DE3518305A1

DE3518305A1 - Kaeltemittelsammler fuer verdichter-kaeltemaschinen

Info

Publication number: DE3518305A1
Application number: DE19853518305
Authority: DE
Inventors: Herman Hermogio Bloomington Minn. Viegas
Original assignee: Thermo King Corp
Current assignee: Thermo King Corp
Priority date: 1984-05-24
Filing date: 1985-05-22
Publication date: 1985-11-28
Also published as: ES8608663A1; FR2564956B1; FR2564956A1; ES543424A0; US4583377A; JPS60259877A; GB2159259B; GB2159259A; GB8511508D0; IN161087B

Description

Die Erfindung betrifft einen Kältemittelsammler für Verdichter-Kältemaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs

Insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, bezieht sich die Erfindung auf einen solchen Kältemittelsammler für den Einsatz in Transportkühlaggregaten.

Bekanntermaßen wird ein solcher Kältemittelsammler bei Einsatz in Kaltdampf-Verdichter-Kältemaschinen zwischen dem Kältemittelverdampfer und dem Kältemittelverdichter angeordnet, und sein Hauptzweck besteht darin, zu verhindern, daß übermäßig große Mengen von noch flüssigen Kältemittel in den Verdichter gelangen, wohingegen die Strömung des verdampften Kältemittels aus dem Sammler in den Verdichter nicht behindert werden soll.

Eine typische Konstruktion eines derartigen Kälteraittelsairunlers, wie er gegenwärtig bei Transportkühlaggregaten Anwendung findet, ist in der US-PS 3 420 071 beschrieben, iiie dort dargestellt ist, leitet eine vom

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Verdampfer kommende Leitung Kältemittel in den oberen Teil des Sammlergehäuses, wobei das Kältemittel in wesentliche dampfförmig ist, jedoch je nach den Betriebsbedingungen in gewissem Umfang auch noch in flüssiger, unverdampfter Form vorliegt. Das noch flüssige Kältemittel soll in den unteren Sunpfteil des Sammlergehäuses abtropfen, während dampfförmiges Kältemittel in das eine Ende eines im oberen Gehäusebereich befindlichen, ü-förmigen Rohres eintreten kann und durch dieses zu einem Auslaß am oberen Ende des Gehäuses gelangt und zum Verdichter strömt. Das U-förmige Rohr hat in seinem Bogenteil eine ölaufnahmeöffnung, durch welche Öl mit dem flüssigen Kältemittel in das U-förmige Rohr eintreten kann, um zum Verdichter zu gelangen. In seinem unteren Bereich weist der Sammler einen Mantel oder eine andere Konstruktion auf, durch welche warmes Wasser aus der zum Antrieb des Kühlaggregats dienenden Brennkraftmaschine hindurchzirkuliert, um gegebenenfalls in dem Sumpf des Sammlers vorhandenes flüssiges Kältemittel zu verdampfen.

Beim Einsatz in einen Transportkühlaggregat sammelt sich unter gewissen Betriebsbedingungen, beispielsweise während der Übergangsphase vom Kühlbetrieb auf Heiz- oder Abtaubetrieb, und insbesondere, wenn der Verdampfer bei niedriger Temperatur und in geringer Umgebungstemperatur arbeitet, eine größere Menge flüssigen Kältemittels in Sar.ir.iler. Manchmal kann dieses flüssige Kältemittel durch die Viärme vom Kühlwasser der Brennkraftmaschine nicht schnell genug verdampft werden und beginnt, den unteren Teil des U-Rohres aufzufüllen, wodurch dessen Dampfströmungsquerschnitt verengt wird, so daß der Dairof r.it höheren Strömungsgeschwindigkeiten hindurchströmt und daher mehr noch flüssiges Kältemittel zum Verdichter mitniin.nt. Darüberhinaus verursacht das Sieden des flüssigen Kältemittels ein heftiges Aufsprudeln des flüssigen Kältemittels in Sumpf, wodurch ein schaumiges Gemisch der

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flüssigen und dampfförmigen Phase entsteht. Dieser Schaum kann so hoch aufsteigen, daß er direkt in das obere Ende des U-Itohres eintreten kann und dadurch noch flüssiges Kältemittel zum Verdichter mitgenommen wird. Je nach den Betriebsbedingungen ist die Menge des so zum Verdichter gelangenden, noch flüssigen Kältemittels manchmal so groß, daß Flüssigkeitsschläge mit daraus folgenden Beschädigungen an Verdichterbauteilen und manchmal sogar die Zerstörung des Verdichters eintreten können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kältemittelsanmler der eingangs genannten Gattung dahingehend zu verbessern, daß das Problem eines unerwünschten VJeitergelangens von noch flüssigem Kältemittel in die Ansaugleitung des Verdichters weitgehend bewältigt wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch den in Anspruch 1 gekennzeichneten Kältemittelsamnler gelost.

Der erfindungsgenäße Kälteinittelsanraler weist also eine von Flüssigkeitssumpf getrennte Aufnahme- und Rückhai tek arme r auf, und das in den Sammler zugeleitete Kältemittel wird in diese Kammer eingeleitet, aus welcher es durch eine Drosselöffnung in den Sumpf abtropfen kann.

Die vom Verdampfer kommende Kältemittelleitung weist einen Auslaß auf, der so angeordnet ist, daß er das zum Sanr.iler zugeführte Kältemittel in die Aufnahme- und Rückhaltekammer leitet. Indem unter Betriebsbedingungen mit starker Zufuhr vom flüssigen Kältemittel zum Sammler ein Teil des flüssigen Kältemittels in dieser Kammer zurückgehalten wird, wird die Verdampfung von flüssigem Kältemittel in Sumpf des Sammlers durch zugeführte VJäme begünstigt und damit der Wideraustritt von Kältemittel in dampfförmigen Zustand durch das übliche U-förmige Rohr gefördert. Die bei herkömmlichen Sammlern auftretenden, oben erläuterten Schwierigkeiten v/erden aber bei den erfindungsgenäßen Sammler im allgemeinen vermieden.

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Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben. In den Zeichnungen zeigt:
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Fig. 1 in schematischer Darstellung ein

Kreislaufdiagramm eines Transnortkühlaggregats, bei welchem der erfindungsgenäße Kälteraittelsamnler einsetzbar ist,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt Gurch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kältemittelsammlers, 15

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Kältemittel-

sammler nach Fig. 2,

Fig. 4 in isometrischer, teilweise aufge-

brochener Darstellung die Aufnahne-

und Rückhaltekammer des Kältenittelsammlers nach den Fig. 2 und 3,

Fig. 5 im Vertikalschnitt ein weiteres

Ausführungsbeispiel eines erfindungs-

gemäßen Kältemittelsannlers,

Fig. 6 in Draufsicht den Kältemittelsammler

nach Fig. 5, und
30

Fig. 7 in isometrischer Darstellung einen

Teil des Kältemittelsannlers nach

den Fig. 5 und 6.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Transportkühlaggregat treibt eine Erennkrafteaschine 10 einen Kälteverdichter 12

BAD O*;O!NAI-

an, der heißes verdichtetes gasförmiges Kältemittel zu einem Dreiwege-Ventil 14 fördert, welches in der Kühlbetriebs-Einstellung das gasförmige Kältemittel zu einem Kältemittelverflüssiger 16 leitet. Das aus dem Verflüssiger kommende verflüssigte Kältemittel gelangt durch ein Drosselventil 18 in einen Kälteraittelver dampf er 20, von welchen es durch eine Leitung 22 in das obere Ende eines Kältemittelsamnlers 24 eintritt. Dampfförmiges Kältemittel verläßt den Sammler 24 und strömt durch eine Leitung 26 zum Verdichter 12 zurück. Durch eine Leitung 28 wird Kühlwasser der Brennkraftmaschine zu einem Wassermantel 30 am Boden des Kältemittelsammlers geleitet, von wo aus das Kühlwasser durch eine Leitung 32 zu den nicht dargestellten Kühler der Brennkraftmaschine 10 und von dort aus zu aer Maschine selbst zurückgeleitet wird.

Die bisherige Beschreibung des Aggregats bezieht sich auf den Kühlbetrieb. Das Aggregat kann jedoch auch auf rleizbetrieb bzw. auf Abtaubetrieb umgeschaltet weraen, indem das Dreiwege-Ventil 14 so ungestellt wird, daß es dag von Verdichter 12 kommende heiße Kältemittelgas direkt zuir. Drosselventil 18 leitet. Die Strönungsrichtung des Kältemittels im Kühlbetrieb ist durch ausgezogene Pfeile dargestellt, während die 5trömungsrichtung im Heizbetrieb bzw. Abtaubetrieb durch gestrichelte Pfeile dargestellt ist. In Fig. 1 sind nicht alle Komponenten eines praktisch ausgeführten Transportkühlaggregats dargestellt, sondern die mit Bezug auf die vorliegende Erfindung unwesentlichen Komponenten sind der Klarheit halber weggelassen.

Ein Ausführungsbeispiel des Kältemittelsammlers ist in den Fig. 2 bis 4 mehr im einzelnen dargestellt. Der Kältemittelsarmler v/eist ein zylindrisches Gehäuse 2 4 rüit einer Deckwand 36 und einer Bodenwand 3 8 auf. Die vor.i Verdampfer kommende Kältemittelleitung 22 leitet das Kältemittel in den oberen Raum des Gehäuses 2 4 ein. In

BAD CrtiiaiNAL

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Gehäuse 24 ist ein Einbau angeordnet, der eine Kältemittelaufnahme- und Rückhaltekammer 40 bildet, die oben offen und derart im Gehäuse 24 angeordnet ist, daß das Auslaßende 42 der Kältemittelleitung 22, das den Kältenitteleinlaß des Gehäuses 24 bildet, sich direkt oberhalb der Kammer 40 befindet.

Bei diesem Ausführungsbeispiel weist der die Kammer 40 bildende Einbau eine in Sehnenrichtung verlaufende Wand 44, eine bogenförmige Wand 46, und eine Bodenwand 48 mit einer darin gebildeten engen Abtropföffnung 50 auf. Die Kairjner 40 befindet sich im Gehäuse in einer solchen Höhenlage, daß ihre Bodenwand 48 oberhalb des Bodenraumes 5 2 des Gehäuses liegt, der nachstehend als Gehäusesumpf bezeichnet wird.

Der Sammler enthält ein U-förmiges Rohr, dessen einer Schenkel 54 in den oberen Innenraum des Gehäuses 2 4 ausmündet, v/ährend der andere Schenkel 56 durch die Deckwand 36 des Gehäuses hindurchverläuft und in diese Deckwand eingedichtet sowie mit einer ein Vakuum bzw. eine Siphonwirkung verhindernden öffnung 58 versehen ist. Der die beiden Schenkel 54 und 56 verbindende Bogenteil 60 des U-Rohres befindet sich im Gehäusesumpf 52 und ist mit einer Ölrücklauföffnung 62 versehen, wie dies bei solchen Rohren üblich ist.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist das Auslaßende 42 der Kältemittelleitung 22 seitlich mit 3ezug aui das offene obere Ende des einen Schenkels 5 4 des U-Rohres versetzt, so daß ein direkter Übertritt von Kältemittel aus der Leitung 22 in das U-Rohr minimal gehalten wird. In dem aus der Leitung 2 2 in den Samnler eintretenden dampfförmigen Kältemittel enthaltenes, noch flüssiges Kältemittel tropft in die Kammer 40 ab, während das danpffürmige Kältemittel 12 in das offene Ende des Schenkels 54 dos U-Rohres eintreten kann und dann zum Verdichter weiter-

BAD Oft;«:

geleitet wird. In manchen Fällen kann es wünschensv/ert sein, am Austrittsende 42 der Leitung 22 ein Ablenkblech vorzusehen, urn das eintretende Kältemittel zu derjenigen Seite des Gehäuses hin abzulenken, auf welcher sich die Kammer 4P befindet. Die in Fig. 2 eingezeichneten Flüssigkeitspegellinien geben die typischerweise in Gehäusesumpi 52 und in der Kammer 40 unter gewissen Betriebsbedingungen auftretenden Flüssigkeitspegel an, bei welchen eine wesentliche Zufuhr von noch flüssigem Kältemittel in den Sammler stattfindet.

Bei einem in den Fig. 5 bis 7 dargestellten zv/eiten Äusführungsbeispiel des Sammlers ninunt die Kammer G4 im wesentlichen den gesaraten Quers chni ttsr auin des Sammlers oberhalb des Gehäusesumpfes 52 ein. Diejenigen Bauteile, die mit 3ezug auf das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2 bis 4 gleich sind, sind mit den gleichen l^ezugszeichen bezeichnet. In einem mittleren Iiöhenbereich des Gehäuses 2 4 ist eine kreisrunde Platte 6 6 angeordnet, die mit Offnungen 68 und 70 zur Aufnahme der beiden Schenkel 54 und 56 des U-Rohres versehen ist und außerdem eine Abtropföffnung 72 aufweist, um flüssiges Kältemittel und darin etwa enthaltenes öl dosiert in den Geh'iusesumpf 5 abtropfen zu lassen. Außerdem trägt die Platte 6 6 ein Dampfrohr 74, das von der Platte 66 aus nach oben ragt und mit seinen oberen offenen Ende in den oberen Teil des Innenraumes des Sammlers ausmündet. Dieses Dampf rohr dient dazu, im Gehäusesumpf verdampftes Kältemittel in den oberen Bereich des Innenraumes der Kammer 64 aufsteigen und in das offene Ende des einen Schenkels 5 4 des U-"Iohres eintreten zu lassen. Bei den dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich das Austrittsende der von Verdampfer kommenden Leitung 22 direkt aber den oberen offenen Ende des Schenkels 54 U-Rohres. Aus diesem Grund ist ein Ablenkblech 76 am Austrittsende der Leitung 22 vorgesehen, um das eintretende Kältemittel von offenen Ende des

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U-Rohrschenkeis 54 weg abzulenken. Eine andere Möglichkeit zur Verhinderung eines direkten Eintretens des aus der Leitung kommenden Kältemittels in den U-Rohrschenkel 54 wäre natürlich eine andere Anordnung des Austrittsendes der Leitung 22, beispielsweise in demjenigen Quadranten der Gehäusedeckwand 36, die sich den Dampfrohr 77 diametral gegenüber befindet.

Bei einen Sammler nach der Erfindung wird das Problem einer Ansammlung von zu viel noch flüssigem Kältemittel im Sumpf des Sammlers zu irgendeinem Zeitpunkt vermieden. Dadurch kann die aus den Wassermantel 30 verfügbare Uäme im Verhältnis zu der Menge des im Sumpf befindlichen flüssigen Kältemittels besser im Sinne einer Verdampfung des flüssigen Kältemittels zur Wirkung kommen. Gewöhnlich wird etwas von dem flüssigen Kältemittel durch die ülrücklauföffnung 62 in das U-Rohr eintreten, wobei aber die Menge nicht so groß sein kann, daß hierdurch irgendwelche Schwierigkeiten am Verdichter auftreten. Der durch die erfindungsgemäße Konstruktion sich einstellende niedrigere Pegel des flüssigen Kältemittels im Surapf des Sammlers verringert auj3erdem in beträchtlichem Maße die Wahrscheinlichkeit des Auftretens heftigen Siedens und starker Schaumbildung, wie dies bei herkömmlichen Sammlern möglich ist.

Die Wärmezufuhr zum Sumpf des Sammlers kann natürlich, wie oben beschrieben, vora Kühlwasser der zum Antrieb eines Transportkühlaggregats dienenden Brennkraftmaschine koranen.

Die Wärme kann aber auch von anderen Wärmequellen zugeführt werden, beispielsweise von einem elektrischen Heizgerät oder vom Auspuff der Brennkraftmaschine. Außerdem kann Warne anstatt nur zum Gehäusesumpf des Barriers, wie bei den dargestellten Ausführungsbeispielen, auch zur Außen-5 wand der Aufnahme- und Rückhaltekammer zugeführt v/erden.

Die Verhinderung des Entstehens eines hohen Flüssigkeitspegels im Gehäusesumpf eines Sammlers nach der Erfindung

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bringt auch den Vorteil, daß der durch das U-Rohr strömende Dampf nicht durch eine Flüssigkeitsansanmlung im Bodenbereich d.es Ü-Rohrbogens stark gedrosselt wird. Die Verringerung des Dampfdruckgefalles, das sich hierdurch über dem Sannler ergibt, steigert auch die mögliche Heizleistung des iiggregats. Außerdem wird die Heizleistung des Aggregats automatisch verbessert, wenn weniger flüssiges Kältemittel in don Verdichter gelangt.

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Claims

Patentansprüche

Kältenittelsanunler für Verdichter-Kältemaschinen, der in die Kälteniittelleitung zwischen Kältemittelverdampfer und Kältemittelverdichter einzubauen ist und dessen Gehäuse einen Einlaß für vom Verdampfer kommendes Kältemittel, einen mit dem oberen Bereich des Gehäuseinneren in Verbindung stehenden Auslaß für im wesentlichen dampfförmiges Kältemittel und im unteren Gehäusebereich einen beheizbaren Sumpf für flüssiges Kältemittel aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (24) einen Einbau (40) enthält, der eine nach oben offene Karoner zur Aufnahme und zum Zurückhalten von noch flüssigem, durch den Einlaß (22) zugeführten Kältemittel bildet und dessen Bodenwand oberhalb des Sumpfes gelegen ist und daß im unteren Teil der Kararier eine Abtropfcffnung (50; 72) vorgesehen und so bemessen ist, daß sie flüssiges Kältemittel aus der Kammer derart dosiert in den Sumpf abtropfen läßt, daß die Menge des sich jeweils im Sunpf ansammelnden flüssigen Kältemittels begrenzt und bei Betriebsbedingungen mit zeitweiser starker Zufuhr von noch flüssigem Kältemittel vom Verdampfer zum Sai.imler das überschüssige flüssige Kältemittel zeitweilig in der Karirner zurückgehalten wird.
2. Kältemittelsarnmler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß (54, 56, 60) ein etwa U-förmiges Rohr aufweist, das im Gehäuse (24) angeordnet und mit ,einer in dessen Bogenteil (60) gebildeten ölrücklauföffnung (62) versehen ist, daß veiter der Bogenteil (60) des U-Rohres

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in dera Sumpf (52) gelegen ist, der eine U-Rohrschenkel (54) mit seinem offenen Ende in den oberen Gehäuseinnenraum ausmündet und der andere U-Rohrschenkel (56) zurr. Anschluß an die Saugleitung zum Kältemittelverdichter dichtend aus den; Gehäuse herausgeführt ist, und daß die Anordnung so getroffen ist, daß die Möglichkeit eines direkten Übertritts von noch flüssigen Kältemittel aus dem Einlaß (22) in das offene Ende des einen U-Rohrschenkels (54) weitgehend ausgeschlossen ist.

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3. Kältend.ttelsamraler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einbau eine in Sehnenrichtung durch das Gehäuse (24) verlaufende Seitenwand (44) aufweist, und daß das U-förmige Rohr (54, 56, 60) in dem Raum zwischen dieser Karamerseitenwand und dein von der Kammer abgewandten Gehäusewandbereich (34) angeordnet ist.
4. Kältend, ttelsaiomler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, *· dadurch gekennzeichnet, daß der Einbau eine sich im wesentliehen über den gesamten Gehäusequerschnitt erstreckende

Bodenplatte (66) aufweist, in welchem die Abtropföffnung (72) gebildet ist und die außerdem mit einei.i von der Bodenplatte nach oben in den oberen Bereich des Gehäuseinneren "" führenden Dampfrohr (74) versehen ist, welches den unterhalb der Bodenplatte gelegenen Gehäusebereich mit den oberen Gehäusebereich verbindet.
5. Kältemittelsairuiler nach den Ansprüche 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenplatte (66) mit Durchbrachen (6 8, 70) versehen ist, dur h welche die beiden Schenkel (54, 56) des U-förmigen Rohres hindurchgeführt sind.

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