DE822396C - Drosselventil fuer Kaeltemaschinen - Google Patents

Description

• Drosselventil für Kältemaschinen Gegenstand der Erfindung ist ein Drosselventil, auch Regelventil oder Restriktor genannt, wie es als Druckentlastungsorgan in Kältemaschinen Verwendung findet. Entspannungseinrichtungen in Kälteniaschineit wurden in verschiedenen Formen vorgeschlagen, beispielsweise in Form von Ventilen, von Kapillaren und ähnlichen Strömungsrestriktoren, die sämtlich den erforderlichen hohen Rückdruck auf das strömende Kältemittel ausüben. Alle diese Anordnungen besitzen den Nachteil, daß sie nur einen einzigen Strömungsdurchlaß besitzen, so <laß im Fall einer Verstopfung die Kältemaschine versagt.
• Das neue ertiticlungsgem'iße Drosselventil besteht aus einem rolirf<irtiiigeri Gehäuse, mit welchem metallurgisch einegesintertenichtkompakt liegende .-Lasse von :Metallpulver verbunden ist, so daß eine Vielzahl gewundener kapillarförrniger Durchgänge entsteht, die gemeinsam den gewünschten Druckabfall hervorrufen und dennoch jede Gefahr einer Verstopfung ausschalten.
• Bekannt ist die Verwendung poröser Metallpfropfen und Scheiben als Drösselvorrichtung für Schmiersysteme sowie die Verwendung poröser gesinterter Metallscheiben o. dgl. als Filterelemente für flüssige oder gasförmige Mittel.
• Die Porosität der erfindungsgemäßen Drosselanordnung kann leicht für jede Kältemaschine durch Wahl einer entsprechenden Korngröße des benutzten Metallpulvers bestimmt werden. Die Korngröße des Pulvers in Verbindung mit der Länge und dem Querschnitt des Restriktors bestimmen den Druckabfall in diesem.
• Die Erfindung betrifft ferner die weitere Ausbildung eines solchen Drossel- oder Regelventils, indem es mit einem Wärmeaustauscher derart verbunden wird, daß der Wirkungsgrad der Kältemaschine erheblich vergrößert wird.
• Zu diesem Zweck wird das rohrförmige Drosselgehäuse metallurgisch mit einem Außengehäuse mit Hilfe einer zusätzlichen gesinterten nicht kompakt liegenden Metallpulverschicht verbunden, die das Gehäuse umgibt und durch die ein anderes gasförmiges oder flüssiges Mittel fließen kann. Bei der Benutzung dieser Einrichtung erfolgt die Strömung in dem Außengehäuse zweckmäßig in entgegengesetzter Richtung zu der Strömung in der Drossel, und die Porosität des porösen Metalls im Außengehäuse der Einheit ist zweckmäßig größer als die Porosität des Werkstoffes in der Drossel.
• Die Erfindung ist beispielsweise in der Zeichnung veranschaulicht. In dieser ist Fig. i eine schematische Ansicht einer Kältemaschine, wie sie beispielsweise für Haushaltskühlschränke benutzt wird, Fig. 2 ein vergrößerter Schnitt durch eine Drosselvorrichtung nach der Erfindung, in durch den Pfeil angedeuteter, umgedrehter Stellung zur Fig. i, Fig. 3 ein Längsschnitt durch die Drossel in noch größerem Maßstab und Fig.4 ein Querschnitt nach der Linie 4-4 in Fig. 3, Fig. 5 ein Schnitt durch eine Kombination der neuen Drosselvorrichtung mit einem \,N'ärineaustauscher.
• In dem in Fig. i schematisch dargestellten System wird ein Kompressor Zoo durch einen Elektromotor 220 getrieben, der durch einen nicht gezeichneten Thermostaten gesteuert wird. Der Kompressor komprimiert das Kältemittel, welches durch ein Rohr 240 in einen Kondensator 26o gelangt. Das kondensierte Kältemittel strömt in einen Behälter 280, wo es unter dem Kompressionsdruck steht. Das Kältemittel strömt jetzt durch die Ströinungsdrossel 30 zum Verdampfer 32, in dem es verdampft wird und von dem es als Dampf durch Rohr 34 zum Kompressor 200 zurückkehrt. Dieser in Unterbrechungen verlaufende Kreisprozeß wird durch den Thermostaten in bekannter Weise gesteuert.
• Der Restriktor 30 ist in größerer Anschaulichkeit in Fig. 2 dargestellt. Er besteht aus einem Geliätise in Form eines Rohres 36, in welchem eine gesinterte poröse Metallmasse 38 enthalten ist. Das Rohr 36 ist an ein Rohr 4o angelötet, an welches ein zweites Rohr 42 angeschlossen ist. Die Verbindungsfuge bildet eine Klemmstelle für den Flansch .16 eines Filters 44, der ebenso aus nicht kompakt liegendem gesintertem :-Metallpulver gebildet ist. Infolge seiner geringen Stärke erzeugt dieser Filter jedoch nur einen geringfügigen Druckabfall bzw. übt nur eine geringfügige Drosselung auf das durchströmende Kältemittel aus. Das flüssige Kältemittel durchströmt, den Filter 44, bevor es zu dem Drosselrohr 36 gelangt.
• Wie Fig.3 und 4 erkennen lassen, wird das Drosselrohr 36, das zweckmäßig aus Kupfer besteht, mit dem porösen Metallpulver 38 während

  seiner Herstellung fest verbunden. Bevorzugter

  \Verkstoff für das Sintermaterial ist Bronzepulver,

  dessen Körner vorzugsweise im allgemeinen Kugel-

  form besitzen und je »ach den gewünschten Ver-

  hältnissen eine Maschenfeinheit von goo bis

  3000 %Iasch./cm2 besitzen. Das rohrförmige Ge-

  liäuse wird finit dem lfetallpulver gefüllt und das

  Ganze dann in einen Sinterofen "ebracht, wo es auf

  eine Temperatur von etwa 82,3 bis.87j;C C für

  etwa i/2 Stunde in einer nicht ()svdierendeii

  Atmosphäre erhitzt wird. Dabei sintern die Metall-

  körner -zusammen und bilden eine gleichförmige

  poröse Bronzemasse, dic inetalltirgisch mit den

  Wänden des Rohres 36 fest verbunden ist. In der

  Masse befinden sich hunderte von gekrümmten,

  miteinander in Verbindung stehenden Öffnungen

  von kapillarförmiger Größe. Eine zweckmäßige

  Länge des Rohres ist beispielsweise io ein bei einem

  lichten Innendurchmesser von etwa o.6 mm.

  Natürlich können auch andere -Metalle für die

  Drossel benutzt werden. Beispielsweise kann das

  Rohr aus Nickel, Stahl, Bronze, rostfreiem Stahl

  o. dgl. bestehen. Das poröse Metallpulver kann mit

  Kupfer überzogenes Eisen, eine Ktipfer-Nickel-Le-

  gierung, eine Kupfer-Ziitk-Legiertiit ; o. dgl. sein.

  In jedem Fall muß natürlich dafür Sorge getragen

  werden. daß die benutzten metallischen Werkstoffe

  in keiner Weise durch chemische Reaktionen finit

  dem Kältemittel

  werden.

  In den meisten Kältemaschinen besteht der Kon-

  densator, der an der Austrittsseite des Kompressors

  angeordnet ist, aus einem Rippenkühler, der durch

  einen Luftstrom gekühlt wird, der durch einen voni

  Kompressormotor angetriebenem Ventilator erzeugt

  wird. Daraus folgt, daß der Wirkungsgrad der

  Kühlung nicht sehr groß ist und daß das Kälte-

  mittel, welches im komprimierten Zustand durch

  das Regel- oder Drosselventil strömt, gewöhnlich

  eine Temperatur oberhalb der Raumtemperatur

  besitzt, so daß nach erfolgter Entspannung die

  Endtemperatur des entspannten Kältemittels ver-

  hältnismäßig hoch liegt. Wenn die Temperatur des

  Kältemittels, das durch die Drossel strömt, er-

  niedrigt werden könnte, so würde dadurch augen-

  scheinlich die Temperatur des entspannten Kälte-

  mittels an der Austrittsseite der Drossel ebenfalls

  erniedrigt werden. Eine solche weitere Ausbildung

  der Erfindung zeigt Fig. 5.

  Wie Fig. S erkennen läßt, besteht das Drossel-

  oder Regelventil 20 wieder aus einem Kupferrohr

  22, in dem ein nicht kompakt liegendes gesintertes

  Metallpulver 2.4 mit den \Vandmigen des Kupfer-

  rohres 22 metallurgisch verlnincleu ist. so daß alle

  Teile in guter wärmeleitender Verbindung stehen.

  Das Rohr 22 ist nun innerhalb eines weiteren

  Rohres 26 untergebracht und von den Wandungen

  desselben mit Hilfe einer Schicht 28 aus porösem

  Metall getrennt, die ebenfalls aus gesintertem, nicht

  kompakt liegendem Metallpulver hergestellt ist.

  Auch diese gesinterte Metallpulverschicht ist

  metallurgisch mit beiden Rohren 22 und 26 ver-

  bunden und bildet dadurch z-,vischen diesen eine

  sehr gute Wärmebrücke. Es ist zweckmäßig, wie-

  wohl nicht unbedingt notwendig, daß die Porosität des porösen Metallkörpers 28 größer ist als die des Metallkörpers 24 in der Drossel. Das kann erreicht werden, indem man verschiedene Korngrößen für die leiden 'Metallpulver benutzt. Findet beispielsweise für die Drossel ein 'Metallpulver von einer Maschenfeinheit von etwa 6ooo Masch./cm2 Verwendung, so könnte in dem Raum zwischen dein inneren und äußeren Rohr ein '.Metallpulver von einer 'laschenfeiilheit von etwa 1500 bis 3000Maschen/cm2 verwendet werden.
• Der äußere 'Mantelraum bzw. das Rohr 26 ist in die Rückleitung vom Verdampfer zum Kompressor eingeschaltet, so daß das kalte Kältemittel auf seinem Wege vom Verdampfer durch das Außetlrollr @-on rechts nach links in Fig. 5 strömt und dann zum Kompressor zurückströmt. Hierbei kühlt das kalte Kältemittel das wärmere komprimierte Kältemittel, welches vom Kompressor zum Verdampfer strömt (von links nach rechts in Fig. 5).
• Infolge der innigen metallurgischen wärmeleitenden Bindung der verschiedenen Teile dieser :111paratur wird die Temperatur des Kältemittels in der Drossel herabgesetzt und bei der Entspannung dieses Kältemittels eine niedrigere Temperatur erreicht, als es möglich wäre, wenn das Kältemittel nicht gekühlt würde. Auf diese Weise wird der Wirkungsgrad des Systems erheblich erhöht.
• Für das Sintermetall in der Drossel findet zweckmäßig Bronze oder eine Kupfer-Nickel-Legierung Verwendung. Das Innenrohr 22 besteht zweckmäßig aus Kupfer oder Bronze. Das Sinternietall28 in dem äußeren 11-fantelraum entspricht vorzugsweise dem in der Drosselleitung. Natürlich können, wie schon oben gesagt, auch andere poröse Metalle benutzt werden, sind aber im allgemeinen nicht so zweckmäßig, da die Wärmeleitfähigkeit %-on Kupfer oder Legierungen mit hohem Kupfergehalt größer ist als die der meisten anderen handelsüblichen Metalle.
• 1'.s sei nochmals darauf hingewiesen, daß das poröse Sintermetall innerhalb der Drossel für alle Zwecke und Aufgaben eine Fortsetzung des porösen Sinternletalles im @1'ä rmeaustauscher bildet. Das gewährleistet eine hervorragende Wärmeleitung, die nicht durch andere Mittel erzielbar ist. Zugleich bietet das Sintermetall außerordentlich große Oberflächen für die W:irmeleitutlg, welche ebenfalls den Wirkungsgrad der Anordnung im Vergleich zu üblichen Wärmeaustauschern erhöhen, die für solche Zwecke Rippen u. dgl. benutzen.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Drosselventil für Kältemaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem rohrförmigen Gehäuse (36) eine gesinterte Mässe (38) nicht kompakt liegenden Metallpulvers metallurgisch verbunden ist, die eine Vielzahl gewundener kapillarförmiger Durchlässe bildet.
2. 2. Drosselventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Gehäuse (36) aus Kupfer besteht und als Metallpulver Bronze mit einer Maschenfeinheit von goo bis 3000 Masch./cm2 Verwendung findet.
3. 3. Drosselventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil mit einem Filter (¢¢) kombiniert ist, das aus gesintertem nicht kompakt liegendem Metallpulver gebildet ist und eine größere Kapazität für den Durchlaß der Strömung besitzt als das Drosselventil.
4. 4. Anwendung eines Drosselventils nach einem der vorhergehenden Ansprüche auf einen Wärmeaustauscher für Kältemaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Rohrleitungen (22, 26) konzentrisch zueinander angeordnet werden, von denen die eine (22) eine gesinterte Masse (24) eines nicht kompakt liegenden Metallpulvers enthält, die metallurgisch mit den Wandungen dieses Rohres verbunden ist und eine Vielzahl gekrümmter kapillarförmiger Durchtrittsöffnungen bildet, und die andere (26) gleichfalls ein gesintertes, nicht kompakt liegendes Metallpulver (28) enthält, das metallurgisch mit den Wandungen dieses Rohres sowie mit den Außenwandungen des ersten Rohres verbunden ist, so daß ein Strömungsmittel, das zwischen dem ersten und zweiten Rohr hindurchströmt, die Temperatur eines Strömungsmittels beeinflußt, das durch das erste Rohr hindurchströmt.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver in der Hauptsache Kupfer ist und daß die Porengröße des Sintermetalls in dem Innenrohr (22) größer ist als die Porengröße des Sintermetalles zwischen beiden Rohren (22 und 26).