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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 Wärine im Verdampfer zur Verfügung
steht. Dieser Verlust kann bis zu etwa 201/o oder noch mehr betragen.
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Bei den bekannten Anlagen erfolgt die Regelung in Abhängigkeit von
dem Druck oder der Temperatur 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 i\Tiederdruckseite,wobei beispielsweise Kapillarröhrchen als
Drosselglieder dienen können.
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Ein Nachteil der bekannten Kälteanlagen besteht darin, daß die Entfernung
von auf dem Verdampfer gebildeten Eis 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.
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Die 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 Flüssigkeitsbehälter und dem Verdampfer ein Ventil angeordnet ist, das bei Überschreitung
eines bestimmten Druckes im Behälter öffnet und bei Unterschreitung eines bestimmten
niedrigeren Druckes im Behälter wieder schließt. Die Zufuhr von Kältemittel zum
Verdampfer erfolgt somit absatzweise und im wesentlichen ohne Drosselung, so daß
die erwähnten adiabatischen 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 derErfindung
sind nachstehend an Hand der beiliegenden Zeichnung beschrieben-Fig. 1 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 Ausführungsfirm der Anlage nach Fig..1.
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Die in Fig. 1 gezeigte Anlage arbeitet mit einem Kältemittel bekannterArt,
z. B. Freon. Das gasförmige Kältemittel. gelangt nach Verdichtung im Verdichter
1 in den beispielsweise luftgekühlten Kondensator 2, in dein das Kältemittel kondensiert
wird, worauf es in den Behälter 3 hinabrinnt.
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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.
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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 Rücklauf
leitung 8, hat ein Rückschlagventil 9; das eine Strömung von Kältemittel von der
Leitung 4 zum Sammelgefäß 7 verhindert, aber eine Strömung in entgegengesetzter
Richtung gestattet.
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Vom oberen Teil des Sammelgefäßes 7 führt eine Leitung 10 verdampftes
Kältemittel zurück zur Saugseite des Verdichters 1.
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Das Venti15 ist ein Zweidruckventil, das beim: Überschreiten eines
bestimmten Druckes im Behälter 3
öffnet und bei Unterschreitung
eines bestimmten niedrigeren Druckes im Behälter wieder schließt.
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Die Anlage arbeitet in folgender Weise: Wenn das Ventil s geschlossen
ist, wird der Behälter 3 allmählich mit vom Kondensator 2 herabrinnender Flüssigkeit
gefüllt. Die Flüssigkeit steigt schließlich in den oberhalb des Behälters 3 befindlicben
Kondensator2 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.
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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 Verdampfer6 die Neigung zeigt
zu sinken, erfolgt eine Nachfüllung arn unteren Teil des Verdampfers über die Rücklaufleitung
8, so daß der Verdampfer stets mit flüssigem Kältemittel gefüllt bleibt.
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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 derVerdampfer 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
aufeinanderfolgenden Öffnungsperioden 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 0° C vollständig geschmolzen
wird.
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Bei richtiger Bemessung der Anlage läßt sich sicherstellen, daß sie
mit im wesentlichen stets eisfreien Verdampferoberflächen arbeitet, wodurch sich
eine sehr günstige Wärmeübertragung von der Umgebung 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 bis 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.
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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 Verteilerrohrs 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.
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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 Ver= dampfers bietet einen gewissen
Widerstand gegenüber -dem Kältemittelstrom. so daß ein Rückschlagventil unnötig
ist.
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Das Ventil 5 wird von einer Leitung 13 verhältnismäßig kleiner Durchschnittsfläche
umgangen, durch welche ein ununterbrochener Kältemittelstrom 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 gebraucht, 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.
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Der Kondensator 2 wird durch eine Leitung 14 umgangen. Normalerweise
fließt das Kältemittel durch den Kondensator, aber nach Öffnen des Ventils 5 und
Ausblasen des flüssigen Kältemittels aus dem Gefäß 3 strömt gasförmiges Kältemittel
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.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt, die im Rahmen der Patentansprüche geändert werden können. Wesentlich
ist, daß der Kondensator2 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 derHochdruckseite gesteuert.Daeine
Drucksteigerung eine Erhöhung der Temperatur im Kondensator 2 mit sich führt, könnte
das Ventil 5 auch durch die Kondensatortemperatur gesteuert werden. Ferner ist reine
Zeitkontrolle möglich. Auch weitere Änderungen sind denkbar und brauchen nicht besonders
erwähnt zu werden.