DE1551292C - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern des Durchflusses von Kältemittel von der Hoch- zur Niederdruckseite einer Kältemaschine - Google Patents

Description

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abfluß flüssigen Kältemittels aus dem Behälter zur Niederdruckseite bei einer vorbestimmten Betriebslast der Maschine unterbrochen und eine ununterbrochene Verbindung zwischen der Hoch- und der Niederdruckseite hergestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer vorbestimmten geringen Druckdifferenz zwischen der Hoch- und der Niederdruckseite der Maschine flüssiges Kältemittel aus dem Behälter zur Niederdruckseite abgelassen und die Zufuhr flüssigen Kältemittels von der Hoch- zur Niederdruckseite gesperrt wird.

4. Steuervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Steuerkammer (31) mit einem auf den darin vorhandenen Kältemittelstand ansprechenden Schwimmer (34), eine in die Steuerkammer mündende Kältemittelzufuhrleitung (52), deren Einlaßende in der Hochdruckseite (3) stromaufwärts des Unterkühlers (13) in Höhe eines Flüssigkeitsstandes angeordnet ist, der der vorgegebenen Menge auf der Hochdruckseite angesammelten Kältemittels entspricht und bei dem der Unterkühler vollständig geflutet ist, ein in der Verbindungsleitung (47, 50) zwischen Unterkühler (13) und Niederdruckseite (5) angeordnetes, mit dem Schwimmer (34) gekoppeltes Dosierventil (41, 43), das den Kältemitteldurchsatz vom Unterkühler zur Niederdruckseite entsprechend dem Kältemittelstand in der Steuerkammer (31) reguliert, und eine die Steuerkammer mit der Niederdruckseite (5) verbindende Kältemittel-Ablaßleitung (54) mit einem geringeren Durchsatzvermögen als die Zufuhrleitung (52).

5. Steuervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckseite (3) der Maschine (1) über eine zweite Kältemittelzufuhrleitung (56) mit der Steuerkammer (17) verbunden ist, deren Einlaßöffnung auf der Hochdruckseite in einer tieferen Ebene als die erste Kältemittelzufuhrleitung (52) liegt, daß in der zweiten Kältemittelzufuhrleitung ein erstes Ventil (57) und in der Kältemittelablaßleitung (54) ein zweites Ventil (55) angeordnet ist, wobei unter normalen Betriebsbedingungen das erste Ventil (57) geschlossen und das zweite Ventil (55) geöffnet ist, während bei geringer Belastung in der Maschine das erste Ventil (57) geöffnet und gleichzeitig das zweite Ventil (55) geschlossen werden kann, so daß die Steuerkammer (17) geflutet, das Dosierventil (41, 43) geöffnet und gasförmiges Kältemittel der Niederdruckseite zuführbar ist.

6. Steuervorrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Kältemittelzufuhrleitung (52) ein drittes Ventil (53) vorgesehen ist, das bei geringem Druckgefälle zwischen der Hoch- und Niederdruckseite (3 bzw. 5) der Maschine (1) bei geschlossenem erstem Ventil (57) geschlossen und gleichzeitig das zweite Ventil (55) zur Entleerung der Steuerkammer (17) und Schließen des Dosierventils (41,43) geöffnet wird, bis-das gewünschte Druckdifferential erreicht ist.

35 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern des Durchflusses eines von der Hochdruckseite einer Kältemaschine über einen Unterkühler zur Niederdruckseite strömenden Kältemittels sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist eine Kältemaschine bekannt, die zur Steuerung des Durchflusses eines Kältemittels von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite der Kältemaschine eine Steuerkammer zwischen Hoch- und Niederdruckseite aufweist, in der ein Schwimmerventil auf den darin vorhandenen Kältemittelstand anspricht und das Kältemittel entsprechend dem Kältemittelstand dosiert von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite führt, wobei diese Kammer eine mit der Hochdruckseite der Maschine in Verbindung stehende Kältemittelzufuhrleitung und eine mit der Niederdruckseite in Verbindung stehende Ablaßleitung aufweist.
Bei dieser bekannten Kältemaschine ist in der Verbindungsleitung zwischen -Kondensatorauslaß und Verdampfer ein Entspannungsventil vorgesehen, das nach Art einer Dampffalle arbeitet. Sobald sich an dem Ventil flüssiges Kältemittel ansammelt, hebt sich der mit dem Ventil verbundene Schwimmer und öffnet so selbsttätig das Ventil. Wenn an dem Ventil lediglich Kältemitteldampf vorhanden ist, bleibt es geschlossen. Bei dieser bekannten Einrichtung erfolgt die Durchflußsteuerung also in der Weise, daß sämtliches sich am Ventil ansammelndes flüssiges Kältemittel durchgelassen, ein Dampfdurchtritt durch das Ventil jedoch verhindert wird.

Einen Unterkühler weist diese bekannte Maschine nicht auf und, wie noch ersichtlich werden wird,

weicht das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung wesentlich von dieser bekannten Kältemaschine ab.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einer Kältemaschine mit einem dem Kondensator nachgeschalteten Unterkühler den Durchsatzfluß des Kältemittels von der Hoch- zur Niederdruckseite der Maschine so zu steuern, daß die Maschine, insbesondere der Unterkühler, unter allen Betriebsbedingungen mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad arbeitet.

Zur Lösung dieser Aufgabenstellung zeichnet sich das Verfahren gemäß der Erfindung dadurch aus, daß

a) das flüssige Kältemittel auf der Hochdruckseite stromaufwärts des Unterkühlers gesammelt wird; .

b) ein Teil des eine vorgegebene Menge übersteigenden angesammelten Kältemittels ständig in einem Behälter aufgefangen wird;

c) in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsstand im Behälter der Durchfluß flüssigen Kältemittels vom Unterkühler zur Niederdruckseite reguliert und dadurch die Menge des angesammelten Kältemittels verändert wird;

d) gleichzeitig mit der Zufuhr überschüssigen Kältemittels in den Behälter flüssiges Kältemittel ständig aus dem Behälter zur Niederdruckseite abgeführt wird, wobei der aus dem Behälter abgeführte Kältemittelmengenstrom auf einen Mittelwert des den Behälter während normaler Betriebsbedingungen zugeführten, von den Mengenänderungen des auf der Hochdruckseite angesammelten Kältemittels abhängigen Kältemittelstroms eingestellt wird.

Es dürfte klar sein, daß die bekannte Kältemaschine unbefriedigend arbeiten würde, wenn, wie dies beim Erfindungsgegenstand der Fall ist, das Kältemittel im Hinblick auf einen verbesserten Maschinenwirkungsgrad vor seiner Entspannung zunächst durch einen dem Kondensator nachgeschalteten Unterkühler geführt wird. ■■'■'.

Damit die Unterkühlung mit dem höchst möglichen Wirkungsgrad abläuft, ist es erforderlich, den Unterkühler während normaler Betriebszustände vollständig geflutet zu halten. Um den Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und den Kühlrohren des Unterkühlers zu verbessern, ist es weiterhin zweckmäßig, eine erzwungene Kältemittelströmung durch den Unterkühler aufrechtzuerhalten. Beide Forderungen lassen sich mit der bekannten Durchflußsteuerung nicht verwirklichen, da dort jegliches am Durchflußregelventil sich ansammelndes flüssiges Kältemittel sofort zur Niederdruckseite abgelassen wird.

Erfindungsgemäß hingegen wird das flüssige Kältemittel zunächst bis oberhalb des Unterkühlers gestaut und erst wenn das angesammelte Kältemittel einen vorgegebenen Flüssigkeitsstand, bei dem der Unterkühler vollständig geflutet ist, erreicht hat, beginnt die Kältemitteldurchflußsteuerung. Diese Durchflußsteuerung erfolgt erfindungsgemäß in Abhängigkeit von einem stromaufwärts des Unterkühlers herrschenden Betriebszustand, nämlich der sich oberhalb des vorgegebenen Flüssigkeitsstandes ansammelnden Kältemittelmenge. Um diesen Betriebszustand zu messen, wird ständig ein Teil des überschüssigen Kältemittels abgezweigt.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens, wobei auch bei geringer Belastung der Kältemaschine ein guter Wirkungsgrad aufrechterhalten bleibt, sieht vor, daß der Abfluß flüssigen Kältemittels aus dem Behälter zur Niederdruckseite bei einer vorbestimmten Betriebslast der Maschine unterbrochen und eine ununterbrochene Verbindung zwischen der Hoch- und der Niederdruckseite hergestellt wird.

Um auch bei abnormalen Betrieb, z.B. bei Anlassen der Kältemaschine, den Übergang zum normalen

to Betriebszustand zu beschleunigen, besteht ein weiteres Verfahrensmerkmal darin, daß bei einer vorbestimmten geringen Druckdifferenz zwischen der Hoch- und der Niederdruckseite der Maschine flüssiges Kältemittel aus dem Behälter zur Niederdruckseite abgelassen und die Zufuhr flüssigen Kältemittels von der Hoch- zur Niederdruckseite gesperrt wird.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Steuerkammer mit einem auf den darin vorhandenen Kältemittelstand ansprechenden Schwimmer, eine in die Steuerkammer mündende Kältemittelzufuhrleitung, deren Einlaßende in der Hochdruckseite stromaufwärts des Unterkühlers in Höhe eines Flüssigkeitsstandes angeordnet ist, der der vorgegebenen Menge auf der Hochdruckseite angesammelten Kältemittels entspricht und bei dem der Unterkühler vollständig geflutet ist, ein in der Verbindungsleitung zwischen Unterkühler und Niederdruckseite angeordnetes, mit dem Schwimmer gekoppeltes Dosierventil, das den Kältemitteldurchsatz vom Unterkühler zur Niederdruckseite entsprechend dem Kältemittelstand in der Steuerkammer reguliert und eine die Steuerkammer mit der Niederdruckseite verbindende Kältemittelablaßleitung mit einem geringeren Durchsatzvermögen als die Zufuhrleitung.

Zur Erzielung eines verbesserten Wirkungsgrades bei geringer Belastung der Kältemaschine sieht die Erfindung in vorteilhafter Weiterbildung der Vorrichtung vor, daß die Hochdruckseite der Maschine über eine zweite Kältemittelzufuhrleitung mit der Steuerkammer verbunden ist, deren Einlaßöffnung auf der Hochdruckseite in einer tieferen Ebene als die erste Kältemittelzufuhrleitung liegt, daß in der zweiten Kältemittelzufuhrleitung ein erstes Ventil und in der Kältemittelablaßleitung ein zweites Ventil angeordnet ist, wobei unter normalen Betriebsbedingungen das erste Ventil geschlossen und das zweite Ventil geöffnet ist, während bei geringer Belastung der Maschine das erste Ventil geöffnet und gleichzeitig das zweite Ventil geschlossen werden kann, so daß die Steuerkammer geflutet, das Dosierventil geöffnet und gasförmiges Kältemittel der Niederdruckseite zuführbar ist.

Um die Vorrichtung so zu gestalten, daß bei abnormalen Betriebsbedingungen, wie z. B. beim Anlassen der Maschine, ein schneller Übergang auf den Normalzustand erreicht wird, sieht die Erfindung vor, daß in der ersten Kältemittelzufuhrleitung ein drittes Ventil vorgesehen ist, das bei geringem Druckgefälle zwischen der Hoch- und Niederdruckseite der Maschine bei geschlossenem erstem Ventil geschlossen und gleichzeitig das zweite Ventil zur Entleerung der Steuerkammer und Schließen des Dosierventils geöffnet wird, bis das gewünschte Druckdifferential erreicht ist.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes soll nachfolgend an Hand der Zeichnungen beschrieben werden. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Kälte-

5 6

maschine mit der bevorzugten Ausführungsform der Kältemittelmenge im Kondensator ein Teil derselben Durchflußsteuervorrichtung für Kältemittel gemäß durch die Leitung 52 in das Schwimmerabteil 31 hinder Erfindung, einströmt. Eine sekundäre Kältemittelzufuhrleitung

F i g. 2 eine teilweise geschnittene und teilweise 56 stellt eine Verbindung zwischen dem Schwimmerschaubildliche Teildarstellung eines Abschnittes der 5 abteil 31 und der Hochdruckseite der Maschine her, Verdampferkondensatoreinheit, in der wichtige Ein- und zwar am Boden des Unterkühlers 13. In den Leizelheiten der Durchflußsteuereinrichtung gezeigt sind, tungen 52, 54 bzw. 56 sind jeweils Ventile 53, 55 und F i g. 3 eine perspektivische Darstellung der Ver- 57 vorgesehen.

dampferkondensatoreinheit teilweise im Schnitt zur Bei normalem Betrieb der Kältemittelsteuervor-

Darstellung von Teilen der Durchflußsteuereinrich- io richtung sind die Ventile 53 und 55 offen, und das tung. Ventil 57 ist geschlossen. Wenn sich im Kondensa-

Die Zeichnungen zeigen eine Kältemaschine 1 mit tor 3 ein Überfluß an flüssigem Kältemittel angesameinem Kondensator 3, einem Verdampfer 5 und einem melt hat, dann fließt ein Teil desselben durch die Lei-Motorkompressor 7. Der Verdampfer und der Kon- tung 52 in das Schwimmerabteil 31. Da die Kältemitdensator sind in einem Gehäuse 9 angeordnet und 15 telablaßleitung 54 im Querschnitt kleiner ist als die durch eine Trennwand 11 voneinander getrennt. Die Kältemittelzufuhrleitung 52, fließt das Kältemittel aus Trennwand 11 bildet die obere Begrenzung eines Un- dem Schwimmerabteil 31 nicht so schnell ab, wie es terkühlers 13, der einen Boden 14 und eine höchste- zugeführt wird, und der Kältemittelaufbau im Abteil hende Seitenwand 15 aufweist, während die andere 31 hebt den Schwimmer 34, was ein weiteres öffnen Seitenwand durch einen Teil des Gehäuses 9 gebildet 20 der Drosselklappe 41 verursacht, so daß mehr Kältewird. Die Rohrbündel 4, 6 und 12, die im Kondensa- mittel dort hindurchströmt und die flüssige Kältemittor 3, dem Verdampfer 5 bzw. dem Unterkühler 13 telmenge im Kondensator 3 vermindert. Wenn das angeordnet sind, werden von Wärmeübertragungsmit- flüssige Kältemittel im Kondensator 3 sich unterhalb teln durchströmt, wobei die Rohrbündel und 12 des erwünschten Spiegels befindet, dann fließt kein einen vom Kreislauf des Rohrbündels 6 getrennten 25 flüssiges Kältemittel durch die Leitung 52, und der Kreislauf aufweisen. Kältemittelspiel im Abteil sinkt und damit auch der

Zur Regelung des Kältemitteldurchflusses von der Schwimmer 34, so daß die Drosselklappe 41 in Hoch- zur Niederdruckseite der Maschine ist eine Schließrichtung bewegt wird, um weniger Kältemittel Steuerkammer 17 vorgesehen, die eine obere Platte hindurchzulassen, bis das Kältemittel im Verdampfer 19, eine Bodenplatte 21, Seitenplatten 23 und 25 und 30 den gewünschten Wert erreicht,
einen Deckel 27 aufweist. Das Gehäuse 9 bildet eine Es sei darauf hingewiesen, daß unter normalen BeRückwand der Steuerkammer 17. Eine hochstehende triebsbedingungen diese Anlage ein Gleichgewicht erTrennwand 29 teilt die Steuerkammer 17 in ein reicht, wodurch eine ausreichende Kältemittelmenge Schwimmerabteil 31 und ein Dosierabteil 33, wobei durch die Leitung 52 strömt, um im Schwimmerabteil letzteres durch eine waagerechte Trennwand 35 unter- 35 31 einen Stand aufrechtzuerhalten, der die Drosselteilt ist. Eine Welle 37, die sich durch die Abteile 31 klappe 41 in einer solchen Stellung hält, daß der Käl- und 35 erstreckt, weist in dem Abteil 31 einen mittels temittelspiegel im Kondensator 3 auf der gewünschten eines Armes 39 an ihr befestigten Schwimmer 34 und Höhe konstant gehalten wird.

in dem Abteil 33 eine an ihr befestigte Drosselklappe Bei geringer Belastung, wenn es erwünscht ist, das

41 auf, wobei beide Teile mit der Welle eine Schwenk- 40 im Verdampfer befindliche flüssige Kältemittel aus bewegung ausführen können. In der Trennwand 35 ist den oben angeführten Gründen zu aktivieren, läge der eine öffnung 43 vorgesehen, mit der die Drossel- Kältemittelspiegel im Kondensator üblicherweise unklappe 41 ein Dosierventil bildet. ter dem Einlaß der Leitung 52, das Schwimmerabteil

In der Trennwand 11 ist an einem Ende eine öff- 31 wäre leer, und die Drosselklappe 41 wäre geschlosnung 45 vorgesehen, um den Durchtritt des Kältemit- 45 sen. Zur Aktivierung des flüssigen Kältemittels im tels vom Kondensator zum Unterkühler zu gestatten. Verdampfer wird daher das Ventil 55 geschlossen und Eine Leitung 47, die das andere Ende des Unterküh- das Ventil 57 geöffnet, so daß flüssiges Kältemittel lers an seinem Boden mit der Oberseite des Dosierab- von der Hochdruckseite der Maschine in das Schwimteils 33 verbindet, bildet einen Durchgang für das Kai- merabteil 31 gelangt. Durch den steigenden Kältemittemittel zwischen dem Unterkühler und der Dosier- 50 telspiegel wird der Schwimmer 34 bis zum oberen Teil kammer. Eine Leitung 50 zwischen dem Bodenab- des Abteils angehoben und öffnet die Drosselklappe schnitt des Dosierabteils 33 und dem Verdampfer 5 41 in vollem Ausmaß. Hierdurch wird jegliches flüssibildet einen Durchgang für das Kältemittel dazwi- ges Kältemittel schnell von der Hochdruckseite der sehen. Somit kann das Kältemittel vom Kondensator 3 Maschine abgezogen, so daß dann Hochdruckgas in durch die öffnung 45, durch den Unterkühler 13, die 55 den Verdampfer eintreten kann, um das flüssige Käl-Leitung 47, die öffnung 43, vorausgesetzt, daß die temittel darin in Bewegung zu versetzen.
Drosselklappe 41 geöffnet ist, und die Leitung 50 in Unter nicht normalen Betriebsbedingungen, beiden Verdampfer 5 strömen. spielsweise beim Anlassen, wenn es erwünscht ist,

Zur Zuführung von Kältemittel aus dem Konden- einen Mindestdruckunterschied zwischen der Hochsator 3 zum Schwimmerabteil 31 dient eine Kältemit- 60 und der Niederdruckseite der Maschine aufrechtzuertelzufuhrleitung 52. Es ist eine Kältemittelablaßlei- halten oder zu erreichen, können die Ventile 53 und tung 54 vorgesehen, die einen kleineren Durchgangs- 57 geschlossen und das Ventil 55 geöffnet werden, so querschnitt hat als die Leitung 52, um Kältemittel daß sich das Abteil 31 entleert, der Schwimmer sich vom Schwimmerabteil 31 zum Verdampfer 5 abzulas- senkt und die Drosselklappe 41 schließt. Hierdurch sen. Die öffnung der Kältemittelzufuhrleitung 52 im 65 wird ermöglicht, daß der Druck auf der Hochdruck-Kondensator 3 liegt in einer Ebene entsprechend dem seite schneller ansteigt, als es unter den zuvor beerwünschten Stand des gesammelten flüssigen Kälte- schriebenen normalen Betriebsbedingungen möglich mittels, so daß bei Ansammlung einer übermäßigen wäre.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Steuern des Durchflusses eines von der Hochdruckseite einer Kältemaschine über einen Unterkühler zur Niederdruckseite strömenden Kältemittels, dadurch gekennzeichnet, daß

a) das flüssige Kältemittel auf der Hochdruckseite stromaufwärts des Unterkühlers gesammelt wird,

b) ein Teil des eine vorgegebene Menge übersteigenden angesammelten Kältemittels ständig in einem Behälter aufgefangen wird,

c) in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsstand im Behälter der Durchfluß flüssigen Kältemittels vom Unterkühler zur Niederdruckseite reguliert und dadurch die Menge des angesammelten Kältemittels verändert wird,

d) gleichzeitig mit der Zufuhr überschüssigen Kältemittels in den Behälter flüssiges Kältemittel ständig aus dem Behälter zur Niederdruckseite abgeführt wird, wobei der aus dem Behälter abgeführte Kältemittel- ^a5 mengenstrom auf einen Mittelwert des den Behälter während normaler Betriebsbedingungen zugeführten, von den Mengenänderungen des auf der Hochdruckseite angesammelten Kältemittels abhängigen Kältemittelstroms eingestellt wird.