DE1476691A1 - Kuehlsysteme mit veraenderlicher Kuehlkapazitaet - Google Patents

Description

DR. ILSE RUCH

PATENTANWALT MÖNCHEN 5

REtCHENBACHSTR. 5f 1476691

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bestimmt zur In flpn

P 1» 76 961,0 Offenlegung ^l ö. ΗΓΠ.

Allled Chemical Corporation, Nevi York, M.Y., USA

Kühlsystem* mit veränderlicher KUhlkapazität

Die Erfindung betrifft Kühlanlagen mit veränderlicher Kapazität» bei denen nach einem neuen Verfahren die Kapazität Über einen weiten Bereich dem Kühlbedarf parallel geändert werden kann.

In vielen Kuhlanlagen« wie Klimaanlagen, Tief kühl anaigen und Haushai tskiihlschränken wird eine veränderliche Kapazität durch einen einfachen Schalter, der über die in einem bestimmten Teil der Anlage, gewöhnlich In dem Verdampfer oder den zu kühlenden Medien herrschende Temperatur, betätigt wird« erzielt» Das ergibt ein häufiges Einschalten und Ausschalten des Kühlaggregata und damit eine beträchtliche Abnützung des Motors, der Schalter und der Regelvorrichtungen, wodurch die Lebensdauer der Kühlanlage verkürzt wird. Insbesondere für technische Anlagen zum Kühlen auf tiefe Temperaturen, bei denen der KUhlbedarf sich dauernd ändert, weist ein solches System erhebliche Nachteile auf.

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Es sind daher schon andere Verfahren zum Variieren der Kapazität einer Kühlanlage entwickelt warden. Einige dieser Verfahren beruhen auf der Verwendung von Gemischen, die mehrere umlaufende Kühlmittel verschiedener Kapazität enthalten, zusammen mit Mitteln zur Trennung der Bestandteile des Gemisches oder Variieren des Verhältnisses dor Bestandteile des Gemisches« wobei bestimmte Gemische oder Kühlmittelkonzentrationen einen speziellen Bsi^eieh für die Kapazltätsänderungen definieren. In den betraffenden Kühlanlagen werden verschiedene übllohe Trennvorriohtungenj wie Distillations- und Absorptionsvorr-ich&ungen verwendet, um eine oder mehrere der Komponenten des Kühlmittelgemisches abzutrennen und damit die Kapazität zu verändern. Damit wird aber natürlich die Größe und Komi,.lexizitat der Kühlanalge erhöht, Konstruktion und Herstellung werden kompliziert, und eine besondere Schwierigkeit ist die Koordinierung einer solchen Anlage mit dem Kühlmittelkreislauf. Auch Installation und Wartung einer solchen Anlage sind verhältnismäßig schwierig.

Aus der USA-Patentschrift 2 022 77^ ist eine Kühlanlage bekannt, bei der die Kühlkapazität dadurch variiert werden kann« daS man die Menge an umlaufendem Kühlmittel variiert. Hierzu wird eine Vorrichtung zur Drosselung der Strömung, beispielsweise ein Kapillarsystem, verwendet. Eine solche Anlage kann aber nur für kleinere und einfache Kühlanlagen, beispielsweise für Haushaltskühl schränke, verwendet werden*

Gemäß der deutschen Auslegeschrift 1 021 868 wird dem Kondensator ein Wärmeaustauscher vorgeschaltet, der im Falle größerer Schwankungen der Außentemperatur, beispielsweise in tropischen Ländern» einen einwandfreien Betrieb der Anlage gewährleisten soll.

Bei Anwendung der Erfindung wird nun auf einfachere Weise,, als es. bisher möglich war, eine veränderliche

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Ktthlkapazlt&t erzielt, indem die Kühlkapazität des Kühlmittels selbst variiert wird. Außerdem kann die Kühlkapazität so gesteuert werden, da0 sie sich dem Kühlbedarf parallel ändert, und schließlich kann die Erfindung nicht nur für kleinere Kühlaggregate, sondern auch auf großtechnische Kühlanlagen verwendet werden.

Gegenstand der Erfindung ist eine Kühlanlage mit veränderlicher Ktthlkapazität, die einen Kompressor, einen Verdampfer, eine Leitung für verdichtetes Kühlmittel mit einem Kondensator, einer Nebenleitung für dampfförmiges verdichtetes Kühlmittel und einer Nebenleitung für kondensiertes verdichtetes Kühinit^el« die den Kompressor mit dem Verdampfer verbindet, und eine Leitung für verdampftes Kühlmittel, die den Verdampfer mit dem Kompressor verbindet, aufweist, wobei Kompressor, Kondensator und Verdampfer so miteinander verbunden sind, daß ein Kühlmittelkreislauf ermöglicht wird, die dadurch gekennzeichnet 1st, daß die Ltitung für das verdampfte Kühlmittel in zwei parallele Zweige aufgespalten 1st, von denen wenigstens einer im Wärmeaustausch alt einen Teil der Leitung für das verdichtete KUhlnittelkondensat verläuft, sowie dadurch, daß Ventile so angeordnet sind, daß sie die Verteilung des verdampften Kühlmittels zwischen den parallelen Zweigen der Leitung für das verdampfte Kühlmittel in Abhängigkeit von Temperaturlinderungen in einen den Verdampfer umgebenden Kühlraum regeln.

Gegenstand der Erfindung 1st weiterhin ein Verfahren zur Erzeugung einer veränderlichen Kapazität in einer Kühlanlage, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein Kühlmittel, dessen Kühlkapazität in Abhängigkeit von dem Kühlbed&rf in einem weiten Bereich variieren kann, In einem geschlossenen Kreislauf mit einem Kompressor, einem Verdampfer, einer Leitung für verdichtetes Kühlmittel mit einem Kondensator, einer

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Nebenleitung für dampfförmiges verdichtetes Kühlmittel und einer Nebenleitung für kondensiertes verdichtetes Kühlmittel» die den Kompressor mit dem Verdampfer verbindet, und einer Leitung für verdampftes Kühlmittel, die den Verdampfer mit dem Kompressor verbindet und sich zwischen Verdampfer und Kompressor verzweigt, umlaufen läßt, wobei man das verdampfte Kühlmittel zwischen den Zweigen dieser Leitung aufteilt, derart, daß der eine Teil im Wärmeaustausch mit der Nabenleitung für kondensiertes verdichtetes Kühlmittel geführt wird, und diese Aufteilung des verdampften Kühlmittels in Abhängigkeit von Temperaturänderungen in dem den Verdampfer umgebenden Kühlraum derart regelt, daß ein größerer Anteil durch den Zweig in Wärmeaustausch mit dem Kondensierten verdichteten Kühlmittel geführt wird, wenn die Temperatur in dem den Verdampfer umgebenden Kühlraum steigt, was einen erhöhten Kühlbedarf anzeigt, und ein geringerer Anteil durch den Zweig in Wärmeaustausch mit kondensiertem verdichtetem Kühlmittel geführt wird, wenn die Temperatur In dem den Verdampfer umgebenden Kühlraum sinkt, was einen verringerten Kühlbedarf anzeigt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Strömung des verdichteten Kühlmittels den Änderungen der Anforderungen an die KUhlkapazität entsprechend so geregelt, daß wenigstens ein Teil des Kühlmittels entweder vor oder nach der Kondensation durch die oben erwähnten Wärraeaustausohzonen geleitet wird, wobei je nach Ausmaß und Richtung der Änderung des Kühlbedarfs und des für die Vor- -kühlung verwendeten Anteils des verdampften Oases ein Teil oder die Gesamtmenge des verdichteten Kühlmittels durch* die Wärmeaustauschzonen geleitet wird.

Auf diese Weise kann die in der Verdampfungszone verfügbare Kühlkapazität einem breiten Bedarfsbereich angepaßt werden, während ununterbrochen Kühlmittel vom Kompressor abgegeben wird. Die geringste KUhlwirkung wird erzielt, wenn überhaupt

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kein verdampftes Kühlmittel im Wärmeaustausch mit dem kondensierten Kühlmittel und der gesamte verdichtete Ktihlmitteldampf In indirektem Wärmeaustausch mit dem verdampften das geführt wird. Zur Erzielung der maximalen Kühlwirkung läßt man dagegen die Gesamtmenge des verdampften Kühlmittels in indirektem Wärmeaustausch mit dem gesamten kondensierten Kühlmittel und keinen Anteil des verdichteten KUhlmitteldampfes in Wärmeaustausch mit dem verdampften Kühlmittel Strumen. Ein mittlerer Kühlbedarf wird gedeckt, indem man das relative Ausmaß des Wärmeaustausche zwischen dem verdampften Kühlmittel und dem verdichteten und dem kondensierten Kühlmittel variiert. Bei einer zufriedenstellenden Anordnung wird verdichtetes Gas in eine der Wärmeaustauschzonen und verdichtetes kondensiertes Kühlmittel in die andere geführt. Durch eine Regelung des Zustroms von verdichtetem Kondensat zu einer der Wärraeaustauschzonen kann eine gute Regelung der Kühlkapazität* entsprechend einer Zu- oder Abnahme des Kühlbedarfs erzielt werden.

Die Erfindung ist bei Kühlanlagen, die die in der Technik üblichen Kühlmittel enthalten, anwendbar, und die Wahl des Kühlmittels hängt natürlich von der Temperatur, auf die gekühlt werden soll, ab. Die Vorteile der Erfindung werden aber am meisten in Kühlanlagen mit solchen Kühlmitteln, die über einen verhältnismäßig weiten Bereich von Verdampfungstemperaturen, beispielsweise einen Bereich von -62 bis +10⁰C zu kühlen vermögen, ausgenützt* Ein Kühlmittel, das sich besonders gut für eine Verwendung in Kühlanlagen gemäß der Erfindung eignet, ist Monochlorpentafluoräthan, das bei Verdampfungstemperatüren in dem Bereich von *%5 bis +10% und natürlich bei entsprechenden Drücken zu kühlen vermag.

Eine Durohführungsform der Erfindung soll im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben werden.

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Figur 1 ist eine Kurve» die den Kapazitätsbereich eines geeigneten Kühlmittels veranschaulicht« und

Figur 2 ist eine schema tische Veranschaulichung einer Kühlanlage gemäß der Erfindung.

Die Kurve von Figur 1 veranschaulicht den Bereich der Kapazität des als Kühlmittels Dekannten GENETRON-115, das au; Ghlorpentafluoräthan besteht. Den Werten liegt eine Kondensationetemperatur von 49¹C und eine Verdampfungstempera tür von -33⁰C zugrunde. Die Kühlkapazität in koal/h (vertikale Achse) ist gegen die Temperatur des aus dem Wärmeaustauscher austretenden Dampfes in ⁰C (untere horizontale Achse) aufgetragen. Die entsprechende Temperatur der aus de' Wärmeaustauscher austretenden Flüssigkeit* die in indirektem Wärmeaustausch mit diesem Dampf steht, kann von der oberen horizontalen Achse in t abgelesen werden. Die Kurve 1st annähernd eine Gerade« die In einem Winkel von etwa 45° gegen die Horizontale verläuft und einen beträchtlichen Variationsbereich der Kapazität des GENETRON-115 in Abhängigkeit von Änderungen des KUhlbedarfes erkennen läßt. Beispielsweise kann aus der Kurve abgelesen werden, daß eine Zu- oder Abnahme der Temperatur des aus dem Wärmeaustauscher austretenden Dampfes um 6⁰C eine entsprechende Zu- oder Abnahme der Kühlkapazität von etwa 13 bis 18 kcal/h zur Folge hat.

Die in Figur 2 gezeigte schematische Darstellung einer KUhlanalge gemäß der Erfindung weist einen Kühlmittelkompres sor 1 und ein thermisches. Expansionsventil 5 auf, die durch eine Leitung 7 für verdichtetes Kühlmi* Gel miteinander verbunden sind. Die Leitung 7 enthält einen Kondensator 2 und einen FlUssigkeitssammler 3« Eine Leitung 9 für entspanntes Kühlmittel, die eine Verdampferschlange 4 enthält, verbindet das Ventil 5 mit dem Ansaugende des Kompressors 1. Zwischen der Verdampf ersehlange 4 und dem

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Kompressor teilt sich die Leitung 9 für verdampftes Kühlmittel in zwei parallele Zweige 19 und 20. Jeder der Zweige 19 und 20 enthält eine Wärmeaustausohzone, die mit 6 bzw. 21 bezeichnet sind» wobei die Zone 51, wie in der Zeichnung gezeigt, eine zu einer Nebenleitung 7A der Leitung 7 gehörende Schlange 22, die in Wärmeaustausch mit dem Zweig 20 für verdampftes Kühlmittel steht* aufweist. Zwei Ventile 10 in den Leitungen 7 und 7A sind über Leitungen 23 mit einen Temperaturfühler 13, der im folgenden näher beschrieben wird, verbunden und regeln die Menge an verdichteten Kühlmittel» die durch die Wärmeaustausohzone 21 bsw. direkt zu den Kondensator 2 strömt.

Ebenso enthllt «ins Nebenleitung TB der Leitung 7 eine Schlange 24* die in Wlrmeauetaueoh mit den Zweig 19 für verdampftes Kühlmittel steht, und dme kondensierte verdichtete Kühlmittel wird durch zwei Ventile 8 in der Hauptleitung 7 und der Äebenleitung TB, die durch den Temperaturfühler 13 über zwei Leitungen 25 gesteuert werden, zwischen der Hauptleitung 7 und der Nebenleitung 7B verteilt. Alternativ können die Ventile 8 oder die Ventile 10 natürlich auch von Hand betätigt werden. Die Ventile 8 regeln also die Menge an verdichtetem flüssigem Kühlmittel! die durch die WärmeauBtauschzone 6 bzw. direkt durch das Entspannungsventil zu der Verdampferschlange 4 strömt.

Zwei Ventile 17 und 18 regeln die Strömung des verdampften Kühlmittels in den parallelen Zweigen 19 und 20 der Leitung 9. Diese Ventile können übliche Ventile, wie Solenoidventile, die die Strömung in dem einen Zweig unterbrechen und die Gesamtmenge des entspannten Kühlmittels durch den anderen Zweig strömen lasseh« sein. Alternativ und vorzugsweise wird ein Verteilerventil 16 verwendet, das einen geringeren oder größeren Anteil des verdampften Kühlmittels durch den Zweig

19 bzw. 20 oder beide strömen läßt, so daß die Verteilung des verdampften Kühlmittels zwischen beiden Zweigen 19 und

20 modifiziert werden kann. '

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Die Ventilpaare 8 und 10 können zusammen mit dem Ventil 16 oder den Ventilen 17 und 18 so betätigt werden, daß das gesamte dem Kompressor zuströmende verdampfte Kühlmittel durch einen der Zweige 19 und 20 der Leitung 9 oder in irgendeinem Mengenverhältnis. im Wärmeaustausch mit dem durch die Wärmeaustauschzonen 6 und 21 strömenden verdichteten Kühlmittel strömt. D.h. wenn der Temperaturfühler 13 eine erhöhte Temperatur in dem den Verdampfer 4 umgebenden Kühlraum 14 anzeigt, werden über einen Regler 12 die Ventilpaare 8 und 10 und bzw. oder das Ventil 16 oder statt des Ventils 16 das Ventilpaar 17 und 18, wenn ein solches vorgesehen ist» über die Leitungen 15» 23 und 25, die die Ventile mit dem Regler 12 verbinden» so betätigt» daß die durch die Wärmeaustauschzone 6 strömende Menge an entspanntem gasförmigem Kühlmittel erhöht wird. Wenn der kalte entspannte Kühlmitteldampf in dem Zweig 19 in indirektem Wärmeaustausch mit dem wärmeren kondensierten verdichteten Kühlmittel» das über die Nebenleitung 7B durch die Wärmeaustauschzone 6 strömt» geführt wird» wird das Kondensat gekühlt» bevor es expandiert wird» und seine Kühlkapazität bei der Expansion wird erhöht» so daß der erhöhte Kühlbedarf gedeckt wird. Wenn der kalte expandierte Kühlmitteldampf durch den Zweig 20 der Leitung 9 in indirektem Wärmeaustausch mit dem warmen KÜhlmitteldampf» der vom Auslaßende des Kompressors 1 austritt und über die Nebenleitung 7A durch die Wärmeaustauschzone 21 strömt, geführt wird» so wird der wärme Dampf etwas vorgekühlt, bevor er kondensiert und anschließend verdampft wird. Die verhältnismäßig stark kompensierende Wirkung des erhöhten Volumens des weiter entspannten) KUhlmitteldarapfes in dem Kompressor bedingt zwar» daß weniger Kühlmittel durch den Kreislauf pcepumpt wird und damit eine Verringerung der

erzielt wird.
Kühlkapazität>nDbwohl die Ttmperatur und damit das Volumen des Kühlmitteldampfes nach dem indirekten Wärmeaustausch mitdem verdichteten kondensierten Kühlmittel erhöht ist, wird aber die Wirkung der Änderung des Volumens des verdampften Kühlmittels durch die Erhöhung der Verdampferkapazität_x die sich aus der niedrigeren Temperatur ctes Kondensats ergibt.

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mehr als aufgewogen. Die extremsten Kapazitäten können also dann erzielt werden, wenn nur eine Wärmeaustauschzone unter Ausschluß der anderen verwendet wird. Bei Verwendung der Wärmeaustausohzone 6 allein wird die maximale Kapazität des Systems erreicht« well dadurch der maximale regenerative Wärmeaustausch zwischen dom verdampften und dem komprimierten Kühlmittel erzielt wird. Ein sinkender Kühlbedarf, der an einer niedrigeren Temperatur im Kühlraum erkennbar ist, führt zu einer Unterbrechung der Strömung des verdampften Kühlmittels durch die Wärmeaustausohzone 6 oder einer Modifikation dieser Strömung, so daß die Vorkühlung des verdichteten kondensierten Kühlmittels verringert oder vermieden und damit die Kühlkapazität des Kühlmittels bis auf den Mindestwert gesenkt wird, wodurch auch die Gesamtkühlkapazität der Anlage sinkt. Je größer die Menge an dem verdampften Kühlmittel, die statt durch die Wärmeaustauschzone 6 duroh die Wärmeaustauschzone 21 geführt wird, ist, desto niedriger 1st die Kühlkapazität des Systems, wie oben erläutert.

Die Wärmeaustauschzone 21 dient, wenn sie allein oder zusammen mit der Wärmeaustauschzone 6 verwendet wird, einem doppelten Zweck, D.h. sie dient nicht nur dem Senken der Kapazität, wie oben beschrieben« sondern die Wärme, die von dem warmen verdichteten Kühlmitteldampf in der Nebenleitung 7A an das über den Zweig 20 für expandiertes Kühlmittel dem Kompressor zuströmende Kühlmittel abgegeben wird, hält das entspannte Kühlmittel im Dampfzustand und verhindert damit das Stagnieren von Flüssigkeit in dem Kompressor. Wenn beide Wärmeaustauschzonen verwendet werden und entsprechend einem erhöhten Kühlbedarf, ein erhöhter Anteil des verdampften (oder entspannten) Kühlmittels durch die Wärmeaustauschzone 6 geleitet wird, so dient die Wärmeaustausohzone 21 als ein Mittel zur Verhinderung des Stagnierens von Flüssigkeit. Wenn weder die Wärmeaustauschzone 6 noch die Wärmeaustauschzone 21 verwendet wird, 1st es erwünscht, dafür zu sorgen, daß dem dem Kompressor zuströmenden Kühlmittel zusätzlich Wärme zugeführt wird, um das Stagnieren von Flüssigkeit

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zu verhindern. FUr diesen Zweck kann irgendeine zur Verfugung stehende Hllfswärmequelle verwendet werden. Beispiele dafür sind: die Luft der Umgebung· Kondenswasser, eine elektrische Heizvorrichtung usw. .Die Verwendung solcher Mittel zum Verhindern des Stagnierens von Flüssigkeit bedingt natürlich einen wenn auch geringen Verlust an KUhlkapazität der Anlage.

Der Regler 12 kann elektrisch oder durch Druck betätigt werden, und entsprechend können die Leitungen 15» 2j5 und 25 elektrische oder Druckleitungen sein, je nachdem, welche Art Regelung gewählt wird. In einem bestimmten Fall kann je nach den Anforderungen der Anlage Irgendeine dieser Leitungen entaktiviert und die Ventilpaare 8 und 10 und das Ventil 16 oder die Ventilpaare 17 und 18 können im Voraus eingestellt werden, so daß die Kühlmittels tr ömung durch die' Wärmeaustauscherzonen 6 und 21 vorbestimmt ist. Der Fühler 13 kann irgendeine einer ganzen Anzahl üblicher thermostat!- soher Regelvorrichtungen, die auf Temperaturänderungen ansprechen, wie eine Thermometerkugel, ein Bimetallstreifen oder dgl., sein.

In einem als Beispiel gewählten Kühlmittelkreislauf gemäß der Erfindung verdichtet der Kompressor 1 verhältnismäßig warmes gasförmiges Kühlmittel aus der Leitung 7 für verdichtetes Kühlmittel und gibt es direkt an den Kondensator 2, unter Umgehung der Wärmeaustauschzone 21, ab. Der Kondensator 2 dient dazu, das Gas zu kühlen und es seine latente Verdampfungswärme unter hohem Druck abgeben zu lassen. Unter solchen Bedingungen wird das Gas in eine Flüssigkeit überführt, die in dem Sammler 3 gesammelt wird. Das verdichtete kondensierte Kühlmittel strömt dann durch daa Ventilpaar 8 entweder direkt durch Leitung 7 oder auf dem Umweg über Leitung TB zu dem Verdampfer 4, der unter vermindertem Druck steht, wobei es auf dem letzteren Weg die Wärmeaustauschzone 6 durchströmt. In dem Verdampfer wird das Kondensat verdampft und absorbiert dabei Wärme von dem umgebenden

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^; Medium 14, das dadurch gekühlt wird· Die Strömung des verdichteten kondensierten Kühlmittels zu dem Verdampfer 4 wird durch das thermische Expansion ventil 5 geregelt. Dieses Ventil 1st mit dem Flüssigkeitsbehälter des Temperaturfühlers 11 am Auslaß des Verdampfere verbunden. Wenn dieser Fühler erwärmt wird, so wird durch die Ausdehnung der darin enthaltenen Flüssigkeit eine damit verbundene Membran (in der Zeichnung nicht gezeigt) und durch diese Über die elektrische- oder Druckleitung 26 eine in dem Ventil angeordnete Expansionsventilnadel bewegt, so dafi die Kühlschlangen des Verdampfers eich stärker auffüllen und damit wirksamer kühlen können. Damit sinkt die Temperatur in der Leitung 9 für das entspannte Kühlmittel, dem der Temperaturfühler 11 zugeordnet ist, und der Druck in dem Fühler sinkt, well das Kühlmittel den Druck auf die Membran senkt* wodurch die Nadel des Entspannungsventile so bewegt wird/ daß die Strömung des Kühlmittels zu den Kühlschlangen wieder verringert wird. Die oben beschriebene Regelvorrichtung 12, die der Regelung der Strömung des verdampften Kühlmittels, naohdem es aus den Kühlschlangen in dem Verdampfer h ausgetreten ist, durch die Leitung 9 für entspanntes Kühlmittel, die sich bei 16 verzweigt, so daß das verdampfte Kühlmittel auf verschiedenen Wegen zu dem Kompressor strömen kann, dienen. Auf einem Weg wird das verdampfte Kühlmittel durch den Zweig 19 und in Wärmeaustausch mit der Schlange 24 der Wärmeauetaueahzone 6 geführt. Auf dem anderen Weg wird das verdampfte Kühlmittel direkt unter Umgehung der Wärmeauetausohzone 6 zu dem kompressor geführt. Gewünschtenfalls kann der zweite Weg mit einer HilfswHrmequelle ausgestattet sein, wie oben beschrieben« um zu verhindern, daß sich Flüssigkeit in dem Kompressor sammelt. Die Zweige 19 und 20 der Leitung 9 für entspanntes Kühlmittel können natürlich über getrennte Ansaugleitungen mit dem Kompressor verbunden sein. Vorteilhafter ist es Jedoch,wie in der Zeichnung gezeigt, beide Zweige sich an einer Stelle nach den Wärmeaustauschzonen 6 oder 21 wieder vereinigen zu lassen.

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Gemäß dieser AusfUhrungsform der Erfindung wird, wenn die Temperatur in dem Kühlraum 14 steigt, was einen erhöhten KUhlbedarf anzeigt, Über den Temperaturfühler 15 der Regler 12 in Betrieb gesetzt, so daß das Ventil 16 betätigt wird, derart, daß das verdampfte Kühlmittel durch den Zweig 19 und die Wärmeaustauschzone 6 strömen kann, und aas Ventilpaar 8, derart, dad das verdichtete kondensierte Kühlmittel durch die Leitung 7B und die Wärmeaustauschzone 6 strömen kann. Gleichzeitig wird durch den Regler 12 das Ventilpaar 10 betätigt, so daß die Strömung des verdichteten Kühlmittels durch die Nebenleitung 7A und die Wärmeaustauschzone 21 verringert oder unterbrochen wird. Das verhältnismäßig kalte verdampfte Kühlmittel in dem Zweig 19 absorbiert Wärme von dem verhältnismäßig warmen verdiohteten kondensierten Kühlmittel in der Schlange 24. Das derart vorgekUhlte verdichtete kondensierte Kühlmittel hat daher eine erhöhte Kapazität zur Aufnahme von Wärme von dem Kühlraum 14, wenn es durch die Kühlschlangen in dem Verdampfer 4 strömt. Wenn die Temperatur in dem Kühlraum 14 sinkt, was einen verringerten KUhlbedarf anzeigt, so wird die oben beschriebene Folge von Vorgängen ausgelöst mit der Abweichung, daß das Ventil 16 derart betätigt wird, daß verdampftee Kühlmittel unter Umgehung der Wärmeaustausohzone 6 durch den Zweig 20 geführt wird und das Ventilpaar 8 derart betätigt wird, daß das verdichtete kondensierte Kühlmittel unter Umgehung der Nebenleitung TB und der Wärmeaustausohzone 6 direkt zu dem Verdampfer geführt wird. Dadurch wird die Vorkühlung des dem Verdampfer zugeführten verdichteten kondensierten Kühlmittels verringert und die Kühlkapazität der Anlage gesenkt. Das Gesamtergebnis ist, daß die Kühlkapazität der Anlage sich parallel mit dem Kühlbedarf ändert.

Damit eine Substanz sich als Kühlmittel eignet, muß sie

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einen niedrigen Siedepunkt haben und beim übergang von dem flüssigen in den Gaszustand möglichst viel Wärme Je Gewichtseinheit absorbieren. Außerdem soll das spezifische Volumen des Gases möglichst klein sein, damit die Anlage verhältnismäßig klein gehalten werden kann. Ein ideales Kühlmittel soll zudem nicht-entzündlich, stabil, ungiftig, nicht-korrodierend, nicht-explosiv und unsohädllch für die in der Anlage verwendeten Schmiermittel sein. In den Kühlanlagen gemäß der Erfindung soll das verwendete Kühlmittel noch eine weitere thermodyniunisohe Eigenschaft haben: das Verhältnis der spezifischen Wärme seines Dampfes zu seiner latenten Verdampfungswärme soll hoch sein. Es wurde gefunden, daß GENETRON-115 (Chlorpentafluoräthan) alle diese Eigenschaften besitzt. Es hat einen Siedepunkt von -38*7% ist sehr stabil, inert, nicht- entzündlich, offensichtlich ungiftig und nicht-korrodierend,, und außerdem ist seine KUhlkapazität im Zusammenhang mit Änderungen des KUhlbedarfs in einem weiten Bereich Veränderlich, wenn die hler beschriebenen Wärmeaustauschmittel verwendet werden.

Es können aber auch andere Kühlmittel, die die oben beschriebenen Eigenschaften haben, verwendet werden. Eine Klasse von Verbindungen, innerhalb der geeignete Kühlmittel zu finden sind, sind die halogenieren Kohlenwasserstoffe mit einem oder mehreren Fluor- oder Chloratomen. Beispiele für Verbindungen dieser Klasse, die sich für eine Verwendung in den Kühlanlagen gemäß der.Erfindung eignen, sind Ootafluoroyclobutan, Perfluorpropan und Chlorperfluorpropan. Kühlmittel, die dieser Klasse von Verbindungen nicht angehören, können leicht ausfindig gemacht werden, wenn die thermodynamlsohen Werte verschiedener Substanzen geprüft werden. Ein Beispiel für eine solche Verbindung ist Schwefelhexafluorid.

Die überlegene Eignung von GENETRON-115 oder anderen Kühlmitteln mit entsprechenden Eigenschaften für eine Verwendung

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in den Kühlanlagen der Erfindung» verglichen mit den gewöhnlichen Kühlmitteln, ergibt sich aus einem Vergleich der Beispiele 1 und 2 mit den Beispielen 3-6:

Beispiel 1 »

Eine der obigen AusfUhrungaform entsprechend» Kühlanlage wird zusammengefügt. Jedoch wird das gesamte verdampfte Kühlmittel (Sauggas) durch den Zweig 19 geführt* so daß es in indirekten Wärmeaustausch mit dem duroh die Schlange 24 der Wärmeaustauschzone 6 strömenden Kühlmittelkondensat kommt (siehe Figur 2). Als Kühlmittel wird QENETRON-115 (Ghlorpentafluoräthan) in einem 4°/C Kondensations/-29^CC-Verdampfungszyklus verwendet. Die Wärmeaustauschzone 6 ist so bemessen, daß die Temperaturen der austretenden Flüssigkeit und des austretenden Dampfes sich auf 6⁰C annähern können* Dieses System kommt bei einer Sauggastemperatur von 18⁰C und einer KUhlmlttelkondensattemperatur von 22⁶C ins Gleichgewicht. Unter diesen Bedingungen ist das spezifische Volumen des Saugdampfes 0,0965 ra-Vkg. Die Kühlwirkung je kg Kühlmittel 1st 15,5 kcal/h. Bei Verwendung eines !Compressors mit einer Pumpwirkung von 0,028 nP/rain. ergibt das eine Strömung von 17,4 kg/h und eine Kühlkapazität von 282 kgA- Dieser Wert stellt die unter den angegebenen Bedingungen erreichbare höchste Kapazität dar.

Beispiel 2

Die Kühlanlage ist die gleiche wie die von Beispiel 1. Jedoch wird das gesamte verdampfte Kühlmittel (Sauggas) durch den Zweig 20 geführt, so daß es in indirekten Wärmeaustausch mit dem duroh die Schlange 22 der Wärmeaustauschzone 21 strömenden verdichteten Kühlmittel kommt (s. Flg. 2). Der verhältnismäßig wärme verdichtete KUhI-mitteldampf gibt Wärme an den verhältnismäßig kalten Saugdampf ab. Diese Wärme kann entweder spürbare Wärme oder latente Wärme sein, je nachdem, welche Menge an Wärmeübersohuß vorhanden 1st. Die Wärmeaustausohzone 21 1st so be-

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neeaen» daß die gleiche Sauggastemperatur trie zuvor beibehalten werden kann (+18¹C) und das spezifische Volumen des Saugdaapfes daher ebenfalls das gleiche wie zuvor, d.h. 0,0965 »r/kg ist« Obwohl die Komp*°essorpumpe wie zuvor 17** kg/h urapumpt, beträgt die K*_.!wirkung je kg Kühlmittel jetzt nur 8,56 koal/h. Das bedeutet eine 47#-ige Verringerung der Kapazität gegenüber Beispiel 1 und stellt die unter den angegebenen Bedingungen erzielbare Mindestkapazität dar.

Bei mittlerem KUhlbedarf arbeitet der Temperaturfühler 12 so, daß die Strömung zwischen den Wärmeaustauschzonen 6 und 21 (oder zwischen der Wänneaustausohzone 6 und keiner WMraeaustau80h8one) bo verteilt wirdj daß entweder stärker oder eohwäoher gekühlt wird, bis eich ein Gleichgewicht eingeh stellt hat. Zwischen der maximalen und der minimalen Kapazität ist eine unendliche Anzahl von Zwisoheneinstellungen ■öglieh.

Beispiel 3

Die Kühlanlage 1st die gleiche wie in Beispiel 1, Jedoch wird als Kühlmittel Monochlordifluormethan verwendet. Mit des 49^-Kondensations/-29^dC-Verdaaipfung8zykluß wird bei der Teeperaturangleichung in der Wänneaustausohzone bis auf 6k ein Ansauggas alt einer Temperatur von 22⁰C erhalten. Um bei Ausnutzung des Wärmeaustausches in der Zone 6 eine KUhI-kapazltät von 282 koal/h zu erzielen, ist ein Kompressor mit einer Pumpwirkung von 0,0201 rnvtnin. erforderlich.

Beispiel 4

Die Kühlanlage ist gleich der von Beispiel 3. Jedoch wird das gesamte verdampfte Kühlmittel (Sauggas) durch die Wärmeauatausohzone 21 geführt. Die Kapazität der Anlage wird auf 250 kcal/h, d.h. um nur 1856 gegenüber der maximalen Kapazität gesenkt.

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Beispiel 5

Die Kühlanlage ist die gleiche wie in Beispiel ?. Jedoch wird als Kühlmittel Dichlordifluormethan verwendet. Mit dem 49^C-Kondensatlons-/-29^C-Verdampt^xungszyklus wird durch die Temperaturangleichung bis auf. 6⁰C in der Wärmeaustauschzone ein Sauggas mit einer. Temperatur von 17⁹C erhalten. Um bei Ausnutzung der Wärraeaustauschzone 6 eine KUhlkapazität von 282 kcal/h zu erzielen« 1st ein Kompressor mit einer Pumpkapazität von 0,0306 nr/min. erforderlich.

Beispiel 6

Die Kühlanlage ist die gleiche wie in Beispiel 5. Jedoch wird das gesamte verdampfte Kühlmittel (Sauggas) durch die Wärmeaustauschzone 21 geführt. Die Kapazität der Anlage wird auf 201 kcal/h» d.h. um nu** 23% gegenüber dem Maximum

gesenkt.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Kühlanlage mit veränderlicher Kühlkapazität, die einen Kompressor (1), einen Verdampfer (4), eine Leitung für verdichtetes Kühlmittel (7) mit einem Kondensator (2), einer Nebenleitung für dampfförmiges verdichtetes Kühlmittel (7A) und einer Nebenleitung für kondensiertes verdichtetes Kühlmittel (7B), die den Kompressor (1) mit dem Verdampfer (4) verbindet, und eine Leitung für verdampftes Kühlmittel (9), die den Verdampfer (4) mit dem Kompressor (1) verbindet, aufweist, wobei Kompressor (1), Kondensator (2) und Verdampfer (4) so miteinander verbunden sind, daß ein Kühlmittelkreislauf ermöglicht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (9) für das verdampfte Kühlmittel in zwei parallele Zweige (19,20) aufgespalten ist, von denen wenigstens einer im Wärmeaustausch mit einem Teil der Leitung (7B) für das verdichtete Kühlmittelkondensat verläuft, sowie dadurch, daß Ventile (16,17,18) so angeordnet sind, daß sie die Verteilung des verdampften Kühlmittels zwischen den parallelen Zweigen (19*20) der Leitung (9) für das verdampfte Kühlmittel in Abhängigkeit von Temperaturänderungen in einem den Verdampfer umgebenden Kühlraum regeln.

   2. Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Kühlmittel ein Kühlmittel mit entsprechend der Änderung des Kühlbedarfs in einem weiten Bereich veränderlicher Kapazität enthält.

   J5. Kühlanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Kühlmittel einen halogenierten Kohlenwasserstoff mit einem oder mehreren Fluor- und bzw. oder Chloratomen enthält.

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   4. Kühlanlage nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Kühlmittel Monochlorpentafluoräthan enthält.

   5. Verfahren zur Erzeugung einer veränderlichen Kapazität in einer Kühlanlage, daduioh gekennzeichnet, daß man ein Kühlmittel, dessen Kühlkapazität in Abhängigkeit von dem KUhlbedarf in einem weiten Bereich variieren kann» in einem geschlossenen Kreislauf mit einem Kompressor (1), einem Verdampfer (4), einer Leitung für verdiohtetes Kühlmittel (7) mit einem Kondensator (2), einer Nebenleifcung für dampfförmiges verdiohtetes Kühlmittel (7A) und einer Nebenleitung für kondensiertes verdichtetes Kühlmittel (73), die den Kompressor (1) mit dem Verdampfer (4) verbindet, und einer Leitung für verdampftes Kühlmittel (9), die den Verdampfer (4) mit dem Kompressor (1) verbindet und sich zwischen Verdampfer und Kompressor verzweigt, umlaufen läßt, wobei man das verdampfte Kühlmittel zwischen den Zweigen (19*20) dieser Leitung aufteilt, derart, daß der eine Teil im Wärmeaustausch mit der Nebenleitung (7B) für kondensiertes verdichtetes Kühlmittel geführt wird, und diese Aufteilung des verdampften Kühlmittels in Abhängigkeit von Temperaturänderungen in dem den Verdampfer (4) umgebenden Kühlraum (14) derart regelt, daß ein größerer Anteil durch den Zweig (19) in Wärmeaustausch mit dem kondensierten verdichteten Kühlmittel (7B) geführt wird, wenn die Temperatur in dem den Verdampfer umgebenden Kühlraum steigt, was einen erhöhten Kühlbedarf anzeigt, und ein geringerer Anteil durch den Zweig (19) in Wärmeaustausch mit kondensiertem verdichtetem Kühlmittel (7B) geführt wird, wenn die Temperatur in dem den Verdampfer umgebenden Kühlraum sinkt, was einen verringerten Kühlbedarf anzeigt.

   6. Verfahren nach Anspruch 5» daöuroh gekenn zeichnet, daß als Kühlmittel ein halogenierter Kohlenwasserstoff verwendet wird.

   909843/CU68

   - 19 - H76691

   7. Verfahren naoh Anspruoh 6, dadurch gekenn zeichnet, daß ale Kühlmittel Monochlorpentafluoräthan verwendet wird.

   9 0 9 8*3/0468