DE2316051A1

DE2316051A1 - Verfahren zum kondensieren von kuehlmittel und kondensator zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2316051A1
Application number: DE2316051A
Authority: DE
Inventors: Bror Gustav Andersson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-03-30
Filing date: 1973-03-30
Publication date: 1974-10-10
Also published as: GB1431817A; DE2316051C2; DE7312143U; FR2223643B3; FR2223643A1; US3898867A

Description

Beschreibung zu der Patentanmeldung Bror Gustav ANDERSSON, Varberg (Schweden) Benkt Reino ANDERSSON, Varberg (Schweden) betreffend Verfahren zum Kondensieren von Kühlmittel und Kondensator zur Durchführung des Verfahrens Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kondensieren des Kühlmittels in einer Kühlvorrichtung der Bauart, die einen Verdampfer, einen Kompressor und einen Kondensator umfaßt, wobei diese Bauelemente in einem geschlossenen Kreislauf angeordnet sind; die Erfindung betrifft ferner einen Kondensator zur Durchführung des Verfahrens.
In großen Kühlanlagen wird der Kondensator normalerweise mittels Wasser gekühlt, welches der häuslichen Wasserversorgung entnommen wird. Der thermische Wirkungsgrad einer solchen Anordnung ist hoch, jedoch kann der Wasserverbrauch beträchtlich sein.
Viele Anlagen und insbesondere Anlagen kleiner und mittlerer Größe werden daher mit Luftkühlung versehen, die jedoch den schweren Nachteil besitzt, daß sie von der Umgebungstemperatur abhängt, wodurch Schwierigkeiten bezUglich der Steuerung der Temperatur des Kondensats auftreten. Nur durch die Verwendung von Ven-tilatoren, deren Energiebedarf nicht unbeträchtlich ist und durch die Verwendung komplizierter Steuersysteme ist es möglich, zufriedenstellende Ergebnisse zu erreichen, wobei jedoch die Kosten der Anschaffung, des Betriebs und der Unterhaltung hoch sind Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur schnellen, direkten. Kondensation des verdampften Kühlmittels, so daß dieses in seinen flüssigen Zustand versetzt wird. Da der Wärmeübergang zwischen einem metallenen Körper und einer Flüssigkeit 5 bis 6 mal so hoch ist wie der Wärmeübergang zwischen einem Metallkörper und einem Gas, wird eine schnellere Herabsetzung auf die gewünschte Temperatur erreicht. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Kondensators, mit dem die schnelle, direkte Kondensation erreicht wird, ohne daß komplizierte Steuer- bzw.
Regeleinrichtungen erforderlich sind, um die gewünschte Temperatur des Kondensats unabhangig von den Veränderungen der Umgebungstemperatur zu erreichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das sich im dampfförmigen Zustand befindende, den Kompressor verlassende Kühlmittel in einen Kondensator zugeführt wird, der in Form eines Behälters ausgebildet ist, der im wesentlichen mit kondensiertem Kühlmittel gefüllt ist, wobei das sich im dampfförmigen Zustand befindende den Kompressor verlassende Kühlmittel -derart in den Behälter eingeführt wird, daß der Dampf durch eine ausreichende Menge vom Kondensat hindurchströmen muß, um sicherzustellen, daß das Gas bzw. der Dampf in den flüssigen Zustand überführt wird und wobei eine Kondensatmenge, die der so hinzugefügten Kondensatmenge entspricht nach einer weiteren Kühlung dem Verdampfer zugeführt wird.
Ein erfindungsgemäßer KoZndensator ist dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß er einen Behälter umfaßt, der mit mindestens einem inneren hohlen Element versehen ist, welches einen Durchgang fur die Killilluft bildet, wobei der Behälter mit einer Elnlaßeinrichtung für das dampfförmige Kühlmittel und eins Auslaßeinrichtung für das kondensierte Kühlmittel versehen ist, die so angeordnet sind, daß der Behälter im wesentlichen mit Kondensat gefüllt ist und das Gas bzw. der Dampf eine ausreichende Menge von Kondensat durchströmen muß, um in den flüssigen Zustand überführtzu werden.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigt Fig. 1 in einem schematischen Schaltbild d e grundsätzliche Anordnung der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung; Fig. 2 einen Querschnitt durch eine erste- A-usf--hrungsforin eines erfindungsgemäßen Kondensators , Fig. 3 einen Querschnitt durch eine weiter - Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kondensators, und Fig. 4 einen Schnitt im wesentlichen entlang der Linie II-II in Fig. 3.
Die Kühlvorrichtung, die in Figur 1 in sehr schematischer Weise dargestellt ist, umfaßt eine Kühlbatterie bzw. einen Verdampfer 50, in dem das Kühlmittel aus seinem flüssigen Zustand in seinen dampfförmigen Zustand überführt wird, wobei es Wärme aus der Umgebung aufnimmt und diese damit kühlt.
Aus dem Verdampfer wird das Gas bzw. der Dampf durch eine Leitung 51 einem Kompressor 52 zugeführt. Der kompremierte Dampf wird von dem Kompressor 52 durch eine Leitung 53 zu einer ersten Stufe 54 eines Kondènsators in Form eines Wärmeaustauschers zugeführt. Diese erste Stufe ist in Form eines geschlossenen Behälters ausgeführt, der im wesentlichen mit Kondensat gefüllt ist und wobei die Zufuhrleitung 53 sich so weit in den Behälter hinein erstreckt, daß der Dampf während seines Durchgangs durch das Kondensat sicher in den flüssigen Zustand überführt wird.
Eine Kondensatmenge, die der neu zugeführten Kondensatmenge entspricht, wird kontinuierlich abgezogen und der zweiten Stufe 56 des Wärmeaustauschers und Kondensators zugeführt.
In letzterer wird das Kondensat gekühlt, indem es einen Teil der in ihm gespeicherten Wärme an die Umgebung abgibt, was mit hohem Wirkungsgrad erfolgt, da die Wärmeübertragung zwischen Flüssigkeit und Metall stattfindet.
Für eine gegebene Kapazität bzw. Leistung sind die Kontaktoberflächen des Behälters 54 und der zweiten Stufe 56 kleiner als die Kontaktoberflächen einer herkönmlichen Kühlspirale, bei der das Kühlmittel zuerst durch Kontakt bzw.
Wärmeübergang zwischen Dampf und Metall kondensiert wird und das Kondensat danach weiter gekühlt wird.
In der praktischen Ausführungsform sind die erste und zweite Stufe eng miteinander kombiniert, wie aus der folgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen hervorgeht. Von der zweiten Wärmeaustauscherstufe wird das flüssige Kühlmittel durch eine Kapilarrohre aufweisende Drosseleinrichtung 57 zurück in den Verdampfer 50 geleitet.
Eine erste Ausführungsform eines Kondensators ist in Fig. 2 gezeigt und umfaßt einen zylindrischen Behälter 1, der von einem Wärmeaustauschrohr 6 durchsetzt wird, das an seiner Außenseite mit einer spiralförmig gewundenen Kühlrippe 5 versehen ist, wobei die Kühlrippe sich so weit radial erstreckt, daß der Querschnitt des Behälters im wesentlichen.
ausgefüllt. ist. Der Behälter ist in gleicher Weise mit äußeren, die Wärmebergangsflächen vergrößernden Einrichtungen versehen, die ebenfalls aus einer spiralförmig gewundenen Rippe 30 bestehen, die sich nach außen-bis-annähernd zu einem Gehäuse 12 erstreckt , welches den Behälter umschließt.
Das Gehäuse ist im Bereich der Endwände 7 bzw. 8 des Behälters mit einem Verteilerstück 9 bzw. einem Sammlerstück 10 für die Kühlluft verbunden. Ein Ventilator 11 ist am Ausgang des Sammlerstücks 10-eingebaut. Das Wärmeaustauschrohr 6 bildet einen Durchgang durch den Behälter und das SammlerstGck-und das Verteilerstück stehen über diesen Durchgang und den Raum zwischen dem Behälter und dem umgebenden Gehäuse in Verb-indung miteinander.
Der vom Kompressor kommende heiße Dampf wird dem Kondensator über eine hier mit 15 bezeichnete Leitung zugeführt. Diese Leitung führt durch das Wärmeaustauschrohr 6 hindurch und ist im Sammlerstück zurückgebogen und möglicherweise in zwei Zweige aufgeteilt, und führt durch die Endwand 7 des Behälters und erstreckt sich eine Entfernung in den letzteren hinein. Der Abschnitt der Gas- bzw. Dampfzufuhrleitung bzw. jeder Dampfzufuhrleitung, der sich in den Behälter hinein erstreckt, ist an seinem-Ende verschlossen, ist jedoch mit einer Anzahl von einen axialen Abstand voneinander aufweisenden Düsenöffnungen 21 versehen, die eine gute Durchmischung des Dampfes und der Flüssigkeit bewirken. Am Ende des Behälters, das entfernt von dem Ort der Dampfzufuhr gelegen ist, ist eine-Ausgangsleitung 31 angeordnet, sowie ein Thermostat 29, der die Antriebseinrichtung für den Ventilator steuert. Der Kondensator gemäß Fig. 22 arbeitet in der folgenden Weise: Der heiße komprimierte Dampf wird mittels der Düsen 21 in das Kondensat geblasen und wird durch den direkten Kontakt mit dem Kondensat praktisch sofort in den flüssigen Zustand überführt. Die Temperatur des Kondensats wird hierfür mittels der Kühlrippen 5 bzw. 30 auf einem geeigneten Niveau gehalten, um diese Funktion erfüllen zu können.
Das Kondensat fließt entlang einem spiralförmigen Weg zum Ausgang 31 und wird auf diesem Weg weiter gekühlt. Der Thermostat 29 fühlt die Temperatur des Kondensats, die das entfernte Ende des Behälters erreicht und es ist auf diese Weise möglich, eine genaue Steuerung bzw. Regelung der Temperatur am Ausgang zu erreichen.
Es ist wichtig, daß die Verteilerdüsen 21 sich genügend weit in den Behälter hinein erstrecken, um zu garantieren, daß der Dampf wirklich innerhalb des Kondensats kondensiert wird und nicht zum oberen Ende des Behälters aufsteigt und einen dampfgefüllten Raum im letzteren erzeugt. Der in der Zeichnung gezeigte Behälter besitzt in seinem Betriebszustand eine vertikale Längsachse, jedoch wird die Achse in den meisten Fällen horizontal angeordnet werden und es ist offensichtlich daß der Dampfweg auch in diesem Fall ausreichend ist.
Der Kondensator gemäß den Figuren 3 und 4 umfaßt einen zylindrischen Behälter 1, der mittels einer inneren Wand 2 in zwei Abteilungen 3 und 4 unterteilt ist, von denen die ersterwähnte dem Kondensatorbehälter 11 gemäß Fig. 2 entspricht.
Der Behälter wird von einer Reihe von Wärmea,ustauschrohren 6 durchsetzt, die mit ihre Außenfläche vergrößernden Kühlrippen 5 versehen sind. Diese Rohre sind dichtend mit den Endwänden 7 und 8 des Behälters verbunden. Der Behälter ist in einem Gehäuse 12 eingeschlossen, welches einen ringförmigen Durchgang an der Außenseite des Behälters bildet.
Ein Luftverteilerstück 9 ist benachbart der Endwand 8 angeordnet und ein S-ammrerstüeklO ist benachbart der Endwand 7 angeordnet. Das Verteilerstück und das Sammlçrstück stehen über die Rohre 6, die sich durch den Behälter hindurch erstrecken sowie über den den Behälter umgebenden Durchgang miteinander in Verbindung. Ein Ventilator 11 ist am Ausgang des Sammlerstücks 10 eingebaut, Und ein die Antriebseinrichtung des Ventilators steuernder Thermostat ist benachbart der Endwand 8 eingebaut.
Ein Wärmeaustauscher 13 ist in das Sammlerstück 10 eingebaut und umfaßt eine Anzahl von parallelen, mit KUhlrippen versehenen Rohren, die über einen Verteiler 14 mit der Dampfzufuhrleitung 15 verbunden sind. Die Rohre sind mit einer Sammelleitung 16 verbunden, die über eine Leitung 17 mit einer Ausblasvorrichtung 18 verbunden ist. Letztere umfaßt eine enge Kammer 19, die von der inneren Wand 2 und einer weiteren dazu parallen Wand 20 gebildet wird. Eine Anzahl von Ausblasdüsen 21 sind in der weiteren Wand 20 angeordnet und in die Abteilung 3 des Behälters gerichtet, die ständig im wesentlichen mit Kondensat ausgefüllt ist.
Um ein, hohes Maß von Kontakt zwischen dem Kühlmittel und den Kühlrippen 5 der Wärmeaustauschrohre 6 zu erreichen, ist jedes Rohr von einem Führungsrohr 22 umgeben. Diese Führungsrohre erstrecken sich bis fast an die Endwände, wobei sie öffnungen 23 bzw. 24 benachbart jeder Endwand frei lassen.
Die öffnung 23 dient als ein überlauf für das überschüssige Kondensat aus der Abteilung 3 und die öffnung 24 führt das entlang dem Wärmeaustauschrohr 6 strömende Kondensat in die Abteilung 4 des Behälters 1.
Die Führungsrohre 22 sowie die Wärmeaustauschrohre 6 führen durch die mittleren Wände 2 bzw. 20 hindurch sowie durch eine dritte Wand 26, die im folgenden noch zu- beschreiben ist.
Ein mittlerer bzw. Zwischenkühler 25 wird benachbart der Wand 20 mittels einer weiteren Zwischenwand 26 gebildet, die sich parallel zu den beiden ersten Wänden 2 bzw. 20 erstrecket. Das kühlende Strömungsmedium besteht hier aus Kühlmittel aus der zweiten Abteilung, welches durch eine Leitung 27, in der eine Drosseleinrichtung 28 angeordnet ist, dem mittleren Kühler zugeführt wird, wo es verdampft wird und wobei das Kondensat dem System in einer beliebigen Weise wieder zugeführt wird.
Es kann hierfür natürlich auch ein separates Kühlmittel, wie z.B. Luft oder Wasser verwendet werden. Die Düsen 21 müssen genügend lang sein, um sich durch den mittleren bzw. Zwischenkühler hindurch zu erstrecken Und in die Abteilung 3 zu führen.
Das verdampfte Kühlmittel, welches-z.B. Freon (CF2C12) sein kann, wird vom Kompressor mit einem Druck von etwa 15 kp/cm2 und einer Temperatur von etwa 85° C durch die Leitung 15 zugeführt. Beim Durchgang durch den Wärmeaustauscher 13 wird die Temperatur des Kühlmittels-herabgesetzt.
Ferner wird ein geringer Druckabfall aufgrund des Durchgangs -durch die Düsen 21 bewirkt und eine weitere Herabsetzung der Temperatur wird durch den mittleren - bzw. Zwischenk9hler 25 bewirkt.
Eine endgültige und vollständige Kondensation wird in der Abteilung bzw. dem Abteil 3 bewirkt und eine Kühlmittelmenge, die der Menge des neu gebildeten Kondensats entspricht, läuft in das Führungsrohr 22 über und wird bei dem Durchgang entlang den Kühlrippen des Wärmeaustauschrohres 6 weiter gekühlt. Das Kondensat fließt durch die öffnungen 24 in die Abteilung 4. Das Volumen der Abteilung 4 ist so gewählt' daß sie während der normalen Verwendung etwa zur Hälfte mit Kondensat gefüllt ist und auf diese Weise einen Vorrat bildet, von dem Kondensat entnommen werden kann.
Aufgrund der direkten Kondensation des Dampfes wird ein kleineres Volumen des Kondensators erreicht, wodurch wiederum eine geringere Menge von Kühlmittel erforderlich ist und geringe Druckabfälle, eine rationelle bzw. zweckmäßige Konstruktion für die Wärmeübertragung sowie ein leicht zu normendes Erzeugnis erhalten werden. Die Kombination einer getrennten, eine direkte Kondensierung ausführenden Abteilung und einer getrennten Speicherabteilung bzw. eines getrennten Speicherabteils machen es möglich, in der ersterwähnten Abteilung, d h. dem ersterwähnten Abteil eine genügend niedrige Temperatur beizubehalten, die eine Sicherheit gegen eine mögliche Verdampfung aufgrund einer plötzlichen Erhöhung der Temperatur oder eines Rückgangs des Druckers darstellt.
Alle in den Unterlagen offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die räumliche Ausgestaltung, werden, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind, als erfindungswesentlich beansprucht.
Ansprüche:

Claims

A N S P R Ü C H E 1. Verfahren zum Kondensieren von Kühlmitteln in einer Kühlyorrichtung der Bauart, die einen Verdampfer, einen Kompressor und einen Kondensator n einem geschlossenen Kreislauf umfasst, dadurch g -e k e n n z e i c h n e to dass das den Kompressor :(5?) verlassende verdampft e Kühlmittel in einen Kondensator (54; 1; 1,3) zugeführt wird, der als ein im wesentlichen mit kondensiertem Kühlmittel gefüllter Behälter ausgebildet ist, wobei die Zuführung derart bewirkt wird, dass der Kühlmitteldampf gezwungen ist, durch eine genügende Menge von Kondensat hindurchzuströmen, um sicherzustellen, dass der Kühlmitteldampf in den flüssigen Zustand überführt wird, und dass eine Kondensatmenge, die der auf diese Weise hinzugefügten Kondensatmenge entspricht, nach einer weiteren Kühlung einem Verdampfer zugeführt wird.
2. Luftgekühlter Kondenstor zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e o c h h -n e t, dass er einen Behälter (1) umfasst, der in seinem Inneren mit mindestens einem hohlen Wärmeaustauschelement (6) versehen ist, das einen Durchgang für die Kühlluft bildet, wobei der Behälter ferner mit einer Einlasseinrichtung (53: 21;) für das dampfförmige Kühlmittel versehen ist sowie mit einer Auslasseinrichtung (55, 31) fur das kondensierte Kühlmittel, die so angeordnet sind, dass der Behälter (1; 3) im wesentlichen mit Kondensat gefüllt ist und der Dampf eine genügende Kondensatmenge durchströmen muss, wobei er in den flüssigen Zustand überführt wird.
3. Kondensator nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, dass der -Behälter (1) eine Anzahl von parallelen Durchgängen (6) umfasst, die an den Aussenseiten der Endwände (7, 8) des Behälters (1) in ein Verteilerstück (9) bzw. ein Sammlerstück (10) münden.
4. Kondensator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, dass er einen Ventilator (11) zum Bewegen von Luft durch den Durchgang (6) bzw. die Durchgänge (6) umfasst, und dass ein Thermostat in den Behälter (1) benachbart der Auslasseinrichtung (31) desselben eingebaut ist, mittels welchem der Betrieb der Antriebseinrichtung fUr den Ventilator gesteuert wird.
5. Kondensator nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Behälter (3) einen Teil einer grösseren Einheit (1) bildet, die in zwei Abteilungen (3,4) mittels einer inneren Zwischenwand (2) unterteilt ist, die parallel zu den Endwänden (7, 8) des Behälters verläuft, wobei das hohle, einen Durchgang bildende Wärmeaustauschelement bzw. jedes einen Durchgang bildende hohle Wärmeaustauschelement (6) von einem FUhrungsrohr (22) umgeben ist und das hohle Wärmeaustauschelement (6) und das zugehörige Führungsrohr (22) sich durch die innere Zwischenwand (2) erstrecken und das Führungsrohr (22) sich jeweils bis benachbart zu jeder Endwand (7, 8) des Behälters (1) erstreckt und mit mindestens einer Offnung (23 bzw. 24) versehen ist, über die es mit der Jeweiligen umgebenden Abteilung (3 bzw. 4) in Verbindung steht, um eine Verbindung zwischen den beiden Abteilungen (3 und 4) zu schaffen.
6. Kondensator nach einem der Ansprüche 2 - 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Einlasseinrichtung (54; 21) für das dampfförmige Kühlmittel mindestens ein Rohr (53; 21) umfasst, das sich von einer Endwand (7) des Behälters (1) in das Innere des letzteren erstreckt, und mit Verteilerdüsen (21) versehen ist.
7. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Ventilator (11) in dem Sammlerstück (10) angeordnet ist, und dass eine Wärmeaustauscher-Vorstufe (l)) innerhalb des Sammlerstücks (10) angeordnet ist, durch die das dampfförmige Kühlmittel hindurchgeführt wird, bevor es dem Kondensatorbehälter (1) zugeführt wird.
8. Kondensator nach einem der AnsprÜche 5 - 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Elnlasseinrichtung (21) für das dampfförmige Kühlmittel benachbart der inneren Zwischenwand (2) angeordnet ist und Düsen (21) umfasst, die in eine von der inneren Zwischenwand (2) wegweisende Richtung gerichtet sind.
9. Kondensator nach einem der Ansprüche 5 - 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass ein mittlerer bzw.

Zwischenkühler (25) benachbart der inneren Zwischenwand (2) angeordnet ist und die DUsen (21) durch den Zwischenkühler (25) hindurchgeführt snd.
10. Kondensator nach einem der Ansprüche 2 - 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t dass ein äusseres Gehäuse (12) den Behälter (1) umschliesst, wobei zwischen dem Gehäuse (12) und dem Behälter (1) ein Zwischenraum bleibt, der eine Verbindung zwischen entgegengesetzten Seiten des Gehäuses und des Behälters bildet, über die das Verteilerstück (9) und das Sammlerstück (10) in Verbindung stehen.
11. Kondensator nach einem der Ansprüche 2 - 10, g e -k e n n z e i c h n e t durch spiralförmig verlaufende Führungsrippen (5,30 ) für die strömenden Medien in dem Behälter (1) und/oder in den Luftdurchgängen durch das Innere des Behälters oder um die Aussenseiten des Behälters.
12. Kondensator nach einem der Ansprüche 5 - 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Abteilung (4),die entfernt von der Abteilung (3) angeordnet ist, in die das Kühlmittel zugeführt wird, als ein Vorratsbehälter £U,r das Kühlmittel eingerichtet ist.