DE1254652B

DE1254652B - Cooling system

Info

Publication number: DE1254652B
Application number: DEL47586A
Authority: DE
Inventors: Lew M Rosenfeld; Wjatscheslaw W Archangelskij; Ilja L Gerlowin
Original assignee: LE T I CHOLODILNOI PROMY
Current assignee: LE T I CHOLODILNOI PROMY
Priority date: 1964-04-14
Filing date: 1964-04-14
Publication date: 1967-11-23
Also published as: US3266258A; FR1390899A

Description

Kälteanlage Die Erfindung betrifft eine Kälteanlage mit Verdichter, Kondensator und einem elektrothermischen Kühlaggregat sowie einem im Kreislauf bewegten Kältemittel.Refrigeration system The invention relates to a refrigeration system with a compressor, Condenser and an electrothermal cooling unit as well as a circulating one Refrigerant.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine regelbare Erhöhung der Kälteleistung derartiger Anlagen bei geringem Bau- und Energieaufwand zu erzielen. Es ist bereits eine Kältemaschine bekannt, bei der im Kältemittelkreislauf zwischen Kondensator und Verdampfer ein Kühler vorgesehen ist. Durch diesen Vorkühler kann ohne Anwendung eines Kältemittels nicht die Temperatur der Flüssigkeit bis zum Siedepunkt herabgesetzt werden.The invention is based on the object of a controllable increase to achieve the cooling capacity of such systems with little construction and energy expenditure. A refrigeration machine is already known in which in the refrigerant circuit between Condenser and evaporator a cooler is provided. This pre-cooler can Without the use of a refrigerant, the temperature of the liquid cannot be raised to the boiling point be reduced.

Auch die Verwendung einer Dampfkühlmaschine als Kühlmittel gibt keine Erhöhung der Kälteleistungsfähigkeit, da die durch die Abkühlung der Flüssigkeit erhaltene zusätzliche Kälteleistungsfähigkeit durch die Verringerung der Kälteleistung des Hauptverdampfers auf Kosten des Verbrauches für den Kühlprozeß kompensiert wird.There is also no use of a steam cooling machine as a coolant Increase in the cooling capacity, as the result of the cooling of the liquid additional cooling capacity obtained by reducing the cooling capacity of the main evaporator is compensated at the expense of the consumption for the cooling process.

Bekannt ist auch ein Kaskadensystem unter Abkühlung der Flüssigkeit auf Kosten der Dampfüberhitzung vor dem Einsaugen durch den Kompressor. Die Abkühlung der Flüssigkeit kann hierbei nicht vollständig sein, da diese durch das Verhältnis der Wärmekapazitäten der Flüssigkeiten und des Dampfes bestimmt wird. Gewöhnlich ist die Wärmekapazität des überhitzten Dampfes der Kühlmittel geringer als die Wärmekapazität der Flüssigkeit. So beträgt unter Bedingungen des Normalzyklus das Verhältnis der Wärmekapazität des Dampfes und der Flüssigkeit für Freon-12 = 0,652, für Freon-11 = 0,667, für Freon-21 = 0,583. Deshalb kann man durch Abkühlen der Flüssigkeit mittels überhitzten Dampfes auch im Grenzfall keine volle Abkühlung und keine erhebliche Vergrößerung der Leistungsfähigkeit erreichen.A cascade system with cooling of the liquid is also known at the expense of steam overheating prior to being sucked in by the compressor. The cooling off the liquid here can not be complete, as this is due to the ratio the heat capacities of liquids and steam is determined. Usually the heat capacity of the superheated vapor of the coolant is less than the heat capacity the liquid. Thus, under normal cycle conditions, the ratio is the Heat capacity of vapor and liquid for Freon-12 = 0.652, for Freon-11 = 0.667, for Freon-21 = 0.583. Therefore, by cooling the liquid by means of superheated steam, even in borderline cases, no full cooling and no significant Achieve increased performance.

Außerdem ist zur Erzielung einer äußersten Abkühlung der Flüssigkeit durch Überhitzen des Dampfes eine wesentliche Überhitzung erforderlich, was in einer Reihe von Fällen zur Erhöhung des Energieverbrauches führt.In addition, to achieve an extreme cooling of the liquid by overheating the steam a substantial overheating is required, which in a Series of cases leads to an increase in energy consumption.

Bekannt ist weiterhin ein Kaskadensystem der Abkühlung des Kondensators der Kompressorkühlmaschine mittels einer elektrothermischen Kühleinheit.A cascade system for cooling the capacitor is also known the compressor refrigerator by means of an electrothermal cooling unit.

Bei vollständiger Abkühlung der Flüssigkeit bzw. des Dampfes bis zum Siedepunkt im Kaskadenzyklus des Freon-12 muß die gesamte Belastung der Kühlmaschine durch den thermoelektrischen Kühler aufgenommen werden, während die Belastung des Kompressors gleich Null ist, wodurch auf 1 kg des Arbeitskörpers 34,5 kcal benötigt werden. Demgegenüber ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das elektrothermische Kühlaggregat im Kreislauf des Kältemittels dem Kondensator als ein an sich bekannter Nachkühler nachgeschaltet ist. Hierdurch wird eine regelbare Erhöhung der Kälteleistung erzielt, wobei im Vergleich zur letztgenannten Einrichtung die Belastung des thermoelektrischen Kühlers nur 11,7 Kalorien, d. h. 34 % beträgt. Dementsprechend verringert sich der thermoelektrische Kühler und verringert sich dessen Aufwendung. Außerdem tritt im Kaskadensystem, bei der maximalen Abkühlung der Flüssigkeit, auch ein erhöhter Energieverbrauch auf, da bei den zur Zeit erreichbaren Werten von Z die thermoelektrische Abkühlung unter gleichen Bedingungen einen großen Energieverbrauch erfordert. Beim erfindungsgemäßen System erfolgt die Abkühlung der Flüssigkeit bei einer höheren Temperatur, was einen weiteren Vorteil darstellt.When the liquid or vapor is completely cooled down to Boiling point in the cascade cycle of the Freon-12 must take the entire load on the refrigerator be absorbed by the thermoelectric cooler while the load of the Compressor is zero, which means that for 1 kg of the working body 34.5 kcal are required will. In contrast, the invention is characterized in that the electrothermal Cooling unit in the circuit of the refrigerant to the condenser as a known per se Aftercooler is connected downstream. This results in a controllable increase in the cooling capacity Achieved, compared to the last-mentioned device, the load on the thermoelectric Cooler only 11.7 calories, i.e. H. 34%. Accordingly, it is reduced thermoelectric cooler and reduces its expenditure. In addition, the Cascade system, with the maximum cooling of the liquid, also an increased energy consumption because with the values of Z that can be reached at the moment, the thermoelectric cooling requires a large amount of energy to be consumed under the same conditions. When the invention System, the cooling of the liquid occurs at a higher temperature, which is a represents another advantage.

Bekannt ist auch eine solche Kälteanlage, bei der der thermoelektrische Kühler in Form eines innen verrippten und außen anodisierten, vorzugsweise aus Aluminium bestehenden Kühlrohres ausgeführt ist, auf welchem die kalte Seite der Peltierelemente befestigt ist.Such a refrigeration system is also known in which the thermoelectric Cooler in the form of an internally ribbed and externally anodized, preferably made of aluminum existing cooling tube is carried out, on which the cold side of the Peltier elements is attached.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind aber die Peltierelemente an der heißen Seite durch eine Bohrung aufweisende Platten verbunden, in welcher in bekannter Weise ein Verdrängerkörper angeordnet ist, wobei zwischen dem Verdrängerkörper und den Platten ein Ringkanal zum Durchlassen eines Kühlmittels für die heiße Seite der Peltierelemente verbleibt.According to the preferred embodiment of the invention, however, are Peltier elements connected on the hot side by plates having a hole, in which a displacement body is arranged in a known manner, with between the displacement body and the plates an annular channel to let through a coolant for the hot side of the Peltier elements remains.

In der Zeichnung ist die Erfindung näher erläutert. F i g. 1 veranschaulicht im ST-Schaubild den Kreisprozeß einer Kaltdampfanlage, die erfindungsgemäß mit dem thermoelektrischen Kühler versehen ist; F i g. 2 zeigt das Schaltschema der Anlage; F i g. 3 und 4 veranschaulichen den thermoelektrischen Kühler entsprechend im Längsschnitt und im Querschnitt nach Linie A-A in F i g. 3.The invention is explained in more detail in the drawing. F i g. 1 illustrates in the ST diagram the cycle of a cold steam system, which according to the invention with the thermoelectric cooler is provided; F i g. 2 shows the circuit diagram of the plant; F i g. 3 and 4 respectively illustrate the thermoelectric cooler in longitudinal section and in cross section along line A-A in FIG. 3.

Bei dem Betrieb einer bekannten Kaltdampfmaschine verläßt der Kältemitteldampf mit der Temperatur To den Verdampfer 1 und tritt im Zustand a (F i g. 1) in den Verdichter 2 ein, wo er bis zum Zustand b verdichtet wird. Im Kondensator 3 wird der Dampf bei der Temperatur T bis zum Punkt c kondensiert, worauf das flüssige Kältemittel das Regelventil 4 passiert und im Zustand d in den Verdampfer eintritt. Hier findet das Sieden des Kältemittels und das überhitzen des sich bildenden Dampfes bis zum Zustand a statt, wobei eine Kälteleistung entwickelt wird, die durch die Fläche a d f k bestimmt wird.When operating a known cold steam engine, the refrigerant vapor leaves the evaporator 1 at temperature To and enters the compressor 2 in state a (FIG. 1), where it is compressed to state b. In the condenser 3, the vapor is condensed at temperature T up to point c, whereupon the liquid refrigerant passes the control valve 4 and enters the evaporator in state d. Here the boiling of the refrigerant and the superheating of the vapor that is formed take place up to state a, whereby a cooling capacity is developed which is determined by the area ad f k .

Bei Verwendung des thermoelektrischen Kühlers 5 wird das den Kondensator 3 verlassende Kältemittel dem Kühler 5 zugeführt, wobei es bis zur Siedetemperatur (Punkt e in F i g. 1) abgekühlt wird. Jetzt wird im Verdampfer 1 eine Kälteleistung entwickelt, die um einen Betrag d Qo höher ist und durch die Fläche a e n k bestimmt wird.When using the thermoelectric cooler 5, the refrigerant leaving the condenser 3 is fed to the cooler 5, where it is cooled down to the boiling point (point e in FIG. 1). A cooling capacity is now developed in the evaporator 1 which is higher by an amount d Qo and is determined by the area aenk .

Der thermoelektrische Kühler 5 weist ein Aluminiumrohr 6 (F i g. 3) auf, das innen mit Rippen 7 versehen ist, die zur Vergrößerung der Kühlfläche und Turbulenzbildung des Kältemittelstromes dienen.The thermoelectric cooler 5 has an aluminum tube 6 (FIG. 3) on, which is provided with ribs 7 on the inside, which increase the cooling surface and Serve turbulence formation of the refrigerant flow.

Auf der Außenoberfläche des Kühlrohres 6 sind Kühlsektionen 8 befestigt, die Kupferkörper 9 (F i g. 4) aufweisen, von welchen jeder eine an den Durchmesser des Rohres 6 angepaßte Bohrung 10 hat. Der Schlitz 11 ermöglicht das Aufspannen des Körpers auf das Kühlrohr und gewährleistet ein dichtes Anliegen der beiden Teile.On the outer surface of the cooling tube 6, cooling sections 8 are attached which have copper bodies 9 (FIG. 4), each of which has a bore 10 adapted to the diameter of the tube 6 . The slot 11 enables the body to be clamped onto the cooling tube and ensures that the two parts fit tightly.

Zur Verhütung eines Kurzschlusses der Sektionen 8 ist das Kühlrohr 6 außen anodisiert.To prevent a short circuit in the sections 8 , the cooling tube 6 is anodized on the outside.

Auf den gegenüberliegenden Flächen der Sektionen 8 werden die Halbleiterthermoelemente 12 zusammengebaut. Eine Sektion stellt also die Kaltlötstelle eines Thermoelementes dar.The semiconductor thermocouples 12 are assembled on the opposite surfaces of the sections 8. A section therefore represents the cold solder joint of a thermocouple.

Die Heißlötstellen 1 bis 3 sind durch die Kupferplatten 14 in der Weise verbunden, daß der Strom die Thermoelemente aller Sektionen nacheinander durchfließt. Durch die Plattenöffnungen 15 ist der Verdränger 16 geführt, der zur Turbulenzbildung des Kühlmittelstromes und zur Verbesserung der Wärmeabfuhr von Kaltlötstellen beiträgt. In der beschriebenen Konstruktion tritt das Kältemittel in das Kühlrohr 6 an der Seite ein, wo die Kühlsektionen mit den Thermoelementen geringer Dicke bestückt sind. Beim Durchfließen des Kühlrohres passiert das Kältemittel die Kühlsektionen mit immer größerer Thermoelementendicke und immer niedrigerer Temperatur der Kaltlötstellen.The hot solder joints 1 to 3 are connected by the copper plates 14 in such a way that the current flows through the thermocouples of all sections one after the other. The displacer 16 is guided through the plate openings 15 and contributes to the formation of turbulence in the coolant flow and to the improvement of the heat dissipation from cold soldering points. In the construction described, the refrigerant enters the cooling pipe 6 on the side where the cooling sections are equipped with the thermocouples of small thickness. When flowing through the cooling pipe, the refrigerant passes through the cooling sections with ever greater thermocouple thickness and ever lower temperature of the cold solder joints.

Zur Kühlung der Heißlötstellen 13 wird in den Kühler ein Kühlmittel, z. B. das Wasser, durch den Rohransatz 17 eingeleitet, und zwar von der Seite, wo die Thermoelemente stärker ausgeführt sind. Die Ableitung des Kühlwassers erfolgt an der gegenüberliegenden Seite des Kühlers. Die Abkühlung des Kältemittels wird durch die Veränderung der dem Kühler zugeführten Menge der elektrischen Energie oder auch durch Veränderung der Zahl der im Betrieb befindlichen Thermöelemente geregelt.To cool the hot soldering points 13, a coolant, z. B. the water, introduced through the pipe socket 17, from the side where the thermocouples are made stronger. The cooling water is drained off on the opposite side of the cooler. The cooling of the refrigerant will by changing the amount of electrical energy supplied to the cooler or by changing the number of thermal elements in operation regulated.

Claims

Claims: 1. Refrigeration system with compressor, condenser and one electrothermal cooling unit and a circulating refrigerant, d a -characterized in that the electrothermal cooling unit (5) in the circuit of the refrigerant downstream of the condenser (3) as a known aftercooler is.

2. Refrigeration system according to claim 1 and in which the electrothermal aftercooler is designed in the form of an internally ribbed and externally anodized, preferably aluminum cooling tube, on which the cold side of the Peltier elements is attached, characterized in that the Peltier elements (12) on the hot side are connected by a bore (15) having plates (14) in which a displacement body (16) is arranged in a known manner, with an annular channel between the displacement body (16) and the plates (14) for the passage of a coolant for the hot side of the Peltier elements remains. Documents considered: German Patent No. 504 542; German Auslegeschriften No. 1 141 692, 1137 781; U.S. Patent Nos. 3,037,358, 2,897,659, 2,680,956; AF Joffe, "Semiconductor Thermocouples and Thermoeleetric Coding", Infosearch Ltd., London, 1957, p. 176; Russian book "Semiconductors in Science and Technology", Publishing House of the Academy of Sciences of the USSR, Vol. 1, 1958, Chapter 17, p. 273.