DE722412C

DE722412C - Arrangement for the thermal regulation of the refrigerant circulation in refrigeration machines working with flooded evaporators

Info

Publication number: DE722412C
Application number: DEB192533D
Authority: DE
Inventors: Gerhard Schmittel
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1940-11-26
Filing date: 1940-11-26
Publication date: 1942-07-09

Description

Anordnung zur thermischen Regelung des Kältemittelumlaufs bei mit überflutetenVerdampfern arbeitenden Kältemaschinen Die Regelung der Kältemittelmenge, die in den Verdampfern von Kältemaschinen verdampft werden soll, erfolgt bei automatisch arbeitenden Anlagen im allgemeinen durch Schwimmerventile, Druckregler oder thermostatische Expansionsventile. Die vielen Vorteile, die die thermostatisch arbeitenden Exnansionventile besitzen, haben diesen Ven- tilen eine Vorrangstellung eingeräumt. Diese haben jedoch den -V-ahe*l, daß ein erheb- licher Temperaturunterschied zwischen dex lacht®ijKcjntrollstelle des temperaturempfindlichen Fühlers dieses Ventils und der Verdampfungstemperatur des Kältemittels im Verdampfer notwendig ist, um die Regelung zu bewirken. Damit steht im Zusammenhang, daß man derartige Ventile bisher nur für sog. trockene Y ampfer anwenden kann, bei denen ein eKfen des Kältemittels im Verdampfer stattfindet und das Kältemittel ummehrere Grade überhitzt wird, bis es zum Fühler gelangt. Aus diesen Gründen ist bei Anwendung der thermostatischen Ventile nur eine schlechte Ausnutzung der Verdampfer möglich, denn die Vorteile, die der überflutete Verdämpferbetrieb gegenüber dem. Trockenverdampfer bietet, bestehen in einer Steigerung der Wärmedurchgangszahlen im Verdampfer auf das etwa 5fache, wodurch der Verdampfer entsprechend kleiner gebaut werden kann und auch die Luftwiderstände entsprechend herabgesetzt werden können. Eine Regelung, die nach dem thermischen Prinzip arbeitet und trotzdem die Anwendung von überfluteten Verdampfern oder solchen Verdampfern gestattet, in denen selbst praktisch keine Temperaturunterschiede auftreten, würde also wesentliche Vorteile mit sich bringen. Man hat zwar zur besseren Ausnutzung der Verdampfer noch sog. Nachverdampferschlangen vorgesehen, in denen das Kältemittel überhitzt wird. Wenn diese Schlangen jedoch wirksam sein sollen, müssen sie verhältnismäßig groß ausgeführt ::-erden.Arrangement for the thermal regulation of the refrigerant circulation in chillers working with flooded evaporators The regulation of the amount of refrigerant that is to be evaporated in the evaporators of chillers is generally carried out in automatically operating systems by float valves, pressure regulators or thermostatic expansion valves. The many advantages that the thermostatically operating expansion valves have, have this valve tilen a priority. These but have the -V-ahe * l that a considerable- licher temperature difference between dex laughs®ijKcjntrollstelle the temperature-sensitive Sensor of this valve and the evaporation temperature of the refrigerant in the evaporator is necessary to effect the regulation. This is related to the fact that such valves have so far only been able to be used for so-called dry yampers, in which the refrigerant is ejected in the evaporator and the refrigerant is overheated by several degrees until it reaches the sensor. For these reasons, only a poor utilization of the evaporator is possible when using the thermostatic valves, because the advantages that the flooded evaporator operation over . Dry evaporator offers, consist in an increase of the heat transfer coefficients in the evaporator to about 5 times, whereby the evaporator can be built correspondingly smaller and the air resistance can be reduced accordingly. A regulation that works according to the thermal principle and nevertheless allows the use of flooded evaporators or evaporators in which practically no temperature differences occur, would therefore bring significant advantages. To make better use of the evaporator, so-called post-evaporator coils have been provided in which the refrigerant is overheated. However, if these snakes are to be effective, they must be made relatively large: - ground.

Andererseits ist es auch bekannt,, dem Verdampfer einen Wärmeaustauscher nachzuschalten, in dem die aus dem Verdampfer abgesaugten Kältemitteldämpfe durch das aus dem Kondensator kommende flüssige Kältemittel überhitzt werden. Das Kältemittel gibt in diesem Wärmeaustauscher im Gegenstrom seine Wärme an die Saugdämpfe ab. Mit dieser Maßnahme wird bezweckt, daß Flüssigkeitstropfen, die in dem Verdampfer noch nicht verdampft sind, mitabgesaugt und in dem Wärmeaustauscher nachverdampft werden: Auf diese Weise wird gleichzeitig das flüssige Kältemittel vorgekühlt, wodurch der Wirkungsgrad der Anlage verbessert :wird. bei derartigen mit nachgeschaltetem Wärmeaustauscher ausgerüsteten Verdampfern ist es weiterhin bekannt, den Fühler des thermisch betätigten Expansionsventils statt am Verdampfer selbst an der Rohrleitung zwischen dem Wärmeaustauscher und- der Saugseite des Kompressors anzubringen. Durch diese Anordnung wird gewährleistet, daß im Normalbetrieb der Anlage nur vollkommen verdampftes Kältemittel an den Temperaturfühler gelangt und damit eine einwandfreie Regelung erzielt wird. Aber auch diese Anordnung ist für Kältemaschinen, deren Verdampfer nach der überfluteten Arbeitsweise arbeiten, nicht mit Sicherheit anzuwenden, da immer noch die Gefahr besteht, daß flüssige Kältemittel durch die Saugleitung in den Kompressor selbst gelangt und dort durch Flüssigkeitsschläge Schaden anrichtet. Diese Schwierigkeiten treten vor allem beim Abschalten und Wiederingangsetzen der Anlage auf. Beim Abschalten der Kältemaschine strömt erfahrungsgemäß stets ein Teil des Kältemittels nach, so daß der Verdampfer unzulässig hoch mit flüssigem Kältemittel angefüllt wird. Wird der Kompressor daraufhin wiedereingeschaltet, so tritt sofort eine explosionsartige Verdampfung ein, insbesondere deshalb, weil der Verdampfer durch die Raumtemperatur durchgewärmt ist und infolge der Druckentlastung große Mengen von flüssigem Kältemittel mitgerissen werden. Da der Temperaturfühler des Expansionsventils bei den bekannten Anordnungen hinter dem Wärmeaustauscher an der Saugleitung des Kompressors angeklemmt ist und außerdem durch seine Speicherwirkung mit Verzögerung anspricht, so tritt auch die Drosselung der Kältemittelzufuhr zum Verdampfer zu spät ein, als daß der Eintritt von Kältemittelflüssigkeit in den Kompressor vermieden wird. Diese Gefahr ist um so größer, da das an dem Temperaturfühler vorbeistreichende flüssige Kältemittel hinter diesem nicht mehr nennenswert verdampfen kann. Aus diesen Gründen ist also auch eine mit überflutetem Verdampfer arbeitende Kältemaschine, bei der dem Verdampfer ein Wärmeaustauscher nachgeschaltet und der Temperaturfühler hinter dem Wärm eattstatischer an der Sangleitung des Kompressors angeklemmt ist, für die Regelung mittels thermisch betätigter Expansionsventile nicht geeignet.On the other hand, it is also known, the evaporator is a heat exchanger downstream, in which the refrigerant vapors sucked out of the evaporator through the liquid refrigerant coming out of the condenser can be overheated. The refrigerant releases its heat to the suction vapors in countercurrent in this heat exchanger. With this measure the aim is that liquid droplets in the evaporator have not yet evaporated, are also extracted and re-evaporated in the heat exchanger be: In this way, the liquid refrigerant is pre-cooled at the same time, which the efficiency of the system is improved: is. with those with a downstream Heat exchanger equipped evaporators, it is also known, the sensor of the thermally actuated expansion valve on the pipeline instead of on the evaporator itself to be placed between the heat exchanger and the suction side of the compressor. By this arrangement ensures that in normal operation of the system only perfectly evaporated refrigerant reaches the temperature sensor and thus a faultless one Regulation is achieved. But this arrangement is also for refrigeration machines, their evaporators work according to the flooded working method, do not apply with certainty, because there is still a risk of liquid refrigerant entering through the suction line reaches the compressor itself and causes damage there from liquid hammer. These difficulties occur especially when switching off and restarting the Plant on. Experience has shown that when the refrigeration machine is switched off, a part always flows the refrigerant after, so that the evaporator inadmissibly high with liquid refrigerant is filled. If the compressor is then switched on again, it kicks in immediately explosive evaporation, especially because the evaporator is warmed through by the room temperature and large as a result of the pressure relief Quantities of liquid refrigerant are entrained. Since the temperature sensor of the Expansion valve in the known arrangements behind the heat exchanger on the Suction line of the compressor is clamped and also by its storage effect responds with a delay, the refrigerant supply is also throttled Evaporator on too late for refrigerant liquid to enter the compressor is avoided. This risk is all the greater since that which passes the temperature sensor liquid refrigerant can no longer noticeably evaporate behind this. From these Reasons is also a refrigerating machine working with a flooded evaporator, in which the evaporator is followed by a heat exchanger and the temperature sensor is clamped behind the heating element to the compressor sangleitung, not suitable for control by means of thermally actuated expansion valves.

Nach vorliegender Erfindung werden diese Schwierigkeiten dadurch behoben und damit auch die Verwendung thermisch betätigter Expansionsventile für Kältemaschinen, die mit überfluteten Verdampfern arbeiten, möglich gemacht, daß der temperaturempfindliche Fühler des Expansionsventils nicht an die Zuleitung des Kompressors angekleinmt wird, sondern unmittelbar auf dem Wärmeaustauscher selbst angeordnet wird.According to the present invention, these difficulties are thereby eliminated and thus also the use of thermally actuated expansion valves for chillers, who work with flooded evaporators, made possible that the temperature sensitive Expansion valve sensor not attached to the compressor feed line is, but is arranged directly on the heat exchanger itself.

Zu diesem Zweck ist der Innenmantel des Wärmeaustauschers teilweise freigelegt, so daß der Temperaturfühler unmittelbar auf dem Innenmantel des Wärmeaustauschers angeordnet ::erden kann. l:reckmäßig wird der Temperaturfühler außerdem verstellbar angeordnet, so daß durch Einstellung des Temperaturfühlers innerhalb bestimmter Grenzen jede beliebige fiberhitzungstemperatttr für die Betätigung des Expansionsventils ein-(-stellt werden kann.For this purpose, the inner jacket of the heat exchanger is partial exposed so that the temperature sensor is directly on the inner jacket of the heat exchanger arranged :: can be grounded. l: The temperature sensor can also be adjusted horizontally arranged so that by setting the temperature sensor within certain Limits any overheating temperature for the actuation of the expansion valve a - (- can be set.

Die Anordnung des Temperaturfühlers auf dem Wärmeaustauscher selbst hat den Vorteil, daß beim Einschalten der Kältemascliiile auch bei verzögertem Ansprechen des temperaturempfindlichen Fühlers immer noch die Sicherheit gegeben ist, daß das flüssige Kältemittel. in den dem Temperaturfühler nachgeschalteten Wärmeaustauschflüclien des Wärmeaustauschers mit Sicherheit verdampft wird, so daß auf alle Fälle kein flüssiges Kältemittel in die Saugleitung des Kompressors und in diesen selbst gelangen kann und damit die für den Kompressor so überaus schädlichen Flüssigkeitsschläge mit Sicherheit vermieden werden.The arrangement of the temperature sensor on the heat exchanger itself has the advantage that when the cooling system is switched on, even if the response is delayed of the temperature-sensitive probe, there is still the certainty that the liquid refrigerants. in the heat exchange fluid downstream of the temperature sensor of the heat exchanger is evaporated with certainty, so that in any case no liquid refrigerant can get into the suction line of the compressor and into it itself and with it the liquid hammer, which is extremely damaging for the compressor to be avoided with certainty.

Die Anordnung gemäß der Erlindtnig ist in der beiliegenden Zeichnung dargestellt und sei an Hand dieser näher erläutert. In den Stutzen i treten die vom Verdampfer kommenden Kältemitteldämpfe ein, streichen durch den Innenraum des Wärmeaustauschers und werden durch den Stutzen 2 vom Kompressor der Kältemaschine abgesaugt. Im Gegenstrom hierzu wird durch den Doppelmantel s das vom Kondensator kommende flüssige Kältemittel geleitet. Dieses tritt durch den Stutzen 3 und und verläßt durch die Leitung q. den Doppelmantel in Richtung auf das Expansionsventil 7 und- den nicht gezeichneten Verdampfer.The arrangement according to the Erlindtnig is in the accompanying drawing shown and will be explained in more detail on the basis of this. In the nozzle i enter the refrigerant vapors coming from the evaporator sweep through the interior of the Heat exchanger and are through the nozzle 2 from the compressor of the refrigeration machine sucked off. In countercurrent to this, the double jacket s creates that of the condenser incoming liquid refrigerant. This occurs through the nozzle 3 and and leaves through the line q. the double coat towards that Expansion valve 7 and the evaporator, not shown.

Der temperaturempfindliche Fühler 8 des Expansionsventils 7 ist erfindungsgemäß etwa in der Mitte des teilweise freigelegten Innenmantels des Wärmeaustauschers angebracht und nimmt daher die Temperatur an, die das dampfförmige Kältemittel an dieser Stelle -hat. Es ist auch denkbar, den Temperaturfühler statt auf dem teilweise freigelegten Innenmantel des Wärmeaustauschers anzuordnen, in den Wärmeaustauscher selbst hinein zu verlegen. Der Temperaturfühler 8 ist außerdem auf dem Innenmantel verstellbar angeordnet, so daß in bestimmten Grenzen jede beliebige Temperatur vom -Regelventil abgenommen werden kann.The temperature-sensitive sensor 8 of the expansion valve 7 is according to the invention approximately in the middle of the partially exposed inner jacket of the heat exchanger attached and therefore assumes the temperature that the vaporous refrigerant assumes this place -has. It is also conceivable to use the temperature sensor instead of the partial to arrange exposed inner jacket of the heat exchanger in the heat exchanger to relocate into it yourself. The temperature sensor 8 is also on the inner jacket adjustable, so that within certain limits any temperature from -Control valve can be removed.

Je nach dem Betriebszustand der Anlage wird das Kältemittel an der Stelle des Temperaturfühlers bereits überhitzt oder gesättigt sein. Im letzten Falle wird der Temperaturfühler das Ventil ? schließen, damit der Zustrom des Kältemittels zum Verdampfer gedrosselt wird. Bei starker Überhitzung wird dagegen das Ventil ? geöffnet, so daß der Verdampfer stets bis zum Wärmeaustauscher mit nassem Dampf angefüllt und voll ausgenützt ist.Depending on the operating status of the system, the refrigerant is transferred to the Point of the temperature sensor may already be overheated or saturated. In the latter case will the temperature sensor be the valve? close to allow the inflow of refrigerant is throttled to the evaporator. In the event of severe overheating, on the other hand, the valve will ? opened so that the evaporator is always up to the heat exchanger with wet steam is filled and fully used.

Der Wärmeaustauscher selbst ist mit Raschigringen ausgefüllt, die untereinander und mit der Wandung gut wärmeleitend, z. B. durch Feuerverzinken, verbunden sind, wodurch einerseits die Wärmeaustauschfläche auf der Gasseite und damit der Wärmeübergang selbst wesentlich vergrößert wird. Andererseits hat die Ausfüllung des Wärmeaustauschers mit Raschigringen den Vorteil, daß der Zustrom flüssigen Kältemittels in den Wärmeaustauscher aufgehalten, verwirbelt und durch Zerstäubung und innige Berührung mit den Wärmeaustauschflächen die Verdampfung wesentlich gefördert wird. Hierdurch wird also die durch Anordnung des Temperaturfühlers auf dem Wärmeaustauscher selbst erzielte Wirkung noch wesentlich unterstützt. -The heat exchanger itself is filled with Raschig rings that with each other and with the wall good thermal conductivity, z. B. by hot-dip galvanizing, are connected, whereby on the one hand the heat exchange surface on the gas side and so that the heat transfer itself is significantly increased. On the other hand, she has Filling the heat exchanger with Raschig rings has the advantage that the inflow liquid refrigerant held up in the heat exchanger, swirled and through Atomization and intimate contact with the heat exchange surfaces make evaporation essential is promoted. In this way, the arrangement of the temperature sensor is increased the effect achieved by the heat exchanger itself is still significantly supported. -

Claims

PATENT CLAIMS: i. Arrangement for the thermal regulation of the refrigerant circulation in refrigerating machines working with flooded evaporators, where the condenser is used incoming liquid refrigerant in a heat exchanger downstream of the evaporator enters into heat exchange with the vaporous refrigerant, characterized in that that the temperature sensitive sensor of the thermally actuated expansion valve is arranged on the partially exposed inner jacket of the heat exchanger. a. Arrangement for the thermal regulation of the refrigerant circulation according to claim i, characterized in that characterized in that the temperature sensitive sensor of the thermally actuated expansion valve to set any superheating temperature within certain limits the partially exposed inner jacket of the heat exchanger arranged to be adjustable is.