DE4410057A1 - Anordnung zur Heißgasverteilung bei der Heißgasabtauung von Kälteanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Heißgasverteilung bei der Heißgasabtauung von Kälteanlagen, bei der das vom Verdichter kommende Heißgas über ein Heißgasver­ teilerelement direkt in die an diese angeschlossenen Verdampferrohrstränge zum Abtauen des Verdampferblockes geleitet wird, nachdem die Kältemittelzufuhr unterbrochen wor­ den ist, die über an ein Kältemittelverteilerelement angeschlossene Kapillarrohre in die Verdampferrohrstränge erfolgt.

Bekanntlich bereifen und vereisen die Verdampfer an den Lamellen, die auf den Kältemit­ tel führenden Rohren angeordnet sind, und zwar beginnend an den Übergangsstellen von Lamellen und Rohroberflächen. Dies ist bedingt durch die Kondensation der Feuchte der zwischen den Lamellen befindlichen bzw. hindurchströmenden Luft und letzteres ist der Fall bei Ventilator-Luftkühlern. Damit der Verdampfungswirkungsgrad nicht unter ein bestimmtes Maß absinkt, muß der Kältemittelverdampfer von Zeit zu Zeit abgetaut wer­ den. Hierfür stehen verschiedene Abtauverfahren zur Verfügung, die je nach Verfügbar­ keit, Energiekosten und Wirkungsgrad eingesetzt werden.

Zu diesen Abtauverfahren gehört die Heißgasabtauung, bei der das vom Verdichter des Kältemittelkreislaufes kommende Heißgas direkt in den Verdampfer, d. h. also in dessen Rohrleitungen eingeleitet wird, nachdem der Kältemitteldurchfluß gestoppt worden ist, um auf diese Weise die Oberfläche der Verdampferrohre und damit die Oberfläche der Lamellen abzutauen. Da diese Form der Abtauung von den Rohren aus erfolgt, ist die Wirkung sehr gut; das Eis platzt förmlich von den Lamellen ab und fällt auf das Heiz­ blech, wo es endgültig schmilzt und abläuft. Die Abtauzeit beträgt je nach Größe der An­ lage und der Verdampfungstemperatur ca. 10 bis 30 Minuten.

Es hat sich nun gezeigt, daß bei der bekannten Anordnung zur Heißgasverteilung für die übliche Heißgasabtauung, und zwar unabhängig davon, ob diese nun in Form einer Heiß­ gasbypass- oder Kreisumkehrschaltung betrieben wird, im Betriebszustand der Kälteanla­ ge nichtverdampftes Kältemittel, wie in Fig. 4 schematisch dargestellt, ans den Verdamp­ ferrohren 25, von denen nur eines gezeigt ist, des Kältemittelverdampfers in das Heißgas­ verteilerrohr 15 laufen kann, wie bei 17 angedeutet, um sich im unteren Teil 16 des Heiß­ gasverteilerrohres und damit auch in den in diesen unteren Teil mündenden Verdamp­ ferrohren 26 anzusammeln. Dieses aus dem Kältemittelverteilerelement 13 stammende nichtverdampfte Kältemittel verschlechtert die Verdampferleistung in dem Maße, die die Verdampferrohre 26 durch das flüssige Kältemittel blockiert werden, so daß sie für den Verdampfungsvorgang nicht mehr zur Verfügung stehen. Da diese Erscheinung erst im Laufe einer längeren Betriebszeit des Verdampfers bzw. der Kälteanlage auftritt, fällt die "schleichende" Leistungsabnahme des Verdampfers zunächst nicht auf da die Verdamp­ fer in der Regel im Hinblick auf die Leistungsanforderung etwas überdimensioniert aus­ gelegt werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, die bekannte Anordnung zur Heißgas­ verteilung so weiterzubilden, daß die Verdampferleistung durch die Heißgasverteilungs­ anordnung nicht beeinträchtigt wird. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß jeder Verdampferrohrstrang endseitig über wenigstens ein Heißgaskapillarrohr mit dem Heißgasverteilerelement verbunden ist, das in das flüssigkeitsdicht verschlossene Ende des Verdampferrohrstranges an eine Stelle eingeführt ist, welche oberhalb des in den Verdampferrohrstrang eintretenden Kältemittelkapillarrohres liegt, das die Verbindung zwischen dem Kältemittelverteilerelement und dem Verdampferrohrstrang bildet.

In den Fällen, in denen keine Heißgaskapillarrohre zur Verwendung gelangen, um das hinter dem Kompressor der Kälteanlage abgezweigte Heißgas über ein Heißgasverteiler­ element als Abtaumittel durch die Verdampferrohrstrange zu schicken, hat es sich bewährt, zur Erreichung des obigen Ziels die im Verdampfer im wesentlichen waagrecht angeordneten Verdampferrohrstränge hinter ihrem Austritt aus dem Heißgasverteilerelement mit einer abwärts gerichteten Abbiegung als Rücklaufsperre für flüssiges Kältemittel zu versehen, obgleich diese Konstruktion einen im Vergleich zur ersten technischen Lösung erheblichen Aufwand erfordert, weil die Enden der Verdampferrohre gebogen werden müssen und sich die Gerätebauhöhe vergrößert.

In den Fällen, in denen die Anordnung des Heißgaskapillarrohres innerhalb des Verdamp­ ferrohres oberhalb des in das Verdampferrohr eintretenden Kältemittelkapillarrohres zur Verhinderung des Rücklaufes von flüssigem Kältemittel in das Heißgasverteilerelement nicht als ausreichend angesehen wird, hat es sich bewährt, das Heißgaskapillarrohr vor seinem Eintritt in das zugehörige Verdampferrohr mit einer Ausbiegung nach oben zu versehen, die das nicht verdampfte flüssige Kältemittel im Verdampferrohr nicht über­ winden kann.

Wie bereits bei den bekannten Kältemittelverteilerelementen praktiziert, läßt sich auch das obere Ende des Heißgasverteilerelementes mit einem Staudruckverteiler oder Geschwindigkeitsverteiler versehen, der beispielsweise nach dem Venturi-Prinzip arbeitet und in den die Heißgaskapillarrohre mehrerer Verdampferrohrstränge münden. Darüber hinaus lassen sich in Abhängigkeit von der Größe des Verdampfers auch mehrere Heißgasverteilerelemente parallel schalten, an die die Heißkapillarrohre bündelweise angeschlossen sind.

Es hat sich feiner nicht zuletzt aus baulichen Gründen als vorteilhaft erwiesen, die Kälte­ mittelkapillarrohre vor ihrem Eintritt in die Verdampferrohrstränge in Anpassung an die nach oben erfolgte Ausbiegung der Heißgaskapillarrohre ebenfalls mit einer nach oben gerichteten Ausbiegung zu versehen.

Der Durchmesser der Heißgaskapillarrohre ist zweckmäßigerweise so gewählt, daß in Abhängigkeit von der Lage der zugehörigen Verdampferrohrstränge, deren Anzahl und der durchzusetzenden Heißgasmenge der Druckverlust in den einzelnen Kapillarrohren annähernd so groß ist, daß eine ausreichende Heißgasverteilung in den einzelnen Verdampferrohrsträngen gewährleistet ist.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen.

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Kälteanlage mit Heißgasabtauung des Verdampfers mittels einer Heißgas-Bypass-Schaltung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Teils einer Anordnung zur Heißgasvertei­ lung gemäß der Erfindung;

Fig. 3 eine schematische Teildarstellung einer anderen Ausführungsform der Anord­ nung zur Heißgasverteilung gemäß der Erfindung; und

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Teils einer Anordnung zur Heißgasverteilung bekannter Bauart.

Beim Kältemittelkreislauf der Anlage von Fig. 1 wird das in den Verdampfer 1 durch die Leitung 27 einströmende entspannte, flüssige Kältemittel verdampft, wodurch über die auf den Verdampferrohren sitzenden Lamellen die gewünschte Abkühlung der Umge­ bungsluft erreicht wird. Da jedoch auf den Verdampferrohroberflächen insbesondere im Verbindungsbereich mit den Lamellen eine Vereisung eintritt, muß der Verdampfer von Zeit zu Zeit abgetaut werden, da die Vereisung den Wärmeübergang zwischen der den Verdampfer umspülenden Luft und dem flüssigen Kältemittel, beispielsweise Ammoniak oder Frigen, in den Verdampferrohren behindert.

Zu diesem Zweck wird das aus dem Verdampfer 1 austretende dampfförmige Kältemit­ tel, das beispielsweise eine Temperatur von -10° bis -30°C aufweist und durch die Lei­ tung 28 dem Kompressor 2 zugeführt wird, um in diesem verdichtet zu werden, wobei seine Temperatur auf beispielsweise 30° bis 40°C steigt, vollständig oder teilweise hinter dem Kompressor als Heißgas in die Bypassleitung 4 abgezweigt und in die Verdampfer­ rohre eingeleitet.

Nach Beendigung des Abtauvorgangs, der entweder zeitabhängig oder druckabhängig durchgeführt wird, wobei im letzteren Fall die Druckdifferenz vor und nach dem Ver­ dampfer gemessen wird, jedoch auch mit Hilfe von Eisabtastern und optischen oder thermischen Sensoren gesteuert werden kann, wird das verdichtete, dampfförmige Kältemittel wieder in den normalen Kreislauf durch den Kondensator 19 geleitet, indem eine Abkühlung erfolgt, so daß das Heißgas kondensiert. Das verflüssigte Kältemittel wird daraufhin in dem Expansionsventil 3 entspannt, bevor es durch die Leitung 27 erneut dem Verdampfer zuströmt.

Die Verdampferrohrstränge, die in Fig. 2 mit 5 und in Fig. 3 mit 20 bezeichnet sind und von denen jeweils nur ein Rohr dargestellt ist, sind an ein Heißgasverteilerelement 12 bzw. Heißgasverteilerrohr 21 angeschlossen. Der Anschluß erfolgt bei der Ausführungsform nach Fig. 2 mittels Kapillarrohre 8, die von dem nach dem Venturi- Prinzip arbeitenden Verteilerelement 12 am oberen Ende eines Anlagenrohres 14 ab­ zweigen und in die einzelnen Verdampferrohrstränge 5 so eingeführt sind, daß sie in dem Verdampferrohr oberhalb des ebenfalls in das Verdampferrohr eintretenden Kältemittelkapillarrohres 9 liegen, das ebenfalls mit einem nach dem Venturi-Prinzip arbeitenden Kältemittelverteilerelement 11 am Ende eines Anlagenrohres 13 verbunden ist.

Das Heißgaskapillarrohr 8 weist vor seinem Eintritt in den Verdampferrohrstrang 5 eine Ausbiegung 10 nach oben auf, bevor es in das Verteilerelement 12 des Heißgas zufuhrenden Anlagenrohres 14 einmündet. Eine vergleichbare Ausbiegung 18 nach oben besitzt das Kältemittelkapillarrohr 9, dessen anderes Ende mit dem Verteilerelement 11 des Kältemittel zuführenden Anlagenrohres 13 verbunden ist.

Die beiden Ausbiegungen 10 und 18 der Kapillarrohre sind hinsichtlich ihres Scheitel­ punktes so beschaffen, daß dieser jeweils über dem Niveau der im Verdampferrohrstrang 5 befindlichen Enden der Kapillarrohre 8 und 9 liegt, so daß nichtverdampftes Kältemittel, das in den Verdampferrohren stehen kann, weil die Verdampfung des flüssigen Kältemittels nicht vollständig erfolgt, nicht durch das Heißgaskapillarrohr 8 in das Heißgasverteilerelement 12 zurücklaufen kann, insbesondere also nicht von höherliegenden Verdampferrohren in tieferliegende abfließen kann, weil die Verdampferrohrenden 7 verschlossen sind und somit außer über die Kapillarrohre 8 keine Verbindung mit dem Heißgasverteilerelement 12 haben.

Somit stellen die Heißkapillarrohre 8, deren Durchmesser im übrigen so gewählt werden kann, daß in Abhängigkeit von der Lage der zugehörigen Verdampferrohre 5, deren An­ zahl und der durchzusetzenden Heißgasmenge der Druckverlust in den einzelnen Heiß­ gaskapillarrohren nicht zu groß ist, ein wirksames Mittel dar, um zu verhindern, daß im Betriebszustand des Verdampfers unverdampftes, also flüssiges Kältemittel in das Heiß­ gasverteilerelement und von dort, wie bei der bekannten Anordnung von Fig. 4 der Fall, in die unteren Verdampferrohrstränge gelangen kann.

Bei hohen Verdampferblöcken, die eine Vielzahl von Kapillarrohrsträngen aufweisen, können auch mehrere unterschiedliche Heißgasverteilerelemente Verwendung finden, so daß eine bessere Wärmeverteilung erreicht wird.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Variante kommen keine Heißgaskapillarrohre zur Anwen­ dung. Hier sind vielmehr die Verdampferrohrstränge 20, von denen wiederum nur einer Abbiegung 22 versehen, die ebenfalls verhindert, daß flüssiges Kältemittel beim Abtauvorgang in das Heißgasverteilerrohr 21 strömt. Im übrigen wird das Kältemittel in diesem Fall wie auch bei der bekannten Ausführungsform nach Fig. 4 dem Verdampferrohrstrang 20 über eine Kapillare 29 zugeführt, die über ein Kältemittelverteilerelement 23, das nach dem Venturi-Prinzip arbeitet, mit einem Kältemittelzufuhrrohr 24 verbunden ist.

Die letztgenannte Ausführungsform ist jedoch konstruktiv aufwendiger, weil sie erfor­ dert, daß die Verdampferrohrstränge 20 vor ihrem Eintritt in das Heißgasverteilerrohr nach oben abgebogen werden, wodurch sich die Bauhöhe des Verdampfers vergrößert.

Es versteht sich, daß an den Verteilerelementen 11, 12, 23 jeweils eine Vielzahl von Kapillarrohren angeschlossen ist, wobei die Bemessung der Rohrquerschnitte jeweils den gestellten Anforderungen entspricht.

Claims (7)

1. Anordnung zur Heißgasverteilung bei der Heißgasabtauung von Kälteanlagen, bei der das vom Verdichter kommende Heißgas über ein Heißgasverteilerelement direkt in die an dieses angeschlossenen Verdampferrohrstränge zum Abtauen des Verdampfer­ blockes geleitet wird, nachdem die Kältemittelzufuhr unterbrochen worden ist, die über an ein Kältemittelverteilerelement angeschlossene Kapillarrohre in die Verdamp­ ferrohrstränge erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verdampferrohrstrang (5) endseitig über wenigstens ein Heißgaskapillarrohr (8) mit dem Heißgasverteiler­ element (12) verbunden ist, das in das flüssigkeitsdicht verschlossene Ende (7) des Verdampferrohrstranges an eine Stelle eingeführt ist, welche oberhalb des in den Verdampferrohrstrang (5) eintretenden Kältemittelkapillarrohres (9) liegt, das die Verbindung zwischen dem Kältemittelverteilerelement (11) und dem Verdampfer­ rohrstrang bildet.

2. Anordnung zur Heißgasverteilung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heißgaskapillarrohr (8) vor seinem Eintritt in den Verdampferrohrstrang (5) eine Ausbiegung (10) nach oben aufweist, bevor es in das Heißgasverteilerelement (12) einmündet.

3. Anordnung zur Heißgasverteilung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Heißgasverteilerelement (12) ein Staudruckverteiler oder Geschwindigkeitsverteiler ist, der beispielsweise nach dem Venturi-Prinzip arbeitet und in den die Heißgaskapillarrohre (8) mehrerer Verdampferrohrstränge (5) münden.

4. Anordnung zur Heißgasverteilung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Größe des Verdampfers (1) mehrere Heißgasverteilerelemente (12) parallel geschaltet sind, an die die Heiß­ gaskapillarrohre (8) bündelweise angeschlossen sind.

5. Anordnung zur Heißgasverteilung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Kältemittelkapillarrohr (9) vor seinem Eintritt in den Ver­ dampferrohrstrang (5) in Anpassung an die nach oben erfolgte Ausbiegung (10) jedes Heißgaskapillarrohres (8) ebenfalls eine nach oben gerichtete Ausbiegung (18) aufweist.

6. Anordnung zur Heißgasverteilung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Durchmesser der Heißgaskapillarrohre (8) so gewählt ist, daß in Abhängigkeit von der Lage der zugehörigen Verdampferrohrstränge (5), deren Anzahl und der durchzusetzenden Heißgasmenge der Druckverlust in den einzelnen Heißgaskapillarrohren (8) so groß ist, daß eine ausreichende Heißgasverteilung in den einzelnen Verdampferrohrsträngen (5) gewährleistet ist.

7. Anordnung zur Heißgasverteilung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Verdampfer im wesentlichen waagrecht angeordneten Verdampferrohre (20) hinter ihrem Austritt aus dem Heißgasverteilerelement (21) eine abwärts gerichtete Abbiegung (22) als Rücklaufsperre für flüssiges Kältemittel in das Heißgasverteilerelement (21) aufweisen.