DE19818627A1 - Verfahren zum Konditionieren eines Raumes sowie Kältekreislauf - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Konditionieren von Luft durch Einstellen der Temperatur und Luftfeuchtigkeit in einem abschließbaren Raum wie Klimatisierungs­ schrank mittels eines Kältekreislaufes umfassend einen in dem Raum vorhandenen Wärme­ tauscher, einen Verdichter, einen Kompressor, ein dem Wärmetauscher vorgeschaltetes Expansionsventil sowie ein in dem Kältekreislauf strömendes Kältemittel. Ferner bezieht sich die Erfindung auf einen Kältekreislauf bestimmt zum Temperieren eines abschließbaren Raumes, wobei der Kältekreislauf einen in dem Raum angeordneten Wärmetauscher, einen aus dem Wärmetauscher absaugenden Verdichter, einen Verflüssiger, ein Kältemittelreservoir und ein dem Wärmetauscher Kältemittel zuführendes Expansionsventil umfaßt.

Zur Überprüfung von physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften von Gegenständen sind Klimaprüfschränke bekannt, in denen nicht nur Temperaturen zum Beispiel im Bereich zwischen -80°C und +180°C, sondern auch gewünschte Klimabedingungen eingestellt werden können. Bei hoher Luftfeuchtigkeit in dem Raum selbst tritt häufig der Nachteil auf, daß ein Auskondensieren an dem Wärmetauscher erfolgt. Hierdurch erfolgt nicht nur eine momentane Verfälschung der Temperatur und/oder Feuchte, sondern es ist ein zusätzlicher Energiebedarf notwendig, um auskondensierte Feuchtigkeit durch Verdampfen von Flüssigkeit nachzulie­ fern.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie einen Kältekreislauf zur Verfügung zu stellen, mit dem eine hohe Feuchtigkeit in dem Raum einstellbar ist, ungeachtet vorhandener Wärmeeinstrahlung, ohne daß ein Auskondensieren oder ein merkliches Auskondensieren erfolgt. Dabei sollen auch die aufwendigen Verfahren einer indirekten Temperierung vermieden werden.

Verfahrensgemäß wird das Problem erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß über das Expansionsventil zu dem Wärmetauscher Kältemittel in einem Umfang fließt, daß das Kältemittel in dem Wärmetauscher eine Verdampfungstemperatur aufweist, die zu der in dem Raum herrschenden Temperatur eine Differenz aufweist, die ein Auskondensieren von Feuchtigkeit an dem Wärmetauscher unterbindet oder weitgehend unterbindet, wobei men­ genmäßig das aus dem Wärmetauscher abgesaugte Kältemittel durch ein im zu dem Ver­ dichter führenden Kreislaufabschnitt (Saugleitung) angeordnetes Ventil geregelt wird, das seinerseits in Abhängigkeit von der in dem Raum herrschenden Temperatur geregelt wird.

In Weiterbildung ist vorgesehen, daß der Verdichter in seiner Leistung durch ein dem Ventil nachgeordnetes Überlastventil vor zu hohem Saugdruck und damit Überlastung geschützt wird.

Das Expansionsventil selbst, das in einem das flüssige Kältemittel dem Wärmetauscher zuführenden Kältekreislaufabschnitt angeordnet ist, wird seinerseits über die Temperatur und/oder den Druck des von dem Wärmetauscher abgesaugten Kältemittels geregelt bzw. gesteuert.

Ein Kältekreislauf der eingangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus, daß in zum Verdichter führender Saugleitung des Kältekreislaufs ein abzusaugende Mengen an Kälte­ mittel aus dem Wärmetauscher regelndes weiteres Ventil angeordnet ist, das über eine im Raum gemessene Temperatur regelbar ist. Dabei ist das Ventil ein stetig oder taktend arbeitendes Regel- oder Absperrventil.

Bei dem flüssiges Kältemittel dem Wärmetauscher zuführenden Expansionsventil handelt es sich um ein solches, das ohne Druckbegrenzung arbeitet. Es wird demzufolge kein ansonsten in Kältekreisläufen vorhandenes thermostatisches Expansionsventil mit Druckbegrenzung (MOP) benutzt, wodurch anderenfalls die Menge des dem Wärmetauscher zuzuführenden flüssigen Kältemittels begrenzt würde. Hierdurch bedingt könnte keine geringe Differenz zwischen Verdampfungstemperatur des Kältemittels in dem Wärmetauscher und der Tempera­ tur der zu temperierenden Luft eingestellt werden, so daß infolgedessen ein Auskondensieren von Feuchtigkeit am Wärmetauscher insbesondere bei hohen relativen Feuchten erfolgen würde. Dies wäre insbesondere dann der Fall, wenn infolge Wärmeeinstrahlung von außen die Kälteleistung vergrößert werden muß. Das zuvor beschriebene mechanische Expansions­ ventil kann auch durch ein elektronisches Expansionsventil mit gleicher Charakteristika ersetzt werden.

Erfindungsgemäß ist aufgrund des in der Saugleitung vorhandenen stetig oder taktend arbeitenden Regel- und/oder Absperrventils die Möglichkeit gegeben, daß über das Expan­ sionsventil Kältemittel dem Wärmetauscher in einer Menge derart zugeführt wird, daß eine Temperaturangleichung zwischen Verdampfungstemperatur und Raumtemperatur erfolgt.

Dabei läßt sich die erfindungsgemäße Lehre sowohl bei einer Standardeinspritzung von Kältemittel, bei dem das Kältemittel in den Wärmetauscher in dessen oberen Bereich einge­ spritzt und im unteren Bereich abgesaugt wird, also auch bei überflutetem Betrieb nutzen, bei dem das Kältemittel von unten durch den Wärmetauscher nach oben strömt. Bei überflutetem Betrieb ergibt sich der Vorteil, daß eine größere Übertragungsleistung bei gleicher Tempera­ turdifferenz ermöglicht wird, so daß infolgedessen das Kältemittel weniger überhitzt. Dies liegt in dem Umstand begründet, daß der Wärmetauscher in seinem unteren Bereich teilweise mit flüssigem Kältemittel gefüllt ist und das Kältemittel selbst-im verbleibenden Wärmetau­ scher siedet bzw. verdampft.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiels.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Kältekreislauf in Standardeinspritzung und

Fig. 2 einen Kältekreislauf für überfluteten Betrieb.

In den Figuren sind rein schematisch zwei direkte Kältekreisläufe zum Temperieren von geschlossenen Räumen dargestellt, in denen ungeachtet gegebenenfalls erfolgender hoher Wärmeeinstrahlung hohe Feuchtigkeiten eingestellt werden können, ohne daß ein Auskon­ densieren am Wärmetauscher erfolgt bzw. ein solches weitgehend unterbunden wird. In einem zu temperierenden und verschließbaren Raum wie Klimatisierungsschrank 10 ist ein Wärmetauscher 12 angeordnet, der sich in einem Kältekreislauf 14 befindet. In dem Kälte­ kreislauf 14 sind des weiteren ein Expansionsventil 16, ein Verdichter 18, ein Verflüssiger 20, ein Kältemittelreservoir 22, ein Regelventil 24 sowie ein Überlastventil 26 angeordnet.

Über das Expansionsventil 16 kann von dem Kältemittelreservoir 22 kommendes flüssiges Kältemittel dem Wärmetauscher 12 zugeführt werden, damit dieses verdampft, wodurch die Temperatur in dem Raum 10 eingestellt wird. Bei dem Expansionsventil 16 handelt es sich abweichend von üblichen direkten Kältekreisläufen nicht um ein thermostatisches Expan­ sionsventil mit Druckbegrenzung (MOP). Ein solches thermostatisches Expansionsventil mit Druckbegrenzung würde die Menge des dem Wärmetauscher 12 zufließenden Kältemittels derart regeln, daß nicht immer die Möglichkeit gegeben wäre, daß die Temperatur des verdampften Kältemittels geringfügig geringer als die Temperatur der zu temperierenden Luft im Raum 10 ist. Vielmehr kann sich eine hohe Temperaturdifferenz einstellen mit der Folge, daß am Wärmetauscher Feuchtigkeit auskondensieren kann. Hierdurch wird nicht nur eine momentane Verfälschung der Temperatur und/oder Feuchte in dem Raum 10 bewirkt, sondern es ist ein zusätzlicher Energiebedarf erforderlich, um Flüssigkeit zu verdampfen, um die gewünschte Feuchtigkeit einzustellen.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, daß in der Saugleitung, also dem zwischen dem Wärmetauscher 12 und dem Verdichter 18 verlaufenden Abschnitt 28 des Kältemittelkreis­ laufs 14 ein stetig oder taktend arbeitendes Ventil 24 angeordnet ist, über das bei geöffnetem Expansionsventil 16 die Menge des dem Wärmetauscher 12 zufließenden Kältemittels indirekt gesteuert bzw. geregelt wird, daß in Abhängigkeit von der Temperatur in dem Raum 10 die Menge an verdampftem Kältmittel abgesaugt wird. Das Ventil 24 selbst wird seiner­ seits über einen in dem Raum 10 vorhandenen Temperaturfühler geregelt.

Durch das über den in dem zu temperierenden Raum 10 angeordneten Temperatursensor 30 gesteuerte Ventil 24, das auch als Absperr- bzw. Durchflußregelventil bezeichnet werden kann, ist sichergestellt, daß über das Expansionsventil 16 solange Kältemittel strömen kann, daß der erforderliche bzw. gewünschte hohe Verdampfungsdruck in dem dem Wärmetau­ scher 12 enthaltenden Abschnitt des Kältekreislaufs herrscht mit der Folge, daß eine Temperaturangleichung zwischen der Verdampfungstemperatur des Kältemittels in dem Wärmetauscher 12 und der Raumtemperatur erfolgt.

Aufgabe des Expansionsventils 16 ist es, daß das Kältemittel den Wärmetauscher 12 stets in Dampfform verläßt. Hierzu können an der Saugleitung 28 in bekannter Weise Fühler angeordnet sein, die zu dem Expansionsventil 16 führen.

Das dem Absperr- bzw. Durchflußregelventil 24 nachgeordnete Überlastventil stellt sicher, daß der Verdichter 18 ungeachtet eines hohen Verdampfungsdrucks in der Saugleitung 28 nicht mit unzulässig hohem Druck beaufschlagt wird.

Der erfindungsgemäße Kältekreislauf arbeitet mit dem Expansionsventil 16 ohne MOP (Maximum Operating Pressure), wodurch anderenfalls der erforderliche Verdampfungsdruck in dem Wärmetauscher 12 nicht einstellbar wäre. Als Temperatur- und Leistungsstellglied dient dabei das Absperr- bzw. Durchflußregelventil 24 in der Saugleitung 28 des Kälte­ kreislaufs 14.

Anstatt eines mechanischen Expansionsventils kann auch ein elektronisches Expansionsventil verwendet werden.

Die in den Figuren dargestellten Kältekreisläufe unterscheiden sich dahingehend, daß in Fig. 1 ein Kältekreislauf mit Standardeinspritzung dargestellt ist. Dabei wird das Kältemittel im Kopfbereich des Wärmetauschers 12 eingespritzt und in seinem unteren Bereich abgesaugt. Demgegenüber wird bei dem der Fig. 2 zu entnehmenden überfluteten Betriebsweise des Kältekreislaufs das Kältemittel im Bodenbereich des Wärmetauschers 12 eingespritzt und in seinem Kopfbereich abgesaugt.

Durch den erfindungsgemäß ausgebildeten Kältekreislauf 14, in dem bekannte Bauteile Verwendung finden, sind kleine Differenzen zwischen Verdampfungstemperatur des Kälte­ mittels des Wärmetauschers 12 und der Temperatur in dem Raum 10 erzielbar, so daß ein Auskondensieren von Feuchtigkeit am Wärmetauscher 12 auch bei hohen relativen Feuchten stark eingeschränkt ist. Dies trifft auch dann zu, wenn infolge Wärmeeinstrahlung von außen die Kälteleistung vergrößert werden muß.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre kann die Temperaturdifferenz zwischen Verdam­ pfungstemperatur und Lufttemperatur in Abhängigkeit der übertragenen Leistung sowie Verdampferfläche auf bis zu ca. 2 K reduziert werden.

Claims (6)

1. Verfahren zum Konditionieren von Luft durch Einstellen der Temperatur und Luft­ feuchtigkeit in einem abschließbaren Raum wie Klimatisierungsschrank mittels eines Kältekreislaufs mit Kältemittel umfassend einen in dem Raum vorhandenen Wärme­ tauscher, einen Verdichter, einen Verflüssiger, ein Kältemittelreservoir und ein dem Wärmetauscher vorgeschaltetes Expansionsventil zum Zuführen von flüssigem Kältemittel zu dem Wärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, daß über das Expansionsventil dem Wärmetauscher Kältemittel in einem Umfang zufließt, daß das Kältemittel in dem Wärmetauscher eine Verdampfungstemperatur aufweist, die zu der in dem Raum herrschenden Temperatur eine Differenz AT aufweist, die ein Auskondensieren von Feuchtigkeit an dem Wärmetauscher unter­ bindet oder weitgehend unterbindet, wobei mengenmäßig das aus dem Wärmetauscher abgesaugte Kältemittel durch ein in zu dem Verdichter führendem Kreislaufabschnitt (Saugleitung) angeordnetes Ventil geregelt wird, das seinerseits in Abhängigkeit von der in dem Raum herrschenden Temperatur geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter in seiner Leistung durch ein in der Saugleitung dem Ventil nach­ geordnetes Überlastventil vor Überlastung geschützt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Expansionsventil über die Temperatur und/oder Druck des aus dem Wärme­ tauscher abgesaugten Kältemittels geregelt bzw. gesteuert wird.

4. Kältekreislauf bestimmt zum Temperieren eines abschließbaren Raumes, insbesondere eines Klimatisierungsschrankes, wobei der Kältekreislauf einen in dem Raum an­ geordneten Wärmetauscher, ein flüssiges Kältemittel dem Wärmetauscher zuführendes Expansionsventil, einen Verdichter, einen Verflüssiger und ein Kältemittelreservoir umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß in zu dem Verdichter (18) führender Saugleitung (28) des Kältekreislaufes (14) ein abzusaugende Menge an Kältemittel aus dem Wärmetauscher (12) regelndes weiteres Ventil (24) angeordnet ist, das über die in dem Raum (10) herrschende Temperatur regelbar ist.

5. Kältekreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Expansionsventil (16) unabhängig von einer Druckbegrenzung bedingt durch das das Expansionsventil durchströmende Kältemittel und das verdampfte Kältemittel arbeitet.

6. Kältekreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Überlastventil (26) den Verdichter (18) in Bezug auf einen zulässigen Ansaugdruck begrenzt.