DE3151016A1 - Entspannungseinrichtung fuer kaeltemittelkreislaeufe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Entspannungsvorrichtung für Kaitemittelkreisläufe, bei denen das Kältemittel abwechselnd durch Verdichtung verflüssigt und durch Entspannung verdampft wird und bezieht sich insbesondere auf die Kältemittelkreisläufe . von Wärmepumpen und dergl«

Fürdie Entspannung des Kältemittels bei derartigen Kältekreisen sind die verschiedensten Entspannungsorgane bekannt und auch im Gebrauch. So finden neben Kapillarrohren Ventile unterschiedlichster Bauart in großem Umfang Verwendung, wovon allerdings normale Ventile mit fester Einstellung nur für Versuchsanlagen verwendet werden. Die am häufigsten zur Verwendung kommenden thermischen Expansionsventile, die nach der Verdampfungstemperatur und nach der überhitzung (Sauggastemperatur abzüglich Verdampfungstemperatur) oder nach der Unterkühlung (Kondensationstemperatur abzüglich Flüssigkeitstemperatur) gesteuert werden, lassen ihren Einsatz in Kältekreisen, wie die Kapillarrohre auch, nur bei mehr oder minder stark eingeschränkten Temperaturbereichen für die Kondensations- oder die Verdampfungstemperatur bzw. deren Differenzen zu, .d. h. bei diesen Ventilen ist die Einhaltung bestimmter überhitzungs- bzw. Unterkühlungstemperaturen zur Steuerung erforderlich. Damit sind einer Leistungszahlverbesserung durch das Expansionsventil Grenzen gesetzt.

Um diesen Mangel der thermischen Expansionsventile zu beheben, d. h:¹ um sie für größere Temperaturbereiche verwendbar zu

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machen, sind schon zahlreiche Verbesserungsvorschläge für diese Ventile gemacht wirden, die aber alle mit komplizierten und aufwendigen Konstruktionen verbunden sind.

Es werden auch schon Schwimmerventile als Expansionsorgane für Kai te kreis laufe verwendet. Sie können allerdings wegen

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ihres Preises nur in vergleichsweise großen Anlagen zur An-

wendung kommen.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine Expan sionseinrichtung für Kaitemittelkreisläufe zu schaffen, die nicht nur einfach und preiswert im Aufbau ist, sondern insbesondere einen großen Einsatzbereich bezüglich der Kondensationstemperaturen, Verdampfungstemperaturen, sowie der Temperaturdifferenzen zwischen diesen Temperaturen und der damit verbundenen Drücke und Unabhängigkeit von der Wahl des Kältemittels bei gleichbleibend exakter Steuerung der Expansion aufweist und keine Einstellung oder Nachjustierung im gesamten Arbeitsbereich erforderlich ma-cht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß bei Kältemittel kreisläufen der eingangs beschriebenen Art vorgeschlagen, als Entspannungseinrichtung thermodynamische Kondensatableiter zu verwenden. Derartige thermodynamische Kondensatableiter werden bisher nur in der Heißdampftechnik eingesetzt. Eine Verwendung bei anderen Medien als Wasser und auf anderen Arbeitsgebieten ist bisher nicht bekannt geworden. Die Vorteile derartiger Kondensatableiter in der Kältetechnik liegen

in ihrer sicheren Funktionsweise bei kleiner Unterkühlung des Kältemittels, bis herab zu ca. 1 K. Damit wird bei entsprechender Kondensatorauswah'l eine verbesserte Leistungszahl erreicht. Die Steuerung des Kältekreisläufes erfolgt nach dem Kondensatanfall im Kondensator bzw. Sammler. Dadurch wird, eine verbesserte Verdampfungsauslegung (überflutete Verdampfung, höhere Verdampfungstemperatur) mit insgesamt höherer Leistungszahl ermöglicht.

Die Expansion der gesamten Kältemittelmenge kann allein über den thermodynamisehen Kondensatableiter oder auch parallel zu diesem über ein weiteres Entspannungsorgan, vorzugsweise über ein oder mehrere Kapillarrohre vorgenommen werden.

An Hand der beiliegenden Zeichnung soll die Erfindung nachfolgend noch näher erläutert werden. Auf der Zeichnung zeigen Fig. 1 die schematische Darstellung eines Kältekreises und Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für einen thermodynamisehen Kondensatableiter.

In dem am Beispiel einer Wärmepumpe mit Wärmequellenanlage ,und Wärme nutzungsanlage 16 dargestellten Kältekreis mit Verdichter 10, Kondensator 11, Expansionseinrichtung 12, 13 und Verdampfer 14 der Fig. 1 wird dieExpansion des Kältemittels durch den thermodynamisehen Kondensatableiter 12 allein oder in Verbindung mit einem anderen Expansionsorgan, hier einem Kapillarrohr 13 erreicht. Besonders bei niedrigen

Druckdifferenzen im Kältekreis wird die Expansion ganz oder

überwiegend durch den thermodynamischen Kondensatableiter übernommen, so daß sie taktend erfolgt.

Hierbei tritt in geringem Massenverhä'ltnis bei der Expansion bereits gasförmiges Kältemittel auf, das durch Verdampfer und Verdichter 10 ausgeglichen bzw. abgesaugt wird.

Bei höheren Druckdifferenzen im Kältekreis wird durch das Kapillarrohr der Expansionsvorgang durch eine stetige Arbeitsweise geglättet.

Der in Fig. 2 dargestellte thermodynamische Kondensatableiter, der nur eine Metallplatte als mechanisch bewegliches Teil aufweist, arbeitet wie folgt, über den Einlaßkanal 17 strömt Kondensat in das Gehäuse 19 ein, hebt den Ventilteller 20 vom ringförmigen Ventilsitz 21, 23 ab und fließt über den Auslaßkanal 18 aus dem Gehäuse ab.

Große Strömungsgeschwindigkeit am Ventilsitz 21 durch verdampfendes Kondensat läßt am Ventilteller einen Unterdruck entstehen. Der Ventilteller wird dadurch auf den Ventilsitz gezogen. Gleichzeitig baut sich in der Kammer 22 über dem Ventilteller ein Druckpolster auf.

Der Druck des Dampfpolsters wirkt dem Druck des Dampfes im Einströmkanal entgegen und preßt den Ventilteller fest auf den Ventilsitz, da wegen der unterschiedlichen Flächen die Schließkraft größer als die Öffnungskraft ist. Der äußere

Ringsitz 23 verhindert den Abbau des Druckes in der Kammer 22. Der Kondensatableiter schließt absolut dampfdicht ab.

Durch Kondensation des Dampfes in der Kammer 22 sinkt der Druck in der Kammer, Schließlich überwiegt dann die durch den Druck des Kondensates bewirkte Öffnungskraft und hebt den Ventilteller ab.Der Kreislauf beginnt von neuem.

Claims (3)

DR.-ING. 1WILLI STRUCK PINNEBERC/ HOLST. FRIEDRICH-EBERT-STR. IO f Poetaneohrift: Patentanwalt Dr. W. Struck 20S0 Plnnebero/Holat. Poetfaoh SO67 Entspannungseinrichtung für Kaitemittelkreisläufe Anm.: Fa. Loewe Pumpenfabrik GmbH 2120 Lüneburg Patentansprüche

1.) Entspannungseinrichtung für Kältemittel kreisläufe, bei denen das Kältemittel abwechselnd durch Verdichtung verflüssigt und durch Entspannung verdampft wird, insbes. bei Wärmepumpen und dergl., gekennzeichnet durch die Verwendung von thermodynannschen Kondensatableitern (12).

2. Entspannungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem thermodynamischen Kondensatableiter (12) ein weiteres Entspannungsorgan parallel geschaltet ist.

3. Entspannungseinrichtung nach Anspruch2, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Entspannungsorgan ein oder mehrere Kapillarrohre (13) sind.