DE2445065A1

DE2445065A1 - Kuehlvorrichtung

Info

Publication number: DE2445065A1
Application number: DE19742445065
Authority: DE
Inventors: Takeo Ueno
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1973-09-21
Filing date: 1974-09-20
Publication date: 1975-04-03
Also published as: DE2445065C3; GB1464453A; FR2244971B1; IT1019334B; DE2445065B2; US3938349A; FR2244971A1

Description

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DAIKIN KOGYO CO., LTD., OSAKA/JAPAN

Kühlvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlvorrichtung mit einem Kühlmittelkreislauf.

Bisher wurden bereits verschiedene Vorschläge auf dem Gebiet von Kühlvorrichtungen gemacht und einige von ihnen wurden in die Praxis umgesetzt, bei welchen eine Steuervorrichtung für das Kühlmittel vorgesehen war, durch welches das Volumen eines Kühlmittels im Kreislauf entsprechend den

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Belastungsänderungen gesteuert werden kann. Bei einer bekannten typischen Vorrichtung dieser Art wird der Grad der überhitzung des Kühlmittels im gasförmigen Stadium und unter niederem Druck am Auslass des Verdampfers abgetastet und der Grad der Öffnung eines Entspannungsventils entsprechend eingestellt. Bei dieser Vorrichtung wird der Öffnungsgrad des Entspannungsventils erhöht, wenn die Belastung hoch ist und der Grad der überhitzung ebenfalls hoch ist, so dass das Volumen des Kühlmittels im Kreislauf erhöht werden kann, um dem Ansteigen der Belastung Rechnung zu tragen und der Grad der überhitzung kann auf eine vorbestimmte Höhe abgesenkt werden.

Der Grund, warum das Kühlmittel unter niederem Druck am Auslass des Verdampfers in dieser Vorrichtung überhitzt wird, liegt darin, dass der Kompressor beschädigt bzw. zerstört werden würde, wenn das Kühlmittel im flüssigen Stadium durch den Sog in den Kompressor gesaugt würde, ohne dass es im Verdampfer durch Wärmeaustausch aufgrund einer Änderung der Belastung in ein vollständig gasförmiges Stadium überführt worden wäre. So wird das gesamte unter niederem Druck stehende Kühlmittel in der bekannten Vorrichtung, das in ein vollständig gasförmiges Stadium übergeführt wird, durch das Kühlrohr an der Auslasseite des Verdampfers geleitet, um es zu überhitzen, so dass das überhitzte Kühlmittel in einem gasförmigen Stadium in den Kompressor zurückgeleitet werden kann. Der Abschnitt mit dem Kühlrohr hat eine sehr niedrige Wärmeübertragungsfähigkeit und führt keine Verdampfung durch, so dass er nicht als Wärmetauscher arbeitet. Die volle Verwendung des Wärmeübertragungsbereichs des Verdampfers zur Durchführung einer Verdampfung wird durch die

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Existenz des Kühlrohrs behindert, welches die einzige Funktion erfüllt, das Kühlmittel ohne Verdampfung zu überhitzen. Die Verwendung des Kühlrohrs hat eine Steigerung der Grösse des Verdampfers zur Folge. In dem Falle, wo eine Kühlmaschine sowohl zum Kühlen als auch zum Beheizen arbeitet, wird das als Kondensator wirkende Teil bei der Durchführung eines Kühlvorganges als Verdampfer verwendet, wenn ein Heizvorgang durchgeführt wird. Bei dieser Art Kühlvorrichtungen hat die oben beschriebene Steuervorrichtung für das Kühlmittel den zusätzlichen Nachteil, dass sie die Einbaukosten erhöht.

Wenn sich das durch die Saugwirkung in den Kompressor gesogene Kühlmittel in einem überhitzten gasförmigen Stadium befindet, neigt das in der Kühlvorrichtung enthaltene Öl, das sich im Kühlmittel befindet, dazu, sich selbst vom Kühlmittel zu trennen und im Verdampfer zurückzubleiben, so dass das öl nicht leicht in den Kompressor zurückgeleitet wird und der Kompressor viele Störungen hat. Aus diesem Grunde war es bisher nötig eine ölrückführeinrichtung mit einem besonderen Aufbau vorzusehen. Weil das durch die Saugwirkung in den Kompressor gesogene Kühlmittel sich in einem überhitzten gasförmigen Stadium befindet, hat es darüber hinaus eine niedrige Konzentration. Dieses hat viele Schwierigkeiten mit sich gebracht. Vor allem verringert dieses nicht nur den Gesamtleistungskoeffizienten, sondern macht es auch erforderlich, den Verdampfer zu vergrössern, weil der Verdampfer einen niedrigen Wärmeübertragungskoeffizienten aufweist, wie zuvor erwähnt wurde. Wenn die Vorrichtung einen Heizvorgang durchführt, neigt sie dazu, Reif zu bilden, weil das durch Saugwirkung in den Kompressor gesogene Kühlmittel

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in seinem Druck herabgesetzt wird. Nicht zuletzt ist die Tatsache wichtig, dass der wirksame Temperaturbereich der Vorrichtung eingeschränkt wird, wenn Änderungen in der Belastung auftreten.

Bei einer anderen bekannten Steuervorrichtung wird der Grad der Unterkühlung des Kühlmittels am Auslass des Kondensators gesteuert, um dadurch die Leistungsfähigkeit des Verdampfers zu steuern, so dass das Einbringen des Kühlmittels im flüssigen Stadium in den Kompressor verhindert werden kann. Das Kühlmittel am Auslass des Verdampfers befindet sich in einem überhitzten gasförmigen Stadium wenn die Belastung hoch ist, und in einem Stadium eines Gemisches aus Gas und Flüssigkeit, wenn die Belastung niedrig ist. Der Grad der Unterkühlung des Kühlmittels am Auslass des Kondensators wird geändert, wenn Änderungen in der Belastung auftreten. So ist diese Steuervorrichtung nicht in der Lage eine Steuerung des Volumens des Kühlmittels in stabiler Weise durchzuführen, weil die Steuerung nur indirekt in bezug auf die Änderungen der Belastung des Verdampfers durchgeführt wird. Ausserdem macht es die Unterkühlung des Kühlmittels am Auslass des Kondensators notwendig, das Kühlmittel am Auslass des Kondensators zu sammeln, wodurch die Kühlmittelcharge erhöht wird.

Daher soll durch die Erfindung eire neue Kühlvorrichtung geschaffen werden, die den oben erwähnten Tatsachen in bemerkenswerter Weise Rechnung trägt und alle Nachteile der oben beschriebenen bekannten Kühlvorrichtungen vermeidet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kühlvorrichtung zu schaffen, in welcher das Volumen eines

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Kühlmittels im Kreislauf, entsprechend den Änderungen der Belastung, eingestellt werden kann, und der Verdampfer immer unter feuchten Bedingungen arbeiten gelassen werden kann, so dass der gesamte Wärmeübertragungsbereich des Verdampfers für die Verdampfung des Kühlmittels in einem flüssigen Stadium verwendet werden kann und die Grosse des Verdampfers verringert werden kann, um dadurch die Gesamtkosten der Vorrichtung zu verringern, und in welcher das feuchte Kühlmittel unter niederem Druck beheizt und vollständig durch das Kühlmittel unter höherem Druck im Akkumulator verdampft werden kann, so dass das Kühlmittel in ein gasförmiges Stadium übergeführt werden kann, wodurch kein flüssiges Kühlmittel durch die Saugwirkung in den Kompressor gesogen wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass in der Kühlvorrichtung ein Kompressor, ein Aussenwärmetauscher, ein Aufnahmebehälter, ein durch Temperaturabtastung automatisch arbeitendes Entspannungsventil, ein Innenwärmetauscher und ein Akkumulator in der bezeichneten Reihenfolge miteinander verbunden sind, wobei der Aufnahmebehälter und der Akkumulator einen Wärmeaustausch durchführen können, dass ein Steuerwärmetauseher parallel zum Akkumulator angeordnet und an den Kühlmittelkreislauf so angeschlossen ist, dass ein Teil eines unter niederem Druck stehenden Kühlmittels, das am Auslass des als Verdampfer arbeitenden Innenwärmetauschers ansteht, am Akkumulator vorbei und durch den Steuerwärmetauscher hindurchfliesst, wo dieser Teil des unter niederem Druck stehenden Kühlmittels einem Wärmeaustausch mit einer anderen Wärmequelle unterworfen und dann zum Kompressor zurückgeleitet werden kann, nachdem er mit dem Kühlmittel unter niedrigem Druck am Auslass des Akkumulators

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gemischt ist, dass ein Temperaturabtastelement an einem Auslass des Steuerwärmetauschers zum Erfassen der Tempera— tür dieses Teils des unter niederem Druck am Auslass des Steuerwärmetauschers stehenden Kühlmittels angeordnet ist, bevor dieses mit dem unter niederem Druck stehenden Kühlmittel am Auslass des Akkumulators gemischt wird, dass der Öffnungsgrad des Entspannungsventils entsprechend dem Überhitzungsgrad des Kühlmittels einstellbar ist, um so das Volumen des sich durch den Kühlkreislauf bewegenden Kühlmittels einzustellen, wodurch der Innenwärmetauscher ungeachtet der Änderungen der Belastung immer zu einem Arbeiten unter feuchten Bedingungen gebracht werden kann und das feuchte Kühlmittel im Akkumulator einem Wärmeaustausch mit einem unter höherem Druck stehenden Kühlmittel unterworfen werden kann,so dass ein Kühlmittel im gesättigten gasförmigen Stadium zum Kompressor zurückleitbar ist.

Ausserdem wird durch die Erfindung eine Kühlvorrichtung geschaffen, in welcher ein als Detektor dienender Steuerwärmetauscher am Auslass des Verdampfers vorgesehen und parallel zum Akkumulator angeordnet ist, um als Steuervorrichtung zu arbeiten, welche es ermöglicht, dass der Verdampfer ungeachtet der Belastungsänderungen immer unter feuchten Bedingungen arbeitet, und in welcher ein Teil des unter niederem Druck stehenden Kühlmittels vom Auslass des Verdampfers durch Vorbeileiten am Akkumulator in den Steuerwärmetauscher eingeleitet wird, wo dieser Teil des Kühlmittels zum Wärmeaustausch mit einer anderen Wärmequelle gebracht wird und zu einem überhitzten Gas umgewandelt wird, dessen Überhitzungsgrad abgetastet wird, um den Grad der Öffnung des Entspannungsventils gemäss dem erfassten Grad

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der überhitzung einzustellen, wodurch das Volumen des im Kreislauf befindlichen Kühlmittels gesteuert werden kann, damit der Verdampfer immer unter feuchten Bedingungen arbeiten kann.

Ferner wird durch die Erfindung eine Kühlvorrichtung der beschriebenen Art geschaffen, in welcher der Teil des unter niederem Druck stehenden Kühlmittels, welcher in den Steuerwärmetauscher durch Vorbeileiten am Akkumulator eingeleitet wird, ungeachtet der Belastungsänderungen in einem vorbestimmten Volumenverhältnis in bezug auf das gesamte unter Druck stehende Kühlmittel gehalten werden kann, wodurch der Grad der Genauigkeit, mit welchem die Steuerung durchgeführt wird, gesteigert werden kann, und die Vorrichtung stabil betrieben werden kann, weil das Entspannungsventil nicht überschwingt.

Schliesslich wird durch die Erfindung eine Kühlvorrichtung geschaffen, welche mit Einrichtungen zum Einstellen der Flüssigkeitshöhe des Kühlmittels im Akkumulator versehen ist, um die Wärmeübertragungsrate der vorgesehenen Heizeinrichtung im Akkumulator konstant zu halten, und das unter hohem Druck stehende Kühlmittel zu verwenden, so dass das in einem flüssigen Stadium befindliche Kühlmittel nicht durch die Saugwirkung in den Kompressor gesogen werden kann, weil der Verdampfer immer ungeachtet der Belastungsanderungen unter feuchten Bedingungen arbeitet.

Ausserdem wird durch die Erfindung eine Kühlvorrichtung geschaffen, in welcher die Steuerung des Kühlmittels trotz der Tatsache, dass die Kühlvorrichtung in einem umkehrbaren

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Kühlzyklus arbeitet, durch ein einziges Entspannungsventil bewirkt werden kann, weil eine 4-Wege-Umschalteinrichtung verwendet wird.

Zusätzlich ist hier zu bemerken, dass der Ausdruck "arbeiten des Verdampfers unter feuchten Bedingungen", der in der gesamten Beschreibung verwendet wird, sich auf ein Arbeiten des Verdampfers bezieht, bei welchem sich das Kühlmittel am Auslass desselben in einem ungesättigten gasförmigen Stadium befindet, d.h. im Stadium eines Gemisches aus Wasser und Flüssigkeit.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Rohrleitungsplan einer Kühlvorrichtung, welche ein Ausführungsbexspiel der Erfindung darstellt,

Fig. 2 eine detaillierte schematische Darstellung der wesentlichen Teile der in Fig. 1 gezeigten Kühlvorrichtung,

Fig. 3 ein Mollier-Diagramm zur Erläuterung der Leistung der in Fig. 1 gezeigten Kühlvorrichtung,

Fig. 4 eine detaillierte schematische Darstellung der wesentlichen Teile der Kühlvorrichtung, welche ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt,

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Fig. 5 ein MollLer-Diagramm zur Erläuterung der Leistung der in Fig. 4 gezeigten Kühlvorrichtung,

Fig. 6 einen Rohrleitungsplan einer Kühlvorrichtung,

welche ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt,

Fig. 7 einen masstäblich vergrösserten Schnitt des

Zweigabschnittes des Einlassrohrs des in Fig. 6 gezeigten Steuerwärmetauschers,

Fig. 8 einen masstäblich vergrösserten Schnitt des

Zweigabschnittes des Auslassrohrs des in Fig. 6 gezeigten Steuerwärmetauschers,

Fig. 9a u. 9b sind Darstellungen zur Erläuterung der wesentlichen in Fig. 7 gezeigten Teile,

Fig. 10 eine masstäblich vergrösserte schematische Darstellung des Akkumulators, der in Fig. 6 gezeigten Kühlvorrichtung, und

Fig. 11 eine schematische Darstellung einer anderen Form des in Fig. 10 gezeigten Auslassrohrs.

Fig. 1 zeigt eine Kühl-und Heizvorrichtung der mit Druckkühlung arbeitenden Art, welche einen Kompressor 1, ein
4-Wege-Umschaltventil, einen Aussenwärmetauscher, ein Aufnahmegefäss 6c, ein automatisches Entspannungsventil 4 der auf Temperatur ansprechenden Art, einen Innenwärmetauscher 3 und einen Akkumulator 6 der wärmeaustauschenden Art umfasst,

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Die zuvor erwähnten Teile sind miteinander in der dargestellten Art verbunden, so dass sie einen bekannten Kühlkreislauf bilden. Ein Steuerwärmetauscher 7 und eine 4-Wege-Umschalteinrichtung 9, welche die kennzeichnenden Merkmale der Erfindung bilden, sind in daibekannten Kühlkreislauf eingesetzt, um den in der Zeichnung dargestellten Kühlkreislauf zu bilden.

Nach Betätigung des 4-Wege-Umschaltventils 2 ist der Kompressor 1 mit seiner Auslasseite entweder an den Aussenwärmetauscher 5 oder den Innenwärmetauscher 3, der als Kondensator arbeitet, angeschlossen und der Akkumulator 6 ist mit seiner Einlasseite entweder an den Innenwärmetauscher 3 oder den Aussenwärmetauscher 5 angeschlossen, welcher als Verdampfer wirkt.

Die 4-Wege-Umschalteinrichtung 9 enthält vier Rückschlagventile 8, die zur Bildung einer Brückenschaltung miteinander verbunden sind. Die Enden A und D eines Paares gegenüberliegender Verbindungsrohre sind an ein Ende des Innenwärmetauschers 3 an einer Seite gegenüber dem 4-Wege-Umschaltventil 2, bzw. an ein Ende des Aussenwärmetauschers 5 an einer Seite gegenüber dem 4-Wege-Umschaltventil 2 angeschlossen. Die Enden C und B eines anderen Paares gegenüberliegender Verbindungsrohre sind an einem Auslass des Entspannungsventils 4 bzw. einen Einlass eines gerippten Rohres 7b angeschlossen, welches als hochdruckseitiger Kühlmitteldurchlass im Steuerwarmetauscher 7 dient. So fliesst ein in einer Strömung durch das Entspannungsventil 4,den Steuerwärmetauscher 7 und den Akkumulator 6 fliessendes Kühlmittel immer in einer vorbestimmten Richtung, auch wenn die Strömungsrichtung

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des KühlmittelStroms durch den Innenwärmetauscher 3 und den Aussenwarmetauscher 5 beim Durchführen eines Kühlvorganges zur Durchführung eines Heizvorganges umgekehrt wird.

Fig. 2 zeigt den Akkumulator 6 und den Steuerwärmetauscher 7 in einem vergrösserten Masstab. Der Akkumulator 6 enthält einen Haupttteil 6a, der als unterdruckseitiger Kühlmitteldurchlass dient, eine Wärmetauscherspule 6b (Fig. 1), die in einem unteren Abschnitt des Hauptteils 6a quer angeordnet ist, und ein Aufnahmegefäss 6c, das als hochdruckseitiger Kühlmitteldurchlass dient und luftdicht von oben in den Hauptteil 6a eingesetzt ist, so dass es oberhalb der Wärmetauscherspule 6b angeordnet ist. Der Hauptteil 6a hat ein Auslassrohr 14, das von dem oberen Abschnitt seiner Seitenwand wegragt und ein Ölrückleitungsrohr 6e, das von seinem unteren Abschnitt wegragt. Das Ölrückleitungsrohr 6e ist mit dem Auslassrohr 14 ausserhalb des Hauptteils 6a verbunden. Auf der anderen Seite erstreckt sich ein Einlassrohr 13 durch das Aufnahmegefäss 6c und hat an seinem unteren Ende eine Öffnung, die oberhalb der Wärmetauscherspule 6b angeordnet ist. Das Aufnahmegefäss 6c ist an seinem unteren Abschnitt mit dem oberen Ende der Wärmetauscherspule 6b verbunden. Das untere Ende der· Wärmetauscherspule 6b ist mit der Einlassseite des Entspannungsventils 4 verbunden, und das Einlassrohr 13 ist an das 4-Wege-Umschaltvetil 2 angeschlossen. Das Auslassrohr 14 ist direkt an die Saugseite des Kompressors 1 und über ein Ausgleichsrohr an das Entspannungsventil 4 angeschlossen (Fig. 1).

Der Steuerwärmetauscher 7, der eines der Merkmale der Erfindung darstellt, enthält einen Hauptteil 7a, der über

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ein Einlassrohr 11 mit kleinerem Durchmesser an das Einlassrohr 13 und durch ein Auslassrohr 12 mit kleinerem Durchmesser an das Auslassrohr 14 angeschlossen ist, so dass der Steuerwärmetauscher 7 einen Bypass in bezug auf den Akkumulator 6 bildet. Der Steuerwärmetauscher 7 enthält ferner das gerippte Rohr 7b, das im Hauptteil 7a angeordnet ist, so dass es sich entlang dessen Längsachse erstreckt und zwischen dem Ende B des Verbindungsrohrs und dem oberen Abschnitt des Aufnahmegefässes 6c angeordnet ist, so dass der Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel unter niedrigem Druck, das durch den Hauptteil 7a hindurchgeht, und dem Kühlmittel unter hohem Druck, das durch das gerippte Rohr 7b hindurchgeht, stattfinden kann.

Das Entspannungsventil 4 hat ein Temperaturabtastelement 4a, das in dem Auslassrohr 12 mit kleinerem Durchmesser angebracht ist und als Abtastelement zum Erfassen der Steuertemperatur dient. Das Temperaturabtastelement 4a erfasst die Temperatur des sich in gasförmigem Stadium und unter niederem Druck befindlichen Kühlmittels, das dem Wärmeaustausch mit dem unter hohem Druck stehenden Kühlmittels im Steuerwärmetauscher 7 ausgesetzt war und ermöglicht es, dass der Öffnungsgrad des Entspannungsventils 4 automatisch entsprechend eingestellt wird.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der Kühl- und Heizvorrichtung mit dem oben erwähnten Aufbau beschrieben. In einem Kühlzyklus, der mit Pfeilen mit gestrichelten Linien dargestellt ist, wird ein geeignetes Kühlmittel in einem gasförmigen Stadium und unter höherem Druck vom Kompressor 1 abgegeben und strömt durch das 4-Wege-ümschaltventil zum

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Aussenwärmetauscher 5, der als Kondensator wirkt. Im Aussenwärmetauscher wird der Hauptteil des Kühlmittels in ein flüssiges Stadium umgewandelt, so dass das Kühlmittel eine Trockenheit X haben kann, die z.B. ungefähr 0,05 beträgt. Wenn X = 1, befindet sich das Kühlmittel in einem trockenen gesättigten gasförmigen Stadium, wenn X=O, befindet es sich in einem gesättigten flüssigen Stadium.

Dann läuft das flüssige Kühlmittel durch die Enden D und B der Verbindungsrohre in das gerippte Rohr 7b des Steuerwärmetauschers 7, wo es durch Wärmeaustausch abgekühlt wird, der zwischen ihm und einem Teil des Kühlmittels stattfindet, das sich als Zweigstrom durch den Hauptteil 7a bewegt, nachdem es durch den Innenwärmetauscher 3 hindurchgeströmt ist. der als Verdampfer arbeitet. Das gekühlte Kühlmittel wird in den Aufnahmebehälter 6c eingebracht.

Das gekühlte Kühlmittel wird dann in der Wärmetauscherspule 6b weiterem Wärmeaustausch unterworfen. In der Wärmetauscherspule ist das feuchte Kühlmittel verteilt, das am Auslass des als Verdampfer arbeitenden Innenwärmetauschers 3 angeordnet ist, so dass es zu einem unterkühlten Kühlmittel in flüssigem Stadium umgewandelt wird. Das flüssige unterkühlte Kühlmittel läuft durch das Entspannungsventil 4 und die Enden C und A der Verbindungsrohre in den Innenwärmetauscher 3.

Im Innenwärmetauscher 3 wird das unterkühlte Kühlmittel im flüssigen Stadium einem Wärmeaustausch mit der im Raum befindlichen Luft unterworfen, so dass es verdampft und ein gesättigtes Kühlmittel wird, welches z.B. einen

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Trocknungsgrad X I= 0,85 haben kann. Das gesättigte Kühlmittel strömt durch das 4-Wege-Umschaltventil 2 und der Hauptanteil desselben wird durch das Einlassrohr 13 in den Hauptteil 6a des Akkumulators 6 eingebracht. Gleichzeitig strömt ein kleinerer Anteil des gesättigten Kühlmittels durch das Einlassrohr 11 mit kleinerem Durchmesser in den Hauptteil 7a des Steuerwärmetauschers 7. Der Hauptanteil des gesättigten Kühlmittels, das durch das Einlassrohr 13 hindurchströmt, das als Wärmeaustauschleitung dient, wird einem Wärmeaustausch mit dem unterkühlten flüssigen, unter einem hohen Druck stehenden Kühlmittel in dem Aufnahmebehälter 6c ausgesetzt und auf die Wärmetauscherspule 6b verteilt, wobei es weiterem Wärmeaustausch ausgesetzt wird. So wird das gesättigte Kühlmittel mit einem Trocknungsgrad von X = 0,85 in ein Kühlmittel im trockenen gesättigten gasförmigen Stadium mit einem Trocknungsgrad X = 1 zurückverwandelt.

Auf der anderen Seite wird der unter niedrigem Druck stehende Teil des Kühlmittels, der durch das Einlassrohr 11 mit kleinerem Durchmesser in den Steuerwärmetauscher 7 hineinfliesst, wie zuvor erwähnt wurde, durch das im Auslass des Kondensators (Aussenwärmetauscher 5)angeordnete und durch das gerippte Rohr 7b fliessende Kühlmittel überhitzt.

Das vom Sammler 6 abgegebene gesättigte Gas wird mit öl gemischt, das durch das Ölrückleitungsrohr 6e hindurchgeht, und am Auslassrohr 14 mit dem vom Steuerwärmetauscher 7 abgegebenen überhitzten Gas kombiniert. So wird das Gas .zur Saugseite des Kompressors 1 zurückgeleitet, wodurch ein Kühlzyklus vervollständigt wird.

Der oben beschriebene Zyklus wird wiederholt. Als zusätzliches

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Merkmal der Erfindung wird das Ausmass, bis zu welchem ein Teil des Kühlmittels, das am Auslass des Verdampfers angeordnet ist, im Steuerwärmetauscher 7 überhitzt wird, durch das Temperaturabtastelement 4a erfasst, das im Auslassrohr 12 mit kleinerem Durchmesser angebracht ist. Das Temperaturabtastelement 4a erzeugt ein Steuersignal,das den Öffnungsgrad des Entspannungsventils 4 einstellt, so dass der als Verdampfer arbeitende Innenwärmetauscher immer unter feuchten Bedingungen arbeiten kann und die Wirksamkeit des Systems gesteigert werden kann. Die Art und Weise in welcher die Steurung des Entspannungsventils bewirkt wird, wird später im einzelnen beschrieben werden.

Nun wird ein Heizzyklusjbeschrieben.Durch Umschalten des 4-Wege-Umschaltventils 2 vom Kühlzyklus auf den Heizzyklus, folgt das Kühlmittel einem Bewegungsweg, wie er mit den mit ausgezogenen Linien dargestellten Pfeilen bezeichnet ist. Es ist zu bemerken, dass das Kühlmittel beim Heizzyklus durch das Entspannungsventil 4 den Akkumulator 6 und den Steuerwärmetauscher 7 in der gleichen Richtung wie beim Kühlzyklus hindurchströmt und dass das Kühlmittel gesteuert und der Wärmeaustausch in derselben Weise ausgeführt werden wie oben erwähnt wurde, mit der Ausnahme, dass das Kühlmittel durch den Aussenwärmetauscher 5 und den Innenwärmetauscher in entgegengesetzter Richtung hindurchströmt, so dass der erstere als Verdampfer und der letztere als Kondensator arbeitet.

Die Strömung und die Wirkung des Kühlmittels im Kühlzyklus und Heizzyklus wurden oben beschrieben. Indem der Kühlzyklus als Beispiel ausgewählt wird, wird im folgenden das

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Verfahren der Steuerung der Trockenheit X des Kühlmittels, das am Auslass des als Verdampfer arbeitenden Innenwärmetauschers 3 angeordnet ist, und der Aufrechterhaltung desselben auf einer vorbestimmten Höhe, beispielsweise auf einer Höhe, wo X I= 0,85,ungeachtet der Änderungen der Belastung im einzelnen unter Bezugnahme auf das in Fig. 3 gezeigte Mo liier-Diagramm beschrieben. Das Gesamtvolumen G des in Zirkulation befindlichen Kühlmittels in einem Kühlmittelkreislauf kann durch folgende Gleichung bezeichnet werden: G = G₁ + G2, wobei G₁ das Volumen des unter niederem Druck zirkulierenden Kühlmittels ist, das durch den Steuerwärmetauscher strömt und G₂ das Volumen des unter niederem Druck zirkulierenden Kühlmittels ist, das in den Sammler eingebracht wird. Das Verhältnis von G₁ zu G2 wird so eingestellt, dass: G₁ : G₂ = 1 : 10 bis 1 : 20.

Der Wärmeaustausch findet in der Wärmetauseherspule 6b zwischen dem unter niederem Druck ig stehenden Kühlmittel, das sich am Auslass des Innenwärmetauschers 3 findet und einen Trockenheitsgrad von X Φ 0,85 hat und dem unter höherem Druck ip stehenden Kühlmittel statt, das sich am Auslass des gerippten Rohrs 7b des Steuerwärmetauschers 7 befindet und einen Trockenheitsgrad von X =§= 0,05 hat. Wenn der Wärmeaustausch stattfindet, kann das Wärmegleichgewicht durch folgende Gleichung dargestellt werden: G (i₂ - i..) = G₂ (i₇ - ig) , wobei X der Trockenheitsgrad des Kühlmittels ist, i., die Enthalpie des Kühlmittels ist, das gerade in das Entspannungsventil 4 eingebracht werden soll, i₂ die Enthalpie des Kühlmittels ist, das sich am Auslass des Steuerwärmetauschers 7 oder Einlass des Aufnahmebehälters 6c findet, ig die Enthalpie des Kühlmittels ist, das sich am Auslass des Innenwärmetauschers

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3 befindet und i„ die Enthalpie des Kühlmittels ist, das im Auslassrohr 14 des Akkumulators 6 angeordnet ist.

Durch geeignete Auswahl des Betrages der im Akkumulator 6

ausgetauschten Wärme ist es möglich, das Kühlmittel in ein trockenes, gesättigtes, gasförmiges Stadium (X = 1) zu bringen.

Im folgenden soll die Abgabe und Aufnahme von Wärme durch das Kühlmittel im Steuerwärmetauscher 7 betrachtet werden. Wenn der Wärmeaustausch zwischen einem Teil G₁, ig des Kühlmittels unter niederem Druck und dem Kühlmittel G, i₃ stattfindet, das am Auslass des als Kondensator arbeitenden Aussenwärmetauschers 5 vorhanden ist, kann das Wärmeaustauschgleichgewicht durch folgende Gleichung dargestellt werden: G (i₃ - il) = G.. (ig - i_g) , wobei I₃ die Enthalpie des am Auslass des als Kondensator arbeitenden Aussenwärmetauschers 5 oder am Einlass des gerippten Rohrs 7b des Steuerwärmetauschers 7 vorhandenen Kühlmittels ist und i_o

die Enthalpie des am Auslassrohr 12 mit kleinerenDruchmesser vorhandenen Kühlmittels ist.

Durch Auswahl einer geeigneten Grosse für diesen Steuerwärmetauscher 7 auf der Basis dieses Wärmegleichgewichts kann der Grad der überhitzung (Tg - T₇) des Kühlmittels, das durch das Auslassrohr 12 mit dem kleineren Durchmesser des Steuerwärmetauschers 7 fliesst, leicht auf ungefähr 5 C eingestellt werden. T„ ist die Temperatur-des Kühlmittels in dem Auslassrohr 12 mit kleinerem Durchmesser des Steuerwärmetauschers 7 und Tj ist die Temperatur des Kühlmittels im Auslassrohr 14 des Akkumulators 6.

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Im folgenden wird das durch Saugwirkung in den Kompressor 1 gesogene Gas betrachtet. Das Gas G.ig, das durch Saugwirkung in den Kompressor gesogen wird, ist ein Gemisch des überhitzten Kühlmittels G₁-Iq, das in dem mit kleinerem Durchmesser ausgebildeten Auslassrohr 12 des Steuerwärmetauschers 7 angeordnet ist, und dem Kühlmittel G₃.i~, das im Auslassrohr 14 des Sammlers 6 angeordnet ist. Weil G₁ : G = 1 : 10 bis 1 : 20 und G₁ ein kleineres Volumen als G₃ ist, wie zuvor erwähnt wurde, kann das durch Saugwirkung in den Kompressor 1 gesogene Gas ebensogut als im wesentlichen im gesättigten gasförmigen Stadium betrachtet werden.

Wie zuvor erwähnt wurde, wird das Entspannungsventil 4 zur Einstellung des Volumens des durch den Kühlmittelkreislauf zirkulierenden Kühlmittels durch das Temperaturabtastelement 4a gesteuert, das die Temperatur des unter niederem Druck stehenden Kühlmittels ig erfassen kann, welches am Auslass des Steuerventilwärmetauschers 7 angeordnet ist.

Wenn die auf den Innenwärmetauscher 3 aufgebrachte Belastung grosser wird und die Enthalpie des Kühlmittels i_g am Auslass des Innenwärmetauschers grosser wird, dann wird die Enthalpie des am Auslass des Steuerventilwärmetauschers 7 befindlichen Kühlmittels i_g ebenfalls grosser. Demzufolge steigt auch der überhitzungsgrad des Kühlmittels. Das Temperaturabtastelement 4a erfasst diesen Vorgang und erzeugt ein Signal, um den Öffnungsgrad des Entspannungsventils 4 zu steigern und damit die Durchflussmenge des Kühlmittels zu erhöhen. Dadurch wird die Enthalpie des Kühlmittels am Auslass des Innenwärmetauschers verringert, was zu einer Verringerung der Enthalpie des Kühlmittels am Auslass des

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Steuerwärmetauschers 7 führt, wodurch der Grad der überhitzung des Kühlmittels wieder auf die vorbestimmte Höhe (5°C) zurückgeführt wird. Wenn umgekehrt die auf den Innenwärmetauscher 3 aufgebrachte Belastung niedriger wird, wird die Enthalpie des Kühlmittels ±_c am Auslass des Innenwärmetauschers 3 kleiner

und folglich wird die Enthalpie des Kühlmittels am Auslass des Steuerwärmetauschers 7 kleiner. Dies führt dazu, dass der Grad der Überhitzung des Kühlmittels am Auslass des Steuerwärmetauschers kleiner wird, so dass derÖffnungsgrad des Entspannung sventils verringert wird und der Grad der Überhitzugn des Kühlmittels auf 5°C gehalten werden kann.

Bei dem oben beschriebenen Steuersystem wird der Teil des Kühlmittels, der einen Trockenheitsgrad von X 4= 0,85 hat und am Auslass des als Verdampfer arbeitenden Innenwärmetauschers angeordnet ist, im Steuerwärmetauscher 7 zum Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel gebracht, das am Auslass des als Kondensator arbeitenden Aussenwarmetauschers 5 angeordnet ist, und das Entspannungsventil 4 kann durch Verwendung der Temperatur des überhitzten unter niederem Druck stehenden Kühlmittels als zu erfassendes Element gesteuert werden, wodurch das Volumen des in Zirkulation befindlichen Kühlmittels, das durch das Entspannungsventil hindurchströmt, gesteuert werden kann. Dieses Steuersystem hält den Trockenheitsgrad des am Auslass des als Verdampfer arbeitenden Innenwärmetauschers 3 auf einer Höhe, so dass das Kühlmittel in einem gesättigten gasförmigen Stadium ist und ungeachtet der Änderungen der auf den Verdampfer aufgebrachten Belastung immer eine geeignete Feuchtigkeit hat. Dies ermöglicht es, den Wärmeübertragungsbereich des als Verdampfer dienenden Innenwärmetauschers vollständig auszunutzen, weil die Verdampfung

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des Kühlmittels im gesamten Bereich des Innenwärmetauschers stattfindet.

Bei diesem Steuersystem kann das am Auslass des als Kondensator arbeitenden Aussenwarmetauschers 5 vorhandene Kühlmittel auch in ein Spülgasstadium gebracht werden. So kann der Wärmeübertragungsbereich des Aussenwarmetauschers wirksam genutzt werden.

Bei der oben erwähnten Beschreibung arbeitet der Aussenwärmetauscher als Kondensator und der Innenwärmetauscher als Verdampfer. Es versteht sich, dass das Steuersystem die gleiche Wirkung erzielen kann, wenn das 4-Wege-Umschaltventil 2 so betätigt wird, dass der Innenwärmetauscher als Kondensator und der Aussensärmetauscher als Verdampfer arbeitet. Das Vorsehen der 4-Wege-Umschalteinrichtung 9 gemäss der Erfindung bietet den Vorteil, dass die Steuerung bewirkt werden kann, indem nur ein Entspannungsventil in der Kühlvorrichtung des umkehrbaren Kühlzyklus verwendet wird.

Bei dem oben erwähnten Steuersystem kann die Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlmittel am Einlass des Steuerwärmetauschers 7 und dem Kühlmittel am Auslass desselben als elektrische Änderung erfasst werden, die in eine mechanische Verschiebung umgewandelt werden kann, so dass die Durchflussmenge des Kühlmittels gesteuert werden kann.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das unter hohem Druck stehende Kühlmittel, das zwischen der 4-Wege-Umschalteinrichtung 9 und dem Aufnahmebehälter 6c vorhanden ist, als Wärmequelle zur Durchführung des Wärmeaustausche mit einem Teil des unter niederem Druck stehenden

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Kühlmittels verwendet. Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf das oben erwähnte unter hohem Druck stehende Kühlmittel beschränkt ist, und dass irgendein unter höherem Druck stehendes Kühlmittel, das zwischen dem als Kondensator arbeitenden Wärmetauscher und demEntspannungsvnetil 4 vorhanden ist, als Wärmequelle verwendet werden kann.

Fig. 4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem das unter hohem Druck stehende Kühlmittel durch eine elektrische Heizeinrichtung 7e ersetzt ist, welche hermetisch in den Steuerwärmetauscher 7 .eingesetzt ist, um als Wärmequelle zur Durchführung eines Wärmeaustausches mit einem Teil des unter niederem Druck stehenden Kühlmittels zu dienen, das am Auslass des Innenwärmetauschers 3 vorhanden ist. Bei diesem Ausführungsbeispxel findet der Wärmeaustausch zwischen dem unter niederem Druck stehenden Kühlmittel, welches durch den Hauptteil 7a fliesst, und der durch die elektrische Heizeinrichtung 7c erzeugten Wärme statt. Eine genaue Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels wird unterlassen, weil es von dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel nur im folgenden Punkt abweicht.

Im einzelnen findet bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispxel der Wärmeaustausch zwischen dem unter niederem Druck stehenden Kühlmittel G₁. i,- und der von der elektri-

I b

sehen Heizeinrichtung 7c erzeigten Wärme statt. Die Kapazität Y (in kW) der elektrischen Heizeinrichtung 7c wird durch folgende Gleichung ermittelt:

Y = G₁ (ig - ig) = 860

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~²²~ 2U5065

wobei ig die Enthalpie des Kühlmittels in dem einen kleineren Durchmesser aufweisenden Auslassrohr 12 des Steurwärmetauschers 7 ist. Fig. 5 zeigt ein MoUier-Diagramm zur Erläuterung dieses Ausführungsbeispiels.

Fig. 6 zeigt noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem der Kompressor 1,das 4-Wege-Umschaltventil 2, der Aussenwärmetauscher 5, der Aufnahmebheälter 6c, das Entspannungsventil 4, der Innenwärmetauscher 3 und der Akkumulator 6 in der bezeichneten Reihenfolge aneinander angeschlossen sind, um einen Kühlmittelkreislauf zu bilden. Wie bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel enthält das in Fig. 6 gezeigte ausserdem die bekannten Komponenten des Kühlmittelkreislaufs, den Steuerwärmetauscher 7 und die 4-Wege-Umschalteinrichtung 9, welche kennzeichnende Merkmale der Erfindung sind. Die zwei Ausführungsbeispiele unterscheiden sich in dem detaillierten Aufbau der 4-Wege-Umschalteinrichtung 9, des Steuerwärmetauschers 7, des Aufnahmebehälters 6c und des Akkumulators 6. Diese Unterschiede werden im folgenden beschrieben.

Die 4-Wege-Umschalteinrichtung 9 enthält zwei Umschaltöffnungen A¹ und D¹, eine Einlassöffnung C und eine Auslassöffnung B¹ und bildet ein Umschaltventil,welches automatisch die öffnung A¹ oder D¹ des höheren Drucks mit der Auslassöffnung B¹ und die öffnung D¹ oder A' mit niederem Druck mit der Einlassöffnung C. Die Umschaltöffnung A¹ ist mit der Leitung auf der flüssigen Seite des Innenwärmetauschers 3 verbunden. Die UmschaItöffnung D¹ ist an der Flüssigkeitsleitung des Aussenwärmetauschers 5 angeschlossen. Die Auslassöffnung B¹ ist über die Hochdruckseite des

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Steuerwärmetauschers 7 an die obere Schicht des Inneren des Aufnahmebehälters 6c angeschlossen und die Einlassöffnung C ist an den Auslass des Entspannungsventils 4 angeschlossen. Durch diese Anordnung ist es möglich, das Kühlmittel sich in einer konstanten Strömungsrichtung durch den Steuerwärmetauscher 7, den Aufnahmebehälter 6c, das Entspannungsventil 4 und den Akkumulator 6 bewegen zu lassen, auch wenn die Strömungsrichtung des Hauptstroms des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf zwischen den mit Pfeilen mit gestrichelten Linien dargestellten Kühlzyklus und dem durch ausgezogene Linien dargestellten Pfeilen des Heizzyklus umgeschaltet-wird.

Der Akkumulator 6 ist integral mit dem Aufnahmebehälter 6c aufgebaut, wobei der erstere hermetisch im letzteren eingeschlossen ist und ihre Oberen Wände in derselben Höhe angeordnet sind. Eine Wärmetauscherspule 15 ist quer in einem unteren Abschnitt des Akkumulators 6 angeordnet, der sich auf der Niederdruckseite befindet. Das mit dem 4-Wege-Umschal tventil 2 verbundene Einlassrohr 13 erstreckt sich durch die obere Wand des Akkumulators 6 und öffnet sich in einen oberen Abschnitt desselben und das mit der Saugseite des Kompressors 1 verbundene Auslassrohr 14 erstreckt sich ebenfalls durch die obere Wand des Akkumulators 6 und in diesen hinein, wo es im wesentlichen in Form eines U umgebogen ist, wobei der untere Abschnitt des U-förmigen Auslassrohres 14 in das flüssige Kühlmittel eingetaucht ist, welches am Boden des Akkumulators angeordnet ist und sich das offene obere Ende des einen Schenkels des letzteren in das gasförmige im oberen Abschnitt des Akkumulators angeordnete Kühlmittel öffnet.

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Auf der anderen Seite ist das Einlassrohr 6g im Aufnahmebehälter 6c mit der Hochdruckseite des Steuerwarmetauschers 7 in der beschriebenen Weise verbunden und ein Auslassrohr öffnet mit einem Ende in einem unteren Abschnitt des Aufnahmebehälters 6c und ist mit dem anderen Ende mit der Wärmetauscherspule 15 im Akkumulator 6 verbunden. Die Wärmetauscher spule 14 ist über ein entlang der Seitenwand des Akkumulators 6 angeordnetes Steigrohr mit dem Einlass des Entspannungsventils 4 verbunden.

Der Steuerwärmetauscher 7 ,der eine kompakte Grosse auf-, weist, kann als doppelwandiger, rohrförmiger Aufbau konstruiert sein und enthält ein äusseres Rohr 7d, welches es ermöglicht, dass das gesamte unter höherem Druck stehende Kühlmittel, das zwischen dem Kondensator und dem Aufnahmebehälter 6 angeordnet ist, hindurchfliesst und ein inneres Rohr 7e, das es ermöglicht, dass ein Teil des unter niederem Druck stehenden Kühlmittels hindurchfliesst. Das innere Rohr 7e ist mit seinen gegenüberliegenden Enden an das Einlassrohr 11 mit kleinerem Durchmesser und das Auslassrohr 12 mit kleinerem Durchmesser an das Einlassrohr 13 bzw. das Auslassrohr 14 des Akkumulators angeschlossen, so dass die Rohre mit kleinerem Durchmesser am Akkumulator vorbei verlaufen. Durch diese Anordnung kann im Steuerwärmetauscher 7 ein Wärmeaustausch zwischen dem gesamten unter höherem Druck stehenden Kühlmittel, das durch das äussere Rohr 7d hindurchströmt und einem Teil des unter niederem Druck stehenden Kühlmittels stattfinden, das durch das innere Rohr 7e hindurchströmt. -

Das Temperaturabtastelement 4a zum Steuern des Entspannungs-

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ventils 4 ist im mit kleinerem Durchmesser ausgebildeten Auslassrohr 12 angebracht, das mit dem Auslassrohr 14 verbunden ist, und erfasst den Grad der überhitzung des gasförmigen, unter niederem Druck stehenden Kühlmittels, das dem Wärmeaustausch mit dem unter höherem Druck stehenden Kühlmittel im Steuerwarmetauscher 7 ausgesetzt war, um den Öffnungsgrad des Entspannungsventils 4 entsprechend einzustellen.

Ein Einlassabschnitt a und ein Auslassabschnitt b,an welchem das mit kleinerem Durchmesser ausgebildete Einlassrohr 11 und das mit kleinerem Durchmesser ausgebildete Auslassrohr

12 an das Einlassrohr 13 bzw. das Auslassrohr 14 des Akkumulators 6 angeschlossen sind, sind in den Fig. 7 und 8 in vergrÖssertem Masstab dargestellt. Wie gezeigt ist, haben diese Abschnitte jeweils einen neuen Aufbau, der für die Erfindung charakteristisch ist. Insbesondere der Einlassabschnitt a ist ein hervorstehendes Merkmal der Erfindung. · Im Einlassabschnitt a ist das Einlassrohr 13 vertikal angeordnet, und das mit kleinerem Durchmesser ausgebildete Einlassrohr 11 ist normal zur Längsachse des Einlassrohrs

13 mit einem Ende in dasselbe rechtwinklig und luftdicht derart eingesetzt, dass die Mittellinie X-X einer Querschnittsebene des Einlassrohrs 13, wie in Fig. 9b gezeigt ist, mit der Mittellinie Y-Y einer vertikalen Schnittebene des Endabschnittes des mit kleinerem Durchmesser ausgebildeten Einlassrohrs 11 zusammenfällt. Das einen kleineren Durchmesser aufweisende Einlassrohr 11 ist an seinem vorderen Ende geschlossen urid mit mindestens zwei öffnungen 16, 16 in einem Abschnitt der Wand des Rohres 11 versehen, welcher im Strom des durch das Einlassrohr 13 strömenden

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Kühlmittels angeordnet ist, so dass ein Teil .des unter niederem Druck stehenden Kühlmittels, das durch das Einlassrohr 13 hindurchfliesst, durch die Öffnungen 16 in das einen kleineren Durchmesser aufweisende Einlassrohr 11 in einem konstanten Verhältnis auf das gesamte Kühlmittel im Kreislauf eingebracht werden kann.

Gemäss der Erfindung müssen die Lagen der Öffnungen 16 eine bestimmte Anforderung erfüllen. Die Anforderung besteht darin, dass die öffnungen 16, wenn es zwei sind, an Punkten ausgebildet sind, an welchen der Umfang eines imaginären Kreises D₁, die Mittellängsachse des mit kleinerem Durchmesser ausgeführten Einlassrohres 11 schneidet. In diesem Fall muss der imaginäre Kreis so sein, dass U-.S., = υ«.S₂J wobei S₁ die Fläche innerhalb des imaginären Kreises D₁ ist, S₂ die Fläche ausserhalb des imaginären Kreises D₁ ist (Fig. 9b), U₁ der Integralwert der Durchflussmenge des Kühlmittels innerhalb des imaginären Kreises D₁ und U₂ der integrale Wert des Kühlmittels ausserhalb des imaginären Kreises D₁ sind (Fig. 9a).

Diese Anforderung zur Anordnung der Öffnungen muss nicht nur getroffen werden, wenn zwei öffnungen, wie oben erwähnt wurde, vorgesehen sind, sondern auch, wenn mehr als zwei Öffnungen vorhanden sind. Es versteht sich, dass die Öffnungen, wenn sie auf der Grundlage des oben erwähnten Prinzips gebildet werden, auf dem Umfang oder den Umfangen einer ungeraden Anzahl imaginärer Kreise liegen.

In-dem mindestens zwei öffnungen in der Wand des mit kleinerem Durchmesser ausgebildeten Rohrs 11, gemäss dem oben

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erwähnten Prinzip angewandt werden, ist es möglich, ungeachtet der Änderungen der Belastung, ein Kühlmittel in den Steuerwärmetauscher 7 einzuleiten, welches in einem konstanten Volumenverhältnis zu allem, durch das Einlassrohr 13 des Akkumulators 6 strömenden Kühlmittel steht. Es ist wesentlich, dass die gesamte Querschnittsfläche der Öffnungen 16 kleiner als die Querschnittsfläche des einen kleineren Durchmesser aufweisenden Einlassrohrs 11 oder des einen kleineren Durchmesser aufweisenden Auslassrohrs 12 ist.

Wie Fig. 8 zeigt, ist die Auslassöffnung 14 senkrecht im Auslassabschnitt b in der Kühlvorrichtung angeordnet, wie das Einlassrohr 13, und das kleineren Durchmesser aufweisende Auslassrohr 12, welches normal zur Längsachse des Auslassrohrs 14 angeordnet ist, wird hermetisch in einen Endabschnitt in das Auslassrohr 14 eingesetzt, wie es beim Rohr 11 der Fall ist. Der Endabschnitt des in das Auslassrohr 14 eingesetzten Auslassrohrs 12 ist an seinem vorderen Ende 12a willkürlich so abgeschnitten, dass der Winkel θ , der durch das vorderen Ende 12a und die Wand des Rohrs 12 gebildet wird, kleiner als 45° oder ein spitzer Winkel ist, um die Öffnungsfläche des kleineren Durchmesser aufweisenden Auslassrohrs 12 im Auslassrohr 14 zu vergrössern. Das Auslassrohr 12 ist so angeordnet, dass das schräge vordere Ende 12a in bezug auf das durch das Auslassrohr 14 strömende Kühlmittel stromab gerichtet ist.

Wenn der Einlassabschnitt a und der Auslassabschnitt b des Steuerwärmetauschers 7 in der oben beschriebenen Weise aufgebaut sind, ist es möglich eine Änderung der Durchfluss-

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menge des Kühlmittels aufgrund einer Änderung der Länge des Einlassrohrs mit kleinerem Durchmesser und des Auslassrohrs mit kleinerem Durchmesser zu vernachlässigen. So kann der Zustand des Kühlmittels im Steuerwärmetauscher mit hoher Genauigkeit erfasst werden und die Kühlvorrichtung kann gut gesteuert werden, wie im folgenden beschrieben werden wird.

Der Aufbau des Akkumulators 6 ist in vergrössertem Massstab in Fig. 10 dargestellt. Der untere Abschnitt des ü-förmigen Auslassrohrs 14 ist unterhalb der Wärmetauscherspule 15 angeordnet und eine ölrückführöffnung 17 ist am unteren Ende des U-förmigen Auslassrohrs 14 ausgebildet. Auf der anderen Seite ist eine Öffnung 18 in einem" Schenkel des ü-förmigen Auslassrohrs 14 ausgebildet, welche an der Kühlmittelauslasseite in bezug auf die Ölrückführöffnung 17 angeordnet ist. Die Öffnung 18, welche grosser als die Ölrückführöffnung 17 ist, ist an einer Stelle ausgebildet, an welcher sie auf der maximalen Höhe des flüssigen Kühlmittels angeordnet ist.

Die öffnung 18 ist in Form eines Loches ausgebildet, wie in Fig. 10 gezeigt ist. Aber das Auslassrohr 14 kann auch Öffnungen 18' aufweisen, die jeweils in Form eines Schlitzes ausgebildet sind, wie in Fig. 11 gezeigt ist. Sowohl die Öffnung 18 als auch die Öffnung 18' sind in einem Teil der Wand des Rohres 14 ausgebildet, das abströmseitig der Ölrückführöffnung 17 angeordnet ist. Es versteht sich jedoch, dass die öffnung 18 oder 18" an der Anströmseite in bezug auf die Ölrückführöffnung 17 angeordnet sein kann. Andere Abwandlungen ohne Abweichung vom Anwendungsbereich und Gedanken der Erfindung sind für den Fachmann klar.

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Die Arbeitsweise der in der oben beschriebenen Weise aufgebauten Kühl- und Heizvorrichtung (Fig. 6 bis Fig. 11) wird im folgenden beschrieben. Die Beschreibung der Arbeitsweise der Teile, die ähnlich den anderen Ausführungsbeispielen ist (Fig. 1 bis Fig. 5) wird weggelassen und auf die Beschreibung der Merkmale des in den Fig. 6 bis 11 gezeigten Ausführungsbeispiels beschränkt.

In dem Steuerwärmetauscher dieses Ausführungsbeispiels findet der Wärmeaustausch zwischen dem unter hohem Druck stehenden Kühlmittel, das durch das äussere Rohr 7d hindurchfliesst und dem Teil des unter niederem Druck stehenden Kühlmittels statt, das durch das innere Rohr 7e strömt, nachdem es von seinem Wege abgelenkt und am Eintritt in den Akkumulator 6 gehindert ist. Wie zuvor unter Bezugnahme auf den Aufbau der Vorrichtung erwähnt wurde, sind das Einlassrohr 13 und das Auslassrohr 14 des Akkumulators senkrecht angeordnet und die in dem kleineren Durchmesser aufweisenden Einlassrohr 11 ausgebildeten Öffnungen zum Einleiten des Kühlmittels in den Steuerwärmetauscher 7 und das offene Ende 12a des mit kleinerem Durchmesser ausgebildeten Auslassrohrs 12,durch welches das Kühlmittel aus dem Steuerwärmetauscher 7 geleitet wird, haben jeweils einen besonderen Aufbau. Aufgrund dieser Merkmale ist das in das innere Rohr 7e eingeführte Kühlmittel in einem gleichmassigen Stadium über dem Querschnitt, wenn es durch das mit kleinerem Durchmesser ausgebildete Einlassrohr strömt und das durch Saugwirkung in das mit kleinerem Durchmesser ausgebildete Einlassrohr 11 gesaugte Kühlmittel, das vom Einlassrohr 13 abzweigt und mit dem Steuerwärmetauscher 7 verbunden ist, hat ein konstantes Volumenverhältnis zu

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dem gesamten im Kreislauf befindlichen Kühlmittel. Das Kühlmittel wird durch das Auslassrohr 12 ausgestossen, ohne dass ihm irgendein Widerstand entgegensteht. So kann die Steuerung des Kühlmittels mit hohem Genauigkeitsgrad durchgeführt werden, indem der Grad der überhitzung des unter niederem Druck stehenden Kühlmittels ungeachtet der Belastungsänderungen erfasst wird.

Die Arbeitsweise des Akkumulators 6 wird im folgenden beschrieben. Wenn der Flüssigkeitsspiegel im Akkumulatot aufgrund einer Belastungsänderung über die Öffnung 18 steigt, wird das Kühlmittel durch Saugwirkung in relativ grossen Volumina durch die ölrückführöffnung 17 und die öffnung 18, welche grosser als die Öffnung 17 ist, gesogen. Wenn der Flüssigkeitsspiegel im Akkumulator 6 unter die öffnung 18 fällt, wird das Kühlmittel durch die Saugwirkung nur in relativ kleinen Volumina durch die Ölrückführöffnung 17 gesaugt.

Wenn das im flüssigen Stadium befindliche Kühlmittel, das durch Saugwirkung durch die ölrückführöffnung 17 und die Öffnung 18 gesaugt ist, jedoch ein sehr kleines Volumen im Vergleich zum Kühlmittel in gasförmigem Stadium aufweist, das durch Saugwirkung durch das U-förmige Auslassrohr gesaugt wird, so wird das flüssige Kühlmittel unmittelbar durch die Wärme des Gases im Akkumulator 6 in gasförmiges Kühlmittel umgewandelt, sobald es durch die Saugwirkung durch das U-förmige Rohr gesaugt wird. Dadurch wird die Gefahr, dass flüssiges Kühlmittel durch die Saugwirkung in den Kompressor 1 gesaugt wird, vollständig ausgeschlossen.

Weil ausserdem die Wärmetauscherspule 15 ständig in das

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flüssige Kühlmittel getaucht ist, hat die Vorrichtung eine konstante Wärmeübertragungsmenge, welche auf einem hohen Niveau liegt und das trockene Gas kann auf stabile Weise in den Kompressor zurückgeleitet werden. So kann die Kühlvorrichtung stabil und mit hohem Wirkungsgrad betrieben werden.

Weil die Öffnung 18 einen grosseren Durchmesser als die Ölrückführöffnung 17 hat, wie oben erwähnt wurde, kann der Flüssigkeitsspiegel im Akkumulator 6 gut gesteuert werden, ohne dass er durch das Saugen eines Gemisches von Öl und Kühlmittel durch die Saugwirkung durch die ölrückführöffnung 17 beeinflusst wird, und das öl kann zufriedenstellend zurückgeleitet werden, um ein weiches Arbeiten des Kompressors sicherzustellen, weil das auf demFlüssigkeitsspiegel abgelagerte öl zurückgeleitet werden kann. Es versteht sich, dass die Wärmequelle für den Akkumulator 6 in diesem Ausführungsbeispiel nicht auf das unter höherem Druck stehende Kühlmittel beschränkt ist, das durch die Wärmetauscherspule 15 fliesst, und dass gegebenenfalls eine elektrische Heizeinrichtung oder eine andere Wärmequelle bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen benutzt werden kann.

Das Wärmeabtastelement 4a ist in dem mit kleinerem Durchmesser ausgebildeten Auslassrohr 12 angebracht, um ein Signal zur Einstellung des Öffnungsgrades des Entspannungsventils 4 zu erzeugen, damit der Überhitzungsgrad eines Teiles des Kühlmittels im Innenwärmetauscher 3 auf einen vorbestimmten Wert eingestellt werden kann, indem der Steuerwärmetauscher in derselben Weise wie bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel benutzt wird.

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Die oben beschriebenen Merkmale sind für die Erfindung charakteristisch. Gemäss einem ersten Aspekt der Erfindung ist der Steuerwärmetauscher 7 so angeordnet, dass er einen Nebenstrom zum Akkumulator bildet, so dass ein Wärmeaustausch zwischen einem Teil des Kühlmittels, das am Ausgang des als Verdampfer arbeitenden Wärmetauschers angeordnet ist und dem Kühlmittel stattfindet, das am Auslass des als Kondensator arbeitenden Wärmetauschers angeordnet ist. Der Öffnungsgrad des Entspannungsventils 4 wird gemäss dem überhitzungsgrad des unter niederem Druck stehenden Kühlmittels eingestellt, welches am Auslass des Steuerwärmetauschers 7 vorhanden ist, wodurch der Verdampfer ungeachtet der Belastungsänderungen immer unter feuchten Bedingungen arbeiten gelassen werden kann. Durch diese Anordnung kann der Trockenheitsgrad des Kühlmittels am Auslass des Verdampfers auf einen vorbestimmten Wert eingestellt werden, bei welchem etwa 85 % des Kühlmittels in ein gasförmiges Stadium umgewandelt werden und ungefähr 15 % desselben flüssig bleiben. Das im feuchten Stadium befindliche Kühlmittel wird im Akkumulator 6 zum Wärmeaustausch mit dem unter hohem Druck stehenden Kühlmittel gebracht, so dass das durch Saugwirkung in den Kompressor 1 gesogene Kühlmittel in gesättigtes Gas umgewandelt werden kann.

Bei dem oben beschriebenen bekannten Steuersystem wird das gesamte unter niederem Druck stehende Kühlmittel im Kühlrohr an der Auslasseite des Verdampfers überhitzt. Das Kühlrohr nimmt nicht an der Verdampfung des Kühlmittels teil und hat dadurch einen sehr niedrigen Wärmeübertragungskoeffizienten. Dieses macht es unmöglich, dieWärmeübertragungsfläche des Verdampfers vollständig zum Verdampfen des

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Kühlmittels auszunützen und folglich wird die Grosse des Verdampfers unter entsprechender Erhöhung der Kosten vergrössert.

Gemäss der Erfindung arbeitet der Verdampfer jedoch ungeachtet der Belastungsänderungen immer unter feuchten Bedingungen. Dieses erlaubt es die gesamte Wärmeübertragungsfläche des Verdampfers zur Verdampfung des flüssigen Kühlmittels zu benutzen, so dass der Wärmeübertragungskoeffizient des Verdampfers verbessert wird. So führt die Erfindung zu höheren Leistungen der Vorrichtungen, wenn die Wärmeaustauschfläche die gleiche bleibt und zu verkleinerten Wärmeaustauschflächen, wenn die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung dieselbe bleiben soll, wodurch die Kosten verringert werden können.

Das oben erwähnte bekannte Steuersystem, in welchem das Kühlmittel im Kühlrohr an der Auslasseite des Verdampfers überhitzt wird, hat einen zusätzlichen Nachteil. In diesem System wird das Volumen des Teiles des überhitzten Kühlmittels mit den Belastungsänderungen vergrössert oder verringert. Dieses verursacht Änderungen des Wärmeübertragungskoeffizienten des Verdampfers. So muss die Steuerung in diesem Steuersystem bewirkt werden, um eine Änderung der Belastung und eine Änderung des Wärmeübertragungskoeffizienten des Verdampfers in Einklang zu bringen, so dass Schwierigkeiten bei der Einstellung des Öffnungsgrades des Entspannungsventils zu erwarten sind.

Gemäss der vorliegenden Erfindung wird die Steuerung so bewirkt, dass der Verdampfer ungeachtet der Belastungsänderungen

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immer unter feuchten Bedingungen arbeitet und daher fast keine Änderung der Wärmeübertragungsfläche des Verdampfers eintritt, auch wenn eine Be1astungsänderung auftritt. So muss der Öffnungsgrad des Entspannungsventils nur entsprechend einer Belastungsänderung eingestellt werden, weil fast keine Änderung des Wärmeübertragungskoeffizienten auftritt. Der Öffnungsgrad des Entspannungsventils 4 wird stabilisiert und das Ventil ist frei von Schwingungserscheinungen .

Beim bekannten Steuersystem besteht die Möglichkeit von Schaden am Kompressor 1 aufgrund des Fehlens von Öl. Dieses liegt daran, dass das öl der Kühlvorrichtung, das im Kühlmittel enthalten ist, dazu neigt sich vom Kühlmittel zu trennen und ohne in den Kompressor zurückzufHessen im Verdampfer bleibt, weil sich das unter Saugwirkung in den Kompressor 1 gesogene Kühlmittel in einem überhitzten gasförmigen Stadium befindet. Um diesen Nachteil zu überwinden war es bisher notwendig, zusätzliche Einrichtungen zu verwenden, z.B. ölrückführeinrichtungen mit einem speziellen Aufbau. Gemäss der Erfindung wird der Verdampfer,wie oben beschrieben wurde, ungeachtet der Belastungsänderungen immer unter feuchten Bedingungen arbeiten gelassen, so dass eine Trennung des Öls für die Kühlvorrichtung vom Kühlmittel und ein Verbleiben desselben im Verdampfer verhindert werden kann. Als weiteres Merkmal der Erfindung sind die ölrückführöffnung 17 und dieöffnung 18 im Auslassrohr 14 des Akkumulators 6 ausgebildet, um die ölrückführung in den Kompressor 1 zu erleichtern und dadurch die Notwendigkeit zu vermeiden, Ölrückführeinrichtungen mit einem speziellen Aufbau vorzusehen.

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Erfindungsgemäss wird das feuchte Kühlmittel im Verdampfer erwärmt und im Akkumulator 6 vollständig zu einem trocken gesättigten Gas verdampft, das am Auslass des Akkumulators 6 mit dem gasförmigen Kühlmittel gemischt wird, das im Steuerwärmetauscher 7 überhitzt wurde, so dass das Gemisch durch die Saugwirkung in denKompressor gesaugt wird. Weil das überhitzte gasförmige Kühlmittel ein sehr kleines Volumen im Vergleich zum gesamten im Kreislauf befindlichen Kühlmittel hat, wird das gasförmige Kühlmittel, das in den Kompressor 1 gesaugt wird nicht überhitzt und ist im wesentlichen in einem gesättigten gasförmigen Zustand.

Wenn das herkömmliche Saugsystem für überhitztes Gas in einer Kühlvorrichtung eingeschlossen ist, ist es fast unmöglich die Vorrichtung unter überlast zu betreiben, weil der Kompressor dazu neigt, aufgrund der überhitzung des Kompressors und des Elektromotors zerstört zu werden. In der erfindungsgemässen Kühlvorrichtung ist die Möglichkeit einer Überhitzung des Elektromotors gering, weil das trockene gesättigte Gas in den Kompressor 1 gesaugt wird, so dass die Kühlvorrichtung ein Arbeiten unter Überlast eine Zeit lang aushalten kann. Weil sich das in den Kompressor 1 gesaugte Kühlmittel in einem trockenen gasförmigen Zustand befindet, hat es eine grössere Dichte als das im überhitzten gasförmigen Zustand befindliche Kühlmittel, das in der bekannten Kühlvorrichtung verwendet wird. So hat das in den erfindungsgemässen Kompressor 1 gesaugte Kühlmittelgas einen höheren Kompressionswirkungsgrad und daher ist der Kompressor wirksamer als Kompressorenbekannter Kühlvorrichtungen. Dieses führt zu einem erhöhten Wirkungsgrad.

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Erfindungsgemäss wird die Steuerung des Verdampfers durch das Entspannungsventil 4 beeinflusst, das unmittelbar vor diesem angeordnet ist. Dieses ermöglicht es, die Steuerung stabil durch schnelles Ansprechen auf eine Belastungsänderung zu beeinflussen.

Das bekannte System der Einstellung des Unterkühlungsgrades des Kühlmittels am Auslass des Kondensators durch Erfassen des Zustandes des Kühlmittels am Auslass des Verdampfers, der durch eine Belastungsänderungherbeigeführt wird, kann als eine indirekte Steuerung bezeichnet werden, im Vergleich zum erfindungsgemässen System, in welchem der Verdampfer direkt gesteuert wird, um eine Änderung der auf den Verdampfer aufgebrachten Belastung auszugleichen. Darüber hinaus besteht doe Schwierigkeit des Zustandes des Kühlmittels am Auslass des Verdampfers, welches eine Änderung erfährt, auch wenn der Grad der Unterkühlung des Kühlmittels am Auslass des Kondensators eingestellt wird. So ist das herkömmliche Unterkühlungssystem nicht in der Lage, die Steuerung stabil durchzuführen. Bei dem bekannten Unterkühlungssystem sind der Auslass des Kondensators und der Einlass des Entspannungsventils durch das im unterkühlten flüssigen Zustand befindliche Kühlmittel abgedichtet. So ist es notwendig, das Kühlmittel im flüssigen Stadium im Kondensator zu sammeln. Dieses führt zu verringerter Leistungsfähigkeit und vergrösserten Abmessungen des Kondensators und die Kühlmittelfüllung wird entsprechend erhöht.

In einer Kühlvorrichtung mit dem erfindungsgemässen Steuersystem kann das .Kühlmittel am Auslass des Kondensators so gesteuert werden, dass es in einem Spülgasstadium gehalten

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wird, weil das Kühlmittel im Steuerwarmetauscher 7 und Akkumulator 6 gekühlt werden kann. Dieses ermöglicht es, die Verwendung der Wärmeaustauschfläche des Kondensators ebenso wie die Wärmeaustauschfläche des Verdampfers wirksamer zu machen, so dass es möglich ist, die Grosse des Kondensators zu verringern. Weil kein flüssiges Kühlmittel im Kondensator gesammelt wird, kann die Kühlmittelfüllung der Kühlvorrichtung stark verringert werden, wodurch die Kosten der Kühlvorrichtung niedriger werden.

Weil kein flüssiges Kühlmittel im Kondensator gesammelt wird, ist der zur Kondensation des Dampfes erforderliche Druck niedriger als in einer Kühlvorrichtung, welche das oben beschriebene herkömmliche Steuersystem verwendet, so dass der Kondensator das Aufbringen einer Überlastung ertragen kann. Darüber hinaus hat das Kühlmittel am Auslass des Verdampfers einen höheren Druck, wenn das erfindungsgemässe Steuersystem verwendet wird, als wenn das herkömmliche System mit überhitztem Gas verwendet wird, so dass Frostbildung verhindert werden kann. Aufgrund dieser zwei Merkmale kann die erfindungsgemässe Kühlvorrichtung in einem grosseren wirksamen Temperaturbereich betrieben werden, als es bisher möglich war.

Der im Steuersystem verwendete Steuerwarmetauscher, welcher die beschriebenen besonderen Ergebnisse erzielen kann, braucht nur eine Kapazität zu haben, die gross genug ist, um einen Teil des unter niederem Druck stehenden Kühlmittels zu überhitzen. Daher ist es möglich, einen Steuerwärmetauscher sehr kleiner Grosse und sehr einfachen Aufbaus zu verwenden, z.B. mit einem DoppeIrohraufbau, ohne dass die Kapazität der

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Kühlvorrichtung einen Einfluss darauf hat. Dieses führt zu verringerten Kosten.

Gemäss dem zweiten Aspekt der Erfindung kann das unter hohem Druck stehende Kühlmittel, das zwischen dem als Kondensator arbeitenden Wärmetauscher und dem Entspannungsventil 4 vorhanden ist, als Wärmequelle verwendet werden, mit der ein Teil des unter niederem Druck stehenden Kühlmittels im Steuerwärmetauscher zum Wärmeaustausch gebracht wird. Dieses unter hohem Druck stehende Kühlmittel kann gegebenenfalls von irgendeiner Quelle in den Wärmetauscher 7 eingebracht werden. Das aus dem Kondensator kommende Kühlmittel kann durch den im Steuerwärmetauscher stattfindendenWäremaustausch in ein gesättigtes flüssiges Stadium umgewandelt werden, wenn es ein Spülgas ist, und in ein unterkühltes flüssiges Stadium, wenn es sich im gesättigten flüssigen Stadium befindet. In Verbindung mit dem zwischen dem unter hohem Druck und dem unter niederem Druck im Akkumulator 6 stattfindenden Wärmeaustausch ermöglicht dies das unter hohem Druck stehende Kühlmittel zum Verdampfer zuzuführen, nachdem das Kühlmittel in ein vollständiges flüssiges oder unterkühltes flüssiges Stadium übergeführt ist. Dieses führt zu einem erhohtenWxrkungsgrad der Kühlvorrichtung.

Gemäss dem dritten Aspekt der Erfindung kann ein anderes wärmeerzeugendes Element als das unter hohem Druck stehende Kühlmittel als Wärmequelle für den Wärmetauscher verwendet werden. Wenn dies der Fall ist, muss die Wärmequelle des Steuerwärmetauschers nur eine Kapazität haben, die gross genug ist, einen Teil des Kühlmittels, das am Auslass des Verdampfers ansteht, zu erwärmen. Dieses bedeutet, dass eine

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solche Wärmequelle eine sehr kleine Kapazität hat und dass der Betrag der durch sie erzeugten Wärme leicht eingestellt werden kann. Dieses ermöglicht es, die Steuerung mit hoher Genauigkeit durchzuführen.

Gemäss dem vierten Aspekt der Erfindung zweigt das Einlassrohr 11, das mit dem Steuerwärmetauscher 7 verbunden ist, von dem Rohr 13 am Eingang des Akkumulators 6 ab und ist mit zwei oder mehr Öffnungen in gerader Anzahl versehen, welche so angeordnet sind, dass ein Teil des Kühlmittels, das ein konstantes Verhältnis in bezug auf das durch das Einlassrohr 13 strömende Kühlmittel aufweist, von seinem Weg abgelenkt und in den Steuerwärmetauscher 7 geleitet werden kann. Durch diese Anordnung ist es möglich zu veranlassen, dass der Zweigstrom des unter niederem Druck stehenden Kühlmittels das mit einem konstanten Volumenverhältnis vom Hauptstrom des unter niederem Druck stehenden Kühlmittels abgeleitet wird, ungeachtet der Belastungsänderungen oder Änderungen der Länge der Leitung zum Steuerwärmetauseher 7, durch den Steuerwärmetauscher 7 strömt. So kann die Steuerung der Leistungen der Kühlvorrichtung stabil durchgeführt werden, ohne dass das Entspannungsventil 4 unter Schwingungen leidet.

Cemäss dem fünften Aspekt der Erfindung ist das Einlassrohr 13 des Akkumulators 6, das mit einem Einlassabschnitt des mit kleinerem Durchmesser ausgebildeten Einlassrohrs angeschlossen ist, welches mit dem Steuerwärmetauscher 7 verbunden ist, senkrecht in der Kühlvorrichtung angeordnet. Durch diese Anordnung ist es möglich, das Kühlmittel in einem Stadium zu entnehmen, das konstant bleibt, auch wenn das Kühlmittel sich in einem Mischstadium von Gas und Flüssigkeit befindet.

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Wenn das Einlassrohr 13 horizontal angeordnet wäre₇ würde sich das flüssige Kühlmittel durch den unteren Teil des Rohrsibewegen und das Kühlmittel in dem mit kleinerem Durchmesser versehenen Einlassrohr 11 würde in verschiedenen Stadien aus dem Kühlmittel des Einlassrohrs 13 vorliegen. Das mit kleinerem Durchmesser ausgebildete Auslassrohr 12 hat ein spitzwinkliges Ende 12a, das sich zur Abströmseite des durch das Auslassrohr 14 strömenden Kühlmittels öffnet. Dieses ermöglicht es, dass sich das Kühlmittel aus dem mit kleinerem Durchmesser ausgebildeten Auslassrohr 12 mit geringstem Widerstand in das Auslassrohr 14 bewegt. So können die Steuerfähigkeiten der Vorrichtung stabil beeinflusst werden.

Gemäss dem sechsten Aspekt der Eofindung ist das Auslassrohr 14, das den Akkumulator 6 mit dem Kompresssor 1 verbindet, U-förmig ausgebildet, wobei das offene Ende des einen Schenkels des U-förmigen Rohrs 14 im gasförmigen Kühlmittel im Akkumulator 6 angeordnet ist und der untere Teil des U-förmigen Rohrs 14 im unteren Abschnitt des Akkumulators 6 angeordnet ist. Die olrückführöffnung 17 ist im gebogenen unteren Abschnitt des U-förmigen Rohrs 14 ausgebildet, während die Öffnung 18 im anderen Schenkel des U-förmigen Auslassrohrs 14 an einer Stelle ausgebildet ist, die oberhalb der Wärmetauscherspule 15 angeordnet ist. Diese Anordnung ermöglicht es, den vor dem Akkumulator 6 angeordneten Verdampfer so zu betreiben, dass das Kühlmittel am Auslass des Verdampfers flüssiges oder gesättigtes Gas ist, so dass die gesamte Wärmeübertragungsfläche des Verdampfers zur Durchführung einer Verdampfung verwendet werden kann. Gleichzeitig wird dadurch ermöglicht, das Kühlmittel im trockenen gasförmigen Stadium in den Kompressor zurückzuleiten. So kann die Leistungsfähigkeit der Kühlvorrichtung auf ein Maximum gebracht werden.

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im Akkumulator 6, in welchem das Volumen des Kühlmittels eingestellt wird/ und das durch Saugwirkung abgesogene Kühlmittel erwärmt wird, ist die öffnung im U-förmigen Auslassrohr 14 an einer Stelle ausgebildet, die oberhalb der Wärmetauscherspule 15 angeordnet ist. Durch diese Anordnung ist es möglich, den Flüssigkeitsspiegel im Akkumulator 6 auf einer optimalen Hohe zu halten, bei welcher der Flüssigkeitsspiegel hoch genug ist, um die Wärmetauseherspule 15 im flüssigen Kühlmittel getaucht zu halten. So kann die Wärmeleitfähigkeit der Wärmetauseherspule verbessert und konstant gehalten werden und die Kühlvorrichtung kann stabil und mit hohem Wirkungsgrad betrieben werden.

Gemäss dem siebten bis zwölften Aspekt der Erfindung kann die Kühlvorrichtung als umkehrbare Vorrichtung in Form einer Wärmepumpe betrieben werden, indem das 4-Wege-Umschaltventil 2 und die 4-Wege-Ümschalteinrichtung 9 in der Vorrichtung eingebaut werden. Gemäss der Erfindung kann der Kühlmittelstrom, der sich durch den Steuerwärmetauscher 7, den Aufnahmebehälter 6c, das Entspannungsventil 4 und den Akkumulator 6 bewegt, so gesteuert werden, dass das Kühlmittel in derselben Richtung fliesst, auch wenn das Kühlmittel in einer Richtung durch den Innenwärmetauscher und den Au-senwärmetauscher des Kühlkreislaufs fliesst, wenn die Vorrichtung eine Kühlung durchführt,und fliesst in entgegengesetzter Richtung, wenn sie ein Beheizen durchführt. Dadurch wird die Notwendigkeit vermieden, ein zusätzliches Entspannungsventil zu verwenden, und nur ein Entspannungsventil 4 kann diese Arbeit ausführen, wodurch die Kosten verringert werden. Der Aussenwärmetauscher 5, der als Kondensator arbeitet, wenn die Kühlvorrichtung eine Kühlung durchführt, arbeitet als Verdampfer, wenn

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die Vorrichtung eine Beheizung durchführt. Dieses ermöglicht es, die Grosse des Aussenwärmetauschers zu verringern,, ohne dass seine Leistung als Kondensator verringert wird, weil die Steuerung so bewirkt wird, dass kein flüssiges Kühlmittel darin gesammelt wird, wenn er beim Kühlvorgang als Kondensator arbeitet.

Kurz zusammengefasst wird durch die Erfindung eine Kühlvorrichtung geschaffen, in der ein als Verdampfer arbeitender Wärmetauscher immer unter feuchten Bedingungen arbeitet, so dass der gesamte Wärmeübertragungsbereich des Verdampfers zur Bewirkung des Wärmeaustausche verwendet werden kann, um den Wirkungsgrad der Kühlvorrichtung zu erhöhen. Die Kühlvorrichtung enthält einen Steuerwärmetauscher der so angeorndet ist, dass er einen Nebenstrom zum Akkumulator bildet. Im Steuerwärmetauscher wird ein Teil des unter niederem Druck stehenden Kühlmittels, das von seinem Weg abgelenkt und am Eintritt in den Akkumulator gehindert ist, zu einem Wärmeaustausch mit einer anderen Wärmequelle gebracht (z.B. einem unter hohem Druck stehenden Kühlmittel) um den abgelenkten Anteil des unter niederem Druck stehenden Kühlmittels zu überhitzen. Das überhitzte Kühlmittel wird mit dem übrigen unter niederem Druck stehenden vom Akkumulator kommenden Kühlmittel gemischt und in den Kompressor zurückgeleitet. Der Grad der Überhitzung des unter niederem Druck stehenden Kühlmittels wird am Auslass des Steuerwärmetauschers abgetastet und der Öffnungsgrad des Entspannungsventils wird entsprechend ein-gestellt, so dass das Volumen des im Kreislauf befindlichen Kühlmittels vergrössert werden kann, wenn der überhitzungsgrad hoch ist (wenn die Belastung gesteigert wird) und verringert werden kann, wenn der Überhitzungsgrad niedrig ist (die Belastung verringert wird), wodurch der Verdampfer dazu gebracht werden kann, immer unter

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feuchten Bedingungen zu arbeiten und der Wirkungsgrad der Maschine gesteigert werden kann. Das unter niederem Druck stehende feuchte Kühlmittel vom Verdampfer wird zum Wärmeaustausch mit dem unter hohem Druck stehenden Kühlmittel oder dergleichen im Akkumulator gebracht, um das Kühlmittel zu erwärmen und zu verdampfen und es in ein gasförmiges Stadium umzuwandeln, bevor es in den Kompressor zurückgeleitet wird. So wird kein flüssiges Kühlmittel in den Kompressor gebracht, obwohl der Verdampfer unter feuchten Bedingungen arbeitet.

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Claims

Patentansprüche

Kühlvorrichtung mit einem Kühlmittelkreislauf, dadurch gekennzeichnet , dass darin ein Kompressor (1), ein Ausssenwärmetauscher (5), ein Aufnahmebehälter (6c), ein durch Temperaturabtastung automatisch arbeitendes Entspannungsventil (4), ein Innenwärmetauscher (3) und ein Akkumulator (6) in der bezeichneten Reihenfolge miteinander verbunden sind, wobei der Aufnahmebehälter und der Akkumulator einen Wärmeaustausch durchführen können, dass ein Steuerwärmetauscher (7) parallel zum Akkumulator angeordnet und an den Kühlmittelkreislauf so angeschlossen ist, dass ein Teil eines unter niederem Druck stehenden Kühlmittels, das am Auslass des als Verdampfer arbeitenden Innenwärmetauschers ansteht, am Akkumulator vorbei und durch den Steuerwärmetauscher hindurchfliesst, wo dieser Teil des unter niederem Druck stehenden Kühlmittels einem Wärmeaustausch mit einer anderen Wärmequelle unterworfen und dann zum Kompressor zurückgeleitet werden kann, nachdem er mit dem Kühlmittel unter niedrigem Druck am Auslass (14) des Akkumulators gemischt ist, dass ein Temperaturabtastelement (4a) an einem Auslass (12) des Steuerwärmetauschers zum Erfassen der Temperatur dieses Teils des unter niederem Druck am Auslass des Steuerwärmetauschers stehenden Kühlmittels angeordnet ist, bevor dieses mit dem unter niederem Druck stehenden Kühlmittel am Auslass des Akkumulators gemischt wird, dass der Öffnungsgrad des Entspannungsventils entsprechend dem Überhitzungsgrad des Kühlmittels einstellbar ist, um so das Volumen des sich durch den Kühlkreislauf bewegenden Kühlmittels einzustellen, wodurch

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der Innenwärmetauscher, ungeachtet der Änderungen der Belastung, immer zu einem Arbeiten unter feuchten Bedingungen gebracht werden kann und das feuchte Kühlmittel im Akkumulator einem Wärmeaustausch mit einem unter höherem Druck stehenden Kühlmittel unterworfen werden kann, so dass ein Kühlmittel in gesättigtem, gasförmigen Stadium zum Kompressor zurückleitbar ist.

2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die andere Wärmequelle, die im Steuerwärmetauscher (7) dem Wärmeaustausch mit einem Teil des unter niederem Druck stehenden Kühlmittels unterworfen wird, das am Auslass des Innenwärmetauschers (3) ansteht, ein Kühlmittel unter höherem Druck ist, das sich durch den Kühlmittelkreislauf bewegt und dass das unter höherem Druck stehende, zwischen dem Aussenwarmetauscher (5) und dem Entspannungsventil (4) angeordnete Kühlmittel durch den Steuerwärmetauscher fliessen gelassen wird.

3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die andere Wärmequelle, die im Steuerwärmetauscher (7) dem Wärmeaustausch mit einem Teil des unter niederem Druck stehenden Kühlmittels unterworfen wird, das am Auslass des Innenwärmetauschers (3) ansteht, ein elektrisches Heizgerät oder eine andere Wärmequelle als das im Kühlgerät zirkulierende Kühlmittel ist, und dass die andere Wärmequelle im Steuerwärmetauscher angebracht ist.

4. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Akkumulator (6) ein Einlassrohr (13) aufweist, ein Einlassrohr (11) mit kleinerem

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Durchmesser von dem Einlassrohr abzweigt und mit dem Steuerwärmetauscher (7) verbunden ist, dass ein Auslassrohr (14) am Akkumulator vorgesehen ist und ein Auslassrohr (12) mit kleinerem Durchmesser mit einem Ende an den Steuerwärmetauscher und mit dem anderen Ende an das Auslassrohr (14) angeschlossen ist, so dass der eine Teil des unter niederem Druck stehenden Kühlmittels, das am Auslass des Innenwärmetauschers (3) ansteht, der am Akkumulator vorbeifliesst, durch das Einlassrohr und das Einlassrohr mit kleinerem Durchmesser in den Steuerwärmetauscher leitbar ist und von diesem durch das Auslassrohr mit kleinerem Durchmesser und das Auslassrohr ableitbar ist, und dass das Einlassrohr mit kleinerem Durchmesser einen Einlassabschnitt (a) hat, der sich so durch das Einlassrohr (13) erstreckt, dass die Mittellinie einer Querschnittsebene des Einlassrohres mit der Mittellinie einer vertikalen Schnittebene des Einlassabschnitts des Einlassrohrs mit kleinerem Durchmesser zusammenfällt, und dass zwei oder mehr Öffnungen (16) in einem Teil einer Wand des Einlassabschnittes des Einlassrohrs mit kleinerem Durchmesser ausgebildet sind, welcher an der Anströmseite des durch das Einlassrohr strömenden Kühlmittels angeordnet ist, dass die Öffnungen am Umfang oder den Umfangen eines imaginären Kreises oder von ungeradzahligen imaginären Kreisen angeordnet sind, die in der Mitte der Querschnittsebene des Einlassrohrs zentriert sind und im Durchmesser grosser werden, dass der imaginäre Kreis oder die Kreise so gezogen sind, dass das Produkt des Integrals der Durchflussmenge des durch einen ersten imaginären Kreis fliessenden Kühlmittels und der Querschnittsfläche des ersten imaginären Kreises, das Produkt des Integrals der Durchflussmenge des Kühlmittels, das durch den

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Bereich zwischen dem ersten imaginären Kreis und dem zweiten imaginären Kreis hindurchfliesst, und der Querschnittsfläche zwischen dem ersten imaginären Kreis und dem zweiten imaginären Kreis und das Produkt des Integrals der Durchflussmenge des Kühlmittels, das durch den Bereich zwischen zwei Kreisen mit grösserem Durchmesser hindurchfliesst, und der Querschnittsfläche zwischen den benachbarten zwei Kreisen mit grösseren Durchmessern einander gleich sind.

5. Kühlvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , dass das Einlassrohr (13) des Akkumulators, durch welches sich der Einlassabschnitt des Einlassrohrs (11) mit kleinerem Durchmesser erstreckt, senkrecht angeordnet ist, dass das Auslassrohr (12) mit kleinerem Durchmesser einen vorderen Endabschnitt (12a) aufweist, welcher sich durch das Auslassrohr (14) des Akkumulators erstreckt, und dass der vordere Endabschnitt eine spitzwinklige Endöffnung an der Abströmseite des Kühlmittels aufweist, welches durch das Auslassrohr des Akkumulators strömt.

6. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichne.t , dass eine Wärmetauscherspule (6b, -15) im unteren Abschnitt des Akkumulators (6) angeordnet ist und einen Teil einer Leitung zum Zuführen des Kühlmittels unter höherem Druck vom Aufnahmebehälter (6c) zum Entspannungsventil (4) bildet, so dass das unter niederem Druck und im flüssigen Stadium befindliche Kühlmittel im Akkumulator beheizt und verdampft werden kann, und dass ein U-förmiges Rohr einen Teil des Auslassrohrs (14) des Akkumulators bildet, welches den Akkumulator mit dem Kompressor

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(1) verbindet, dass das U-förmige Rohr des Auslassrohrs ein offenes vorderes Ende aufweist, das in dem gasförmigen, unter niederem Druck stehenden Kühlmittel im Akkumulator angeordnet ist, und einen gebogenen unteren Abschnitt, der in das unter niederem Druck stehende flüssige Kühlmittel am Boden des Akkumulators eingetaucht ist, dass das U-förmige Rohr des Auslassrohrs ausserdem eine Ölrückführöffnung (17) aufweist, die im gebogenen unteren Abschnitt desselben vorgesehen ist, und dass eine Öffnung (18) am Schenkel des U-förmigen Rohrs an einer Stelle vorgesehen ist, die oberhalb der Wärmetauscherspule liegt.

Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Kühlkreislauf ferner ein 4-Wege-Umschaltventil (2), eine 4-Wege-Umschalteinrichtung (9), ein Einlassrohr (13) für den Akkumulator (6) und ein Einlassrohr (6g) für den Aufnahmebehälter (6c) aufweist, dass das 4-Wege-Umschaltventil betätigbar ist, um die Zuführseite des Kompressors (1) zwischen dem Aussenwärmetauscher (5) und dem Innenwärmetauscher (3) umzuschalten, welche jeweils als Kondensator arbeiten und auch um das Einlassrohr des Akkumulators zwischen dem Innenwärmetauscher und dem Aussenwärmetauscher umzuschalten, welche dann jeweils als Verdampfer wirken, das die 4-Wege-Umschalteinrichtung betätigbar ist, dass Einlassrohr des Aufnahmebehälters zwischen dem Aussenwärmetauscher und dem Innenwärmetauscher, welche jeweils als Kondensator arbeiten, umzuschalten, und auch das Entspannungsventil (4) zwischen dem Innenwärmetauscher und dem Aussenwärmetauscher umzuschalten, welche jeweils als Verdampfer arbeiten, wodurch die Kühlvorrichtung reversibel betreibbar ist.

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8. Kühlvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , dass die andere Wärmequelle, die im Steuerwärmetauscher (7) dem Wärmeaustausch mit einem Teil des unter niederem Druck stehenden Kühlmittels ausgesetzt ist, welches am Auslass des Innenwärmetauschers (3) oder Aussenwarmetauschers (5) ansteht, welche als Verdampfer arbeiten, ein Kühlmittel unter hohem Druck ist, und dass der Steuerwärmetauscher derart mit dem Kühlmittelkreislauf verbunden ist, dass das unter hohem Druck stehende Kühlmittel, das zwischen dem Aussenwärmetauseher oder dem Innenwärmetauscher, welche als Kondensator arbeiten, und dem Entspannungsventil (4) angeordnet ist, durch den Steuerwärmetauscher hindurchströmt.

9. Kühlvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die andere Wärmequelle, welche im Steuerwärmetauscher (7) dem Wärmeaustausch mit einem Teil des Kühlmittels unter niederem Druck ausgesetzt ist, welches am Auslass des Innenwärmetauschers (3) oder des Aussenwarmetauschers (5) angeordnet ist, welche als Verdampfer arbeiten, eine elektrische Heizeinrichtung oder eine andere Wärmequelle als das in der Kühlvorrichtung zirkulierende Kühlmittel ist, und dass die andere Wärmequelle im Steuerwärmetauscher angebracht ist.

10. Kühlvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , dass ein Einlassrohr (11) mit kleinerem Durchmesser vorgesehen ist, welches vom Einlassrohr (13) des Akkumulators (6) abzweigt und an den Steuerwärmetauscher (7) angeschlossen ist, dass ein Auslassrohr (12) mit kleinerem Durchmesser mit einem Ende an den Steuerwärmetauscher

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und mit dem anderen Ende an das Auslassrohr (14) des Akkumulators angeschlossen ist, so dass der eine Anteil des unter niederem Druck stehenden Kühlmittels, das am Auslass des Innenwärmetauschers oder des Aussenwarmetauschers, welche als Verdampfer wirken, ansteht, und welches am Akkumulator vorbeifliesst, durch das Einlassrohr und das Einlassrohr mit kleinerem Durchmesser in den Steuerwärmetauscher eingeleitet und von diesem durch das Auslassrohr mit kleinerem Durchmesser und das Auslassrohr geleitet wird, dass das Einlassrohr mit kleinerem Durchmesser einen Einlassabschnitt aufweist, welcher sich so durch das Einlassrohr erstreckt, dass die Mittellinie einer Querschnittsebene des Einlassrohrs mit der Mittellinie einer vertikalen Querschnittsebene des Einlaufabschnitts des Einlassrohrs mit kleinerem Durchmesser zusammenfällt, und dass zwei oder mehr Öffnungen (16) in einem Teil einer Wand des Einlassrohrs mit kleinerem Durchmesser ausgebildet sind, welche an der Anströmseite in bezug auf das durch das Einlassrohr strömende Kühlmittel angeordnet sind, dass die öffnungen am Umfang oder den Umfangen eines ungeradzahligen imaginären Kreises oder von Kreisen angeordnet sind, deren Mitte im Mittelpunkt der Querschnittsebene des Einlassrohrs liegt und die im Durchmesser grosser werden, dass der imaginäre Kreis oder die imaginären Kreise so gezogen sind, dass das Produkt des Integrals der Durchflussmenge des Kühlmittels, das durch einen ersten imaginären Kreis strömt und der Querschnittsfläche des ersten imaginären Kreises, das Produkt des Integrals der Durchflussmenge des Kühlmittels, das durch den zwischen dem ersten imaginären Kreis und dem zweiten imaginären Kreis hindurchströmt, und der Querschnittsfläche zwischen dem ersten imaginären Kreis und dem zweiten

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imaginären Kreis, und das Produkt des Integrals der Durchflussmenge des durch die zwischen den zwei Kreisen mit grösserem Durchmesser strömenden Kühlmittels und der Querschnittsfläche zwischen den benachbarten zwei Kreisen mit grösserem Durchmesser einander gleich sind.

11. Kühlvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , dass ein Einlassrohr (11) mit kleinerem Durchmesser mit einem Ende an den Steuerwärmetauscher (7) angeschlossen ist und mit dem anderen Ende an das Einlassrohr (13) des Akkumulators, und dass ein Auslassrohr (12) mit kleinerem Durchmesser mit einem Ende an den Steuerwärmetauscher und mit dem anderen Ende an das Auslassrohr (14) des Akkumulators angeschlossen ist, und dass das Auslassrohr des Akkumulators vertikal angeordnet ist und sich ein Einlassabschnitt des Einlassrohrs mit kleinerem Durchmesser durch das Einlassrohr erstreckt, und dass das Auslassrohr mit kleinerem Durchmesser einen in das Auslassrohr des Akkumulators eingesetzten Endabschnitt (12a) aufweist und eine spitzwinklige Endöffnung an der Abströmseite in bezug auf das durch das Auslassrohr strömende Kühlmittel vorgesehen ist.

12. Kühlvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , dass eine Wärmetauscherspule (6b, 15) in einem unteren Abschnitt des Akkumulators (6) angeordnet ist und einen Teil einer Leitung zum Zuführen des unter höherem Druck stehenden Kühlmittels vom Aufnahmebehälter (6c) zum Entspannungsventil (4) ist, so dass das unter niederem Druck stehende flüssige Kühlmittel im Akkumulator erwärmt und verdampft werden kann, dass ein U-förmiges

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Rohr, welches einen Teil des Auslassrohrs (14) des Akkumulators bildet, den Akkumulator mit dem Kompressor (1) verbindet,dass das U-förmige Rohr des Auslassrohrs ein offenes vorderes Ende aufweist, das im gasförmigen, unter niederem Druck stehenden Kühlmittel im Akkumulator angeordnet ist,und dass ein gebogener Abschnitt in das flüssige unter niederem Druck stehende Kühlmittel am Boden des Akkumulators eingetaucht ist, dass das U-förmige Rohr des Auslassrohrs, ferner eine ölrückführöffnung (17) aufweist, die im gebogenen unteren Abschnitt desselben vorgesehen ist, sowie eine Öffnung (18), die in einem Schenkel desselben an einer Stelle vorgesehen ist, welche oberhalb der Wärmetauseherspule liegt.

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