DE1919231B - Kälteanlage - Google Patents

Description

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 Verdampfiingstemperatur des Kältemittels und der Temperatur des austretenden Kältemittels verstanden.

Zur optimalen Ausnutzung des Verdampfers ist es erstrebt, ihn möglichst vollständig mit verdampfendem Kältemittel zu füllen. Bei einer zu geringen 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 Verdampfungsendpunktes auf. so daß bei einer vollständigen Füllung des Verdampfers mit verdampfendem Kältemittel zeitweilig flüssiges Kältemittel aus r<r.m Verdampfer austritt, Wodurch die Überhitzung auf Null zurückgeht und auch Schaden in dem naehgeschalieien Kompressor hervorgerufen werden können. Wegen dieser Schwierigkeiten war man gezwungen, das thermostatische Expansionsventil :-,r einzujustieren, daß bei der Nennleistung ein nie!-.· unbeträchtl!.cher Teil des Verdampfers vom verdampfenden Kältemittel frei blieb.

Zur Überwindung dieses Nachteils wurde deiM Verdampfer ein Nachverdampfer nachgeschaltet, der vom flüssigen Kältemittel beheizt wurde. Durch ein.· entsprechende Größe des Nachverdampfers ließ si.jisicherstellen, daß auch bei vollständig mit verdanip fendem Kältemittel gefülltem Verdampfer kei;< flüssiges Kältemittel in die Saugleitung und zu Verdichter gelangte und daß hinter dem Naehvo; dämpfer eine Überhitzung solcher Größe gemes-Li 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 einzujustieren, daß bei einem vorgegebenen Leistungsbereich der Verdampfer im wesentlichen vollständig gefüllt wir.

Es ist eine Kälteanlage mit einem überfluteten Hauptverdampfer und einem von dessen Dampfraum ausgehenden Nachverdampfer bekannt, der zusammen mit dem Hauptverdampfer in einem vom zu kühlenden Medium durchströmten Behälter angeordnet und mit dem Saugrohr eines Kältemittelverdichter verbunden ist. Am Ende des Nachverdampfers wird die Überhitzungstemperatur mit Hilfe eines Fühlers gemessen, der ein die Zufuhr flüssigen Kältemittels in den Überflutungsraum des Hauptverdampfers überwachendes Expansionsventil steuert.

Es ist ein Verdampferrohr füv ^ine Absorptionskältemaschine bekannt, das innen mit einem spiralförmig gewickelten Gewebeband ausgelegt ist, damit an der Unterseite des Rohres befindliches flüssiges Kältemittel auch an die Oberseite des Rohres transportiert und dadurch die Verdampfung verstärkt wird.

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

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Nachverdampfer durch das zu kühlende Medium beheizbar ist und sein Verhältnis der Länge zur Wärmeaustauschfläche um ein Mehrfaches größer ist als beim Verdampfer.

Bei dieser Konstruktion kann wegen der speziellen Regelung der Überhitzung und wegen der Herabsetzung der Schwankungen des Verdampfungsendpunktes die Verdampfer-Warmeaustatiscnfläche im wesentlichen vollständig ausgenutzt werden. Die Beheizung des Nachverdampfers durch das zu kühlende Medium ergibt 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. Das große Verhältnis der Länge zur Wärmeaustauschfläche beim Nachverdampfer führt dazu, daß die Flüssigkeitströpfchen, die zu einer Verschiebung des Verdampfungsendpunktes führen, über eine so große Strecke im Nachverdampfer geführt sind, daß sie entweder auf die Wand des Verdampfers treffen und dann rasch verdampfen oder so lange innerhalb des Kältemittelgasstromes im Nachverdampfer gehalten sind, daß eine vollständige Verdampfung eingetreten ist. Die Forderung bezüglich des Längen-Wärmeaustausch-Verhältnisses kann beispielsweise dadurch verwirklicht werden, daß ein Verdampfer mit mehreren parallelgeschalteten Verdampferrohren einen Nachverdampfer mit nur einem einzigen Rohr aufweist.

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 1.5ZoIl, während der Durchmesser des Saugrohrcs nur 0,75 Zoll beträgt.

Eine pndere 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 Rohres durch den Verdampfer erhält man eine Nachverdampfungsstrecke von der Länge des Verdampfers, die zumindest teilweise unter dem Einfluß des zutretenden zu kühlenden Mediums steht.

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

Die Erfindung wird nachstehend an Hand schematisch in der Zeichnung veranschaulichter Ausfiihrungsbeispicle näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das Schema einer erfintlungsgemäßen KältC' anlage,

F i g. 2 eine spezielle Ausführung von Verdampfer und Nachverdamprer und

F i g. 3 eine weitere Ausführung von Verdampfer und Nachverdamp^fcr.

Bei der Kälteanlage nach F i g. I liegen im Kältekreislauf hintereinander ein Kältemittelverdichter 1. ein Kondensator 2, ein thermostatisches Expansionsventil 3. ein Verdampfer 4 und ein Nachverdanipfer 5.

Das zu kühlende Medium, hier Wasser, wird über eine Leitung 6 in den Nachverdampfer 5 eingeführt, über eine Verbindungsleitung 7 zum Verdampfer 4 weitergeleitet und von dort über eine Leitung 8 zum Verbraucher geführt. Das Ventil 3 besitzt ein Arbe'.lselemeiu9, das über eine erste Impulsleitung 10 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

ίο 12 abgenommen wird, beeinflußt wird. Der Druck in der" Leitung 10 ist gleichzeitig ein Maß für die Verdampfungstemperatur des Kältemittels, so daß im Arbeitselement 9 durch Differenzbildung die Kältemiuel-Überhitzung als Stellgröße wirkt.

Je höher die Temperatur des zuströmenden Wassers in der Leitung 6, um so höher ist die von der Kälteanlage geforderte Kälteleistung Die höhere Eingangstemperatur des Wassers fü>>. r zu einer stärkeren Überhitzung im Nachverdampfe. 5. Der Fühler 12

so gibt ein größeres Signal und das Ventil 3 stellt sich auf einen größeren Öffnungsquerschnitt ein, so daß ein.-· 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 einjustiert 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 F i g. 2 ist eine spezielle Ausführungsform des

erfindungsgemäßen Nachverdampfers gezeigt. Für

gleiche Teile werden die gleichen Bezugszeichen wie

in F i g. 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.

In das Rohi 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 F i g. 1 ein thermostatisches Expansionsventil mit sogenanntem inneren Ausgleich dargestellt ist. bei dem die Leitung 10 durch eine interne Verbindung im Ventilgehäuse gebildet ist, zeigt Fig. 2 ein thermostatisches Expansionsventil mit sogenanntem äußeren Ausgleich, bei dem d'e Leitung 10' nicht direkt hinter dem Ventil, sondern hinter dem Verdampfer angeschlossen ist, um den Einfluß des Druckabfalls im Verdampfer auszuschalten. Die Leitung KC mündet in Strömungsrichtung hinter dem Fühler 12 t" die Saugleitung. Damit ist sichergestellt, daß keine Spuren von verdampfendem Kältemittel, die über die Signalleitung 10' in die Saugleitung gelangen, das Signal am Fühler 12 stören können.

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

Hierzu 1 Blatt Zetchnuneen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Kälteanlage mil einem ein Medium kühlenden Zwangsdurchlauf-Verdampfer, einem beheizbaren Nachverdampfer und einem die Einspeisung des zustromenden flüssigen Kältemittels in den Verdampfer in Abhängigkeit von der Überhitzung des Kältemittels am Ende des Nachverdampfers regelnden Ventil, dadurch gekenn-

7. e i c h η e t. daß der Nachverdampfer (5. 14. 17) durch das zu kühlende Medium beheizbar ist und sein Verhältnis der Länge zur Wärmeaustauschflache um ein Mehrfaches größer ist als beim Verdampfer (4).

2. Kälteanlage nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Nachverdampfer dadurch gebildet ist, ^aB eine Rohrleitung (13) für das aus dem Verdampfer (4) austretende Kältemittel durch einen Abchnitt (14) der Rohrleitung (6) für das zutretende, zu kühlende Medium geführt ist.

3. Kälteanlage nach Anspruch 1, 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.

4. Kälteanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichne» daß der das austretende Kältemitte! führende Kanal im Nachverdampfer (14) an seiner Innenwand mit Mitteln (15) zur Verstärkung der Benetzung durch flüssiges Kältemittel versehen ist, die jedoch den überwiegenden Teil des Kanalquerschnitts freilassen.