DE2425114A1 - Fluessigkeits-gas-mischvorrichtung fuer kaelteanlagen - Google Patents

Description

Flüssigkeits-Gas-Mischvorrichtung für Kälteanlagen

Die Erfindung "bezieht sich auf eine Flüssigkeits-Gas-Mischvorrichtung für Kälteanlagen, bei der dem flüssigen Kältemittel in einer hinter einer Düse angeordneten Mischkammer gasförmiges Kältemittel aus einer zur Düse konzentrischen Vorkammer mit einer Bewegungskomponente in Richtung der Flüssigkeitsströmung zumischbar ist.

Wenn bei einer Zwangsdurchlauf-Kälteanlage mit thermostatischem, in Abhängigkeit von der Überhitzungstemperatur des- Verdampfers gesteuerten Expansionsventil eine geringe Kälteleistung gefordert und daher nur eine geringe Menge flüssigen Kältemittels in den Verdampfer eingespeist wird, besteht die Gefahr, daß der Saugdruck zu stark absinkt und daß insbesondere bei Verdampfern mit mehreren Parallelzweigen die Strömungsgeschwindigkeit so gering wird, daß das vom Kältemittel mitgeführte Öl nicht mehr abgeführt wird. Um dies zu vermeiden, ist es bekannt, in den Flüssigkeitsstrom hinter dem thermostatischen Expansionsventil Druckgas einzuspeisen, das am Kompressorausgang entnommen und über ein in Abhängigkeit vom Saugdruck gesteuertes Ventil zugeführt wird. Hierdurch wird die Strömungsgeschwindigkeit im Verdampfer gesteigert und der Saugdruck erhöht.

Bei einer bekannten Flüssigkeits-Gas-Mischvorrichtung, die mit einem Flüssigkeitsverteiler zur Aufteilung des Kältemittels in mehrere parallele Verdampferabschnitte kombiniert ist, wird die

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Flüssigkeit durch ein zentrisches Düsenrohr auf eine Kegelspitze geleitet, welche die innere Begrenzung einer ringförmigen Mischkammer bildet, von der auf einer Kegelfläche liegende Verteilerkanäle abgehen. Die Vorkammer ist konzentrisch zur Rohrdüse angeordnet und steht mit ihrer vorderen Stirnfläche mit der Mischkammer in Verbindung.. Dadurch daß das gasförmige Kältemittel hinter der Düse zugeführt wird und beim Eintritt in die Mischkammer eine Bewegungskomponente in Richtung der Flüssigkeitsströmung hat, sind die Energieverluste gegenüber solchen Konstruktionen gering, bei denen das Gas schon vor der Düse oder senkrecht zur Flüssigkeitsströmung eingeleitet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, die beim Betrieb mit Druckgaszumischung auftretenden Verluste noch weiter herabzusetzen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Vorkammer und Mischkammer über einen einstellbaren Ringspalt miteinander verbunden sind.

Mit Hilfe des einstellbaren Ringspalts läßt sich die Geschwindigkeit des gasförmigen Kältemittels beim Eintritt in die Mischkammer einjustieren, ohne daß die übliche Mengenregelung in Abhängigkeit vom Saugdruck beeinflußt wird. Es besteht ein Interesse daran, das Gas mit möglichst hoher Geschwindigkeit in die Mischkammer zu leiten, weil dadurch der Flüssigkeit eine zusätzliche Bewegungsenergie mitgeteilt wird. Andererseits darf bei der größten zugeführten Menge die Geschwindigkeit nicht zu groß werden, weil dies einen negativen Eirfluß auf die Strömungsverluste hat. Mit Hilfe des einstellbaren Ringspalts läßt sich daher die Gasgeschwindigkeit auf einen für die betreffende Anlage optimalen Wert einjustieren. In der Regel sind Mischvorrichtungen oder mit ihr kombinierte Flüssigkeitsverteiler nicht für eine bestimmte Kälteleistung und damit eine bestimmte maximale Menge flüssigen Kältemittels, sondern für einen Leistungsbereich ausgelegt. Wenn überdies die Düse auswechselbar ist, ergibt sich ein sehr großer Bereich der Kälteleistungen.

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Die optimale Gasgeschwindigkeit hängt in erheblichem Maß von der Kälteleistung einer individuellen Anlage ab. Mit Hilfe des einstellbaren Ringspalts ist eine Anpassung an sehr unterschiedliche Kälteleistungen möglich.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform, bei der die Vorkammer ringförmig ausgebildet ist und eine Rohrdüse umgibt, ist dafür gesorgt, daß die Rohrdüse axial- verstellbar ist und daß der Ringspalt zwischen der Rohrdüsen-Stirnfläche und einer von der Vorkammer nach innen gerichteten gehäusefesten Schulter gebildet ist. Wenn die Rohrdüse axial verstellt wird, ändert sich die Breite des Ringspalts und damit die Geschwindigkeit des gasförmigen Kältemittels.

Günstig ist hierbei eine die Rohrdüse von der Schulter wegdrückende Feder und eine die Gehäusewand schräg durchsetzende Einstellschraube, an der sich die Rohrdüse mittels einer Anschlagfläche abstützt. ¥enn die Einstellschraube von außen verstellt wird, folgt die Rohrdüse unter dem Einfluß der Feder dieser Verstellung.

Bei einer anderen Ausführungsform ist dafür gesorgt, daß die Mischkammer ringförmig ausgebildet und die Vorkammer zentrisch angeordnet ist und daß der Ringspalt zwischen der Stirnfläche eines vom Gas durchströmten, axial verstellbaren Stellgliedes und einer an einer gehäusefest angeordneten Mehrlochdüse inmitten des Lochkranzes befindlichen Umlenkfläche gebildet ist. Durch Verstellen des Stellgliedes wird der Ringspalt geändert. Die Vorrichtung ist mit einem zentrisch angeordneten Gaszufuhrstutzen versehen, was den Einbau häufig erleichtert und eine sehr gleichmäßige Verteilung des Gases erlaubt. Dies ist vor allem dort von Bedeutung, wo die Mischvorrichtung mit einem Flüssigkeitsverteiler kombiniert ist.

Insbesondere kann das Stellglied eine hohle Stellschraube sein. Nach Abtrennen der Gaszuleitung läßt sich diese Stellschraube bequem verstellen.

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Günstig ist es ferner, wenn von der ringförmigen Mischkammer auf einer Kegelfläche liegende Verteilerkanäle abgehen und der Ringspalt etwa auf derselben Kegelfläche liegt. Bei dieser Kombination zwischen einer Mischvorrichtung und einem Flüssigkeitsverteiler ist das aus dem Ringspalt austretende Gas genau in die Verteilerkanäle hineingerichtet.

Eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades ergibt sich dadurch, daß die Mehrlochdüse auf der Zutrittsseite inmitten des Lochkranzes einen Leitkegel aufweist. Dieser Leitkegel führt die zutretende Flüssigkeit strömungsgünstig in die einzelnen Löcher der Mehrlochdüse.

Des weiteren kann der zentrische Gasanschlußstutzen in das Gehäuse eingeschraubt und durch einen Schraubstutzen ersetzbar sein. Ein Flüssigkeitsverteiler kann demnach wahlweise bei Verwendung eines Schraubstopfens lediglich als Verteiler und bei Verwendung des zentrischen Gasanschlußstutzens auch als Mischvorrichtung benutzt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Schaltbild einer Zwangsdurchlauf-Kälteanlage, bei der die erfindungsgemäße Mischvorrichtung verwendet werden kann,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform einer Mischvorrichtung,

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen mit der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung kombinierten Flüssigkeitsverteiler,

Fig. 4 die Ausführungsform der Fig. 3 mit durch einen Schraubstopfen ersetzten Gasanschlußstutzen und

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Fig. 5 eine abgewandelete Ausführungsform der Mehrlochdüse der Fig. 3*

Ein motorgetriebener Verdichter 1 ist über eine Druckleitung 2 mit einem Kondensate· 3 verbunden. Dieser steht über ein thermostatisches Expansionsventil 4, eine Mischvorrichtung 5 und einen Flüssigkeitsverteiler 6 mit einem mehrere Parallelabschnitte aufweisenden Verdampfer 7 in Verbindung. Diese Abschnitte sind über einen Sammler 8 verbunden, von dem eine Saugleitung 9 zurück zum Verdichter 1 führt. Das thermostatische Expansionsventil wird von einem die Überhitzungstemperatur an der Saugleitung messenden Fühler 10 gesteuert. In einer die Druckleitung 2 unmittelbar mit der Mischvorrichtung 5 verbindenden Leitung 11 befindet sich ein druckabhängig gesteuertes Ventil 12, das um so stärker öffnet, je mehr der Druck in der Saugleitung 9 einen vorgegebenen Wert unterschreitet. Mit Hilfe des über die Leitung 11 zugeführten gasförmigen Kältemittels wird demnach der Druck in der Saugleitung 9 und eine bestimmte Mindestgeschwindigkeit in den Abschnitten des Verdampfers 7 aufrechterhalten.

Die Mischvorrichtung 5 in Fig. 2 besitzt ein Gehäuse 13 mit einem Anschlußstutzen 14 für das flüssige Kältemittel, einem Anschlußstutzen 15 für das gasförmige Kältemittel und einen Anschlußstutzen 16 zur Verbindung mit dem Verteiler 6 bzw. dem Verdampfer 7. Eine Rohrdüse 17 mit einer Düsenöffnung 18 ist axial verschiebbar im Gehäuse 13 gehalten. Sie wird durch eine Feder 19 mit einer Anschlagsfläche 20 gegen eine Schraube 21 gedrückt. Diese Schraube ist durch die Seitenwand des Gehäuses 13 abgedichtet nach außen geführt und kann nach Abnehmen einer Schraubkappe 22 verstellt werden. Das vordere Ende der Rohrdüse 17 hat zur Bildung einer mit dem Anschlußstutzen 15 in Verbindung stehenden Vorkammer 23 einen abgesetzten Durchmesser. Von dieser Vorkammer geht eine Schrägschulter 24 nach innen. Diese bildet zusammen mit der vorderen Stirnfläche 25 des Düsenrohres 17 einen Ringspalt 26, der die Vorkammer 23 mit einer der Rohrdüse 17 nachgeschalteten Mischkammer 27 verbindet.

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Diese Mischkammer ist über eine Bohrung 28 mit dem Anschlußstutzen 16 verbunden.

Im Betrieb strömt das flüssige Kältemittel durch die Düsenbohrung 18 der Rohrdüse 17 als axialer Strahl durch die Mischkammer 27. Diesem Strahl wird, wenn das Ventil 12 geöffnet ist, gasförmiges Kältemittel über den Ringspalt 26 nach Art eines Kegels zugemischt. Die Geschwindigkeit der Gasströmung ist hierbei durch eine Verstellung des Ringspaltes 26 einstellbar. Diese Einstellung geschieht durch Verstellung der Schraube 21, der die Rohrdüse 17 unter dem Einfluß der Feder 19 automatisch folgt.

Bei der Ausführungsform der Figuren 3 und 4 ist eine mit einem Flüssigkeitsverteiler kombinierte Mischvorrichtung 29 veranschaulicht. Sie hat ein Gehäuse 30 mit einem Anschlußstutzen 31 für flüssiges Kältemittel, ein Gewinde 32 zum Einschrauben eines Anschlußstutzens 33 für gasförmiges Kältemittel und eine Anzahl von Verteilerkanälen 34 mit Anschlußstutzen 35 für das austretende Gemisch. In den Anschlußstutzen 31 ist eine plattenförmige Mehrlochdüse 36 mittels eines Sprengringes 37 festgehalten. Ihre Düsenlöcher 38 sind den Verteilerkanälen 34 gegenüber angeordnet. Zwischen den Düsenlöchern 38 und den Verteilerkanälen 34 befindet sich eine ringförmige Mischkammer 39. In den Anschlußstutzen 33 ist eine mit einem Axialkanal 40 versehene Stellschraube 41 eingeschraubt. Deren Stirnfläche 42 bildet zusammen mit einer Umlenkfläche 43 der Mehrlochdüse 36 einen Ringspalt 44, der die Verbindung von einer Vorkammer 45 zur Mischkammer 39 herstellt. Die Größe des Ringspaltes 44 kann durch Verschrauben der Stellschraube 41 eingestellt werden. Der Ringspalt 44 und die Verteilerkanäle liegen angenähert auf demselben Kegelmantel.

¥enn flüssiges Kältemittel durch den Stutzen 31 zugeleitet wird, verteilt es sich infolge der Düsenlöcher 38. in einzelne etwa auf die Verteilerkanäle 34 ausgerichtete Strahlen. Gasförmiges Kältemittel tritt durch die Bohrung 40 der Stellschraube 41,

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wird in der Vorkammer 45 umgelenkt und durch den Ringspalt 44 unter Ausrichtung auf die Verteilerkanäle 34 in die Mischkammer 39 geleitet. Hier erfolgt die Vermischung mit dem flüssigen Kältemittel. Das Gemisch strömt dann durch die Verteilerkanäle 34 ab.

In Fig. 4 ist gezeigt, daß der Eintrittsstutzen 33 mitsamt der Stellschraube 41 auch herausgeschraubt und durch einen Schraubstopfen 46 ersetzt werden kann. Das Gehäuse 30 läßt sich daher wahlweise für einen einfachen Flüssigkeitsverteiler und für einen mit einer Mischvorrichtung kombinierten Verteiler verwenden.

In Fig. 5 ist eine Abwandlung veranschaulicht, bei der die plattenförmige Mehrfachdüse 47 inmitten des Kranzes der Düsenlöcher 48 auf der Zutrittsseite einen Leitkegel 49 aufweist. Außerdem ist die Umlenkfläche 50 nicht konisch, sondern kugelig ausgebildet.

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Claims (8)

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   - 8 Patentansprüche

   ( 1 J Flüssigkeits-Gas-Mischvorrichtung für Kälteanlagen, bei der dem flüssigen Kältemittel in einer hinter einer Düse angeordneten Mischkammer gasförmiges Kältemittel aus einer zur Düse konzentrischen Vorkammer mit einer Bewegungskomponente in Richtung der Flüssigkeitsströmung zumischbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß Vorkammer (23, 45) und Mischkammer (27, 39) über einen einstellbaren Ringspalt (26, 44) miteinander verbunden sind.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Vorkammer ringförmig ausgebildet ist und eine Rohrdüse umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrdüse (17) axial verstellbar ist und daß der Ringspalt (26) zwischen der Rohrdüsen-Stirnfläche (25) und einer von der Vorkammer (23) nach innen gerichteten gehäusefesten Schulter (24) gebildet ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine die Rohrdüse (17) von der Schulter (24) wegdrückenden Feder (19) und durch eine die Gehäusewand schräg durchsetzende Einstellschraube (21), an der sich die Rohrdüse mittels einer Anschlagfläche (20) abstützt.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer (39) ringförmig ausgebildet und die Vorkammer (45) zentrisch angeordnet ist und daß der Ringspalt (44) zwischen der Stirnfläche (42) eines vom Gas durchströmten, axial verstellbaren Stellgliedes (41) und einer an einer gehäusefest angeordneten Mehrlochdüse (36, 47) inmitten des Lochkranzes befindlichen Umlenkfläche (43, 50) gebildet ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (41) eine hohle Stellschraube ist.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß von der ringförmigen Mischkammer (39) auf einer Kegelfläche liegende Verteilerkanäle (34) abgehen und der

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   - 9 Ringspalt (44) etwa auf derselben Kegelfläche liegt.
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrlochdüse (47) auf der Zutrittsseite inmitten des Lochkranzes einen Leitkegel (49) aufweist.
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrische Gasanschlußstutzen (33) in das Gehäuse (30) eingeschraubt und durch einen Schraubstopfen (46) ersetzbar ist.

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