DE3229779C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kälteanlage mit einem von einem Kältemittel durchströmten Haupt-Kältekreislauf in Reihe mit einem Kompressor, einem Kondensator, einer ersten Kälte­ mitteldrossel und einem Verdampfer, wobei zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer ein Nebenkreislauf abge­ zweigt ist, der eine zweite Kältemitteldrossel enthält und dessen Kältemittel in Wärmeaustauschbeziehung mit dem Kälte­ mittel im Hauptkreislauf steht, in welchem die erste Kälte­ mitteldrossel vorgesehen ist.

In Fig. 1 ist eine bekannte Kälteanlage dargestellt. Darin bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Kompressor, das Bezugs­ zeichen 2 einen Kondensator, das Bezugszeichen 3 eine Drossel und das Bezugszeichen 4 einen Verdampfer. Diese Komponenten sind so miteinander verbunden, daß sie einen geschlossenen Kältekreislauf bilden, in dem das Kältemittel zirkuliert.

Bei einem derartigen herkömmlichen Kältesystem werden die Temperatur und der Druck des gasförmigen Kältemittels durch den Kompressor 1 erhöht, wonach das Gas durch Ab­ kühlung im Kondensator 2 verflüssigt wird. Die Temperatur und der Druck des flüssigen Kältemittels werden durch die Drossel 3 vermindert. Das so behandelte flüssige Kältemit­ tel wird in den Verdampfer 4 eingeführt. Im Verdampfer 4 absorbiert das flüssige Kältemittel Wärme aus der Umgebung, wobei es verdampft und zu Kühl- bzw. Gefrierzwecken be­ reitgestellt werden kann. Danach wird das gasförmige Kälte­ mittel vom Kompressor 1 angesaugt und der Zyklus wiederholt sich. In Fig. 1 zeigen die Pfeile die Strömungsrichtung des Kältemittels an.

Es ist in diesem Bereich der Technik bekannt und erwünscht, bei derartigen Kälteanlagen für die jeweils vorhandene Kältemittelströmungsmenge die erforderliche Verdampfungs­ temperatur einzustellen. Die Kältemittelströmungsmenge sollte erhöht werden, wenn die Verdampfungstemperatur zunimmt. Herkömmliche Kälteanlagen der in Fig. 1 darge­ stellten Art haben jedoch den Nachteil, daß die Strömungs­ menge des Kältemittels nicht ausreichend genau eingestellt werden kann. Wenn daher die Verdampfungstemperatur hoch ist, wird die Strömungsmenge des Kältemittels nicht aus­ reichend erhöht. Dementsprechend wird der Überhitzungsgrad des Kältemittels am Auslaß des Verdampfers übermäßig groß, und die Temperatur des Kompressors wird erhöht. Hinzu kommt, daß, wenn die Verdampfungstemperatur niedrig ist, die Strömungsmenge des Kältemittels nicht ausreichend erniedrigt wird und somit Flüssigkeit zum Kompressor zurückkehren kann, d. h. das Kältemittel hat nicht genügend Zeit zum voll­ ständigen Verdampfen, bevor es am Kompressoreingang an­ kommt.

Es ist auch eine Kälteanlage der einleitend genannten Art bekannt (US-PS 24 87 012), bei welcher die zweite Kälte­ mitteldrossel, d. h. die Drossel im Nebenkreislauf, als Kapillarrohr ausgeführt ist, dessen Kältemittel in einem Expander mit dem Kältemittel der ersten Kältemitteldrossel, d. h. der Drossel des Hauptkreislaufes, in Wärmeaustausch­ beziehung steht. Dadurch soll automatisch bei hohem Ver­ dampfungsdruck als Folge des Anstiegs der Verdampfer­ temperatur die Kältemittelströmungsmenge erhöht werden und umgekehrt. Das Ausmaß der Änderungen der Kältemittel­ strömungsmenge hängt dabei von den relativen Abmessungen der beiden Kältemitteldrosseln ab, so daß eine Einstellung oder Regelung der Kältemittelströmungsmenge und damit der Verdampfertemperatur nicht möglich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kälteanlage derart aus­ zuführen, daß die Verdampfertemperatur genauer eingestellt bzw. geregelt werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe, ausgehend von einer Kälteanlage der einleitend genannten Art, gemäß der Erfindung durch einen zusätzlichen Kühlkreis, der mit dem entspannten Kälte­ mittel im Nebenkreislauf und der Kältemitteldrossel im Hauptkreislauf in Wärmeaustauschbeziehung steht und der eine Steuereinrichtung enthält, um die Strömungsmenge des Kühlmittels in dem Kühlkreis in Abhängigkeit des Unter­ schiedes zwischen der Temperatur des in den Verdampfer eintretenden Kältemittels und der Temperatur des am Auslaß des Verdampfers vorhandenen Kältemittels zu steuern.

Bei einer Kälteanlage gemäß der Erfindung wird das Kälte­ mittel an einem Punkt zwischen dem Mittelpunkt des Konden­ sators und dem Auslaß der ersten Kältemitteldrossel vom Kältekreislauf abgezweigt und in der zweiten Kältemittel­ drossel entspannt, um dadurch ein abgezweigtes Kältemittel mit niedrigerer Temperatur zu erhalten. Das abgezweigte Kältemittel niedrigerer Temperatur wird dann dazu ver­ wendet, das restliche Kältemittel im Kältekreislauf zwi­ schen dem Auslaß des Kondensators und dem Auslaß der ersten Kältemitteldrossel zu kühlen. Diese Kühlung wird dadurch gesteuert, daß die Kühlmittelströmungsmenge im Kühlkreis­ lauf verändert wird. Das abgezweigte entspannte Kälte­ mittel wird dann mit dem Hauptkreislauf irgendwo zwischen dem Mittelpunkt der ersten Kältemitteldrossel und dem Mittelpunkt des Verdampfers wiedervereinigt. Selbst wenn das abgezweigte Kältemittel nicht vollständig verdampft wird, kehrt kein flüssiges Kältemittel zum Kompressor zurück, was zu einem sicheren Betrieb beiträgt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung bei­ spielsweise erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Prozeßschema einer herkömmlichen Kälteanlage,

Fig. 2 das Prozeßschema einer Kälteanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 eine Schnittansicht eines Wärmetauschers, welcher bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 verwendet wird.

Fig. 2 zeigt eine Kälteanlage, welche wie die Kälteanlage gemäß Fig. 1 in einem geschlossenen Kältekreislauf einen Kompressor 1, einen Kondensator 2, eine erste Kältemittel­ drossel 3 und einen Verdampfer 4 enthält. Zwischen dem Kondensator 2 und dem Verdampfer 4 ist ein Nebenkreislauf 5 a abgezweigt, der zwischen der ersten Kältemitteldrossel 3 und dem Verdampfer 4 wieder in den Hauptkreislauf 5 mündet.

Der Nebenkreislauf 5 a enthält hintereinander eine zweite Kältemitteldrossel 3 a und einen Wärmetauscher 9 a. Das Be­ zugszeichen 6 bezeichnet eine Kühllösung, die durch den Wärmetauscher 9 a dann gekühlt wird, wenn der Druck des Kältemittels im Nebenkreislauf 5 a durch die zweite Kältemitteldrossel 3 a verringert wird. Die Kühllösung 6 ist Teil eines zusätz­ lichen Kühlkreises 6, 7, der mit dem entspannten Kältemittel im Nebenkreislauf 5 a und mit der ersten Kältemitteldrossel 3 im Hauptkreislauf in Wärmeaustauschbeziehung steht. Das Be­ zugszeichen 7 bezeichnet eine Pumpe zum Zirkulieren der Kühllösung 6, das Bezugszeichen 8 ein Ventil zum Einstellen der Strömungsmenge der Kühllösung 6, das Bezugszeichen 9 einen Wärmetauscher zum Kühlen des Kältemittels in der ersten Kältemitteldrossel 3 mit der Kühllösung 6, und das Bezugszeichen 10 eine Steuereinrichtung, die das Strömungseinstellventil 8 in Abhängigkeit des Unterschiedes zwischen der Temperatur am Einlaß des Verdampfers 4, gemessen durch ein Thermometer 12, und der Temperatur am Auslaß des Verdampfers 4, gemessen durch ein Thermometer 11, steuert.

Fig. 3 zeigt den Aufbau des Wärmetauschers 9. Die erste Kältemitteldrossel 3 umfaßt ein Kapillarrohr 3 b. Die Kühl­ lösung 6 strömt in einem mittleren Rohr 13, und das Kälte­ mittel strömt in dem Kapillarrohr 3 b, welches das mittlere Rohr 13 umgibt. Dabei wird das Kältemittel nicht nur durch den Normaldrosseleffekt der Kältemitteldrossel 3 gekühlt, sondern auch durch die Nebenkühlwirkung der Kühllösung 6. In Fig. 3 bezeichnet das Bezugszeichen 14 ein wärmeisolie­ rendes Material. Die Pfeile in Fig. 2 zeigen die Strömungs­ richtung des Kältemittels und der Kühllösung 6 an.

Bei der beschriebenen Kälteanlage wird die Temperatur der Kühllösung 6 durch den Wärmetauscher 9 a mit Hilfe des durch den Nebenkreislauf 5 a abgezweigten Kältemittels niedrigerer Temperatur abgesenkt, welches durch die zweite Kältemittel­ drossel 3 a erhalten wird. Wenn die Kühllösung 6 durch die Pumpe 7 zirkuliert wird, wird das Kältemittel in der ersten Kältemitteldrossel 3 sowohl durch die Druckreduzierung als auch durch den Wärmetauscher 9 heruntergekühlt. Das Ausmaß der Nebenkühlung, d. h. der Kühlung durch den Kühlkreis 6, 7, kann durch Steuern des Strömungseinstellventils 8 mittels der Steuereinrichtung 10 gesteuert werden, und zwar durch Steuerung der Strömungsmenge der Kühllösung 6. Der Öffnungs­ grad des Strömungseinstellventils 8 wird durch die Steuer­ einrichtung 10 eingestellt bzw. gesteuert, welche elektrisch oder mechanisch betätigt wird. Beispielsweise kann der Öffnungsgrad des Strömungseinstellventils 8 durch die Steuereinrichtung 10 derart gehalten werden, daß die Temperatur am Auslaß des Verdampfers 4 geringfügig höher ist als die Temperatur am Einlaß des Verdampfers 4, und zwar derart, daß das Kältemittel am Auslaß des Verdampfers 4 vollständig verdampft und wenig überhitzt ist, wodurch das Kältemittel jederzeit in einer richtigen Strömungsmenge zugeführt werden kann.

Die Strömungsmenge des Kältemittels nimmt mit dem Ausmaß der Kühlung zu, weil, wenn das Ausmaß der Kühlung erhöht wird, der Gasinhalt der Zweiphasenströmung (Flüssigkeit und Gas) des Kältemittels in der ersten Kältemitteldrossel 3, d. h. im Kapillarrohr 3 b, abnimmt und dementsprechend der Strömungs­ widerstand verringert wird, wodurch sich die Kältemittel­ strömungsmenge erhöht.

Die Kältemittelströmungsmenge kann auf geeignete Weise durch die Ausnutzung dieser Eigenschaften gesteuert werden. In anderen Worten bedeutet dies, daß die Kältemittelströmungs­ menge auf geeignete Weise dadurch gesteuert werden kann, daß die Temperaturen am Einlaß und Auslaß des Verdampfers 4 festgestellt werden und dann die Ventilöffnung des Strömungs­ einstellventils 8 entsprechend dem Unterschied zwischen den festgestellten Temperaturen so geändert wird, daß der Grad der Überhitzung des Kältemittels am Auslaß des Verdampfers 4 unverändert gehalten wird, um dadurch die Verdampfung des Kälte­ mittels zu steuern.

Bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform wird der Neben­ kühlvorgang, d. h. der zusätzliche Kühlvorgang in der Drossel 3 vollzogen. Jedoch sollte festgestellt werden, daß dieselbe Wirkung auch dadurch erzielt werden kann, daß ein derartiger Nebenkühlvorgang am Auslaß des Kon­ densators 2 vollzogen wird.

Claims (1)

1. Kälteanlage mit einem von einem Kältemittel durchströmten Haupt-Kältekreislauf in Reihe mit einem Kompressor (1), einem Kondensator (2), einer ersten Kältemitteldrossel (3) und einem Verdampfer (4), wobei zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer ein Nebenkreislauf (5 a) abgezweigt ist, der eine zweite Kältemitteldrossel (3 a) enthält und dessen Kältemittel in Wärmeaustauschbeziehung mit dem Kältemittel im Hauptkreislauf steht, in welchem die erste Kältemittel­ drossel (3) vorgesehen ist, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Kühlkreis (6, 7), der mit dem entspannten Kältemittel im Nebenkreislauf (5 a) und der Kältemitteldrossel (3) im Hauptkreislauf in Wärmeaustauschbeziehung steht und der eine Steuereinrichtung (8, 10) enthält, um die Strömungs­ menge des Kühlmittels in dem Kühlkreis (6, 7) in Abhängig­ keit des Unterschiedes zwischen der Temperatur des in den Verdampfer (4) eintretenden Kältemittels und der Tempera­ tur des am Auslaß des Verdampfers (4) vorhandenen Kälte­ mittels zu steuern.