CH676036A5

CH676036A5 -

Info

Publication number: CH676036A5
Application number: CH668/88A
Authority: CH
Inventors: Wilhelm Hartmann; Ulrich Dipl-Ing Kluee
Original assignee: Ulrich Kluee Dipl Ing
Priority date: 1988-02-23
Filing date: 1988-02-23
Publication date: 1990-11-30
Also published as: EP0330198B1; DE8802339U1; ES2029732T3; EP0330198A2; EP0330198A3; DE58900709D1; ATE71709T1

Abstract

A heat exchanger (1) provided as an injection evaporator for a refrigeration machine comprises a first section (11) with a broad flow cross-section, in which the refrigerant mixture can spread, at the bottom in the admission region, under the influence of gravity and subsequently rises in the manner of a flooded evaporator. A second section (12) follows, in which the flow cross-section is so narrow that a gas speed sufficient for oil transport is achieved. The boundary between the two sections lies below the region of complete evaporation of the refrigerant so that the oil reaches the second section mixed with liquid refrigerant. <IMAGE>

Description

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Beschreibung description

Bei Verdampfern für Kältemaschinen, unter denen im vorliegenden Zusammenhang auch Wärmepumpen zu verstehen sind, unterscheidet man zwi- 5 sehen solchen für gefluteten Betrieb und solche für Einspritzbetrieb. Bei gefluteten Verdampfern wird das Kältemittel in flüssiger Phase zugeführt und mit gemischten Phasen abgeführt, wobei ein Abscheider zur Phasentrennung erforderlich ist. Da der 10 Druckverlust und der statische Druckunterschied innerhalb des Verdampfers gering sind, ist die Verdampfungstemperatur, die vom Druck des Kältemittels bestimmt ist, über die Höhe des Verdampfers im wesentlichen konstant. Dies ist günstig für die 15 Energiebilanz sowie für solche Anwendungsfälle, in denen es auf die Kontrollierbarkeit des Temperaturverlaufs in dem zu kühlenden Medium ankommt, beispielsweise bei der eisfreien Kühlung von Wasser nahe dem Gefrierpunkt. Nachteilig fällt insbesonde- 20 re bei kleineren Anlagen der Bau- und Regelungsaufwand für den Abscheider sowie die Notwendigkeit einer besonderen Ölrückführung vom Abscheider zum Kompressor ins Gewicht. Letztere ergibt sich daraus, daß das zur Schmierung des Kompres- 25 sors erforderliche Öl zum Teil mit dem Kältemittel abgeführt wird, im Kondensator im flüssigen Anteil des Kältemittels löst oder damit mischt, damit aus dem Verdampfer in den Abscheider gelangt und sich dort infolge Destillation im flüssigen Anteil anrei- 30 chert. In the case of evaporators for refrigeration machines, which in the present context also include heat pumps, a distinction is made between those for flooded operation and those for injection operation. In the case of flooded evaporators, the refrigerant is supplied in the liquid phase and discharged with mixed phases, a separator being required for phase separation. Since the pressure loss and the static pressure difference within the evaporator are small, the evaporation temperature, which is determined by the pressure of the refrigerant, is essentially constant over the height of the evaporator. This is favorable for the energy balance and for those applications in which it is important to be able to control the temperature profile in the medium to be cooled, for example in the ice-free cooling of water near freezing point. In the case of smaller systems in particular, the construction and control expenditure for the separator and the need for a special oil return from the separator to the compressor are disadvantageous. The latter results from the fact that the oil required for lubricating the compressor is partly removed with the refrigerant, dissolved in the condenser in the liquid portion of the refrigerant or mixed with it, so that it passes from the evaporator into the separator and there due to distillation enriched liquid portion.

Bei Verdampfern mit Einspritzbetrieb wird das Kältemittel dem Verdampfer ohne vorherige Ab-scheidung als Gemisch der flüssigen und der gasförmigen Phase zugeführt und vollständig ver- 35 dampft, wobei zur sicheren Vermeidung von Flüssigkeitsschlägen im Kompressor und für die Regelung des als thermostatisches Expansionsventil ausgeführten Einspritzventils eine gewisse Überhitzung in Kauf genommen werden muß. Der appara- 40 tive Aufwand für eine Kältemaschine im Einspritzbetrieb ist geringer, weshalb diese Bauweise für kleinere Anlagen (beispielsweise unter 200 KW) oft vorgezogen wird. Jedoch hat sie den Nachteil, daß am Verdampfer infolge Zwangsdurchlaufs ein be- 45 trächtlicher Druckabfall und damit kältemittelseitig ein beträchtlicher Temperaturunterschied auftritt, der zunächst wirtschaftlich unerwünscht ist und dem Einsatz bei genauer Temperaturführung des zu kühlenden Mediums beispielsweise für Wärmepum- 50 pen oder Eiswasseranlagen mit nahe dem Gefrierpunkt liegender Wassertemperatur entgegensteht. Der Zwangsdurchlauf ist erforderlich, um einerseits eine gleichmäßige Beaufschlagung der Wärmeaustauscherflächen trotz des geringen Flüssig- 55 keitsanteils (schon am Verdampfereinlaß nur wenige Vol.-%) zu erreichen und um andererseits zu gewährleisten, daß das Kompressorschmieröl, das nach Verdampfung des Kältemittels als einzige flüssige Komponente im Verdampfer verbleibt, durch 60 hohe Gasgeschwindigkeit ausgetragen wird. In evaporators with injection mode, the refrigerant is fed to the evaporator without prior separation as a mixture of the liquid and the gaseous phase and completely evaporated, whereby a certain amount is used to reliably avoid liquid hammer in the compressor and to control the injection valve, which is designed as a thermostatic expansion valve Overheating must be accepted. The equipment required for a refrigeration machine in injection mode is lower, which is why this design is often preferred for smaller systems (for example under 200 KW). However, it has the disadvantage that a considerable pressure drop occurs on the evaporator as a result of a forced flow and thus a considerable temperature difference on the refrigerant side, which is initially economically undesirable and is very close to being used with precise temperature control of the medium to be cooled, for example for heat pumps or ice water systems the freezing point of the water temperature. The forced flow is necessary in order to achieve uniform loading of the heat exchanger surfaces in spite of the low liquid content (only a few vol.% At the evaporator inlet) and to ensure that the compressor lubricating oil, which is the only liquid after evaporation of the refrigerant Component remains in the evaporator, is discharged through 60 high gas velocity.

Es ist zwar bei Einspritzverdampfern bekannt, innerhalb eines Plattenverdampfers mehrere, voneinander gesonderte Abschnitte mit unterschiedlichen Strömungsquerschnitten vorzusehen; jedoch bilden 65 It is known in the case of injection evaporators to provide a plurality of separate sections with different flow cross sections within a plate evaporator; however make up 65

diese lediglich eine bauliche, nicht aber eine funktionelle Einheit, weil sie jeweils gesondert mit einem Einspritzventil versehen sind, was einen hohen regelungstechnischen und baulichen Aufwand verlangt. Auch kann der prinzipielle Nachteil, daß in Einspritzverdampfern ein hoher Druckabfall und damit eine große Temperaturdifferenz auftritt, mit diesen Mitteln nicht vermieden werden. this is only a structural unit, but not a functional unit, because they are each separately provided with an injection valve, which requires a high level of control engineering and construction. The basic disadvantage that a high pressure drop and thus a large temperature difference occurs in injection evaporators cannot be avoided by these means.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeaustauscher, der als Verdampfer für eine Kältemaschine einen geringen Druckabfall wie ein gefluteter Verdampfer aufweist. The invention relates to a heat exchanger which, as an evaporator for a refrigerator, has a low pressure drop like a flooded evaporator.

Die ihr zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, die angegebenen Nachteile des gefluteten Verdampfers zu vermeiden. The underlying task is to avoid the disadvantages of the flooded evaporator.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei einem Einspritzverdampfer eine wesentlich erhöhte Geschwindigkeit des Kältemittels erst in demjenigen Bereich erforderlich ist, in welchem die vollständige Verdampfung der flüssigen Phase des Kältemittels stattfindet, damit eine gleichmäßige- Überhitzung ohne mitgerissene Reste der flüssigen Phase erfolgt und weil auch erst hier die Konzentration des Öls in der flüssigen Kältemittelkomponente infolge von Kältemittelyerdampfung so groß wird, daß die Gefahr des Ölausfalls entsteht. Ferner beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, daß auch im Einspritzbetrieb anfangs im Verdampfer der Flüssigkeitsanteil noch so groß ist, daß eine hinreichende Flüssigkeitsbenetzung der Verdampferinnenflächen auch bei relativ geringer Mediumsgeschwindigkeit gewährleistet ist. The invention is based on the knowledge that in an injection evaporator, a significantly increased speed of the refrigerant is only required in the area in which the complete evaporation of the liquid phase of the refrigerant takes place, so that there is uniform overheating without entrained residues of the liquid phase and because only here does the concentration of the oil in the liquid refrigerant component become so great due to refrigerant evaporation that there is a risk of oil failure. Furthermore, the invention is based on the knowledge that, even in the injection mode, the liquid portion in the evaporator is still so large that sufficient liquid wetting of the evaporator inner surfaces is ensured even at a relatively low medium speed.

Basierend auf dieser Erkenntnis besteht die erfindungsgemäße Lösung der genannten Aufgabe darin, daß der Wärmeaustauscher zur Verwendung im Einspritzbetrieb einen ersten Abschnitt mit weitem Strömungsquerschnitt und einen zweiten Abschnitt mit engem Strömungsquerschnitt umfaßt. Based on this finding, the solution to the stated object according to the invention is that the heat exchanger for use in injection mode comprises a first section with a wide flow cross section and a second section with a narrow flow cross section.

Daraus ergibt sich, daß der erste Abschnitt ein Betriebsverhalten ähnlich einem gefluteten Verdampfer mit geringem Druckabfall besitzt und ein höherer Druck- und Temperaturabfall erst innerhalb des zweiten Verdampferabschnitts zu verzeichnen ist. Dies macht eine genaue Temperaturführung auf der Wasserseite möglich mit einer eisfreien Wasserkühlung bis auf beispielsweise 0,5°C und die Wärmewirtschaftlichkeit wird verbessert. The result of this is that the first section has an operating behavior similar to a flooded evaporator with a low pressure drop and a higher pressure and temperature drop can only be recorded within the second evaporator section. This enables precise temperature control on the water side with ice-free water cooling down to, for example, 0.5 ° C and the thermal economy is improved.

Wie groß der erste Abschnitt im Verhältnis zum zweiten gestaltet werden kann, hängt von der Art des Kältemittels sowie von der Art und der zu erwartenden Menge des Kompressorschmiermittels ab. Je besser mischbar das Schmiermittel auch noch mit kleinen Mengen des flüssigen Kältemittels ist, umso sicherer kann man sein, daß das Schmiermittel auch noch im Endbereich des Verdampfers so stark durch das flüssige Kältemittel verdünnt ist und die Viskosität daher so stark herabgesetzt ist, daß es hinreichend sicher transportiert wird. Auch die Temperatur spielt dabei eine Rolle. Eine Kalkulation hat ergeben, daß bei Verwendung des Kältemittels Frigen R 22 unter Anwendung von Öl als Schmiermittel für einen Kolbenkompressor das Öl so lange noch mit hinreichender Sicherheit in der flüssigen Phase des Kältemittels im Verdampfer transportiert wird, als die flüssige Komponente The size of the first section in relation to the second depends on the type of refrigerant and the type and amount of compressor lubricant to be expected. The more miscible the lubricant is even with small amounts of the liquid refrigerant, the safer it can be that the lubricant is diluted so much by the liquid refrigerant in the end area of the evaporator and the viscosity is therefore reduced so much that it is sufficient is transported safely. The temperature also plays a role. A calculation has shown that when using the refrigerant Frigen R 22 using oil as a lubricant for a piston compressor, the oil is transported with sufficient certainty in the liquid phase of the refrigerant in the evaporator as long as the liquid component

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nicht weniger als etwa 20 Gewichtsprozent des Kältemittels ausmacht. Daraus ergibt sich wiederum, daß bei Ausführung des Verdampfers als vertikaler Plattenverdampfer nicht mehr als das obere Drittel in Gestalt engerer, mäandrierter Strömungskanäle ausgeführt zu werden braucht. Der erste Abschnitt nimmt demnach etwa zwei bis drei Viertel der Verdampferhöhe ein. accounts for no less than about 20 percent by weight of the refrigerant. This in turn means that when the evaporator is designed as a vertical plate evaporator, no more than the upper third needs to be designed in the form of narrower, meandered flow channels. The first section therefore takes up about two to three quarters of the evaporator height.

Der erste Abschnitt kann in der Art eines gefluteten Verdampfers ausgebildet sein, nämlich als im wesentlichen einheitlicher Raum vergleichsweise großen Horizontalquerschnitts, in welchem das Gemisch im wesentlichen senkrecht aufwärts strömen kann. Verengungen können sich auf den Zweck der Vergleichmäßigung der Strömungsbewegung über den gesamten Querschnitt und der Verbesserung des Wärmeübergangs beschränken, nämlich vorzugsweise in der Form von Schweißverbindungen zwischen den den Strömungsraum begrenzenden Platten, die gegenüber der Vertikalrichtung wechselnd versetzt sind und als kurze Schweißstrecken, Schweißpunkte oder dgl. ausgebildet sein können. Jede Schweißstelle bildet einen Verdampfungskern. The first section can be designed in the manner of a flooded evaporator, namely as an essentially uniform space of comparatively large horizontal cross-section, in which the mixture can flow essentially vertically upwards. Constrictions can be limited to the purpose of equalizing the flow movement over the entire cross-section and improving the heat transfer, namely preferably in the form of welded connections between the plates delimiting the flow space, which are alternately offset with respect to the vertical direction and as short welding distances, welding spots or the like can be trained. Each welding point forms an evaporation core.

Zweckmäßigerweise ist der Verdampfer als Berieselungsverdampfer ausgeführt. Dabei ist es an sich bekannt, einen den oberen Abschluß der Platte bildenden Sammler horizontal quer zur Plattenebene verdickt auszuführen, um dadurch den Fallinien des außen herabströmenden Wassers eine stärkere Horizontalkomponente zu verleihen, wodurch das Wasser veranlaßt wird, sich als gleichmäßiger Film auszubreiten. Wenn im Zusammenhang der Erfindung der zweite Verdampferabschnitt in Form von horizontalen, wechselnd an beiden Enden miteinander in Verbindung stehenden Kanälen ausgeführt ist, kann vorgesehen sein, daß der oberste dieser Kanäle horizontal stärker als die folgenden Kanäle verdickt ist, um diese Funktion zu übernehmen. The evaporator is expediently designed as a sprinkler evaporator. It is known per se to make a collector forming the upper end of the plate thickened horizontally transversely to the plane of the plate, thereby giving the falling lines of the water flowing down from the outside a stronger horizontal component, which causes the water to spread out as a uniform film. If, in the context of the invention, the second evaporator section is designed in the form of horizontal channels which are alternately connected at both ends, it can be provided that the uppermost of these channels is horizontally thicker than the following channels in order to perform this function.

Besonderes Augenmerk gilt der Überhitzung des Kältemittelgases und der Förderung des Öls in diesen Kanälen, wenn das Kältemittel gänzlich oder überwiegend verdampft ist. Damit das Öl, das sich vornehmlich im unteren Bereich der Horizontalkanäle sammelt, nicht entgegen der Gasströmung zurückfließen kann, wird gemäß der Erfindung jeweils einlaufseitig eine erhöhte Schwelle an der unteren Kanalbegrenzung vorgesehen. An dem in Strömungsrichtung hinteren Ende jedes Horizontalkanals können Einrichtungen vorgesehen sein, die die Mitnahme des Öls zu dem nächstoberen Kanal erleichtern, beispielsweise eine Verengung des Strömungsquerschnitts zur Erhöhung der Gasgeschwindigkeit und zur Intensivierung der Förderwirkung. Der das Kältemittelgas vom Verdampfer abführende Stutzen wird zweckmäßigerweise nahe der unteren Begrenzung des zugehörigen Kanals des zweiten Abschnitts angeschlossen, damit das Öl nicht abermals angehoben zu werden braucht. Particular attention is paid to the overheating of the refrigerant gas and the extraction of the oil in these channels when the refrigerant has completely or predominantly evaporated. So that the oil, which mainly collects in the lower region of the horizontal channels, cannot flow back against the gas flow, an increased threshold is provided on the inlet side at the lower channel boundary according to the invention. At the rear end of each horizontal channel in the direction of flow, devices can be provided which facilitate the entrainment of the oil to the next upper channel, for example a narrowing of the flow cross section to increase the gas velocity and to intensify the delivery effect. The connecting piece discharging the refrigerant gas from the evaporator is expediently connected near the lower limit of the associated channel of the second section, so that the oil does not have to be raised again.

Das den Verdampfer versorgende Einspritzventil ist zweckmäßigerweise ein thermostatisches Regelventil, das mit Anschluß an eine überhitztes Kältemittelgas vom Verdampfer abführende Leitung ausgeführt ist, damit die Kältemittelzufuhr zum Verdampfer abhängig von der Überhitzungstemperatur geregelt wird. Dadurch wird Gewähr dafür gegeben, daß der wärmewirtschaftlich unerwünschte Überhitzungsbereich des Verdampfers so klein wie möglich bleibt. The injector supplying the evaporator is expediently a thermostatic control valve which is designed with a connection to an overheated refrigerant gas leading from the evaporator so that the refrigerant supply to the evaporator is regulated as a function of the superheating temperature. This ensures that the thermally undesired overheating area of the evaporator remains as small as possible.

Die Kältemaschine wird so eingestellt, daß das Kältemittel beim Erreichen der Grenze zwischen dem ersten und dem zweiten Verdampferabschnitt im wesentlichen ständig einen zur Verhinderung von Schmiermittelausfall ausreichenden flüssigen Anteil aufweist. Die Nichteinhaltung dieser Bedingung ist lediglich kurzzeitig gestattet, nämlich für so kurze Zeitabschnitte, daß sich das Schmiermittel währenddessen nicht unzulässig stark im ersten Verdampferabschnitt ansammeln kann. The refrigeration machine is set so that the refrigerant essentially has a sufficient liquid portion to prevent lubricant failure when the boundary between the first and the second evaporator section is reached. Non-compliance with this condition is only permitted for a short time, namely for such short periods of time that the lubricant cannot accumulate excessively in the first evaporator section.

Erreicht wird auf diese Weise das Ziel, bei einem Einspritzverdampfer den Gesamtdruckverlust sowie die Veränderung der Verdampfungstemperatur auf etwa ein Drittel zu reduzieren. Während bei einer herkömmlichen Einspritzverdampferplatte die Veränderung der Verdampfungstemperatur in einem typischen Anwendungsbeispiel mit ca. 9°C nicht mehr akzeptabel ist, sinkt sie dank der Erfindung dabei auf ca. 3°C, wobei die stärkste Temperaturabsenkung auf einen kleinen, oberen Abschnitt des Verdampfers reduziert ist, in welchem die Wassertemperatur noch vergleichweise hoch und daher die Eisbildungsgefahr gering ist. Dadurch wird erstmals die Möglichkeit geschaffen, einen Einspritzverdampfer zur Kühlung von Wasser nahe dem Gefrierpunkt zu verwenden. In dem unteren, ersten Verdampferabschnitt wird dabei durch die versetzte Schweißnahtanordnung eine bessere Verteilung des Wasserfilms, ein erhöhter Wärmeübergang durch höheren Turbulenzgrad und dadurch eine höhere Wandtemperatur erreicht, was gleichfalls die Möglichkeiten verbessert, ohne Eisansatz näher an den Gefrierpunkt heranzukühlen. In this way, the goal of reducing the total pressure loss and the change in the evaporation temperature to about a third in an injection evaporator is achieved. While with a conventional injection evaporator plate the change in the evaporation temperature is no longer acceptable in a typical application example at approx. 9 ° C, thanks to the invention it drops to approx. 3 ° C, the greatest temperature reduction reducing it to a small, upper section of the evaporator is, in which the water temperature is still comparatively high and therefore the risk of ice formation is low. This makes it possible for the first time to use an injection evaporator to cool water near freezing. In the lower, first evaporator section, the offset weld seam arrangement achieves a better distribution of the water film, an increased heat transfer due to a higher degree of turbulence and thereby a higher wall temperature, which likewise improves the possibilities of cooling closer to the freezing point without ice build-up.

Bei Eisspeicherbetrieb (sowohl im Berieselungsverfahren als auch unter Wasser) wird durch den kontrollierten und gleichmäßigeren Temperaturverlauf in der Verdampferplatte ein gleichmäßigeres Anwachsen des Eises garantiert, als es bei Einspritzverdampfern herkömmlicher Bauweise möglich ist. Es kann auch die Eisabsprengung von den Platten mittels Heißgaseinspeisung angewendet werden. In ice storage mode (both in the sprinkling process and under water), the controlled and more uniform temperature curve in the evaporator plate guarantees a more uniform growth of the ice than is possible with injection evaporators of conventional design. Ice blasting from the plates by means of hot gas injection can also be used.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung dargestellt. Darin zeigt: Further details of the invention are shown below with reference to the drawing. It shows:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform des Verdampfers im Querschnitt mit einer schematischen Darstellung der Kältemaschine, 1 shows a first embodiment of the evaporator in cross section with a schematic representation of the refrigerator,

Fig. 2 Einzelheiten des Verdampferaufbaus im zweiten Abschnitt, 2 details of the evaporator structure in the second section,

Fig. 3 eine zweite Verdampferausführung und Fig. 3 shows a second evaporator design and

Fig. 4 den Temperaturverlauf über die Höhe des Verdampfers im Vergleich mit anderen Verdampferbauarten. Fig. 4 shows the temperature curve over the height of the evaporator in comparison with other evaporator types.

Gemäß Fig. 1 besteht die Kältemaschine aus Verdampfer 1, Kompressor 2, Kondensator 3 und thermostatischem Expansionsventil 4, dessen Impulslei-tung 5 an einen Temperaturfühler 6 anschließt, der 1, the refrigerator consists of an evaporator 1, a compressor 2, a condenser 3 and a thermostatic expansion valve 4, the pulse line 5 of which connects to a temperature sensor 6 which

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an der Leitung 7 angeordnet ist, die das überhitzte Gas vom Verdampfer 1 dem Kompressor 2 zuführt. is arranged on the line 7, which supplies the superheated gas from the evaporator 1 to the compressor 2.

Der Verdampfer 1 ist ein vertikaler Plattenverdampfer, der von dem Kältemittel von unten nach oben durchströmt ist. Er besteht aus einem ersten Abschnitt 11 und einem zweiten Abschnitt 12. Den ersten Abschnitt durchströmt das Kältemittel über seine ganze Breite im wesentlichen gleichmäßig von unten nach oben ähnlich einem gefluteten Verdampfer, wobei versetzt zur Vertikalrichtung angeordnete Horizontalschweißstrecken 13 für eine gleichmäßige Durchströmung und guten Wärmeübergang sorgen. Da der zur. Verfügung stehende Strömungsquerschnitt groß ist, ist der Druckverlust gering. The evaporator 1 is a vertical plate evaporator, through which the refrigerant flows from bottom to top. It consists of a first section 11 and a second section 12. The first section of the refrigerant flows substantially uniformly over its entire width from bottom to top, similar to a flooded evaporator, with horizontal welding sections 13 arranged offset to the vertical direction ensuring a uniform flow and good heat transfer . Since the for. Available flow cross-section is large, the pressure loss is low.

Im zweiten Abschnitt 12 wird der Strömungsweg von einem Mäanderkanal 14 gebildet, der sich aus mehreren horizontalen, an den Enden wechselnd miteinander verbundenen Kanalstrecken zusammensetzt, die durch horizontale, die den Plattenverdampfer bildenden Bleche verbindende Schweißnähte 15 gebildet sind. Der Querschnitt des Kanals 14 ist wesentlich geringer als der des ersten Verdampferabschnitts. Vorzugsweise ist nämlich der Strömungsquerschnitt im ersten Abschnitt mindestens dreimal, besser mindestens fünfmal und meist mindestens zehnmal größer als im zweiten Abschnitt, woraus sich für den zweiten Abschnitt eine im Mittel mindestens etwa 10-fach bzw. 15-fach bzw. 30-fach größere Gasgeschwindigkeit ergibt. Der Verdampfer wird so betrieben, daß das Kältemittel ihm unten mit einem Gewichtsanteil der flüssigen Phase von bspw. 70% zugeführt ist. Die zugeführte Menge wird abhängig von der Temperatur des überhitzten Gases in der Leitung 7 von dem Ein-spritzventi! bestimmt. Dadurch wird sichergestellt, daß das Kältemittel den Beginn des zweiten Abschnitts 12 stets mit einem so großen flüssigen Anteil erreicht, daß der Transport des Öls in den zweiten Abschnitt gewährleistet ist, wo das Kältemittel vollständig verdampft und die Gasgeschwindigkeit so hoch ist, daß das Öl mitgerissen wird. In the second section 12, the flow path is formed by a meandering channel 14, which is composed of a plurality of horizontal channel sections which are alternately connected at the ends and which are formed by horizontal weld seams 15 which connect the sheets forming the plate evaporator. The cross section of the channel 14 is significantly smaller than that of the first evaporator section. This is because the flow cross-section in the first section is preferably at least three times, better at least five times and usually at least ten times larger than in the second section, which results in an average gas velocity which is at least about 10 times, 15 times or 30 times larger for the second section results. The evaporator is operated in such a way that the refrigerant is fed to the bottom with a weight fraction of the liquid phase of, for example, 70%. The amount supplied depends on the temperature of the superheated gas in line 7 from the injection valve! certainly. This ensures that the refrigerant always reaches the beginning of the second section 12 with such a large liquid fraction that the transport of the oil into the second section is ensured, where the refrigerant evaporates completely and the gas velocity is so high that the oil is entrained becomes.

Damit das sich im unteren Bereich der den Kanal 14 bildenden Horizontalstrecken sammelnde Öl nicht zurückfließen kann, ist zweckmäßigerweise jeweils am Kanalanfang eine Schwelle 16 vorgesehen. Stattdessen wäre es auch denkbar, die Horizontalkanäle leicht fallend anzuordnen. Ferner können nicht dargestellte Schikanen bei den vertikalen Kanalverbindungen vorgesehen sein, um dort die Gasströmung zu intensivieren und den Öltransport zu verbessern. An den obersten Kanal 17 ist der Abführungsstutzen 18 nahe der unteren Begrenzung des Kanals 17 angeordnet, um das Öl dort leichter abführen zu können. Ferner kann der oberste Kanal 17 stärker gebaucht sein als die darunter befindlichen, um die Flüssigkeitsfilmbildung auf der Außenseite des Verdampfers bei Berieselung zu verbessern, wie dies in Fig. 2 gestrichelt angedeutet ist. So that the oil collecting in the lower region of the horizontal sections forming the channel 14 cannot flow back, a threshold 16 is expediently provided at the beginning of the channel. Instead, it would also be conceivable to arrange the horizontal channels to fall slightly. Furthermore, baffles (not shown) can be provided in the vertical channel connections in order to intensify the gas flow there and to improve the oil transport. On the uppermost channel 17, the discharge pipe 18 is arranged near the lower boundary of the channel 17 in order to be able to discharge the oil there more easily. Furthermore, the uppermost channel 17 can be bulged more than the ones below it, in order to improve the liquid film formation on the outside of the evaporator when it is sprinkled, as is indicated by dashed lines in FIG. 2.

Mindestens im ersten Verdampferabschnitt ist eine aufsteigende Bewegung des Kältemittels zweckmäßig, damit ohne Separationserscheinungen trotz relativ langsamer Durchströmung eine gleichmäßige Benetzung der inneren Oberflächen gewährleistet ist. Jedoch kommt auch eine fallende Kältemittelbewegung in Frage, wenn durch entsprechende Einbauten für gleichmäßige Benetzung gesorgt ist. Für den zweiten Yerdampferabschnitt gilt hingegen die At least in the first evaporator section, an ascending movement of the refrigerant is expedient, so that a uniform wetting of the inner surfaces is ensured despite the relatively slow flow without separation phenomena. However, a falling refrigerant movement can also be considered if appropriate fittings ensure uniform wetting. However, the same applies to the second yerdamp section

überwiegend horizontale Durchströmung als vorteil-5 haft, damit in denjenigen Bereichen, in denen je nach Gasgeschwindigkeit mit Separation von Öl gerechnet werden muß, dieses sich im unteren Bereich der Horizontalkanäle sammeln kann, um in geringerem Maße durch Benetzung der übrigen Innenober-10 flächen den Wärmeübergang zu verschlechtern. Anders als in Fig. 1 kann im zweiten Abschnitt zur Verbesserung der Ölförderung (insbesondere für die Wasserabkühlung) auch eine fallende Verbindung der Horizontalkanäle vorgesehen sein, wobei 15 entsprechend der schematischen Darstellung in Fig. 3 der oberste Kanal 17 durch einen Vertikalkanal 20 unmittelbar mit dem ersten Abschnitt 11 verbunden ist. Dies ergibt die Möglichkeit, die Strömungsgeschwindigkeit im zweiten Abschnitt 12 gerin-20 ger zu halten, als es sonst mit Rücksicht auf die Ölförderung möglich wäre, so daß auch der Druckverlust und damit die Temperaturabsenkung gering bleiben. Dies kompensiert für manche Anwendungsfälle den Nachteil, daß die tiefste Temperatur nicht 25 am höchsten Punkt des Verdampfers auftritt. predominantly horizontal flow as advantageous 5 so that in those areas in which depending on the gas velocity with separation of oil can be expected, this can collect in the lower area of the horizontal channels to a lesser extent by wetting the other inner surfaces Deteriorate heat transfer. In contrast to FIG. 1, a falling connection of the horizontal channels can also be provided in the second section to improve oil production (in particular for water cooling), the uppermost channel 17 being connected directly to the through a vertical channel 20 according to the schematic illustration in FIG. 3 first section 11 is connected. This results in the possibility of keeping the flow velocity in the second section 12 lower than it would otherwise be possible with regard to the oil production, so that the pressure loss and thus the temperature reduction also remain low. For some applications, this compensates for the disadvantage that the lowest temperature does not occur at the highest point of the evaporator.

Zwar ist es zweckmäßig, wenn die beiden Verdampferabschnitte Teile eines einheitlichen, einstückigen Plattenverdampfers sind. Jedoch soll eine mehrstückige Ausbildung nicht ausgeschlossen 30 bleiben, wobei die die ersten Abschnitte bildenden Verdampferplatten bei Gruppenanordnung in anderer Weise und an anderer Stelle angeordnet sein können als die die zweiten Abschnitte bildenden. Wichtig ist, daß die Verdampferabschnitte einen an 35 ein einziges Einspritzventil angeschlossenen, einheitlichen Strömungsweg bilden. It is expedient if the two evaporator sections are parts of a uniform, one-piece plate evaporator. However, a multi-piece design should not be ruled out, the evaporator plates forming the first sections being arranged in a group in a different manner and at a different location than those forming the second sections. It is important that the evaporator sections form a uniform flow path connected to a single injection valve.

Das Diagramm Figur 4 veranschaulicht den Temperaturverlauf des Kältemittels und des Berieselungswassers in °C gegenüber der Höhe 4 eines 40 Plattenwärmeaustauschers gemäß Fig. 1 in durchgezogenen Linien. Dem sind die kältemittelseitigen Temperaturverläufe eines gefluteten Verdampfers gestrichelt und eines herkömmlichen Einspritzverdampfers strichpunktiert gegenübergestellt. Das 45 Kältemittel und das berieselnde Wasser bewegen sich im Gegenstrom. The diagram in FIG. 4 illustrates the temperature profile of the refrigerant and the sprinkling water in ° C. compared to the height 4 of a plate heat exchanger according to FIG. 1 in solid lines. The refrigerant-side temperature profiles of a flooded evaporator are shown in broken lines and a conventional injection evaporator is shown in dash-dotted lines. The 45 refrigerant and the sprinkling water move in countercurrent.

Den gleichmäßigsten Temperaturverlauf erreicht der geflutete Verdampfer, bei dem in einem typischen Anwendungsbeispiel der geringe Druckabfall 50 einen lediglich in der Größenordnung von 0,5°C liegenden Temperaturunterschied über die Höhe des Verdampfers verursacht. Hingegen erkennt man beim herkömmlichen Einspritzkühler einen starken Temperaturabfall von bspw. 9°C mit Vereisungsge-55 fahr in mittlerer Höhe. The most even temperature profile is achieved by the flooded evaporator, in which, in a typical application example, the low pressure drop 50 causes a temperature difference of only about 0.5 ° C. over the height of the evaporator. On the other hand, the conventional desuperheater shows a sharp drop in temperature of, for example, 9 ° C with a risk of icing at medium height.

Der Temperaturverlauf des erfindungsgemäßen Verdampfers enthält einen unteren Abschnitt 11', der dem unteren Verdampferabschnitt 11 entspricht und in welchem die Temperaturverminderung im we-60 sentlichen der des gefluteten Verdampfers entspricht. Nach oben schließt sich der zweite Kurvenabschnitt 12' an, der demjenigen Teil des zweiten Verdampferabschnitts 12 entspricht, in welchem noch flüssige Phase gegenwärtig ist und in welchem 65 demzufolge die Temperatur entsprechend der durch The temperature profile of the evaporator according to the invention contains a lower section 11 ', which corresponds to the lower evaporator section 11 and in which the temperature reduction essentially corresponds to that of the flooded evaporator. At the top there is the second curve section 12 ', which corresponds to that part of the second evaporator section 12 in which the liquid phase is still present and in which the temperature accordingly corresponds to that by

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Druckabfall verursachten Verringerung der Verdampfungstemperatur absinkt. Die geringere Fließweglänge im engen Strömungsquerschnitt verursacht aber nur einen geringeren Druckverlust als bei herkömmlichen Einspritzverdampfern. Außerdem liegt der Punkt niedrigster Temperatur nahe dem obersten Punkt des Verdampfers, wo die Temperatur des Berieselungswassers verhältnismäßig hoch und daher die Vereisungsgefahr gering ist. Es schließt sich ein Kurvenabschnitt 12" an, der demjenigen Teil des zweiten Verdampferabschnitts 12 entspricht, in welchem die Überhitzung des trockenen, gasförmigen Kältemitteis stattfindet. Pressure drop caused by lowering the evaporation temperature drops. The shorter flow path length in the narrow flow cross-section only causes a lower pressure loss than with conventional injection evaporators. In addition, the lowest temperature point is close to the uppermost point of the evaporator, where the temperature of the sprinkling water is relatively high and the risk of icing is therefore low. This is followed by a curve section 12 ", which corresponds to that part of the second evaporator section 12 in which the overheating of the dry, gaseous refrigerant takes place.

Zusammenfassend läßt sich sagen, daß in dem kritischen, unteren Verdampferbereich der Temperaturverlauf des erfindungsgemäßen Einspritzverdampfers demjenigen eines gefluteten Verdampfers sehr ähnlich ist und daß er sich daher auch für solche Einsatzfälle eignet, in denen der Temperaturverlauf des zu kühlenden Mediums genau zu kontrollieren ist, beispielsweise nahe dessen Gefrierpunkt, wie dies für die Wasserseite mit Temperaturverlauf 19 in Diagramm 4 bei Kühlung bis auf 0,5°C verausgesetzt ist. In summary, it can be said that in the critical, lower evaporator area, the temperature profile of the injection evaporator according to the invention is very similar to that of a flooded evaporator and that it is therefore also suitable for applications in which the temperature profile of the medium to be cooled has to be controlled, for example closely its freezing point, as is the case for the water side with temperature profile 19 in diagram 4 when cooling down to 0.5 ° C.

Wählt man statt der Verdampferanordnung gemäß Fig. 1 diejenige gemäß Fig. 3, so bleibt es im ersten Abschnitt bei dem Temperaturverlauf 11'. Für den zweiten Abschnitt ergibt sich der gepunktet dargestellte Temperaturverlauf 13'", dessen Temperaturabsenkung im Verhältnis zur Wasserkurve 19 zwar einen etwas ungünstigeren Verlauf hat, weil das Temperaturminimum bei niedrigerer Wassertemperatur erreicht wird; jedoch liegt dieses Minimum bei höherer Temperatur als im Falle der Kurve 12', weil die fallende Anordnung des zweiten Verdampferabschnitts geringere Gasgeschwindigkeiten und damit geringeren Druckverlust ermöglicht. If, instead of the evaporator arrangement according to FIG. 1, the one according to FIG. 3 is selected, the temperature curve 11 ′ remains in the first section. For the second section, the temperature curve 13 ′ ″ shown in dotted lines results, the lowering of the temperature in relation to the water curve 19 being somewhat less favorable because the temperature minimum is reached at a lower water temperature, but this minimum is at a higher temperature than in the case of curve 12 'because the falling arrangement of the second evaporator section enables lower gas velocities and thus less pressure loss.

Claims

1. Heat exchanger with low pressure loss as an evaporator for a refrigerator, characterized in that it comprises a first section (11) with a wide flow cross section and a second section (12) with a narrow flow cross section for use in injection mode.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that it is designed as a vertical plate evaporator.

3. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the first section (11) is formed with a substantially vertical flow direction.

4. Heat exchanger according to claim 3, characterized in that in the first section of the interior is divided by weld connections (13) offset with respect to the vertical direction.

5. Heat exchanger according to one of claims 1 to 4, characterized in that the first section (11) occupies two to three quarters of the evaporator height.

6. Heat exchanger according to one of claims 1 to 5, characterized in that in the second section (12) provided horizontal channels (14)

have a threshold (16) at their lower boundary (15) on the inlet side.

7. Heat exchanger according to one of claims 1 to 6, characterized in that the horizontal section forming the second section (12)

(14) are connected with each other in increasing order.

8. Heat exchanger according to one of claims 1 to 6, characterized in that the horizontal channels forming the second evaporator section are connected to one another in descending order.

9. Heat exchanger according to one of claims 1 to 8, characterized in that the uppermost channel (17) in cross section is thickened horizontally more than the following channels (14).

10. Heat exchanger according to one of claims 1 to 9, characterized in that the discharge pipe (18) near the lower limit

(15) a channel of the second section is connected.

11. Heat exchanger according to one of claims 1 to 10, characterized in that it is connected to an injection valve (4) which has a thermostatic control valve with connection (5) to a line (7) leading away from the evaporator (1) for superheated refrigerant. Is gas.

12. A method of operating a refrigerator with a heat exchanger according to one of claims 1 to 11, which comprises a first section with a wide flow cross section and a second section with a narrow flow cross section and is used in the injection mode, characterized by such a setting that the refrigerant when reached the boundary between the first (11) and the second evaporator section (12) has a sufficient liquid content to prevent lubricant failure.

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