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EP0758073A1 - Vorrichtung zur Kälteerzeugung - Google Patents

Vorrichtung zur Kälteerzeugung Download PDF

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EP0758073A1
EP0758073A1 EP96111414A EP96111414A EP0758073A1 EP 0758073 A1 EP0758073 A1 EP 0758073A1 EP 96111414 A EP96111414 A EP 96111414A EP 96111414 A EP96111414 A EP 96111414A EP 0758073 A1 EP0758073 A1 EP 0758073A1
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EP
European Patent Office
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steam drum
refrigerant
heat exchanger
steam
plate heat
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EP96111414A
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English (en)
French (fr)
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EP0758073B1 (de
Inventor
Jiri Svoboda
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Balcke Duerr GmbH
Original Assignee
Balcke Duerr GmbH
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Publication date
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    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F25B39/02—Evaporators
    • F25B39/022—Evaporators with plate-like or laminated elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2339/00—Details of evaporators; Details of condensers
    • F25B2339/02—Details of evaporators
    • F25B2339/024—Evaporators with refrigerant in a vessel in which is situated a heat exchanger
    • F25B2339/0241—Evaporators with refrigerant in a vessel in which is situated a heat exchanger having plate-like elements

Definitions

  • the invention relates to a device for generating refrigeration in a closed refrigerant circuit for cooling a refrigerant, in particular a water-brine mixture, a compressor in the refrigerant circuit sucking and compressing gaseous refrigerant from a steam drum and feeding it at high pressure to a condenser from which the liquid refrigerant after a pressure release via the liquid space of the steam drum, an evaporator is supplied in which heat is extracted from the refrigerant by the evaporation of the refrigerant and from which the gaseous refrigerant is fed back to the steam space of the steam drum.
  • Such devices for refrigeration which are also referred to as compression refrigeration machines, are known in a wide variety of designs, with the compressor, steam drum, condenser and evaporator being connected to one another as separate components by lines.
  • the invention has for its object to provide a device for refrigeration as a compact unit, so that a large performance range can be covered by modular design.
  • the solution to this problem by the invention is characterized in that the heat exchanger surface of the evaporator is designed as a welded plate heat exchanger and is arranged in the liquid space of the steam drum.
  • the combination of evaporator and steam drum according to the invention not only results in a space-saving construction with the corresponding connection lines being eliminated, but also by the arrangement of the heat exchanger surfaces of the evaporator in the liquid space of the steam drum an evaporation process in natural circulation, in which the liquid refrigerant enters the plate heat exchanger from below and emerges as a gaseous refrigerant from the top of the plate heat exchanger, the non-evaporated refrigerant flowing downward via integrated drop channels, which are formed by the side walls of the evaporator and the steam drum, due to the density difference due to gravity.
  • the natural circulation created in this way is influenced by the free cross-section of the fall channels and thus also the performance.
  • the steam drum is designed as a pressure-resistant housing which has either a flat or a curved base.
  • a droplet separator can be arranged in the steam chamber of the steam drum.
  • displacement bodies can be arranged below the plate heat exchanger in order to reduce the volume of the liquid space or the filling quantity of the refrigerant.
  • the steam drum 1 can be seen from the device for cooling, which consists of a pressure-resistant housing, which has an inlet connection 2 for the refrigerant consisting of a liquid-steam mixture and a steam connection 3 for the outlet of the vaporous refrigerant is provided.
  • the steam drum 1 By forming a liquid level in the steam drum 1, the latter is divided into a liquid space and a steam space located above it, a droplet separator 4 being arranged in the steam space in both exemplary embodiments.
  • the heat exchanger surface of the evaporator which is designed as a welded plate heat exchanger 5.
  • the exemplary embodiment shown is a plate heat exchanger 5 operated in cross-countercurrent, the liquid refrigerant entering the channels of the plate heat exchanger 5 running vertically upwards from below and partially evaporating, so that 5 gaseous refrigerant from the plate heat exchanger 5 on the top of the plate heat exchanger emerges and enters the steam room of the steam drum 1.
  • the liquid refrigerant is circulated (as can be seen particularly in FIGS. 2 and 4) in natural circulation by gravity in the liquid space of the steam drum 1. This circulation is caused by drop channels 10, which are formed by the side walls of the evaporator and the steam drum.
  • a cooling medium preferably a water-brine mixture, is supplied to the plate heat exchanger 5 via a supply nozzle 6. After flowing through the plate heat exchanger 5, this coolant passes in a horizontal direction into a deflection chamber 8, from which the coolant flows again through the plate heat exchanger 5 in the opposite direction before it flows through it leaves through a discharge nozzle 7. Evaporation of the refrigerant in the plate heat exchanger 5 removes heat from the refrigerant.
  • the steam drum 1 While in the embodiment according to FIGS. 1 and 2 the steam drum 1 is designed with a flat bottom, the steam drum 1 according to the embodiment of FIGS. 3 and 4 has an outwardly curved base, which results in an enlarged liquid space. In order to reduce its volume, displacement bodies 9 are arranged in the lower part of the steam drum 1 in the exemplary embodiment.
  • the arrangement of the plate heat exchanger 5 in the steam drum 1 results in a compact natural circulation evaporator, with the simultaneous elimination of the lines previously required between these two components.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kälteerzeugung in einem geschlossenen Kältemittelkreislauf zur Kühlung eines Kälteträgers, insbesondere eines Wasser-Sole-Gemisches, wobei im Kältemittelkreislauf ein Verdichter gasförmiges Kältemittel aus einer Dampftrommel ansaugt und verdichtet und mit hohem Druck einem Verflüssiger zuführt, aus dem das flüssige Kältemittel nach einer Druckentspannung über den Flüssigkeitsraum der Dampftrommel einem Verdampfer zugeführt wird, in dem dem Kälteträger durch die Verdampfung des Kältemittels Wärme entzogen wird und aus dem das gasförmige Kältemittel erneut dem Dampfraum der Dampftrommel zugeführt wird, wobei die Wärmetauscherfläche des Verdampfers als verschweißter Plattenwärmetauscher (5) ausgebildet und im Flüssigkeitsraum der Dampftrommel (1) angeordnet ist. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kälteerzeugung in einem geschlossenen Kältemittelkreislauf zur Kühlung eines Kälteträgers, insbesondere eines Wasser-Sole-Gemisches, wobei im Kältemittelkreislauf ein Verdichter gasförmiges Kältemittel aus einer Dampftrommel ansaugt und verdichtet und mit hohem Druck einem Verflüssiger zuführt, aus dem das flüssige Kältemittel nach einer Druckentspannung über den Flüssigkeitsraum der Dampftrommel einem Verdampfer zugeführt wird, in dem dem Kälteträger durch die Verdampfung des Kältemittels Wärme entzogen wird und aus dem das gasförmige Kältemittel dem Dampfraum der Dampftrommel erneut zugeführt wird.
  • Derartige Vorrichtungen zur Kälteerzeugung, die auch als Kompressionskältemaschinen bezeichnet werden, sind in verschiedensten Ausführungen bekannt, wobei Verdichter, Dampftrommel, Verflüssiger und Verdampfer als separate Bauteile durch Leitungen miteinander verbunden sind.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Kälteerzeugung als kompakte Baueinheit zu schaffen, so daß ein großer Leistungsbereich durch Modularbauweise abgedeckt werden kann.
  • Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherfläche des Verdampfers als verschweißter Plattenwärmetauscher ausgebildet und im Flüssigkeitsraum der Dampftrommel angeordnet ist.
  • Durch die erfindungsgemäße Kombination von Verdampfer und Dampftrommel ergibt sich nicht nur eine raumsparende Konstruktion unter gleichzeitigem Wegfall der entsprechenden Verbindungsleitungen, sondern durch die Anordnung der Wärmetauscherflächen des Verdampfers im Flüssigkeitsraum der Dampftrommel ein Verdampfungsprozeß im Naturumlauf, bei welchem das flüssige Kältemittel von unten in den Plattenwärmetauscher eintritt und als gasförmiges Kältemittel oben aus dem Plattenwärmetauscher austritt, wobei das nicht verdampfte Kältemittel über integrierte Fallkanäle, die durch die Seitenwände des Verdampfers und der Dampftrommel gebildet werden, infolge des Dichteunterschiedes aufgrund der Schwerkraft nach unten strömt. Der so entstehende Naturumlauf wird über den freien Querschnitt der Fallkanäle beeinflußt und hiermit auch die Leistung. Ein weiterer entscheidender Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß eventuelle Leckagen des Plattenwärmetauschers bezüglich des Kältemittels durch die Anordnung der Wärmetauscherflächen im Flüssigkeitsraum der Dampftrommel unproblematisch sind und nicht zu einem Austritt von Kältemittel in die Atmosphäre führen.
  • Die Dampftrommel wird gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung als druckfestes Gehäuse ausgebildet, das entweder einen flachen oder einen gewölbten Boden aufweist. Im Dampfraum der Dampftrommel kann erfindungsgemäß ein Tropfenabscheider angeordnet sein.
  • Bei einer bevorzugten Ausführung der Dampftrommel mit gewölbtem Boden können unterhalb des Plattenwärmetauschers Verdrängungskörper angeordnet sein, um das Volumen des Flüssigkeitsraumes bzw. die Füllmenge des Kältemittels zu verringern.
  • Auf der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Dampftrommel mit integriertem Verdampfer dargestellt, und zwar zeigen:
    • Fig. 1
    einen Längsschnitt durch das schematisch dargestellte erste Ausführungsbeispiel,
    Fig. 2
    einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie II - II in Fig. 1,
    Fig. 3
    einen der Fig. 1 entsprechenden Längsschnitt durch das zweite Ausführungsbeispiel und
    Fig. 4
    einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie IV - IV in Fig. 3.
  • Bei beiden schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen ist von der Vorrichtung zur Kälteerzeugung lediglich die Dampftrommel 1 zu erkennen, die aus einem druckfesten Gehäuse besteht, das mit einem Eintrittsstutzen 2 für das aus einem Flüssigkeit-Dampf-Gemisch bestehende Kältemittel und mit einem Dampfstutzen 3 für den Austritt des dampfförmigen Kältemittels versehen ist.
  • Durch Ausbildung eines Flüssigkeitsstandes in der Dampftrommel 1 wird diese in einen Flüssigkeitsraum und einen darüberbefindlichen Dampfraum unterteilt, wobei im Dampfraum bei beiden Ausführungsbeispielen ein Tropfenabscheider 4 angeordnet ist.
  • Im Flüssigkeitsraum der Dampftrommel 1 befindet sich die als geschweißter Plattenwärmetauscher 5 ausgebildete Wärmetauscherfläche des Verdampfers. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen im Kreuzgegenstrom betriebenen Plattenwärmetauscher 5, wobei das flüssige Kältemittel von unten in senkrecht nach oben verlaufende Kanäle des Plattenwärmetauschers 5 eintritt und hierbei zum Teil verdampft, so daß an der Oberseite des Plattenwärmetauschers 5 gasförmiges Kältemittel aus dem Plattenwärmetauscher 5 austritt und in den Dampfraum der Dampftrommel 1 gelangt. Das flüssige Kältemittel wird hierbei (wie insbesondere die Figuren 2 und 4 erkennen lassen) im Naturumlauf durch Schwerkraft im Flüssigkeitsraum der Dampftrommel 1 umgewälzt. Diese Umwälzung wird durch Fallkanäle 10 bewirkt, die durch die Seitenwände des Verdampfers und der Dampftrommel gebildet werden.
  • Dem Plattenwärmetauscher 5 wird über einen Zufuhrstutzen 6 ein Kälteträger zugeführt, vorzugsweise ein Wasser-Sole-Gemisch. Dieser Kälteträger gelangt nach dem Durchströmen des Plattenwärmetauschers 5 in waagerechter Richtung in eine Umlenkkammer 8, aus der der Kälteträger erneut in entgegengesetzter Richtung den Plattenwärmetauscher 5 durchströmt, bevor er diesen durch einen Abfuhrstutzen 7 verläßt. Durch die Verdampfung des Kältemittels im Plattenwärmetauscher 5 wird dem Kälteträger Wärme entzogen.
  • Während beim Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 und 2 die Dampftrommel 1 mit einem Flachboden ausgeführt ist, hat die Dampftrommel 1 nach dem Ausführungsbeispiel der Figuren 3 und 4 einen nach außen gewölbten Boden, wodurch sich ein vergrößerter Flüssigkeitsraum ergibt. Um dessen Volumen zu verringern, sind beim Ausführungsbeispiel im unteren Teil der Dampftrommel 1 Verdrängungskörper 9 angeordnet.
  • Wie die beiden Ausführungsbeispiele erkennen lassen, ergibt sich durch die Anordnung des Plattenwärmetauschers 5 in der Dampftrommel 1 ein kompakter Naturumlaufverdampfer, und zwar unter gleichzeitigem Wegfall der bisher zwischen diesen beiden Bauteilen erforderlichen Leitungen.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Dampftrommel
    2
    Eintrittsstutzen
    3
    Dampfstutzen
    4
    Tropfenabscheider
    5
    Plattenwärmetauscher
    6
    Zufuhrstutzen
    7
    Abfuhrstutzen
    8
    Umlenkkammer
    9
    Verdrängungskörper
    10
    Fallkanäle

Claims (4)

  1. Vorrichtung zur Kälteerzeugung in einem geschlossenen Kältemittelkreislauf zur Kühlung eines Kälteträgers, insbesondere eines Wasser-Sole-Gemisches, wobei im Kältemittelkreislauf ein Verdichter gasförmiges Kältemittel aus einer Dampftrommel ansaugt und verdichtet und mit hohem Druck einem Verflüssiger zuführt, aus dem das flüssige Kältemittel nach einer Druckentspannung über den Flüssigkeitsraum der Dampftrommel einem Verdampfer zugeführt wird, in dem dem Kälteträger durch die Verdampfung des Kältemittels Wärme entzogen wird und aus dem das gasförmige Kältemittel erneut dem Dampfraum der Dampftrommel zugeführt wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Wärmetauscherfläche des Verdampfers als verschweißter Plattenwärmetauscher (5) ausgebildet und im Flüssigkeitsraum der Dampftrommel (1) angeordnet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampftrommel (1) als druckfestes Gehäuse mit integriertem Verdampfer ausgebildet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Dampfraum der Dampftrommel (1) ein Tropfenabscheider (4) angeordnet ist.
  4. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Ausführung der Dampftrommel (1) mit gewölbtem Boden unterhalb des Plattenwärmetauschers (5) Verdrängungskörper (9) angeordnet sind.
EP96111414A 1995-08-05 1996-07-16 Vorrichtung zur Kälteerzeugung Expired - Lifetime EP0758073B1 (de)

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EP0758073B1 EP0758073B1 (de) 1999-10-06

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