DE4330522A1 - Kältemittelverdampfer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kältemittelverdampfer mit einem dem Kältemitteleintritt des Verdampfers vorgeschalteten Expansionsventil und einem dem Kältemittelaustritt des Verdampfers nachgeschalteten Temperaturfühler, der über eine Signalleitung mit dem Expansionsventil in Wirkungsverbindung steht.

Kältemittelverdampfer der genannten Art werden z. B. in Kälteanlagen verwendet, wobei das Expansionsventil zum Einstellen der in den Verdampfer einzuspeisenden Menge flüssigen Kältemittels dient. Das Verdampfen des Kältemittels im Verdampfer wird durch ein flüssiges oder gasförmiges Heizmedium, auch Kälteträger genannt, bewirkt, das dem Verdampfer zugeführt und nach seiner Abkühlung im Verdampfer einem Verbraucher zugeführt wird. Wenn das Einstellen der Menge flüssigen Kältemittels mit Hilfe des Expansionsventils genau erfolgt, tritt das verdampfte Kältemittel in überhitztem Zustand aus dem Verdampfer aus. Die Überhitzungstemperatur wird mit Hilfe des Temperaturfühlers gemessen und das Messergebnis als Stellsignal dem Expansionsventil zugeführt, das bei zu großer Überhitzung die Kältemittelmenge vergrößert und bei sinkender Überhitzungstemperatur die Kältemittelmenge verringert.

Es hat sich gezeigt, daß der aus dem Verdampfer austretende Kältemitteldampf nicht "trocken" ist, sondern infolge von Turbulenzen unverdampfte Flüssigkeitsteile enthält. Dies hat schnell wechselnde Temperaturen am Temperaturfühler zur Folge, wodurch stark schwankende Signale erzeugt werden, die die Stellarbeit des Expansionsventils entsprechend beeinflussen. Diese variierende Stellarbeit führt wiederum zu einem ständigen störenden Pendeln des Verdampfungsprozesses im Kältemittelverdampfer.

Um solche Pendelungen zu vermeiden, wird der Sollwert für die Überhitzungstemperatur am Expansionsventil hoch eingestellt, z. B. 10 bis 12 K über der Verdampfungstemperatur. Hierdurch wird einerseits der Verdampfer schlecht ausgenutzt, weil ein Teil seiner Fläche für die Überhitzung zur Verfügung stehen muß zu Lasten der übrigen, der Verdampfung dienenden Heizfläche. Andererseits muß das dem Verdampfer zugeführte Heizmedium einen großen Temperaturabstand zur Verdampfungstemperatur haben, um die gewünschte Überhitzung sicherstellen zu können. Beide Einflüsse verschlechtern energetisch den Kreisprozeß der Kälteanlage.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verdampfer der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß der Temperaturabstand des dem Verdampfer zugeführten Heizmittels verringert werden kann und trotzdem sichergestellt ist, daß die Flüssigkeitsteile im aus dem Kühlmittelverdampfer austretenden überhitzten Dampf nur wenig bis keine Pendelungen im Verdampfungsprozeß erzeugen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine elektrische Heizung für den Temperaturfühler vorgesehen ist. Durch diese elektrische Heizung wird dem Expansionsventil ein höheres Temperatursignal zugeführt als der wirklichen Temperatur des aus dem Verdampfer austretenden Kältemitteldampfes entspricht. Das größere Temperatursignal wirkt sich am Expansionsventil günstig auf sein Stellverhalten aus, indem das Expansionsventil stärker öffnet als ohne den Einfluß der elektrischen Heizung. Dadurch wird die Durchströmung des Verdampfers mit Kältemittel verbessert und der Zustand des aus dem Verdampfer austretenden Dampfes unterliegt geringeren Variationen, so daß das genannte Pendeln vermieden ist. Damit kann auch der Temperaturabstand des dem Verdampfer zugeführten Heizmediums verringert werden.

Bei Inbetriebsetzen der Kälteanlage wird die elektrische Heizung erst mit dem Anlassen des Kältemittelverdichters eingeschaltet, wodurch sich ein sanftes Öffnen des Expansionsventils ergibt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der folgenden Beschreibung anhand näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schema eines Kältemittelkreislaufs mit der erfindungsgemäßen Einrichtung und

Fig. 2 das Detail A in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab.

Gemäß Fig. 1 umfaßt der Kältemittelkreislauf im wesentlichen einen Kältemittelverdichter 1, einen Kältemittelverflüssiger 2, ein Expansionsventil 3 und einen Kältemittelverdampfer 4. Der Austritt des Kältemittelverdichters 1 steht über eine Leitung 5 mit dem Kältemittelverflüssiger 2 in Verbindung, der seinerseits über eine Leitung 6 mit dem Expansionsventil 3 verbunden ist. Zum Abkühlen und damit Verflüssigen des verdichteten Kältemittels dient Kühlwasser, das über eine Leitung 7 dem Kältemittelverflüssiger 2 zugeführt wird und das die Rohre 2′ durchströmt, an denen das Kältemittel kondensiert. Das Kühlwasser strömt nach der Wärmeaufnahme vom Kältemittel über eine Leitung 8 aus dem Verflüssiger 2 ab. Nach der Druckreduktion im Expansionsventil 3 gelangt das flüssige Kältemittel über eine Leitung 9 in den Kältemittelverdampfer 4, in dem das in den Rohren 4′ strömende Kältemittel durch Wärmezufuhr wieder verdampft und überhitzt wird. Die Wärmezufuhr hierfür erfolgt mittels eines die Rohre 4′ umströmenden Heizmediums, das über eine Leitung 10 dem Verdampfer 4 zugeführt und über eine Leitung 11 aus dem Verdampfer abgeführt und einem nicht dargestellten Verbraucher zugeleitet wird. Der Austritt des Kältemittelverdampfers 4 ist über eine Leitung 12 mit der Saugseite des Kältemittelverdichters 1 verbunden.

An der Leitung 12 ist ein Temperaturfühler 13 angeschlossen, der die Temperatur des aus dem Verdampfer 4 austretenden überhitzten Kältemitteldampfes mißt und über eine Signalleitung 14 mit dem Expansionsventil 3 in Wirkungsverbindung steht. Außerdem ist an der Leitung 12 eine Druckausgleichsleitung 15 angeschlossen, die ebenfalls mit dem Expansionsventil 3 verbunden ist. Gemäß Fig. 2 ist der Temperaturfühler 13 von einer auf ihn aufgebrachten elektrischen Heizwicklung 16 umgeben, und er steckt zusammen mit dieser Wicklung in einer Hülse 17, die mit ihrem in Fig. 2 rechten verschlossenen Ende in die Leitung 12 ragt, in der der Kältemitteldampf in Richtung des Pfeiles B strömt.

Im Betrieb des Kältemittelkreislaufs wird mit Hilfe des Expansionsventils 3 die in den Kältemittelverdampfer 4 einzuspeisende Menge flüssigen Kältemittels eingestellt, und zwar in Abhängigkeit des vom Temperaturfühler 13 kommenden Signals in der Leitung 14. Da wegen der am Temperaturfühler 13 eingeschalteten elektrischen Heizung von diesem Fühler ein Temperatursignal erzeugt wird, das einem höheren Temperaturwert entspricht als die Dampftemperatur des am Fühler vorbeiströmenden Kältemittels, ist die Stellbewegung des Expansionsventils größer als sie ohne eingeschaltete Heizung wäre. Es strömt also flüssiges Kältemittel gleichmäßiger über die Leitung 9 in den Kältemittelverdampfer 4 als ohne Heizung, wodurch die Kältemittelströmung in den Rohren 4′ des Verdampfers stabiler ist. Durch die stabileren Strömungsverhältnisse läßt sich auch der Abstand zwischen der Temperatur des in den Verdampfer 4 eintretenden Heizmittels zur Verdampfungstemperatur des Kältemittels verringern, so daß das Wärmeübertragungsverhalten des Verdampfers besser ausgenutzt wird.

Abweichend von dem in Fig. 2 beschriebenen Beispiel kann die Wicklung 16 statt direkt auf dem Temperaturfühler 13 auf die Hülse 17 aufgebracht werden. Es ist auch weiter möglich, statt einer Drahtwicklung eine Wicklung aus einem Heizband zu verwenden, die auf den Temperaturfühler aufgebracht wird, wobei dann der Temperaturfühler mit der Heizbandwicklung auf der Außenseite der Leitung 12 befestigt wird. Die Heizleistung der elektrischen Heizung wird zweckmäßig regelbar ausgebildet, was jedoch in der Zeichnung nicht dargestellt ist.

Claims (6)

1. Kältemittelverdampfer mit einem dem Kältemitteleintritt des Verdampfers vorgeschalteten Expansionsventil und einem dem Kältemittelaustritt des Verdampfers nachgeschalteten Temperaturfühler, der über eine Signalleitung mit dem Expansionsventil in Wirkungsverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Heizung für den Temperaturfühler vorgesehen ist.

2. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Heizung aus einer Wicklung besteht, die auf dem Temperaturfühler aufgebracht ist.

3. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Heizung aus einer Wicklung besteht, die auf einer den Temperaturfühler umgebenden Hülse aufgebracht ist.

4. Verdampfer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler in eine den Kältemittelstrom führende Leitung ragt.

5. Verdampfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung aus einem Heizband besteht, das zusammen mit dem Temperaturfühler auf der Außenseite einer den Kältemittelstrom führenden Leitung befestigt ist.

6. Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Heizung regelbar ist.