DE60310876T2

DE60310876T2 - Getauchter verdampfer mit integriertem wärmeaustauscher

Info

Publication number: DE60310876T2
Application number: DE60310876T
Authority: DE
Inventors: Istvan Knoll
Original assignee: Johnson Controls Denmark ApS
Current assignee: Johnson Controls Denmark ApS
Priority date: 2002-01-17
Filing date: 2003-01-17
Publication date: 2008-02-21
Also published as: ES2282602T3; DE60310876T8; DE60310876D1; ES2635247T3; SI1479985T1; JP2005515390A; DK1479985T3; AU2003205545A1; US20050039486A1; EP1466133B1; PT1479985T; CN1636127A; JP4202928B2; WO2003060411A1; US7472563B2; DK1466133T3; ATE350638T1; CN1308643C; EP1479985A2; HUE036402T2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gehäuse mit einem überfluteten Verdampfer, der in einem Gehäuse enthalten ist und mindestens einen überfluteten Plattenwärmetauscher umfasst, wobei der überflutete Plattenwärmetauscher mindestens eine Einlassverbindung und mindestens eine Auslassverbindung für ein sekundäres Kühlmittel aufweist, wobei der Plattenwärmetauscher am Boden des Gehäuses angeordnet ist, wobei ein primäres Kühlmittel um den Plattenwärmetauscher fließen kann und ein sekundäres Kühlmittel durch den Plattenwärmetauscher fließen kann, und wobei der oberste Teil des Gehäuses als Flüssigkeitstrenner verwendet wird.
Die Verwendung eines überfluteten Verdampfers ist ein bekanntes Verfahren zur Wärmeübertragung zwischen zwei separaten Medien. Eines der allgemein bekannten Verfahren besteht darin, einen zylindrischen Plattenwärmetauscher in ein zylindrisches Gehäuse einzubauen. Über diesem Gehäuse wird ein Flüssigkeitstrenner mit typischerweise derselben Größe wie das Gehäuse, das den Plattenwärmetauscher umschließt, montiert. Diese Lösung hat unter anderem den Nachteil, dass relativ viel Raum in der Höhe belegt wird, gleichzeitig damit, dass auf Grund der Höhe der Einheit ein großer statischer Druck vorliegt, der die Verdampfung unterdrückt, insbesondere bei niedrigeren Temperaturen, was folglich den Wirkungsgrad verringert. Ferner tritt zwischen dem Verdampfer und dem separaten Flüssigkeitstrenner ein Druckverlust auf, was auch die Kapazität verringert.
EP 0 758 073 beschreibt eine Kühlvorrichtung in einem geschlossenen Kühlmittelkreislauf zum Kühlen eines kalten Übertragungsmediums, insbesondere eines Wasser/Salzlösung-Gemisches, wobei im Kühlkreislauf ein Kompressor gasförmiges Kühlmittel von einer Dampftrommel einsaugt, das Kühlmittel komprimiert und es mit hohem Druck zu einem Kondensator liefert, von dem nach Druckexpansion das flüssige Kühlmittel über den Flüssigkeitsraum der Dampftrommel zu einem Verdampfer geliefert wird, in dem infolge der Verdampfung des Kühlmittels Wärme vom kaltem Übertragungsmedium extrahiert wird, und von dem das gasförmige Kühlmittel wiederum zum Dampfraum der Dampftrommel geliefert wird, wobei die Wärmetauscheroberfläche des Verdampfers als Plattenwärmetauscher konstruiert ist, wobei Medien im Querstrom und Gegenstrom zueinander befördert werden, und im Flüssigkeitsraum der Dampftrommel angeordnet ist, wobei die Wärmetauscheroberfläche des Plattenwärmetauschers in die Dampftrommel eingetaucht ist, die als druckbeständiges Gehäuse ausgelegt ist, derart, dass das Zuführungsverbindungsstück und das Auslassverbindungsstück auf einer Seite angeordnet sind und die Ablenkungskammer für das kalte Übertragungsmedium, das horizontal durch den Plattenwärmetauscher strömt, auf der anderen Seite, außerhalb des Gehäuses der Dampftrommel angeordnet ist, und Fallleitungen für das Kühlmittel definiert, das durch natürliche Zirkulation infolge von Schwerkraft zirkuliert, die zwischen den zwei Seitenwänden des Plattenwärmetauschers und den Gehäusewänden der Dampftrommel, die dazu parallel sind, gebildet sind.
Bei dieser Lösung ist ein Teil des Wärmetauschers außerhalb der Dampftrommel angeordnet. Verschiedene Teile des Wärmetauschers werden verschiedenen Drücken ausgesetzt; der Teil außerhalb der Trommel wird dem Atmosphärendruck ausgesetzt, wobei der Teil innerhalb der Trommel dem Verdampfungsdruck innerhalb der Trommel ausgesetzt wird. In Abhängigkeit von den verwendeten Kühlmedien kann die Druckdifferenz sehr hoch sein. Der Wärmetauscher ist kastenförmig und diese Form belässt viel ungenutzten Raum um den Kasten, insbesondere unter dem Kasten und entlang der zwei Seiten. Dieser Raum nimmt ein großes Volumen von ungenutzten Kühlmedien auf. Die Festigkeit des kastenförmigen Wärmetauschers reicht nicht aus, wenn eine hohe Druckdifferenz auftritt. In einer Ausführungsform wird das passive Volumen durch Ausfüllvolumina verringert, die nahe dem Boden der Trommel angeordnet sind. Der statische Druck um den Wärmetauscher ist auf Grund der aufrechten Trommel relativ hoch und der statische Druck verringert die Verdampfung, da durch Verdampfung gebildete Dampfblasen verringerte Größen haben.
US 4 437 322 beschreibt eine Wärmetauscherbaugruppe für ein Kühlsystem. Die Baugruppe ist eine Konstruktion mit einzelnem Gefäß mit einem Verdampfer, einem Kondensator und einem Schnellunterkühler. Eine Platte innerhalb des Mantels trennt den Verdampfer vom Kondensator und vom Schnellunterkühler und eine Trennwand innerhalb des Gefäßes trennt den Kondensator vom Schnellunterkühler. Die Wärmetauscherbaugruppe umfasst einen zylindrischen Mantel mit mehreren Rohren, die parallel zur Längsachse des zylindrischen Mantels angeordnet sind.
Durch Anordnen der Rohre innerhalb des Mantels besteht keine Druckdifferenz über dem Wärmetauscher, sondern der Wärmetauscher besitzt eine verkleinerte Oberfläche, wie durch Längsrohre gebildet. Über dem Wärmetauscher besteht nur ein begrenzter Raum und eine kleine Menge an flüssigem Kühlmittel könnte aus dem Gefäß gesaugt werden.
Eine Wärmetauscherbaugruppe ist auch in US 4 073 340 offenbart. Ein Wärmetauscher des Typs mit geformter Platte mit einem Stapel von relativ dünnen voneinander beabstandeten Wärmeübertragungsplatten. Die Platten des Wärmetauschers sind so angeordnet, dass Sätze von mehreren Gegenstrom-Fluiddurchlässen für zwei separate Fluidmedien definiert sind, die miteinander abwechseln. Durchlässe von einem Satz stehen mit gegenüberliegenden Krummeröffnungen auf entgegengesetzten Seiten der Kernmatrix in Verbindung. Die Durchlässe des anderen Satzes verlaufen durch den Stapel an den Krümmern in einer Gegenstromanordnung vorbei und verbinden mit Einlass- und Auslassabschnitten eines umschließenden Gehäuses. Eine Baugruppe von zwei Platten, die entgegengesetzt angeordnet sind, stellt einteilige Krümmer für eines der Fluidmedien durch die Öffnungen und den zwischen den Platten definierten Fluiddurchlass her. Eine damit verbundene dritte Platte definiert ferner einen Durchlass für die zweiten Fluidmedien, um zwischen den Einlass- und Auslassabschnitten des Gehäuses zu strömen. Die verschiedenen Fluiddurchlässe können mit Strömungswiderstandselementen versehen sein, wie z. B. Stauplatten, um den Wirkungsgrad der Wärmeübertragung zwischen benachbarten Gegenstromfluiden zu verbessern. In jedem Satz von ausgerichteten Öffnungen sind Krägen, die abwechselnd groß und klein sind, in einer verschachtelten Anordnung ausgebildet, so dass die durch benachbarte Platten gebildeten Öffnungen die Innenräume zwischen den Platten überbrücken. Eine solche Konstruktion ermöglicht eine Kommunikation mit den ausgerichteten Öffnungen von abwechselnden Fluidkanälen, die zur Außenseite geschlossen sind, zwischen den Wärmetauscherplatten. Bei der Herstellung einer Kernmatrix werden die Teile gebildet und gereinigt und die Hartlötlegierung wird darauf entlang der zu verbindenden Oberflächen abgeschieden. Die Teile werden dann in der natürlichen Verschachtelungskonfiguration gestapelt, gefolgt von Hartlöten in einem Ofen mit gesteuerter Atmosphäre. Das Hartlöten wird auf Grund der Skalierungskonstruktion der beschriebenen Verschachtelungsanordnung leicht ausgeführt.
Dieser Wärmetauscher ist für einen Luft-Gas-Wärmeaustausch ausgelegt. Wenn die Platten innerhalb eines Verdampfers verwendet werden, führt die Form der Platten zu einem Gehäuse, das ein großes Volumen von ungenutztem Kühlmittel enthält.
Die in WO 97/45689 beschriebene Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, der einen Plattenstapel aufweist und erste und zweite Platten umfasst, die abwechselnd in Reihen angeordnet sind und zwischen denen erste und zweite Kanäle gebildet sind, wobei diese Kanäle über erste und zweite Verbindungsbereiche mit ersten und zweiten Verbindungsöffnungen verbunden sind. Die ersten Verbindungsöffnungen, die ersten Verbindungsbereiche und die ersten Kanäle sind von den zweiten vollständig separat. Die ersten und zweiten Platten weisen jeweils auf beiden Seiten mehrere im Wesentlichen gerade Hauptkanäle auf, die in jeder Platte parallel ausgerichtet sind. Die ersten Kanäle und die zweiten Kanäle bestehen aus ersten und zweiten Hauptkanälen und dritten und vierten Hauptkanälen, die miteinander einen ersten Winkel bilden und auf beiden Seiten einer ersten Verbindungsebene und einer zweiten Verbindungsebene in Form von halben Kanälen gebildet sind, die zur Verbindungsebene hin offen sind. Die vierten Hauptkanäle und die zweiten Hauptkanäle sind auf einer Seite einer ersten Platte und einer zweiten Platte gebildet und die ersten Hauptkanäle und die dritten Hauptkanäle sind auf der anderen gebildet. Die Platten sind Metallbleche, deren Hauptkanäle auf beiden Seiten die Form von Wulsten annehmen, die auf einer Seite des Metallblechs als Vertiefungen und auf der anderen als gratartige Vorsprünge erscheinen. Auf einer Seite des Metallblechs ist eine Kontaktoberfläche entlang des Umfangs vorgesehen und auf der anderen sind zwei Kontaktbereiche, die jeweils eine Durchlassöffnung umschließen, vorgesehen, so dass, indem die Metallbleche mit denselben Seiten oder Ebenen in jedem Fall miteinander verbunden werden, die Kontaktoberflächen und Kontaktbereiche immer abwechselnd aneinander anliegen und eng miteinander verbunden sind, insbesondere aneinander geschweißt oder gelötet sind, um die ersten und die zweiten Kanäle in einer leckdichten Weise zu trennen.
Diese Probleme wurden in einem anderen bekannten Typ zu lösen versucht, wobei in ein und demselben Gehäuse ein Plattenwärmetauscher und ein Flüssigkeitstrenner eingebaut sind. Dies ist z. B. in US 6 158 238 offenbart. Hier ist ein Wärmetauscher beschrieben, der mit einem zylindrischen Gehäuse mit einem Durchmesser aufgebaut ist, der merklich größer ist als der Durchmesser des eingebauten zylindrischen Plattenwärmetauschers, wodurch der Plattenwärmetauscher, der am Boden des Gehäuses angeordnet ist, von einem primären Kühlmittel überflutet sein kann, während immer noch Raum für eine Flüssigkeitstrennerfunktion besteht. Diese Lösung stellt einen relativ niedrigen statischen Druck be reit und Druckabfallprobleme zwischen dem Verdampfer und dem Flüssigkeitstrenner sind auch nicht vorhanden, wenn sie zusammengebaut sind. Diese Art von überflutetem Platten- und Gehäuse-Wärmetauscher hat jedoch den großen Nachteil, dass eine sehr große und in vielen Fällen unannehmbare Füllung des primären Kühlmittels erforderlich ist, wobei ein großer Teil der Füllung tatsächlich nur passiv und nutzlos zwischen dem Gehäuse und dem Plattenwärmetauscher vorgesehen ist. Der Wirkungsgrad des Systems im Vergleich zu den Raumanforderungen ist auch nicht optimal, da durch diese Konstruktion ein Gehäuse mit einem Durchmesser erforderlich ist, der häufig im Bereich von 1,5-2 mal dem Durchmesser des eingebauten Plattenwärmetauschers liegt.
Ein weiterer und sehr signifikanter Nachteil der obigen Systeme besteht darin, dass ein Mischen im primären Kühlmittel zwischen dem nach oben gerichteten Strom, der von der Verdampfung des primären Kühlmittels stammt, und dem Kühlmittel im flüssigen Zustand, das sich auf seinem Weg zum Boden des Gehäuses zurück befindet, stattfindet. Am Boden des Gehäuses kann hierdurch ein Mangel an Kühlmittel auftreten, wodurch der Wirkungsgrad beträchtlich verringert wird.
Es ist der Zweck der Erfindung, einen überfluteten Verdampfer mit integriertem Plattenwärmetauscher anzugeben, der mit einer merklich erhöhten Kapazität im Vergleich zu Wärmetauschern des Standes der Technik arbeiten kann, wobei der Wärmetauscher nicht mehr Platz erfordert als Verdampfer des Standes der Technik, und wobei ferner ein Bedarf für ein beträchtlich geringeres Füllvolumen des primären Kühlmittels als in Einheiten des Standes der Technik besteht.
Dies kann mit einem überfluteten Verdampfer mit integriertem Plattenwärmetauscher erreicht werden, wie in der Einleitung beschrieben, wobei der integrierte Plattenwärmetauscher einen äußeren Umriss aufweist, der im Wesentlichen dem unteren Umriss des Gehäuses und dem Flüssigkeitspegel des primären Kühlmittels folgt, wobei der Wärmetauscher den überfluteten Teil des Gehäuses fast vollständig füllt, und wobei ein Durchlass zwischen dem Wärmetauscher und dem Gehäuse ausgebildet ist, wobei das Kühlmittel frei in Richtung des Bodens des Gehäuses fließt, wobei am Boden des Plattenwärmetauschers ein freier Zugang zwischen den Platten ausgebildet ist, um eine Strömung des primären Kühlmittels zwischen den Platten zu erreichen, wobei das Kühlmittel zum Verdampfen gebracht wird.
Hierbei ist der Plattenwärmetauscher in den Flüssigkeitstrenner integriert und ist der integrierte Plattenwärmetauscher mit einem äußeren Umriss hergestellt, der im Wesentlichen dem unteren Umriss des Gehäuses und der Oberfläche des Flüssigkeitspegels des primären Kühlmittels folgt.
Mit einer solchen Konstruktion des Plattenwärmetauschers kann die Größe des gesamten Verdampfers so optimiert werden, dass wesentlich weniger Raum belegt wird als von Typen eines überfluteten Verdampfers des Standes der Technik mit derselben Kapazität. Der Hauptgrund dafür besteht darin, dass das Innenvolumen besser genutzt wird. Ein überfluteter Verdampfer dieses Typs hat ferner einen minimalen statischen Druck und einen minimalen Druckverlust zwischen dem Verdampfer und dem Flüssigkeitstrenner und natürlich eine wesentlich geringere Füllung als ein herkömmlicher Verdampfer mit derselben Kapazität. Der integrierte Plattenwärmetauscher ist mit einer Form hergestellt, die dem inneren Umriss des Gehäuses folgt. Typischerweise sprechen wir von einem herkömmlich geformten zylindrischen Gehäuse mit geschweißten oder verschraubten Enden, wobei innen ein Plattenwärmetauscher eingesetzt ist, der eine teilweise zylindrische Form, z. B. eine halbzylindrische Form und einen Außendurchmesser, der 5-15 mm geringer ist als der Innendurchmesser des Gehäuses, aufweist. Mit dieser Konstruktion wird ein überfluteter Verdampfer mit einer merklich verringerten Füllung von primärem Kühlmittel erreicht. Um einen maximalen Effekt des überfluteten Verdampfers zu erreichen, soll er, wie angegeben, überflutet werden, und mit einem überfluteten Verdampfer gemäß der Erfindung ist nur ein begrenztes Volumen erforderlich, da nur ein minimales verschwendetes Volumen vorhanden ist, d. h. keine großen passiven Bereiche zwischen den Seiten des Wärmetauschers und dem Gehäuse sollen mit dem primären Kühlmittel gefüllt werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist ein überfluteter Verdampfer mit integriertem Plattenwärmetauscher so konstruiert, dass die Längsseiten des Plattenwärmetauschers für die Einströmung oder Ausströmung des primären Kühlmittels zwischen den Platten des Plattenwärmetauschers geschlossen sind und dass am Boden des Plattenwärmetauschers mindestens eine Öffnung vorgesehen ist, durch die das primäre Kühlmittel zwischen die Platten des Plattenwärmetauschers einströmt. Mit diesen geschlossenen Seiten wird der Vorteil erreicht, dass Flüssigkeit, die mit dem verdampften Kühlmittel getragen wird, zum Boden des Plattenwärmetauschers zurück befördert werden kann, ohne dass ein Vermischen von verdampfendem Kühlmittel und unverdampfter Kühlmittelflüssigkeit auf ihrem Weg wieder zurück zum Boden des Verdampfers auftritt.
In einer bevorzugten Variante der Erfindung sind longitudinale Führungsplatten, die sich von einem Bereich in der Nähe der oberen Seite des Plattenwärmetauschers und nach unten zum Boden des Gehäuses erstrecken, in longitudinalen Spalten vorgesehen, die zwischen dem Plattenwärmetauscher und dem Gehäuse vorhanden sind, wobei die Erstreckung der Führungsplatten nach unten eine Größe aufweist, so dass ein longitudinaler Bereich am Boden des Plattenwärmetauschers von Führungsplatten frei gehalten ist, wobei das primäre Kühlmittel zwischen die Platten des Plattenwärmetauschers einströmen kann. Durch diese Konstruktion wird auch erreicht, dass die nach unten strömende Flüssigkeit nicht mit nach oben strömender Flüssigkeit vermischt wird, wodurch der Wirkungsgrad des überfluteten Verdampfers mit dem integrierten Wärmetauscher signifikant erhöht wird.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besitzt ein überfluteter Verdampfer einen Plattenwärmetauscher, der aus Platten aufgebaut ist, die mit einem Muster von Führungsnuten geprägt sind, die in Richtung des inneren Umfangs des Gehäuses an der oberen Kante der Platten mit einem Winkel zwischen 0° und 90° in Bezug auf die Horizontale und vorzugsweise mit einem Winkel zwischen 20° und 80° zeigen. Mit diesen Führungsnuten wird eine schnellere und optimalere Rückführung von unverdampftem Kühlmittel erreicht, wenn das Kühlmittel in Richtung des inneren Umfangs des Gehäuses geleitet wird und dann nach unten entlang der Seiten des Gehäuses und zum Boden des Plattenwärmetauschers zurück strömt. In dieser Weise wird die Flüssigkeitstrennwirkung verbessert, da hierdurch sichergestellt wird, dass mögliche Flüssigkeit, die mitgeführt wird, im Flüssigkeitstrenner/Gehäuse bleibt.
Ein überfluteter Verdampfer mit integriertem Wärmetauscher kann ferner einen Kondensator umfassen, der als Plattenwärmetauscher ausgelegt ist, der im "trockenen" Teil des Gehäuses montiert ist, und der vom Verdampferabschnitt durch eine Platte getrennt ist. Hierdurch wird die Möglichkeit der Durchführung der Kondensation des verdampften Kühlmittels oder eines Teils davon erreicht.
Ferner kann ein überfluteter Verdampfer mit integriertem Plattenwärmetauscher einen Entnebler (Tropfenfänger) umfassen, wobei der Entnebler im Gehäuse in unmittelbarer Nähe der Auslassverbindung für verdampftes Kühlmittel montiert ist. Durch einen solchen Entnebler ist es möglich, ungewollte Tropfen von unverdampftem Kühlmittel zu entfernen, bevor der Dampf den Verdampfer verlässt, und gleichzeitig ist es möglich, die Größe des Gehäuses zu minimieren und immer noch dieselbe Kapazität zu haben.
Ein überfluteter Verdampfer gemäß der Erfindung kann so ausgelegt sein, dass sekundäres Kühlmittel zum und vom Plattenwärmetauscher über eine Einlassverbindung bzw. eine Auslassverbindung an der oberen Kante der Platten strömen kann. Alternativ kann das sekundäre Kühlmittel zum und vom Plattenwärmetauscher über eine Verbindung an der Unterseite der Platten bzw. eine Verbindung an der oberen Kante der Platten strömen. Eine weitere Alternative besteht darin, dass sekundäres Kühlmittel zum und vom Plattenwärmetauscher über eine Verbindung an der Unterseite der Platten bzw. zwei Verbindungen an der oberen Kante der Platten strömen kann. Mit diesen Verbindungsmöglichkeiten kann ein solcher überfluteter Verdampfer an viele verschiedene Betriebsbedingungen angepasst werden, wobei die verschiedenen Verbindungsanordnungen aus verschiedenen Gründen mit Vorteilen verbunden sein können. Die Richtung der Strömung kann in Abhängigkeit von den tatsächlichen Betriebsbedingungen frei gewählt werden.
Schließlich kann ein überfluteter Verdampfer gemäß der Erfindung einen Saugkrümmer umfassen, der im "trockenen" Teil des Gehäuses angeordnet ist und sich in der Längsrichtung des Verdampfers mit einer Länge erstreckt, die im Wesentlichen der Länge des Plattenwärmetauschers entspricht. Dieser Krümmer hat den Effekt, dass auf Grund eines gleichmäßigen Sogs der Gase die Flüssigkeitstrennwirkung verbessert wird und die Größe des Gehäuses auf einem minimalen Niveau gehalten und möglicherweise verringert werden kann.
Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben, die ohne Begrenzung eine bevorzugte Ausführungsform eines überfluteten Verdampfers gemäß der Erfindung zeigt, wobei:
1 den Typ eines überfluteten Verdampfers des Standes der Technik mit überflutetem Plattenwärmetauscher zeigt,
2 einen Querschnitt eines überfluteten Verdampfers mit integriertem Plattenwärmetauscher gemäß der Erfindung vom Ende gesehen zeigt,
3 einen überfluteten Verdampfer von der Seite gesehen zeigt,
4 die Position von Führungsplatten zeigt,
5 die mögliche Konstruktion von Führungsnuten in den Platten des Wärmetauschers zeigt,
6 einen überfluteten Verdampfer mit integriertem Kondensator und Entnebler zeigt,
7 verschiedene Verbindungsmöglichkeiten für das sekundäre Kühlmittel zeigt, und
8 einen Querschnitt durch einen Teil des Wärmetauschers zeigt.
In 1 ist ein überfluteter Verdampfer 2 des Standes der Technik mit überflutetem Plattenwärmetauscher 4 gezeigt. Das Gehäuse 6 besitzt einen Durchmesser, der typischerweise 1,5 bis 2 mal größer ist als der Durchmesser des zylindrischen Plattenwärmetauschers 4, der erforderlich ist, da der zylindrische Plattenwärmetauscher 4 mit der primären Kühlmittelflüssigkeit 10 bedeckt werden soll, während gleichzeitig ausreichend Platz für die Flüssigkeitstrennerfunktion bleiben soll. Als natürliche Konsequenz der Durchmesserdifferenz zwischen dem Plattenwärmetauscher 4 und dem umgebenden Gehäuse 6 ist ein relativ großes Volumen auf den Seiten 8 des Wärmetauschers vorgesehen, das mit primärem Kühlmittel 10 gefüllt ist. Dieses große Volumen ist jedoch auch erforderlich, um sicherzustellen, dass nicht zu viel Mischen zwischen dem Kühlmittel 10, das sich auf seinem Weg nach unten zum Verdampferboden 12 befindet, und dem Kühlmittel 10, das zwischen den Platten des Plattenwärmetauschers zum Verdampfen gebracht wird, stattfindet.
2 zeigt einen überfluteten Verdampfer 14 mit integriertem Plattenwärmetauscher 4 gemäß der Erfindung, wobei deutlich zu sehen ist, dass der Wärmetauscher 4 fast vollständig den überfluteten Teil des Gehäuses 6 füllt und nicht eine so große Füllung mit primärem Kühlmittel 10 wie beim Stand der Technik erfordert. Der hier gezeigte Querschnitt stellt dar, dass der Wärmetauscher 4 einen halbzylindrischen Querschnitt aufweist, kann jedoch natürlich mit einer beliebigen denkbaren Art von teilweise zylindrischem Querschnitt oder mit einer anderen Form unter optimaler Verwendung der tatsächlichen Form des Gehäuses 6 hergestellt werden. Typischerweise kann der Plattenwärmetauscher 4 mit einem abgeschnittenen oder flachen Boden 16 versehen sein, wie in 4 dargestellt.
In 3 ist dieselbe Einheit wie in 2 zu sehen, jedoch hier in einem Längsschnitt der Einheit 14, d. h. in einer Seitenansicht. In dieser Fig. ist ein Saugkrümmer 18 zu sehen, der innerhalb des Gehäuses 6 im trockenen Teil 20 angeordnet ist, der durch den Flüssigkeitstrenner gebildet ist. Dieser Krümmer 18 sorgt für eine optimierte Verwendung des verdampften Kühlmittels 10 und dadurch einen erhöhten Wirkungsgrad. Am Ende des Gehäuses 6 ist die Einleitung der Anschlussverbindungen 24 zu sehen, wo das sekundäre Kühlmittel 26 in den bzw. aus dem integrierten Plattenwärmetauscher 4 geleitet wird. Die Strömungsrichtung kann in Abhängigkeit von verschiedenen Bedingungen frei gewählt werden.
Der integrierte Plattenwärmetauscher 4 kann, wie vorher erwähnt, mit Führungsplatten 28 zwischen den Seiten des Wärmetausches 4 und des Gehäuses 6 ausgestattet sein. Ein Beispiel der Anordnung von Führungsplatten 28 erscheint in 4. Überdies ist zu sehen, dass das Gehäuse 6 mit einer oder mehreren horizontalen Streben 30 verstärkt sein kann, die zwischen den Endplatten 22 befestigt sind. Eine alternative Lösung für das Sicherstellen, dass das Kühlmittel 10, das sich auf seinem Weg zum Boden 12 des Gehäuses 6 zurück befindet, nicht mit dem verdampften Kühlmittel 10 vermischt und durch dieses weitergetragen wird, ist das Schweißen der einzelnen Platten 34 entlang der Seiten 8 des Plattenwärmetauschers, alternativ können die einzelnen Platten so konstruiert sein, dass sie im montierten Zustand nahe aneinander liegen, wodurch derselbe Effekt erreicht wird. Mit dieser Lösung wird ein Durchlass 32 zwischen dem Wärmetauscher 4 und dem Gehäuse 6 sichergestellt, in dem Kühlmittel 10 frei in Richtung des Bodens 12 des Gehäuses 6 strömen kann. Am Boden 12 des Plattenwärmetausches befindet sich natürlich ein freier Zugang zwischen den Platten 34, so dass das primäre Kühlmittel 10 zwischen die Platten 34 einströmen und zur Verdampfung gebracht werden kann.
Die einzelnen Platten 34, aus denen der Plattenwärmetauscher 4 besteht, werden normalerweise mit einem Muster geprägt, das Führungsnuten 36 genannt wird, siehe 5, und den Zweck des Sicherstellens einer optimaleren Wärmeübertragung sowie des Beitragens dazu, dass jeweilige Kühlmittel 10 optimal durch den Wärmetauscher 4 geleitet werden, hat. An der oberen Kante 44 der Wärmetauscherplatten 34 sind diese Nuten 36 typischerweise gegen das Gehäuse 6 mit einem Winkel zwischen 0° und 90° gerichtet, und in 5 ist der Winkel etwa 60° in Bezug auf die Horizontale. Es ist ersichtlich, dass dieser Winkel in Abhängigkeit von der Konstruktion des Rests des Systems variieren kann. Es ist auch klar, dass die Richtung der Mündung dieser Führungsnuten 36 nicht notwendigerweise irgendeine Verbindung mit der Weise hat, in der die Nuten 36 im restlichen Bereich der Platten 34 konstruiert sind. Wie vorher erwähnt, wird diese Konstruktion aus Wärmeübertragungsaspekten bestimmt.
In 6 ist eine Variante eines überfluteten Verdampfers 14 mit integriertem Plattenwärmetauscher 4 zu sehen. In dieser Variante ist ferner ein Kondensator 38 montiert, der im Prinzip als Plattenwärmetauscher 4 konstruiert ist, der am Boden 12 des Gehäuses 6 überflutet ist, jedoch im "trockenen" Teil 20 des Gehäuses 6 montiert ist, und vom Verdampferabschnitt durch eine Platte getrennt ist. Diese Platte kann alternativ durch geschweißte Plattenkassetten im Kondensator gebildet sein. Der in 6 gezeigte Verdampfer 14 ist ferner mit einem Entnebler 40 ausgestattet, der im Gehäuse 6 unter dem Auslass 42 für verdampftes Kühlmittel 10 montiert ist.
In 7 sind drei verschiedene Möglichkeiten für die Rohrleitung zur Verbindung 24 für das sekundäre Kühlmittel 26 zu sehen. 7.1 zeigt einen Einlass 24.1 auf der rechten Seite und einen Auslass 24.2 auf der linken Seite des Plattenwärmetauschers 4 und 7.2 zeigt einen Einlass 24.1 am Boden 12 des Plattenwärmetauschers 4 und einen Auslass 24.2 in der Oberseite 44 in der Mitte. Schließlich zeigt 7.3 einen Einlass 24.1 am Boden 12, wie in 7.2 gezeigt, jedoch sind hier zwei Auslassverbindungen 24.2 an den Ecken der oberen Kante 44 des Wärmetausches 4 vorhanden. Die gezeigten Verbindungsmöglichkeiten sind nur Beispiele und sollen in keiner Weise als Begrenzung für die Wahl der Verbindungsanordnung betrachtet werden. Das sekundäre Kühlmittel kann einphasig sein, kann jedoch z. B. auch ein kondensierendes Gas sein.
In 8 ist ein Schnitt durch einen Teil eines überfluteten Verdampfers gezeigt, der von einem Gehäuse 6 umgeben ist. Innerhalb des Verdampfers sind Wärmetauscherplatten 34 gezeigt, zwischen denen Volumina, die das primäre Kühlmittel 10 enthalten, und Volumina, die das sekundäre Kühlmittel 26 enthalten, gezeigt sind. Zwischen dem Gehäuse und den Wärmetauscherplatten 34 sind Kanäle 32 gebildet, in denen primäres Kühlmittel fließt.
Eine Wärmeübertragung vom sekundären Kühlmittel 26 auf das primäre Kühlmittel 10 geschieht, wobei das primäre Kühlmittel 10 auf eine Temperatur über dem Siedepunkt des Mediums erhitzt wird. Daher tritt ein Sieden mit Entwicklung von Dampfblasen im primären Kühlmittel 10 auf. Diese Dampfblasen streben in den zwischen den Platten 34 des Wärmetauschers gebildeten Kanälen nach oben. Gleichzeitig führen die ansteigenden Blasen zu einem Aufwärtsflüssigkeitsstrom, was den Wirkungsgrad des Verdampfers erhöht. Gleichzeitig führt der Aufwärtsstrom zu einem Abwärtsstrom in den Kanälen 32, wo das primäre Kühlmittel 10 hauptsächlich in flüssiger Form nach unten strömt. Dadurch wird eine effiziente Strömung um und durch die Kanäle des Verdampfers sichergestellt.

Claims

Gehäuse (6), das einen überfluteten Verdampfer (14) enthält, wobei der überflutete Verdampfer wenigstens einen integrierten Plattenwärmetauscher (4) umfasst, wobei der integrierte Plattenwärmetauscher (4) wenigstens eine Einlassverbindung (24.1) und wenigstens eine Auslassverbindung (24.2) für ein sekundäres Kühlmittel (26) besitzt, wobei der Plattenwärmetauscher (4) am Boden des Gehäuses (12) angeordnet ist, wobei ein primäres Kühlmittel (10) um den Plattenwärmetauscher (4) strömt und ein sekundäres Kühlmittel (26) durch den Plattenwärmetauscher (4) strömt und wobei der oberste Teil des Gehäuses (6) als ein Flüssigkeitstrenner verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der integrierte Plattenwärmetauscher (4) einen äußeren Umriss hat, der im Wesentlichen dem unteren Umriss des Gehäuses (6) und dem Flüssigkeitspegel des primären Kühlmittels folgt, wobei der Wärmetauscher (4) den überfluteten Teil des Gehäuses (6) nahezu vollständig ausfüllt, wobei zwischen dem Wärmetauscher (4) und dem Gehäuse (6) ein Durchlass (32) ausgebildet ist, wobei das Kühlmittel (10) frei zum Boden (12) des Gehäuses (6) strömt, wobei am Boden (12) des Plattenwärmetauschers (4) ein freier Durchgang zwischen den Platten (34) ausgebildet ist, um eine Strömung des primären Kühlmittels (10) in den Raum zwischen den Platten (34) zu erzielen, wobei das Kühlmittel zum Verdampfen gebracht wird.
Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsseiten des Plattenwärmetauschers (8) für ein Einströmen oder Ausströmen des primären Kühlmittels (10) zwischen den Platten (34) des Plattenwärmetauschers (4) geschlossen sind und dass im Boden (12) des Plattenwärmetauschers (4) wenigstens eine Öffnung vorgesehen ist, durch die das primäre Kühlmittel (10) in den Raum zwischen den Platten (34) des Plattenwärmetauschers strömt.
Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass longitudinale Führungsplatten (28), die sich von einem Bereich in der Nähe der Oberseite (44) des Plattenwärmetauschers (4) und nach unten zum Boden (12) des Gehäuses (6) erstrecken, in longitudinalen Spalten (32) vorgesehen sind, die zwischen dem Plattenwärmetauscher (4) und dem Gehäuse (6) vorhanden sind, wobei die Erstreckung der Führungsplatten (28) nach unten eine Größe hat, derart, dass ein longitudinaler Bereich auf dem Boden (12) des Plattenwärmetauschers frei von den Führungsplatten (28) gehalten wird, wobei das primäre Kühlmittel (10) in den Raum zwischen den Platten des Plattenwärmetauschers (34) strömt.
Gehäuse nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (34) des Plattenwärmetauschers mit einem Muster aus Führungsnuten (36) geprägt sind, die zum inneren Umfang des Gehäuses (6) an der Oberkante (44) der Platten unter einem Winkel im Bereich von 0° bis 90° in Bezug auf die Horizontale und vorzugsweise unter einem Winkel zwischen 20° und 80° zeigen.
Gehäuse nach einem der Ansprüche 1-4, gekennzeichnet durch einen Kondensator (38), der als ein zweiter Plattenwärmetauscher geformt ist, im "trockenen" Teil (20) des Gehäuses (6) angebracht ist und von dem Verdampferabschnitt durch eine Platte (46) getrennt ist.
Gehäuse nach einem der Ansprüche 1-5, gekennzeichnet durch einen Entnebler (40), der im Gehäuse (6) in unmittelbarer Umgebung der Auslassverbindung (42) für das verdampfte Kühlmittel (10) angebracht ist.
Gehäuse nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass es so ausgebildet ist, dass das sekundäre Kühlmittel (26) zu und von dem Plattenwärmetauscher (4) über eine Einlassverbindung (24.1) bzw. eine Auslassverbindung (24.3) an der Oberkante (44) der Platten strömt.
Gehäuse nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass es so beschaffen ist, dass das sekundäre Kühlmittel (26) zu und von dem Plattenwärmetauscher (4) über eine Verbindung (24) im Boden (12) der Platten (34) bzw. über eine Verbindung (24) an der Oberkante (44) der Platten strömt.
Gehäuse nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass es so beschaffen ist, dass das sekundäre Kühlmittel (26) zu und von dem Plattenwärmetauscher (4) über eine Verbindung (24) im Boden (12) der Platten (34) bzw. über zwei Verbindungen (24) an der Oberkante (44) der Platten strömt.
Gehäuse nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (6) einen Saugkrümmer (18) umfasst, der im "trockenen" Teil (20) des Gehäuses (6) angeordnet ist, und sich in Längsrichtung des Verdampfers (14) über eine Länge erstreckt, die im Wesentlichen der Länge des Plattenwärmetauschers (4) entspricht.