DE2013808B2 - Zwangsdurchlauf-verdampfer einer kompressionskaelteanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zwangsdurchlauf-Verdampfer einer Kompressionskälteanlage mit vom Kältemittel durchflossenem Rohr, an dessen Ende nur Kältemitteldampf austritt

Die Leistung einer Kältemaschine bei einer im Zwangsdurehlauf arbeitenden Anlage hängt in erheblichem Maß davon ab, welchen Druckabfall das Kältemittel beim Durchströmen des Verdampfers erfährt. Am häufigsten werden Zwangsdurehlauf-Verdampfer mit einem einzigen, langen Rohr oder einem entsprechenden Leitungskanal verwendet, an deren Ende sich ein Fühler befindet der die Kältemittelzufuhr unterbricht wenn das Kältemittel beim Austritt aus dem Rohr nicht vollständig verdampft ist. Aus Sicherheitsgründen soll der Rohrabschnitt unmittelbar vor dem Fühler nur noch der Überhitzung des Kältemittels dienen, so daß der Gesamtfüllgrad des Verdampfers nicht ganz 100% erreicht. Zur vollständigen Verdampfung des Kältemittels ist eine bestimmte Rohrlänge erforderlich. Bei Verwendung eines innen und außen glatten Rohres und höheren, zu übertragenden Kälteleistungen ergeben sich so große Rohrlängen, daß der im Verdampferrohr entstehende Druckabfall eine unangemessen große Leistung der Kältemaschine erfordert.

Aus diesem Grunde ist es für die Übertragung größerer Kälteleistungen bekannt, eine Vielzahl von parallel geschalteten Verdampferrohren vorzusehen, mit deren Hilfe der Druckabfall ganz erheblich herabgesetzt werden kann. Dies erfordert aber am Eingang des Rohrbündels eine Verteileranordnung, welche das Kältemittel gleichmäßig auf die einzelnen Rohre verteilt, und am Ende jedes Rohres einen Kältemittelfühler mit vorgeschalteter Überhitzungsstrecke. Dies führt zu einem erheblichen konstruktiven Mehraufwand und zu einer spürbaren Absenkung des Gesanitfüllgrades, z. B. um 30% oder mehr.

Es ist ferner üblich, die äußere Oberfläche eines Verdampferrohres durch Rippen od. dgl. zu vergrößern. Hierdurch soll die je Längeneinheit des Rohres abgegebene Kälteleistung in einem der Oberflächenvergrößerung entsprechenden Maß heraufgesetzt werden. Die Anwendung dieses Prinzips auf das Rohrinnere scheitert jedoch daran, daß die nach innen vorspringenden Rippen od. dgl. den Strömungswiderstand des Verdampferrohres so stark erhöhen, daß unter sonst gleichen Umständen eine Kältemaschine höherer Leistung benutzt werden muß.

Sodann ist ein überfluteter Verdampfer bekannt, bei dem eine netzartige Einlage, die den lichten Querschnitt des Rohres nur unwesentlich verkleinert, eng an der inneren Oberfläche anliegt Diese Einlage hat die Aufgabe, an der inneren Rohrwand befindliche Flüssigkeit so fest zu halten, daß sie nicht durch Kältemitteldampf mitgerissen wird.

Es ist ferner ein Verdampfer für ein Absorptionskäitesystem bekannt, bei dem ein innen glattes Rohr außen mit Rippen und innen mit einer netzartigen Einlage versehen ist Die Einlage führt das von oben zugeleitete flüssige Kältemittel längs der inneren Rohrwand bis zur Unterseite. Der freie Innenquerschnitt steht für den Durchtritt des bei Absorptionskältesystemen erforderlichen inerten Gases zur Verfugung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zwangsdurchlaufverdampfer einer Kompressionskäke anlage der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei der für eine gegebene zu übertragende Kältemittelleistung gleichzeitig ein außerordentlich geringer Druckabfall und ein sehr hoher Füllgrad auftreten. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Kombination der Merkmale:

a) die äußere Oberfläche des Rohres ist durch Rippen od. dgl. vergrößert;

b) die innere Oberfläche des Rohres ist glatt;

c) eine netzartige Einlage, die den lichten Querschnitt des Rohres nur unwesentlich verkleinert, liegt eng an der inneren Oberfläche an. Durch die netzartige Einlage wird der Strömungswiderstand des Verdampferrohres nur geringfügig erhöht. Umgekehrt lassen sich aber durch die beanspruchte Kombination bisher nicht erreichbare Wärmedurchgangszahlen k beim Wärmeübergang zwischen dem Kältemittel und dem zu kühlenden Medium, insbesondere Luft, erzielen. Während bisher die maximal erreichbaren Werte bei k = 12 bis 13 lagen, erreicht man erfindungsgemäß Werte der Wärmedurchgangszahl Ar von mehr als 20. Infolgedessen kann bei vorgegebener, zu übertragender Kälteleistung die Rohrlänge erheblich verkürzt und daher der Druckab fall auf einen außerordentlich niedrigen Wert herabge setzt werden. Wendet man dieses Prinzip auf zwei oder mehr parallelgeschaltete Rohre an, lassen sich unter sonst gleichen Umständen sehr viel größere Kältelei-

stungen als bisher übertragen.

Häufig sind bei einem Verdampfer gerade Rohrabschnitte über Rohrkrümmer miteinander verbunden. Bei solchen Verdampfern empfiehlt es sich, die Berippung und die netzartige Einlage nur in den geraden s Rohrabschnitten vorzusehen. Da die Krümmer nur einen kleinen Teil des gesamten Verdampferrohres ausmachen, genügt es, die Maßnahmen zur Erhöhung der Wärmeübergangszahl nur in den geraden Abschnitten vorzunehmen. Auf diese Waise lassen sich die Rippen, z. B. gemeinsame Rippen für sämtliche geraden Rohrabschnitte, und auch die netzartigen Einlagen, die von einer Stirnseite her in den Rohrabschnitt eingeschoben werden können, leichter anbringen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die netzartige Einlage aus einem langgestreckten ebenen Netzabschnitt besteht, dessen Breite etwas kleiner als der Innenumfang des Rohres und der vot gebogen und unter Vorspannung in das Rohr eingeschoben ist. Dadurch ergibt sich nicht nur die leichtere Herstellbarkeit aus ebenen Netzen, sondern auch ein müheloses Einschieben und eine genau wählbare Vorspannung.

Die Kanten des Netzabschnittes befinden sich zweckmäßigerweise unter Bildung eines Spalts an der Unterseite des Rohrinnenraums. Wenn sich im Verdämpfer öl ausscheidet, kann das öl durch den Spalt abfließen. Diese Lage der Rinne läßt sich am besten dann erreichen, wenn jeder gerade Rohrabschnitt mit einer eigenen netzartigen Einlage versehen wird.

Bei einem Zwangsdurchlauf-Verdampfer für die Luftkühlung empfiehlt es sich, daß die netzartige Einlage so ausgebildet und an der Rohrinnenfläche angeordnet ist, daß die sich infolge stärkerer Benetzung an der glatten Rohrinnenwand einstellende Wärmeübergangszahl um mindestens das Vierfache größer ist als die an der Außenseite auftretende Wärmeübergangszahl multipliziert mit dem Verhältnis der äußeren zur inneren Rohroberfläche.

Bei dieser Anordnung wird der Wärmeübergang an der Außenseite durch eine Flächenvergrößerung und an der Innenseite durch eine Erhöhung der Benetzung erzielt. Nur dadurch, daß beide Verbesserungen Hand in Hand laufen, ergibt sich eine wesentliche Verbesserung des Wärmedurchgangs, wie sie durch eine Maßnahme nur an der Außenseite oder nur an der Innenseite niemals erzielt werden könnte.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Virdampfer im Rahmen einer Kompressionskälteanlage und

Fig.2 einen schematischen Querschnitt durch den Verdampfer.

Gemäß F i g. 1 fördert ein Kältemittelkompressor 1 über eine Druckleitung Kältemittel in einen Verdampfer 2. Dieser speist in Abhängigkeit von einem Expansionsventil 3 flüssiges Kältemittel in einen Verdampfer 4. Das verdampfte Kältemittel gelangt über eine Saugleitung zurück in den Kompressor 1. Das Expansionsventil 3 wird von einem Temperaturfühler 5 gesteuert, der am Ausgang 6 de? Verdampfers angeiegt ist.

Der Verdampfer besitzt ein einziges Rohr 7, das aus geraden Rohrabschnitten 8 und diese verbindenden Rohrkrümmern 9 zusammengesetzt ist. Das Rohr wird von seitlichen Stützen 10 gehalten. Den geraden Rohrabschnitten 8 sind Wärmeübergangsrippen 11 gemeinsam, in jeden geraden Rohrabschnitt ist eine netzartige Einlage 12 eingeschoben. Die zu kühlende Luft strömt parallel zu den Rippen 11.

Die Einlagen 12 sind nur schematisch angedeutet Sie bestehen zweckmäßigerweise aus einem Metallgewebe. Dieses Metallgewebe wird in ebenen Stücken gefertigt Hiervon werden Abschnitte abgetrennt, rohrförmig gebogen und unter Vorspannung in die geraden Rohrabschnitte 8 eingeschoben, bevor diese mittels der Krümmer 9 verbunden werden. Beim Zusammenbiegen der Gewebeabschnitte verbleiben Spalten 13, die in den Rohrabschnitten 12 jeweils unten angeordnet werden.

Bei einem Ausführungsbeispiel wurde an der Außenseite eine Wärmeübergangszahl «ι - 25, eine Wärmeübergangszahl an der Innenseite «2 - 1400 und ein Verhältnis der Flächen von Außenseite und Innenseite von 13,7 festgestellt. Dies ergab eine Wärmedurchgangszahl k - 20, wie sie bei Zwangsdurchlauf-Verdampfern für die Luftkühlung bisher nicht erzielbar war.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Zwangsdurehlauf-Verdampfer einer Kompressionskälteanlage mit vom Kältemittel durehflossenem Rohr, an dessen Ende nur Kältemitteldampf austritt, gekennzeichnet durch die Kombination der Merkmale:

a) die äußere Oberfläche des Rohres (7) ist durch Rippen (11) od. dgL vergrößert;

b) die innere Oberfläche des Rchres (7) ist glatt;

c) eine netzartige Einlage (12), die den lichten Querschnitt des Rohres nur unwesentlich verkleinert, liegt eng an der inneren Oberfläche an.

2. Verdampfer nach Anspruch 1, bei dem gerade Rohrabschnitte Ober Rohrkrümmer miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Berippung und die netzartige Einlage (12) nur in den geraden Rohrabschnitten (8) vorgesehen sind.

3. Verdampfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die netzartige Einlage (12) aus einem langgestreckten ebenen Netzabschnitt besteht dessen Breite etwas kleiner als der Innenumfang des Rohres (7) und der vorgebogen und unter Vorspannung in das Rohr eingesetzt ist

4. Verdampfer nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet daß sich die Kanten des Netzabschnitts unter Bildung eines Spalts (13) an der Unterseite des Rohrinnenraums befinden.

5. Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4 für die Luftkühlung, dadurch gekennzeichnet daß die netzartige Einlage (12) so ausgebildet und an der Rohrinnenfläche angeordnet ist, daß die sich infolge stärkerer Benetzung an der glatten Rohrinnenwand einstellende Wärmeübergangszahl (»2) um mindestens das Vierfache größer ist als die an der Außenseite auftretende Wärmeübergangszahl (αϊ) multipliziert mit dem Verhältnis der äußeren zur inneren Rohroberfläche.