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Kälteanlage mit Verdampfer Die Erfindung betrifft eine Kälteanlage
mit Verdampfer, dessen Durchflußkanäle am Anfang bzw. in einem Zwischenabschnitt
Räume erweiterten Querschnitts haben.
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Es ist bekannt, im Kältemittel-Durchflußkanal eines Verdampfers Räume
erweiterten Querschnitts vorzusehen. So gibt es beispielsweise Verteilerräume bei
Kanalverzweigungen und Aufnahmeräume für Trockenmittel od. dgl. Es sind auch am
Ende des Verdampfers vorgesehene Räume erweiterten Querschnitts bekannt, die der
Trennung von flüssigem und dampfförmigem Kältemittel dienen und die daher als Flüssigkeitsabscheider,
Dampfdom oder Saugakkumulator bezeichnet werden. Alle diese bekannten Räume liegen
jedoch immer im Durchfluß des Kältemittels.
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Demgegenüber ist die Erfindung gekennzeichnet durch in die Räume erweiterten
Querschnitts mündende Kondensationsräume, die abseits des Durchflußstromes oberhalb
der Räume erweiterten Querschnitts liegen und über eine einen Dampftransport ermöglichende
Leitung mit einem Anlagenteil höherer Temperatur verbunden sind.
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In diesen Kondensationsräumen erfolgt während der Ausschaltperiode
des Verdichters eine Kondensation des Kältemitteldampfes aus dem Anlagenteil höherer
Temperatur, wobei das Kondensat sofort wieder abfließt. Während jeder Ausschaltperiode
erfolgt daher ein Transport des Kältemittels - über die Wirkung der Druckdifferenz
zwischen Druck-und Saugseite sowie der Kältemittelabsorption im Ölsumpf des Verdichters
hinaus ---- durch eine zusätzliche Antriebskraft, nämlich das Ansaugen des Kältemitteldampfes
aus dem Anlagenteil höherer Temperatur durch die Kondensation in den Kondensationsräumen.
Die Kondensationsräume sind während der Einschaltperiode im wesentlichen inaktiv,
da sie außerhalb des durchströmten Kanalsystems liegen. Während derAusschaltperiode
dagegen bieten sie fortwährend eine große Kondensationsfläche, da das Kondensat
sofort nach Bildung aus ihnen herausläuft. Dieser neuartige Kältemitteltransport
während der Ausschaltperiode als Periode kann zur Lösung verschiedener Probleme
benutzt werden.
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Ein wesentliches Problem bei Kälteanlagen mit Verdichter besteht darin,
daß die Ausschaltperiode einen bestimmten Wert nicht unterschreiten darf. Während
der Ausschaltperiode muß sich nämlich die Druckdifferenz zwischen Druckseite und
Saugseite ausgeglichen haben, anderenfalls bereitet der Wiederanlauf Schwierigkeiten.
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Nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung läßt sich dieses
Problem auf einfache Weise dadurch lösen, daß die Kondensationsräume am Anfang des
Verdampfers liegen und der Anlagenteil höherer Temperatur der Verflüssiger ist.
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Normalerweise geht der Druckausgleich zwischen Druckseite und Saugseite
so lange schnell vor sich, als Flüssigkeit aus dem Verflüssiger in den Verdampfer
gedrückt wird. Sobald aber nur noch Kältemitteldampf übertreten kann, nimmt die
Geschwindigkeit des Druckabbaues ab. Die erfindungsgemäß vorgesehene Kondensationsfläche
dagegen saugt begierig das dampfförmige Kältemittel aus dem Vorflüssiger ab, so
daß der Verdampferdruck länger auf einem niedrigeren Wert bleibt und infolgedessen
der Abbau des Verflüssigerdrucks in wesentlich kürzerer Zeit vonstatten geht.
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Ein weiteres Problem bei Kälteanlagen ist die Bereifung des Verdampfers,
insbesondere bei Kühlfächern mit relativ hoher Luftfeuchtigkeit. Die normale Ausschaltperiode
ist meist zu kurz, um ein vollständiges Abtauen zu bewirken. Daher wird in gewissen
Zeiträumen entweder die Ausschaltperiode künstlich verlängert oder eine Abtauheizung
eingeschaltet, was allerdings zu einem allgemeinen Temperaturanstieg in dem Kühlfach
führt.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es möglich,
den Reifensatz in jeder normal bemessenen Ausschaltperiode dort vollständig zu beseitigen,
wo er am ehesten auftritt. Dies geschieht dadurch, daß die Kondensationsräume am
Ende des ersten Teils eines zweiteiligen Verdampfers liegen, von denen der zweite
auf einer Nutztemperatur oberhalb des Gefrierpunktes, der erste Teil dagegen auf
einer Nutztemperatur unterhalb des Gefrierpunktes
arbeitet, und
der Anlagenteil höherer Temperatur durch den zweiten Verdampferteil dargestellt
ist.
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Solche zweiteiligen Verdampfer sind beispielsweise bei einem Kühlschrank
mit Kühlfach und Gefrierfach bekannt. Das Kühlfach wird wesentlich häufiger als
das Gefrierfach geöffnet, sein Verdampferteil hat daher eine größere Neigung zum
Bereifen. Da der erste Verdampferteil einen Kältespeicher bildet, kondensiert dort
Kältemitteldampf, der aus dem zweiten Verdampferteil herstammt. Auf diese Weise
wird das Kältemittel aus dem zweiten Verdampferteil rückwärts in den ersten Verdampferteil
transportiert. Wenn aber der zweite Verdampferteil weitgehend oder vollständig vom
flüssigen Kältemittel entleert ist, genügt eine relativ kurze Zeit, um den Reifansatz
abzutauen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann man dafür sorgen, daß
die unterhalb der Einmündung der Kondensationsräume in die Räume erweiterten Querschnitts
liegenden Räume des Verdampfers bzw. ersten V erdampferteils im wesentlichen die
gesamte Kältemittelfüllung der Anlage aufzunehmen vermögen. Auf diese Weise erreicht
man, daß der Verflüssiger oder der zweite Verdampferteil vollständig vom flüssigen
Kältemittel entleert wird.
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Vorzugsweise befinden sich die Kondensationsräume in der Deckwand
eines Kastenverdampfers. Bei der Kondensation tritt zwangsweise eine gewisse Erwärmung
ein. Diese Erwärmung ist aber auf die Oberseite des kastenförmigen Verdampfers beschränkt
und beeinträchtig das darunterliegende Kühlgut nicht, da keine Konvektionsströmung
auftreten kann.
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Damit die Kondensationsräume auch mit Sicherheit leerlaufen, empfiehlt
es sich, die Deckwand zu den Einmündungsstellen der Kondensationsräume hin zu neigen.
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Des weiteren kann der im Verdampfer verlaufende Abschnitt der zum
Anlagenteil höherer Temperatur führenden Leitung zum Raum erweiterten Querschnitts
hin Gefälle haben. Damit ist gewährleistet, daß dort kondensierendes Kältemittel
abläuft und nicht den Dampftransport behindert.
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Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann bei einem
Verdampfer, der am Ende einen Saugakkumulator mit daran anschließender Austrittsleitung
aufweist, dafür gesorgt sein, daß die Austrittsleitung über den die Kondensationsräume
aufweisenden Verdampferabschnitt geführt ist. Einerseits wird hierbei die Deckwand
während jeder Einschaltperiode durch hindurchströmendes Kältemittel gekühlt, andererseits
kann dieser Deckwandkanal als Nachverdampfungsstrecke benutzt werden, wenn ein Verdampferthermostat
am Ausgang des Saugakkumulators angeklemmt wird.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit der Zeichnung. Es zeigt
F i g.1 eine schematische räumliche Darstellung eines erfindungsgemäß verwendbaren
kastenförmigen Blechverdampfers, F i g. 2 das Schaltschema für ein erstes Ausführungsbeispiel
der Erfindung mit Kondensationsräumen am Verdampferanfang, F i g. 3 eine schematische
Abwicklung des Verdampfers, F i g. 4 das Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels
der Erfindung mit Kondensationsräumen am Ende des ersten Teils eines zweiteiligen
Verdampfers und F i g. 5 eine schematische Abwicklung des ersten Verdampferteils.
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Der in F i g. 1 dargestellte kastenförmige Verdampfer 1 ist im Walzschweißverfahren
aus Aluminium hergestellt. Er besitzt einen Boden 2, eine Deckwand 3 und
zwei Seitenwände 4 und 5. Die Deckwand 3 hat gegenüber dem Boden 2 eine Neigung
von etwa 3 bis 5 % zur Seitenwand 5 hin. In der Deckwand befinden sich auch zwei
Anschlußstutzen 6 und 7. In sämtlichen Wänden sind Kanäle 8
vorgesehen, deren
Verlauf an Hand der F i g. 3 und 5 näher erläutert wird.
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Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird von der in F i g. 2 dargestellten,
üblichen Schaltung ausgegangen, bei der ein Verflüssiger 9 über eine Drosselstelle
10, z. B. ein Kapillarrohr, mit einem Verdampfer 11 verbunden ist und in den Kältemittelkreislauf
ferner ein Motorverdichter 11 a eingeschaltet ist.
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Zur Erzielung eines schnelleren Druckabbaues wird hierbei der in F
i g. 3 veranschaulichte Kanalverlauf im Verdampfer 11 benutzt. Die einen U-förmigen
Bauteil bildenden Boden- und Seitenwände 2, 4 und 5 besitzen einen mäanderförmigen
Kanal 12, der an den beiden oberen Seiten des U durch Wabenbildung Räume erweiterten
Querschnitts 13 und 14
bildet. Der Raum 13 ist der übliche Saugakkumulator,
von dem aus sich ein Austrittskanal 15 über die beiden Seitenwände, den Boden und
die Decke bis zum Austrittsstutzen 16 erstreckt. Wenn bei 17 der Verdampferthermostat
angeklemmt ist, bildet der Kanal 15 eine das Regelverhalten günstig beeinflussende
Nachverdampfungsstrecke. Von dem Raum 14 zweigen zwei Kondensationsräume
18 ab, die größtenteils in der Deckwand 3 verlaufen und zur Einmündungsstelle
19 hin geneigt sind. Zur Querschnittsvergrößerung sind diese Kondensationsräume
ebenfalls als Waben ausgestaltet. Der Eintrittsstutzen 20, an den die Drosselleitung
10 angeschlossen wird, befindet sich in unmittelbarer Nähe des Raumes 14. Die darunterliegenden
Kanäle 12 des Verdampfers münden bei 21 unten in den Raum 14 ein.
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Sobald der Verdichter 11a abgeschaltet wird, drückt die Druckdifferenz
zwischen Druckseite und Saugseite das im Verflüssiger 9 befindliche flüssige Kältemittel
in den Verdampfer 11. Die Kanäle 12 im Boden 2 und in den Seitenwänden 4 und 5 sowie
der Raum 14 nehmen dabei flüssiges Kältemittel auf. Anschließend kann die Kondensationsfläche
in den Räumen 18 in Funktion treten und Kältemitteldampf, der aus dem Verflüssiger
9 zuströmt, kondensieren. Das Kondensat läuft über die Einmündung 19
in den
Raum 14 ab. Gleichzeitig verdampft aus dem Bereich des Saugakkumulators 13 ein Teil
des flüssigen Kältemittels infolge der Absorptionswirkung des Öls im Verdichter
11 a. In relativ kurzer Zeit ist daher die Druckdifferenz zwischen Druckseite und
Saugseite so weit abgebaut, daß keine Schwierigkeiten beim Wiederanlauf des Verdichters
zu befürchten sind.
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Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird wiederum von einer an sich
bekannten Schaltung ausgegangen, wie sie in F i g. 4 veranschaulicht ist.
Ein
Verflüssiger 22 ist über eine Drosselstelle 23 mit einem Verdampfer verbunden, der
aus einem ersten Verdampferteil 24 und einem über eine Leitung 25 damit in Reihe
geschalteten zweiten Verdampferteil 26 besteht. Ferner ist im Kreislauf ein Verdichter
27 vorgesehen. Der Verdampferteil24 ist für sich isoliert und bildet ein Tiefkühlfach
mit einer Temperatur von beispielsweise -18° C. Der Verdampferteil 26 bildet den
Verdampfer für ein Kühlfach, dessen Temperatur beispielsweise auf -I-6° C und höher
gehalten werden soll. Beide Verdampferteile sind in einem gemeinsamen Kühlschrankgehäuse
28 enthalten.
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Der Verdampferteil 24, der in F i g. 5 dargestellt ist, entspricht
hinsichtlich des Aufbaues der mäanderförmigen Kanäle 12', der wabenförmig ausgebildeten
Räume 13' und 14' erweiterten Querschnitts sowie der wabenförmig ausgebildeten Kondensationsräume
18' mit den Einmündungsstellen 19' dem Aufbau des Verdampfers nach F i g. 3. Es
wird jedoch das Kältemittel von der Drosselstelle am Stutzen 16' zugeführt und über
den durch die Deckwand 3 sowie den Boden und die Seitenwände 2, 4 und 5 verlaufenden
Kanal 15' dem erweiterten Raum 13' zugeleitet. Es durchströmt dann die Kanäle 12'
und den erweiterten Raum 14', worauf es über einen wiederum in der Deckwand 3 verlaufenden
Kanal 29 zum Stutzen 20' gelangt, an dem die Verbindungsleitung 25 zum zweiten Verdampferteil
26 anschließt.
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Während der Ausschaltperiode steht der Verdampferteil 26 unter dem
Einfluß der Kühlraumtemperatur von etwa -L,6' C und höher, während der Verdampferteil
24 dem Einfluß der Gefrierfachtemperatur von beispielsweise -18° C ausgesetzt ist.
Sobald sich daher das im ersten Verdampfertei124 befindliche, flüssige Kältemittel
in den unteren Kanälen 12' sowie teilweise im Raum 14' und im Raum 13' gesammelt
hat, beginnt dampfförmiges Kältemittel an der Oberfläche der Räume 18' und teilweise
auch 14' zu kondensieren. Das Kondensat fließt in die Kanäle 12' ab. Der dabei erzielte
Unterdruck führt aber zu einer Verdampfung des in dem zweiten Verdampferteil 26
befindlichen flüssigen Kältemittels, das, nachdem es die Leitung 25 in rückwärtiger
Richtung durchströmt hat, im Verdampfertei124 ebenfalls kondensiert. Auf diese Weise
wird der zweite Verdampferteil 26 rasch von flüssigem Kältemittel entleert, und
daher kann in relativ kurzer Zeit der an ihm befindliche Reifansatz abtauen. Diese
Wirkung ist um so besser, je größer die Oberfläche der Kondensationsräume 18' ist
und je mehr flüssiges Kältemittel der erste Verdampferteil24 ohne Behinderung dieser
Kondensationsfläche aufnehmen kann.