EP0152941A2 - Rohrmantelverdampfer für Kältemittel, insbesondere in Vorrichtungen zur Eisherstellung - Google Patents

Rohrmantelverdampfer für Kältemittel, insbesondere in Vorrichtungen zur Eisherstellung Download PDF

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EP0152941A2
EP0152941A2 EP85101769A EP85101769A EP0152941A2 EP 0152941 A2 EP0152941 A2 EP 0152941A2 EP 85101769 A EP85101769 A EP 85101769A EP 85101769 A EP85101769 A EP 85101769A EP 0152941 A2 EP0152941 A2 EP 0152941A2
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jacket
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double
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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
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F25B39/02—Evaporators

Definitions

  • the invention relates to a tubular jacket compressor for refrigerants, in particular in devices for ice manufacture, consisting of a double-walled tubular jacket with an inlet for the liquid refrigerant and an outlet preferably arranged in the upper evaporator part for the vaporous refrigerant.
  • a tubular jacket compressor for refrigerants is understood to be an evaporator for refrigerating machines which is formed from the cavity, closed at both ends, between the two walls of a preferably circular cylindrical double-walled tubular jacket.
  • the double-walled tubular jacket can be arranged with an upright (perpendicular), inclined or lying (horizontal) longitudinal axis and in connection with any type of chillers designed to cool any Medium are used, which is located in the cavity enclosed by the tubular jacket and / or around the tubular jacket.
  • the inlet of the liquid refrigerant is provided in the lower part of the double-walled tubular jacket.
  • the liquid refrigerant fills the lower part of the tubular jacket and has a relatively small evaporation surface, since this is limited only to the narrow cross section of the jacket cavity.
  • the known tubular jacket evaporators have an unsatisfactory performance.
  • the temperature in these evaporators is distributed unevenly over their height, since the evaporation takes place mainly in the lower jacket part and the cooling is consequently concentrated only in this jacket part.
  • the inlet according to the inlet of the liquid refrigerant is not arranged in the lower but in the upper part of the double-walled tubular jacket, regardless of whether the tubular jacket evaporator is upright, i.e. a vertical one or has an inclined longitudinal axis or lying, ie is arranged with a horizontal longitudinal axis.
  • the liquid refrigerant entering through the upper inlet flows down with simultaneous evaporation on the inner walls of the tubular jacket evaporator.
  • the throughput of the refrigerant is regulated in such a way that the refrigerant flowing down the inlet wets the inner walls of the tubular jacket evaporator to the greatest possible extent of the evaporator height, preferably to the entire evaporator height.
  • the walls of the tubular casing evaporator on its entire or almost entire height and area by the correspondingly large evaporation of the liquid refrigerant is achieved a very g facilitated excessive cooling of the evaporator tube jacket by wetting.
  • 1 is a tubular jacket evaporator which is switched on in the refrigerant circuit of a compressor refrigerator.
  • the refrigerant circuit has, in a manner known per se, a compressor P which sucks the refrigerant vapor out of the tubular jacket evaporator 1 and compresses it to a higher pressure.
  • the refrigerant is liquefied in a downstream condenser C (condenser) and re-introduced into the tubular jacket evaporator 1 via an expansion valve VE.
  • the cavity 2 between the two pipe sections 3, 4 arranged one inside the other is sealed off at the end at both pipe ends with the aid of end caps 6, 7.
  • the two end covers 6, 7 are connected to one another on the outside of the double-walled tubular casing 3, 4 by axially parallel tie rods 8 and screws 9 and braced with the sections 3 and 4 of the pipe.
  • the tubular casing compressor 1 is standing, i.e. arranged with vertical longitudinal axis.
  • the lower end cover 6 is disc-shaped and extends over the entire cross section of the double-walled tubular jacket 3, 4. As a result, this cover 6 forms the bottom part of a cavity 10 enclosed by the tubular jacket 3, 4.
  • the upper end cover 7, on the other hand, is ring-shaped and leaves the upper opening 107 of the double-walled tubular jacket 3, 4 free.
  • the compressor 1 forms the double-walled jacket of an approximately pot-shaped container.
  • the two pipe sections 3 and 4 consist of metal, preferably at least partially of copper or copper alloys.
  • the inlet 11 of the liquid refrigerant in the Cavity 2 of the double-walled tubular jacket 3, 4 is provided in the outer tube section 3 in the upper region of the tubular jacket: compressor 1.
  • the outlet 12 of the vaporous refrigerant is also arranged in the upper part of the tubular jacket evaporator 1, in particular on the diametrically opposite side to the inlet 11 of the liquid refrigerant.
  • the liquid refrigerant entering the cavity 2 of the tubular jacket evaporator 1 flows downwards onto the inner evaporator walls, with simultaneous evaporation and corresponding heat absorption.
  • the evaporated cold medium is sucked off through the outlet 12.
  • the throughput of the refrigerant through the tubular jacket evaporator 1 is adjusted such that the inner evaporator walls are wetted by the liquid refrigerant as far as possible over their entire height.
  • a flat refrigerant sump can form on the bottom of the evaporator cavity 2, but this is not absolutely necessary and can also be absent.
  • the tubular jacket evaporator 1 described can also be arranged with an oblique or horizontal longitudinal axis, ie lying down. In this case, however, it must also be ensured that the inlet of the liquid refrigerant is in the upper part of the evaporator 1, ie in the region of its upper apex.
  • the tubular jacket evaporator according to the invention can be used in any refrigeration machine for any purpose.
  • the tubular jacket evaporator 1 according to the invention can be used with particular advantage in devices for producing ice.
  • the liquid refrigerant entering the upper part of the evaporator and the subsequent flowing down of the liquid refrigerant on the inner walls of the evaporator cavity 2 result in complete, uniform wetting of the evaporator walls and, as a result, both particularly high efficiency achieved a high uniformity of temperature on the entire evaporator surface when absorbing heat.
  • Such an arrangement is e.g. 3, in which the cavity 10 of the pot-shaped container enclosed by the tubular jacket evaporator is used as a freezing space for ice cream production.
  • the tubular jacket evaporator 1 is arranged in a housing S, to which it is attached by means of screws 13.
  • the removal of the ice cream is made possible by a fast-acting defrosting device.
  • the Rohrmantelver steamer 1 is thereby increased in the shortest possible time so that the one can detach itself from the walls of the cavity 10 of the pot-shaped tubular jacket evaporator 1 or from the walls of a freezer container arranged in this cavity 10.
  • the tubular jacket evaporator according to the invention can, however, advantageously also be used for other purposes, e.g. can be used as a continuous cooler in air conditioning systems.
  • the double-walled tubular body of the evaporator is open at both ends and the air to be cooled is passed through or around this tubular body.
  • the structural design of the tube jacket evaporator 1 shown is particularly expedient, but it is by no means the only possible embodiment.
  • the tube jacket evaporator can also have a welded version in which the two coaxial pipe sections 3 and 4 are welded directly to one another at their ends or to the relevant end caps.

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Abstract

® Die Erfindung betrifft einen Rohrmantelverdampfer (1) für Kältemittel, insbesondere zur Eisherstellung. Dieser Verdampfer besteht aus einem doppelwandigen Rohrmantel (3, 4) mit einem im oberen Teil angeordneten Einlauf (11) für das flüssige Kältemittel und einem vorzugsweise ebenfalls im oberen Teil auf der diametral entgegengesetzten Seite gegenüber dem Einlauf (11) vorgesehenen Auslauf (12) für das dampfförmige Kältemittel. Der Durchsatz des Kältemittels ist so geregelt, dass das vom Einlauf (11) unter gleichzeitiger Verdampfung herabfliessende Kältemittel die innenwandungen des Rohrmantelverdampfers (1) auf einem möglichst grossen Anteil seiner Höhe benetzt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Rohrmantelverdichter für Kältemittel, insbesondere in Vorrichtungen zur Eisher= stellung, bestehend aus einem doppelwandigen Rohrmantel mit einem Einlauf für das flüssige Kältemittel und einem vorzugsweise im oberen Verdampferteil angeordneten Auslauf für das dampfförmige Kältemittel.
  • Als Rohrmantelverdichter für Kältemittel wird ein Verdampfer für Kältemaschinen verstanden, der aus dem beiderends geschlossenen Hohlraum zwischen den beiden Wänden eines vorzugsweise kreiszylindrischen doppel= wandigen Rohrmantels gebildet wird. Der doppelwandige Rohrmantel kann dabei mit aufrechter (lotrechter), schräger oder liegender (waagerechter) Längsachse ange= ordnet sein und in Verbindung mit baulich beliebig ausge= bildeten Kältemaschinen zur Kühlung eines beliebigen Mediums benutzt werden, das sich in dem vom Rohrmantel eingeschlossenen Hohlraum und/oder um den Rohrmantel herum befindet.
  • Bei den bisher bekannten Rohrmantelverdampfern dieser Art ist der Einlauf des flüssigen Kältemittels im unteren Teil des doppelwandigen Rohrmantels vorgesehen. Das flüssige Kältemittel füllt dabei den unteren Teil des Rohrmantels aus und weist eine verhältnismässig kleine Verdampfungsfläche auf, da diese nur auf den schmalen Querschnitt des Mantelhohlraums beschränkt ist. Infolge= dessen weisen die bekannten Rohrmantelverdampfer eine unbefriedigende Leistung auf. Ausserdem ist bei diesen Verdampfern die Temperatur ungleichmässig über ihre Höhe verteilt, da die Verdampfung hauptsächlich im unteren Mantelteil erfolgt und die Abkühlung infolgedessen nur in diesem Mantelteil konzentriert ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile der bekannten Ausführungen zu beheben und einen Rohrmantel= verdampfer der eingangs beschriebenen Art mit einem besseren Wirkungsgrad und einer gleichförmigeren Tempera= turverteilung zu erzielen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Einlauf für das flüssige Kältemittel im oberen Teil des doppelwandigen Rohrmantels angeordnet und der Durchsatz des Kältemittels derart geregelt ist, dass das vom Einlauf unter gleichzeitiger Verdampfung herab= fliessende Kältemittel die Innenwandungen des Rohrmantels auf einem möglichst grossen Anteil der Verdampferhöhe benetzt.
  • Im Gegensatz zu den bisher bekannten Rohrmantel verdampfern der eingangs genannten Art, ist erfindungs= gemäss der Einlauf des flüssigen Kältemittels nicht im unteren, sondern im oberen Teil des doppelwandigen Rohr= mantels angeordnet und zwar unabhängig davon, ob der Rohrmantelverdampfer aufrecht steht, d.h. eine lotrechte oder schräge Längsachse aufweist oder liegend, d.h. mit waagerechter Längsachse angeordnet ist. Das durch den oberen Einlauf eintretende flüssige Kältemittel fliesst unter gleichzeitiger Verdampfung auf den Innenwandungen des Rohrmantelverdampfers herab. Der Durchsatz des Kälte= mittels ist dabei so geregelt, dass das vom Einlauf herab= fliessende Kältemittel die Innenwandungen des Rohrmantel= verdampfers auf einem möglichst grossen Anteil der Ver= dampferhöhe, vorzugsweise auf der gesamten Verdampferhöhe benetzt. Dadurch wird eine starke Vergrösserung der Ver= dampfungsfläche des flüssigen Kältemittels und infolge= dessen ein bedeutend besserer Wirkungsgrad des Rohrmantel= verdampfers erzielt. Gleichzeitig wird durch die Benetzung der Wandungen des Rohrmantelverdampfers auf dessen ganzen bzw. fast ganzen Höhe und durch die entsprechend gross= flächige Verdampfung des flüssigen Kältemittels eine sehr gleichmässige Abkühlung des Rohrmantelverdampfers erzielt.
  • Weitere Kennzeichen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus nachstehender Beschreibung eines bevorzugten, in der Zeichnung darge= stellten Ausführungsbeispiels. Es zeigen:
    • Fig. 1 das Arbeitsschema einer Kompressorkälte= maschine mit einem erfindungsgemässen Rohrmantelverdampfer.
    • Fig. 2 den Rohrmantelverdampfer in seitlichem Aufriss.
    • Fig. 3 einen vertikalen Längsschnitt des Rohr= mantelverdampfers nach Fig. 2.
    • Fig. 4 eine Draufsicht auf den Rohrmantelver= dampfer nach Fig. 2 und 3.
    • Fig. 5 einen Querschnitt des Rohrmantelverdampfers nach der Linie V-V der Fig. 3.
  • In den Figuren ist 1 ein Rohrmantelverdampfer, der im Kältemittelkreislauf einer Kompressorkältemaschine eingeschaltet ist. Der Kältemittelkraislauf weist in an sich bekannter Weise einen Kompressor P auf, der den Kältemitteldampf aus dem Rohrmantelverdampfer 1 ausaugt und auf einen höheren Druck verdichtet. In einem nachge= schalteten Kondensator C (Verflüssiger) wird das Kälte= mittel verflüssigt und über ein Entspannungsventil VE erneut in den Rohrmantelverdampfer 1 eingeführt.
  • Der Rohrmantelverdampfer 1 besteht aus zwei kreis= zylinderförmigen Rohrabschnitten 3, 4, die derart koaxial ineinandergelegt sind, dass sie einen doppelwandigen Rohrmantel mit einem verhältnismässig schmalen, zwischen den beiden Rohrabschnitten freigelassenen, im Querschnitt ringförmigen Hohlraum 2 bilden. Der Hohlraum 2 zwischen den beiden ineinander angeordneten Rohrabschnitten 3, 4 ist stirnseitig an beiden Rohrenden mit Hilfe von Ab= schlussdeckeln 6, 7 dicht abgeschlossen. Jeder Abschluss= deckel 6, 7 weist dabei zwei konzentrische ringförmige Nuten auf, in die je eines der Rohrabschnitte 3,4 zusammen mit einer entsprechenden Dichtung 5 eingreift. Die beiden Abschlussdeckel 6,7 sind untereinander auf der Aussenseite des doppelwandigen Rohrmantels 3,4 durch achsparallele Zugstangen 8 und Schrauben 9 verbunden und mit den Rohr= abschnitten 3 und 4 verspannt.
  • In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Rohrmantelverdichter 1 stehend, d.h. mit lotrechter Längs= achse angeordnet. Der untere Abschlussdeckel 6 ist dabei scheibenförmig ausgebildet und erstreckt sich über den ganzen Querschnitt des doppelwandigen Rohrmantels 3,4. Infolgedessen bildet dieser Deckel 6 den Bodenteil eines vom Rohrmantel 3,4 eingeschlossenen Hohlraums 10. Der obere Abschlussdeckel 7 ist dagegen ringförmig ausgebildet und lässt die obere Öffnung 107 des doppelwandigen Rohr= mantels 3,4 frei. Infolgedessen bildet der Verdichter 1 den doppelwanden Mantel eines etwa topfförmigen Behälters. Die beiden Rohrabschnitte 3 und 4 bestehen aus Metall, vorzugsweise zumindest teilweise aus Kupfer oder Kupfer= legierungen.
  • Der Einlauf 11 des flüssigen Kältemittels in den Hohlraum 2 des doppelwandigen Rohrmantels 3,4 ist in dei äusseren Rohrabschnitt 3 im oberen Bereich des Rohrmantel: verdichters 1 vorgesehen. Der Auslauf 12 des dampfförmiger Kältemittels aus dem Hohlraum 2 des doppelwandigen Rohr= mantels 3,4 kann in beliebiger Höhe angeordnet sein. Vor= zugsweise ist jedoch der Auslauf 12 des dampfförmiger Kältemittels ebenfalls im oberen Teil des Rohrmantelver= dampfers 1, insbesondere auf der diametral entgegen= gesetzten Seite zum Einlauf 11 des flussigen Kältemittels angeordnet. Bei dieser Ausbildung fliesst das oben in den Hohlraum 2 des Rohrmantelverdampfers 1 einlaufende, flüssige Kältemittel nach unten auf den inneren Ver= dampferwandungen unter gleichzeitiger Verdampfung und entsprechender Wärmeaufnahme herab. Das verdampfte Kälte= mittel wird oben durch den Auslauf 12 abgesaugt. Der Durchsatz des Kältemittels durch den Rohrmantelverdampfer 1 wird dabei so eingestellt, dass die inneren Verdampfer= wandungen möglichst auf ihrer ganzen Höhe vom flüssigen Kältemittel benetzt werden. Am Boden des Verdampferhohl= raums 2 kann sich dabei ein flacher Kältemittelsumpf ausbilden, der aber nicht unbedingt erforderlich ist und auch fehlen, werden kann.
  • Statt mit lotrecht gerichteter Längsachse kann der beschriebene Rohrmantelverdampfer 1 auch mit schräger oder waagerechter Längsachse, d.h. liegend angeordnet werden. Es muss jedoch auch in diesem Fall darauf geachtet werden, dass der Einlauf des flüssigen Kältemittels im oberen Teil des Verdampfers l, d.h. im Bereich seines oberen Scheitels liegt. Insbesondere kann dann der Einlauf des flüssigen Kältemittels in dem mittleren Teil des oberen Scheitel= bereichs des liegend angeordneten Rohrmantelverdampfers vorgesehen sein. Es ist jedoch zweckmässiger, den Einlauf des flüssigen Kältemittels an einem Ende des oberen Scheitelbereichs und der Auslauf des verdampften Kälte= mittels am anderen Ende des oberen Scheitelbereichs des liegenden Rohrmantelverdampfers anzuordnen.
  • Der erfindungsgemässe Rohrmantelverdampfer kann in beliebigen Kältemaschinen zu beliebigen Zwecken verwendet werden. Mit besonderem Vorteil kann der erfindungsgemässe Rohrmantelverdampfer 1 in Vorrichtungen zur Herstellung von Eis Verwendung finden. Wie bereits in der Beschrei= bungseinleitung ausgeführt wurde wird durch den Einlauf des flüssigen Kältemittels im oberen Teil des Verdampfers und durch das anschliessende Herabfliessen des flüssigen Kältemittels auf den Innenwandungen des Verdampferhohl= raums 2 eine vollständige, gleichförmige Benetzung der Verdampferwandungen und infolgedessen sowohl besonders hoher Wirkungsgrad bei der Wärmeaufnahme als auch eine grosse Gleichmässigkeit der Temperatur auf der ganzen Verdampferoberfläche erzielt. Infolgedessen wird mit dem erfindungsgemässen Rohrmantelverdampfer eine besonders schnelle Eisherstellung auch mit kleinen Kältemaschinen verhältnismässig geringer Leistung, wie z.B. in Haus= halten, Jachten, Wohnwagen, Kraftfahrzeugen und der= gleichen ermöglicht. Eine solche Anordnung ist z.B. in Fig. 3 dargestellt, in welcher der vom Rohrmantelver= dampfer l.eingeschlossene Hohlraum 10 des topfförmigen Behälters als Gefrierraum zur Eisherstellung benutzt wird.
  • Der Rohrmantelverdampfer 1 ist dabei in einem Gehäuse S angeordnet, an dem er mit Hilfe von Schrauben 13 befestigt ist. Die Herausnahme des hergestellten Eises wird durch eine schnellwirkende Abtauvorrichtung ermöglicht. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird diese Abtauwirkung dadurch erzielt, dass die heissen Kälte= mitteldämpfe aus dem Kondensator C vorübergehend über eine Rohrleitung 14 mit Absperrventil VI direkt d.h. unter Uberbrückung des Entspannungsventils VE in den Rohrmantel= verdampfer 1 d.h. in den Hohlraum 2 des doppelwandigen Rohrmantels 3,4 eingelassen werden. Der Rohrmantelver= dampfer 1 wird dadurch in kürzester Zeit so stark ange= heigt, dass sich das Ein von den Wänden des Hohlraums 10 des topfförmigen Rohrmantelverdampfers 1 bzw. von den Wänden eines in diesem Hohlraum 10 angeordneten Gefrierbe= hälters lösen kann.
  • Der erfindungsgemässe Rohrmantelverdampfer kann jedoch mit Vorteil auch zu anderen Zwecken, z.B. als Durchlaufkühler in Klimaanlagen verwendet werden. In diesem Fall ist der doppelwandige Rohrkörper des Ver= dampfers beiderends offen ausgebildet und die zu kühlende Luft wird durch diesen Rohrkörper hindurch bzw. um ihn herum geführt.
  • Die dargestellte bauliche Ausbildung des Rohr= mantelverdampfers 1 ist zwar besonders zweckmässig, stellt jedoch keineswegs die einzig mögliche Ausführungsform dar. Insbesondere kann der Rohrmantelverdampfer auch eine geschweisste Ausführung aufweisen, in der die beiden koaxialen Rohrabschnitte 3 und 4 an ihren Enden direkt aneinander oder an den betreffenden Abschlussdeckeln geschweisst sind.

Claims (6)

1. Rohrmantelverdampfer für Kältemittel, insbe= sondere in Vorrichtungen zur Eisherstellung, bestehend aus einem doppelwandigen Rohrmantel (3,4) mit einem Einlauf (11) für das flüssige Kältemittel und einem vorzugsweise im oberen Verdampferteil angeordneten Auslauf (12) für das dampfförmige Kältemittel, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlauf (11) für das flüssige Kältemittel im oberen Teil des doppelwandigen Rohrmantels (3,4) angeordnet und der Durchsatz des Kältemittels derart geregelt ist, dass das vom Einlauf (11) unter gleichzeitiger Verdampfung herab= fliessende Kältemittel die Innenwandungen des Rohrmantels (3,4) auf einem möglichst grossen Anteil der Verdampfer= höhe benetzt.
2. Rohrmantelverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der doppelwandige Rohrmantel (3,4) stehend angeordnet ist und der Einlauf (11) und der Auslauf (12) des Kältemittels in diametral entgegen= gesetzten Punkten am oberen Ende des Rohrmantels (3,4) vorgesehen sind.
3. Rohrmantelverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der doppelwandige Rohrmantel (3,4) liegend angeordnet ist und der Einlauf (11) und der Aus= lauf (12) des Kältemittels im oberen Scheitelbereich an entgegengesetzten Enden des Rohrmantels (3,4) vorgesehen sind.
4. Rohrmantelverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der doppelwandige Rohrmantel (3,4) insbesondere zur Verwendung in Eisher= stellungsvorrichtungen den Mantel eines topfförmigen, mit einem unteren Abschlussboden (6) versehenen Gefrier= behälters bildet.
5. Rohrmantelverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der doppelwandigen Rohrmantel (3,4) vorzugsweise in seinem unteren Teil wunschweise vorübergehend direkt mit dem Verflüssiger (C) der Kältemaschine unter Uberbrückung des Entspannungs= ventils (VE) verbindbar ist.
6. Rohrmantelverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der doppelwandige Rohrmantel aus zwei mit radialem Abstand koaxial inein= ander angeordneten Rohrabschnitten (3,4) besteht, die mit ihren Enden in Verbindung mit Dichtungen (5) in ent= sprechende ringförmige Nuten von Abschlussdeckeln (6,7) greifen und mit diesen durch äussere, achsparallele, mit Hilfe von Schrauben (9) an den Deckeln (6,7) befestigten Zugstangen (8) verspannt sind.
EP85101769A 1984-02-21 1985-02-18 Rohrmantelverdampfer für Kältemittel, insbesondere in Vorrichtungen zur Eisherstellung Withdrawn EP0152941A3 (de)

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