DD278848A1

DD278848A1 - METHOD AND DEVICE FOR EVAPORATOR REMOVAL IN KAELTEMASCHINEN

Info

Publication number: DD278848A1
Application number: DD32407588A
Authority: DD
Inventors: Uwe Wobus; Wolf-Eberhard Kraus; Andreas Lange
Original assignee: Dresden Kuehlanlagenbau
Priority date: 1988-12-27
Filing date: 1988-12-27
Publication date: 1990-05-16

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. 1A process and apparatus for evaporator defrost in compression coulters is presented. The solution according to the invention is based on the storage of the internal energy of the compressed hot gas generated in the cooling mode. The energy reservoir stored in the heat storage tank is led directly into the evaporator when defrosting is signaled. According to the invention, the heat energy can be coupled in via circuits with hot water (FIG. 1) and high-boiling refrigerant. Fig. 1

Description

Hierzu 5 Seiten ZeichnungenFor this 5 pages drawings

Field of application of the invention

Das Anwendungsgebiet der Erfindung erstreckt sich auf den Einsatz in Kompressionskälteanlagen.The field of application of the invention extends to use in compression refrigeration systems.

Characteristic of the known state of the art

Es ist bekannt, daß die Verdampferabtauung in den nach dem Stand der Technik realisierten Kompressionskältemaschinen durch Funktionsumschaltung, Heißgasabtauung und elektrsiche Widerstandsheizung erfolgt.It is known that the evaporator defrosting is carried out in the realized according to the prior art compression refrigeration machines by function switching, Heißgasabtauung and elektrsiche resistance heating.

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.The function switching and hot gas defrosting are the most economical conventional methods, since the heat transfer to eliminate the frost layer initiated from the refrigerant side and thus saves the entire energy input to overcome the solidification heat.

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.Their disadvantages consist in an additional necessary energy supply through the cycle and an associated deterioration of the energy balance of the plant. In the case of electric defrost, the defrosting energy is supplied from the brine side. This requires the additional expenditure of the total conversion enthalpy (latent heat) of the ice sheet.

Die Folgen sind ein hoher Energieaufwand und lange Abtauzeiten.The consequences are high energy consumption and long defrost times.

Object of the invention

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.The aim of the invention is to develop an energy-economic defrosting. This is to be characterized in that the internal energy of the compressed hot gas taken in each operating state of the refrigeration system, stored and, if necessary, the evaporator for the removal of the frost layer is supplied by a heat transfer medium.

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.In contrast to the hot gas defrosting, which is characterized in that only the pressure gas generated during defrosting operation is used for evaporator defrosting, the energy potential arising from the high pressure side during normal cooling operation should be used here and additional hot gas production for the defrosting should be avoided.

Essence of the invention

Das Wesen der Erfindung besteht in der Speicherung der über die gesamte Betriebszeit des Verdichters erzeugten inneren Energie des Heißgases.The essence of the invention is to store the internal energy of the hot gas generated over the entire operating life of the compressor.

Erfindungsgemäß wird der bei Signalisierung des Abtaubedarfes erforderliche Energiebetrag durch Auskopplung aus einem Wärmespeicher bereitgestellt.According to the invention, the amount of energy required for signaling the defrost requirement is provided by decoupling from a heat accumulator.

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.The particular advantages are that the energy balance of the refrigeration system is deteriorated by no additional effort of compressor work and the storage circuit can be retrofitted economically.

embodiments

Anhand der in den Fig. 1 und 5 dargestellten Varianten soll das erfindungsgemäße Verfahren näher beschrieben werden.With reference to the variants shown in FIGS. 1 and 5, the inventive method will be described in more detail.

Ausführungsbeispiel Fig. 1Embodiment FIG. 1

In Fig. 1 ist die Hautanwendungsschaltung dargestellt.In Fig. 1, the skin application circuit is shown.

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.It is characterized by the simple circuit of a compression refrigeration machine, which is equipped in a known manner with compressor 1, evaporator 2, injection valve 3 and capacitor 4a and 4b.

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. ImAfter complete transition of the refrigerant in don Saudampfzustand and slight overheating in the pre-evaporator 2 by the inclusion of heat source energy takes place in the compressor 1, the transfer of the refrigerant in the hot gas state. in the

Kondensator 4b, dessen äußere Wärmeübertragerseite in direktem Kontakt mit dem Wärmerohr 5 steht, wird demCapacitor 4b, whose outer heat exchanger side is in direct contact with the heat pipe 5, is the

zirkulierenden Kältemittel- oder Kältemittelgemisch unter normalen Lastbedingungen die gesamte Überhitzungs- undcirculating refrigerant or refrigerant mixture under normal load conditions the entire superheat and

Phasenumwandlungsenthalpie entzogen. Es geht vollständig in den flüssigen Aggregatzustand über.Deprived of phase transformation enthalpy. It goes completely into the liquid state of aggregation.

Nach Temperatur- und Druckabsenkung durch Expansion im Einspritzventil 3 wird das Kältemittel in der Regel imAfter temperature and pressure drop by expansion in the injection valve 3, the refrigerant is usually in

Naßdampfzustand in den Verdampfer geführt. Damit ist der Käl'ekreislauf geschlossen. Im Wärmerohr 5 erfolgt derWet steam state led to the evaporator. Thus the Käl'ekreislauf is closed. In the heat pipe 5 is the

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 imHeat transfer in a known manner from the lower to the upper half, which is connected to the hot water boiler 6, which serves as a heat storage. The water heats up to a certain temperature. Can the condensation heat in the

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.Capacitor 4b are no longer removed, so an air-cooled condenser 4a must be connected downstream. This takes up the residual heat, wherein the fan control is carried out via thermal or pneuamtische control devices.

Bei Signalisierung von Abtaubedarf öffnet das Magnetventil 7 und gibt damit die Speicherablaufleitung 8 frei.When signaling defrost demand opens the solenoid valve 7 and thus releases the storage drain line 8.

Über diese wird das gespeicherte Warmwasser in den Bereich zwischen Verdampferlamellen und Verkleidung geleitet.These store the stored hot water in the area between the evaporator fins and the fairing.

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 oderVia the distributor 9, the uniform metering of the heat carrier takes place over the entire outer heat transfer surface of the evaporator. After the frost is completely removed, the defrosting process by suitable thermal or

pneumatische Regelgeräte beendet.pneumatic control devices ended.

Das Tauwasser fließt durch bekannte Vorrichtungen aus dem Kühlraum ab.The condensate flows out of the refrigerator through known devices.

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 LuftfeuchtigkeitRemaining water droplets remaining on the evaporator surface are torn off after switching to cooling mode by the air movement initiated by the fans 10 and distributed in the cooling space. This increases the humidity

geringfügig, was in vielen Anwendungsfällen (z. B. Obst- und Gemüsekühlung) erwünscht ist.slightly, which is desirable in many applications (eg, fruit and vegetable refrigeration).

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.The boiler 6 is fed from the drinking or hot water network, wherein in the feed line 11, a check valve 12 is arranged to prevent backflow from the heat storage 6.

Ausführungsbeispiel Fig.2Embodiment 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 5The circuit variant shown in FIG. 2 is similar to that explained in FIG. 1. The only difference is that the heat transfer directly from the capacitor 4 b in the heat storage 6 without the interposition of the heat pipe. 5

vollzieht. Das Warmwasset nimmt im Kondensator 4b (wassergekühlte Ausführung) die Wärmeenergie auf und wird durchtakes place. The hot water in the condenser 4b (water-cooled version) absorbs the heat energy and gets through

thermischen Umlauf in den Boiler 6 geführt. Nach Einleitung der Abtauung wird das Warmwasser wie in Fig. 1 dem Verdampfer 2 zugeführt.thermal circulation led to the boiler 6. After initiation of the defrost the hot water is supplied to the evaporator 2 as shown in FIG.

Ausführungsbeispiel Fig.3Embodiment Fig.3

Die aus Fig. 3 ersichtliche Variante basiert auf den beiden vorangegangenen kältetechnischen Schaltungen.The apparent from Fig. 3 variant is based on the two previous refrigeration engineering circuits.

Während jedoch in den Fig. 1 und 2 Kondensator 4b und Wärmespeicher 6 räumlich getrennt sind, ist hier derHowever, while in FIGS. 1 and 2 capacitor 4b and heat storage 6 are spatially separated, here is the

Kältemittelverflüssiger 4b im Warmwasserboiler 6 integriert.Refrigerant liquefier 4b integrated in the hot water boiler 6.

Das dort gespeicherte Warmwasser wird wie in den Fig. 1 und 2 über die Speicherablaufleitung 8 dem Verdampfer 2 zurThe stored there hot water is as shown in FIGS. 1 and 2 via the storage drain line 8 to the evaporator 2 for

Reifbeseitigung zugeführt.Ripening eliminated.

Embodiment Fig.Λ

In Fig.4 ist eine spezielle Anwendungsschaltung des orfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.FIG. 4 shows a special application circuit of the method according to the invention.

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.Basis forms the already described in Fig. 1 to 3 base circuit I, which is characterized by the main components compressor 1, evaporator 2, injection valve 3 and air-cooled condenser 4a.

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.According to the invention circulates in Abtaukreislauf 1 Ua a high-boiling refrigerant (eg. R113). The driving forces of natural circulation form vapor pressure and density differences of the refrigerant as well as a height difference between evaporator 2 and reservoir 6.

Entsprechend der hochdruckseitig anfallenden Wärmeenergie verdampft flüssiges Kältemittel im Wärmespeicher 6. DerAccording to the heat energy accumulating on the high pressure side, liquid refrigerant evaporates in the heat accumulator 6

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.resulting hot refrigerant vapor is used for evaporator defrosting. When defrosting is signaled, the solenoid valve 7 opens and the superheated steam flows into a pipeline system 14 embedded in the evaporator lamellae.

In Abhängigkeit des Wärmebedarfes für die Abtauung erfolgt die teilweise oder vollständige Verflüssigung desDepending on the heat demand for the defrost, the partial or complete liquefaction of the

Kältemitteldampfes.Refrigerant vapor.

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.The condensate drains back into the memory 6. To avoid unwanted circulations in the defrost cycle 1 Ha during normal cooling operation shut-off devices are to be installed in both flow directions.

Embodiment 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.Another application of the method according to the invention is in use in composite refrigeration systems, for example. On commercial or supply vessels. Due to the required high cooling and freezing capacities, named plants are equipped with multiple evaporator systems.

Fig. 5 zeigt einen derartigen Kältekreislauf stark vereinfacht, wobei nur eine Mehrverdampfereinheit angedeutet ist. Er istFig. 5 shows such a refrigeration circuit greatly simplified, with only one multi-evaporator unit is indicated. He is

gekennzeichnet durch den Basiskreislauf I, der sich in bekannter Weise aus den Hauptbauteilen Verdichter 1, Verdampfer 2,characterized by the base circuit I, which in a known manner from the main components compressor 1, evaporator 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.Injection valve 3 and air-cooled condenser 4a composed. In addition, the refrigerant collector 16 is shown. This has the task of providing defrosting liquid refrigerant for the defrost evaporator 1E.

Erfindungsgemäß wird dessen erforderliche Wärmequellenergie durch den Wärmespeicher 6 geliefert.According to the invention its required heat source energy is supplied by the heat storage 6.

Dieser tvmmt ständig die im normalen Kühlbetrieb anfallende Heißgasenergie auf und wird dadurch geladen. WegenThis constantly monitors the hot gas energy generated in normal cooling mode and is thereby charged. Because of

Speicherüberfüllung nicht mehr erfaßbare Wärmeenergie wird über den luftgekühlten Kondensator abgeführt.Storage overflow no longer detectable heat energy is dissipated via the air-cooled condenser.

Als Speichermedium dient wie in den Fig. 1 bis 3 Warmwasser, welches im Speicherkreislauf III zirkuliert. Die Speisung undAs storage medium serves as in Figs. 1 to 3 hot water, which circulates in the storage circuit III. The feeding and

eventuelle Nachfüllung des Speichers wird über die Zulaufleitung aus dem Brauchwassernetz 11 vorgenommen. Im Normalfall ist sie durch die Absperreinrichtung 13 verriegelt.Any refilling of the store is made via the supply line from the hot water network 11. Normally, it is locked by the shut-off device 13.

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.When signaling defrost requirement, the shut-off device 13 releases the connecting line 18 between Kältamiitelsammler 16 and defrost evaporator 15, while in the base circuit I, a locking of the liquid line through the solenoid valve 7 and a foreclosure of the compressor 1 through the shut-13 in suction and pressure line.

Die notwendige Inbetriebnahme des Abtauverdampfers 15 erfordert die Einschaltung des Speicherkreislaufes III durch die Umwälzpumpe 17 bei Öffnung des Magnetventils 7.The necessary commissioning of the defrost evaporator 15 requires the switching of the storage circuit III by the circulation pump 17 when opening the solenoid valve. 7

Die Kältemittclflüssigkeit tritt nun in die Verbindungsleitung 18 und wird im Einspritzventil 3 in den Abtauverdampfer 15 entspannt.The Kältemittclflüssigkeit now enters the connection line 18 and is relaxed in the injection valve 3 in the defrost evaporator 15.

Unter Aufnahme der wärmequellseitig bereitgestellten Speicherenergie vollzieht sich die Verdampfung der zusätzlich für Abtauzwecke aus dem Kältemittelsammler 16 abgezogenen Kältemittelflüssigkeit.The evaporation of the refrigerant liquid additionally withdrawn from the refrigerant collector 16 for defrost purposes takes place when the stored storage energy is provided on the heat source side.

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.According to Figure 5, the refrigerant vapor recovered in the defrost evaporator 15 is fed into the suction line before the compressor 1, whereby the energy potential for the hot gas defrosting is improved due to the increase in the mass flow and the Sauggasparameter.

Der Weg des Heißgases im Abtaubetrieb ist durch den Abtaukreislauf 2Mb markiert. Dementsprechend wird es zunächst direkt in die Verdampfer 2 geführt.The path of the hot gas in the defrosting operation is marked by the defrost cycle 2Mb. Accordingly, it is first fed directly into the evaporator 2.

Danach läuft es als Kondensat zurück und wird zwischen Kondensator 4a und Kältemittelsammer 16 wieder in den Basiskreislauf I geleitet.Thereafter, it flows back as condensate and is passed between condenser 4a and refrigerant chamber 16 back into the base circuit I.

Claims

1. A method and apparatus for evaporator defrosting in refrigerating machines, characterized in that the unused discharged internal energy of the compressed hot gas is absorbed by a heat storage and provided for defrosting if necessary.

2. Method and device according to item 1, characterized in that a heat pipe is used as a corresponding unit for heat storage, which makes it possible that the provided as a storage medium domestic hot water is delivered in the necessary quality even in case of failure of the refrigeration system.

3. The method and apparatus according to item 1 and 2, characterized in that a high-boiling refrigerant (eg., R113) can be supplied via a natural circulation as a heat carrier for the defrost.