DE7312143U - Kondensator zum kondensieren von kuehlmittel - Google Patents

Kondensator zum kondensieren von kuehlmittel

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Description

Kondensator zum Kondensieren von Kühlmittel
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kondensator zum Kondensieren des Kühlmittels in einer Kühlvorrichtung, die außer dem Kondensator einen Verdampfer und einen Kompressor umfaßt, wobei diese Bauelemente in einem geschlossenen Kreislauf angeordnet sind.
In großen Kühlanlagen wird der Kondensator normalerweise mittels Wasser gekühlt, welches der häuslichen Wasserversorgung entnommen wird. Der thermische Wirkungsgrad einer solchen Anordnung ist hoch, jedoch kann der Wasserverbrauch beträchtlich sein.
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Viele Anlagen und insbesondere Anlagen kleiner und mittlerer Größe worden daher mit Luftkühlung versehen, die jedoch den schweren Nachteil besitzt, daß sie von der Umgebungstemperatur abhängt, wodurch Schwierigkeiten bezüglich der Steuerung der Temperatur des Kondensats auftreten. Nur durch die Verwendung von Ventilatoren, deren Energiebedarf nicht unbeträchtlich ist und durch die Verwendung komplizierter Steuersysteme ist es möglich, zufriedenstellende Ergebnisse zu erreichen, wobei jedoch die Kosten der Anschaffung, des Betriebs und der Unterhaltung hoch sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur schnellen, direkten.Kondensation des verdampften Kühlmittels, so daß dieses in seinen flüssigen Zustand versetzt wird. Da der Wärmeübergang zwischen einem metallenen Körper und einer Flüssigkeit 5 bis 6 mal so hoch ist wie der Wärmeübergang zwischen einem Metallkörper und einem Gas, wird eine schnellere Herabsetzung auf die gewünschte Temperatur erreicht. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Kondensators, mit dem die schnelle, direkte Kondensation erreicht wird, ohne daß komplizierte Steuer- bzw. Regeleinrichtungen erforderlich sind, um die gewünschte Temperatur des Kondensats unabhängig von den Veränderungen der Umgebungstemperatur zu erreichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das sich im dampfförmigen Zustand befindende, den Kompressor verlassende Kühlmittel in einen Kondensator zugeführt wird,
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der in Form eines Behälters ausgebildet ist, der im wesentlichen mit kondensiertem Kühlmittel gefüllt ist, wobei das sich im dampfförmigen Zustand befindende den Kompressor verlassende Kühlmittel derart in den Behälter eingeführt wird, daß der Dampf durch eine ausreichende Menge vom Kondensat hindurchströmen muß, um sicherzustellen, daß das Gas bzw. der Dampf in den flüssigen Zustand überführt wird und wobei eine Kondensatmenge, die der so hinzugefügten Kondensatmenge entspricht nach einer weiteren Kühlung dem Verdampfer zugeführt wird.
Ein erfindungsgemäßer Kondensator ist dadurch gekennzeichnet , daß er einen Behälter umfaßt, der mit mindestens einem inneren hohlen Element versehen ist, welches einen Durchgang für die Kühlluft bildet, wobei der Behälter mit einer Einlaßeinrichtung für das dampfförmige Kühlmittel und eine· Auslaßeinrichtung für das kondensierte Kühlmittel versehen ist, die so angeordnet sind, daß der Behälter im wesentlichen mit Kondensat gefüllt ist und das Gas bzw. der Dampf eine ausreichende Menge von Kondensat durchströmen muß, um in den flüssigen Zustand überführt zu werden.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Es zeigt
Fig. 1 in einem schematisehen Schaltbild die grundsätzliche Anordnung der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung;
Fig. 2 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kondensators;
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kondensators, und
Fig. 4 einen Schnitt im wesentlichen entlang der Linie II-II in Fig. 3.
Die Kühlvorrichtung, die in Figur 1 in sehr schematischer Weise dargestellt ist, umfaßt eine Kühlbatterie bzw. einen Verdampfer 50, in dem das Kühlmittel aus seinem flüssigen Zustand in seinen dampfförmigen Zustand überführt wird, wobei
es Wärme aus der Umgebung aufnimmt und diese damit kühlt.
Aus dem Verdampfer wird das Gas bzw. der Dampf durch eine Leitung 51 einem Kompressor 52 zugeführt. Der kompremierte Dampf wird von dem Kompressor 52 durch eine Leitung zu einer ersten Stufe 5^ eines Kondensators in Form eines Wärmeaustauschers zugeführt. Diese erste Stufe ist in Form eines geschlossenen Behälters ausgeführt, der im wesentlichen mit Kondensat gefüllt ist und wobei die Zufuhrleitung 53 sich so weit in den Behälter hinein erstreckt, daß der Dampf während seines Durchgangs durch das Kondensat sicher in den flüssigen Zustand überführt wird.
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Eine Kondensatmenge, die der neu zugeführten Kondensat menge entspricht, wird kontinuierlich abgezogen und der zweiten Stufe 56 des Wärmeaustauschers und Kondensators zugeführt. In letzterer wird das Kondensat gekühlt, indem, es einen Teil der in ihm gespeicherten Wärme an die Umgebung abgibt, was mit hohem Wirkungsgrad erfolgt, da die Wärmeübertragung zwischen Flüssigkeit und Metall stattfindet.
Pur eine gegebene Kapazität bzw. Leistung sind die Kontaktoberflächen des Behälters 51* und der zweiten Stufe 56 kleiner als die Kontaktoberflächen einer herkömmlichen Kühlspirale, bei der das Kühlmittel zuerst durch Kontakt bzw. Wärmeübergang zwischen Dampf und Metall kondensiert wird und das Kondensat danach weiter gekühlt wird.
In der praktischen Ausführungsform sind die erste and zweite Stufe eng miteinander kombiniert, wie aus der folgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen hervorgeht. Von der zweiten Wärmeaustauscherstufe wird das flüssige Kühlmittel durch eine Kapillarrohre aufweisende Drosseleinrichtung 57 zurück in den Verdampfer 50 geleitet.
Eine erste Ausführungsform eines Kondensators ist in Fig. 2 gezeigt und umfaßt einen zylindrischen Behälter 1, der von einem Wärmeaustauschrohr 6 durchsetzt wird, das an seiner Außenseite mit einer spiralförmig gewundenen Kühlrippe 5 versehen ist, wobei die Kühlrippe sich so weit radial erstreckt, daß der Querschnitt des Behälters im wesentlichen
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ausgefüllt ist· Der Behälter ist in gleicher Weise mit äußeren, die Wärmeübergangsflächen vergrößernden Einrichtungen versehen, die ebenfalls aus einer spiralförmig gewundenen Rippe 30 bestehen, die sich nach außen bis annähernd zu einem Gehäuse 12 erstreckt , welches den Behälter umschließt. Das Gehäuse ist im Bereich der Endwände 7 bzw. 8 des Behälters mit einem Verteilerstück 9 bzw, einem Sammlerstück 10 für die Kühlluft verbunden. Ein Ventilator 11 ist am Ausgang des Sammlerstücks 10 eingebaut. Das Wärmeaustauschrohr 6 bildet einen Durchgang durch den Behälter und das Sammlerstück und das Verteilerstück stehen über diesen Durchgang und den Raum zwischen dem Behälter und dem umgebenden Gehäuse in Verbindung miteinander.
Der vom Kompressor kommende heiße Dampf wird dem Kondensator über eine hier mit 15 bezeichnete Leitung zugeführt. Diese Leitung führt durch das Wärmeaustauschrohr 6 hindurch und ist im Sammlerstück zurückgebogen und möglicherweise in zwei Zweige aufgeteilt, und führt durch die Endwand 7 des Behälters und erstreckt sich eine Entfernung in den letzteren hinein. Der Abschnitt der Gas- bzw. Dampfzufuhrleitung bzw. jeder Dampfzufuhrleitung, der sich in den Behälter hinein erstreckt, ist an seinem Ends verschlossen, ist jedoch mit einer Anzahl von einen axialen Abstand voneinander aufweisenden Düsenöffnungen 21 versehen, die eine gute Durchmischung des Dampfes und der Flüssigkeit bewirken. Am Ende des Behälters, das entfernt von dem Ort der Dampfzufuhr gelegen ist, ist eine Ausgangsleitung angeordnet, sowie ein Thermostat 29» der die Antriebseinrichtung
für den Ventilator steuert. Der Kondensator gemäß Fig. 22 arbeitet in der folgenden Weise: Der heiße komprimierte Dampf wird mittels der Düsen 21 in das Kondensat geblasen und wird durch den direkten Kontakt mit dem Kondensat praktisch sofort in den flüssigen Zustand überführt. Die Temperatur des Kondensats wird hierfür mittels der Kühlrippen 5 bzw. 30 auf einem geeigneten Niveau gehalten, um diese Punktion erfüllen zu können.
Das Kondensat fließt entlang einem spiralförmigen Weg zum Ausgang 31 und wird auf diesem Weg weiter gekühlt. Der Thermostat 29 fühlt die Temperatur des Kondensats, die das entfernte Ende des Behälters erreicht und es ist auf diese Weise möglich, eine genaue Steuerung bzw. Regelung der Temperatur am Ausgang zu erreichen.
Es ist wichtig, daß die Verteilerdüsen 21 sich genügend weit in den Behälter hinein erstrecken, um zu garantieren, daß der Dampf wirklich innerhalb des Kondensats kondensiert wird und nicht zum oberen Ende des Behälters aufsteigt und einen dampfgefüllten Raum im letzteren erzeugt. Der in der Zeichnung gezeigte Behälter besitzt in seinem Betriebszustand eine vertikale Längsachse, jedoch wird die Achse in den meisten Fällen horizontal angeordnet werden und es ist offensichtlich daß der Dampfweg auch in diesem Fall ausreichend ist.
Der Kondensator gemäß den Figuren 3 und k umfaßt einen zylindrischen Behälter 1, der mittels einer inneren Wand 2 in zwei Abteilungen 3 und 4 unterteilt ist, von denen die erst-
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erwähnte dem Kondensatorbehälter 11 gemäß Fig. 2 entspricht. Der Behälter wird von einer Reihe von Wärmeaustauschrohren 6 durchsetzt, die mit ihre Außenfläche vergrößernden Kühlrippen 5 versehen sind. Diese Rohre sind dichtend mit den Endwänden 7 und 8 des Behälters verbunden! Der Behälter ist in einem Gehäuse 12 eingeschlossen, welches einen ringförmigen Durchgang an der Außenseite des Behälters bildet.
Ein,Luftverteilerstück 9 ist benachbart der Endwand 8 angeordnet und ein Sammlerstück10 ist benachbart der Endwand 7 angeordnet. Das Verteilerstück und das Sammlerstück stehen über die Rohre 6, die sich durch den Behälter hindurch erstrecken sowie über den den Behälter umgebenden Durchgang miteinander in Verbindung. Ein Ventilator 11 ist am Ausgang des Sammlerstücks 10 eingebaut, und ein die Antriebseinrichtung des Ventilators steuernder Thermostat ist benachbart der Endwand 8 eingebaut.
Ein Wärmeaustauscher 13 ist in das Sammlerstück 10 eingebaut und umfaßt eine Anzahl von.parallelen, mit Kühlrippen versehenen Rohren, die über einen Verteiler 14 mit der Dampfzufuhrleitung 15 verbunden sind. Die Rohre sind mit einer Sammelleitung 16 verbunden, die über eine Leitung 17 mit einer Ausblasvorrichtung 18 verbunden ist. Letztere umfaßt eine enge Kammer 19, die von der inneren Wand 2 und einer weiteren dazu parallen Wand 20 gebildet wird. Eine Anzahl von Ausblasdüsen 21 sind in der weiteren Wand 20 angeordnet und in die Abteilung 3 des Behälters gerichtet, die ständig
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- 9 im wesentlichen mit Kondensat ausgefüllt ist.
Um ein.hohes Maß von Kontakt zwischen dem Kühlmittel und den Kühlrippen 5 der Wärmeaustauschrohre 6 zu erreichen, ist jedes Rohr von einem Führungsrohr 22 umgeben. Diese Führungsrohre erstrecken sich bis fast an die Endwände, wobei sie öffnungen 23 bzw. 2k benachbart jeder Endwand frei lassen. Die öffnung 23 dient als ein überlauf für das überschüssige Kondensat aus der Abteilung 3 und die öffnung 2k führt das entlang dem Wärmeaustauschrohr 6 strömende Kondensat in die , · Abteilung 4 des Behälters 1.
Die Führungsrohre 22 sowie die Wärmeaustauschrohre 6 führen durch die mittleren Wände 2 bzw. 20 hindurch sowie durch eine dritte Wand 26, die im folgenden noch zu beschreiben ist.
Ein mittlerer bzw. Zwischenkühler 25 wird benachbart der Wand 20 mittels einer weiteren Zwischenwand 26 gebildet, die sich parallel zu den beiden ersten Wänden 2 bzw. 20 erstrecket. Das kühlende Strömungsmedium besteht hier aus Kühlmittel aus der zweiten Abteilung, welches durch eine Leitung 27, in der eine Drosseleinrichtung 28 angeordnet ist, dem mittleren Kühler zugeführt wird, wo es verdampft wird und wobei das Kondensat dem System in einer beliebigen Weise wieder zugeführt wird.
Es kann hierfür natürlich auch ein separates Kühlmittel, wie z.B. Luft oder Wasser verwendet werden. Die Düsen 21 müssen genügend lang sein, urn sioh durch den mittleren bzw. Zwischenkühler hinduroh zu erstrecken und in die Abteilung 5 zu führen. - 10 -
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Das verdampfte Kühlmittel, welches z.B. Freon 22 sein kann, wird vom Kompressor mit einem Druck von etwa 15 kp/cm und einer Temperatur von etwa 85° C durch die Leitung 15 zugeführt. Beim Durchgang durch den Wärmeaustauscher 13 wird die Temperatur des Kühlmittels herabgesetzt. Ferner wird ein geringer Druckabfall aufgrund des Durchgangs durch die Düsen 21 bewirkt und eine weitere Herabsetzung der Temperatur wird durch den mittleren - bzw. Zwischenkühler 25 bewirkt.
Eine endgültige und vollständige Kondensation wird in der Abteilung bzw. dem Abteil 3 bewirkt und eine Kühlmittelmenge, die der Menge des neu gebildeten Kondensats entspricht, läuft in das Führungsrohr 22 über und wird bei dem Durchgang entlang den Kühlrippen des Wärmeaustauschrohres 6 weiter gekühlt. Das Kondensat fließt durch die öffnungen 2U in die Abteilung 4, Das Volumen der Abteilung 4 ist so gewählt, daß sie während der normalen Verwendung etwa zur Hälfte mit Kondensat gefüllt ist und auf diese Weise einen Vorrat bildet, von dem Kondensat entnommen werden kann.
Aufgrund der direkten Kondensation des Dampfes wird ein kleineres Volumen des Kondensators erreicht, wodurch wiederum eine geringere Menge von Kühlmittel erforderlich ist und geringe Druckabfälle, eine rationelle bzw. zweckmäßige Konstruktion für die Wärmeübertragung sowie ein leicht zu normendes Erzeugnis erhalten werden. Die Kombination einer ge-
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trennten, eine direkte Kondensierung ausführenden Abteilung und einer getrennten Speicherabteilung bsw. eines getrennten Speicherabteils machen es möglich, in der ersterwähnten Abteilung, d.h. dem ersterwähnten Abteil eine genügend niedrige Temperatur beizubehalten, die eine Sicherheit gegen eine mögliche Verdampfung aufgrund einer plötzlichen Erhöhung der Temperatur oder eines Rückgangs des Druckes darstellt.
Alle in den Unterlagen offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die räumliche Ausgestaltung, werden, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind, als erfindungswesentlich beansprucht.
Ansprüche:

Claims (11)

1. Luftgekühlter Kondensator zum Kondensieren von Kühlmittel, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Behälter (1) umfasst, der in seinem Inneren mit mindestens einem hohlen Wärmeaustauschelement (6) versehen ist, das einen Durchgang für die Kühlluft bildet, wobei der Behälter ferner mit einem Einlaß (53; 21;) für das dampfförmige Kühlmittel versehen ist sowie mit einem Auslaß (55; 31) für das kondensierte Kühlmittel, die so angeordnet sind, dass der Behälter (Ij 3) im wesentlichen mit Kondensat gefüllt ist und der Dampf eine genügende Kondensatmenge durchströmen muss, wobei er in den flüssigen Zustand überführt wird.
2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1) eine Anzahl von parallelen Durchgängen (6) umfasst, die an den Aussenseiten der Endwände (7, 8) des Behälters (1) in ein Verteilerstück (9) bzw. ein Sammlerstück (10) münden.
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3. Kondensator naoh Anspruch 1 oder 2, daduroh gekennzeichnet, dass er einen Ventilator (11) zum Bewegen von Luft durch den Durchgang (6) bzw. die Durohgänge ν5) umfasst, und dass ein Thermostat Jn den Behälter (1) benaohbart dem Auslaß (31) desselben eingebaut ist, mittels welchem der Betrieb der Antriebseinrichtung fUr den Ventilator gesteuert wird.
4. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (3) einen Teil einer grösseren Einheit (1) bildet, die in zwei Abteilungen (3,4) mittels einer inneren Zwischenwand (2) unterteilt ist, die parallel zu den Endwänden (7, 8) des Behälters verläuft, wobei das hohle, einen Durchgang bildende Wärmeaustauschelement bzw. jedes einen Durchgang bildende hohle Wärmeaustauschelement (6) von einem Führungsrohr (22) umgeben ist und das hohle Wärmeaustauschelement (6) und das zugehörige Führungsrohr (22) sich durch die innere Zwischenwand (2) erstrecken und das Führungsrohr (22) sich jeweils bis benachbart zu jeder Endwand (7* 8) des Behälters (1) erstreckt und mit mindestens einer Öffnung (23 bzw. 24) versehen ist, über die es mit der jeweiligen umgebenden Abteilung (3 bzw. 4) in Verbindung steht, um eine Verbindung zwischen den beiden Abteilungen (3 und 4) zu schaffen.
5. Kondensator nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlaß (54; 21) für das dampfförmige Kühlmittel mindestens ein Rohr (53ϊ 21) umfasst, das sich von einer Endwand (7) des Behälters (1) in das innere des letzteren erstreckt, und mit Ver-
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teilerdüsen (21) versehen ist.
6. Kondensator nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilator (11) in dem Sammlerstück (10) angeordnet ist, und dass eine Wärmeaustauscher-Vorstufe (13) innerhalb des Sammlerstücks (10) angeordnet ist, durch die das dampfförmige Kühlmittel hindurchgeführt wird, bevor es dem Kondensätorbehälter
(1) zugeführt wird.
7. Kondensator nach einem der Ansprüche 4 - 6 t dadurch gekennzeichnet, dass der Einlaß
(21) für das dampfförmige Kühlmittel benachbart der inneren Zwischenwand (2) angeordnet ist und Düsen (21) umfasst, die in eine von der inneren Zwischenwand (2) wegweisende Richtung gerichtet sind.
8. Kondensator nach einem der Ansprüche 4 _ 71 dadurch gekennzeichnet, dass ein mittlerer bzw. Zwischenkühler (25) benachbart der inneren Zwischenwand
(2) angeordnet ist und die Düsen (21) durch den Zwischenkühler (25) hindurchgeführt sind.
9. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzei ohne t, dass ein äusseres Gehäuse (12) den Behälter (1) umschliesst, wobei zwischen dem Gehäuse (12) und dem Behälter (1) ein Zwischenraum bleibt, der eine verbindung zwischen entgegengesetzten Seiten des Gehäuses und des Behälters bildet, über die das Verteilerstück (9) und das Sammlerstück (10) in Verbindung stehen.
10. Kondensator nach einem der Ansprüche .1. - 9 , gekennzeichnet durch spiralförmig verlaufende Führungsrippen (5,30 ) für die strömenden Medien in dem Behälter (1)
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und/oder in den Luftdurchgängen durch das Innere des Behälters oder um die Aussenseiten des Behälters.
11. Kondensator nach einem der Ansprüche 4-10, dadurch gekennzei ohne t, dass die Abteilung (4),die entfernt von der Abteilung (3) angeordnet ist, in die das Kühlmittel zugeführt Wird, als ein Vorratsbehälter für das Kühlmittel eingerichtet ist.
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