DE202010014128U1

DE202010014128U1 - Baueinheit aus Wärmetauscher und Flüssigkeitsabscheider

Info

Publication number: DE202010014128U1
Application number: DE202010014128U
Authority: DE
Original assignee: Tranter Pressko GmbH
Current assignee: Tranter Inc
Priority date: 2010-10-12
Filing date: 2010-10-12
Publication date: 2011-02-24
Anticipated expiration: 2020-10-13
Also published as: DE112011104136A5; EP2627962A2; WO2012051994A3; WO2012051994A2; US20130192295A1

Abstract

Baueinheit aus einem Wärmetauscher und einem Flüssigkeitsabscheider zum Abscheiden von Tropfen aus verdampftem Kältemittel, insbesondere für kälte- und klimatechnische Anlagen,
aufweisend einen Druckbehälter (1), in welchem in einem unterem Bereich Wärmeübertragungsplatten (2) angeordnet sind und in welchem durch die Anordnung der Wärmeübertragungsplatten (2) in dem unteren Bereich oberhalb der Wärmeübertragungsplatten (2) ein oberer Bereich als Raum für die Abscheidung von Tropfen aus verdampften Kältemittel gebildet wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Wärmeübertragungsplatten im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Druckbehälters angeordnet sind.

Description

Die Erfindung bezeichnet eine Baueinheit aus einem Wärmetauscher mit einem Plattenwärmeübertrager und einem Flüssigkeitsabscheider zum Abscheiden von Tropfen aus verdampftem Kältemittel.
In kälte- und klimatechnischen Anlagen und anderen Anwendungsgebieten werden Wärmetauscher mit voll verschweißten Wärmeübertragungsplatten in einem Druckbehälter eingesetzt. Der Druckbehälter weist äußere Anschlüsse, beispielsweise für die Zu- und Abführung eines zu temperierenden Mediums, das die Wärmeübertragungsplatten durchströmt, einen Anschluss für die Zuführung eines flüssigen Kältemittels zum Inneren des Druckbehälters als auch mindestens einen Anschluss zur Ableitung des durch die Wärme des zu temperierenden Mediums an den Oberflächen der Wärmeübertragungsplatten verdampften Kältemittels auf.
Oftmals werden Wärmetauscher mit einem Paket aus einer Vielzahl von Paaren runder Wärmeübertragungsplatten, die druckstabil im Behälter eingebaut sind, ausgeführt.
Der Behälter muss dabei mindestens eine ausreichend stabile plane Stirnplatte aufweisen, um das Paket der runden Wärmeübertragungsplatten zu stützen und den auf diese wirkenden hohen Druck aufnehmen zu können.
Die Eigenmasse des druckfesten Behälters ist dadurch erheblich.
Wärmetauscher können je nach Ausführung mit Voll- oder Teilflutung sowie ein- oder mehrpässig betrieben werden.
Kälte- und klimatechnische Anlagen weisen im Kältemittelkreislauf neben dem Wärmetauscher einen diesem nachgeordneten, separaten Behälter als Flüssigkeitsabscheider und einen Kompressor, die über Rohrleitungen miteinander verbunden sind, auf.
Im Flüssigkeitsabscheider werden prinzipiell mittels Nutzung der Schwerkraft und gegebenenfalls unterstützt durch spezielle Einbauten, die bei dem Verdampfen eines Kältemittels an den Wärmeübertragungsplatten mitgerissene Tropfen aus der Gasphase in bekannter Weise abgeschieden. Diese Abscheidung ist erforderlich, damit von dem nachfolgend mit dem Flüssigkeitsabscheider verbundenen Kompressor zur erneuten Verflüssigung des Kältemittels keine Flüssigkeit in Form der Tropfen angesaugt werden kann, da ansonsten der Kompressor beschädigt werden kann.
Die übliche Ausführung der Wärmetauscher und der Flüssigkeitsabscheider in separaten Behältern bedingt ausladende Abmessungen, große Massen, aufwendige Führungen der erforderlichen Rohrleitungen zum Verbinden der einzelnen Anlagenteile sowie ein bestimmtes Kältemittelmindestvolumen.
Problematisch gestaltet sich auch der Transport derartiger Anlagen, so dass diese im Einzelfall erst am Aufstellungsort komplett montiert werden können.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Baueinheit aus einem Wärmetauscher mit einem Plattenwärmeübertrager und einem Flüssigkeitsabscheider zum Abscheiden von Tropfen aus verdampftem Kältemittel, insbesondere für kälte- und klimatechnische Anlagen zu entwickeln, die platz- und material- sowie kältemittelsparend sowie kompakt aufgebaut ist.
Die Aufgabe wird durch die im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Eine erfindungsgemäße Baueinheit vereint einen Wärmetauscher und einen Flüssigkeitsabscheider, aufweisend einen Druckbehälter, in welchem in einem unterem Bereich Wärmeübertragungsplatten angeordnet sind und in welchem durch die Anordnung der Wärmeübertragungsplatten in dem unteren Bereich oberhalb der Wärmeübertragungsplatten ein oberer Bereich als Raum für die Abscheidung von Tropfen aus verdampften Kältemittel gebildet wird und wobei die Wärmeübertragungsplatten im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Druckbehälters angeordnet sind.
Besondere Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere in der raum- und materialsparenden Bauweise der Baueinheit aus dem Wärmetauscher und dem Flüssigkeitsabscheider mit einer durch die Längsanordnung der Wärmeübertragungsplatten (also achsparallel zu dem Druckbehälter) besonders effektiven Raumausnutzung. Die längs angeordneten Wärmeübertragungsplatten nutzen bauformbedingt den unteren Bereich des Druckbehälters vorteilhaft aus, bedingen ein relativ geringes „Totvolumen” unterhalb sowie seitlich der Wärmeübertragungsplatten und lassen oberhalb ein relativ großes Volumen in dem Druckbehälter frei, der für die Flüssigkeitsabscheidung zur Verfügung steht. Der relativ große nutzbare Volumenanteil des Raumes für die Flüssigkeitsabscheidung ermöglicht eine insgesamt geringere Baugröße des Druckbehälters. Insbesondere verbunden mit dem Entfall eines separaten Behälters für den Flüssigkeitsabscheiders und die Zusammenfassung der Funktionalitäten von Wärmetauscher und Flüssigkeitsabscheider in einem einheitlichen Druckbehälter wird so eine platzsparende und materialsparende Vorrichtung geschaffen, die zudem eine wesentliche Kältemitteleinsparung ermöglicht.
Aufwändige Verrohrungen zwischen Wärmetauscher und Flüssigkeitsabscheider, wie sie nach dem Stand der Technik üblich sind, entfallen und begünstigen so einen sicheren Betrieb einer kälte- oder klimatechnischen Anlage.
Mit dem einheitlichen Druckbehälter und dessen optimierter Baugröße, auch verbunden mit dem Entfall von Verrohrungen werden die Aufwendungen zur Wärmedämmung verringert. Es wird ferner ein energieeffizienterer Betrieb als bei separater Ausführung von Wärmetauscher und Flüssigkeitsabscheider ermöglicht.
Durch die geringere Baugröße ist aufgrund der Erfindung eine werkseitige Komplettmontage einschließlich Kompressor zu einer Gesamteinheit bei Abmessungen innerhalb der üblichen Containerdimensionen auch für Anlagen solcher Leistung möglich, wie dies bei separaten Druckbehältern für Wärmetauscher und Flüssigkeitsabscheider bisher nicht realisierbar war. Die Transportaufwendungen reduzieren sich; auch der Montageaufwand am Aufstellungsort reduziert sich. Zudem kann durch den Entfall der Erstellung von Verrohrungen sowie durch die werkseitige Fertigung ein höherer Qualitäts- und Sicherheitsstandard gewährleistet werden.
Der Druckbehälter kann weiterhin die üblichen Elemente, wie außen Anschlussstutzen zum Zu- und Abführen der Medien sowie im Inneren Einrichtungen für die Regelung der Zufuhr oder Abführung der Medien gegebenenfalls Mittel zur der Führung oder Verteilung eines flüssigen Kältemittels oder Mittel zur Führung und Verteilung des dampfförmigen Kältemittels, beispielsweise durch Prallplatten, Siebe oder Labyrinthe aufweisen.
Weitere Vorteile ergeben sich aus dem möglichen Betrieb des Wärmeübertragers der erfindungsgemäßen Baueinheit in allen üblichen Weisen, wie mit Teil- oder Vollflutung sowie ein- oder mehrpässig.
In einer vorteilhaften Variante ist der Druckbehälter im Wesentlichen aus einem rohrförmigem Grundkörper, der beidseitig mit diesem verschweißte Klöpperböden aufweist, gebildet. Dies ermöglicht die Verwendung von Standardbauteilen und somit eine kostengünstige Produktion.
In einer bevorzugten Ausbildung der erfindungsgemäßen Baueinheit sind die parallel zur Längsachse des Grundkörpers angeordneten Wärmetauscherplatten als mindestens ein vollverschweißtes Plattenpaket aus Plattenpaaren mit den in der Druckschrift DE 10 2004 022 433 B4 beschriebenen profilierten Wärmeübertragungsplatten ausgebildet, die eine rechteckige Form mit beiderseits bogenförmig begrenzten Kopfstücken mit je einer Durchtrittsöffnung aufweisen. Die langgezogene rechteckige Ausbildung der Plattenpaare, wie sie in DE 10 2004 022 433 B4 beschrieben sind, lassen bei deren Anordnung mit der längeren Rechteckseite achsparallel zu dem Grundkörper die Vorteile der Erfindung, insbesondere die Raumoptimierung und die sich dadurch ableitenden Vorteile in besonderer effektiver Weise zur Geltung kommen. Der Wärmeaustausch kann vorteilhaft im Kreuzstrom realisiert werden. Die auf der Längsseite „stehende” Anordnung der Wärmetauscherplatten erlaubt eine geringe Bauhöhe.
In einer weiteren Variante kann die Baueinheit mindestens ein weiteres über dem ersten Plattenpaket angeordnetes Plattenpaket aufweisen. Das weitere Plattenpaket besteht günstigerweise aus mehr Plattenpaaren als das darunterliegende, so dass die im rohrförmigen Grundkörper gemäß dem kreisförmigen Querschnitt am Einbauort des weiteren Plattenpaket vorhandene größere lichte Weite ausgenutzt ist.
In weiteren Ausführungsvarianten ist es vorstellbar, bei axialer Verlängerung des rohrförmigen Grundkörpers, mindestens ein weiteres Plattenpaket in axialer Richtung in der Nähe der Unterseite des Grundkörpers anzuordnen.
Weitere Varianten der Anordnung von zusätzlichen Plattenpaketen in axialer Richtung im Grundkörper, wie die Anordnung eines über den ersten Plattenpaketen um deren halbe axiale Länge versetzten, in radialer Richtung des rohrförmigen Grundkörpers, breiteren Plattenpakets, sind als erfindungsgemäße Ausführungen zu sehen.
Weitere Vorteile ergeben sich aus einer Ausbildung einer kaskadierbaren Anordnung der Plattenpakete. Dies bedeutet, dass die Plattenpakete nacheinander von dem zu kühlenden Medium durchströmt werden, wodurch eine Optimierung der Wärmeübertragung erreicht werden kann.
In einer weiteren Ausbildung weist der Druckbehälter eine Druckfestigkeit auf, die höher ist als der im Plattenraum mögliche Druck. Durch diese vorteilhafte Ausbildung wird verhindert, dass bei einem Leck des Kreislaufs des zu kühlenden Mediums, insbesondere an den Wärmetauscherplatten der dann auf dem Druckbehälter wirkende Druck zu dessen Bersten führt, um einen Austritt eines gesundheitsgefährdenden Kältemittels auch im Havariefall auszuschließen.
Des Weiteren ist es möglich die beschriebene Baueinheit zusammen mit dem Kompressor zur Verdichtung des verdampften Kältemittels mit den erforderlichen Verrohrungen in einem Gestell anzuordnen, so dass eine fertig konfigurierte, komplett montierte Anlage vorliegt, die lediglich noch mit den Anschlüssen für das zu temperierende Medium zu verbinden ist.
Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel näher erläutert. Dies erfolgt anhand von
1 Vertikalschnitt einer Baueinheit in axialer Richtung
2 Querschnitt einer Baueinheit
Nach 1 und 2 ist als Baueinheit aus einem Wärmetauscher mit einem Plattenwärmeübertrager und einem Flüssigkeitsabscheider, in einem Druckbehälter 1, in der Nähe der Unterseite, parallel zu dessen Längsachse ein vollverschweiß tes Plattenpaket 2 aus Paaren profilierter Wärmeübertragungsplatten, die eine rechteckige Form mit beiderseits bogenförmig begrenzten Kopfstücken aufweisen, angeordnet.
Der Druckbehälter 1 besteht nach 1 im Wesentlichen aus einem rohrförmigen Grundkörper 3, einem ersten Klöpperboden 4 und einem zweiten Klöpperboden 5, die miteinander verschweißt sind.
Wie in 2 schematisch dargestellt, ist das vollverschweißte Plattenpaket 2 zwischen einer linken Stirnplatte 6 und einer rechten Stirnplatte 7, die mittels Verbindungselementen 8 kraftschlüssig verbunden sind, drucksicher aufgenommen.
Des Weiteren sind in den beiden 1 und 2 ein erster Stutzen 9 als Zulauf für flüssiges Kältemittel, ein zweiter Stutzen 10 zum Absaugen des verdampften Kältemittels, ein Zulaufstutzen 11 und ein Ablaufstutzen 12 für ein im Plattenpaket 2 zu temperierendes Medium als auch ein Ölsumpf 13 mit einer Ölabsaugung 14 dargestellt.
Ferner sind Anschlüsse für Messmittel zur Füllstandshöhenerfassung und -regelung vorhanden.
Mit der Verwendung von Klöpperböden 4; 5 für den Druckbehälter 1 mit dem darin angeordneten Plattenpaket 2 ergibt sich gegenüber Druckbehältern mit zumindest einem planen und schweren Behältermantelteil zur druckfesten Aufnahme eines Wärmetauschers mit runden Platten der Vorteil, dass zusätzliches Volumen zur Abscheidung von Tropfen aus dem verdampftem Kältemittel zur Verfügung steht und verringerte Abmessungen des Druckbehälters 1 bei gleichzeitig geringerer Eigenmasse desselben gegeben sind. Der Druckbehälter ist so ausgebildet, dass er einen größeren Druck aufnehmen kann, als im Plattenraum anliegen kann. Damit wird im Berst- bzw. Leckagefall ein Bersten des Druckbehälters ausgeschlossen und ein sicherer Anlagenbetrieb gewährleistet.
Bezugszeichenliste

1: Druckbehälter
2: Wärmeübertragungsplatten
3: rohrförmiger Grundkörper
4: erster Klöpperboden
5: zweiter Klöpperboden
6: linke Stirnplatte
7: rechte Stirnplatte
8: Verbindungselemente
9: erster Stutzen
10: zweiter Stutzen
11: Zulaufstutzen
12: Ablaufstutzen
13: Ölsumpf
14: Ölabsaugung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102004022433 B4 [0021, 0021]

Claims

Baueinheit aus einem Wärmetauscher und einem Flüssigkeitsabscheider zum Abscheiden von Tropfen aus verdampftem Kältemittel, insbesondere für kälte- und klimatechnische Anlagen, aufweisend einen Druckbehälter (1), in welchem in einem unterem Bereich Wärmeübertragungsplatten (2) angeordnet sind und in welchem durch die Anordnung der Wärmeübertragungsplatten (2) in dem unteren Bereich oberhalb der Wärmeübertragungsplatten (2) ein oberer Bereich als Raum für die Abscheidung von Tropfen aus verdampften Kältemittel gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungsplatten im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Druckbehälters angeordnet sind.
Baueinheit aus einem Wärmetauscher und einem Flüssigkeitsabscheider nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter (1), im Wesentlichen aus einem rohrförmigem Grundkörper (3) sowie beidseitig mit diesem verschweißten Klöpperböden (4; 5) besteht.
Baueinheit aus einem Wärmetauscher und einem Flüssigkeitsabscheider nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Wärmeübertragungsplatten (2) um mindestens ein vollverschweißtes Plattenpaket aus Plattenpaaren profilierter Wärmeübertragungsplatten rechteckiger Form mit beiderseits bogenförmig begrenzten Kopfstücken mit je einer Durchtrittsöffnung handelt.
Baueinheit aus einem Wärmetauscher und einem Flüssigkeitsabscheider nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiteres Plattenpaket über dem ersten Plattenpaket angeordnet ist, welches mehr Plattenpaare als das erste Plattenpaket aufweist.
Baueinheit aus einem Wärmetauscher und einem Flüssigkeitsabscheider nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Verlängerung des rohrförmigen Grundkörpers (3) mindestens ein weiteres Plattenpaket in axialer Richtung nach dem ersten Plattenpaket angeordnet ist.
Baueinheit aus einem Wärmetauscher und einem Flüssigkeitsabscheider nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Plattenpakete kaskadiert angeordnet sind.
Baueinheit aus einem Wärmetauscher und einem Flüssigkeitsabscheider nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter (1) eine höhere Druckfestigkeit ausweist als der im Plattenraum der Wärmetauscherplatten mögliche Betriebsdruck.
Baueinheit aus einem Wärmetauscher und einem Flüssigkeitsabscheider nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit zusammen mit einem Kompressor über einen ersten Stutzen (9) und einen zweiten Stutzen (10) an dem Druckbehälter (1) verrohrt in einem Gestell als komplette Anlage montiert ist.