DD278848A1 - Verfahren und vorrichtung zur verdampferabtauung in kaeltemaschinen - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verdampferabtauung in Kompressionskaelteanlagen dargestellt. Die erfindungsgemaesse Loesung beruht auf der Speicherung der im Kuehlbetrieb erzeugten inneren Energie des verdichteten Heissgases. Das im Waermespeicher aufbewahrte Energiereservoir wird bei Signalisierung von Abtaubedarf direkt in den Verdampfer gefuehrt. Erfindungsgemaess kann die Einkopplung der Waermeenergie ueber Kreislaeufe mit Warmwasser (Fig. 1) und hochsiedendem Kaeltemittel erfolgen. Fig. 1

Description

Hierzu 5 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das Anwendungsgebiet der Erfindung erstreckt sich auf den Einsatz in Kompressionskälteanlagen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist bekannt, daß die Verdampferabtauung in den nach dem Stand der Technik realisierten Kompressionskältemaschinen durch Funktionsumschaltung, Heißgasabtauung und elektrsiche Widerstandsheizung erfolgt.

Die Funktionsumschaltung und Heißgasabtauung sind die wirtschaftlichsten konventionellen Verfahren, da der Wärmeübergang zur Beseitigung der Reifschicht von der Kältemittelseite aus initiiert und somit der gesamte Energieeinsatz zur Überwindung der Erstarrungswärme eingespart wird.

Ihre Nachteile bestehen in einer zusätzlich notwendigen Energiebereitstellung durch den Kreisprozeß und einer damit verbundenen Verschlechterung der Energiebilanz der Anlage. Bei der elektrischen Abtauung wird die Abtauenergie von der Kälteträgerseite aus zugeführt. Das erfordert die zusätzliche Aufwendung der gesamten Umwandlungsenthalpie (latente Wärme) des Eisbelages.

Die Folgen sind ein hoher Energieaufwand und lange Abtauzeiten.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein energieökonomisches Abtauverfahren zu entwickeln. Dieses soll dadurch charakterisiert sein, daß die innere Energie des verdichteten Heißgases in jedem Betriebszustand der Kälteanlage aufgenommen, aufbewahrt und bei Bedarf dem Verdampfer für die Entfernung der Reifschicht durch einen Wärmeträger zugeführt wird.

Im Gegensatz zur Heißgasabtauung, die dadurch charakterisiert ist, daß lediglich das bei Abtaubetrieb erzeugte Druckgas zur Verdampferabtauung verwendet wird, soll hier das bei normalem Kühlbetrieb hochdruckseitig anfallende Energiepotential genutzt und eine zusätzliche Heißgasproduktion für die Abtauung vermieden werden.

Wesen der Erfindung

Das Wesen der Erfindung besteht in der Speicherung der über die gesamte Betriebszeit des Verdichters erzeugten inneren Energie des Heißgases.

Erfindungsgemäß wird der bei Signalisierung des Abtaubedarfes erforderliche Energiebetrag durch Auskopplung aus einem Wärmespeicher bereitgestellt.

Die besonderen Vorzüge bestehen darin, daß die Energiebilanz der Kälteanlage durch keinen zusätzlichen Aufwand von Verdichterarbeit verschlechtert wird und der Speicherkreislauf ökonomisch nachgerüstet werden kann.

Ausführungsbeispiele

Anhand der in den Fig. 1 und 5 dargestellten Varianten soll das erfindungsgemäße Verfahren näher beschrieben werden.

Ausführungsbeispiel Fig. 1

In Fig. 1 ist die Hautanwendungsschaltung dargestellt.

Sie ist gekennzeichnet durch den einfachen Kreislauf einer Kompressionskältemaschine, welche in bekannter Weise mit Verdichter 1, Verdampfer 2, Einspritzventil 3 und Kondensator 4a und 4b ausgestattet ist.

Nach vollständigem Übergang des Kältemittels in don Saudampfzustand und geringfügiger Üborhitzung im Vordampfer 2 durch die Aufnahme von Wärmequellenergie erfolgt im Verdichter 1 die Überführung des Kältemittels in den Heißgaszustand. Im

Kondensator 4b, dessen äußere Wärmeübertragerseite in direktem Kontakt mit dem Wärmerohr 5 steht, wird dem

zirkulierenden Kältemittel- oder Kältemittelgemisch unter normalen Lastbedingungen die gesamte Überhitzungs- und

Phasenumwandlungsenthalpie entzogen. Es geht vollständig in den flüssigen Aggregatzustand über.

Nach Temperatur- und Druckabsenkung durch Expansion im Einspritzventil 3 wird das Kältemittel in der Regel im

Naßdampfzustand in den Verdampfer geführt. Damit ist der Käl'ekreislauf geschlossen. Im Wärmerohr 5 erfolgt der

Wärmetransport in bekannter Weise von der unteren zur oberen Hälfte, die mit dem Warmwasserboiler 6, der als Wärmespeicher dient, verbunden ist. Das Wasser erwärmt sich dabei auf eine bestimmte Temperatur. Kann die Kondensationswärme im

Kondensator 4b nicht mehr abgeführt werden, so muß ein luftgekühlter Kondensator 4a nachgeschaltet werden. Dieser nimmt die Restwärme auf, wobei die Lüfteransteuerung über thermische oder pneuamtische Regeleinrichtungen vorgenommen wird.

Bei Signalisierung von Abtaubedarf öffnet das Magnetventil 7 und gibt damit die Speicherablaufleitung 8 frei.

Über diese wird das gespeicherte Warmwasser in den Bereich zwischen Verdampferlamellen und Verkleidung geleitet.

Über diese wird das gespeicherte Warmwasser in den Bereich zwischen Verdampferlamellen und Verkleidung geleitet.

Über den Verteiler 9 erfolgt die gleichmäßige Dosierung des Wärmeträgers über die gesamte äußere Wärmeübergangsfläche des Verdampfers. Nachdem der Reif vollständig entfernt ist, wird der Abtauprozeß durch geeignete thermische oder

pneumatische Regelgeräte beendet.

Das Tauwasser fließt durch bekannte Vorrichtungen aus dem Kühlraum ab.

Restliche noch auf der Verdampferfläche zurückgebliebene Wassertropfen werden nach Umschaltung auf Kühlbetrieb durch die von den Ventilatoren 10 initiierte Luftbewegung abgerissen und im Kühlraum verteilt. Dabei erhöht sich die Luftfeuchtigkeit

geringfügig, was in vielen Anwendungsfällen (z. B. Obst- und Gemüsekühlung) erwünscht ist.

Der Boiler 6 wird aus dem Trink- bzw. Brauchwassernetz gespeist, wobei in der Zulaufleitung 11 eine Rückschlagklappe 12 zur Vermeidung von Rückströmungen aus dem Wärmespeicher 6 angeordnet ist.

Ausführungsbeispiel Fig.2

Die in der Fig. 2 dargestellte Schaltungsvariante Ist der in Fig. 1 erläuterten ähnlich. Der Unterschied besteht lediglich darin, daß sich der Wärmetransport direkt vom Kondensator 4 b in den Wärmespeicher 6 ohne Zwischenschaltung des Wärmerohres 5

vollzieht. Das Warmwasset nimmt im Kondensator 4b (wassergekühlte Ausführung) die Wärmeenergie auf und wird durch

thermischen Umlauf in den Boiler 6 geführt. Nach Einleitung der Abtauung wird das Warmwasser wie in Fig. 1 dem Verdampfer 2 zugeführt.

Ausführungsbeispiel Fig.3

Die aus Fig. 3 ersichtliche Variante basiert auf den beiden vorangegangenen kältetechnischen Schaltungen.

Während jedoch in den Fig. 1 und 2 Kondensator 4b und Wärmespeicher 6 räumlich getrennt sind, ist hier der

Kältemittelverflüssiger 4b im Warmwasserboiler 6 integriert.

Das dort gespeicherte Warmwasser wird wie in den Fig. 1 und 2 über die Speicherablaufleitung 8 dem Verdampfer 2 zur

Reifbeseitigung zugeführt.

Ausführungsbeispiel Fig.Λ

In Fig.4 ist eine spezielle Anwendungsschaltung des orfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.

Grundlage bildet der bereits in Fig. 1 bis 3 beschriebene Basiskreislauf I, der durch die Hauptbauteile Verdichter 1, Verdampfer 2, Einspritzventil 3 und luftgekühlter Kondensator 4a gekennzeichnet ist.

Erfindungsgemäß zirkuliert im Abtaukreislauf 1 Ua ein hochsiedendes Kältemittel (bspw. R113). Die Triebkräfte des natürlichen Umlaufes bilden Dampfdruck- und Dichteunterschiede des Kältemittels sowie eine Höhendifferenz zwischen Verdampfer 2 und Speicher 6.

Entsprechend der hochdruckseitig anfallenden Wärmeenergie verdampft flüssiges Kältemittel im Wärmespeicher 6. Der

entstehende heiße Kältemitteldampf wird für die Verdampferabtauung genutzt. Bei Signalisierung von Abtaubedarf öffnet das Magnetventil 7 und der Heißdampf strömt in ein in die Verdampferlamellen eingebettetes Rohrleitungssystem 14.

In Abhängigkeit des Wärmebedarfes für die Abtauung erfolgt die teilweise oder vollständige Verflüssigung des

Kältemitteldampfes.

Das Kondensat läuft wieder in den Speicher 6 ab. Zur Vermeidung unerwünschter Zirkulationen im Abtaukreislauf 1 Ha während des normalen Kühlbetriebes sind in beiden Strömungsrichtungen Absperreinrichtungen zu installieren.

Ausführungsbeispiel Fig.5

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht im Einsatz in Verbundkälteanlagen bspw. auf Handels- oder Versorgungsschiffen. Aufgrund der erforderlichen hohen Kühl- und Gefrierkapazitäten sind benannte Analgen mit Mehrfachverdampfersystemen ausgestattet.

Fig. 5 zeigt einen derartigen Kältekreislauf stark vereinfacht, wobei nur eine Mehrverdampfereinheit angedeutet ist. Er ist

gekennzeichnet durch den Basiskreislauf I, der sich in bekannter Weise aus den Hauptbauteilen Verdichter 1, Verdampfer 2,

Einspritzventil 3 und luftgekühlter Kondensator 4a zusammensetzt. Zusätzlich ist der Kältemittelsammler 16 dargostellt. Dieser hat die Aufgabe, bei Abtaubetrieb flüssiges Kältemittel für den Abtauverdampfer 1E bereitzustellen.

Erfindungsgemäß wird dessen erforderliche Wärmequellenergie durch den Wärmespeicher 6 geliefert.

Dieser tvmmt ständig die im normalen Kühlbetrieb anfallende Heißgasenergie auf und wird dadurch geladen. Wegen

Speicherüberfüllung nicht mehr erfaßbare Wärmeenergie wird über den luftgekühlten Kondensator abgeführt.

Als Speichermedium dient wie in den Fig. 1 bis 3 Warmwasser, welches im Speicherkreislauf III zirkuliert. Die Speisung und

eventuelle Nachfüllung des Speichers wird über die Zulaufleitung aus dem Brauchwassernetz 11 vorgenommen. Im Normalfall ist sie durch die Absperreinrichtung 13 verriegelt.

Bei Signalisierung von Abtaubedarf gibt die Absperreinrichtung 13 die Verbindungsleitung 18 zwischen Kältamiitelsammler 16 und Abtauverdampfer 15 frei, währenddessen im Basiskreislauf I eine Verriegelung der Flüssigkeitsleitung durch das Magnetventil 7 und eine Abschottung des Verdichters 1 durch die Absperreinrichtungen 13 in Saug- und Druckleitung erfolgt.

Die notwendige Inbetriebnahme des Abtauverdampfers 15 erfordert die Einschaltung des Speicherkreislaufes III durch die Umwälzpumpe 17 bei Öffnung des Magnetventils 7.

Die Kältemittclflüssigkeit tritt nun in die Verbindungsleitung 18 und wird im Einspritzventil 3 in den Abtauverdampfer 15 entspannt.

Unter Aufnahme der wärmequellseitig bereitgestellten Speicherenergie vollzieht sich die Verdampfung der zusätzlich für Abtauzwecke aus dem Kältemittelsammler 16 abgezogenen Kältemittelflüssigkeit.

Gemäß Fig.5 wird der im Abtauverdampfer 15 gewonnene Kältemitteldampf in die Saugleitung vor dem Verdichter 1 eingespeist, wodurch das energetische Potential für die Heißgasabtauung infolge der Erhölhung des Massenstromes und der Sauggasparameter verbessert wird.

Der Weg des Heißgases im Abtaubetrieb ist durch den Abtaukreislauf 2Mb markiert. Dementsprechend wird es zunächst direkt in die Verdampfer 2 geführt.

Danach läuft es als Kondensat zurück und wird zwischen Kondensator 4a und Kältemittelsammer 16 wieder in den Basiskreislauf I geleitet.

Claims (3)

1. Verfahren und Vorrichtung zur Verdampferabtauung in Kältemaschinen, gekennzeichnet dadurch, daß die ungenutzt abgegebene innere Energie des verdichteten Heißgases durch einen Wärmespeicher aufgenommen und bei Bedarf zur Abtauung bereitgestellt wird.

2. Verfahren und Vorrichtung nach Pkt. 1, gekennzeichnet dadurch, daß als korrespondierende Einheit zum Wärmespeicher ein Wärmerohr eingesetzt wird, welches es ermöglicht, daß das als Speichermedium bereitgestellte Brauchwarmwasser in der notwendigen Qualität auch im Havariefall der Kälteanlage abgegeben wird.

3. Verfahren und Vorrichtung nach Pkt. 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß als Wärmeträger für die Abtauung ein hochsiedendes Kältemittel (bspw. R113) über einen natürlichen Umlauf zugeführt werden kann.