DE4410057C2 - Kälteanlage mit einer Heißgasverteilung zur Heißgasabtauung der Verdampferrohre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kälteanlage mit einer Heißgasverteilung zur Heißgasabtauung der Verdampferrohre gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 8.

Bekanntlich bereifen und vereisen die Verdampfer an den Lamellen, die auf den Kältemittel führenden Rohren angeordnet sind, und zwar beginnend an den Übergangsstellen von Lamel­ len und Rohroberflächen. Dies ist bedingt durch die Kondensation der Feuchte der zwischen den Lamellen befindlichen bzw. hindurchströmenden Luft, und letzteres ist der Fall bei Venti­ lator-Luftkühlern. Damit der Verdampfungswirkungsgrad nicht unter ein bestimmtes Maß absinkt, muß der Kältemittelverdampfer von Zeit zu Zeit abgetaut werden. Hierfür stehen verschiedene Abtauverfahren zur Verfügung, die je nach Verfügbarkeit, Energiekosten und Wirkungsgrad eingesetzt werden.

Zu diesen Abtauverfahren gehört die Heißgasabtauung, bei der das vom Verdichter des Käl­ temittelkreislaufes kommende Heißgas direkt in den Verdampfer, d. h. also in dessen Rohrlei­ tungen eingeleitet wird, nachdem der Kältemitteldurchfluß gestoppt worden ist, um auf diese Weise die Oberfläche der Verdampferrohre und damit die Oberfläche der Lamellen abzu­ tauen. Da diese Form der Abtauung von den Rohren aus erfolgt, ist die Wirkung sehr gut; das Eis platzt förmlich von den Lamellen ab und fällt auf das Heizblech, wo es endgültig schmilzt und abläuft. Die Abtauzeit beträgt je nach Größe der Anlage und der Verdampfungstempera­ tur ca. 10 bis 30 Minuten.

Es hat sich nun gezeigt, daß bei der bekannten Anordnung zur Heißgasverteilung für die übli­ che Heißgasabtauung, und zwar unabhängig davon, ob diese nun in Form einer Heißgas­ bypass- oder Kreisumkehrschaltung betrieben wird, im Betriebszustand der Kälteanlage nichtverdampftes Kältemittel, wie in Fig. 4 schematisch dargestellt, aus den Verdampferroh­ ren 25, von denen nur eines gezeigt ist, des Kältemittelverdampfers in das Heißgasverteiler­ rohr 15 laufen kann, wie bei 17 angedeutet, um sich im unteren Teil 16 des Heißgasverteiler­ rohres und damit auch in den in diesen unteren Teil mündenden Verdampferrohren 26 allzu­ sammeln. Dieses aus dem Kältemittelverteilerelement 13 stammende nichtverdampfte Käl­ temittel verschlechtert die Verdampferleistung in dem Maße, wie die Verdampferrohre 26 durch das flüssige Kältemittel blockiert werden, so daß sie für den Verdampfungsvorgang nicht mehr zur Verfügung stehen. Da diese Erscheinung erst im Laufe einer längeren Be­ triebszeit des Verdampfers bzw. der Kälteanlage auftritt, fällt die "schleichende" Leistungsab­ nahme des Verdampfers zunächst nicht auf, da die Verdampfer in der Regel im Hinblick auf die Leistungsanforderung etwas überdimensioniert ausgelegt werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Kälteanlage der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der die Kältemittelverdampferleistung durch die Heißgasvertei­ leranordnung nicht beeinträchtigt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kälteanlage mit den Merkmalen des An­ spruchs 1 bzw. des Anspruchs 8 gelöst.

Erfindungswesentlich ist somit, daß jeder Verdampferrohrstrang endseitig über wenigstens ein Heißgaskapillarrohr mit dem Heißgasverteilerelement verbunden ist, das in das flüssig­ keitsdicht verschlossene Ende des jeweiligen Verdampferrohres an einer Stelle eingeführt ist, welche oberhalb des in das Verdampferrohr eintretenden Kältemittelkapillarrohres liegt, das die Verbindung zwischen dem Kältemittelverteilerelement und dem Verdampferrohr bildet.

Es ist nun zwar aus der GB 21 15 540 A eine Kälteanlage der gattungsgemäßen Art bekannt, die jedoch keine einzelnen Verdampferrohre mit geschlossenen Enden aufweist, sondern eine Verdampferrohrschlange mit einer Vielzahl paralleler, horizontaler Rohrabschnitte, die an ih­ ren Enden durch Bögen miteinander verbunden sind, so daß weder eine Kältemittel- noch ei­ ne Heißgasverteilung in einzelne parallele Verdampferrohre stattfindet. Desweiteren kann auch die in der EP 0 085 381 A2 beschriebene Wärmetauscheranlage mit einer höherliegen­ den Anordnung des Kältemittelverteilers der Erfindung selbst dann nicht als Vorbild dienen, wenn die bekannte Anlage mit den dem Lehrbuch der Kältetechnik, Seiten 421-425 ent­ nehmbaren Hinweisen für die fachgerechte Rohrverlegung bei Kälteanlagen kombiniert wird, da bei der bekannten Vorrichtung unverdampftes, flüssiges Kühlmittel aus dem oberen in den unteren Teil des Verdampfers zurücklaufen kann, wodurch die Probleme entstehen, die erfin­ dungsgemäß zu beseitigen sind.

In den Fällen, in denen die Anordnung des Heißgaskapillarrohres innerhalb des Verdamp­ ferrohres oberhalb des in das Verdampferrohr eintretenden Kältemittelkapillarrohres zur Verhinderung des Rücklaufes von flüssigem Kältemittel in das Heißgasverteilerelement nicht als ausreichend angesehen wird, hat es sich bewährt, das Heißgaskapillarrohr vor seinem Eintritt in das zugehörige Verdampferrohr mit einer Ausbiegung nach oben zu versehen, die das nicht verdampfte flüssige Kältemittel im Verdampferrohr nicht über­ winden kann.

Wie bereits bei den bekannten Kältemittelverteilerelementen praktiziert, läßt sich auch das obere Ende des Heißgasverteilerrohres mit einem Staudruckverteiler oder Ge­ schwindigkeitsverteiler versehen, der beispielsweise nach dem Venturi-Prinzip arbeitet und in den die Heißgaskapillarrohre mehrerer Verdampferrohre münden. Darüber hinaus lassen sich in Abhängigkeit von der Größe des Verdampfers auch mehrere Heißgasvertei­ lerelemente parallel schalten, an die die Heißgaskapillarrohre bündelweise angeschlossen sind.

Es hat sich ferner nicht zuletzt aus baulichen Gründen als vorteilhaft erwiesen, die Kälte­ mittelkapillarrohre vor ihrem Eintritt in das Verdampferrohr in Anpassung an die nach oben erfolgte Ausbiegung der Heißgaskapillarrohre ebenfalls mit einer nach oben gerich­ teten Ausbiegung zu versehen.

Der Durchmesser der Heißgaskapillarrohre ist zweckmäßigerweise so gewählt, daß in Abhängigkeit von der Lage der zugehörigen Verdampferrohre, deren Anzahl und der durchzusetzenden Heißgasmenge der Druckverlust in den einzelnen Kapillarrohren annä­ hernd so groß ist, daß eine ausreichende Heißgasverteilung in den einzelnen Verdampfer­ rohren gewährleistet ist.

Die erfindungsgemäße Kälteanlage gemäß Anspruch 8 erfordert einen im Vergleich zur er­ sten technischen Lösung erheblichen Aufwand, weil die Enden der Verdampferrohre ge­ bogen werden müssen und sich die Gerätebauhöhe vergrößert.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Kälteanlage zur Heißgasabtauung des Ver­ dampfers mittels einer Heißgas-Bypass-Schaltung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Teils einer Kälteanlage zur Heißgasabtauung gemäß der Erfindung;

Fig. 3 eine schematische Teildarstellung einer anderen Ausführungsform der Kälteanlage zur Heißgasabtauung gemäß der Erfindung; und

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Teils einer Kälteanlage zur Heißgasabtauung bekannter Bauart.

Beim Kältemittelkreislauf der Anlage von Fig. 1 wird das in den Verdampfer 1 durch die Leitung 27 einströmende entspannte, flüssige Kältemittel verdampft, wodurch über die auf den Verdampferrohren sitzenden Lamellen die gewünschte Abkühlung der Umge­ bungsluft erreicht wird. Da jedoch auf den Verdampferrohroberflächen insbesondere im Verbindungsbereich mit den Lamellen eine Vereisung eintritt, muß der Verdampfer von Zeit zu Zeit abgetaut werden, da die Vereisung den Wärmeübergang zwischen der den Verdampfer umspülenden Luft und dem flüssigen Kältemittel, beispielsweise Ammoniak oder Frigen, in den Verdampferrohren behindert.

Zu diesem Zweck wird das aus dem Verdampfer 1 austretende dampfförmige Kältemit­ tel, das beispielsweise eine Temperatur von -10 bis -30°C aufweist und durch die Lei­ tung 28 dem Kompressor 2 zugeführt wird, um in diesem verdichtet zu werden, wobei seine Temperatur auf beispielsweise 30 bis 40°C steigt, vollständig oder teilweise hinter dem Kompressor als Heißgas in die Bypassleitung 4 abgezweigt und in die Verdampfer­ rohre eingeleitet.

Nach Beendigung des Abtauvorgangs, der entweder zeitabhängig oder druckabhängig durchgeführt wird, wobei im letzteren Fall die Druckdifferenz vor und nach dem Ver­ dampfer gemessen wird, jedoch auch mit Hilfe von Eisabtastern und optischen oder thermischen Sensoren gesteuert werden kann, wird das verdichtete, dampfförmige Käl­ temittel wieder in den normalen Kreislauf durch den Kondensator 19 geleitet, indem eine Abkühlung erfolgt, so daß das Heißgas kondensiert. Das verflüssigte Kältemittel wird daraufhin in dem Entspannungsventil 3 entspannt, bevor es durch die Leitung 27 erneut dem Verdampfer zuströmt.

Die Verdampferrohre, die in Fig. 2 mit 5 und in Fig. 3 mit 20 bezeichnet sind und von denen jeweils nur ein Rohr dargestellt ist, sind an ein Heißgaselement 12 bzw. 21 ange­ schlossen. Der Anschluß erfolgt bei der Ausführungsform nach Fig. 2 mittels Kapillar­ rohre 8, die von dem nach dem Venturi-Prinzip arbeitenden Verteilerelement 12 am oberen Ende eines Anlagenrohres 14 abzweigen und in die einzelnen Verdampferrohre 5 so eingeführt sind, daß sie in dem Verdampferrohr oberhalb des ebenfalls in das Ver­ dampferrohr eintretenden Kältemittelkapillarrohres 9 liegen, das ebenfalls mit einem nach dem Venturi-Prinzip arbeitenden Kältemittelverteilerelement 11 am Ende eines Anlagen­ rohres 13 verbunden ist.

Das Heißgaskapillarrohr 8 weist vor seinem Eintritt in das Verdampferrohr 5 eine Aus­ biegung 10 nach oben auf, bevor es in das Verteilerelement 12 des Heißgas zuführenden Anlagenrohres 14 einmündet. Eine vergleichbare Ausbiegung 18 nach oben besitzt das Kältemittelkapillarrohr 9, dessen anderes Ende mit dem Verteilerelement 11 des Kälte­ mittel zuführenden Anlagenrohres 13 verbunden ist.

Die beiden Ausbiegungen 10 und 18 der Kapillarrohre sind hinsichtlich ihres Scheitel­ punktes so beschaffen, daß dieser jeweils über dem Niveau der im Verdampferrohr 5 be­ findlichen Enden der Kapillarrohre 8 und 9 liegt, so daß nichtverdampftes Kältemittel, das in den Verdampferrohren stehen kann, weil die Verdampfung des flüssigen Kältemit­ tels nicht vollständig erfolgt, nicht durch das Heißgaskapillarrohr 8 in das Heißgasvertei­ lerelement 12 zurücklaufen kann, insbesondere also nicht von höherliegenden Verdamp­ ferrohren in tieferliegende abfließen kann, weil die Verdampferrohrenden 7 verschlossen sind und somit außer über die Kapillarrohre 8 keine Verbindung mit dem Heißgasvertei­ lerelement 12 haben.

Somit stellen die Heißgaskapillarrohre 8, deren Durchmesser im übrigen so gewählt wer­ den kann, daß in Abhängigkeit von der Lage der zugehörigen Verdampferrohre 5, deren Anzahl und der durchzusetzenden Heißgasmenge der Druckverlust in den einzelnen Heißgaskapillarrohren nicht zu groß ist, ein wirksames Mittel dar, um zu verhindern, daß im Betriebszustand des Verdampfers unverdampftes, also flüssiges Kältemittel in das Heißgasverteilerelement und von dort, wie bei der bekannten Anordnung von Fig. 4 der Fall, in die unteren Verdampferrohrstränge gelangen kann.

Bei hohen Verdampferblöcken, die eine Vielzahl von Kapillarrohrsträngen aufweisen, können auch mehrere Heißgasverteilerelemente Verwendung finden, so daß eine bessere Wärmeverteilung erreicht wird.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Variante kommen keine Heißgaskapillarrohre zur Anwen­ dung. Hier sind vielmehr die Verdampferrohre 20, von denen wiederum nur eines darge­ stellt ist, mit einer Abbiegung 22 versehen, die ebenfalls verhindert, daß flüssiges Käl­ temittel beim Abtauvorgang in das Heißgasverteilerelement 21 strömt. Im übrigen wird das Kältemittel in diesem Fall wie auch bei der bekannten Ausführungsform nach Fig. 4 dem Verdampferrohr 20 über eine Kapillare 29 zugeführt, die über ein Kältemittelvertei­ lerelement 23, das nach dem Venturi-Prinzip arbeitet, mit einem Kältemittelverteilerrohr 24 verbunden ist.

Die letztgenannte Ausführungsform ist jedoch konstruktiv aufwendiger, weil sie erfor­ dert, daß die Verdampferrohre 20 vor ihrem Eintritt in das Heißgasverteilerelement nach oben abgebogen werden, wodurch sich die Bauhöhe des Verdampfers vergrößert.

Es versteht sich, daß an den Verteilerelementen 11, 12, 23 jeweils eine Vielzahl von Kapillarrohren angeschlossen ist, wobei die Bemessung der Rohrquerschnitte jeweils den gestellten Anforderungen entspricht.

Claims (8)

1. Kälteanlage mit einer Heißgasverteilung zur Heißgasabtauung der Verdampferrohre, mit einem Kältemittelverteiler, welcher im Normalbetrieb das flüssige Kältemittel auf die Verdampferrohre verteilt, und mit einem Heißgasverteiler, welcher im Abtaubetrieb das heiße, gasförmige Kältemittel über Heißgaskapillarrohre ebenfalls auf die Verdampferrohre verteilt, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (7) jedes Verdampferrohres (5), in das sowohl das Heißgaskapillarrohr (8) als auch das Kältemittelkapillarrohr (9) eingeführt sind, flüssigkeitsdicht verschlossen ist, und daß die Öffnung des Heißgaskapillarrohres (8) im Verdampferrohr (5) über der Öffnung des Kältemittelkapillarrohres (9) angeordnet ist.

2. Kälteanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heißgaskapillar­ rohr (8) vor seinem Eintritt in das Verdampferrohr (5) eine Ausbiegung (10) nach oben aufweist, bevor es in das Heißgasverteilerelement (12) einmündet, an das das Heißgaskapillarrohr (8) angeschlossen ist.

3. Kälteanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Heißgasverteiler­ element (12) ein Staudruckverteiler oder Geschwindigkeitsverteiler ist, in den die Heißgaskapillarrohre (8) mehrerer Verdampferrohre (5) münden.

4. Kälteanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Heißgasverteilere­ lement (12) nach dem Venturi-Prinzip arbeitet.

5. Kälteanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Ab­ hängigkeit von der Größe des Verdampfers (1) mehrere Heißgasverteilerelemente (12) parallel geschaltet sind, an die die Heißgaskapillarrohre (8) bündelweise angeschlossen sind.

6. Kälteanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kältemittelkapillarrohr (9) vor seinem Eintritt in das Verdampferrohr (5) in Anpassung an die nach oben erfolgte Ausbiegung jedes Heißgaskapillarrohres (8) ebenfalls eine nach oben gerichte Ausbiegung (18) aufweist.

7. Kälteanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Heißgaskapillarrohre (8) so gewählt ist, daß in Abhängigkeit von der Lage der zugehörigen Verdampferrohre (5), deren Anzahl und der durchzusetzenden Heißgasmenge der Druckverlust in den einzelnen Heißgaskapillarrohren (8) so groß ist, daß eine ausreichende Heißgasverteilung in den einzelnen Verdampferrohren (5) gewährleistet ist.

8. Kälteanlage mit einer Heißgasverteilung zur Heißgasabtauung der Kältemittelver­ dampferrohre, mit einem Kältemittelverteiler, welche im Normalbetrieb das flüssige Kältemittel auf die Verdampferrohre verteilt, und mit einem Heißgasverteiler, welcher im Abtaubetrieb das heiße, gasförmige Kältemittel über Heißgasverteilerelemente ebenfalls auf die Verdampferrohre verteilt, dadurch gekennzeichnet, daß die im Verdampfer im wesentlichen waagrecht angeordneten Verdampferrohre (20) hinter ihrem Austritt aus dem Heißgasverteilerelement (21) eine abwärtsgerichtete Abbie­ gung (22) als Rücklaufsperre für flüssiges Kältemittel in das Heißgasverteilerelement (21) aufweisen.