 abgenommen wird, beeinflußt wird. Der Druck in der Leitung 1o ist gleichzeitig ein Maß für die Verdamfungstemperatur des Kältemittels, so daß im Arbeitselement 9 durch Differenzbildung die Kältemittel-Überhitzung als Stellgröße wirkt.

Je höher die Temperatur des zuströmenden Wassers in der Leitung 6, umso höher ist die von der Kälteanlage geforderte Kälteleistung. Die höhere Eingangstemperatür des Wassers führt zu einer stärkeren Überhitzung im Nachverdampfer 5. Der Fühler 12 gibt ein größeres Signal und das Ventil 3 stellt sich auf einen größeren Öffnungsquerschnitt ein, so daß eine größere Kältemittelmenge pro Zeiteinheit in den Verdampfer 4 gelangt und dort zur Erzeugung dieser Kälteleistung zur Verfügung steht«

Beim Einfahren dieser Kälteanlage kann das thermostatische Expansionsventil 3 so einjuäiert werden, daß der Verdampfer 4 bei einer vorgegebenen Leistung im wesentlichen vollständig gefüllt ist. Wird bei gleicher Anlage eine andere Leistung gefordert, stellt sich das Ventil 3 automatisch ein, ohne daß hierbei Schwierigkeiten bei der Regelung auftreten.

In Fig. 2 ist eine spezielle Ausführungsform des erfindungsgemäßen Nachverdampfers gezeigt· Für gleiche Teile werden die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet. Die aus dem Verdampfer 4 austretende Leitung 13 für das Kältemittel wird über einen Abschnitt 14 durch die Zuleitung 6 für das zuströmende Wasser geführt« Hierbei erfolgt in diesem Abschnitt 14 die erstrebte Nachverdampfung·

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In das Rohr 13 ist im Bereich des Abschnitts 14 innen ein zylindrisches Drahtnetz eingelegt, das durch Kapillarwirkung in verstärktem Maße flüssiges Kältemittel festhält und leichter verdampfen läßt.

Während in Fig. 1 ein thermostatisches Expansionsventil mit sogenanntem inneren Ausgleich dargestellt ist, bei dem die Leitung 1ο durch eine interne Verbindung im Ventilgehäuse gebildet ist, zeigt Fig. 2 ein thermostatisches Expansionsventil mit sogenanntem äußeren Ausgleich, bei dem die Leitung 1o^s nicht direkt hinter dem Ventil sondern hinter dem Verdampfer angeschlossen ist, um den Einfluß des Druckabfalls im Verdampfer auszuschalten. Die Leitung 1o' mündet in Strömungsrichtung hinter dem Fühler 12 in die Saugleitung. Damit ist sichergestellt, daß keine Spuren von verdampfendem Kältemittel, die über die Signalleitung 1o' in die Saugleitung gelangen, das Signal am Fühler 12 stören können.

In Fig. 3 schließlich ist dargestellt, dassbei einem Verdampfer 4 mit einer Vielzahl von parallel geschalteten Verdampferrohren die Austrittsrohrleitung 16 einfach durch den das zu kühlende Medium aufnehmenden Raum des Verdampfers 4 zurückgeführt ist und auf diese Weise einen Nachverdampfer 17 bildet. Der Aniangsabschnitt dieses Nachverdampfers befindet sich im Bereich der Eintlttsleitung 6 für das zu kohlende Medium, so daß auch der, Vorteil der Ausnutzung der Eintrittstemperatur dieses zu kühlenden Mediums erreicht wird.

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Claims

Patentansprüche

1· !Kälteanlage mit einem ein Medium kühlenden Verdampfer, einem beheizbaren Nachverdampfer und einem die Einspeisung des zuströmenden flüssigen Kältemittels in den Verdampfer in Abhängigkeit von der Überhitzung des Kältemittels am Ende des Nachverdampfers regelnden Ventil, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachverdampfer (5, 14, 17) durch das zu kühlende Medium beheizbar ist.
2. Kälteanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachverdampfer (5, 14, 17) duxh das zutretende zu kühlende Medium beheizbar ist.

/oder 2
V₉ dadt
3» Kälteanlage nach Anspruch V_t dadurch gekennzeichnet, daß das zu kühlende Medium eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, ist.
4. Kälteanlage nach einem der Ansprüche 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß beim Nachverdampfer (5» 14,17) das Verhältnis der Länge zur 'Wärmeaustauschfläche um ein Mehrfaches größer ist als beim Verdampfer (4).
5. Kälteanlage nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Nächverdampfer dadurch gebildet 1st, daß eine Rohrleitung (13) für das aus dem Verdampfer (4) austretende Kältemittel durch einen Abschnitt (14) der Rohrleitung (6) für das zutretende, zu kühlende Medium geführt ist,
6. Kälteanlage nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachverdampfer dadurch gebildet ist, daß eine Rohrleitung (16) für das aus dem Verdampfer (4) austretende Kältemittel durch den das zu kühlende Medium aufnehmenden Raum des Verdampfers geführt ist*

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Kälteanlage nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der das austretende Kältemittel führende Kanal im Nachverdampier (14) an seiner Innenwand mit Mitteln (15) zur Verstärkung der Benetzung durch flüssiges Kältemittel versehen ist, die jedoch den überwiegenden Teil des Kanalquerschnitte freilassen.

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