DK176868B1 - Symmetrisk kølemiddelregulator for oversvømmet multikanalfordamper - Google Patents

Description

DK 176868 B1

Benævnelse:

Symmetrisk kølemiddelregulator for oversvømmet multikanalfordamper.

Anvendel sesområde: 5 Ansøgningen omhandler et kølekredsløb med kompressor(A), kondensator(D), fordamper(C) og sugegasvarmeveksler(H), hvor kølemidlet kapillarrørsdrøvles i to trin, først fra kondensator til sugegasvarmeveksler (F) og fra sugegasvarmeveksler til fordamper(E).

10 Formålet med et sådan kredsløb er at fordele kølemidlet således at fordamperen er oversvømmet, og at sugegassen ved kompressor tilgangen er overhedet.

Teknikkens standpunkt:

Et sådan kredsløb er kendt fra DK174179, hvor sugegasvarmeveksleren kondenserer 15 den damp, som når frem til væskebeholderen, således at kun ren væske føres videre.

Samtidig regulerer varmeveksleren beholdertrykket - og derved størrelsen på kølemiddelstrømmen til fordamperen. Størrelsen på denne kølemiddelstrøm styrer hvor oversvømmet (eller overhedet) sugegassen er, hvilket styrer hvor kraftig sugegasvarmeveksleren køler på kondensatet mellem de to drøvlingstrin. Processen er 20 selvjusterende, og når der er opnået ligevægt er fordamperen oversvømmet.

Det særlige ved opfindelsen:

Opfindelsen adskiller sig fra DK174179 ved væskebeholderen mangler. I stedet tilpasses den cirkulerende mængde afkølemiddel til belastningsforholdene ved at 25 overskydende kølemiddel bindes i fordamperen. Det sker ved at overskuddet af kølemiddel, via sugegasvarmeveksleren, sænker Enthalpien ved fordamperens tilgangen, hvorved forholdet mellem damp og væske forskydes - således at kølemidlets massefylde øges.

Konstruktionen er symmetrisk og kølemiddelstrømmen kan vendes, således at 30 fordamper og kondensator bytter funktion. Det giver mulighed for gasafrimning af fordamperen - eller at fordamperen kan anvendes både til køling og opvarmning.

Metoden er uafhængig af tyngdefeltet og kan fungere i flyvemaskiner, hvor anlægget vendes på hovedet, og i rumfartøjer helt uden tyngdefelt.

Metoden er selvjusterende og uden bevægelige dele, og kan derfor placeres på 35 utilgængelige steder eller indkapsles fuldstændigt i isoleringsskum..

Opfindelsen kan anvendes på alle anlægsstørrelser og med de fleste kølemidler - dog ikke zeotropiske blandinger med stor temperaturglid, da regulering af fordamperens Enthalpi, her vil medføre store udsving i fordampertemperaturen.

40 De nye tekniske midler(l. krav):

Drøvlingsorganet består af to drøvlingstrin, adskilt af en sugegasvarmeveksler, hvor strømningshastigheden gennem sugegasvarmeveksleren er så høj at væske og gas ikke adskilles.

45 De to drøvlingstrin kan etableres ved to dyser, for eksempel to kapillarrør, og sugegasvarmeveksleren ved to koncentriske rør, som opfylde følgende to krav: Varmeoverføringsevnen skal være tilstrækkelig til at fjerne al flydende kølemiddel fra sugegassen, under alle driftsforhold.

DK 176868 B1

Strømningshastigheden, på kondensatorsiden, skal være så høj at væske og gas ikke adskilles. Det er opfyldt ved turbulent flow, som er defineret ved at Reynolds tal er større end 3000.

5 Den tekni ske virkning( 1. krav):

Kondensatet passerer sugegasvarmeveksleren som en blanding af væske og damp, hvor der hersker termodynamisk ligevægt mellem tryk og temperatur. Når sugegassen fjerne Enthalpi fra kondensatet, kondensere noget af dampen - men der sker ingen væsentlig ændring i trykket og derfor heller ikke i temperaturen. Sugegassen passerer kondensatet 10 i modstrøm og opvarmes til tæt på kondensatets temperatur.

Denne processen er selvjusterende. Bevis: Når kølekredsløbet har overskud afkølemiddel resulterer det i et fald i Enthalpien ved fordamper afgangen 15 Enthalpi ændringen kan ikke passere veksleren, da sugegastemperaturen efter veksleren er ’’næsten” fast - og faldet i Enthalpi vil derfor overføres til kondensatsiden, hvor Enthalpien ved fordamper tilgangen falder tilsvarende.

Et Enthalpifald ved fordamper tilgangen betyder større massefylde i fordamperen - og dermed en binding afkølemiddel - hvilket mindsker årsagen - som var overskud af 20 cirkulerende kølemiddel

Tilsvarende når kredsløbet mangler kølemiddel: det giver en stigning i Enthalpien ved fordamper afgangen.

Enthalpi ændringen kan ikke passere veksleren, da sugegastemperaturen efter veksleren 25 er ’’næsten” fast - og stigningen i Enthalpi vil derfor overføres til kondensatsiden, hvor Enthalpien ved fordamper tilgangen stiger tilsvarende, varmeveksleren overfører stigningen til fordamper tilgangen.

En stigning i Enthalpi ved fordamper tilgangen betyder mindre massefylde i fordamperen - og dermed frigives kølemiddel - hvilket mindsker årsagen - som var 30 underskud af cirkulerende kølemiddel

Konstruktionen er symmetrisk og kølemiddelstrømmen kan vendes, således at fordamper og kondensator bytter funktion.

35 De nye tekniske midler (2. krav):

Opfindelsen kan let udvides til at regulerer anlæg, hvor fordamper og/eller kondensator er opdelt i mange sektioner.

Dyserne, til og fra sugegasvarmeveksleren, kan erstattes at flere parallelle dyser, således at der er en separat dyse til hver sektion i fordamper/kondensator.

40

Den tekniske virkning (2.krav):

Opsplitning i mange parallelle dyser giver ikke problemer ved opsamling afkølemiddel fra mange kondensatorsektioner, men fordeling af kølemiddel til mange fordampersektioner kan være et problem, ved at nogle dyser tilføres meget væske mens 45 andre tilføres meget damp. Problemet er her løst ved kravet om turbulent flow i varmeveksleren, som sikre en homogen blanding af væske og damp, der nu problemfrit kan fordeles til mange dyser.

2 DK 176868 B1

Figurfortegnelse:

Fig. 1: Kompressor (A), 4-vejs ventil (B) hvor kølemiddelstrømmens retning kan vendes. Fordamper/kondensator (C,D) er symmetriske og forbundet via to dyser, for eksempel to ens kapillarrør (E,F), som mødes i sugegasvarmeveksleren (H), og 5 varmeveksler med sugeledningen (G).

Fig.2 viser en regulator for multikanalfordamper/kondensator. På figuren er vist 3 kapillarrør (E) for tilslutning til fordamper og 2 kapillarrør (F) for tilslutning til kondensator.

10 Sugeledningen (G) føres gennem den ydre kappen (H), som har kanaler til kapillarrørene.

Fig. 3 viser temperaturene i sugegasvarmeveksleren. Te er sugegassens temperatur ved varmevekslerens tilgang, og Tx er den ’’næsten” konstante temperatur på væskesiden.

15 Tc viser hvor kondensatorens temperatur ligger i forhold til varmeveksleren.

Fig. 4 og 5 viser beregninger af kredsløbet i et Enthalpi-Log(Tryk)-diagram. Kølemidlet er R290, fordampningstemperaturen -25 °C og kondenseringstemperaturen 45°C .

Kredsløbet på fig. 4 har større kølemiddel fyldning end kredsløbet på fig. 5, hvilket 20 trækker fordamperen(EF) længere mod venstre.

Liniestykket CD er Enthalpi overført af varmeveksleren, og liniestykket (FG) er den tilsvarende forskydning af fordamperen mod lavere Enthalpi. På fig. 4 indeholder fordamper næsten 3 gange så meget kølemiddel som fordamperen på fig. 5.

25 Udførelseseksempel:

Kompressor SC21CNX2 er for R290 og yder 750 Watt ved fordampningstemperaturen -25Celcius og kondenseringstemperaturen 45Celcius, svarende til en massestrøm på 3gram/sekund. Begge kapillarrør har diameter lmm og længde lOOOmm, svarende til en kapacitet på 27,4liter kvælstof per minut.

30 Figur 3 viser at varmeveksleren maksimalt skal overføre 50% af køleffekten, her 400W, ved en temperaturdifferens på 30 Kelvin, hvilket kræver et areal på 90cm2.

Sugeledningens diameter er lOmm, så 90cm2 svarer overfladen på cirka 30cm af sugeledningen 35 Varmeveksleren består af to koncentriske kobberrør med længde 300mm. Det inderste rør er sugeledningen, som har en yder diameter på lOmm, og det yderste rør vælges med en indre diameter på 10,4mm, således at afstanden mellem rørene bliver 0,2mm.

Lysningen mellem rørene bliver 6mm2, og heraf kan beregnes at Reynolds tal ligger mellem 3200 og 6000, hvilket sikre turbulent flow.

40

Opsummering af fordele ved opfindelsen:

En enkel og robust kølemiddelregulator for anlæg med oversvømmet fordamper, inklusive multikanal-fordampere med mange parallelle sektorer.

Kølemiddelstrømmen kan vendes, således at fordamper og kondensator bytter funktion 45 Kræver ingen justering eller vedligehold og kan anbringes på utilgængelige steder.

Fungerer uafhængig af tyngedefeltet og kan anvendes i flyvemaskiner og rumfartøjer.

3

Claims (3)

1. DK 176868 B1 1: Et kølekredsløb bestående af kompressor (A), fordamper(C), kondensator (D), sugegasvarmeveksler (H), og et drøvlingsorgan ( E,H,F) sammensat af trykreducerende 5 dyse (F), som forbinder bunden af nævnte kondensator med nævnte sugegasvarmeveksler, og trykreducerende dyse (E) som forbinder nævnte sugegasvarmeveksler med nævnte fordamper kendetegnet ved at kølemiddelstrømmen gennem nævnte sugegasvarmeveksler er turbulent på kondensatsiden. to
2. 2: Et kølekredsløb som krav 1, hvor fordamper og/eller kondensator er delt i flere sektioner, og hver sektion er forbundet med varmeveksleren gennem en separat trykreducerende dyse.
3. 3: Et kølekredsløb som krav 1 eller 2 med anordning (B), som kan vende 15 kølemiddelstrømmens retning gennem fordamper og kondensator. i