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Kapillare in einem aufgeweiteten Kanalblech für Kompressionskältemaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kapillare in einem aufgeweiteten Kanalblech
für Kompressionskältemaschinen. Die Kanäle dienen zur Aufnahme und Leitung eines
zu verdampfenden und zu verflüssigenden Kältemittels. Solche Kanalbleche werden
hergestellt, indem zwei ebene Bleche, z. B. durch Walzen aufeinander preßgeschweißt
oder gelötet werden, worauf zwischen den beiden Blechen Kanäle hydraulisch oder
pneumatisch aufgeschweißt werden. Ist eines der Bleche zuvor stellenweise mit einem
Schweißung oder Lötung verhindernden Trennmittel bedruckt worden, so werden die
Bleche zwischen ebenen Halteplatten dort geweitet, wo sich das Trennmittel befindet.
Ist kein Trennmittel gedruckt worden, so können die Kanäle in Hohlformen hinein
aufgeweitet werden. Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen haben sich als Werkstoffe
bewähr<; es sind aber auch alle anderen schweiß- bzw. lötbaren Metalle hierfür
brauchbar.
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Kanäle unter etwa 1 mm lichter Weite, also Kapillaren, lassen sich
nicht gemeinsam mit weiteren Kanälen von z. B. 8 mm lichter Weite, wie sie für zu
verdampfendes oder zu verflüssigendes Kältemittel erforderlich sind, aufweiten.
Der für die Erlangung so enger Kanäle erforderliche Druck müßte jedoch derart hoch
sein, daß die Kanalwände oder zumindest die geschweißten oder gelöteten Ränder der
weiten Kanäle Gefahr liefen, aufzureißen. Verdampfer und Verflüssiger werden daher
als getrennte Kanalbleche hergestellt und durch Rohre mit der Entspannungskapillare
und dem Verdichter zum Kältekreislauf verbunden.
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Es wurde zwar schon vorgeschlagen, Verdampfer, Verflüssiger und Kapillare
in einem Bauteil zu vereinigen, indem eine Kapillare in einen von außen geöffneten
weiten Kanal eingeschoben und darin abgedichtet wird, worauf die Öffnung wieder
zu verschweißen ist. Diese Maßnahme ist aber umständlich und birgt gegenüber dem
Zusammenbau dreier Teile kaum Vorteile.
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Ferner ist es bekannt, ein in der Blechebene mehrere Millimeter breites
Kanalstück in einer Hohlform wieder bis auf den erwünschten kapillaren Querschnitt
zusammenzudrücken. Ein solcher Kanal ändert aber seinen Strömungswiderstand, wenn
der Kältemitteldruck schwankt, weil die eben gebliebenen Teile der Kanalwände durch
Innendruck nach außen gewölbt werden. Die erforderliche Gleichmäßigkeit des Strömungsquerschnittes
über die ganze Länge der Kapillare läßt sich nicht erzielen.
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Weiterhin kannte die Fachwelt auch schon einen aus geprägten und verschweißten
oder verlöteten Blechen bestehenden Verdampfer, der nahe der Eintrittsstelle des
Kältemittels eine spaltförmige Drosselstelle aufweist. Die letztere ist flächenförmig
ausgedehnt und dadurch gebildet, daß die zu vereinigenden, an dieser Stelle ebenen
Bleche an vielen, nahe benachbarten Punkten miteinander verschweißt sind. Der Strömungswiderstand
einer derartigen Drosselstelle muß in einem zusätzlichen Arbeitsgang eingestellt
werden und ist überdies vom jeweils im Verdampfer herrschenden Kältemitteldruck
abhängig, da die Wände eben und nicht druckstabil sind.
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Über Kapillaren, die sich in spiralförmig gewundenen Kanalblechstreifen
befinden, sind bereits Veröffentlichungen erschienen. Denselben kann entnommen werden,
daß der kapillare Kanal durch eine Rinne in einem von zwei Blechstreifen gebildet
ist, die an ihren Rändern bzw. nahe dem Kanal selbst miteinander verschweißt sind.
Auf Kapillaren in geblähten Kanalblechen sind diese Vorschläge aber nicht übertragbar,
da geprägte Rinnen, z. B. beim Walzschweißen, wieder eben gewalzt werden.
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Schließlich wurde auch schon vorgeschlagen, ein kurzes, z. B. einige
Zentimeter langes Rohrstück flachzudrücken und schraubenförmig zu winden. Der spaltförmige
Querschnitt dieser Drossel ist von der Windungsstärke abhängig und läßt sich verstellen.
Ein derart kurzer Kapillarspalt muß jedoch sehr eng sein und verstopft sich daher
schnell. Auch baut sich die Druckdifferenz zwischen Verdampfer und Verflüssiger
im Stillstand zu langsam ab, was Anlaufschwierigkeiten beim Verdichter zur Folge
haben kann. Würde aber ein längeres, z. B. 2 m langes Rohr flachgedrückt
und
schrauben- oder spiralförmig gewunden, so würde sich ein Strömungsquerschnitt nicht
mehr über die ganze Länge stetig verengen lassen. Es würden viele Knickstellen entstehen.
Eine solche Kapillare wäre unbrauchbar. Auch dieser Vorschlag ist also nicht ohne
weiteres auf aufgeweitete Kanalbleche übertragbar.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen kapillaren Kanal
in einem aufgeweiteten Kanalblech für Kompressionskältemaschinen zu schaffen, das
selbst Kanäle für ein zu verdampfendes und zu verflüssigendes Kältemittel enthält.
Der öffnungsquerschnitt der Kapillare sollte so gleichmäßig und ihre Länge so groß
sein, daß ihr Verhalten im Kältekreislauf dem der gebräuchlichen runden Kapillarrohre
mit knapp 1 mm lichter Weite und etwa 3 m Länge entspricht. Nach der Erfindung besteht
die Kapillare aus einem Kanal, der zu einem Spalt verengt ist und der in einem gekrümmten
Stück des Kanalbleches liegt. Eine solche Kapillare ist gegen die im Kältekreislauf
auftretenden Druckschwankungen widerstandsfähig. Sie ändert dabei ihren Strömungswiderstand
nicht. Auch läßt sich in der Fertigung ein gewünschter Strömungswiderstand mit ausreichender
Genauigkeit erzielen, wenn immer dieselbe Krümmung und insbesondere immer dieselbe
lichte Höhe des zu krümmenden ovalen Kanales, die einige Zehntel Millimeter betragen
soll, eingehalten werden. Die unerwartete Gleichmäßigkeit ist wohl darauf zurückzuführen,
daß die auf beiden Seiten des zu krümmenden Kanales befindlichen flossenartigen
Kanalblechstreifen das Auftreten von Knickstellen verhindern.
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Um ausreichend lange Kapillaren zu erhalten, ist es zweckmäßig, den
zu verengenden Kanal U-förmig in einem Randstreifen des Kanalblechs anzuordnen.
Wird durch einen Einschnitt eine Zunge gebildet, in der die Kapillare liegt, so
kann diese Zunge leicht spiralförmig aufgewickelt werden. Im Kreislauf einer Kältemaschine
soll zwischen der Saugleitung, die vom Verdampfer zum Verdichter führt und der Kapillare,
die den Verflüssiger mit dem Verdampfer verbindet, thermischer Kontakt bestehen.
Deshalb ist es vorteilhaft, in dem Stück des Kanalbleches, in dem die U-förmige
Kapillare verläuft, einen U-förmigen Kanal großen Öffnungsquerschnitts vorzusehen.
Er kann einen Teil der Saugleitung bilden. Zwischen Kapillare und Saugleitung besteht
dann ein vorzüglicher thermischer Kontakt.
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Der Strömungswiderstand der spaltförmigen Kapillare nach der Erfindung
steigt mit zunehmender Krümmung. Ist das innere Ende der Spirale an ihrem äußeren,
in das Kanalblech übergehenden Ende drehbar befestigt, so kann die Krümmung, also
auch der Strömungswiderstand nach Bedarf eingestellt werden. Auf diese Weise ist
es daher möglich, den Strömungswiderstand mit Hilfe eines vom Druck oder von der
Temperatur abhängigen Organs zu regeln.
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Um die spaltförmige Kapillare herzustellen, wird ein ebenes, streifenförmiges
Teilstück eines Kanalbleches, das einen im Lichten in der Blechebene einige Millimeter
breiten und senkrecht dazu einige Zehntel Millimeter hohen Kanal enthält, spiralförmig
aufgewickelt. Statt dessen kann der Streifen z. B. auch schraubenlinienförmig gewunden
werden.
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An Hand der schematischen Abbildungen sei die Erfindung erläutert.
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Abb. 1 zeigt in Aufsicht ein Kanalblech, in dem Verflüssiger, Verdampfer
und Verbindungskanäle vereinigt sind; In Abb. 2 ist in Seitenansicht das zu einer
Spirale gekrümmte Stück des Kanalbleches zu erkennen, das die Kapillare und einen
Teil der Saugleitung enthält; In Abb. 3 ist ein Schnitt durch das noch ungekrümmte
Stück des Kanalbleches dargestellt, das zwei U-förmig geführte Kanäle enthält. Dieser
Schnitt liegt senkrecht zu den Längsachsen der Kanäle.
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Das Kanalblech besteht aus drei Hauptteilen, nämlich dem Verflüssiger
1, dem Verdampfer 2 und dem Gegenströmer 3. Zwischen dem Verflüssiger 1 und dem
Verdampfer 2 liegt ein möglichst schmales Verbindungsstück 4. Bei 5 wird vom (nicht
gezeichneten) Verdichter gasförmiges Kältemittel in das Kanalsystem des Verflüssigers
1 gedrückt und dort verflüssigt, um in der punktiert gezeichneten U-förmigen Kapillare
7 entspannt zu werden. Die entspannte Flüssigkeit verdampft dann kälteleistend im
kanalsystem des Verdampfers 2. Das gasförmige Kältemittel gelangt schließlich durch
das im Gegenströmer 3 liegende U-förmige Kanalstück 8 der Saugleitung nach 6, von
wo es vom Verdichter angesaugt wird, um wieder verdichtet und nach 5 gefördert zu
werden. Im Gegenströmer 3 wird die in .der Kapillare 7 strömende Flüssigkeit durch
das in Kanalstück 8 der Saugleitung strömende gasförmige Kältemittel unterkühlt.
Wie in Abb. 3 dargestellt, besitzt das Kanalstück 8 eine mehrfach größere lichte
Höhe als der für die Kapillare 7 vorgesehene Kanal, bevor der Gegenströmer 3 zu
einer Spirale gekrümmt wird. Die Kapillare 7 entsteht erst beim Krümmen. Der Querschnitt
des Kanalstückes 8 kann so gewählt werden, daß er sich beim Krümmen nicht wesentlich
erniedrigt. Das innere Ende 9 des zu einer Spirale gekrümmten Gegenströmers 3 kann
am äußeren Ende 10 drehbar befestigt sein, damit der Strömungswiderstand der Kapillare
7 geändert werden kann. Eine hierfür geeignete Vorrichtung ist nicht dargestellt.