DE202010003403U1 - Einspritzverteilung in überfluteten Verdampfer - Google Patents

Abstract

Anordnung und Ausführung zur Einspritzverteilung von Kältemittel in Verdampfern mit integriertem Flüssigkeitsabscheider von Kältesätzen oder -anlagen, gekennzeichnet dadurch, dass eine oder mehrere an sich bekannte Kältemittelverteiler, oberhalb eines Rohrbündels oder Plattenpaketes in unmittelbarer Nähe des Verdampfermantels mit Öffnungen Richtung Mantel angeordnet sind und die Größe der Öffnungen so gewählt ist, dass Kältemittel mit unlöslichen Ölanteilen und dem Flashgas mit einer so geringen Geschwindigkeit gleichmäßig durch Öffnungen strömt, dass keine Vernebelung erfolgt.

Description

• Die Erfindung betrifft die Anordnung und Gestaltung der Einspritzverteilung von Kältemittel in Verdampfer von Kältesätzen oder -anlagen ohne Überhitzung mit Kältemittelüberflutung und integrierter Flüssigkeitsabscheidung.
• Bei überfluteter Verdampfung an Rohrbündeln oder Plattenpaketen ohne Überhitzung, sogenannten Thermosyphon- oder Schwerkraftsystemen, wird Kältemittel über Hoch- oder Niederdruckregler in einen separaten Flüssigkeitsabscheider eingespritzt, der Flüssigkeit und Gas trennt. Die Flüssigkeit läuft danach über eine Rücklaufleitung (Schwerkraftumlauf) mit Ölfalle/Ölsumpf von unten in das Rohrbündel oder Plattenpaket und kann dort als Flüssigkeit ohne spezielle Verteiler die Verdampferfläche mit Kältemittel benetzten und verdampfen. Ein Teil der Flüssigkeit gelangt unverdampft wieder in den Abscheider. Bekannt sind auch überflutete Verdampfer, bei denen durch Ejektoreinspritzung in den Verdampfer das infolge Schwerkraftwirkung aus dem Abscheider ablaufende Kältemittel mitgerissen wird. Dadurch erhöht sich der Kältemittelmassenstrom durch den Verdampfer und steigert auf einfache Weise die kältemittelseitigen Wärmeübergänge. Die dabei ohne Verteiler in den Verdampfer gelangenden Flashgasanteile können zu nachteiligen Fehlverteilungen durch Gasbypässe führen, die Teile der Verdampferfläche quasi abschalten. Erforderlich ist immer ein nach überfluteten Verdampfern geschalteter Flüssigkeitsabscheider zum Schutz des Verdichters vor Flüssigkeit und zur Rückführung der abgeschiedenen Flüssigkeit in den Verdampfer. Seine Größe und Anordnung im Schwerkraftbetrieb über oder neben dem Verdampfer einschließlich Zirkulationsleitung führen zu nachteiligen Gesamtabmessungen sowie großen Kältemittelfüllungen.
• Bei überfluteter Verdampfung an Rohrbündeln oder Plattenpaketen mit integrierter Flüssigkeitsabscheidung, sogenannten Behältersiedern wird Kältemittel über Hoch- oder Niederdruckregler direkt in den Verdampfer entspannt und vollständig verdampft. Die maximal möglichen Flächenbelastungen sind zwar niedriger als mit Schwerkraftumlauf, aber die kompakte Bauweise ist vorteilhaft. Flashgasanteile nach der Entspannung können auch hier Verdampferfläche blockieren und eine gleichmä ßige Flüssigkeitsverteilung behindern. Da bei den bekannten Ausführungen von unten eingespritzt wird, die Ölschwerkrafttrennung von Kältemittel und schwereren Öl jedoch auch im unteren Teil einen beruhigten Bereich erfordert, wird die Ölrückführung behindert. So wird die Ölkonzentration im Verdampfungsprozess nachteilig erhöht und der Wärmeübergang beim Sieden verringert. Ungleichmäßige Flüssigkeitsverteilung durch einen unteren Einspritzstutzen führt auch zu örtlichen „Durchspritzen” oder „Aufschäumen” oberhalb des Verdampfers und kann den integrierten Flüssigkeitsabscheider überlasten, so dass es zur unerwünschten Flüssigkeitsbelastung der Saugleitung und damit des Verdichters kommen kann.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine Flüssigkeitsverteilung anzugeben, mit der Kältemittel in den Verdampfer mit integrierter Flüssigkeitsabscheidung und vollständiger Verdampfung so eingespritzt wird, dass eine gleichmäßige Beaufschlagung der Wärmeübertragerfläche und des Flüssigkeitsabscheiders sowie eine gute Trennung von Kältemittel und unlöslichen Öl gewährleistet ist.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass einer oder mehrere an sich bekannte Kältemittelverteiler, oberhalb eines Verdampferrohrbündels oder Plattenpaketes in unmittelbarer Nähe des Verdampfermantels mit Öffnungen Richtung Mantel angeordnet sind und die Größe der Öffnungen so gewählt ist, dass Kältemittel mit unlöslichen Ölanteilen und dem Flashgas mit geringer Geschwindigkeit gleichmäßig durch Öffnungen strömt. Dadurch wird das Kältemittel/Ölgemisch an den Verdampfermantel geleitet. Die Länge der Kältemittelverteiler richtet sich nach der Länge des Verdampfers. Die Größe der Öffnungen ist so bemessen, dass das Kältemittel mit unlöslichen Ölanteilen und dem Flashgas mit einer so geringen Geschwindigkeit gleichmäßig durch die Öffnungen strömt, dass keine Vernebelung erfolgt.
• Nachstehend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
• Die zugehörige Zeichnung zeigt einen überfluteten Verdampfer mit integrierter Flüssigkeitsabscheidung bestehend aus: Verdampfermantel 1 und -böden 1a, Einspritzventil 2, Einspritzleitung 3, zwei Kältemittelverteilern 4 mit Austrittsöffnungen 4a, Rohrbündel oder Plattenpaket 5, integrierter Flüssigkeitsabscheider 6, Saugstutzen 7 zum Verdichter, Ölsumpf 8 mit Rückführanschluß 8a und die Kälteträgeranschlüsse 9. Dabei sind die beiden an sich bekannten Kältemittelverteiler 4, oberhalb des Rohrbündels oder Plattenpaketes 5 in unmittelbarer Nähe des Verdampfermantels 1 angeordnet. Bei Kältebedarf ist das Einspritzventil 2 geöffnet und entspanntes Kältemittel gelangt mit einem Dampfgehalt (Flashgas) von ca. 10–15% und Ölanteilen als Emulsion durch die Einspritzleitung 3 in die Kältemittelverteiler 4. Durch gleichmäßig in Richtung Verdampfermantel 1 über der Länge verteilt angeordnete Öffnungen 4a strömt Kältemittel/Ölemulsion und Flashgas an die Wandung des Behälters. Flüssigkeitströpfchen scheiden sich dabei an der Wandung ab und fließen schwerkraftgetrieben nach unten. Emulgiertes Öl wird dabei verstärkt von der Wandoberfläche angezogen und dadurch vom Kältemittel getrennt. Das Flashgas strömt nach dem Aufprall an der Wandung nach oben in Richtung Flüssigkeitsabscheider 6. Das nach unten abströmende flüssige Kältemittel gelangt seitlich und unten in das Rohrbündel oder Plattenpaket 5, verdampft und entzieht dem Kälteträger dabei Wärme. Aus dem Rohrbündel oder Plattenpaket 5 abströmendes Kältemittelgas reißt Flüssigkeitströpfchen mit, die im Flüssigkeitsabscheider 6 agglomeriert und an die Behälterwandung geleitet, wieder in den Prozess zurück laufen.
• In einer ersten Ausführungsvariante bestehen die Kältemittelverteiler 4 aus rohrförmigen Lanzen mit Bohrungen 4a oder Schlitzen im unteren Bereich in Richtung Wandung. In einer zweiten Ausführungsvariante bestehen die Kältemittelverteiler 4 aus direkt am Verdampfermantel innen befestigten Profilen mit ausgeklinkten Öffnungen 4a nach unten.

1

Verdampfermantel

1a

Verdampferböden

2

Einspritzventil

3

Einspritzleitung

4

Kältemittelverteiler

4a

Austrittsöffnungen

5

Rohrbündel oder Plattenpaket

6

integrierter Flüssigkeitsabscheider

7

Saugstutzen

8

Ölsumpf

8a

Rückführanschluß

9

Kältemittelanschlüsse

Claims (2)

1. Anordnung und Ausführung zur Einspritzverteilung von Kältemittel in Verdampfern mit integriertem Flüssigkeitsabscheider von Kältesätzen oder -anlagen, gekennzeichnet dadurch, dass eine oder mehrere an sich bekannte Kältemittelverteiler, oberhalb eines Rohrbündels oder Plattenpaketes in unmittelbarer Nähe des Verdampfermantels mit Öffnungen Richtung Mantel angeordnet sind und die Größe der Öffnungen so gewählt ist, dass Kältemittel mit unlöslichen Ölanteilen und dem Flashgas mit einer so geringen Geschwindigkeit gleichmäßig durch Öffnungen strömt, dass keine Vernebelung erfolgt.
2. Anordnung und Ausführung zur Einspritzverteilung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Länge der Kältemittelverteiler sich nach der Länge des Rohrbündels oder Plattenpaketes richtet.