WO2003073021A1 - Kältemittelverteiler - Google Patents

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WO2003073021A1
WO2003073021A1 PCT/EP2003/001541 EP0301541W WO03073021A1 WO 2003073021 A1 WO2003073021 A1 WO 2003073021A1 EP 0301541 W EP0301541 W EP 0301541W WO 03073021 A1 WO03073021 A1 WO 03073021A1
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WO
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refrigerant distributor
refrigerant
distributor according
distributor
inflow
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PCT/EP2003/001541
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English (en)
French (fr)
Inventor
Zbigniew Ryszard Huelle
Original Assignee
Dr. Huelle Energie-Engineering Gmbh
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Priority to US10/924,844 priority patent/US20050016209A1/en

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B43/00—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F25B39/02—Evaporators
    • F25B39/028—Evaporators having distributing means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/40—Fluid line arrangements
    • F25B41/42—Arrangements for diverging or converging flows, e.g. branch lines or junctions
    • F25B41/45—Arrangements for diverging or converging flows, e.g. branch lines or junctions for flow control on the upstream side of the diverging point, e.g. with spiral structure for generating turbulence

Definitions

  • the invention relates to a refrigerant distributor according to the preamble of claim 1.
  • a refrigeration system works on the principle of a closed refrigerant circuit, see the attached FIGS. 1 and 2 of the drawing.
  • the four main components of such a refrigerant circuit are the evaporator, the compressor, the condenser with the collector and the expansion valve.
  • the evaporator the refrigerant is at a low temperature and accordingly low
  • the evaporator consists of just one pipe run, i.e. that is, there is only one evaporation path, as shown in Fig. 1, so no refrigerant manifold is necessary. But this is only a rare exception.
  • the evaporator consists of several evaporation paths and a refrigerant distributor must be used to evenly distribute the two-phase refrigerant liquid / vapor mixture.
  • the location of such a refrigerant distributor is shown in FIG. 2.
  • the refrigerant distributor is connected directly to the expansion valve with a single line. Several lines lead from the refrigerant distributor to the individual evaporation paths of the evaporator.
  • the two-phase vapor / liquid mixture of the refrigerant is not homogeneous after the expansion valve.
  • the mass fractions of steam and liquid in the mixture at the inlet of the refrigerant distributor vary stochastically over time. For this reason, the uniform distribution to achieve equal mass flows of the refrigerant on the evaporation paths is difficult.
  • Venturi distributors and Chawla / Schmitz distributors as refrigerant distributors, cf. DE 24 60 214, DE 27 31 279, DE 42 07 275, DE 44 07 275 and EP 360 034.
  • the Venturi distributor has the disadvantage that the suspected homogenization of the two-phase mixture does not run optimally in the Venturi taper, so that xis an unsatisfactory refrigerant distribution is observed.
  • the object of the present invention is to provide a refrigerant distributor which is simple and inexpensive to manufacture and which can be easily adapted to the respective refrigerants and their dynamic properties and which ensures satisfactory refrigerant distribution.
  • the refrigerant distributor according to the invention can basically be manufactured in two different versions, firstly with the inflow of the vapor / liquid mixture from below and secondly with the inflow of this mixture from above.
  • the refrigerant distributor according to the invention consists of only three parts, a distributor head, one with the distributor welded cap and an attachment on the distributor head for inflow control.
  • the refrigerant distributor according to the invention consists of only four parts, namely a distributor head, a cap welded to the distributor head, a mushroom-shaped attachment placed on the distributor head and an inflow nozzle which is welded into the cap.
  • the distributor head according to the invention can be produced inexpensively from a blank corresponding to the specification, preferably made of metal, completely using a turning / drilling / milling processing machine, preferably fully automatically, according to a predefinable program or can be produced using the casting technique.
  • This enables adaptable, inexpensive and fast production.
  • the following parameters can be freely selected: length, diameter and number of outflow channels, width, height and number of through openings, for example slots, in the outflow channels, diameter and length of the inflow channel.
  • the cap is likewise a one-piece component or, for manufacturing reasons, can consist of two parts which are connected, for example welded, for example, a lower cylindrical part and a curved upper part.
  • the dimensions and shape (width, height, curvature) of the cap can easily be adapted to the dimensions of the distributor head.
  • the design of the refrigerant distributor according to the invention can therefore be of any design, so that it can be optimally adapted to the respective flow conditions of the steam / liquid mixture in order to optimize the uniform distribution of the steam / liquid mass flows of the respective refrigerant.
  • the design of the refrigerant distributor according to the invention allows the production to be quickly and inexpensively adapted to the current need, in conjunction with the current one dynamic properties of the selected refrigerant group. As already mentioned, this enables a uniform distribution of the vapor / liquid mass flows of the respective refrigerant to be achieved.
  • Fig. 1 shows schematically a refrigerant circuit according to the
  • FIG. 2 schematically shows a refrigerant circuit according to the prior art with a refrigerant distributor
  • FIG. 3 shows a first embodiment of a refrigerant distributor according to the invention in section with the distributor head, cap and inflow attachment,
  • FIG. 3a shows a section A-A through the refrigerant distributor according to Fig. 3,
  • 3b shows a section BB through the refrigerant distributor according to FIG. 3, 3c, 3d two sections analogous to section BB according to FIG. 3b through distributor heads with different numbers of outflow channels,
  • FIG. 5 shows a second embodiment of the refrigerant distributor according to the invention in section
  • FIG. 6 shows a third embodiment of the refrigerant distributor according to the invention in section
  • FIG. 7 shows the embodiment according to FIG. 3 with a modified cap and weld seam
  • FIG. 8 shows a modification of the embodiment according to FIG. 3,
  • Fig. 8a shows a section A-A through the embodiment
  • FIG. 8b shows a section B-B through the embodiment of FIG. 8th
  • FIG. 3 shows a refrigerant distributor 2 consisting of a distributor head 4, an inflow attachment 6 and a cap 8.
  • the distributor head 4 consists of an upper cylindrical part 4 ', on which the inflow attachment 6 is attached and a lower conically widened part 4 ′′, which is formed in one piece with the cylindrical part 4 '.
  • the cap 8 surrounds the cylindrical part 4 1 with attachment 6 at a distance, so that on the one hand between the cylindrical part 4' and the attachment 6 and the cap 8, on the other hand, an upper guide space 10 for radial flow guidance, then an annular flow space 11, then an annular chamber 13 and then an annular space 12 are formed.
  • the distributor head 4 has a central, vertical, round inflow channel 14 passing through the parts 4 'and 4 "and around it several evenly concentrically distributed round outflow channels 16, see FIGS. 3a-3d, which are perpendicular and parallel to the part 4' Central inflow channel 14 and in the lower part 4 "run obliquely outwards approximately in accordance with the cone slope and have an upper inflow opening 15.
  • the outflow channels 16 are connected to the annular space 12 in the upper part 4 'of the distributor head 4 via through openings formed as slots 18, cf. also Fig. 3a.
  • the slots 18 are preferably produced by cutting, for example milling, of circumferential grooves 19 in the part 4 'of the distributor head 4 and are separated from one another by circumferential ribs 17.
  • 3a designate SB the slot width, RFr the milling radius and RVK the radius of the part 4 'of the distributor head 4.
  • the diameters DA of the outflow ducts 16 are smaller than the diameter DE of the inflow duct 14 and thus have a smaller free flow cross section than the inflow duct.
  • the cap 8 has a cylindrical jacket 8 'and a domed cap cover 8 ", the jacket 8' and cap cover 8" being formed in one piece, cf. Fig. 3, or from there are separate interconnected parts, cf. 7.
  • the edge 21 of the jacket 8 ' is connected to only one weld seam 20 with an annular flange 22 of the distributor head 4, the weld seam being able to be arranged at the bottom (FIG. 3) or laterally outside (FIG. 7).
  • the ring flange 22 is arranged at the transition between the parts 4 'and 4 "of the distributor head approximately horizontally striving away.
  • the inflow attachment 6 has a continuously expanding attachment channel 24 aligned with the central inflow channel 14 of the distributor head 4, the free edge 25 of which covers the inflow openings 15 at a distance, so that no liquid can enter the inlet openings directly from above.
  • the height VKH and the diameter VKD of the cylindrical part 4 'of the distributor head 4, the height SH, the width and the number of slots 18 of the outflow channels 16, the length, the diameter and the number of outflow channels 16, the length and the diameter of the central inflow channel 14 as well as the height H and the diameter B of the cap 8 can be selected as desired, cf. 3 and 4a.
  • the refrigerant distributor 2 works as follows:
  • the vapor / liquid mixture of the refrigerant flows from below into the vertical inflow channel 14 formed centrally in the distributor head 4 and flows out of the inflow attachment 6 into the upper guide space 10 for inflow control.
  • the attachment 6 serves to reduce the flow velocity and forms an important preliminary stage for the separation or separation of the vapor / liquid mixture of the refrigerant that comes from the expansion valve (see FIGS. 1 and 2).
  • the liquid phase collects in the lower part of the annular space 12 due to its specific volume, and the vapor phase remains in the upper part of the annular space 12 and the annular chamber 13, see Fig. 3.
  • the process of phase separation is by no means static, because everything happens as the flow progresses, which retains its peculiar stochastic dynamics.
  • the outflow from the annular space 12 takes place through the concentrically arranged round outflow channels 16, which are vertical in the upper part 4 'of the distributor head 4 and obliquely outwards in the lower part 4 "of the distributor head 4
  • the number of outflow channels 16 corresponds to the number of evaporation paths in the evaporator.
  • the liquid part of the refrigerant which is located in the lower part of the annular space 12, flows through the slots 18 into the outflow channels 16.
  • the vaporous part of the refrigerant which is located in the upper part of the annular space 12 above the liquid level 26, is introduced into the outflow channels 16 via the upper opening 15 of the outflow channels and from the side via the slots 18. In this way, a uniform vapor / liquid mixture of the refrigerant is created in the further course of the channels, as a result of which each evaporation path in the evaporator is the same Mass fractions of vapor and liquid of the refrigerant is supplied.
  • the bottom slot 18 'expediently has a larger slot opening, which can be achieved by milling a wider and / or deeper circumferential groove, so that dirt can flow off more easily and the risk of the slot becoming blocked is avoided.
  • the circumferential ribs 17 between the slots 18 can be suitably profiled and have rounded edges 29, for example, trapezoidally tapering outwards with rounded edges 29, as shown in FIGS. 4a-4c is shown.
  • FIG. 5 shows a refrigerant distributor 30, which differs from the refrigerant distributor 2 according to FIG. 3 in that the central channels are missing in the distributor head 32 and in the mushroom-shaped attachment 34 and the cap 36 has an upper inlet connection 38 with an inlet channel 40, via which the Vapor / liquid mixture of the refrigerant flows from above into the refrigerant distributor 30 against a convex upper side 42 of the mushroom-shaped attachment 34, the edge 44 of which, like the edge 25 in the embodiment according to FIG. 3, covers the inflow openings 15 of the outflow channels 16 and from which the flow flows distributed radially and annularly analogous to the embodiment according to FIG. 3.
  • FIG. 6 shows a refrigerant distributor 50 which has the same structure as the refrigerant distributor 2 according to FIG. 3. It is only in the lower part of the annular space 12 in which the liquid collects that an annular sieve, grille or perforated plate intermediate wall 52 is provided, which preferably ends at a short distance in front of the cap wall. Alternatively or additionally, a permeable filling material 54, for example made of steel wool, can be provided in the lower part of the annular space 12 (indicated by dashed lines). Both measures serve to calm the flow.
  • FIG. 8 shows a refrigerant distributor 60 which differs from the refrigerant distributor 2 according to FIG. 3 only in that the passage openings are vertical slots 62 or bores 64. 8a and 8b show sections A-A and B-B through the upper cylindrical part 4 'of the distributor head 4. Otherwise, the refrigerant distributor 60 corresponds to the refrigerant distributor 2 according to FIG. 3 in terms of structure and mode of operation.
  • the distributor head 4 is produced by mechanical processing of a blank, preferably made of metal or using the casting technique.

Abstract

Ein Kältemittelverteiler zur Verwendung zwischen einem Expansionsventil und einem Verdampfer einer Kälteanlage umfasst einen zentralen Flüssigkeits/Dampfgemisch-Einströmkanal, mehrere um den Einströmkanal herum verteilte Ausströmkanäle mit Eintrittsöffnungen für die Flüssigkeit und den Dampf, ein Gehäuse, einen Führungsraum zur radialen Strömungsführung und einen Ringraum zwischen Gehäusewandung und Ausströmkanälen als Sammelraum für die Flüssigkeit und den Dampf, wobei die Ausströmkanäle in der Kanalwandung mit Durchtrittsöffnungen versehen sind, die den Flüssigkeits- und Dampfbereich des Ringraumes mit den Kanälen verbinden. Um eine kostengünstige Herstellung und leichte Anpassung an die jeweiligen Kältemittel und deren dynamische Eigenschaften sowie eine zufriedenstellende Kältemittelverteilung zu erreichen, ist ein einstückiger Verteilerkopf 4 vorgesehen, in dem die Ausströmkanäle 16 ausgebildet sind und der einen Aufsatz 6 zur Einströmsteuerung aufweist.

Description

Kältemittel erteiler
Die Erfindung betrifft einen Kältemittelverteiler gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine Kälteanlage arbeitet nach dem Prinzip eines ge- schlossenen Kältemittelkreislaufes, siehe hierzu die beigefügten Fig. 1 und 2 der Zeichnung. Die vier Hauptkomponen- ten eines solchen Kältemittelkreislaufes sind der Verdampfer, der Verdichter, der Verflüssiger mit dem Sammler und das Expansionsventil. Im Verdampfer wird dem Kältemittel bei niedriger Temperatur und dementsprechendem niedrigen
Druck die Wärme zugeführt, wodurch das dem Verdampfer zugeführte Zweiphasengemisch Flüssigkeit/Dampf in die Dampfphase übergeht. Die flüssige Phase des Kältemittels nimmt bei ihrem Übergang in die Dampfphase (Verdampfungsprozess) eine diesem Vorgang entsprechende Wärme (Verdampfungswärme) auf. Im Verdichter wird die angesaugte Dampfphase von niedriger Temperatur und dementsprechendem niedrigen Druck durch die Zufuhr von Arbeit (Verdichtungsarbeit) zu einer höheren Temperatur und dementsprechendem höheren Druck verdichtet . Im Verflüssiger wird der Dampfphase die Wärme bei höherer
Temperatur und dementsprechendem höheren Druck entzogen und geht durch Abgabe der Verflüssigungswärme in die Flüssigkeitsphase über. Das verflüssigte Kältemittel wird vom Verflüssiger ständig entfernt und im Sammler zur Weiterbe- förderung aufbewahrt. Im Expansionsventil wird das flüssige Kältemittel von dem im Verflüssiger herrschenden höheren Druck und der entsprechenden höheren Temperatur auf den im Verdampfer herrschenden niedrigeren Druck und die entsprechend niedrigere Temperatur entspannt (gedrosselt) . Dieser Entspannungsprozess ist nicht verlustlos. Im Verlauf dieses Entspannungsprozesses wird ein Teil der Flüssigkeitsphase des Kältemittels verdampft und das Kältemittel geht in ein Zweiphasengemisch Flüssigkeit/Dampf über, das dem Verdampfer zugeführt wird.
Besteht der Verdampfer aus nur einer Rohrschlage, d. h., es ist nur ein Verdampfungspfad vorhanden, wie in der Fig. 1 gezeigt, so ist kein Kältemittelverteiler notwendig. Das ist aber nur ein seltener Ausnahmefall. In nor- maier industrieller Praxis besteht der Verdampfer aus mehreren Verdampfungspfaden und zur gleichmäßigen Verteilung des zweiphasigen Kältemittelgemisches Flüssigkeit/Dampf muss ein Kältemittelverteiler eingesetzt werden. Die Lage eines solchen Kältemittelverteilers ist in der Fig. 2 dar- gestellt. Wie ersichtlich ist der Kältemittelverteiler direkt mit einer einzigen Leitung mit dem Expansionsventil verbunden. Aus dem Kältemittelverteiler führen mehrere Leitungen weiter zu den einzelnen Verdampfungspfaden des Verdampfers .
Das Zweiphasengemisch Dampf/Flüssigkeit des Kältemittels ist nach dem Expansionsventil nicht homogen. Die Massenanteile von Dampf und Flüssigkeit in dem Gemisch am Eingang des Kältemittelverteilers variieren stochastisch mit der Zeit. Aus diesem Grunde ist die gleichmäßige Verteilung zur Erzielung gleicher Massenströme des Kältemittels auf die Verdampfungspfade schwierig.
Es ist bekannt, als Kältemittelverteiler sogenannte Venturi -Verteiler und Chawla/Schmitz-Verteiler einzusetzen, vgl. DE 24 60 214, DE 27 31 279, DE 42 07 275, DE 44 07 275 sowie EP 360 034.
Der Venturi-Verteiler hat den Nachteil, dass in der Venturi -Verjüngung die vermutete Homogenisierung des Zwei- phasengemisches nicht optimal verläuft, so dass in der Pra- xis eine nicht zufrieden stellende Kältemittelverteilung beobachtet wird.
Bei der Verteilerkonstruktion nach Chawla/Schmitz wird versucht, die Homogenisierung des Dampf/Flüssigkeitsgemisches auf dem Wege der Entmischung und danach eingesetzter erneuter Mischung zu erreichen. Die dafür vorgesehene starre mechanische Konstruktion ist jedoch mit vielen Unzulänglichkeiten in der Wirkung und in der Herstellung ver- bunden. Der Verteiler weist an schwer zugänglichen Stellen viele Löt- und Schweißnähte auf. Der Chawla/Schmitz-Verteiler erlaubt keine schnelle und kostengünstige Anpassung an die Strömungsdynamik der einzelnen Kältemittelgruppen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Kältemittelverteiler zu schaffen, der einfach und kostengünstig herstellbar ist und leicht an die jeweiligen Kältemittel und deren dynamische Eigenschaften angepasst werden kann und der eine zufriedenstellende Kältemittelver- teilung gewährleistet.
Die Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß Anspruch 1 gelöst .
Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Aufgabenlösung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der erfindungsgemäße Kältemittelverteiler kann grundsätzlich in zwei verschiedenen Ausführungen gefertigt wer- den, zum einen mit Einströmung des Dampf/Flüssigkeitsgemisches von unten und zum anderen mit Einströmung dieses Gemisches von oben.
Bei der Ausführung mit Einströmung des Gemisches von unten besteht der erfindungsgemäße Kältemittelverteiler aus nur drei Teilen, einem Verteilerkopf, einer mit dem Vertei- lerkopf verschweißten Kappe und einem Aufsatz auf den Verteilerkopf zur Einströmungssteuerung. Bei der Ausführung mit Einströmung des Gemisches von oben besteht der erfindungsgemäße Kältemittelverteiler aus nur vier Teilen, näm- lieh einem Verteilerkopf, einer mit dem Verteilerkopf verschweißten Kappe, einem auf dem Verteilerkopf aufgesetzten pilzförmigen Aufsatz und einem Einströmstutzen, der in die Kappe eingeschweißt ist.
Der erfindungsgemäße Verteilerkopf kann kostengünstig aus einem der Vorgabe entsprechenden Rohling, vorzugsweise aus Metall, komplett mit Hilfe einer Dreh/Bohr/Fräs- Verarbeitungsmaschine, vorzugsweise vollautomatisch, nach einem vorgebbaren Programm gefertigt werden oder kann mit Hilfe der Gießtechnik hergestellt werden. Dies ermöglicht eine anpassungsfähige kostengünstige und schnelle Herstellung. Hierbei sind folgende Parameter frei wählbar: Länge, Durchmesser und Anzahl der Ausströmungskanäle, Breite, Höhe und Anzahl der Durchtrittsöffnungen, bspw. Schlitze, in den Ausströmungskanälen, Durchmesser und Länge des Einströmungskanals .
Die Kappe ist ebenfalls ein einstückiges Bauteil oder kann aus fertigungstechnischen Gründen aus zwei miteinander verbundenen, bspw. verschweißten, Teilen bestehen, bspw. einem unteren zylindrischen Teil und einem gewölbten oberen Teil. Die Abmessungen und Formgebung (Breite, Höhe, Wölbung) der Kappe sind leicht an die Abmessungen des Verteilerkopfes anpassbar.
Der erfindungsgemäße Kältemittelverteiler kann also in seinem Aufbau beliebig gestaltet werden, so dass er optimal an die jeweiligen Strömungsverhältnisse des Dampf/Flüssigkeitsgemisches anpassbar ist zur Optimierung der gleichmä- ßigen Verteilung der Dampf/Flüssigkeitsmassenströme des je- weiligen Kältemittels.
Im Gegensatz zu den bekannten Chawla/Schmitz-Verteilern, die auf der Basis von handelsüblichen, genormten Rohrdimen- sionen aufgebaut werden, erlaubt die Konstruktion des erfindungsgemäßen Kältemittelverteilers eine schnelle und kostengünstige Anpassung der Produktion an den anstehenden Bedarf, und zwar in Verbindung mit den aktuellen dynamischen Eigenschaften der jeweils gewählten Kältemittelgrup- pe. Dadurch ist, wie schon erwähnt, eine gleichmäßige Verteilung der Dampf/Flüssigkeitsmassenströme des jeweiligen Kältemittels erreichbar.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert werden.
Es zeigt
Fig. 1 schematisch einen Kältemittelkreis nach dem
Stand der Technik ohne Kältemittelverteiler,
Fig. 2 schematisch einen Kältemittelkreis gemäß Stand der Technik mit Kältemittelverteiler,
Fig. 3 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kältemittelverteilers im Schnitt mit Verteilerkopf, Kappe und Einströmaufsatz,
Fig. 3a einen Schnitt A-A durch den Kältemittelverteiler nach Fig. 3,
Fig. 3b einen Schnitt B-B durch den Kältemittelverteiler nach Fig. 3, Fig. 3c, 3d zwei Schnitte analog dem Schnitt B-B nach Fig. 3b durch Verteilerköpfe mit unterschiedlicher Zahl von Ausströmungskanälen,
Fig. 4a, 4b, 4c drei verschiedene Verteilerkopfkon- struktionen,
Fig. 5 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kältemittelverteilers im Schnitt,
Fig. 6 eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kältemittelverteilers im Schnitt,
Fig. 7 die Ausführungsform nach Fig. 3 mit modifizier- ter Kappe und Schweißnaht,
Fig. 8 eine Modifikation der Ausführungsform nach Fig. 3,
Fig. 8a einen Schnitt A-A durch die Ausführungsform nach
Fig . 8 und
Fig. 8b einen Schnitt B-B durch die Ausführungsform nach Fig. 8.
Gleiche oder einander entsprechende Bauteile in den Figuren der Zeichnung sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Fig. 3 zeigt einen Kältemittelverteiler 2 bestehend aus einem Verteilerkopf 4, einem Einströmaufsatz 6 und einer Kappe 8.
Der Verteilerkopf 4 besteht aus einem oberen zylindri- sehen Teil 4', auf dem der Einströmaufsatz 6 aufgesteckt ist, und einem unteren kegelförmig erweiterten Teil 4", der mit dem zylindrischen Teil 4' einstückig ausgebildet ist. Die Kappe 8 umgibt den zylindrischen Teil 41 mit Aufsatz 6 mit Abstand, so dass zwischen dem zylindrischen Teil 4' und dem Aufsatz 6 einerseits und der Kappe 8 andererseits ein oberer Führungsraum 10 zur radialen Strömungsführung, daran anschließend ein ringförmiger Strömungsraum 11, daran anschließend eine Ringkammer 13 und daran anschließend ein Ringraum 12 gebildet sind.
Der Verteilerkopf 4 weist einen die Teile 4' und 4" durchsetzenden zentralen, senkrechten, runden Einströmkanal 14 und um diesen herum mehrere gleichmäßig konzentrisch verteilte runde Ausströmkanäle 16 auf, vgl. Fig. 3a - 3d, die im Teil 4 ' senkrecht und parallel zum zentralen Einströmkanal 14 und im unteren Teil 4" schräg nach außen etwa entsprechend der Kegelsteigung verlaufen und eine obere Einströmöffnung 15 aufweisen. Die Ausströmkanäle 16 stehen im oberen Teil 4 ' des Verteilerkopfes 4 über als Schlitze 18 ausgebildete Durchtrittsöffnungen mit dem Ringraum 12 in Verbindung, vgl. auch Fig. 3a. Die Schlitze 18 werden vorzugsweise durch Schneiden, bspw. Fräsen, von Umfangsnuten 19 im Teil 4' des Verteilerkopfes 4 hergestellt und sind voneinander durch Umfangsrippen 17 getrennt. In der Fig. 3a bezeichnen SB die Schlitzbreite, RFr den Fräsradius und RVK den Radius des Teiles 4' des Verteilerkopfes 4.
Die Durchmesser DA der Ausströmkanäle 16 sind kleiner als der Durchmesser DE des Einströmkanals 14 und weisen so- mit einen kleineren freien Strömungsquerschnitt auf als der Einströmkanal .
Die Kappe 8 weist einen zylindrischen Mantel 8 ' und eine gewölbte Kappendecke 8" auf, wobei Mantel 8' und Kappende- cke 8" einstückig ausgebildet sind, vgl. Fig. 3, oder aus separaten miteinander verbundenen Teilen bestehen, vgl. Fig. 7. Der Rand 21 des Mantels 8' ist mit nur einer Schweißnaht 20 mit einem Ringflansch 22 des Verteilerkopfes 4 verbunden, wobei die Schweißnaht unten (Fig. 3) oder seitlich außen (Fig. 7) angeordnet sein kann. Der Ringflansch 22 ist am Übergang zwischen den Teilen 4' und 4" des Verteilerkopfes etwa horizontal wegstrebend angeordnet.
Der Einströmaufsatz 6 weist einen mit dem zentralen Ein- strömkanal 14 des Verteilerkopfes 4 ausgerichteten, sich stetig erweiternden Aufsatzkanal 24 auf, dessen freier Rand 25 die Einströmöffnungen 15 mit Abstand überdeckt, so dass keine Flüssigkeit direkt von oben in die Eintrittsöffnungen eintreten kann.
Die Höhe VKH und der Durchmesser VKD des zylindrischen Teiles 4' des Verteilerkopfes 4, die Höhe SH, die Breite und die Anzahl der Schlitze 18 der Ausströmkanäle 16, die Länge, der Durchmesser und die Anzahl der Ausströmkanäle 16, die Länge und der Durchmesser des zentralen Einstrόmka- nals 14 sowie die Höhe H und der Durchmesser B der Kappe 8 sind beliebig wählbar, vgl. Fig. 3 und 4a.
Die Funktionsweise des Kältemittelverteilers 2 ist wie folgt:
Das Dampf/Flüssigkeitsgemisch des Kältemittels fließt von unten in den senkrechten, zentral im Verteilerkopf 4 ausgebildeten Einströmkanal 14 ein und strömt aus dem Ein- Strömaufsatz 6 zur Einströmungssteuerung in den oberen Führungsraum 10 ein. Der Aufsatz 6 dient zur Minderung der Strömungsgeschwindigkeit und bildet eine wichtige Vorstufe zur Entmischung bzw. Trennung des Dampf/Flüssigkeitsgemisches des Kältemittels, das vom Expansionsventil (s. Fig. 1 und 2) kommt. Die Strömung, die den Aufsatz 6 ver- lässt, prallt auf den oberen gewölbten Teil 8" der Kappe 8 und fließt über den oberen Führungsraum 10 und den Ringraum 11 in die Ringkammer 13 des Kältemittelverteilers mit weiter verminderter Geschwindigkeit, was man als zweite Tren- nungsstufe betrachten kann. Danach gelangt die Strömung in den Ringraum 12 des Kältemittelverteilers 2, der das größere Volumen besitzt und in dem auch die endgültige Trennung der flüssigen Phase von der Dampfphase des Kältemittels erfolgt. Die flüssige Phase sammelt sich aufgrund ihres spe- zifischen Volumens im unteren Teil des Ringraumes 12 an und die Dampfphase verbleibt im oberen Teil des Ringraumes 12 und der Ringkammer 13, vgl. Fig. 3. Der Vorgang der Phasentrennung verläuft keinesfalls statisch, weil alles unter Fortschreiten der Strömung geschieht, die ihre eigenartige stochastische Dynamik behält.
Wie die Fig. 3 und 3a - 3d zeigen, erfolgt das Ausströmen aus dem Ringraum 12 durch die konzentrisch angeordneten runden Ausströmkanäle 16, die im oberen Teil 4' des Vertei- lerkopfes 4 senkrecht und im unteren Teil 4" des Verteilerkopfes 4 schräg nach außen verlaufen. Die Anzahl der Ausströmkanäle 16 entspricht der Anzahl der Verdampfungspfade im Verdampfer.
Der flüssige Teil des Kältemittels, der sich im unteren Teil des Ringraumes 12 befindet, fließt durch die Schlitze 18 in die Ausströmkanäle 16 hinein. Der dampfförmige Teil des Kältemittels, der sich im oberen Teil des Ringraumes 12 oberhalb des Flüssigkeitsniveaus 26 befindet, wird über die obere Öffnung 15 der Ausströmkanäle und von der Seite über die Schlitze 18 in die Ausströmkanäle 16 hineingeleitet. Auf diese Weise entsteht im weiteren Verlauf der Kanäle ein gleichmäßiges Dampf/Flüssigkeitsgemisch des Kältemittels, wodurch jeder Verdampfungspfad im Verdampfer mit gleichen Massenanteilen von Dampf und Flüssigkeit des Kältemittels versorgt wird.
Zweckmäßigerweise weist der unterste Schlitz 18' eine größere Schlitzöffnung auf, was durch Fräsen einer breiteren und/oder tieferen Umfangsnut erzielbar ist, damit Schmutz leichter abströmen kann und die Gefahr eines Verstopfens des Schlitzes vermieden ist.
Um die Strömungsverhältnisse günstig zu beeinflussen und um Verwirbelungen zu vermeiden, können die Umfangsrippen 17 zwischen den Schlitzen 18 geeignet profiliert ausgebildet sein und abgerundete Kanten 29 aufweisen, bspw. nach außen trapezförmig verjüngt mit abgerundeten Kanten 29, wie dies in den Fig. 4a - 4c dargestellt ist.
Die Fig. 5 zeigt einen Kältemittelverteiler 30, der sich vom Kältemittelverteiler 2 nach Fig. 3 dadurch unterscheidet, dass im Verteilerkopf 32 und im pilzförmigen Aufsatz 34 die zentralen Kanäle fehlen und die Kappe 36 einen oberen Einströmstutzen 38 mit einem Einströmkanal 40, über den das Dampf/Flüssigkeitsgemisch des Kältemittels von oben in den Kältemittelverteiler 30 gegen eine konvexe Oberseite 42 des pilzförmigen Aufsatzes 34 strömt, dessen Rand 44 wie der Rand 25 bei der Ausführungsform nach Fig. 3 die Einströmöffnungen 15 der Ausströmkanäle 16 überdeckt und von dem aus sich die Strömung radial und ringförmig analog wie bei der Ausführungsform nach Fig. 3 verteilt. Der Einströmstutzen 38 und der aufsteckbar ausgebildete pilzförmige Aufsatz 34 können an die jeweiligen Strömungsverhältnisse beliebig angepasst werden. Die Funktionsweise des Kältemittelverteilers 30 entspricht ansonsten der Funktionsweise des Kältemittelverteilers 2 nach Fig. 3. Die Fig. 6 zeigt einen Kältemittelverteiler 50, der den gleichen Aufbau aufweist, wie der Kältemittelverteiler 2 nach Fig. 3. Es ist lediglich im unteren Teil des Ringraumes 12, in dem sich die Flüssigkeit ansammelt, eine ring- förmige Sieb-, Gitter- oder Lochplatten-Zwischenwand 52 vorgesehen, die vorzugsweise mit geringem Abstand vor der Kappenwandung endet. Alternativ oder zusätzlich kann ein durchlässiges Füllmaterial 54, bspw. aus Stahlwolle, im unteren Teil des Ringraumes 12 vorgesehen werden (gestrichelt angedeutet) . Beide Maßnahmen dienen zur Beruhigung der Strömung .
Die Fig. 8 zeigt einen Kältemittelverteiler 60, der sich vom Kältemittelverteiler 2 nach Fig. 3 nur dadurch unter- scheidet, dass die Durchtrittsöffnungen senkrechte Schlitze 62 oder Bohrungen 64 sind. Die Fig. 8a und 8b zeigen Schnitt A-A bzw. B-B durch den oberen zylindrischen Teil 4' des Verteilerkopfes 4. Ansonsten entspricht der Kältemittelverteiler 60 hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise dem Kältemittelverteiler 2 nach Fig. 3.
Der Verteilerkopf 4 wird durch mechanische Bearbeitung eines Rohlings, vorzugsweise aus Metall oder mit Hilfe der Gießtechnik hergestellt.

Claims

Patentansprüche
Kaltemittelverteiler zur Verwendung zwischen einem Expansionsventil und einem Verdampfer einer Kälteanlage mit
einem zentralen Flüssigkeits/Dampfgemisch-Einström- kanal , mehreren um den Einstrδmkanal herum verteilten Aus- Strömkanälen mit Eintrittsöffnungen für die Flüssigkeit und den Dampf, einem Gehäuse, einem Führungsraum zur radialen Strömungsführung, einem Ringraum zwischen Gehäusewandung und Ausström- kanälen als Sammelraum für die Flüssigkeit und den
Dampf, wobei die Ausströmkanäle in der Kanalwandung mit wenigstens einer Durchtrittsöffnung versehen sind, die den Flüssigkeits- und Dampfbereich des Ringraumes mit den Kanälen verbinden,
dadurch gekennzeichnet, dass ein einstückiger Verteilerkopf (4) vorgesehen ist, in dem die Ausströmkanäle (16) ausgebildet sind und der einen Aufsatz (6, 34) zur Einströmsteuerung aufweist.
Kaltemittelverteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse als mit dem Verteilerkopf (4) verbundene Kappe (8) ausgebildet ist, die wenigstens einen Teil (4') des Verteilerkopfes (4) und den Aufsatz (6) mit Abstand umgibt. Kaltemittelverteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einströmkanal (14) zentral als zylindrische Durchgangsbohrung im Verteilerkopf (4) ausgebildet ist zur Zufuhr des Flüssigkeits/Dampfgemisches von unten und eine mit Abstand zur Kappenwandung (8") endende Mündung aufweist, in die der Aufsatz (6) eingesetzt ist, der einen mit dem Einströmkanal (14) ausgerichtete, sich stetig erweiternden Aufsatzkanal (24) aufweist .
Kaltemittelverteiler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einströmkanal (40) durch einen oben im Gehäuse oder der Kappe (8) angeordneten Einströmstutzen (38) gebildet wird zur Zufuhr des Flüssig- keits/Dampfgemisches von oben und dass der unterhalb des Einströmkanals (40) angeordnete, pilzförmig ausgebildete Aufsatz (34) des Verteilerkopfes (30) eine geschlossene konvexe Oberseite (42) aufweist, gegen die das Flüssigkeits/Dampfgemisch anströmt.
Kaltemittelverteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der freie Rand (25, 44) des Aufsatzes (6, 34) die Eintrittsöffnungen der Ausströmkanäle (16) mit Abstand überdeckt.
Kaltemittelverteiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilerkopf (4) aus einem oberen zylindrischen Teil (4'), auf den der Aufsatz (6, 34) aufgesteckt ist, und aus einem un- teren kegelförmig erweiterten Teil (4") besteht.
Kaltemittelverteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausströmkanäle (16) im oberen Teil (4') des Verteilerkopfes (4) parallel zum zentralen Einströmkanal (14) und im unteren Teil (4") des Vertei- lerkopfes (4) schräg nach außen verlaufend angeordnet sind.
Kaltemittelverteiler nach Anspruch 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Rand (21) der Kappe (8) mit einem
Ringflansch (22) des Verteilerkopfes (4) verbunden ist.
Kaltemittelverteiler nach Anspruch 8 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringflansch (22) am Übergang vom Teil (4 ' ) zum Teil (4") des Verteilerkopfes (4) angeordnet ist.
Kaltemittelverteiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Durchtrittsöffnung (18) in dem im zylindrischen Teil (4') befindlichen Bereich der Ausströmkanäle (16) ausgebildet ist/sind.
Kaltemittelverteiler nach Anspruch 10, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Durchtrittsöffnungen (18) durch Fräsen von Umfangsnuten (19) am zylindrischen Teil (4 ' ) des Verteilerkopfes (4) hergestellte Schlitze sind.
Kaltemittelverteiler nach Anspruch 11, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Umfangsnuten (19) nach außen erweitert ausgebildet sind.
Kaltemittelverteiler nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanten (29) der zwischen den Umfangsnuten verbleibenden Umfangsrippen (17) abgerundet sind. Kaltemittelverteiler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittsöffnungen (18) senkrechte Schlitze (62) oder Bohrungen (64) sind, die in der Wan- düng des im zylindrischen Teil (4 ' ) des Verteilerkopfes (4) angeordneten Teils der Ausströmkanäle (16) ausgebildet sind.
15. Kaltemittelverteiler nach einem der vorhergehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausströmkanäle (16) einen kleineren freien Strömungsquerschnitt als der Einströmkanal (14) aufweisen.
16. Kaltemittelverteiler nach einem der vorhergehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (VKH) und der Durchmesser (VKD) des zylindrischen Teils (4 ' ) des Verteilerkopfes (4) , die Höhe (SH) , die Breite (SB) und die Anzahl der Schlitze (18, 62) und die Anzahl und Größe der Bohrungen (64) der Ausströmkanäle (16) , die Länge und der Durchmesser (DE) des Einströmkanals (14) und die Höhe (H) und die Breite (B) der Kappe (8) beliebig wählbar sind.
17. Kaltemittelverteiler nach einem der vorhergehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Ringraum (12) des Kältemittelverteilers eine ringförmige Zwischenwand (52) aus einem siebförmigen, gitterförmigen oder loch- plattenförmigen Material angeordnet ist .
18. Kaltemittelverteiler nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwand (52) mit Abstand zur Wandung des Gehäuses bzw. der Kappe (8) endet.
19. Kaltemittelverteiler nach einem der vorhergehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Ringraum (12) ein durchlässiges Füllmaterial (54) angeordnet ist.
20. Kaltemittelverteiler nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial (54) Metallwolle ist. Kaltemittelverteiler nach einem der Ansprüche 17-20, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwand (52) und/oder das Füllmaterial (54) im Flüssigkeitsbereich des Ringraumes (12) angeordnet ist.
K ltemittelverteiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilerkopf (4) durch mechanische Bearbeitung eines Rohlings oder mit Hilfe der Gießtechnik hergestellt wird.
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