DE19955389C2 - Isotherme Kühlmittelzirkulationsvorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine isotherme Kühl­ mittelzirkulationsvorrichtung für die Zufuhr und Zirkulation eines isothermen Kühlmittels zu einer Last.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel einer herkömmlichen isothermen Kühlmittelzirkulationsvorrichtung 1 mit einem Kältemittelkreisabschnitt 3 zum Kühlen eines Kühlmittels, dessen Temperatur durch eine Last 2 erhöht wurde, einem Kühlmittelkreislaufabschnitt 4, für die Zufuhr und Zirkulation eines Kühlmittels, das in dem Kältemittelkreisabschnitt 3 über ein Kältemittel abgekühlt wurde, zu der Last 2, nachdem es auf eine festgelegte Temperatur eingestellt wurde, und einem Steuerabschnitt 5 zur Steuerung der Temperatur des Kühlmittels für die Zufuhr zu der Last 2.

Der oben genannte Kältemittelkreisabschnitt 3 wird durch einen Kompressor 7 zum Komprimieren eines geeigneten Kältemittels zu einem Hochtemperatur- und -druckkältemittelgas, einen Kondensator 8 zum Kühlen und Kondensieren des Kältemittelgases zu einer Hochdruckkältemittelflüssigkeit, eine Druckreduziereinheit 9 zur Verringerung des Druckes der Kältemittelflüssigkeit, um ihre Temperatur zu reduzieren, und einen Verdampfer (Evaporator) 10 zum Verdampfen der mit Hilfe der Druckreduziereinheit 9 druckreduzierten Kältemittelflüssigkeit gebildet, wobei diese Elemente in Reihe hintereinander angeschlossen sind. Die Druckreduziereinheit 9 steuert den Druck des Kältemittels in seinem unteren Kreislauf.

Der oben beschriebene Kältemittelkreisabschnitt 3 weist außerdem einem Rückführstromkreislauf 12 für die Rückführung der in dem Kondensator 8 auskondensierten Kältmittelflüssigkeit von dem Auslass des Kondensators 8 zu dem Einlass dem Kompressors 7 auf, wenn die Temperatur des Kältemittels in dem Auslass des Verdampfers 10 hoch ist, und ein thermostatisches Expansionsventil 13, das in dem Rückführstromkreis 12 angeordnet ist. Das thermostatische Expansionsventil 13 wird durch einen Temperatursensor 14 zur Feststellung der Temperatur des zu dem Kompressor 7 zurückgeführten Kältemittels gesteuert, um Signale zu erzeugen. Der Kältemittelkreisabschnitt 3 weist außerdem einen Überhitzungsverhinderungskreislauf 15 zur Verhinderung einer Überhitzung des Kompressors 7 auf, der in dem oberen Kreislauf des thermostatischen Expansionsventiles 13 in dem Rückführstromkreis 12 angeordnet ist. Der Überhitzungsverhinderungskreis 15 wird durch ein Injektionsventil 16 und ein Kapillarrohr 17 gebildet, die in Reihe angeordnet sind.

Der Kühlmittelkreisabschnitt 4 weist einen Kühlmitteltank 24, einen Wärmetauscher 25 zum Kühlen des Kühlmittels, dessen Temperatur durch die Last 2 erhöht wurde, eine Heizeinheit 26 mit einer Heizung 27 zum Aufheizen des durch den Wärmetauscher 25 abgekühlten Kühlmittels, eine Pumpe 28 für die Zufuhr und Zirkulation des in dem Tank 24 auf eine festgelegte Temperatur eingestellten Kühlmittels zu der Last 2 und einen Niveauschalter 29 zur Feststellung des Kühlmittelfüllstandes in dem Tank 24 auf. Der Wärmetauscher 25, die Heizeinheit 26 und die Pumpe 28 sind alle innerhalb des Tanks 24 angeordnet. An dem Außenumfang der Heizung 27 ist eine zylinderförmige Heizungsabdeckung 30 mit geöffneter Oberseite und einem Boden die Heizung 27 umgebend angeordnet.

Der oben genannte Wärmetauscher 25, der durch den Verdampfer 10 in den Kältemittelkreisabschnitt 3 integriert ist, ist an seinem Einlass mit einer Rückführleitung 32 des von der Last 2 zurückgeführten Kühlmittels verbunden, und sein Auslass ist mit einer Rohrleitung 33 verbunden, die mit dem Bodenabschnitt der Heizungsabdeckung 30 in Verbindung steht.

In dem Zufuhrrohr 36, das mit der Ausgangsöffnung der Pumpe 28 verbunden ist, ist ein Temperatursensor 37 zur Feststellung der Temperatur des in dem Rohr fließenden Kühlmittels vorgesehen. Ein Druckmesser 38 zur Feststellung des Kühlmitteldruckes auf der Ausgangseite und ein Niederdruck­ abschaltschalter 39 zur Erzeugung von Signalen, wenn der von dem Druckmesser 38 festgestellte Druck unter einen festgelegten Druck absinkt, sind stromabwärts des Temperatursensors 37 angeordnet.

An der Bodenwand des Tankes 24 ist ein Ablassrohr 40 zur Abführung von Kühlmittel aus dem Tank 24 angeordnet.

Der oben genannte Steuerabschnitt 5 dient der Steuerung der Gesamtvorrichtung und weist eine Temperatursteuerung 42 zur Erzeugung der notwendigen Signale entsprechend den Temperatursignalen von dem Temperatursensor 37, eine speicherprogrammierbare Steuerung (PLC) 43 zur Erzeugung der notwendigen Signale entsprechend den Signalen von dem Niveauschalter 29 in dem Tank 24, den Niederdruckabschaltschalter 39 und einen Hochdruckkältemittelabschaltschalter 20, einen elektromagnetischen Schütz/elektromagnetischen Schalter 44 zur Steuerung der Operation des Kompressors 7 und der Pumpe 28, zum elektrischen Aufladen der Heizung 27 und zur Steuerung des Injektionsventils 16 gemäß entsprechender Signale, die durch die Temperatursteuerung 42 und die PLC 43 erzeugt werden, und einen Betriebsanzeigebildschirm 45 zur Anzeige der notwendigen Informationen auf.

Wenn das Kühlmittel, dessen Temperatur durch die Last 2 erhöht wurde, durch die Rückführleitung 32 in den Wärmetauscher 25 fließt, wird es in dem Kühlkreisabschnitt 4 durch das Niedertemperaturkältemittel gekühlt, das in dem Verdampfer 10 in dem Kältemittelkreisabschnitt 3 fließt, um in die Heizungs­ abdeckung 30 zu fließen. Dann fließt das Kühlmittel, das durch die Heizung 27 auf eine festgelegte Temperatur aufgeheizt wurde, von der oberen Öffnung der Heizungsabdeckung 30 in den Tank 24. Dieses Kühlmittel wird der Last 2 über die Pumpe 28 zugeführt, um die Last zu kühlen.

Da die oben beschriebene isotherme Kühlmittelzirkulationsvorrichtung 1 das Kühlmittel, dessen Temperatur durch die Last 2 erhöht würde, mit Hilfe des Wärmetauschers 25 kühlt und dieses Kühlmittel durch die Heizung 27 auf eine festgelegte Temperatur aufheizt, ist die Einstellung der Kühlmitteltemperatur einfach.

Da die isotherme Kühlmittelzirkulationsvorrichtung 1 aber das in dem Wärmetauscher 25 gekühlte Kühlmittel mit Hilfe der Heizung 27 aufheizt, wird die für den Betrieb notwendige elektrische Strommenge erhöht. Der Kompressor 7, die Pumpe 28 und die Heizung 27 können entsprechend den Betriebsbedingungen gleichzeitig elektrisch versorgt werden, so dass eine erhöhte zulässige Kapazität der für den Betrieb notwendigen elektrischen Stromversorgung der Zirkulationsvorrichtung 1 erforderlich ist, um dieser Situtation Stand zu halten, was zu einer Verteuerung der Ausrüstung für die Stromversorgung führt.

Der DE 37 04 182 A1 ist eine Kühlanlage mit einem Kältekreislauf entnehmbar, welcher neben einem der Umgebung ausgesetzten Primärverdampfer noch einen Sekundärverdampfer aufweist, die jeweils mit dem Kältemittel des Kältekreislaufs beaufschlagt werden. Der Sekundärverdampfer ist in einem Kältespeicher angeordnet, welcher aus einem Behälter mit Eiswasser besteht.

Der Sekundärverdampfer ist dem Primärverdampfer zuschaltbar, wenn eine schlagartige Kälteabgabe an die Umgebung hervorgerufen werden soll. Ein Kühlmittelkreislauf oder eine Vorrichtung für die Einstellung der Kühllmitteltemperatur in einem Kühlmittelkreislauf ist dieser Schrift nicht zu entnehmen.

Aus der DE 36 06 860 A1 geht eine Kältemaschine mit einem Kühlkreislauf für ein Kühlmittel und mit einem Kältemittelkreislauf für ein Kältemittel hervor. In dem Kältemittelkreislauf ist ein Heißgasbypass mit einem Heißgasregler für einen von einem Verdampfer abgezweigten Kältemittelstrom angeordnet. Für die Regelung der Kälteleistung eines Verdampfers ist darüber hinaus ein Verdampfungsregler sowie Sensoren zum Erfassen von Umgebungstemperatur und Feuchte vorgesehen. Eine Temperatureinstellung des in dem Kühlkreislauf zirkulierenden Kühlmittels erfolgt durch die Regelung der Kälteleistung. Eine in einem Kühlmittelkreislauf vorgesehene Temperatureinstellvorrichtung geht aus der Schrift nicht hervor.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine isotherme Kühlmittelzirkulationsvorrichtung zu schaffen, die eine Energieeinsparung und eine Reduzierung der Betriebskosten und der Ausrüstungskosten ermöglicht.

Diese Aufgabe wird im wesentlichen durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist eine Kühlmittelzirkulationsvorrichtung vorgesehen, welche einen Kühlmittelkreisabschnitt zum Kühlen des von einer Last zurückgeführten Kühlmittels auf eine vorbestimmte Temperatur und zur Zufuhr des Kühlmittels zu der Last, sowie einen Kältemittelkreisabschnitt zum Kühlen des Kühlmittels aufweist, wobei der Kältemittelkreisabschnitt einen Heißgaskreislauf zur Einstellung der Kühlkapazität des Kältemittels für die Zufuhr zu einem Verdampfer durch Mischen eines Niedrigtemperaturkältemittels für die Zufuhr zu dem Verdampfer mit einem Anteil eines von einem Kompressor abgeführten Hochtemperaturkältemittels aufweist. Die Einstellung einer festgelegten Temperatur des Kühlmittels erfolgt mittels einer Temperatureinstellvorrichtung durch Mischen von in einem Wärmetauscher abgekühlten Kühlmittel mit von der Last zurückgeführtem Kühlmittel.

Der Kühlmittelzirkulationskreislauf weist erfindungsgemäß eine Temperatureinstellvorrichtung zur Einstellung des Kühlmittels auf eine festgelegte Temperatur durch Mischen von in dem Wärmetauscher abgekühlter Kühlflüssigkeit mit von der Last zurückgeführtem Kühlmittel auf.

Da eine Heizung zur Aufheizung des Kühlmittels nicht erforderlich ist, wird die erforderliche Strommenge zur Betätigung reduziert und Energie gespart, was zu einer Reduzierung der Betriebs- und Ausrüstungskosten führt. Die Kapazität des Tanks in dem Kühlmittelzirkulationskreislauf kann reduziert werden, so dass die Zirkulationsvorrichtung verkleinert werden kann.

Bei der oben beschriebenen isothermen Kühlmittelzirkulationsvorrichtung kann der Kältemittelkreisabschnitt außerdem ein elektronisches Expansionsventil (Regelventil) als Ersatz für ein isobares Expansionsventil aufweisen, und der Steuerabschnitt kann außerdem eine Expansionsventilsteuerung für die Steuerung der Bewegung des elektronischen Expansionsventils aufweisen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 3 ein Blockdiagramm einer von der Erfindung abweichenden Vorrichtung,

Fig. 4 ein Blockdiagramm einer weiteren von der Erfindung abweichenden Vorrichtung, und

Fig. 5 ein Blockdiagramm einer herkömmlichen isothermen Kühlmittelzirkulationsvorrichtung.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese isotherme Kühlmittelzirkulationsvorrichtung 51 weist einen Kältemittelkreislaufabschnitt 52, einen Kühlmittelkreislaufabschnitt 53 und einen Steuerabschnitt 54 auf.

Der oben genannte Kältemittelkreislauf 52 besteht aus einem Kompressor 7 zur Komprimierung eines geeigneten Kältemittels, so dass ein Hochtemperatur- und -druckkältemittelgas entsteht, einen Kondensator 8 zum Kühlen und Kondensieren des Kältemittelgases, so dass eine Hochdruckkältemittelflüssigkeit entsteht (das in der Zeichnung gezeigte Beispiel ist ein wassergekühlter Kondensator), einer Druckreduziereinheit zur Reduzierung des Druckes der Kältemittelflüssigkeit, um ein Niedrigtemperatur- und -druckkältemittel zu erhalten, welche Druckreduziereinheit aus einem elektronischen Expansionsventil 56, dessen Ventilweg einstellbar ist, und einem Verdampfer (Evaporator) 10 zur Verdampfung des durch das elektronische Expansionsventil 56 druckreduzierten Niedrigtemperatur- und -druckkältemittels besteht, wobei diese Elemente hintereinander in Reihe angeordnet sind. Der oben genannte Kältemittelkreislauf 52 weist außerdem einen Rückführstrom 12 zur Rückführung von in dem Kondensator 8 kondensiertem Kältemittel von dem Weg zwischen dem Kondensator 8 und dem elektronischen Expansionsventil 56 zur Einlassseite des Kompressors 7, wenn die Temperatur des Kältemittels am Auslass des Verdampfers 10 hoch ist, und ein Expansionsventil 57 auf, über das die Menge der Kältemittelzirkulation in dem Rückführstromkreislauf 12 einstellbar ist (das in der Zeichnung gezeigte Beispiel ist ein elektronisches Expansionsventil).

Der Kältemittelkreislauf 52 weist einen Heißgaskreislauf 58 für die Zufuhr von Hochtemperatur/druckkältemittelgas, das durch den Kompressor 7 erzeugt wurde, direkt zu dem Verdampfer 10 auf, wobei ein elektronisches Expansionsventil 59 in dem Heißgaskreislauf 58 angeordnet ist. Die elektronischen Expansionsventile 56, 57 und 59 werden durch eine Expansions­ ventilsteuerung 69 in dem Steuerabschnitt 54 gesteuert.

Auf dem Weg zwischen dem Auslass des Verdampfers 10 und dem Schnittpunkt mit dem Rückführstromkreislauf 12 sind ein Temperatursensor 60 und ein Drucksensor 61 zur Feststellung der Temperatur und des Druckes des auf diesem Weg fließenden Kältemittels angeordnet.

Außerdem ist in dem Weg zwischen dem oben genannten Schnittpunkt und dem Einlass des Kompressors 7 ein Temperatursensor 62 angeordnet, der die Temperatur des zu dem Kompressor 7 zurückgeführten Kältemittels feststellt, um Signale zu erzeugen. Die Temperatursensoren 60 und 62 und der Drucksensor 61 sind so ausgebildet, dass sie Signale an die oben genannte Expansionsventilsteuerung 69 abgeben.

Auf dem Weg zwischen dem Kompressor 7 und dem Kondensator 8 in dem Kältemittelkreislauf 52 sind ein Hochdruckkältemitteldruckmesser 19 zur Feststellung des Druckes des Hochtemperatur/druckkältemittelgases und der oben genannte Hochdruckkältemittelabschaltschalter 20 zur Erzeugung von Signalen, wenn der durch den Druckmesser festgestellte Druck über einen festgelegten Druck ansteigt, angeordnet. An der Einlassseite (der Rückführseite) des Kompressors 7 ist ein Niederdruckkältemitteldruckmesser 21 zur Feststellung des Druckes von Niederdruckkältemittelgas vorgesehen. In dem Kondensator 8 ist ein Wasserdrucksteuerventil 22 zur Steuerung der Durchflussrate von dem Kondensator 8 zugeführtem Kühlwasser angeordnet.

Der Kühlmittelkreislauf 53 weist einen Kühlmitteltank 24, einen in dem Tank 24 angeordneten Überlauftank 64 und ein Elektromotor-betätigtes Dreiwegeventil 65 auf, das die Temperatureinstelleinrichtung bildet. Das Elektromotor-betätigte Dreiwegeventil 65, das in der Nähe des Überlauftankes 64 angeordnet ist, mischt das in dem Wärmetauscher 25 gekühlte und über ein Rohr 30 zugeführte Kühlmittel mit dem direkt von einer Kühlmittelrückführleitung 32 zugeführten Kühlmittel und liefert die Mischung an den Überlauftank 64. Das Kühlmittel mit einer festgelegten Temperatur in dem Tank 24 wird der Last 2 über eine die Zirkulationsvorrichtung bildende Pumpe 28 zugeführt, um die Last 2 zu kühlen.

Da die übrigen Bestandteile des Kühlmittelkreislaufes 53 denen des in Fig. 5 gezeigten Kühlmittelkreislaufes 4 entsprechen, werden gleiche Bezugszeichen für entsprechende Funktionselemente verwendet, und auf ihre erneute detaillierte Beschreibung verzichtet.

Der oben genannte Überlauftank 64 kann auch weggelassen werden. In diesem Fall wird die Öffnung des Elektromotor-betätigten Dreiwegeventiles 65, die mit dem Bodenabschnitt des Überlauftankes 64 in Verbindung steht, direkt in die Nähe der Bodenfläche des Tankes 24 geöffnet. Da die Kapazität des Tankes 24 reduziert werden kann, wenn der Überlauftank 64 weggelassen wird, wird die Menge an teurer Kühlflüssigkeit (vollständig fluorinierte Flüssigkeit) reduziert, was eine Verringerung der Anfangskosten ermöglicht und außerdem eine Verkleinerung der gesamten isothermen Kühlmittelzirkulationsvorrichtung 51 möglich macht.

Der oben genannte Steuerabschnitt 54 umfasst die PLC 43, einen elektromagnetischen Schütz/elektromagnetischen Schalter 67, eine Temperatursteuerung 68, das Betriebsanzeigeelement 45 und die oben genannte Expansionsventilsteuerung 69. Die PLC 43 ist so ausgebildet, dass sie entsprechend den jeweiligen Signalen von dem Niveauschalter 29, dem Niederdruckabschaltschalter 39 und dem Hochdruckkältemittelabschaltschalter 20 Signale an den elektromagnetischen Schütz/elektromagnetischen Schalter 67 gibt, so dass der elektromagnetische Schütz/elektromagnetische Schalter 67 die Betätigung des Kompressors und der Pumpe 28 durch diese Signale steuert.

Die oben genannte Temperatursteuerung 68 ist so ausgebildet, dass sie auf der Basis von Signalen des Temperatursensors 67 Signale an die Expansionsventilsteuerung 69 und den Anzeigebildschirm 45 leitet und auch zu dem Elektromotor-betätigten Dreiwegeventil 65, um die Temperatur des in den Tank fließenden Kühlmittels auf eine gewünschte Temperatur zu steuern, indem das Mischungsverhältnis zwischen dem in dem Wärmetauscher 25 gekühlten Kühlmittel und dem von der Last 2 zurückgeführten Kühlmittel eingestellt wird.

Die Expansionsventilsteuerung 69 gibt entsprechend den jeweiligen Signalen von der Temperatursteuerung 68, den Temperatursensoren 60 und 62 und dem Drucksensor 61 Signale an die elektronischen Expansionsventile 56, 57 und 59 ab, um diese zu steuern, so dass die Ventilwege der elektronischen Expansionsventile 56, 57 bzw. 59 gesteuert werden.

Bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform wird die Mischung aus dem Niedrigtemperaturkältemittel, dessen Druck durch das elektronische Expansionsventil 56 reduziert wurde, und dem Heißgas, dessen Druck durch des elektronische Expansionsventil 59 reduziert wurde, dem Verdampfer 10 in dem Kältemittelkreislauf 52 zugeführt. Die Kühlkapazität dieses Kältemittels wird durch die elektronischen Expansionsventile 56 und 59, die durch die von dem Expansionsventilcontroller 69 erzeugten Signale gesteuert werden, auf eine gewünschte Kühlkapazität eingestellt.

Andererseits wird das von dem Rückführrohr 32 zugeführte Kühlmittel durch in dem Verdampfer 10 fließendes Kältemittel gekühlt, während es in dem Wärmetauscher 25 fließt. Dann wird das durch den Wärmetauscher 25 gekühlte Kühlmittel durch das Elektromotor-betätigte Dreiwegeventil 65 mit dem von der Last 2 zurückgeführten Kühlmittel auf eine festgelegte Temperatur gemischt, fließt von der oberen Öffnung des Überlauftankes 64 oder direkt in den Tank 24 und wird der Last 2 zugeführt und durch die Pumpe 28 zirkuliert.

Unter diesen Bedingungen wird Hochtemperaturkühlmittel durch den Wärmetauscher 25 nicht übermäßig gekühlt, weil die Kühlkapazität des in dem Verdampfer 10 fließenden Kältemittels kleiner ist als die des in dem Verdampfer 10 fließenden lediglich niedrigtemperierten Kältemittels, und da das Hochtemperaturkühlmittel durch das Elektromotor-betätigte Dreiwegeventil 65 damit gemischt wird, so dass die Temperatur des Kühlmittels in dem Tank 24 auf eine festgelegte Temperatur gebracht werden kann. Das Kühlmittel in dem Tank 24 wird durch die Steuerung der elektronischen Expansionsventile 56 und 59 über die Expansionsventilsteuerung 69 und durch Steuerung des Elektromotor-betätigten Dreiwegeventils 65 über die Temperatursteuerung 68 auf eine festgelegte Temperatur eingestellt.

Bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform wird die Heizung während der Einstellung des Kühlmittels auf eine festgelegte Temperatur nicht verwendet, so dass die erforderliche elektrische Strommenge zur Betätigung des isothermen Kühlmittelzirkulationsapparates 51 reduziert werden kann, was zu einer Verringerung der Betriebskosten der Zirkulationsvorrichtung 51 und der Ausrüstungskosten führt.

Außerdem lassen sich das Volumen des Tankes 24 und die Kühlflüssigkeitsmenge in dem Tank 24 weiter reduzieren, da die Heizungsabdeckung und der Überlauftank 64 weggelassen werden können, so dass die Anfangskosten weiter reduziert können und die Gesamtvorrichtung verkleinert werden kann.

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese isotherme Kühlmittelzirkulationsvorrichtung 71 weist einen Kältemittelkreislaufabschnitt 72, den Kühlmittelkreislaufabschnitt 53 und einen Steuerabschnitt 73 auf.

Der oben genannte Kältemittelkreislauf 72 besteht aus dem Kompressor 7 zur Komprimierung eines geeigneten Kältemittels zu einem Hochtemperatur- und - druckkältemittelgas, dem Kondensator 8 zur Kühlung und Kondensation des Kältemittelgases zu einer Hochdruckkältemittelflüssigkeit (das in der Zeichnung dargestellte Beispiel ist ein wassergekühlter Kondensator), einem Solenoid­ betätigten Ventil (Magnetventil) 75, der Druckreduziereinheit zur Reduzierung des Druckes der Kältemittelflüssigkeit, um ein Niedertemperatur- und - druckkältemittel zu erhalten, (das in der Zeichnung dargestellte Beispiel ist ein thermisches Expansionsventil 76) und dem Verdampfer 10 zum Verdampfen des durch das thermische Expansionsventil 76 druckreduzierten Niedertemperatur- und -druckkältemittel, wobei diese Elemente hintereinander in Reihe angeordnet sind.

Der oben genannte Kältemittelkreislauf 72 weist außerdem den Rückführstromkreislauf 12 zur Rückführung der in dem Kondensator 8 kondensierten Kältemittelflüssigkeit von dem Weg zwischen dem Kondensator 8 und dem Magnetventil 75 zu der Einlassseite des Kompressors 7, wenn die Temperatur am Auslass des Verdampfers 10 hoch ist, und ein in dem Rückführstromkreislauf 12 angeordnetes Expansionsventil auf (das in der Zeichnung dargestellte Beispiel ist ein thermisches Expansionsventil 77). Der Kältemittelkreislauf 72 weist außerdem den Heißgaskreislauf 58 ebenso wie bei der ersten Ausführungsform und ein isobares Expansionsventil 78 auf, das in dem Heißgaskreislauf 58 angeordnet ist.

Die thermischen Expansionsventile 76 und 77 und das isobare Expansionsventil 78 werden durch entsprechende Signale eines Temperatursensors 80 zur Feststellung der Temperatur auf der Auslassseite des Verdampfers 10, eines Temperatursensors 81 zur Feststellung der Temperatur auf der Einlassseite des Kompressors 7 und eines Drucksensors 82 zur Feststellung des Druckes an der Ausgangsseite des isobaren Expansionsventils 78 gesteuert. Dadurch können die bei der ersten Ausführungsform verwendeten Temperatursensoren 60 und 62 und der Drucksensor 61 weggelassen werden.

Das oben beschriebene thermische Expansionsventil 77 wird dazu verwendet, die Temperatur auf der Saugseite des Kompressors 7 durch Erhöhen seines Weges zu verringern, wenn die Innentemperatur ansteigt.

Der oben genannte Steuerabschnitt 73 weist die PLC 43, einen elektromagnetischen Schütz/elektromagnetischen Schalter 84, die Temperatursteuerung 68 und die Betriebsanzeige 45 auf. Der elektromagnetische Schütz/elektromagnetische Schalter 84 ist so ausgebildet, dass er die Operationen des Kompressors 7 und der Pumpe 28 sowie das Schalten des Magnetventiles 75 durch entsprechende Signale von der PLC 43 steuert.

Da die übrigen Bestandteile der zweiten Ausführungsform denjenigen der ersten Ausführungsform entsprechen, werden gleiche Bezugszeichen zur Bezeichnung entsprechender Funktionselemente verwendet und auf ihre erneute detaillierte Beschreibung verzichtet.

Die isotherme Kühlmittelzirkulationsvorrichtung 71 gemäß der zweiten Ausführungsform weist thermische Expansionsventile 76 und 77, das isobare Expansionsventil 78 und das Magnetventil 75 in dem Kältemittelkreislauf 72 als Ersatz für die in der ersten Ausführungsform verwendeten elektronischen Expansionsventile 56, 57 und 59 auf. Diese Expansionsventile werden durch Sensoren 80 bis 82 gesteuert, während das Magnetvenil 75 durch den elektromagnetischen Schütz/elektromagnetischen Schalter 84 gesteuert wird, so dass die Expansionsventilsteuerung weggelassen werden kann, was eine Vereinfachung und kostengünstigere Herstellung der isothermen Kühlmittelzirkulationsvorrichtung 71 ermöglicht.

Fig. 3 zeigt eine von der Erfindung abweichende Vorrichtung. Diese isotherme Kühlmittelzirkulationsvorrichtung 91 weist einen Kältemittelkreislaufabschnitt 92, den Kühlmittelkreislaufabschnitt 93 und einen Steuerabschnitt 94 auf. Der Kältemittelkreislauf 92 entspricht dem Kältemittelkreislauf 52 der ersten Ausführungsform der Erfindung bis auf die Tatsache, dass er keinen Temperatursensor 60 aufweist.

Daher werden gleiche Bezugszeichen zur Bezeichnung entsprechender Funktionselemente verwendet und auf ihre erneute detaillierte Beschreibung verzichtet.

Der Kühlmittelkreislauf 93 entspricht dem Kühlmittelkreislauf 53 der ersten und zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform bis auf die Tatsache, dass das Elektromotor-betätigte Dreiwegeventil 65 weggelassen wird. Das in dem Wärmetauscher 25 auf eine festgelegte Temperatur gekühlte Kühlmittel wird direkt abgeführt, um von dem Überlauftank 64 in den Tank 24 überzulaufen oder es wird direkt in den Tank 24 abgeführt, so dass der Überlauftank 64 weggelassen wird. Die Signale des Temperatursensors 37 zur Feststellung der Temperatur des der Last 2 zugeführten Kühlmittels werden an eine Expansions­ ventilsteuerung 96, die später beschrieben wird, in dem Steuerabschnitt 94 weitergeleitet.

Daher werden wiederum für entsprechende Funktionseinheiten gleiche Bezugszeichen verwendet und auf ihre erneute detaillierte Beschreibung verzichtet.

Der oben genannte Steuerabschnitt 94 umfasst die PLC 43, den elektromagnetischen Schütz/elektromagnetischen Schalter 76, die Betriebsanzeige 45 und die Expansionsventilsteuerung 96. Die Expansionsventilsteuerung 96 liefert Signale an die elektronischen Expansionsventile 56, 57 und 59 entsprechend den jeweiligen Signalen der Temperatursensoren 37 und 62 und des Drucksensors 61, um dadurch die Wege dieser elektronischen Expansionsventile zu steuern.

Bei dieser Vorrichtung kann der elektrische Stromverbrauch weiter reduziert werden, da das Elektromotor-betätigte Dreiwegeventil weggelassen wird. Dies führt zu einer weitergehenden Energieeinsparung bei Gewährleistung der Operationsbedingungen wie bei der ersten und zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Da das Volumen des Tanks 24 weiter reduziert werden kann, kann die Menge an Kühlflüssigkeit ebenfalls weiter verringert werden.

Fig. 4 zeigt eine weitere, von der Erfindung abweichende, Vorrichtung. Diese isotherme Kühlmittelzirkulationsvorrichtung 101 weist einen Kältemittelkreislaufabschnitt 102, den Kühlmittelkreislaufabschnitt 103 und einen Steuerabschnitt 104 auf.

Der Kältemittelkreislauf 102 weist einen Temperatursensor 106 zur Feststellung der Temperatur des in dem Weg zwischen der Auslassseite des elektronischen Expansionsventils 56 und dem Schnittpunkt mit dem Heißgaskreislauf 58 fließenden Kältemittels, den Temperatursensor 60 zur Feststellung der Temperatur des in dem Weg zwischen der Auslassseite des Verdampfers 10 und dem Schnittpunkt mit dem Rückführkreislauf 12 fließenden Kältemittelgases und das thermische Expansionsventil 77 in dem Rückführkreislauf 12 als Ersatz für das elektronische Expansionsventil 57 auf. Der Drucksensor 61 wird weggelassen.

Das oben genannte thermische Expansionsventil 77 wird durch Signale von dem Temperatursensor 81 zur Feststellung der Temperatur auf der Einlassseite des Kompressors 7 ebenso wie bei der zweiten Ausführungsform nach der Erfindung gesteuert.

Da die übrigen Bestandteile des Kältemittelkreislaufs 102 denjenigen des Kältemittelkreislaufs 52 der ersten Ausführungsform entsprechen, werden gleiche Bezugszeichen zur Bezeichnung entsprechender Funktionseinheiten verwendet und auf ihre erneute detaillierte Beschreibung verzichtet.

Der oben genannte Kühlmittelkreislauf 103 weist anstelle des Temperatursensors 37 der ersten und zweiten Ausführungsformen zur Feststellung der Kühlmitteltemperatur am Auslass der Pumpe 28 einen Temperatursensor 107 zur Feststellung der Temperatur von Kühlmittel in dem Überlauftank 64 auf, um Signale an eine Expansionsventilsteuerung 108, die später beschrieben wird, weiterzuleiten.

Die übrigen Bestandteile des Kühlmittelkreislaufs 103 entsprechen denjenigen des Kühlmittelkreislaufs 93 gemäß Fig. 3. Daher werden erneut für entsprechende Funktionselemente gleiche Bezugszeichen verwendet und auf ihre erneute detaillierte Beschreibung verzichtet.

Das oben beschriebene elektronische Expanionsventil 56 steuert die Differenz zwischen den jeweiligen von den Temperatursensoren 60 und 106 festgestellten Temperaturen des Kältemittels (die Heizrate) auf einen konstanten Wert, während das elektronische Expansionsventil 59 dazu verwendet wird, die Kühlkapazität des Kältemittels für die Zufuhr zu dem Verdampfer 10 einzustellen, um die Temperatur des der Last 2 zugeführten Kühlmittels auf einen konstanten Wert zu steuern, ebenso wie bei der oben beschriebenen Vorrichtung.

Der oben genannte Steuerabschnitt 104 weist die PLC 43, den elektromagnetischen Schütz/elektromagnetischen Schalter 76, die Betriebsanzeige 45 und die Expansionsventilsteuerung 108 auf. Die Expansionsventilsteuerung 108 gibt entsprechend den jeweiligen Signalen der Temperatursensoren 60, 106 und 107 Signale an die elektronischen Expansionsventile 56 und 59 um dadurch die Wege dieser elektronischen Expansionsventile zu steuern.

Da die übrigen Funktionen bei der Vorrichtung nach Fig. 4 denjenigen nach Fig. 3 entsprechen, wird auf ihre erneute Beschreibung verzichtet.

Claims (5)

1. Isotherme Kühlmittelzirkulationsvorrichtung (51, 71) mit einem Kühlmittelkreislauf (53) zum Kühlen eines von einer Last (2) zurückgeführten Kühlmittels auf eine festgelegte Temperatur und zur Zufuhr des Kühlmittels zu der Last (2) und einem Kältmittelkreislauf (52) zum Kühlen des Kühlmittels,
wobei der Kältemittelkreislauf (52, 72) einen Heißgaskreislauf (58) mit einem Expansionsventil (56, 57, 59, 78) zur Einstellung der Kühlkapazität des Kältemittels für die Zufuhr zu einem Verdampfer (10) durch Mischen eines Niedertemperaturkältemittels für die Zufuhr zu dem Verdampfer (10) mit einem Anteil eines Hochtemperaturkältemittels, das von einem Kompressor (7) abgeführt wird, aufweist,
wobei der Kühlmittelkreislauf (53) einen Wärmetauscher (25) zum Kühlen eines von der Last (2) zurückgeführten Kühlmittels auf eine festgelegte Temperatur mit Hilfe des Verdampfers (10) aufweist und Zirkulationseinrichtungen (28) für die Zufuhr des Kühlmittels zu der Last (2), um das Kühlmittel zu zirkulieren, und
mit einer Temperatureinstellvorrichtung zur Einstellung des Kühlmittels auf die festgelegte Temperatur durch Mischen von in dem Wärmetauscher (25) abgekühltem Kühlmittel mit von der Last (2) zurückgeführtem Kühlmittel.

2. Isotherme Kühlmittelzirkulationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatureinstellvorrichtung einen Steuerabschnitt mit einer Temperatursteuerung (68) aufweist.

3. Isotherme Kühlmittelzirkulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatureinstellvorrichtung einen Kühlmitteltank (24), einen in dem Tank angeordneten Überlauftank (64) und ein elektromotorisch betätigbares Dreiwegeventil (65) aufweist.

4. Isotherme Kühlmittelzirkulationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Expansionsventil im Kältemittelkreislauf (52) ein elektronisches Expansionsventil (56, 57, 59) ist.

5. Isotherme Kühlmittelzirkulationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf (52) ein isobares Expansionsventil (78) aufweist.