DE1501175C3 - Kühlanlage mit einem dem Verdampfer vorgeschalteten Drosselventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlanlage mit einem dem Verdampfer vorgeschalteten Drosselventil, das in Abhängigkeit von Druck- und Temperaturänderungen des Kältemittels am Ausgang des Verflüssigers derart gesteuert wird, daß bei einer Erhöhung des Kältemitteldrucks und einer Erniedrigung der Kältemitteltemperatur das Drosselventil öffnet, und umgekehrt.

In dem älteren deutschen Patent 1 501 172 ist eine Klimaanlage dieser Art vorgeschlagen, bei der das Drosselventil derart geregelt ist, daß es den Verdampfer mit flüssigem Kältemittel vom Verflüssiger ständig in dem Maße beschickt, in dem flüssiges Kältemittel im Verdampfer und in einem im Speicher der Klimaanlage untergebrachten Wärmeaustauscher zusammengenommen verdampft wird. Das hierzu erforderliche druckabhängige Drosselventil muß für große Kühlanlagen erhebliche Abmessungen haben. Dies führt zu Herstellungsschwierigkeiten; derart große Ventile sind nicht handelsüblich und müssen in Sonderanfertigung bestellt werden.

Aus der USA.-Patentschrift 2 571 625 ist ein Drosselventil für eine Kühlanlage bekannt, das von einem Steuerventil mittels eines Betätigungsdruckmittels gesteuert wird. Das Steuerventil spricht auf Druck- und Temperaturänderungen des Kältemittels am Verdampferausgang derart an, daß bei einer Erhöhung des Kältemitteldruckes und einer Erniedrigung der

ίο Kältemitteltemperatur das Drosselventil schließt und umgekehrt. Diese Einrichtung ist für trockene Verdampfer geeignet, bei denen das Kältemittel bereits als überhitzer Dampf den Verdampfer verläßt. Das gesteuerte Drosselventil soll gerade dazu dienen, das Eindringen von flüssigen Kältemittelresten in den Verdichter zu verhindern. Im vorliegenden Falle handelt es sich dagegen um einen nassen Verdampfer, bei dem der Rückfluß flüssigen Kältemittels in den Kompressor auf anderem Wege, nämlich durch einen zwischengeschalteten Sammelbehälter mit Wärmeaustauscher verhindert wird.

Die Erfindung hat die Aufgabe, die Kühlanlage nach der erwähnten älteren Patentanmeldung so weiterzuentwickeln, daß sie auch bei großen Leistungen ein verhältnismäßig kleines gesteuertes Drosselventil erfordert, das billig herzustellen und einzubauen ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß das Drosselventil von einem (wie erwähnt, an sich bekannten) das Drosselventil mit einem Betätigungsdruckmittel beaufschlagenden Steuerventil gesteuert, das seinerseits auf die Druck- und Temperaturänderungen des Kältemittels am Ausgang des Verflüssigers anspricht.

Vorzugsweise ist dem Steuerventil ein normalerweise geschlossenes Pilotventil parallel geschaltet, das bei einem bestimmten Druckabfall des Kältemittels am Auslaß des Verdampfers sich öffnet, um ein Verarmen des Verdampfers bei sehr niedrigen Außentemperaturen zu verhindern. Ferner kann dem Steuerventil in der Betätigungsdruckleitung ein normalerweise geöffnetes Pilotventil vorgeschaltet sein, das sich bei einem bestimmten Druckanstieg des Kältemittels am Auslaß des Verdampfers schließt, um so eine Überlastung oder eine selbsttätige Abschaltung des Kompressors beim Anlaufen der Kühlanlage unter hoher Umgebungstemperatur zu verhindern.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beschrieben. Hierin sind

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kühlanlage,

F i g. 2 eine Schnittdarstellung des vom Verdampfer gesteuerten Pilotventils in F i g. 1,
F i g. 3 eine Schnittdarstellung des vom Verflüssiger betätigten Steuerventils in F i g. 1 und

F i g. 4 eine Schnittdarstellung des Hauptdrosselventils in Fig. 1.

Gemäß F i g. 1 ist der in bekannter Weise hermetisch geschlossene Kältemittelkompressor C mit gekapseltem Elektromotor CM über eine Druckgasleitung 10 mit dem einen Ende der Verflüssigerschlange 11 verbunden. Das andere Ende des Verflüssigers ist über eine Druckflüssigkeitsleitung 12 und einen im Sammler 13 untergebrachten Wärmetauscher (nicht dargestellt) mit dem Einlaß des Hauptdrosselventils 14 verbunden, dessen Auslaß über das Rohr 15 mit dem Einlaß eines Verdampfers 16 verbunden ist, von dessen Auslaß ein Rohr 17

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zum Dom des Sammlers 13 führt. Der Sammler 13, ten T und die Adern 67 und 68 an die Netzleitungen

dessen Aufbau im einzelnen bekannt ist, steht über L1 und L 2 angeschlossen,

ein Saugrohr 18 mit der Saugseite des Kompressors C ...

in Verbindung. Arbeitsweise

Die Hochdruckleitung 12 ist ferner an einer Stelle 5 Wenn die am Thermostaten T eingestellte Kühlzwischen dem Sammler 13 und dem Drosselventil 14 guttemperatur überschritten wird, schließt der Thermit einem Rohr 20 verbunden, das über ein Ventil mostat den Schalter TS, wodurch der Motorstarter 21 zu den Einlassen eines Steuerventils 22 und eines MS anzieht. Er schließt seine Kontakte S1 und S 2. Pilotventils 23 führt. Die Auslässe der Ventile 22 Infolgedessen läuft der Kompressormotor CM an, und 23 sind über ein Rohr 24 und ein Magnetventil io und gleichzeitig kommt der Magnet 65 unter Strom 25 mit der Oberseite der Schieberkammer 26 des und öffnet das Ventil 25. Der Kompressor C liefert Drosselventils 14 verbunden. Druckgas über die Leitung 10 zum Verflüssiger 11.

Das Pilotventil 23 besitzt eine Membrankammer Das verflüssigte Kältemittel strömt vom Verflüssiger

30, in der eine Membran 31 (F i g. 2) ausgespannt ist. 11 durch das Rohr 12 und den Wärmetauscher im

Das Abteil der Kammer 30 unterhalb der Membran 15 Sammler 13 zum Drosselventil 14, das die in den

31 ist über ein Kapillarrohr 32 mit dem Rohr 17 ver- Verdampfer 16 gelangende Kältemittelmenge be-

bunden. Zwischen Einlaß und Auslaß des Ventils 23 stimmt. Das dort verdampfte Kältemittel und das

befindet sich eine Scheidewand mit einem Ventilsitz nicht verdampfte flüssige Kältemittel strömen aus

35. Ein Ventilkörper 36 unterhalb des Ventilsitzes 35 dem Verdampfer 16 durch das Rohr 17 in den

ist über eine Ventilspindel 37 mit der Membran 31 ao Sammler 13, wo sich das Gas von der Flüssigkeit

verbunden, während eine zwischen der Membran 31 trennt und allein über das Saugrohr 18 in den Kom-

und der Oberseite der Kammer 30 befindliche pressor C zurückströmt.

Schraubenfeder 38 den Ventilkörper 36 zu öffnen Das Ventil 21 ist so eingestellt, daß es im Normalsucht, betrieb offen ist, so daß flüssiges Kältemittel aus dem

Das Ventil 21 ist in gleicher Weise wie das Ventil "5 Rohr 12 zu den Einlassen der Steuerventile 22 und

23 aufgebaut, jedoch ist es auf Schließung bei einem 23 gelangen kann. Die Einstellung des Ventils 21 ist

anderen Druck eingestellt. Die eine Seite seiner so getroffen, daß es zu schließen beginnt,. wenn der

Membrankammer 39 ist über ein Kapillarrohr 40 mit Druck am Ausgang des Verdampfers 16 einen be-

dem Rohr 32 verbunden. stimmten Wert, z. B. 5,7 Atm., übersteigt.

Das Steuerventil 22 besitzt eine Membrankammer 30 Das Pilotventil 23 ist im Normalbetrieb, wenn der

41 mit einer Membran 42 und eine Scheidewand 43 Verdampferdruck normal ist, geschlossen und öffnet

mit einem Ventilsitz 44 zwischen Einlaß und Auslaß. sich nur, wenn der Verdampfer 16 an Kältemittel zu

Ein Ventilkörper 45 oberhalb des Ventilsitzes 44 ist verarmen beginnt.

über eine Ventilspindel 46 mit der Membran 42 ver- Im Normalbetrieb stellt das Steuerventil 22 das

bunden. Eine die Spindel 46 umgebende Schrauben- 35 Drosselventil 14 so ein, daß es dem Verdampfer 16

feder 47, die zwischen der unteren Wand der Kam- das Kältemittel in gleicher Menge zuführt, in welcher

mer 41 und der Oberseite des Ventilkörpers 45 ein- es im Verflüssiger 11 kondensiert wird, wobei eine

gespannt ist, sucht das Ventil zu schließen. Der bestimmte Unterkühlung von z. B. — 12° C bei

Raum oberhalb der Membran 42 ist über ein Kapil- einer Verflüssigungstemperatur von 38° C auf-

larrohr 50 mit einer Thermometerkugel 51 verbun- 40 rechterhalten wird. Eine Temperaturzunahme des

den, die an einer Stelle zwischen dem Speicher 13 flüssigen Kältemittels im Rohr 12 wirkt über die

und dem Verflüssiger 11 in wärmeleitender Beruh- Thermometerkugel 51, das Kapillarrohr 50 und die

rung mit der Leitung 12 steht. Der Raum der Kam- Membran 42 des Ventils 22 auf den Ventilkörper 45,

mer 41 unterhalb der Membran 42 steht über ein Ka- so daß das Ventil 22 sich weiter schließt und der

pillarrohr 52 an einer Stelle in der Nähe der Thermo- 45 Flüssigkeitsdruck oberhalb des Schiebers 55 des

meterkugel 51 mit dem Inneren des Rohres 12 in Drosselventils 14 abnimmt, wodurch der Ventilkör-

Verbindung. per 58 sich stärker schließt und mehr flüssiges Kälte-

Wie F i g. 4 zeigt, ist in der Schieberkammer 25 mittel im Verflüssiger 11 zurückhält, wodurch die des Drosselventils 14 ein Kolbenschieber 55 ver- Drosselwirkung und damit die Unterkühlung der schiebbar. Die Scheidewand 56 trennt Einlaß und 50 Flüssigkeit verstärkt wird. Ein erhöhter Flüssigkeits-Auslaß des Drosselventils 14 und ist mit einem Ven- druck im Rohr 12 wirkt über das Kapillarrohr 52 tilsitz 57 versehen. Ein Ventilkörper 58 unterhalb und die Membran 42 auf den Ventilkörper 45 des des Ventilsitzes 57 ist über eine Spindel 59 mit dem Steuerventils 22 im Sinne einer öffnung desselben Schieber 55 verbunden und eine zwischen dem Ven- ein, wodurch der Flüssigkeitsdruck oberhalb des tilkörper 58 und dem Boden des Ventils 14 befind- 55 Steuerschiebers 55 erhöht und der Ventilkörper 58 liehe Schraubenfeder 60 sucht das Ventil 58 zu des Drosselventils 14 stärker geöffnet wird. Wenn schließen. Der Schieber 55 weist einen Druckaus- die Kondensationsgeschwindigkeit des Kältemittels im gleichskanal 61 auf. Verflüssiger 11 zunimmt und das Drosselventil 14

Gemäß F i g. 1 wird das Ventil 25 von einem Elek- hierfür nicht genügend offen ist, staut sich die Flüstromagneten 65 betätigt, der über Adern 66 und 69 60 sigkeit im Verflüssiger 11, bis der Druck so weit anmit der Netzleitung L 2 und über die Ader 70 und steigt oder die Temperatur so weit absinkt, daß das den Schaltkontakt S 2 des Starters MS mit der Netz- Steuerventil 22 das Drosselventil 14 stärker öffnet leitung L1 verbunden ist. Der Kompressormotor CM und umgekehrt. Ändert sich die Kondensationsgeist einerseits unmittelbar mit der Netzleitung L 1 und schwindigkeit, so stellt das Steuerventil 22 jeweils andererseits über den Schaltkontakt SL des Motor- 65 das Drosselventil 14 derart nach, daß das letztere das starters MS und die Ader 66 mit der Netzleitung L 2 Kältemittel dem Verdampfer 16 im gleichen Maße verbunden. Ferner ist die Betätigungswicklung des zuführt, in welchem es im Verflüssiger 11 konden-Starters MS über den Schalter TS des Thermosta- siert wird, was der Verdampfungsgeschwindigkeit im

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Verdampfer 16 und dem Sammler 13 entspricht, wo- nur, wenn die Wassertemperatur am Ausgang des

durch sich eine ständige Überfütterung des Ver- Wasserkühlers etwa 10° C beträgt. Infolgedessen ist

dampfers 16 mit flüssigem Kältemittel ergibt. der Kompressor anfangs stark überlastet und wird

Bei anomalen Betriebsbedingungen, z. B. sehr ständig durch seinen Überlastschalter oder Überniedrigen Außentemperaturen oder anderen Bedin- 5 druckschalter ausgeschaltet. Das Pilotventil 21 vergungen, die zu sehr niedrigen Kondensationsdrücken hindert das. Wenn der Verdampferdruck über 5,7 führen, kann es vorkommen, daß die Abkühlung des Atm. ansteigt, wird das Ventil 21 über das Kapillarflüssigen Kältemittels in der Umgebung des Thermo- rohr 40 teilweise geschlossen, wodurch die dem Steumeters 51 nicht ausreicht, um das Steuerventil 22 zu erventil 22 bzw. dem Pilotventil 23 zugeführte Flüseiner ausreichenden öffnung des Drosselventils 14 zu to sigkeitsmenge abnimmt und das Drosselventil 14 sich bringen, so daß der Verdampfer 16 fortschreitend an stärker schließt, so daß der Verdampfer verarmt und flüssigem Kältemittel verarmt. In solchen Fällen dadurch übermäßige Kältemitteldrücke und eine entspricht das Pilotventil 23 über das Kapillarrohr 32 sprechende Überlastung des Kompressormotors verauf den verringerten Kältemitteldruck im Rohr 17 mieden werden.

am Auslaß des Verdampfers 16 an, und infolge des 15 Stellt der Thermostat T eine ausreichende Tempe-

Druckabfalls unterhalb der Membran 31 des Ventils raturerniedrigung des Kühlgutes fest, so öffnet er sei-

23 kann die Feder 38 den Ventilkörper 36 öffnen, nen Schalter TS, wodurch der Motorstarter MS ab-

wodurch Druckflüssigkeit zur Oberseite des Steuer- fällt und durch öffnung der Kontakte 51 und S 2

Schiebers 55 gelangt, so daß das Drosselventil 14 sich den Kompressormotor CAi sowie den Elektroma-

ausreichend öffnet, um die Weiterversorgung des ao gneten 65 stromlos macht. Infolgedessen schließt sich

Verdampfers 16 mit Kältemittel zu sichern. das Ventil 25 in der Steuerleitung 24, so daß der

Die Druckausgleichsbohrung 61 im Steuerschieber Flüssigkeitsdruck oberhalb des Steuerschiebers 55 55 ermöglicht den Druckausgleich zwischen der aufhört und die Feder 60 den Ventilkörper 58 inOberseite des Steuerschiebers und dem Ventilauslaß folge der Ausgleichsbohrung schließen kann.
15, wodurch die Feder 60 den Ventilkörper 58 im as Da sich die Ventile 21, 22, 23 und 25 in der Flüs-Sinne einer Schließung des Ventils 14 verschieben sigkeitsdruckleitung für die Schieberkammer 26 des kann. Drosselventils 14 befinden, können sie verhältnismä-

Beim Einschalten der Kühlanlage können beson- ßig klein sein. Beispielsweise genügen zur Steuerung

dere Probleme auftreten. Wenn es sich z.B. um eine eines Drosselventils 14 mit einer Belastbarkeit von

Wasserkühlanlage handelt, die bei einer Außentem- 30 28,8 X 10⁶ kg-Cal Steuerventile mit einer Belastbar-

peratur von 40° C arbeiten muß, so beträgt die Aus- keit von 21,8 X 10⁴ kg-Cal.

gangstemperatur des zu kühlenden Wassers oft Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel 32° C und mehr. Das bedeutet, daß der Kompressor betraf eine nichtreversible Anlage mit Verflüssiger bei sehr hohen Ansaugdrücken und entsprechend ho- und Verdampfer. Die Erfindung kann aber auch bei hen Auslaßdrücken arbeiten muß, bis das Wasser auf 35 Wärmepumpen und anderen Anordnungen verweneine Temperatur unter 13° C abgekühlt ist. Der Ver- det werden, bei denen der Verdampfer als Wasserflüssiger ist zwar z.B. für den Betrieb bei einer oder Flüssigkeitskühler dient und/oder der Konden-Außentemperatur von etwa 46° C bemessen, aber sator flüssigkeitsgekühlt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Kühlanlage mit einem dem Verdampfer vorgeschalteten Drosselventil, das in Abhängigkeit von Druck- und Temperaturänderungen des Kältemittels am Ausgang des Verflüssigers derart gesteuert wird, daß bei einer Erhöhung des Kältemitteldrucks und einer Erniedrigung der Kältemitteltemperatur das Drosselventil öffnet, und umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselventil (14) von einem an sich bekannten, das Drosselventil mit einem Betätigungsdruckmittel beaufschlagenden Steuerventil (22) gesteuert ist, das seinerseits auf die Druck- und Temperaturänderungen des Kältemittels am Ausgang des Verflüssigers (11) anspricht.

2. Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuerventil (22) ein normalerweise geschlossenes Pilotventil (23) parallel geschaltet ist, das bei einem bestimmten Druckabfall des Kältemittels am Auslaß des Verdampfers (16) sich öffnet.

3. Kühlanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuerventil (22) in der Betätigungsdruckleitung (20) ein normalerweise geöffnetes Pilotventil (21) vorgeschaltet ist, das sich bei einem bestimmten Druckanstieg des Kältemittels am Auslaß des Verdampfers schließt.

4. Kühlanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein in der Betätigungsdruckleitung liegendes Absperrventil (25), das beim Abschalten des Kompressors geschlossen und beim Einschalten des Kompressors geöffnet wird.

5. Kühlanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß der Betätigungsdruckleitung (20) in Verbindung mit dem Kältemittelkreislauf steht.

6. Kühlanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsdruckleitung (20) zwischen dem Verflüssiger (11) und dem Drosselventil (14) an die Kältemittelleitung (12) angeschlossen ist.