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Anordnung zur thermischen Regelung des Kältemittelumlaufs bei mit
überflutetenVerdampfern arbeitenden Kältemaschinen Die Regelung der Kältemittelmenge,
die in den Verdampfern von Kältemaschinen verdampft werden soll, erfolgt bei automatisch
arbeitenden Anlagen im allgemeinen durch Schwimmerventile, Druckregler oder thermostatische
Expansionsventile. Die vielen Vorteile, die die thermostatisch arbeitenden Exnansionventile
besitzen, haben diesen Ven-
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Fühlers dieses Ventils und der Verdampfungstemperatur des Kältemittels im Verdampfer
notwendig ist, um die Regelung zu bewirken. Damit steht im Zusammenhang, daß man
derartige Ventile bisher nur für sog. trockene Y ampfer anwenden kann, bei denen
ein eKfen des Kältemittels im Verdampfer stattfindet und das Kältemittel ummehrere
Grade überhitzt wird, bis es zum Fühler gelangt. Aus diesen Gründen ist bei Anwendung
der thermostatischen Ventile nur eine schlechte Ausnutzung der Verdampfer möglich,
denn die Vorteile, die der überflutete Verdämpferbetrieb gegenüber
dem.
Trockenverdampfer
bietet, bestehen in einer Steigerung der Wärmedurchgangszahlen im Verdampfer auf
das etwa 5fache, wodurch der Verdampfer entsprechend kleiner gebaut werden kann
und auch die Luftwiderstände entsprechend herabgesetzt werden können. Eine Regelung,
die nach dem thermischen Prinzip arbeitet und trotzdem die Anwendung von überfluteten
Verdampfern oder solchen Verdampfern gestattet, in denen selbst praktisch keine
Temperaturunterschiede auftreten, würde also wesentliche Vorteile mit sich bringen.
Man hat zwar zur besseren Ausnutzung der Verdampfer noch sog. Nachverdampferschlangen
vorgesehen,
in denen das Kältemittel überhitzt wird. Wenn diese Schlangen jedoch wirksam sein
sollen, müssen sie verhältnismäßig groß ausgeführt ::-erden.
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Andererseits ist es auch bekannt,, dem Verdampfer einen Wärmeaustauscher
nachzuschalten, in dem die aus dem Verdampfer abgesaugten Kältemitteldämpfe durch
das aus dem Kondensator kommende flüssige Kältemittel überhitzt werden. Das Kältemittel
gibt in diesem Wärmeaustauscher im Gegenstrom seine Wärme an die Saugdämpfe ab.
Mit dieser Maßnahme wird bezweckt, daß Flüssigkeitstropfen, die in dem Verdampfer
noch nicht verdampft sind, mitabgesaugt und in dem Wärmeaustauscher nachverdampft
werden: Auf diese Weise wird gleichzeitig das flüssige Kältemittel vorgekühlt, wodurch
der Wirkungsgrad der Anlage verbessert :wird. bei derartigen mit nachgeschaltetem
Wärmeaustauscher ausgerüsteten Verdampfern ist es weiterhin bekannt, den Fühler
des thermisch betätigten Expansionsventils statt am Verdampfer selbst an der Rohrleitung
zwischen dem Wärmeaustauscher und- der Saugseite des Kompressors anzubringen. Durch
diese Anordnung wird gewährleistet, daß im Normalbetrieb der Anlage nur vollkommen
verdampftes Kältemittel an den Temperaturfühler gelangt und damit eine einwandfreie
Regelung erzielt wird. Aber auch diese Anordnung ist für Kältemaschinen, deren Verdampfer
nach der überfluteten Arbeitsweise arbeiten, nicht mit Sicherheit anzuwenden, da
immer noch die Gefahr besteht, daß flüssige Kältemittel durch die Saugleitung in
den Kompressor selbst gelangt und dort durch Flüssigkeitsschläge Schaden anrichtet.
Diese Schwierigkeiten treten vor allem beim Abschalten und Wiederingangsetzen der
Anlage auf. Beim Abschalten der Kältemaschine strömt erfahrungsgemäß stets ein Teil
des Kältemittels nach, so daß der Verdampfer unzulässig hoch mit flüssigem Kältemittel
angefüllt wird. Wird der Kompressor daraufhin wiedereingeschaltet, so tritt sofort
eine explosionsartige Verdampfung ein, insbesondere deshalb, weil der Verdampfer
durch die Raumtemperatur durchgewärmt ist und infolge der Druckentlastung große
Mengen von flüssigem Kältemittel mitgerissen werden. Da der Temperaturfühler des
Expansionsventils bei den bekannten Anordnungen hinter dem Wärmeaustauscher an der
Saugleitung des Kompressors angeklemmt ist und außerdem durch seine Speicherwirkung
mit Verzögerung anspricht, so tritt auch die Drosselung der Kältemittelzufuhr zum
Verdampfer zu spät ein, als daß der Eintritt von Kältemittelflüssigkeit in den Kompressor
vermieden wird. Diese Gefahr ist um so größer, da das an dem Temperaturfühler vorbeistreichende
flüssige Kältemittel hinter diesem nicht mehr nennenswert verdampfen kann. Aus diesen
Gründen ist also auch eine mit überflutetem Verdampfer arbeitende Kältemaschine,
bei der dem Verdampfer ein Wärmeaustauscher nachgeschaltet und der Temperaturfühler
hinter dem Wärm eattstatischer an der Sangleitung des Kompressors angeklemmt ist,
für die Regelung mittels thermisch betätigter Expansionsventile nicht geeignet.
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Nach vorliegender Erfindung werden diese Schwierigkeiten dadurch behoben
und damit auch die Verwendung thermisch betätigter Expansionsventile für Kältemaschinen,
die mit überfluteten Verdampfern arbeiten, möglich gemacht, daß der temperaturempfindliche
Fühler des Expansionsventils nicht an die Zuleitung des Kompressors angekleinmt
wird, sondern unmittelbar auf dem Wärmeaustauscher selbst angeordnet wird.
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Zu diesem Zweck ist der Innenmantel des Wärmeaustauschers teilweise
freigelegt, so daß der Temperaturfühler unmittelbar auf dem Innenmantel des Wärmeaustauschers
angeordnet ::erden kann. l:reckmäßig wird der Temperaturfühler außerdem verstellbar
angeordnet, so daß durch Einstellung des Temperaturfühlers innerhalb bestimmter
Grenzen jede beliebige fiberhitzungstemperatttr für die Betätigung des Expansionsventils
ein-(-stellt werden kann.
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Die Anordnung des Temperaturfühlers auf dem Wärmeaustauscher selbst
hat den Vorteil, daß beim Einschalten der Kältemascliiile auch bei verzögertem Ansprechen
des temperaturempfindlichen Fühlers immer noch die Sicherheit gegeben ist, daß das
flüssige Kältemittel. in den dem Temperaturfühler nachgeschalteten Wärmeaustauschflüclien
des Wärmeaustauschers mit Sicherheit verdampft wird, so daß auf alle Fälle kein
flüssiges Kältemittel in die Saugleitung des Kompressors und in diesen selbst gelangen
kann und damit die für den Kompressor so überaus schädlichen Flüssigkeitsschläge
mit Sicherheit vermieden werden.
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Die Anordnung gemäß der Erlindtnig ist in der beiliegenden Zeichnung
dargestellt und sei an Hand dieser näher erläutert. In den Stutzen i treten die
vom Verdampfer kommenden Kältemitteldämpfe ein, streichen durch den Innenraum des
Wärmeaustauschers und werden durch den Stutzen 2 vom Kompressor der Kältemaschine
abgesaugt. Im Gegenstrom hierzu wird durch den Doppelmantel s das vom Kondensator
kommende flüssige Kältemittel geleitet. Dieses tritt durch den Stutzen 3 und und
verläßt durch
die Leitung q. den Doppelmantel in Richtung auf das
Expansionsventil 7 und- den nicht gezeichneten Verdampfer.
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Der temperaturempfindliche Fühler 8 des Expansionsventils 7 ist erfindungsgemäß
etwa in der Mitte des teilweise freigelegten Innenmantels des Wärmeaustauschers
angebracht und nimmt daher die Temperatur an, die das dampfförmige Kältemittel an
dieser Stelle -hat. Es ist auch denkbar, den Temperaturfühler statt auf dem teilweise
freigelegten Innenmantel des Wärmeaustauschers anzuordnen, in den Wärmeaustauscher
selbst hinein zu verlegen. Der Temperaturfühler 8 ist außerdem auf dem Innenmantel
verstellbar angeordnet, so daß in bestimmten Grenzen jede beliebige Temperatur vom
-Regelventil abgenommen werden kann.
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Je nach dem Betriebszustand der Anlage wird das Kältemittel an der
Stelle des Temperaturfühlers bereits überhitzt oder gesättigt sein. Im letzten Falle
wird der Temperaturfühler das Ventil ? schließen, damit der Zustrom des Kältemittels
zum Verdampfer gedrosselt wird. Bei starker Überhitzung wird dagegen das Ventil
? geöffnet, so daß der Verdampfer stets bis zum Wärmeaustauscher mit nassem Dampf
angefüllt und voll ausgenützt ist.
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Der Wärmeaustauscher selbst ist mit Raschigringen ausgefüllt, die
untereinander und mit der Wandung gut wärmeleitend, z. B. durch Feuerverzinken,
verbunden sind, wodurch einerseits die Wärmeaustauschfläche auf der Gasseite und
damit der Wärmeübergang selbst wesentlich vergrößert wird. Andererseits hat die
Ausfüllung des Wärmeaustauschers mit Raschigringen den Vorteil, daß der Zustrom
flüssigen Kältemittels in den Wärmeaustauscher aufgehalten, verwirbelt und durch
Zerstäubung und innige Berührung mit den Wärmeaustauschflächen die Verdampfung wesentlich
gefördert wird. Hierdurch wird also die durch Anordnung des Temperaturfühlers auf
dem Wärmeaustauscher selbst erzielte Wirkung noch wesentlich unterstützt. -