Rohrmantelverdampfer für Kältemittel, insbesondere in Vorrichtungen zur Eisherstellung

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.

Beschreibung

[0001] 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.

[0002] 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.

[0003] 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.

[0004] 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.

[0005] 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.

[0006] 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.

[0007] 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.

[0008] 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.

[0009] 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.

[0010] 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.

[0011] 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.

[0012] 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.

[0013] 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.

[0014] 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.

[0015] 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.

[0016] 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.

Ansprüche

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.

Zeichnung