DE2903233A1

DE2903233A1 - Kuehlanordnung

Info

Publication number: DE2903233A1
Application number: DE19792903233
Authority: DE
Inventors: Tore Brandin
Original assignee: Stal Refrigeration AB
Current assignee: Stal Refrigeration AB
Priority date: 1978-02-07
Filing date: 1979-01-29
Publication date: 1979-09-06
Also published as: GB2014290B; FR2416432B1; US4229949A; SE7801379L; GB2014290A; FR2416432A1; SE410221B

Description

Kühlanordnung

Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

In Kühlanordnungen dieser Art ist es sehr wichtig, daß das Kältmittel den Kompressor nicht in flüssiger Form erreicht, da dies den Kompressor beschädigen könnte. Selbst im Hinblick auf eine stabile Steuerung ist es notwendig, daß die Zuführung des Kältmittels zu dem Verdampfer in der Weise erfolgt, daß das Maß der Überhitzung größer ist, als dies vom Standpunkt der Wärmeübertragung wünschenswert wäre. Um dieses Maß an Überhitzung zu erreichen, muß ein beträchtlicher Teil der wärmeübertragenden Fläche des Verdampfers für die Überhitzung des Dampfes verwendet werden statt für die Überführung von Flüssigkeit in Dampf. Die Wärmeübertragungszahl beim Überhitzen von Dampf ist-' bedeutend kleiner als die Wärmeübertragungszahl für die Überführung von Flüssigkeit in Dampf. Dies bedeutet, daß die Oberfläche des Verdampfers unwirtschaftlich genutzt wird.

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Zur Vermeidung dieses Nachteiles kann ein Wärmeaustauscher zwischen Verdampfer und Kompressor in des Kreis eingefügt werden. In diesem Wärmeaustauscher wird Wärme von dem relativ heißen im flüssigen Zustand befindlichen Kältemittel, welches vom Kondensator zum Expansionsventil strömt, auf das vom Verdampfer kommende Gemisch aus Dampf und Flüssigkeitsteilchen übertragen. Damit die Flüssigkeitsteilchen vollständig in Dampf übergeführt werden, ist eine relativ große wärmeübertragende Fläche erforderlich, was hohe Kosten verursacht. .Außerdem wird der Druckverlust im Kreis ebenfalls erhöht, was. den Wirkungsgrad der Kühlanordnung vermindert. Man hat auch versucht, den Verdampfer dadurch besser auszunutzen, daß man hinter dem Verdampfer einen Flüssigkeitsabscheider anordnet, von welchem das abgeschiedene flüssige Kältemittel erneut durch den Verdampfer geleitet wird. Eine solche Anordnung ist relativ kompliziert und stellt keine wirksame Lösung des aufgezeigten Problems dar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlanordnung der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei der die Wärmeübertragungsfläche des Verdampfers hoch ausgenutzt wird und gleichzeitig sichergestellt ist, daß das Kältemittel beim Eintritt in den Kompressor mit Sicherheit frei von Flüssigkeitsteilchen ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Kühlanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Durch die Erfindung wird eine Verbesserung der Wärmeübertragung von dem überhitzten Dampf auf die Flüssigkeitsteilchen erreicht, so daß das Kältemittel sehr schnell in den Zustand der ausschließlichen Dampfphase übergeht. In diesem Zusammenhang wird das Expansionsventil in solcher Weise gesteuert, daß der Phasenzustand des Kältemittels, wenn man einen Temperaturausgleich unterstellt, dampfförmig ist, und zwar in einem gewissen Maße überhitzt.

In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das gemäß der Erfindung in den Kältemittelstrom eingefügte Leitelement aus einer mit Öffnungen versehenen Scheibe„ die senkrecht zur Strömungsrichtung des Kältemittels angeordnet ist. Wenn das Gemisch aus Flüssigkeitsteilchen und überhitztem Dampf durch die Öffnungen strömt, entsteht eine Turbulenz^ durch welche die Relativgeschwindigkeit zwischen den beiden genannten Phasen des Kältemittels vergrößert wird_f so daß der Temperaturausgleich beschleunigt wird.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die genannte Scheibe mit Einschnitten versehen,, die vom Umfang ausgehen,, und die auf diese Weise gewonnenen Flügel sind verdreht, so daß sie Leitflächen bilden, welche den Kältemittelstrom umlenken. Vorzugsweise sind die genannten Flügel um 45° gedreht. Wenn der Strom aus Flüssigkeitsteilchen diese Leitflächen

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trifft, werden die Flüssigkeitströpfchen verzögert und verlassen die Leitflächen in einer Richtlang, die im wesentlichen in der Ebene der Leitflächen liegt, während der Dampffluß einen schraubenförmigen Verlauf annimmt. Die Relativgeschwindigkeit zwischen den Flüssigkeitsteilchen und dem Dampf wird auf diese Weise beträchtlich erhöht. In dem Fall, in welchem das Leitelement mit den verdrehten Leitflächen so geformt ist, daß der minimale Durchtrittsquerschnitt für den Fluß an der Stelle des Leitelementes nur 30 - 40 % des sonst vorhandenen Durchtrittsquerschnittes für den Fluß beträgt, bleibt der totale Druckverlust gering, da statischer Druck hinter dem Leitelement wiedergewonnen wird.

Selbstverständlich ,können zwei oder mehrere Leitelemente im Strömungskreis der Kühlanordnung angeordnet werden. In der Praxis wird die dewellige Anzahl durch die Betriebsbedingungen und die Art des Leitelementes bestimmt. Wenn ein Wärmeaustauscher hinter dem Verdampfer vorgesehen ist, dann kann ein Element besonders wirksam eingesetzt werden, wenn es hinter dem Wärmeaustauscher angeordnet ist. Die Temperaturdifferenz zwischen den flüssigen Teilchen und dem überhitzten Dampf wird in diesem Falle noch größer, wodurch die Wärmeübertragung von dem Dampf auf die Flüssigkeitsteilchen erleichtert wird.

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

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Fig. 1 schematisch eine Kühlanordnung gemäß der Erfindung, Fig. 2 in gleicher Darstellung eine Kühlanordnung gemäß der

Erfindung, die auch einen Wärmeaustauscher enthält, Fig. 3 perspektivisch eine Ausführungsform eines Leitelementes

gemäß der Erfindung.

Die Figuren 1 und 2 zeigen schematisch einen Kompressor 1, einen Kondensator 2, ein Expansionsventil 3 und.einen Verdampfer 4, welche zu einem Wirkungskreis zusammengeschlossen sind. In Fig. 2 ist ferner ein Wärmeaustauscher 6 vorhanden, in welchem Wärme von dem relativ heißen Kältemittelfluß zwischen Kondensator 2 und Expansionsventil 3 übertragen wird auf ein Gemisch aus Flüssigkeits·" teilchen und Dampf, welches vom Verdampfer 4 kommt. Mit einem Meßglied 7 wird der Überhitzungszustand des Kältemittels hinter dem Verdampfer gemessen. Das Meßglied 7 ist an das Expansionsventil 3 angeschlossen und steuert dieses.

Das Element 5 in Fig. 3 besteht aus einer runden Scheibe, die mit Einschnitten versehen ist. Die entstehenden Flügel 9 sind derart verdreht, daß sie Leitflächen für das Strömungsmedium bilden. Das Rohr 10, in welchem die Scheibe 5 angeordnet ist, verbindet den Verdampfer 4 mit dem Kompressor 1. Die Anordnung arbeitet in folgender Weise: Das Expansionsventil 3 wird derart gesteuert, daß das Kältemittel unmittelbar hinter dem Verdampfer 4 oder hinter dem Wärmeaustauscher 6 aus einem solchen Gemisch aus Flüssigkeitsteilchen und überhitztem Dampf besteht, daß der Phasenzustand des Kältemittels bei einem gedachten Temperaturausgleich einem Dampf entspricht,

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der etwas überhitzt ist. Wenn der zwijephasige Fluß des Kältemittels das Leitelement passiert, wird die gegenseitige relative Geschwindigkeit zwischen den beiden Phasen des Flusses vergrößert, so daß es schnell zu einem Temperaturausgleich kommt. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß das Kältemittel in den Kompressor ausschließlich in der Form eines etwas überhitzten Dampfes eintritt.

Es ist zu beachten, daß der in der Kühlanordnung nach Fig. 2 enthaltene Wärmeaustauscher 6 bedeutend kleiner ist, als die Wärmeaustauscher, welche bisher in diesem Zusammenhang verwendet wurden. Der Wärmeaustauscher verursacht daher keinen nachteiligen großen Druckabfall in dem Kreis.

Die Einschnitte 8 in der Scheibe 5 können aus einfachen das Material trennenden Schnitten bestehen oder sie können aus je zwei Schnitten bestehen, durch die ein sektorförmiges Materialstück herausgeschnitten wird..

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Claims

Patentansprüche

Kühlanordnung mit einem Kompressor, einem Kondensator, einem Expansionsventil und einem Verdampfer, welche Baueinheiten zu einem Kreis zusammengeschlossen sind, mit einem im Kreis fließenden Kältemittel, wobei das Kältemittel den Verdampfer als zweiphasiger Fluß, das heißt als eine Mischung aus Flüssigkeitsteilchen und überhitztem Dampf,, in Richtung zum Kompressor verläßt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Verdampfer (4) und Kompressor (1) zumindest ein Leitelement (5) angeordnet ist, welches den Kältemittelstrom derart beeinflußt, daß die Relativgeschwindigkeit zwischen den beiden Phasen des Kältemittels erhöht wird.
2. Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitelement (5) aus einer mit Öffnungen (8) versehenen Schei be besteht, welche senkrecht zu der Richtung des Kältemittelstroms angeordnet ist«
3. Kühlanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe mit solchen von ihrer Peripherie ausgehenden Einschnitten (8) versehen ist, daß Flügel (9) entstehen, welche zu Leitflächen für den Kältemittelstrom verdreht sind.

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ORIGINAL INSPECTED

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4. Kühlanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

die Verdrehung der Flügel 45° beträgt. ;
5. Kühlanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Einschnitt (8) derart ausgebildet ist, daß ein annähernd sektorförmiges Materialstück aus der Scheibe herausgenommen ist.

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