-
Die
vorliegende Erfindung betrifft generell gekühlte Verkaufssysteme und insbesondere
den Betrieb eines gekühlten
Mitteltemperatur-Lebensmittel-Verkaufssystems in einem im Wesentlichen
eisfreien Modus.
-
Üblicherweise
sind Supermärkte
und Kioskläden
mit Schaubehältern
ausgestattet, die offen sein können
oder mit Türen
versehen sein können, um
frische Lebensmittel oder Getränke
Kunden zu präsentieren,
während
die frischen Lebensmittel und Getränke in einer gekühlten Umgebung
gehalten werden. Typischerweise wird der Produktauslagezone eines
jeden Schaubehälters
kalte, Feuchtigkeit enthaltende Luft bereitgestellt, indem man die
Luft über
die Wärmetauscheroberfläche einer
Verdampferwindung strömen
lässt,
die in dem Schaubehälter in
einem von der Produktauslagezone separaten Bereich angeordnet ist,
so dass der Verdampfer für
den Kunden außer
Sicht ist. Ein geeignetes Kühlmittel, beispielsweise
ein R-404A-Kühlmittel,
wird durch die Wärmetauscherrohre
der Verdampferwindung geleitet. Während das Kühlmittel in der Verdampferwindung
verdampft, wird Wärme
von der über
den Verdampfer strömenden
Luft absorbiert, um die Temperatur der Luft zu verringern.
-
Ein
Kühlsystem
wird in dem Supermarkt und dem Kioskladen installiert, um Kühlmittel
in einem geeigneten Zustand den Verdampferwindungen der Schaubehälter in
der Betriebsanlage bereitzustellen. Alle Kühlsysteme weisen mindestens
die folgenden Komponenten auf: einen Verdichter, einen Kondensator,
mindestens einen Verdampfer, der einem Schaubehälter zugeordnet ist, ein thermostatisches Expansionsventil
und geeignete Kühlmittelleitungen, die
diese Vorrichtungen in einem geschlossenen Zirkulationskreislauf
verbinden. Das thermostatische Expansionsventil ist in der Kühlmittelleitung
strömungsaufwärts bezogen
auf die Kühlmittelströmung des
Einlass des Verdampfers zum Expandieren eines flüssigen Kühlmittels angeordnet. Das Expansionsventil
wirkt derart, dass es das flüssige
Kühlmittel dosiert
und dieses auf einen niedrigeren Druck expandiert, der für das spezielle
Kühlmittel
vor dem Eintreten in den Verdampfer ausgewählt wird. Infolge dieser Expansion
sinkt auch die Temperatur des flüssigen
Kühlmittels
signifikant. Die Flüssigkeit
mit dem niedrigen Druck und der niedrigen Temperatur verdampft,
während
sie Wärme
beim Strömen
durch die Verdampferrohre von der über die Verdampferoberfläche strömenden Luft
absorbiert. Typischerweise weisen Kühlsysteme für Supermärkte und Lebensmittelgeschäfte mehrere
Verdampfer, die in mehreren Schaubehälter angeordnet sind, eine
Anordnung aus einer Mehrzahl von Verdichtern, die als Verdichter-Rack
(compressor rack) bezeichnet wird, und einen oder mehrere Kondensatoren
auf.
-
Zusätzlich ist
bei bestimmten Kühlsystemen ein
Verdampferdruckreglerventil (evaporator pressure regulator (EPR)
valve) in der Kühlmittelleitung
an dem Auslass des Verdampfers angeordnet. Das EPR-Ventil dient
dazu, den Druck in dem Verdampfer über einem vorbestimmten Drucksollwert
für das
spezielle verwendete Kühlmittel
zu halten. Bei zum Kühlen
von Wasser verwendeten Kühlsystemen
ist es bekannt, das EPR-Ventil derart einzustellen, dass das Kühlmittel
in dem Verdampfer über
dem Gefrierpunkt von Wasser gehalten wird. Beispielsweise bei einem
Wasserkühlungs-Kühlsystem,
das R-12 als Kühlmittel
verwendet, kann das EPR-Ventil auf einen Drucksollwert von 2,2 × 105 Pa (32 psig (pounds per square inch, gage))
eingestellt werden, was einer Kühlmitteltemperatur
von 1°C
(34°F) gleichkommt.
-
Üblicherweise
arbeiten Verdampfer bei gekühlten.
Lebensmittelauslagesystemen generell mit Kühlmitteltemperaturen unter
dem Gefrierpunkt von Wasser. Folglich bildet sich während des
Betriebs Eis an den Verdampfern, da Feuchtigkeit in der Kühlluft, die über die
Verdampferoberfläche
strömt,
in Kontakt mit der Verdampferoberfläche kommt. Bei Mitteltemperatur-Kühlschaubehältern, beispielsweise
jenen, die üblicherweise
zum Auslegen von Obst und Gemüse,
Milch und anderen Milchprodukten oder Fleisch verwendet werden,
muß das
gekühlte
Produkt bei einer Temperatur gehalten werden, die typischerweise
in Abhängigkeit
von dem speziellen gekühlten
Produkt in dem Bereich von –2°C bis 5°C (28°F bis 41°F) ist. Beispielsweise
bei Mitteltemperatur-Schaubehältern
für Obst
und Gemüse
war es auf dem Gebiet der kommerziellen Kühlung üblich, die zirkulierende Kühlluft über die
Rohre eines Verdampfers zu leiten, in dem das durch die Rohre strömende Kühlmittel
bei etwa –6°C (21°F) siedet,
um die Kühllufttemperatur
bei etwa –0,5°C bis 0°C (31°F bis 32°F) zu halten.
Beispielsweise bei Mitteltemperatur-Milchproduktschaubehältern war
es auf dem Gebiet der kommerziellen Kühlung üblich, die zirkulierende Kühlluft über die
Rohre eines Verdampfer zu leiten, in dem das durch die Rohre strömende Kühlmittel
bei etwa –6°C (21°F) siedet,
um die Kühllufttemperatur
bei etwa –2°C bis –1,5°C (28°F bis 29°F) zu halten.
Beispielsweise bei Mitteltemperatur-Fleischschaubehältern war es auf dem Gebiet
der kommerziellen Kühlung üblich, die
zirkulierende Kühlluft über die
Rohre eines Verdampfers zu leiten, in dem das Kühlmittel bei etwa –9,5°C bis –8°C (15°F bis 18°F) siedet,
um die Kühlluft
bei einer Temperatur von etwa –3°C (26°F) zu halten.
Bei diesen Kühlmitteltemperaturen
ist die Außenoberfläche der
Rohrwand bei einer Temperatur unter dem Gefrierpunkt. Während sich
an der Verdampferoberfläche
Eis aufbaut, verschlechtert sich die Leistungsfähigkeit des Verdampfers, und
die freie Luftströmung
durch den Verdampfer wird behindert und in extremen Fällen unterbunden.
-
Herkömmliche
Lamellen- und Rohr-Wärmetauscherwindungen,
die bei Verdampfern mit einer erzwungenen Luftströmung in
der kommerziellen Kühlindustrie
verwendet werden, haben charakteristischerweise eine niedrige Lamellendichte
und haben typischerweise von 3 bis 6 Lamellen alle 4 cm (2 bis 4
Lamellen pro Inch). Es war in der kommerziellen Kühlindustrie üblich, nur
Wärmetauscher
mit einer niedrigen Lamellendichte in Verdampfern für Mitteltemperatur-
und Niedertemperaturanwendungen zu verwenden. Diese Praxis kommt
von einer Annahme des Aufbauens von Eis an der Oberfläche des
Verdampferwärmetauschers
und dem Wunsch, die Zeitspanne zwischen erforderlichen Enteisungsvorgängen zu
verlängern.
Während
sich Eis aufbaut, wird der effektive Strömungsraum für Luft, um zwischen den benachbarten
Lamellen zu strömen,
zunehmend weniger und weniger, bis im Extremfall der Raum mit Eis überbrückt ist.
Als Folge des Aufbauens von Eis verringert sich die Wärmetauscherleistung,
und die Strömung
von adäquat
gekühlter
Luft an den Produktauslagebereich nimmt ab, was folglich das Aktivieren
eines Enteisungszyklus erforderlich macht.
-
Folglich
wird ein herkömmliches
gekühltes Mitteltemperatur-Auslagesystem
für Lebensmittel üblicherweise
mit einem Enteisungssystem ausgestattet, das selektiv oder automatisch
betrieben werden kann, um Eisformationen von der Verdampferoberfläche zu entfernen,
typischerweise einmal bis viermal in einem Zeitraum von 24 h über bis
zu 110 min pro Zyklus. Herkömmliche
Verfahren zum Enteisen von Verdampfern bei gekühlten Lebensmittel-Auslagesystemen
umfassen ein Leiten von Luft über
ein elektrisches Heizelement und danach über den Verdampfer, ein Leiten
der Luft in dem Laden mit der Umgebungstemperatur über den
Verdampfer und ein Leiten eines heißen Kühlmittelgases durch die Kühlmittelleitungen
an und durch den Verdampfer. Gemäß dem letzteren
Verfahren, auf das üblicherweise
als Heißgas-Enteisen
(hot gas defrost) Bezug genommen wird, strömt heißes gasförmiges Kühlmittel von dem Verdichter,
typischerweise bei einer Temperatur von etwa 24°C bis 48°C (75°F bis 120°F), durch den Verdampfer, was
die Verdampfer-Wärmetauscherwindung
erwärmt.
Die latente Wärme,
die durch das kondensierende, heiße, gasförmige Kühlmittel abgegeben wird, schmilzt
das Eis von dem Verdampfer ab. Das heiße, gasförmige Kühlmittel kondensiert in dem
vereisten Verdampfer und kehrt als kondensierte Flüssigkeit
an einen Akkumulator statt direkt an den Verdichter zurück, um ein
Fluten des Verdichters und einen möglichen Schaden zu vermeiden.
-
Ein
Enteisen des Verdampfers hat Nachteile, obwohl es wirkungsvoll ist,
um das Eis zu entfernen und dadurch eine ordnungsgemäße Luftströmung und
ordnungsgemäße Verdampferbetriebszustände – wiederherzustellen.
Da der Kühlzyklus
während des
Enteisungszeitraums unterbrochen werden muss, steigt die Temperatur
der Produkte während des
Enteisens. Folglich kann ein Produkt in der Auslageverkaufseinrichtung
wiederholt alternierenden Zeitspannen von Kühlen und Erwärmen unterworfen sein.
Darum kann die Produkttemperatur in einer herkömmlichen Mitteltemperatur-Supermarktverkaufseinrichtung,
die Lebensmittelprodukte auslegt, während des Enteisungszyklus
den Temperaturgrenzwert von 5°C
(41°F) überschreiten,
der durch die "United
States Food and Drug Administration" festgelegt ist und der generell erwünscht ist.
Auch müssen bei
dem Kühlsystem
zusätzliche
Kontrolleinrichtungen vorgesehen werden, um die Abtauzyklen ordnungsgemäß aufeinander abfolgen
zu lassen, insbesondere in Geschäften
mit mehreren gekühlten
Verkaufsseinrichtungen, um sicherzustellen, dass sich nicht alle
Verkaufseinrichtungen gleichzeitig in einem Abtauzyklus befinden.
Demgemäß wäre es wünschenswert,
eine gekühltes
Verkaufseinrichtung, insbesondere eine Mitteltemperaturverkaufseinrichtung, in
einem kontinuierlichen, im Wesentlichen eisfreien Zustand ohne das
Erfordernis für
ein Anwenden eines Enteisungszyklus zu betreiben.
-
US-Patent
3 577 744 von Mercer beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines
offenen, gekühlten
Schaubehälters,
bei dem die Produktzone eisfrei bleibt und bei dem die Verdampferwindungen
eisfrei bleiben. Bei dem beschriebenen Verfahren wird eine kleine
Sekundärverdampfereinheit
verwendet, um Umgebungsluft zum Speichern unter Druck zu trocknen.
Die gekühlte,
dehydrierte Luft wird dann in die Primärkühlluftströmung dosiert und in unmittelbarem Kontakt
mit den Oberflächen
in die Produktzone strömen
gelassen. Da die Luft, die in unmittelbarem Kontakt mit den Oberflächen ist,
dehydiert ist, bildet sich kein Eis an den Oberflächen in
der Produktzone.
-
US-Patent
3 681 896 von Velkoff beschreibt ein Kontrollieren der Eisbildung
bei Wärmetauschern,
beispielsweise Verdampfern, durch Anlegen einer elektrostatischen
Ladung an die Luft-Dampf-Strömung
und an Wasser, das in die Strömung
eingeleitet wird. Die geladenen Wassertröpfchen induzieren eine Koaleszenz
des Wasserdampfes in der Luft, und der geladene, koaleszente Dampf
und die Tröpfchen
sammeln sich an der Oberfläche
von entgegengesetzt geladenen Platten, die strömungsaufwärts der Wärmetauscherwindungen angeordnet
sind. Folglich ist die über
die Wärmetauscherwindungen
strömende
Kühlluft
relativ feuchtigkeitsfrei, und eine Eisbildung an den Wärmetauscherwindungen
tritt nicht auf.
-
US-Patent
4 272 969 von Schwitzgebel beschreibt einen Kühlschrank zum Erhalten einer
eisfreien Umgebung mit hoher Luftfeuchtigkeit. Ein zusätzliches
Drosselelement, z.B. ein Ansaugdruckregelventil oder ein Kapillarrohr,
ist in der Rückleitung zwischen
dem Verdampferauslass und dem Verdichter zum Drosseln der Strömung installiert,
um die Verdampferoberfläche über 0°C zu halten.
-
Zusätzlich ist
die Verdampferoberfläche
viel größer als
diejenige Verdampferoberfläche
bemessen, die bei herkömmlichen
Kühlschränken desselben
Kühlvolumens
verwendet wird, vorzugsweise die doppelte Größe eines herkömmlichen
Verdampfers und möglicherweise
das Zehnfache der Größe eines herkömmlichen
Verdampfers.
-
Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb eines
gekühlten
Verkaufssystems in einem im Wesentlichen eisfreien Modus bereitzustellen.
-
Gemäß dem einen
Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb eines gekühlten Verkaufssystems
bereitgestellt, das die Schritte des Strömens von Kühlmittel durch den Schaubehälterverdampfer bei
einer relativ niedrigeren Temperatur während eines ersten Kühlmodus
und des Strömens
von Kühlmittel
durch den Verdampfer bei einer relativ höheren Temperatur während eines
zweiten Kühlmodus
aufweist. Die relativ höhere
Temperatur ist 1°C
bis 7°C (2°F bis 12°F) wärmer als
die relativ niedrigere Temperatur, und der Betrieb zwischen dem
ersten Kühlmodus
und dem zweiten Kühlmodus
ist alternierend aufeinander folgend. Höchst vorteilhaft liegt die
relativ niedrigere Temperatur. in dem Bereich von –4,5°C bis 0°C (24°F bis 32°F), und die
relativ höhere
Temperatur liegt in dem Bereich von –0,5°C bis 3°C (31°F bis 38°F). Bei einer anderen Ausführungsform
dieses Aspektes der Erfindung ist der Betrieb von dem Kühlmodus
zu einem Zwischentemperatur-Kühlmodus, von
dort zu dem zweiten Kühlmodus
und dann zurück zu
dem ersten Kühlmodus
alternierend aufeinander folgend. In dem Zwischentemperatur-Kühlmodus strömt Kühlmittel
durch den Verdampfer bei einer Temperatur zwischen der relativ niedrigeren
Temperatur des Kühlmittels
während
des ersten Kühlmodus und
der relativ höheren
Temperatur des Kühlmittels während des
zweiten Kühlmodus.
Höchst
vorteilhaft liegt die Temperatur des Kühlmittels bei dem Zwischentemperatur-Kühlmodus
in dem Bereich von etwa –0,5°C bis 0°C (31°F bis 32°F).
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb eines
gekühlten Verkaufssystems
bereitgestellt, das die Schritte des Einstellens des Verdampferdrucksteuerventils
bei einem ersten Sollwertdruck, der für das Kühlmittel einer ersten Kühlmitteltemperatur äquivalent
ist, für
einen ersten Kühlmodus
und des Einstellens des Verdampferdrucksteuerventils bei einem zweiten
Sollwertdruck, der für
das Kühlmittel
einer zweiten Kühlmitteltemperatur äquivalent
ist, die etwa 1°C
bis 7°C (2°F bis 12°F) wärmer ist
als die erste Temperatur, für einen
zweiten Kühlmodus.
Der Betrieb zwischen dem ersten Kühlmodus und dem zweiten Kühlmodus
ist alternierend aufeinander folgend.
-
Es
ist ein weiteres Ziel der Erfindung, eine gekühlte Mitteltemperatur-Verkaufseinrichtung
bereitzustellen, die in einem im Wesentlichen eisfreien Modus arbeitsfähig ist.
Gemäß dem Vorrichtungsaspekt
der vorliegenden Erfindung weist ein gekühltes Verkaufssystem einen
Verdichter, einen Kondensator, einen Schaubehälter mit einem Verdampfer,
die alle in einem geschlossenen Kühlmittelkreis verbunden sind,
eine Expansionsvorrichtung, eine Verdampferdrucksteuervorrichtung
und eine Steuereinrichtung auf. Die Steuereinrichtung hält das Verdampferdrucksteuerventil
bei einem ersten Sollwertdruck für
das Kühlmittel,
der einer ersten Kühlmitteltemperatur äquivalent
ist, während
eines ersten Kühlmodus
und bei einem zweiten Sollwertdruck für das Kühlmittel, der einer zweiten
Kühlmitteltemperatur äquivalent
ist, die etwa 1°C
bis 7°C
(2°F bis
12°F) wärmer ist
als die erste Temperatur, während
eines zweiten Kühlmodus.
Die Steuereinrichtung lässt
den Betrieb zwischen dem ersten Kühlmodus und dem zweiten Kühlmodus
alternierend aufeinander abfolgen.
-
Für ein weiteres
Verständnis
der vorliegenden Erfindung sollte auf die folgende detaillierte
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die
nur als Beispiel gemacht wurde, zusammen mit den begleitenden Zeichnungen
Bezug genommen werden, wobei gilt:
-
1 ist ein schematisches
Diagramm eines kommerziellen Kühlsystems,
das die vorliegende Erfindung verwendet; und
-
2 ist eine Aufrissansicht
eines repräsentativen
Aufbaus des kommerziellen Kühlsystems, das
schematisch in 1 gezeigt
ist.
-
Zum
Zweck der Darstellung ist das kommerzielle Kühlsystem der vorliegenden Erfindung
derart dargestellt, dass es einen einzigen Schaubehälter mit
einem einzigen Verdampfer, einen einzigen Kondensator und einen
einzigen Verdichter hat. Man sollte verstehen, dass die Prinzipien
der vorliegenden Erfindung auf verschiedene Ausführungsformen von kommerziellen
Kühlsystemen
mit einem einzigen oder mehreren Schaubehältern mit einem oder mehreren
Verdampfern pro Behälter,
einem einzigen oder mehreren Verdichtern und/oder bei Anordnungen
mit einem einzigen oder mehreren Verdichtern anwendbar sind.
-
Es
wird jetzt auf 1 und 2 Bezug genommen. Das gekühlte Verkaufssystem 10 der
vorliegenden Erfindung weist fünf
Grundkomponenten auf: einen Verdichter 20, einen Kondensator 30,
einen Verdampfer 40, eine Expansionsvorrichtung 50 und
eine Verdampferdrucksteuervorrichtung 60, die in einem geschlossenen
Kühlmittelkreis
mittels Kühlmittelleitungen 12, 14, 16 und 18 angeschlossen
sind. Zusätzlich
weist das System 10 eine Steuereinrichtung 90 auf.
Man sollte jedoch verstehen, dass die vorliegende Erfindung auf
Kühlsysteme
mit zusätzlichen Komponenten,
Steuereinrichtungen und Zubehör
anwendbar ist. Der Auslass oder die Hochdruckseite des Verdichters 20 ist
mittels der Kühlmittelleitung 12 an
den Einlass 32 des Kondensators 30 angeschlossen.
Der Auslass 34 des Kondensators 30 ist mittels der
Kühlmittelleitung 14 an
den Einlass der Expansionsvorrichtung 50 angeschlossen.
Der Auslass der Expansionsvorrichtung 50 ist mittels der
Kühlmittelleitung 16 an
den Einlass 42 des Verdampfers 40 angeschlossen,
der in dem Schaubehälter 100 angeordnet
ist. Der Auslass 44 des Verdampfers 40 ist mittels
der Kühlmittelleitung 18,
die üblicherweise
als die Ansaugleitung bezeichnet wird, mit der Ansaugseite oder
der Niederdruckseite des Verdichters 20 zurück verbunden.
-
Der
Verdampfer 40, der höchst
vorteilhaft in der Ausgestaltung einer Lamellen- und Rohr-Wärmetauscherwindung
ist, ist in dem Schaubehälter 100 in einem
Abteil 110 angeordnet, das von dem Produktauslagebereich 120 getrennt
und unter diesem ist. Wie es üblich
ist, wird die Luft entweder mittels natürlicher Zirkulation oder mittels
eines Gebläses 70 durch
den Verdampfer 40 und von da durch den Produktauslagebereich 120 zirkuliert,
um die Produkte, die in den Regalen 130 in dem Produktauslagebereich 120 aufbewahrt
sind, bei einer Temperatur unter der Umgebungstemperatur des Bereichs
des Geschäfts
in der Nähe
des Schaubehälters 100 zu
halten. Während
die Luft durch den Verdampfer 40 strömt, strömt sie über die Außenoberfläche der Lamellen- und Rohr-Wärmetauscherwindung
in Wärmeaustauschbeziehung
mit dem durch die Rohre der Tauscherwindung strömenden Kühlmittel.
-
Höchst vorteilhaft
hat die Lamellen- und Rohr-Wärmetauscherwindung
des Hocheffizienzverdampfers 40 eine relativ hohe Lamellendichte,
d.h. eine Lamellendichte von mindestens 2 Lamellen pro cm (5 Lamellen
pro Inch) und höchst
vorteilhaft in dem Bereich von 2½ bis 6 Lamellen pro cm (6
bis 15 Lamellen pro Inch). Die Wärmetauscherwindung
mit der relativ hohen Lamellendichte der bevorzugten Ausführungsform
des Hocheffizienzverdampfers 40 ist in der Lage, bei einer
wesentlich niedrigeren Differenz zwischen der Kühlmitteltemperatur und der
Verdampferauslasslufttemperatur zu arbeiten, als die herkömmlichen
kommerziellen Kühlungen
mit Verdampfern mit einer niedrigen Lamellendichte arbeiten.
-
Die
Expansionsvorrichtung 50, die vorzugsweise in dem Schaubehälter 100 nahe
an dem Verdampfer angeordnet ist, kann an einer beliebigen Stelle
in der Kühlmittelleitung 14 angebracht
sein und dient dazu, die korrekte Menge von flüssiger Kühlmittelströmung in den Verdampfer 40 zu
dosieren. Wie es üblich
ist, arbeitet der Verdampfer 40 am effizientesten, wenn
er so weit wie möglich
mit flüssigem Kühlmittel
gefüllt
ist, ohne dass flüssiges
Kühlmittel aus
dem Verdampfer in die Ansaugleitung 18 strömt. Obwohl
eine beliebige Ausgestaltung einer herkömmlichen Expansionsvorrichtung
verwendet werden kann, weist die Expansionsvorrichtung 50 höchst vorteilhaft
ein thermostatisches Expansionsventil (TXV) 52 mit einem
thermischen Messwerterfassungselement, beispielsweise einem Erfassungskolben
(sensing bulb) 54 auf, der in thermischen Kontakt mit der
Ansaugleitung 18 strömungsabwärts des Auslass 44 des
Verdampfers 40 angebracht ist. Der Erfassungskolben 54 koppelt über eine
herkömmliche
Kapillarleitung 56 an das thermostatische Expansionsventil 52 zurück.
-
Die
Verdampferdrucksteuervorrichtung 60, die eine von einem
Schrittmotor gesteuerte Ansaugdruckregeleinrichtung oder ein beliebiges
herkömmliches
Verdampferdruckregelventil (gemeinsam als EPRV – evaporator pressure regulator
valve bezeichnet) aufweisen kann, arbeitet, um den Druck in dem Verdampfer 40 bei
einem vorausgewählten,
gewünschten
Betriebsdruck durch Modulieren der Strömung des Kühlmittels, das den Verdampfer 40 durch die
Ansaugleitung 18 verlässt,
zu halten. Durch Halten des Betriebsdrucks in dem Verdampfer 40 bei diesem
gewünschten
Druck wird die Temperatur des Kühlmittels,
das in dem Verdampfer 40 von einer Flüssigkeit zu einem Dampf expandiert,
bei einer speziellen Temperatur gehalten, die mit dem speziellen
Kühlmittel
verknüpft
ist, das durch den Verdampfer 40 strömt.
-
Da
jedes spezielle Kühlmittel
seine eigene charakteristische Temperatur-Druck-Kurve hat, ist es deshalb theoretisch
möglich,
für einen
eisfreien Betrieb des Verdampfers 40 durch Einstellen des
EPRV 60 bei einem vorbestimmten minimalen Drucksollwert
für das
spezielle verwendete Kühlmittel
zu sorgen. Auf diese Weise kann die Kühlmitteltemperatur in dem Verdampfer 40 effizient
an einem Punkt gehalten werden, bei dem alle Außenoberflächen des Verdampfers 40,
die mit der feuchten Luft in dem gekühlten Raum in Kontakt sind, über der
Eisbildungstemperatur sind. Aufgrund von strukturellen Hindernissen
oder einer schlechten Verteilung des Luftstroms über die Verdampferwindung können einige Stellen
an der Windung in einen Zustand kommen, in dem sich Eis bildet,
was zum Ansatz einer Eisbildung führt.
-
Die
Steuereinrichtung 90 dient dazu, den Sollwertdruck zu regeln,
bei dem das EPRV 60 arbeitet. Die Steuereinrichtung 90 empfängt ein
Eingangssignal von mindestens einem Sensor, der arbeitsfähig dem
Verdampfer 40 zugeordnet ist, um einen Betriebsparameter
des Verdampfers 40 zu erfassen, der auf die Temperatur
hinweist, bei der das Kühlmittel
in dem Verdampfer 40 siedet. Der Sensor kann einen Druckmesswandler 92 aufweisen,
der an der Ansaugleitung 18 in der Nähe des Auslass 44 des
Verdampfers 40 angebracht ist und arbeitsfähig ist,
den Verdampferauslassdruck zu erfassen. Das Signal 91 von
dem Druckmesswandler 92 weist auf den Betriebsdruck des
Kühlmittels
in dem Verdampfer 40 hin und weist deshalb für das gegebene
verwendete Kühlmittel auf
die Temperatur hin, bei der das Kühlmittel in dem Verdampfer 40 siedet.
Alternativ kann der Sensor einen Temperatursensor 94 aufweisen, der
an der Windung des Verdampfers 40 angebracht ist und arbeitsfähig ist,
die Betriebstemperatur der Außenoberfläche der
Verdampferwindung zu erfassen. Das Signal 93 von dem Temperatursensor 94 weist
auf die Betriebstemperatur der Außenoberfläche der Verdampferwindung hin
und weist deshalb auch auf die Temperatur hin, bei der das Kühlmittel
in dem Verdampfer 40 siedet. Vorteilhaft können sowohl
ein Druckmesswander 92 als auch ein Temperatursensor 94 installiert
sein, wobei Eingangssignale von beiden Sensoren durch die Steuereinrichtung 90 empfangen
werden, um dadurch ein Sicherheitspotenzial bereitzustellen, falls
einer der Sensoren im Betrieb ausfällt.
-
Die
Steuereinrichtung 90 bestimmt die tatsächliche Kühlmittelsiedetemperatur, bei
der der Verdampfer arbeitet, aus dem Eingangssignal oder den Eingangssignalen,
die von dem Sensor 92 und/oder dem Sensor 94 empfangen
werden. Nach dem Vergleich der bestimmten tatsächlichen Kühlmittelsiedetemperatur mit
dem gewünschten
Betriebsbereich für die
Kühlmittelsiedetemperatur
passt die Steuereinrichtung 90, soweit notwendig, den Sollwertdruck
des EPRV 60 an, um die Kühlmittelsiedetemperatur, bei der
der Verdampfer 40 arbeitet, innerhalb eines gewünschten
Temperaturbereichs zu halten. Erfindungsgemäß dient die Steuereinrichtung 90 dazu, den
Sollwertdruck des EPRV 60 bei einem ersten Sollwertdruck
für eine
erste Zeitspanne und bei einem zweiten Sollwertdruck für eine zweite
Zeitspanne selektiv zu regeln und kontinuierlich das EPRV 60 zwischen
den zwei Sollwertdrücken
zyklisch zu schalten. Der erste Sollwertdruck wird derart ausgewählt, dass
er innerhalb des Bereichs von Drücken für das verwendete
Kühlmittel,
die der Sättigung äquivalent
sind, bis zu einer Kühlmitteltemperatur
in dem Bereich von – 4,5°C bis 0°C (24°F bis 32°F) inklusive
liegt. Der zweite Sollwertdruck wird derart ausgewählt, dass
er innerhalb des Bereichs von Drücken
für das
verwendete Kühlmittel,
die der Sättigung äquivalent
sind, bis zu einer Kühlmitteltemperatur
in dem Bereich von –0,5°C bis 3°C (31°F bis 38°F) inklusive
liegt. Deshalb wird erfindungsgemäß die Kühlmittelsiedetemperatur in
dem Verdampfer 40 immer auf einem kühlenden Niveau gehalten, wobei
sie zwischen einer ersten Temperatur in dem Bereich von –4,5°C bis 0°C (24°F bis 32°F) für eine erste
Zeitspanne und einer zweiten, geringfügig höheren Temperatur in dem Bereich
von –0,5°C bis 3°C (31°F bis 38°F) für eine zweite
Zeitspanne zyklisch geschaltet wird. Bei diesem zyklischen Betriebsmodus
arbeitet der Verdampfer 40 kontinuierlich in einem Kühlmodus,
während
eine jegliche unerwünschte
lokalisierte Eisbildung, die während
der ersten Zeitspanne des Betriebszyklus mit den kälteren Kühlmittelsiedetemperaturen
auftreten könnte,
während
der zweiten Zeitspanne des Betriebszyklus mit den wärmerem Kühlmittelsiedetemperaturen
periodisch eliminiert wird. Typischerweise ist es vorteilhaft, die
Kühlmittelsiedetemperaturen
in dem Verdampfer während
der zweiten Zeitspanne eines Betriebszyklus bei etwa 1°C bis 7°C (2°F bis 12°F) über der
Kühlmittelsiedetemperatur
zu halten, die während
der ersten Zeitspanne des Betriebszyklus eingehalten wird.
-
Obwohl
die entsprechende Dauer der ersten Zeitspanne und der zweiten Zeitspanne
des Betriebszyklus von Schaubehälter
zu Schaubehälter
variieren wird, wird generell die erste Zeitspanne die zweite Zeitspanne
in ihrer Dauer wesentlich überschreiten.
Beispielsweise wird sich eine typische erste Zeitspanne für einen
Betrieb bei der relativ kühleren
Kühlmittelsiedetemperatur über etwa
2 Stunden bis zu mehreren Tagen erstrecken, während sich eine typische zweite
Zeitspanne für
einen Betrieb bei der relativ wärmeren
Kühlmittelsiedetemperatur über etwa
15 bis 40 min erstrecken wird. Jedoch kann der Betreiber des Kühlsystems 10 selektiv
und unabhängig
die Steuereinrichtung 90 für eine beliebige gewünschte Dauer
für die
erste Zeitspanne und eine beliebige gewünschte Dauer für die zweite
Zeitspanne programmieren, ohne vom Bereich der vorliegenden Erfindung
abzuweichen.
-
Ein Übergang
von einem Betrieb bei der relativ kühleren Kühlmittelsiedetemperatur zu
einem fortgesetzten Kühlbetrieb
bei der relativ wärmeren Kühlmittelsiedetemperatur
kann es vorteilhaft sein, kurz einen stetigen Betrieb bei einer
Zwischentematur von etwa –0,5°C bis 0°C (31°F bis 32°F) einzuhalten.
Die Zeitspanne für
einen Betrieb bei dieser Zwischentematur würde sich generell über weniger
als etwa 10 min erstrecken und typischerweise von etwa 4 bis etwa
8 min. Ein derartiges stetiges Zwischenstadium kann wünschenswert
sein, beispielsweise bei Kühlsystemen
mit einem einzigen Verdichter, als ein Mittel zum Vermeiden eines
exzessiven Hin- und Herschalten des Verdichters. Beim Zurückschalten von
einem Betrieb bei der relativ wärmeren
Kühlmittelsiedetemperatur
zu dem Betrieb bei der relativ kühleren
Kühlmittelsiedetemperatur
ist kein stetiges Zwischenstadium vorgesehen.
-
Die
Wärmetauscherwindung
mit der hohen Lamellendichte der bevorzugten Ausführungsform des
Hocheffizienzverdampfers 40 ist zusätzlich dazu, dass sie insbesondere
bei Schaubehältern
nützlich ist,
die gemäß dem vorbeugenden
Vereisungsmanagementverfahren der vorliegenden Erfindung arbeiten,
auch volumenmäßig kompakter
als herkömmliche
kommerzielle Kühlverdampfer
von vergleichbarer Wärmeaustauschkapazität. Beispielsweise
hat der Verdampfer für
das Modell L6D8 eines Mitteltemperaturschaubehälters, das durch Tyler Refrigeration Corporation
of Niles, Michigan, hergestellt wird, das derart konstruiert ist,
dass es mit einer Kühlmitteltemperatur
von –6,5°C (20°F) arbeitet,
einen Lamellen- und Rohr-Wärmetauscher
herkömmlicher
Konstruktion mit 10 Reihen von Rohren mit einem Durchmesser von
1,6 cm (5/8 Inch) mit 0,8 Lamellen pro cm (2,1 Lamellen pro Inch),
was etwa 46 m2 (495 square feet) an Wärmeübertragungsoberfläche in einem
Volumen von etwa 0,25 m3 (8,7 cubic feet)
bereitstellt. Der Schaubehälter
wurde erfolgreich in einem relativ eisfreien Modus gemäß der vorliegenden
Erfindung betrieben, wobei der Hocheffizienzverdampfer 40 mit der
hohen Lamellendichte in dem Behälter
des Modells L6D8 installiert war. Der Hocheffizienzverdampfer arbeitete
mit einer Kühlmitteltemperatur
von –1,5°C (29°F). Im Vergleich
mit dem zuvor beschriebenen herkömmlichen
Wärmetauscher
hat der Wärmetauscher
mit der hohen Lamellendichte des Hocheffizienzverdampfers 8 Reihen
von Rohren mit einem Durchmesser von 1 cm (3/8 Inch) mit 4 Lamellen
pro cm (10 Lamellen pro Inch), was etwa 93 m2 (1000 square
feet) von Wärmeübertragungsfläche in einem Volumen
von etwa 0,1 m3 (4,0 cubic feet) bereitstellt. Folglich
stellt in dieser Anwendung der Hocheffizienzverdampfer 40 nominell
die doppelte Wärmeübertragungsoberfläche bereit,
während
er nur das halbe Volumen des herkömmlichen Verdampfers einnimmt.
-
Obwohl
eine bevorzugte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung beschrieben und dargestellt wurde, werden
Fachleuten andere Änderungen ein fallen.
Es ist daher beabsichtigt, dass der Bereich der vorliegenden Erfindung
nur durch den Bereich der beigefügten
Ansprüche
zu beschränken
ist.