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Kühlanlage
Die Erfindung betrifft eine Kühlanlage mit einem Verdichter, einem Kondensator für das verdichtete Kältemittel, einem Behälter für flüssiges Kältemittel sowie einem Verdampfer. In bekannten Anlagen dieser Art ist zwischen dem Behälter und dem Verdampfer ein Drosselglied angeordnet. Bei der Drucksenkung während des Durchgangs des flüssigen Kältemittels durch das Drosselglied erfolgt eine gewisse Verdampfung der Flüssigkeit, deren Temperatur gleichzeitig fällt. Diese Verdampfung bedeutet einen gewissen Verlust, da infolge derselben nur eine geringere Menge flüssigen Kältemittels zur Aufnahme von Wärme im Verdampfer zur Verfügung steht. Dieser Verlust kann bis zu etwa 20 % oder noch mehr betragen.
Bei den bekannten Anlagen erfolgt die Regelung in Abhängigkeit von dem Druck oder der Tempera- tur auf der Niederdruckseite der Anlage unter Verwendung eines automatischen oder thermostatischen Ausdehnungsventils oder aber auch erfolgt die Kältemittelzufuhr zum Verdampfer in Abhängigkeit vom Druckunterschied zwischen Hochdruckseite und Niederdruckseite, wobei beispielsweise Kapillarröhrchen als Drosselglieder dienen können. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, warmes Kühlmittel zum Schmelzen des Eises zu benutzen. Das Abtauen geschieht aber nicht während der normalen Arbeit der Anlage, sondern nur bei stillstehendem Verdichter.
Die bekannte, nach diesem Verfahren arbeitende Anlage weist zu diesem Zweck eine besondere Leitung und ein besonderes Absperrventil auf, wooei das Absperrventil während des Betriebs geschlossen ist und erst nach Stillstand des Verdichters geöffnet wird. Ein Nachteil der bekannten Kälteanlagen besteht darin, dass die Entfernung von auf dem Verdampfer gebildetemEis entweder mechanisch erfolgen muss, was zeitraubend und umständlich ist, oder aber auch durch Erwärmung, die jedoch eine schädliche Erwärmung der Umgebung des Verdampfers zur Folge haben kann und ausserdem die Durchschnittsleistung der Anlage herabsetzt.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlanlage von im wesentlichen der angegebenen Art, bei der jedoch der erwähnte Nachteil infolge der Eisbildung vermieden wird. Die Anlage nach der Erfindung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Behälter und dem Verdampfer ein von einer Steuervorrichtung betätigbares Absperrventil angeordnet ist, wobei die Steuervorrichtung das Ventil während des Betriebes des Verdichters bei Überschreitung eines bestimmten Drucks im Behälter voll öffnet und dabei eine im wesentlichen freie Durchströmung des Kühlmittels gestattet und bei Unterschreitung eines bestimmten niedrigeren Drucks im Behälter wieder schliesst. Die Zufuhr von Kältemittel zum Verdampfer erfolgt somit absatzweise und im wesentlichen ohne Drosselung, so dass die erwähnten adia- batischen Expansionsverluste vermieden werden.
Statt dessen wird die Flüssigkeitswärme des Kältemittels durch die Schmelzwärme des Eises entfernt, das sich auf der Aussenseite des Verdampfers im Zeitraum zwischen zwei Öffnungsperioden des Ventils bildet. Anstatt besondere Wärmeenergie zum Schmelzen des Eises zu opfern, wird erfindungsgemäss die Schmelzwärme des Eises zum Senken der Temperatur des flüssigen Kältemittels ausgenutzt. Diese Temperatursenkung erfolgt in bekannten Anlagen bei der adiabatischen Zustandsänderung im Drosselglied.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend an Hand der beiliegenden Zeichnung beschrieben. Fig. l zeigt ein Schema einer gemäss der Erfindung ausgebildeten Kühlanlage, Fig. 2 ein praktisches Ausführungsbeispiel eines für die Anlage geeigneten Verdampfers und Fig. 3 die Anordnung eines Verdampfers beispielsweise in einem gekühlten Ladentisch. Fig. 4 veranschaulicht eine abgeänderte Ausführungsform der Anlage nach Fig. 1.
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Die in Fig. 1 gezeigte Anlage arbeitet mit einem Kältemittel bekannter Art, z. B. Fieon. Das gasförmige Kältemittel gelangt nach Verdichtung im Verdichter 1 in den beispielsweise luftgekühlten Kondensator 2, in dem das Kältemittel kondensiert wird, worauf es in den Behälter 3 hinabrinnt.
Vom unteren Teil des Behälters 3 erstreckt sich ein Rohr 4 nach oben, in dem ein Ventil 5 eingesetzt ist. Das Rohr 4 geht in einen schematisch angedeuteten Verdampfer 6 über, der oben in ein Sammelgefäss 7 mündet.
Vom Boden des Sammelgefässes 7 geht eine Rücklaufleitung 8 zurück zum Rohr 4 an einer Stelle zwischen dem Ventil 5 und dem Verdampfer 6. Die Rücklaufleitung 8 hat ein Rückschlagventil 9, das eine Strömung von Kältemittel von der Leitung 4 zum Sammelgefäss 7 verhindert, aber eine Strömung in ent- gegengesetzter Richtung gestattet.
Vom oberen Teil des Sammelgefässes 7 führt eine Leitung 10 verdampftes Kältemittel zurück zur Saugseite des Verdichters 1.
Das Ventil 5 ist ein Zweidruckventil, das beim Überschreiten eines bestimmten Drucks im Behälter 3 öffnet und bei Unterschreitung eines bestimmten niedrigeren Drucks im Behälter wieder schliesst.
Die Anlage arbeitet in folgender Weise.
Wenn das Ventil 5 geschlossen ist, wird der Behälter 3 allmählich mit vom Kondensator 2 herabrinnender Flüssigkeit gefüllt. Die Flüssigkeit steigt schliesslich in den oberhalb des Behälters 3 befindlichen Kondensator 2 hinauf, so dass dieser anfängt, sich nach und nach mit Flüssigkeit zu füllen. Dadurch wird die Kühlfläche im Kondensator verkleinert, die dem gasförmigen Kältemittel zur Verfügung steht. Die Kondensation des gasförmigen Mittels geht also langsamer vor sich, so dass der Druck im Kondensator und im Behälter 3 ansteigt.
Wenn der Druck im Behälter 3 einen vorbestimmten Höchstwert erreicht, öffnet das Ventil 5 gänzlich und flüssiges Kältemittel strömt rasch durch das Rohr 4 nach oben in den Verdampfer 6. Da das flüssige Kältemittel etwa Raumtemperatur hat, wird der Eisbelag auf dem Verdampfer 6 geschmolzen und gleichzeitig sinkt die Temperatur des flüssigen Kältemittels. Die Flüssigkeit dringt auch nach oben in das Sammelgefäss 7 hinein. Nach sehr kurzer Zeit fällt der Druck im Behälter 3 auf einen vorbestimmten Mindestwert, worauf das Ventil 5 wieder schliesst. Der Verdichter 1 arbeitet kontinuierlich und saugt verdampftes Kältemittel aus dem Gefäss 7 durch die Leitung 10 an, und das verdichtete Kältemittel wird dann wieder in normaler Weise im Kondensator 2 kondensiert. Auch die Verdampfung im Verdampfer 6 erfolgt in normaler Weise.
Falls der Flüssigkeitsspiegel im Verdampfer 6 die Neigung zeigt zu sinken, erfolgt eine Nachfüllung am unteren Teil des Verdampfers über die Rücklaufleitung 8, so dass der Verdampfer stets mit flüssigem Kältemittel gefüllt bleibt.
Der Behälter 3 und das Gefäss 7 sind im Verhältnis zueinander so bemessen, dass die Füllung des Kondensators 2 mit Flüssigkeit schon beginnt, ehe das Gefäss 7 vollständig entleert ist. Ferner ist der Höchstdruck im Behälter 3 so gewählt, dass das Ventil ungefähr dann öffnet, wenn das Gefäss 7 im Begriffe steht, vollständig entleert zu werden, so dass der Verdampfer 6 stets mit flüssigem Kältemittel gefüllt ist.
Durch Bemessung des Behälters 3 und des Gefässes 7 unter Berücksichtigung der Leistungsfähigkeit des Verdichters ist es auch möglich, den Zeitraum zwischen zwei aufeinander folgenden Öfmungsperioden des Ventils 5 zu bestimmen, die so abzustimmen sind, dass der Eisbelag auf dem Verdampfer durch die Flüssigkeitswärme des Kältemittels unter gleichzeitiger Abkühlung der Flüssigkeit auf etwa OOC vollständig geschmolzen wird.
Bei richtiger Bemessung der Anlage lässt sich sicherstellen, dass sie mit im wesentlichen stets eisfreien
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auf den Verdampfer ergibt. Da die Anlage keine Drosselglieder enthält, ist sie praktisch unempfindlich gegen die grössten Feinde der üblichen Kühlanlagen, nämlich Feuchtigkeit, Verschmutzung und Luft. Die Enteisungsperioden sind verhältnismässig kurz und belaufen sich auf beispielsweise 30-60 Sekunden.
Infolge der hohen Geschwindigkeit des Kältemittels im Verdampfer ist die Ölrückfuhr zum Verdichter sichergestellt, und die Innenflächen des Verdampfers werden stets ölfrei gehalten, wodurch sich eine gute Wärmeübertragung ergibt.
Fig. 2 und 3 zeigen praktische Ausführungsbeispiele des Einbaus eines Verdampfers in einem Kühlraum. Gemäss Fig. 2 besteht der Verdampfer 6 aus einer ebenen Rohrschlange mit lotrechten Schleifen, die oberhalb der nach oben geneigten Zufuhrleitung 4 für das flüssige Kältemittel angeordnet sind. Beim Schmelzen der Eisschicht rinnt das Schmelzwasser an den Rohrwindungen herab und dann längs des geneigten Zufuhrrohres 4 aus dem Kühlraum hinaus und kann dann beispielsweise unterhalb eines in Fig. 2 mit 11 bezeichneten Verteilerrohres gesammelt werden, das für mehrere Verdampfer 6 gemeinsam ist.
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Fig. 3 zeigt die Anordnung eines Verdampfers 6 in einem Kühlraum innerhalb eines gelochten Schirms 12, der sich in verhältnismässig kurzem Abstand vom Verdampfer befinden kann, da auf diesem sich keine dicke Eisschicht bildet. Der Schirm 12 verhindert eine direkte Berührung von im Kühlraum befindlichen Waren mit dem Verdampfer 6 und somit ein Festfrieren der Waren.
In der Ausführungsform gemäss Fig. 4 ist das Rohr 4 mit dem Verdampfer 6 an einer Stelle zwischen den Enden des letzteren verbunden, welche Enden mit dem Gefäss 7 in Verbindung stehen. Der untere Teil des Verdampfers bietet einen gewissen Widerstand gegenüber dem Kühlmittelstrom, so dass ein Rückschlagventil unnötig ist.
Das Ventil 5 wird von einer Leitung 13 verhältnismässig kleiner Durchschnittsfläche umgangen, durch welche ein ununterbrochener Kühlmittelstrom stattfindet. Die Leistung dieser Umgehungsleitung ist kleiner als die des Verdichters 1. Durch diese Anordnung werden die Pausen zwischen den Öffnungsperioden des Ventils 5 verlängert, da der Verdichter 1 längere Zeit braucht, um den Druck im Behälter 3 auf Grund des ununterbrochenen Leckens durch die Leitung. 13 zu erhöhen. Diese enge Leitung kann selbstverständlich durch eine breitere Leitung mit einem Drosselorgan ersetzt werden.
Der Kondensator 2 wird durch eine Leitung 14 umgangen. Normalerweise fliesst das Kühlmittel durch den Kondensator, aber nach Öffnen des Ventils 5 und Ausblasen des flüssigen Kühlmittels aus dem Gefäss 3 strömt gasförmiges Kühlmittel verhältnismässig hoher Temperatur aufwärts durch den Verdampfer 6 hinreichend lange, um den Eisbelag zu schmelzen. Das Schliessen des Ventils 5 kann verzögert werden, damit das Wasser vom Verdampfer abtropfen kann. Diese Anordnung ist in Anlagen mit hoher Eisbildung vorzuziehen.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, die im Rahmen der Patentansprüche geändert werden können. Wesentlich ist, dass der Kondensator 2 so im Verhältnis zum Behälter 3 liegt, dass seine Füllung beginnt. sobald der Flüssigkeitsspiegel im Behälter 3 eine bestimmte Lage erreicht oder der Behälter ganz gefüllt ist. Das Sammelgefäss 7 braucht nicht oberhalb des Verdampfers 6 zu liegen, soll jedoch so angebracht sein, dass der Rücklauf flüssigen Kältemittels durch die Rücklaufleitung 8 zum unteren Ende des Verdampfers 6 gesichert ist. Das Ventil 5 wird von den Druckverhältnissen auf der Hochdruckseite gesteuert. Da eine Drucksteigerung eine Erhöhung der Temperatur im Kondensator 2 mit sich führt, könnte das Ventil 5 auch durch dieKondensatortemperatur gesteuert werden.
Ferner ist eine Zeitkontrolle möglich. Auch weitere Änderungen sind denkbar und brauchen nicht besonders erwähnt zu werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kühlanlage mit einem Verdichter, einem Kondensator, einem Behälter für flüssiges Kältemittel sowie einem Verdampfer, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Behälter (3) und dem Verdampfer (6) ein von einer Steuervorrichtung betätigbares Absperrventil (5). angeordnet ist, wobei die Steuervorrichtung das Ventil während des Betriebs des Verdichters bei Überschreitung eines bestimmten Drucks im Behälter voll öffnet und dabei eine im wesentlichen freie Durchströmung des Kühlmittels gestattet und bei Unterschreitung eines bestimmten niedrigeren Drucks im Behälter wieder schliesst.