DE102013021177A1

DE102013021177A1 - Thermoelectric subcooler

Info

Publication number: DE102013021177A1
Application number: DE102013021177.8A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-12-17
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2015-06-18

Abstract

Unterkühler werden in Kompressionskältemaschienen eingebaut, um das verflüssigte Kältemittel zu unterkühlen damit der richtige Betrieb der Kompressionskältemaschiene sichergestellt ist und ein Leistungszuwachs erreicht wird. Durch die bekannten Unterkühler werden nur geringe Unterkühlungen erreicht und durch zusätzliches Überhitzen des Kältemittels ist der Leistungszuwachs beschränkt. Der Thermoelektrische-Unterkühler soll eine große Unterkühlung sowie einen Leistungszuwachs schaffen. Um eine große Unterkühlung zu erreichen wird mittels eines Wärmetauschers und durch Peltier-Elemente dem verflüssigten Kältemittel einer Kompressionskältemaschiene Wärmeenergie entzogen. Die aufgenommen Wärmeenergie wird nicht an das Kältemittel zurückgegeben sondern an die Umgebungsluft. Der Thermoelektrischer-Unterkühler eignet sich, um im Kältekreis einer Kompressionskältemaschiene das verflüssigte Kältemittel zu unterkühlen.Subcoolers are installed in compression refrigerators to undercool the liquefied refrigerant to ensure proper operation of the compression refrigeration unit and to increase performance. Due to the known subcooler only small subcoolings are achieved and by additional overheating of the refrigerant, the power increase is limited. The thermoelectric subcooler is to create a large hypothermia and an increase in performance. In order to achieve a large supercooling heat energy is extracted by means of a heat exchanger and by Peltier elements the liquefied refrigerant a Kompressionskältemaschiene. The absorbed heat energy is not returned to the refrigerant but to the ambient air. The thermoelectric subcooler is suitable for subcooling the liquefied refrigerant in the refrigerant circuit of a compression refrigerating machine.

Description

Es ist üblich Unterkühler im Kältekreis einer Kompressionskältemaschiene einzubauen, welche verflüssigtes Kältemittel nach dem Verflüssiger unterkühlen. Dadurch wird sichergestellt, dass sich im verflüssigten Kältemittel vor dem Drosselorgan kein Gasanteil des Kältemittels befindet, um den richtigen Betrieb der Kompressionskältemaschiene sicherzustellen. Auch wird durch das unterkühlen des verflüssigten Kältemittels einer Kompressionskältemaschiene ein Verdampfungsenthalpiezuwachs erreicht, was einen Kälteleistungszuwachs der Kompressionskältemaschiene zur Folge hat.It is common to install subcoolers in the refrigeration circuit of a compression refrigeration machine which subcool liquefied refrigerant after the condenser. This ensures that there is no gas component of the refrigerant in the liquefied refrigerant upstream of the throttle body to ensure proper operation of the compression refrigeration unit. Also, by subcooling the liquefied refrigerant of a compression refrigerating machine, an enthalpy of enthalpy of vaporization is achieved, resulting in a rise in refrigerating capacity of the compression refrigerating machine.

Bei Unterkühlern welche das verflüssigte Kältemittel einer Kompressionskältemsachiene über einen Wärmetauscher durch die Umgebungsluft unterkühlen ist es nicht möglich Unterkühlungstemperaturen unter der Umgebungstemperatur zu erreichen, meistens ist nur eine geringe Unterkühlung realisierbar, welche dann von Druckverlusten in Rohrleitungen und weiteren Komponenten der Kompressionskältemaschiene vernichtet bzw. reduziert wird. Dadurch entstehen Gasblasen vor dem Drosselorgan und der richtige Betrieb der Kompressionskältemaschiene kann nicht sichergestellt werden. Eine weitere gängige und bekannte Möglichkeit verflüssigtes Kältemittel einer Kompressionskältemaschiene zu unterkühlen ist die Sauggasleitung und Flüssigkeitsleitung einer Kompressionskältemsachiene in einen Wärmetauscher gegenströmig anzuordnen. Wobei das gasförmige Kältemittel aus der Sauggasleitung dem verflüssigten Kältemittel aus der Flüssigkeitsleitung aufgrund von Temperaturdifferenzen Wärmeenergie entzieht und dadurch das gasförmige Kältemittel aus der Sauggasleitung überhitzt und das verflüssigte Kältemittel aus der Flüssigkeitsleitung unterkühlt wird. Aber das zusätzliche Überhitzen in der Sauggasleitung hat eine Vergrößerung des spezifischen Volumens des gasförmigen Kältemittels zur Folge, wodurch der Massenstrom der Kompressionskältemaschiene sinkt und dadurch die Kälteleistung der Kompressionskältemaschiene verringert wird.Undercoolers which undercool the liquefied refrigerant of a Kompressionskältemsachiene via a heat exchanger through the ambient air, it is not possible to achieve subcooling temperatures below ambient temperature, usually only a small subcooling is realized, which is then destroyed or reduced by pressure losses in piping and other components of the Kompressionskältemaschiene , This creates gas bubbles in front of the throttle body and the correct operation of the Kompressionskältemaschiene can not be ensured. Another common and known way to subcool liquefied refrigerant a Kompressionskältemaschiene is to arrange the suction gas line and liquid line of a Kompressionskältemsachiene in a heat exchanger countercurrent. Wherein the gaseous refrigerant from the suction gas evacuated the liquefied refrigerant from the liquid line due to temperature differences heat energy and thereby superheated the gaseous refrigerant from the suction gas line and the liquefied refrigerant from the liquid line is undercooled. But the additional overheating in the suction gas line results in an increase in the specific volume of the gaseous refrigerant, whereby the mass flow of the Kompressionskältemaschiene decreases and thereby the cooling capacity of the Kompressionskältemaschiene is reduced.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das verflüssigte Kältemittel nach dem Verflüssiger einer Kompressionskältemaschiene so weit zu unterkühlen, dass der richtige Betrieb der Kompressionskältemaschiene sichergestellt ist und ein Kälteleistungszuwachs der Kompressionskältemaschiene erreicht wird.The specified in claim 1 invention is therefore based on the object so far to cool the liquefied refrigerant after the condenser of a Kompressionskältemaschiene that the correct operation of the Kompressionskältemaschiene is ensured and a cooling capacity increase of Kompressionskältemaschiene is achieved.

Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is solved by the features listed in claim 1. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Die durch die Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, dass dem verflüssigten Kältemittel einer Kompressionskältemaschiene Wärmeenergie entzogen werden kann ohne sie dem Kältemittel wieder zuzuführen, wodurch ein Kälteleistungszuwachs der Kompressionskältemaschiene beim verdampfen des unterkühlten und verflüssigten Kältemittels erreicht wird. Das verflüssigte Kältemittel kann auch so weit unterkühlt werden, dass der richtige Betrieb der Kompressionskältemaschiene sichergestellt ist.The advantages achieved by the invention are that the liquefied refrigerant of a Kompressionskältemaschiene heat energy can be withdrawn without supplying them to the refrigerant again, whereby a cooling capacity increase of Kompressionskältemaschiene is achieved during evaporation of the supercooled and liquefied refrigerant. The liquefied refrigerant can also be subcooled to the extent that the proper operation of the Kompressionskältemaschiene is ensured.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der folgenden Beschreibung näher erläutert.An embodiment of the invention is illustrated in the drawings and will be explained in more detail in the following description.

Es zeigen:Show it:

1 einen Kältekreis einer Kompressionskältemaschiene mit Thermoelektrischem-Unterkühler 1 a refrigeration circuit of a Kompressionskältemaschiene with thermoelectric subcooler

2 die Seitenansicht eines Thermoelektrischen-Unterkühlers. 2 the side view of a thermoelectric subcooler.

In 1 wird ein Kältekreis einer Kompressionskältemaschiene mit Thermoelektrischem-Unterkühler schematisch dargestellt. Der Verdichter 1 saugt das überhitzte Kältemittel aus dem Verdampfer 6 an und verdichtet es auf Verflüssigungsdruck, wobei das Kältemittel Wärmeenergie aufnimmt. Die aufgenommene Energie aus dem Verdampfer 6 und Verdichter 1 wird über den luftgekühlten Verflüssiger 2 an die Umgebungsluft abgegeben, dadurch wird das verdichtete Kältemittel zuerst enthitzt und dann verflüssigt. Das verflüssigte Kältemittel sammelt sich im Kältemittelsammler 3. Das verflüssigte Kältemittel aus dem Kältemittelsammler 3 durchströmt den Thermoelektrischen-Unterkühler 4, dabei wird dem verflüssigten Kältemittel noch mehr Wärmeenergie entzogen und das verflüssigte Kältemittel unterkühlt auf eine Temperatur unterhalb seiner betriebsdruckabhängigen Verflüssigungstemperatur. Dieses verflüssigte und unterkühlte Kältemittel wird im Drosselorgan 5 auf den Verdampfungsdruck gedrosselt, wobei das Kältemittel dann im Verdampfer 6 verdampft und Wärmeenergie aus dem zu kühlenden Medium aufnehmen kann und diese Medium dann abkühlt. Durch die aus dem Thermoelektrischen-Unterkühler 4 entstandene Unterkühlung des verflüssigten Kältemittels, kann aufgrund einer größeren Verdampfungsenthalpie das Kältemittel im Verdampfer 6 mehr Wärmeenergie aus dem zu kühlenden Medium aufnehmen. Ein Ausführungsbeispiel des Thermoelektrischen-Unterkühler wird anhand der 2 näher beschrieben. Durch den Kältemitteleintritt 10 gelangt das verflüssigte Kältemittel in den Wärmetauscher 7. Hier wird dem verflüssigten Kältemittel durch die Peltier-Elemente 8, welche als elektrische Wärmepumpen fungieren und durch Wärmeleitpaste auf ihrer kalten Seite wärmeleitend mit dem Wärmetauscher 7 verbunden sind Wärmeenergie entzogen, dadurch unterkühlt das verflüssigte Kältemittel. Die aufgenommene Wärmeenergie aus dem verflüssigten Kältemittel und die elektrisch aufgenommene Wärmeenergie der Peltier-Elemente 8 wird über die Kühlkörper 9 durch natürliche Konvektion an die Umgebungsluft abgegeben. Die Peltier-Elemente 8 sind auf ihrer warmen Seite durch Wärmeleitpaste wärmeleitend mit den Kühlkörpern 9 verbunden.In 1 a refrigeration circuit of a Kompressionskältemaschiene with thermoelectric subcooler is shown schematically. The compressor 1 sucks the superheated refrigerant from the evaporator 6 and condenses it to condensing pressure, wherein the refrigerant absorbs heat energy. The absorbed energy from the evaporator 6 and compressors 1 is via the air-cooled condenser 2 discharged to the ambient air, thereby the compressed refrigerant is first de-oiled and then liquefied. The liquefied refrigerant collects in the refrigerant collector 3 , The liquefied refrigerant from the refrigerant collector 3 flows through the thermoelectric subcooler 4 , while the liquefied refrigerant is withdrawn more heat energy and the liquefied refrigerant is undercooled to a temperature below its operating pressure-dependent condensing temperature. This liquefied and supercooled refrigerant is in the throttle body 5 throttled to the evaporation pressure, the refrigerant then in the evaporator 6 vaporizes and heat energy from the medium to be cooled and this medium then cools. Out of the thermoelectric subcooler 4 resulting undercooling of the liquefied refrigerant, due to a larger enthalpy of vaporization, the refrigerant in the evaporator 6 absorb more heat energy from the medium to be cooled. An embodiment of the thermoelectric subcooler is based on the 2 described in more detail. Due to the refrigerant inlet 10 the liquefied refrigerant enters the heat exchanger 7 , Here is the liquefied refrigerant through the Peltier elements 8th , which act as electric heat pumps and heat-conducting paste on its cold side heat-conducting with the heat exchanger 7 are connected heat energy withdrawn, thereby undercooled the liquefied refrigerant. The absorbed heat energy from the liquefied refrigerant and the electrically absorbed heat energy of the Peltier elements 8th gets over the heat sink 9 released into the ambient air by natural convection. The Peltier elements 8th are on their warm side by Wärmeleitpaste thermally conductive with the heat sinks 9 connected.

Das verflüssigte und nun unterkühlte Kältemittel verlässt durch den Kältemittelaustritt 11 den Wärmetauscher 7.The liquefied and now supercooled refrigerant leaves through the refrigerant outlet 11 the heat exchanger 7 ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Verdichtercompressor
22: luftgekühlter Verflüssigerair-cooled condenser
33: KältemittelsammlerRefrigerant collector
44: Thermoelektrischer-UnterkühlerThermoelectric subcooler
55: Drosselorganthrottle member
66: VerdampferEvaporator
77: Wärmetauscherheat exchangers
88th: Peltier-ElementPeltier element
99: Kühlkörperheatsink
1010: KältemitteleintrittRefrigerant inlet
1111: KältemittelaustrittRefrigerant leak

Claims

Thermoelectric subcooler ( 4 ) in the refrigerant circuit of a Kompressionskältemaschiene for undercooling a liquefied refrigerant, characterized in that the thermoelectric subcooler ( 4 ) by means of a heat exchanger ( 7 ) and by at least one Peltier element ( 8th ) removes thermal energy from the liquefied refrigerant of a compression refrigerating machine and sub-cools the liquefied refrigerant to a temperature below its operating pressure-dependent liquefaction temperature.

Thermoelectric subcooler ( 4 ) according to patent claim 1, characterized in that the Peltier elements ( 8th ) act as electrically driven heat pumps.

Thermoelectric subcooler ( 4 ) according to claim 1 and 2, characterized in that the Peltier elements ( 8th ) on its cold side heat-conducting with the heat exchanger ( 7 ) and the liquefied refrigerant is the heat exchanger ( 7 ) flows through.

Thermoelectric subcooler ( 4 ) according to patent claim 1 to 3, characterized in that the Peltier elements ( 8th ) on its warm side heat-conducting with heat sinks ( 9 ) and the heat energy absorbed via the heat sinks ( 9 ) will give off to the ambient air.

Thermoelectric subcooler ( 4 ) according to patent claim 4, characterized in that the heat sinks ( 9 ) by natural convection or forced convection heat energy can be released to the ambient air.