DE19647011A1 - Zwei mit unterschiedlichen Verdampfungstemperaturen betriebene Verdampfer nutzende Kältemittelkreislaufvorrichtung - Google Patents

Zwei mit unterschiedlichen Verdampfungstemperaturen betriebene Verdampfer nutzende Kältemittelkreislaufvorrichtung

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Description

Hintergrund der Erfindung 1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kältemittelkreislaufvorrichtung, die zwei Verdampfer verwendet, genauer gesagt, eine Kältemittelkreislaufvorrichtung, in der zwei Verdampfer eingesetzt sind, die unterschiedliche Verdampfungstemperaturen nutzen, und die ohne Veränderung der Größe eines Verdampfers und eines Kondensators zu einem leistungsfähigen Kältemittelkreislauf imstande ist.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Eine allgemeine Kältemittelkreislaufvorrichtung, wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt einen Verdichter 1, einen Kondensator 2, eine Kapillare (Drossel) 3 und einen Verdampfer 4.
Der Verdichter 1 wandelt ein gasförmiges Kältemittel niedriger Temperatur und niedrigen Druckes in ein gasförmiges Kältemittel hoher Temperatur und hohen Druckes um. Der Kondensator 2, der auf einer Seite des Verdichters angeordnet ist, wandelt das von dem Verdichter 1 abgegebene gasförmige Kältemittel hoher Temperatur und hohen Druckes in ein flüssiges Kältemittel hoher Temperatur und hohen Druckes um.
An einer Seite des Kondensators 2 ist die Kapillare 3 zur Umwandlung des vom Kondensator 2 abgegebenen flüssigen Kältemittels hoher Temperatur und hohen Druckes in ein flüssiges Kältemittels niedriger Temperatur und niedrigen Druckes vorgesehen.
Zwischen dem Verdichter 1 und der Kapillare ist der Verdampfer 4 vorgesehen, durch den durch Umwandlung des flüssigen Kältemittels niedriger Temperatur und niedrigen Druckes in ein gasförmiges Kältemittel niedriger Temperatur und niedrigen Druckes durch Verdampfung eine Kühlung erreicht wird, um Außenwärme aufzunehmen.
Ein Trockner 5 ist zwischen der Kapillare 3 und dem Kondensator 2 angeordnet.
Bei der den obigen Aufbau anwendenden allgemeinen Kältemittelkreislaufvorrichtung wird das von dem Verdichter 1 abgegebene Kältemittel während des Durchtritts durch den Kondensator 2 in ein flüssiges Kältemittel umgewandelt, um Wärme abzugeben.
Während des Durchtritts durch den Verdampfer 4 wird das flüssige Kältemittel in einen gasförmigen Zustand überführt, um Außenwärme aufzunehmen, wodurch eine Kühlung und Erwärmung ausgeführt werden.
Ein Kühlschrank kann als Beispiel genommen werden, bei dem die Kältemittelkreislaufvorrichtung angewendet wird, wobei der Kühlschrank eine kühle Innentemperatur aufrechterhält, indem er innen mit einem Verdampfer versehen ist.
Der Kühlschrank kann hier einen Verdampfer oder mehr als einen Verdampfer aufweisen.
Im letzteren Fall, das heißt bei einer Kältemittelkreislaufvorrichtung, in der zwei Verdampfer vorgesehen sind, um in einem Gefrierraum bzw. einem Kühlraum entsprechend unterschiedliche Temperaturen aufrechtzuerhalten, sind in dem Gefrierraum bzw. dem Kühlraum Verdampfer 4 mit unterschiedlichen Verdampfungstemperaturen angeordnet, wobei die zwei Verdampfer 4 mit dem Verdichter 1 und dem Kondensator 2 verbunden sind, um die Kältemittelkreislaufvorrichtung zu bilden.
Kältemittel, das vom Verdichter 1 abgegeben wird, um zum Kondensator geleitet zu werden, durchläuft daher die Kapillare 3 und wird selektiv durch Steuern eines Magnetventils (nicht dargestellt) den zwei Verdampfern 4 zugeführt, die in dem Gefrierraum und dem Kühlraum montiert sind.
Hier wird in einem Kühlkreislauf, der eine Vielzahl von Verdampfern 4 verwendet, ein Kältemittel den Verdampfern 4 aufeinanderfolgend zugeführt, wobei ein optimaler energetischer Wirkungsgrad erhalten wird, wenn die Verdampfer in dem Gefrierraum und dem Kühlraum bei einem Verdampfungsdruck von 0,07-0,146 Kg/cm² bzw. 1,27-1,55 Kg/cm² betrieben werden.
Bei der oben beschriebenen herkömmlichen Kältemittelkreislaufvorrichtung muß jedoch die Größe des im Kühlraum angeordneten Verdampfers vergrößert werden, um einen ausreichenden Wärmeaustausch durchzuführen, da das Kühlungsvermögen des Verdampfers 4, der eine hohe Verdampfungstemperatur und einen hohen Verdampfungsdruck aufweist und im Kühlraum vorgesehen ist, geringer ist als dasjenige des Verdampfers 4, der eine niedrige Verdampfungstemperatur und einen niedrigen Verdampfungsdruck aufweist und im Gefrierraum vorgesehen ist. Die Größe des Kühlschranks kann jedoch nicht entsprechend der Größe des Verdampfers grenzenlos vergrößert werden, und, wenn der herkömmliche klein bemessene Verdampfer 4 gewählt wird, kann demzufolge der Wirkungsgrad nicht verbessert werden.
Falls das Kühlungsvermögen erhöht werden soll, wenn der die hohe Verdampfungstemperatur und den hohen Verdampfungsdruck aufweisende Verdampfer 4 betrieben wird, muß ferner die Größe des Kondensators 2 vergrößert werden, da der zur Kondensation erforderliche Wärmeaustausch erhöht werden muß; falls aber, da der Kondensationsdruck und die Temperatur erhöht sind, der zur Kondensation erforderliche Wärmeaustausch aufgrund der Größenbegrenzung nicht erhöht werden kann, kann der Wirkungsgrad des Kühlschranks nicht soweit verbessert werden wie der Druck des Verdichters 1 erhöht wird.
Tabelle 1 zeigt einen Vergleich zwischen dem Kühlungsvermögen des Kühlschranks, wenn er bei einer Verdampfungstemperatur von -28°C betrieben wird, und demjenigen des Kühlschranks, wenn er bei einer Verdampfungstemperatur von -15°C betrieben wird.
Tabelle 1
TCE : Temperatur zur Kondensation und Verdampfung
OPC : Auslaßdruck des Verdichters
RFR : Kältemittelströmungsrate
RA : Kühlungsvermögen
HRC : erforderliche Wärme zur Kondensation
Wie in Tabelle 1 gezeigt, ist das Kühlungsvermögen des Kühlschranks, wenn er bei einer Verdampfungstemperatur von -28°C betrieben wird, im Vergleich mit demjenigen des Kühlschranks, wenn er bei einer Verdampfungstemperatur von -15°C betrieben wird, um das 1,8-fache erhöht. Um einen ausreichenden Wärmeaustausch durchzuführen muß daher die Größe des Verdampfers vergrößert werden, jedoch verhindert die Größenbegrenzung des Kühlschranks, daß die Größe des Verdampfers grenzenlos vergrößert wird.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Dementsprechend ist es Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Kältemittelkreislaufvorrichtung bereitzustellen, in der zwei Verdampfer eingesetzt sind, die unterschiedliche Verdampfungstemperaturen verwenden, und die ohne Veränderung der Größe eines Verdampfers und eines Kondensators zu einem leistungsfähigen Kältemittelkreislauf imstande ist.
Um das obige Ziel zu erreichen, wird eine verbesserte, zwei Verdampfungstemperaturen verwendende Kältemittelkreislauf­ vorrichtung bereitgestellt, die einen Verdichter, einen Kondensator, eine Vielzahl von Verdampfern mit jeweils unterschiedlichen Verdampfungstemperaturen, eine Vielzahl von Kältemittelrohrleitungen zum Leiten eines von dem Kondensator abgegebenen Kältemittels zu der Vielzahl von Verdampfern und eine Wärmeaustauscheinheit zum Leiten des von der Vielzahl von Verdampfern abgegebenen Kältemittels zu dem Verdichter umfaßt, und die eine zusätzliche Vielzahl von Kältemittelrohrleitungen umfaßt, die das Kältemittel von dem Kondensator zu den Verdampfern leiten und an Kontaktabschnitten von sich einen Wärmeaustausch zwischen von dem Kondensator abgegebenem Kältemittel hoher Temperatur und von den Verdampfern abgegebenen Kältemittel niedriger Temperatur ausführen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachstehenden detaillierten Beschreibung und der beiliegenden Zeichnungen vollständiger verstanden werden, die lediglich zu Darstellungs­ zwecken angegeben und für die vorliegende Erfindung somit nicht einschränkend sind, und in denen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht ist, die eine Kältemittelkreislaufvorrichtung gemäß dem herkömmlichen Stand der Technik zeigt;
Fig. 2 ein Druck-Wärme(p-h)-Diagramm einer Kältemittel­ kreislaufvorrichtung gemäß dem herkömmlichen Stand ist;
Fig. 3 eine schematische Ansicht ist, die eine zwei Verdampfer mit jeweils unterschiedlichen Verdampfungs­ temperaturen nutzende Kältemittelkreislaufvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und
Fig. 4 ein Druck-Wärme(p-h)-Diagramm einer zwei Verdampfungstemperaturen verwendenden Kältemittelkreislauf­ vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die zwei Verdampfer mit unterschiedlichen Verdampfungs­ temperaturen nutzende Kältemittelkreislaufvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.
Zunächst wird in der folgenden Beschreibung ein Verdampfer, der in dem Kühlraum angeordnet ist und eine hohe Verdampfungstemperatur und einen hohen Verdampfungsdruck aufweist, als Hochtemperaturverdampfer bezeichnet, während ein Verdampfer, der in dem Gefrierraum angeordnet ist und eine niedrige Verdampfungstemperatur und einen niedrigen Verdampfungsdruck aufweist, als Niedrigtemperaturverdampfer bezeichnet wird.
In der zwei Verdampfer mit unterschiedlichen Verdampfungs­ temperaturen nutzenden Kältemittelkreislaufvorrichtung sind ein Verdichter 11 und ein Kondensator 12 durch eine erste Kältemittelrohrleitung 26 verbunden, wie in Fig. 3 gezeigt ist.
Ein Ende des Kondensators 12 ist durch eine zweite Kältemittelrohrleitung 30 mit einem Trockner 15 verbunden, wobei an einer Seite des Trockners 15 ein Kreuzventil 16 (Dreiwege-Ventil) zur Lenkung des durch den Trockner hindurchtretenden Kältemittelsflusses in zwei Richtungen vorgesehen ist.
An jeder Seite des an dem Trockner angeschlossenen Kreuzventils 16 sind eine erste und eine zweite Kapillare 13a und 13b angeschlossen.
Die erste Kapillare 13a ist hier mit einem Hochtemperaturverdampfer 14a verbunden, der in dem Kühlraum montiert ist, während die zweite Kapillare 13b mit einem Niedrigtemperaturverdampfer 14b verbunden ist, der in dem Gefrierabteil montiert ist.
An dem Hochtemperaturverdampfer 14a und dem Niedrigtemperaturverdampfer 14b sind jeweils dritte und vierte Kältemittelrohrleitungen 27, 28 angeschlossen, die in parallelem Kontakt mit den Umfangsflächen der ersten und der zweiten Kapillare 13a, 13b stehen, wobei die Rohrleitungen 27, 28 mit einer fünften Kältemittelrohrleitung 29 verbunden sind, die an der anderen Seite des Verdichters 11 angeschlossen ist.
Vorgegebene Abschnitte unter gewissen Abschnitten der dritten und vierten Kältemittelrohrleitung 27, 28, die mit dem Hochtemperaturverdampfer 14a und dem Niedrigtemperatur­ verdampfer 14b verbunden sind, befinden sich hier in parallelem Kontakt mit den Umfangsflächen der ersten und der zweiten Kapillare 13a, 13b, um einen ersten und einen zweiten Wärmetauscher 17, 18 zu bilden.
Die zweite Kältemittelrohrleitung 30, die den Kondensator 12 und den Trockner 15 verbindet, befindet sich in parallem Kontakt mit einem vorgegebenen Abschnitt der dritten Kältemittelrohrleitung 27, um einen dritten Wärmetauscher 19 zu bilden.
Die den Hochtemperaturverdampfer 14a und den Verdichter 11 verbindende dritte Kältemittelrohrleitung 27 und die den Niedrigtemperaturverdampfer 14b und den Verdichter 11 verbindende vierte Kältemittelrohrleitung 28 sind, bevor sie an dem Verdichter 11 angeschlossen sind, durch ein Y-förmiges Verbindungsrohr 20 miteinander verbunden, um mit der fünften Kältemittelrohrleitungen 29 verbunden zu werden.
Die den Niedrigtemperaturverdampfer 14b und das Y-förmige Rohr 20 verbindende vierte Kältemittelrohrleitung 28 ist hier mit einem in einer Richtung wirkenden Ventil 21 versehen, um zum Zwecke der Verhinderung des Kältemittelgegenstromes den Kältemittelfluß nur in Richtung des Verdichters zu ermöglichen.
Das in einer Richtung wirkende Ventil 21 ist vorzugsweise ein Absperrventil.
Das heißt, bei der Kältemittelkreislaufvorrichtung mit zwei unterschiedliche Verdampfungstemperaturen aufweisenden Verdampfern, nämlich dem Hochtemperaturverdampfer 14a und dem Niedrigtemperaturverdampfer 14b, sind die Kältemittelrohrleitungen 13a, 13b, 30 zum Leiten des vom Kondensator 12 abgegebenen Kältemittels zu den Verdampfern 14a, 14b und die Kältemittelrohrleitungen 27, 28 zum Leiten des von den Verdampfern 14a, 14b abgegebenen Kältemittels zu dem Verdichter 11 jeweils in Kontakt mit einer anderen Kältemittelrohrleitung angeordnet, um einen Wärmetauscher zur Durchführung eines Wärmeaustausches zwischen dem von dem Kondensator 12 abgegebenen Kältemittel hoher Temperatur und dem von dem Verdampfer 14a, 14b abgegebenen Kältemittel niedriger Temperatur zu bilden.
Die Funktionsweise und Wirkung der zwei Verdampfer mit unterschiedlichen Verdampfungstemperaturen nutzenden Kältemittelkreislaufvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun näher beschrieben.
In der Kältemittelkreislaufvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung strömt von dem Verdichter 11 abgegebenes gasförmiges Kältemittel hoher Temperatur und hohen Druckes über die Kältemittelrohrleitungen 26, 30 durch den Kondensator 12 und den Trockner 15 und wird dann selektiv durch das Kreuzventil 16 geleitet, um durch die erste Kapillare 13a dem Hochtemperaturverdampfer 14a oder durch die zweite Kapillare 13b dem Niedrigtemperaturverdampfer 14b zugeführt zu werden. Danach wird das verdampfte Kältemittel durch die Kältemittelrohrleitungen 27 oder 28 wieder dem Verdichter 11 zugeführt.
Genauer beschrieben, wird im obigen Fall das Kältemittel, wenn es das Kreuzventil 16 passiert und danach durch die erste Kapillare 13a fließt, dem Hochtemperaturverdampfer 14a zugeführt, wobei das vom Hochtemperaturverdampfer 14a abgegebene Kältemittel niedriger Temperatur und niedrigen Druckes dem Verdichter 11 zugeführt wird. Der Wärmeaustausch des Kältemittels wird durch den ersten und den dritten Wärmetauscher 17,19 ausgeführt, wobei die Restwärmemenge durch Strahlung in dem Kondensator 12 abgegeben wird.
Wenn das Kältemittel das Kreuzventil 16 passiert und in die zweite Kapillare 13b geschickt wird, wird das Kältemittel dem Niedrigtemperaturverdampfer 14b zugeführt, wobei das vom Niedrigtemperaturverdampfer 14b abgegebene Kältemittel niedriger Temperatur und niedrigen Druckes zu dem Verdichter 11 geschickt wird. Der Wärmeaustausch des Kältemittels wird durch den zweiten Wärmetauscher 18 ausgeführt, und die Restwärmemenge wird in dem Kondensator 12 abgegeben.
Bei der zwei Verdampfer mit unterschiedlichen Verdam­ pfungstemperaturen nutzenden Kältemittelkreislaufvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden dementsprechend durch den obigen Vorgang, wie in Fig. 4 gezeigt, im Vergleich zu dem in Fig. 2 gezeigten p-h-Diagramm gemäß dem herkömmlichen Stand der Technik die Verdampfungstemperatur und der Verdampfungsdruck des Kältemittels herabgesetzt, wobei das wirksame Kühlungsvermögen (Δh2 < Δh1) der Verdampfer 14a, 14b erhöht und das Verdichtungsverhältnis herabgesetzt und im Ergebnis der Wirkungsgrad des Verdichters 11 vergrößert wird.
Bei der Kältemittelkreislaufvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Wärmeaustausch des zu dem Verdichter zurückkehrenden Kältemittels durch den Wärmetauscher ausgeführt, wobei die Restwärmemenge in dem Kondensator ausgetauscht wird, wodurch der Kondensationsdruck durch einen klein bemessenen Verdampfer und den Kondensator herabgesetzt wird, um einen leistungsfähigen Kältemittelkreislauf zu schaffen, wobei eine Verdampfungstemperatur erhöht wird, obwohl ein identisch zum herkömmlichen Stand der Technik bemessener Verdampfer eingesetzt wird, was dazu führt, daß der Wirkungsgrad des Kältemittelkreislaufes erreicht wird.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zu darstellenden Zwecken offenbart wurden, werden Fachleute anerkennen, daß verschiedene Modifikationen, Ergänzungen und Substitutionen möglich sind, ohne den in den beiliegenden Ansprüchen angegeben Rahmen und Sinn der Erfindung zu verlassen.

Claims (4)

1. Eine mehrere Verdampfer mit jeweils unterschiedlichen Verdampfungstemperaturen nutzende Kältemittelkreislauf­ vorrichtung, umfassend:
einen Verdichter,
einen Kondensator,
eine Vielzahl von Verdampfern mit jeweils unterschiedlichen Verdampfungstemperaturen,
eine Vielzahl von Kältemittelrohrleitungen zum Leiten eines von dem Kondensator abgegebenen Kältemittels zu der Vielzahl von Verdampfern und
ein Wärmeaustauschmittel zum Leiten des von der Vielzahl von Verdampfern abgegebenen Kältemittels zu dem Verdichter, enthaltend eine zusätzliche Vielzahl von Kältemittel­ rohrleitungen, die das Kältemittel von dem Kondensator zu den Verdampfern leiten und an Kontaktabschnitten von sich einen Wärmeaustausch zwischen von dem Kondensator abgegebenem Kältemittel hoher Temperatur und von den Verdampfern abgegebenem Kältemittel niedriger Temperatur ausführen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Wärmeaustauschmittel umfaßt:
einen ersten Wärmetauscher, der durch einen Abschnitt einer der besagten Kältemittelrohrleitungen gebildet ist, der das von einem der Verdampfer, welcher unter der Vielzahl der Verdampfer bei hoher Verdampfungstemperatur und hohem Druck betrieben wird, abgegebene Kältemittel zum Verdichter leitet und in Kontakt mit einer ersten Kapillare steht, die von einer der vielen Kältemittelrohrleitungen abzweigt, die das Kältemittel bei hoher Verdampfungstemperatur und hohem Druck von dem Kondensator zu dem Verdampfer leitet,
einen zweiten Wärmetauscher, der durch einen Abschnitt einer der besagten Kältemittelrohrleitungen gebildet ist, der das von einem der Verdampfer, welcher unter der Vielzahl der Verdampfer bei niedriger Verdampfungstemperatur und niedrigem Druck betrieben wird, abgegebene Kältemittel zum Verdichter leitet und in Kontakt mit einer zweiten Kapillare steht, die von einer der vielen Kältemittelrohrleitungen abzweigt, die das Kältemittel bei niedriger Verdampfungstemperatur und niedrigem Druck von dem Kondensator zu dem Verdampfer leitet, und einen dritten Wärmetauscher, der durch einen Abschnitt einer der Vielzahl der Kältemittelrohrleitungen gebildet ist, der Kältemittel von dem Kondensator zu der Vielzahl der Verdampfer leitet und in Kontakt mit der Kältemittelrohrleitung steht, welche Kältemittel von dem Verdampfer, der bei einer hohen Verdampfungstemperatur und hohem Druck betrieben wird, durch den ersten Wärmetauscher zu dem Verdichter leitet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei ein in einer Richtung wirkendes Ventil zum Verhindern des Gegenstromes des Kältemittels in der Kältemittelrohrleitung vorgesehen ist, die das von dem bei einer niedrigen Verdampfungstemperatur arbeitenden Verdampfer abgegebene Kältemittel zum Verdichter leitet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das in einer Richtung wirkende Ventil ein Absperrventil ist
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