DE2006316A1 - Kühlsystem mit Abtauvorrichtung - Google Patents

Description

Streater Industries, Inc., 411 South First Avenue, Albert Lea, Minnesota 56007, USA

Kühlsystem mit Abtauvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kühlsystem mit einem Verdichter, einem Verflüssiger und mehraren parallel geschaiteten Verdampfern sowie einer Ab tauvorrichtung, die wahlweise einen der Verdampfer mit Heißgas zu versorgen gestattet.

Insbesondere können der Verdichter und der Verflüssiger zentral, und die Verdampfer entfernt davonangeordnet sein.

Es sind Kühlsysteme bekannt, bei denen ein Teil der heißen Gase, die von dem Verdichter zum Auftauen der Verdampferrohrnchlange verwandet werden, abgezweigt wird. Es ist auch üblich, daa Kondensat des heißen Abtaugases, nachdem es einen aufgetauten Verdampfer verlassen hat, al3 Kühlmittel für Verdampfer zu verwenden, ti to zu diesem Zeitpunkt nicht aufgetaut sind. In diesen bekannten Systemen hat der Verdichter zwei Funktionen, nUmJ.ich während des Abtauvorganges heißes Kältemittelgas direkt den Vordampfern zu iiefern, die abgetaut werden, und kaites flüssiges Kältemittel direkt vom Verflüssiger zu den Verdampfern zu liöforn, die nicht abgetaut worden. Ein System, bei dan der '/erdichter während dos Auf tau Vorganges zwei Funktionen ausübt, besitzt eine von zwei untrennbar vorbundonon

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Eigenschaften. Entweder hat der Verdichter eine genügend groß« Kapazität, um die beiden Funktionen entsprechend auszuüben, oder eine kleinere Kapazität, so daß der Abtauvorgang eine erhebLLche Zeit benötigt«. In dem ersten Fall ist der VerdLchter größer als es für den primären Kühlzyklus erforderLich ist» Im letzteren Falle werden die nicht abzutaiumden Verdampfer während des Abtauvorganges etwas weniger gekühit, wodurch deren Kühlleistung leidet,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühlsystem mit Heißgas-Abtauung anzugeben, bei dem das Abtauen rasch und wirksam erfolgt, die Kühlung der anderen Verdampfer nicht merklich beeinträchtigt wird und eine Vergrößerung der Kapazität des Verdichters unnötig ist.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs beschriebenen Kühlsystem erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch ein normalerweise offenes erstes Ventil in der gemeinsamen Zuleitung zu den Verdampfern und normalerweise offene zweite Ventile in der Austrittsleitung Jedes Verdampfers, durch Heißgasleitungen, die den Verdichterausgang mit je einer Verdampfer-Austrittsleitung vor deren Ventil verbindet und Je ein normalerweise geschlossenes drittes Ventil aufweist, und durch eine Steuervorrichtung, die zum Abtauen das erste VentlL und eines der zweiten Ventile zu schließen und das diesem zugeordnete drLtte Ventil zu öffnen vermag.

Del diesem System dient während de3 Abtauens die gesamte odor fast die gesamte Fördermenge des Verdichters der Abtaufunktion, so daß das Abtauen schnell und wirksam erreicht wird. Das heiße Gas durchströmt den Verdampfer entgegen der normalen Durchflußrichtung und tritt dann in die zu den anderen Verdampfern führende gemeinsame Zuleitung ein. Diese anderen Verdampfer werden daher ohne merk Liehe Einbuße ihrer Kühlleistung weiter betrieben,

Dei einer bevorzugten AuafUhrungaform ist Jedem Verdampfer

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eine Umgehungsleitungzugeordnet, die die zwischen gemeinsam« Zuleitung und Verdampfereintritt geschalteten Elemente über-

ein

brückt und normalerweise geschlossenes Rückschlagventil aufweist« Hierdurch bleiben die Drosselverluste gering und in der gemeinsamen Zuleitung wird ein verhältnismäßig hoher Druck aufrechterhalten«

In manchen Fällen, insbesondere wenn abnormale oder selten vorkommende Wärmebelastungszustände vorliegen, kann en vorteilhaft sein, daß das erste Ventil außerdem von einem druckabhängigen Regler derart steuerbar ist, daß der Druck in der Zuleitung auf der Abströmseite dieses Ventils auf einem vorgegebenen Wert gehalten wird. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß den nicht abzutauenden Verdampfern unter allen Umständen eine ausreichende Kältemittelmenge zugeführt wird.

Die Erfindung und deren Weiterbildungen werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine schematische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des Kühlsystems gemäß vorliegender Erfindung.

Mehrere Verdampferrohrschlangen 10, 20 und 30 liegen vonein ander sowie vom Verdichter und Verflüssiger des Kühlsystems entfernt. Die Rohrschlangen 10, 20 und 30 können z. B. in Kühltruhen angeordnet sein, wie man sie in Supermärkten vorfindet.

Das Kühlsystem weist in Reihe einen Verdichter 2, einen Verflüssiger 4 und ein Aufnahmegefäß 6 für das flüssige Kältemittel auf. Eine Rohrleitung 40 verbindet den Verdichter 2 mit dem Verflüssiger 4; und in ihr ist ein Austrittssammelrohr 41 angeordnet. Eine Rohrleitung 42 verbindet den Verflüssiger 4 mit dem Aufnahmegefäß 6.

Jeder der Verdampfer 10, 20 und 30 hat die Form einer Rohrschlange mit Anschlüssen an gegenüberliegenden Enden, wobei diese Anschlüsse der Einfachheit halber als erste Anschlüsse

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11, 21 und 31 und zweite Anschlüsse 12, 22 und 32 bezeichnet werden. Eine Zufuhrleitung 44 für flüssiges Kältemittel ist an einem Ende mit dem Aufnahmegefäß 6 und über parallel liegende Zweigleitungen 45, 46 und 47 mit den Anschlüssen 11, 21 und 31 der Verdampfer 10, 20 und 30 verbunden.

Die Saugleitung des Kompressors 2 ist mit einem Saugsammelrohr 50 versehen. Die zweiten Verdampferanschlüsse 12, 22 und 32 sind mit dem Saugsammelrohr 50 über parallel angeordnete Leitungen 51, 52 und 53 verbunden. Die Verdampfer 10, 20 und 30 sind also zwischen der Flüssigkeitszufuhrleitung 44 und dem Saugsammelrohr 50 parallel geschaltet.

Jeder der Verdampfer 10, 20 und 30 besitzt die üblichen damit verbundenen thermostatischen Expansionsventile 56, die die Menge des flüssigen Kältemittels regulieren, das während des normalen Kühlzyklus durch die Verdampferanschlüsse 11, 21 und 31 durchgelassen werden soll. In der Nähe eines Jeden Verdampfers 10, 20 und 30 sind Wärmetauscher 58 vorgesehen. So stehen z. B. beim Verdampfer 10 dessen Zufuhrzweigleitung 45 und dessen Austrittsleitung 51 im Wärmeaustausch.

In den Leitungen 51, 52 und 53 befinden sich Magnetventile 61, 62 und 63, die während des normalen Kühlzyklus offen sind. Die Ventile 61, 62 und 63 dienen auch als Regelventile, die den Druck und die entsprechenden Temperaturen in den Verdampfern 10, 20 und 30 regeln, jedoch berühren diese Funktionen der Ventile nicht die Erfindung. Die Zufuhrleitung A4 für das flüssige Kältemittel besitzt ein Magnetventil 66, das während des normalen Kühlungszyklus oflen ist.

Mit dem insoweit beschriebenen System wird der übliche Kühlzyklus durchgeführt. Der Verdichter 2 verdichtet ein gasförmiges Kältemittel, das zum Verflüssiger 4 strömt, wo das Kältemittel kondensiert wird; die Flüssigkeit strömt durch die Leitung 42 zum Aufnahmegefäß 6. Von dem Aufnahmegefäß

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gelangt das flüssige Kältemittel durch das normalerweise offene Magnetventil 66 und die Flüssigkeitszufuhrleitung 44 zu den Zweigleitungen 45, 46 und 47 und strömt durch die Wärmetauscher 58 zu den thermostatischen Expansionsventilen 56, die mit den Verdampfern 10, 20 und 30 verbunden sind. Das flüssige Kältemittel expandiert und gelangt über die Verdampferanschlüsse 11, 21 und 31 zu den Verdampfern. Das verdampfte Kältemittel verläßt die Verdampfer durch die Verdampferanschlüsse 12, 22 und 32, gelangt durch die Wärmetauscher 58 und wird durch die Leitungen 51, 52 und 53 in gasförmiger Form zum Saugsammelrohr 50 und zum Saugeingang des Verdichters 2 abgesaugt« Die Ventile 61, 62 und 63 sind normalerweise offen und üben, wie oben erwähnt, während des beschriebenen Kühlzyklus ihre Druck- und Temperaturregelfunktionen aus.

Der Abtauzyklus erfordert einige zusätzliche Vorrichtungen, die im folgenden beschrieben werden. Jeder Verdampfer ist mit einer Umgehungsleitung 13, 23 bzw. 33 versehen, die um das thermostatische Expansionsventil und den Wärmetauscher führt, der diesem Verdampfer zugeordnet ist. Jede Umgehungsleitung hat ein darin angeordnetes Rückschlagventil 68. Ein Ende der Zweigleitung 45 ist zwischen dem Expansionsventil 56 und dem ersten Anschluß 11 des Verdampfers 10, das andere Ende zwischen dessen Wärmetauscher 58 und der Flüssigkeitszufuhrleitung 44 angeschlossen. Die Zweigleitungen 46 und 47 weisen die gleichen Zuordnungen zu den zugehörigen Verdampfern 20 und 30 auf.

Das Austrittssammelrohr 41 besitzt drei Heißgasleitungen 71, 72 und 73, die einzeln mit ihm verbunden sind· Die anderen Enden der Heißgasleitungen sind an die Leitungen 51, 52 und 53 zwischen den Wärmetauschern 58 und den Ventilen 61, 62 und 63 angeschlossen· In den Heiflgasleitungen sind Magnetventile 74, 75 und 76 angeordnet.

dem
Bei FlUssigk*itszufuhrv«ntil 66 ist ein druckabhängiger Ventil-

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regler 80 vorgesehen. Ein Mefirohr 81 verbindet den Regler 80 mit der Flüssigkeitszufuhrleitung 44 auf der Abströmseite des Ventils 66. Der Regler 80 wiederum ist mit dem Ventil 66 über eine Leitung 82 elektrisch verbunden, um das Ventil 66 in einer Weise zu betätigen, die im folgenden beschrieben wird.

Es ist ein Zeitgeber oder eine Uhr 88 vorgesehen, die mit den Magnet-Ventilen 61 bis 63 , den Magnetventilen 74 bis 76, dem Magnetventil 66 und dem Ventilregler 80 über nicht dargestellte elektrische Leitungen verbunden ist. Die Abtauvorgänge erfolgen bei der dargestellten Ausführungsform in vorbestimmten Zeitintervallen, obgleich auch andere bekannte Verfahren zur Festlegung der Abtauzeiten verwendet werden können. Zur Veranschaulichung sei angenommen, daß der Zeitgeber 88 so eingestellt ist, daß der oben beschriebene Kühlzyklus zwei Stunden lang arbeiten kann und dann getrennt und nacheinander für Je 10 Minuten ein Abtauen der Verdampfer 10, 20 und 30 erfolgt. Es sei ferner angenommen, daß das verwendete Kältemittel aus R12 besteht, das einen Kondensationsdruck von etwa 8,2 atü bei einer Kondensationstemperatür von etwa 38⁰C aufweist, und daß der Verdichtungsdruck in dem Austrittssammelrohr 41 etwa 8,2 atü beträgt.

Wenn zu einer bestimmten Zeit einer der Verdampfer abgetaut werden soll, beispielsweise der Verdampfer 10, so bewirkt der Zeitgeber 88 gleichzeitig das Öffnen des normalerweise geschlossenen Ventils 74, das Schließen des normalerweise offenen Ventils 61 und das Schließen des normalerweise offenen Ventils 66. Die Verwendung des Wortes "normalerweise¹¹ erfolgt in dem Sinne, daß die betreffenden Ventile während des normalen KUhlzyklus, also wenn keiner der Verdampfer abgetaut wird, offen oder geschlossen sind.

Bei einem solchen Abtauen des Verdampfers 10 verursacht das öffnen des Ventile 74 in der Heißgasleitung 71» daß die vom Verdichter 2 abgegebenen heißen Gase vom Sammelrohr 41 sur

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Leitung 51 geführt werden. Das heiße Gas strömt aus der Leitung 71 durch die Leitung 51 in den Anschluß 12, durch den Verdampfer 10 und weiter aus dem Anschluß 11. Während des Durchströmens des Verdampfers 10 geben die heißen Gase Wärme an die Verdampferrohrschlange ab, bewirken ein Abtauen, verflüssigen sich dabei und werden eine kalte Flüssigkeit. Das verflüssigte Kältemittel strömt durch die Leitung 13, das Rückschlagventil 68 und durch die Leitung 45 in die Hauptflüssigkeitssufuhrleitung 44. Wenn man berücksichtigt, daß das Ventil 66 während des Abtauvorganges geschlossen ist (ausgenommen unter gewissen, im folgenden genannten, Bedingungen), so steht das verflüssigte Kältemittel, das sich beim Abtauen des Verdampfers 10 ergibt und durch die Leitung 44 fließt, zur Verfügung, um eine Kühlung der Verdampfer 20 und 30 in gleicher Weise zu bewirken wie das flüssige Kältemittel, das während des normalen Kühlzyklus durch das Ventil 66 strömt. Das flüssige Kältemittel vom Verdampfer 10 fließt daher durch die Zweigleitungen 46 und 47 zu den entsprechenden Verdampfern 20 und 30, wo es verdampft wird und über die Leitungen 52 und 53 in gleicher Weise wie während des normalen Kühlzyklus zum Saugsammelrohr 50 zurückgeführt wird.

Das Abtauen der Verdampfer 20 und 30 verläuft analog zum beschriebenen Abtauvorgang für den Verdampfer 10 und wird daher nicht gesondert beschrieben.

Ein wesentlicher Vorteil des Geschlossenhaltens des Hauptflüssigkeitszufuhrventils 66 während des oben beschriebenen Abtauvorganges besteht darin, daß die kondensierte Flüssigkeit aus dem aufgetauten Verdampfer sehr schnell entfernt und der Abtauvorgang sehr schnell und wirksam durchgeführt werden kann« Zur gleichen Zeit wird das im abgetauten Verdampfer verflüssigte Kältemittel verwendet, um eine Kühlung der beiden anderen Verdampfer zu bewirken. Die Tatsache, daß der Abtauvorgang so schnell und wirksam vor sich geht, bedeutet, daß die gekühlten Waren, die durch den abgetauten Verdampfer gekühlt werden, wegen der relativ kurzen Zeitspanne, die für

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den Abtauvorgang erforderlich ist, nicht ungünstig beeinflußt werden·

Bei den bekannten Kühlsystemen bestand das Verfahren darin, während des Abtauvorganges einen etwa gleichmäßigen Ausgleich derart vorzusehen, daß während dieser Zeit nur ein TeiJ. des vom Verdichter erzeugten heißes Gases zum Abtauen verwendet wurde, so daß die Verdampfer, die nicht abgetaut wurden, nur geringfügig an ihrer Kühlkapazität einbüßten. Die Nachteile dieser Verfahrensweise jedoch bestehen darin, daß sich der Abtauvorgang über einen längeren Zeitraum hinzog und daß die nicht abgetauten Verdampfer somit während dieses längeren Zeitraumes unter ihrem Nennwirkungsgrad betrieben wurden· Um ein befriedigendes System vorzusehen, bei dem die gekühlten Waren während des Abtauvorganges nicht ungünstig beeinflußt werden, war es notwendig, einen Verdichter und einen Motor mit größerer Kapazität vorzusehen als es für den normalen Kühlzyklus erforderlich war. Die Erfindung ist besonders in dieser Hinsicht gegenüber den bekannten Systemen vorteilhaft, da der Abtauvorgang wirksam so durchgeführt werden kann, daß weder die gekühlten Waren ungünstig beeinflußt werden, noch größere Verdichter und Motoren bereit gestellt werden müssen·

Ein weiteres Merkmal der Erfindung bezieht sich auf eine zusätzliche Funktion des Flüssigkeitszufuhrventils 66, Es besteht für Jedes Kühlsystem die Bedingung, daß das dem Verdampfer zugeführte Kältemittel einen Druck aufweist, der nahezu so groß ist wie der normale Kondensationsdruck des im einzelnen verwendeten Kältemittels· Das Kältemittel R 12 z.B. besitzt einen normalen Kondensationsdruck von etwa 8,2 atü. Bei Verwendung von R12 sollte der Druck in der Flüssigkeitszufuhrleitung während des Abtauvorganges nicht weit unter 8,2 atü abfallen dürfen· In dem System der vorliegenden Erfindung hängt der Druck des Kältemittels in der FlUssigkeitszufuhrleitung 44 während eines Abtauvorganges, wenn das Ventil 66 geschlossen ist, von einer Anzahl Veränderlicher ab, wie etwa den Größen der Verdampfer und den Längen des Rohrsystems·

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Es kann bei einigen Anlagen so eingerichtet werden, daß der oben beschriebene Abtauzyklus stets mit einem Druck in der Leitung 44 arbeitet, der höher als der Kondensationsdruck des verwendeten Kältemittels ist. Bei anderen Anlagen jedoch kann der Druck in der Leitung 44 gelegentlich unter den gewünschten Druck des flüssigen Kältemittels fallen; um für diesen Betriebszustand ein Gegenmittel vorzusehen, ist der Ventilregler 80 vorgesehen. Das Meßrohr 81 mißt den Druck in der Leitung 44 und der Regler 80 dient dazu, die Wirkung des Zeitgebers 88 auf das Ventil 66 zu übersteuern; er wird so justiert, daß er das Ventil 66 öffnet, wenn der Druck in der Leitung 44 unter den voreingestellten Druck des verwendeten Kältemittels fällt. Bei einigen Anlagen braucht eine Regelung, welche sich durch den Regler 80 ergibt, nicht vorgesehen zu sein, und in diesem Fall kann dieses Merkmal fortgelassen werden» Bei anderen Anlagen, wo die Regelung erwünscht ist, kann sie in erheblichem Ausmaß variieren. So kann, wenn die zur Leitung 44 aus einem Verdampfer während eines Abtauvorganges gelieferte Flüssigkeit ergänzt werden muß, Zusatzflüssigkeit durch das Ventil 66 nur gelegentlich in einigen Augenblicken oder in extremen Fällen während eines wesentlichen Teiles der Abtauspanne geliefert werden. In bezug auf die vorliegende Erfindung ist es wichtig, daß das Schließen des Ventils 66 den schnellstmöglichen und wirkungsvollsten Auftauvorgang ermöglicht und daß der Regler 80 dazu dient oder derartig wirkt, daß die kleinste Menge an Zusatzflüssigkeit durch das Ventil 66 geliefert wird, die notwendig ist, eine wirksame Kühlung der Verdampfer aufrechtzuerhalten, die zu diesem Zeitpunkt nicht abgetaut werden«

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Claims (5)

Patentansprüche

1.) Kühlsystem mit einem Verdichter, einem Verflüssiger und ^ mehreren parallel geschalteten Verdampfern sowie einer Abtauvorrichtung, die wahlweise einen der Verdampfer mit Heißgas zu versorgen gestattet, gekennzeichnet durch ein normalerweise offenes erstes Ventil (66) in der gemeinsamen Zuleitung (44) zu den Verdampfern (10, 20, 30) und normalerweise offene zweite Ventile (61, 62, 63) in der Austrittsleitung (51, 52, 53) jedes Verdampfers, durch Heißgasleitungen (71, 72, 1% die den Verdichterausgang mit je einer Verdampfer-Austrittsleitung vor deren Ventil verbindet und je ein normalerweise geschlossenes drittes Ventil (74, 75, 76) aufweist, und durch eine Steuervorrichtung, die zum Abtauen das erste Ventil und eines der zweiten Ventile zuschließen und das diesem zugeordnete dritte Ventil zu öffnen vermag.

2. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Verdampfer (10, 20, 30) eineUmgehungsleitung (13, 23, 33) zugeordnet ist, die die zwischen gemeinsame Zuleitung (44) und Verdampfereintritt (11, 21, 31) geschal-

ein

teten Elemente (56, 58) überbrückt und normalerweise geschlossenes Rückschlagventil (68) aufweist·

3· Kühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventil (66) außc lern von einem druckabhängigen Regler (80) derart steuerbar ist, daß der Druck in der Zuleitung (44) auf der Abströmseite dieses Ventils auf einem vorgegebenen Wert gehalten wird.

4. Kühlsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventil (66) ein Magnetventil ist, das elektrisch vom Regler (80) geöffnet und geschlossen wird, und daß der Regler mit einem Druckmeßrohr (81) an die Zuleitung (44) auf der Abströmseite des Ventils angeschlossen ist·

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5. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtau-Steuervorrichtung durch einen Zeitgeber (88) betätigter ist.

6β Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei Verdampfer (10, 20, 30)
vorgesehen sind·

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