DE2201575B2

DE2201575B2 - Abtau-vorrichtung fuer eine kaelteanlage

Info

Publication number: DE2201575B2
Application number: DE19722201575
Authority: DE
Inventors: Harold R La Habra Cahf Payne (VStA)
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: Borg Warner Corp
Priority date: 1971-01-13
Filing date: 1972-01-13
Publication date: 1978-01-26
Also published as: CA947521A; GB1360572A; AU3765172A; DE2201575A1; FR2121835B1; IT946506B; US3677025A; FR2121835A1; DE2201575C3; AU468062B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Abtau-Vorrichtung für eine Kälteanlage, bestehend aus einem Entspannungsventil, einem Verdampfer, einem Kompressor, einem Kondensator, einem dem Kondensator nachgeschalteten Aufnahmebehälter und einem Sammler, dem das Kältemittel vom Verdampfer zugeführt wird und der mit einer Vorrichtung zum Sammeln von flüssigem Kältemittel und zum Abgeben tiüssigen Kältemittels zusammen mit gasförmigem Kältemittel an den Kompressor versehen ist, sowie mit einer stromab des Entspannungsventils an den Verdampfer angeschlossenen Abtau-Leitung für gasförmiges Kältemittel, die ein Abtau-Ventil enthält.

Bei einer vorbekannten Kälteanlage dieser Art (US-PS 31 63 998) wird während des Abtauvorgangs im Kompressor der im gasförmigen Kältemittel enthaltene Anteil an flüssigem Kältemittel verdampft, wobei der Abtauvorgang zum größeren Teil auf der latenten Verdampfungswärme beruht, die zum Abtauen im Verdampfer wieder entzogen wird. Zum Abtauen ist daher keine äußere Wärmequelle erforderlich, und der Abtauvorgang erfolgt relativ gleichmäßig und schnell, ohne daß das dem Verdampfer zum Abtauen zugeführte Gas eine hohe Temperatur aufweisen muß. Hierbei tritt allerdings folgende Schwierigkeit auf. Während des Abtauvorgangs wird das Kältemittel vom Kompressor — unter Umgehung des Kondensators und Aufnahmebehälters — unmittelbar dem Verdampfer zugeleitet. Bei niedrigen Umgebungstemperaturen neigt das Kältemittel jedoch dazu, in den Kondensator und den Aufnahmebehälter zu strömen, worin es kondensiert und sich ansammelt. Dieses Kältemittel fehlt dann im Abtaukreislauf, und dies kann dazu führen, daß schließlich nur noch gasförmiges Kältemittel im Abtaukreislauf umläuft. Hierdurch wird die Abtaugeschwindigkeit drastisch verringert.

Es ist ferner eine Kälteanlage eines etwas anderen Aufbaus vorbekannt (US-PS 33 50 895), bei der zum Abtauen im Prinzip der g'eiche Kreislauf benutzt wird wie beim Kühlen, d. h., daß das gesamte im Kreislauf vorhandene Kältemittel im Abtaukreislauf umläuft. In diesem Fall ist jedoch der in der Kälteanlage vorgesehene Sammler so ausgebildet, daß er das flüssige Kältemittel vom gasförmigen Kältemittel trennt und dafür sorgt, daß unter keinen Umständen flüssiges Kältemittel zum Kompressor gelangt. In diesem Fall wird also während des Abtauvorgangs ausschließlich von aer Verdichtungswärme und nicht von der latenten Verdampfungswärme des Kältemittels Gebrauch gemacht, so daß auch in diesem Fall mit einer relativ geringen Abtaugeschwindigkeit gerechnet werden muß. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abtauvorrichtung der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß auch bei sehr niedrigen Umgebungstemperaturen ein rasches und gleichmäßiges Abtauen sichergestellt ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Abtau-Vorrichtung mit den eingangs angegebenen Merkmalen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Abtau-Leitung am anderen Ende zwischen dem Aufnahmebehälter und dem Sammler angeschlossen ist.

Dadurch wird erreicht, daß der Abtaukreis auch den Kondensator und den Aufnahmebehälter enthält, so daß das im Aufnahmebehälter befindliche flüssige Kältemittel in den Sammler geführt werden kann, von wo es in genau dosierter Menge gemeinsam mit dem gasförmigen Kältemittelstrom dem Kompressor zugeführt werden kann, um den Wirkungsgrad des Abtauvorgangs durch Ausnutzung der latenten Verdampfungswärme des im Kompressor verdampften flüssigen Kältemittels zu verbessern. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß auch bei sehr niedrigen Umgebungstemperaturen der Abtauvorgang mit dem gewünschten hohen Wirkungsgrad abläuft.
Anhand der Figur, die in schematischer Weise eine Kälteanlage mit ener Abtau-Vorrichtung zeigt, wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Bei der dargestellten Kälteanlage sind ein Entspannungsventil 1, ein Verdampfer 2, ein Sammler 3, ein Kompressor 4, ein Kondensator 5 und ein Aufnahmebehälter 6 innerhalb eines geschlossenen Kältemittelkreises hintereinander geschaltet. Die Position des Entspannungsventils 1 wird durch ein dem Ventil zugeordnetes Steuergerät la bestimmt; das Steuergerät seinerseits wird durch Signale gesteuert, die durch ein temperaturempfindliches Element I b ausgelöst und mit Hilfe einer Steuerleitung Ic übertragen werden. Der Sammler 3 ist durch einen Mantel 3a umschlossen, während der Aufnahmebehälter 6 in vergleichbarer Weise durch einen Mantel 6a umschlossen ist. Die gestrichelte Linie 7 stellt eine Wand bzw. Unterteilung dar, welche einen Bestandteil des Gehäuses für die Kälteanlage bildet. Ein derartiges Gehäuse ist normalerweise thermisch isoliert; die in der Zeichnung bezüglich der gestrichelten Linie 7 rechts befindlichen Elemente sind der Umgebungstemperatur ausgesetzt, während die bezüglich der gestrichelten Linie links befindlichen Elemente den Temperaturen innerhalb des gekühlten Raumes ausgesetzt sind.
Der Kältemittelkreis ist im grundsätzlichen von herkömmlicher Bauart und wird in bereits bestehenden Anlagen benutzt. Während des Betriebes der Kälteanlage wird gasförmiges Kältemittel unter verhältnismäßig hohem Druck und hoher Temperatur am Auslaß 10 des Kompressors 4 abgegeben und mit Hilfe einer

h5 Hochdruckleitung 14 dem Einlaß 12 des Kondensators 12 zugeführt. Zur Kühlung dienende Luft wird mit Hilfe eines Gebläses 16 über die Außenfläche des Kondensators geblasen; das Gebläse 16 seinerseits wird durch

einen Motor 18 angetrieben. Der Motor 18 wird mit Hilfe von über eine Steuerleitung 18a zugestellten Signalen ein- und ausgeschaltet.

Das gasförmige Kältemittel wird innerhalb des Kondensators 5 verflüssigt. Das nunmehr flüssige Kältemittel wird vom Auslaß 20 des Kondensators 5 mit Hilfe einer Kondensatleitung 22 und di.s Einlasses 24 dem Aufnahmebehälter 6 zugeleitet. Der Aufnahmebehälter 6 stellt einen Speicher für das in der Kälteanlage benötigte, flüssige Kältemittel dar. Die Kälteanlage ist ausreichend mit Kältemittel gespeist, um jederzeit eine vorbestimmu: Mindestmenge von flüssigein Kältemittel im Aufnahmebehälter 6 zu speichern, wenn die Kälteanlage läuft.

Das flüssige Kältemittel wird über den Auslaß 26 vom Aufnahmebehälter 6 abgezogen; der Auslaß 26 befindet sich unterhalb des vorbestimmten Minimalpegels des im Behälter befindlichen, flüssigen Kältemittels. Dieses wird über eine Leitung 28 dem Entspannungsventil 1 zugeführt, wo es entspannt wird und unter reduziertem Druck in den Einlaß 30 des Verdampfers eintritt.

Das flüssige Kältemittel wird im Verdampfer 2 verdampft und entzieht Wärme dem zu kühlenden Raum. Das dabei entstehende, dampf- oder gasförmige Kältemittel wird mit Hilfe einer Niederdruckleitung 34 vom Auslaß 32 des Verdampfers 2 abgeleitet und dem Einlaß 36 des Sammlers 3 zugeleitet. Das Kältemittel kehrt vom Einlaß in das Innere des den Sammler einschließenden Mantels 3a. Aus dem Sammler 3 wird das Kältemittel über eine öffnung 38 als Gasstrom von verhältnismäßig geringem Druck abgezogen. Der Kältemittelgasstrom wird über den Auslaß 40 dis Sammlers 3 abgezogen und über die Saugleitung 42 dem Einlaß 44 des Kompressors 4 zugeführt. Die Temperatur und der Druck des Kältemittels werden daraufhin innerhalb des Kompressors 4 erhöht, so daß sich der Kältemittelkreis in seiner Wirkungsweise schließt.

Es ist erkennbar, daß ein Teil der das flüssige Kältemittel aufnehmenden Leitung 28 innerhalb des Mantels 3a des Sammlers 3 als Wendel 46 verläuft, welche den Einlaß 36 des Sammlers 3 umschließt. Die Wendel 46 und der Einlaß 36 wirken als Wärmetauscher.

Wie die meisten Kälteanlagen vergleichbarer Form kann die vorliegende Anlage abgetaut werden, um an der Außenfläche des Verdampfers 2 sich ansammelnden Reif und/oder Eis abzunehmen. Bei Anlagen dieser Form sind der Verdampfer 2, der Sammler 3 und der Kompressor 4 in einem geschlossenen Abtausystem geschaltet, um abwechselnd und intermittierend das Kältemittel durch einen Abtaukreis leiten zu können. Zu diesem Zweck ist ein zum Abtauen dienender Kanal zwischen dem Auslaß 10 des Kompressors und dem Einlaß 30 des Verdampfers vorgesehen. Mit Hilfe dieses Kanals wird das unter verhältnismäßig hohem Druck stehende, gasförmige Kältemittel vom Kompressor 4 am Entspannungsventil 1 vorbei in den Verdampfer 2 eingeleitet. Während der Inbetriebnahme des Abtausystems wirkt der Verdampfer 2 in der Art eines Kondensators; d. h., Wärme wird dem gasförmigen Kältemittel entzogen, um den Reif und/oder das Eis abzutauen. Ein Teil des gasförmigen Kältemittels wird infolgedessen auf die Stufe des flüssigen Kältemittels reduziert.

Nachfolgend wird kurz die Wirkungsweise des Sammlers 3 während des Abtauens erläutert. Unter normalen Bedingungen ist der Sammler 3 während des Betriebs der Kälteanlage frei von flüssigem Kältemittel. Während des Abtauens werden dem Sammler 3 indessen sowohl flüssiges als auch gasförmiges Kältemittel vom Verdampfer 2 über den Auslaß 32, die Niederdruckleitung 34 und den Einlaß 35 zugeführt. Das flüssige Kältemittel sammelt sich im unteren Teil des Mantels 3a des Sammlers 3, während das gasförmige Kältemittel durch die öffnung 38 abgezogen wird und den vorangehend beschriebenen Gasstrom bildet. Das flüssige Kältemittel im unteren Teil des Mantels 3a wird in bemessenen Anteilen über einen Flüssigkeitskanal

ίο geleitet, welcher in der Zeichnung als öffnung 48 wiedergegeben ist. Das Kältemittel wird über die öffnung 48 in den Strom gasförmigen Kältemittels eingegeben. Sowohl die öffnung 38 für das gasförmige Kältemittel als auch die öffnung 48 für das flüssige Kältemittel sind zum Zwecke anschaulicher Darstellung als durch das Innere des Mantels 3a und ein Leitblech 50 gebildet wiedergegeben. Der vom Auslaß 40 des Sammlers 3 abgezogene Strom gasförmigen Kältemittels trägt infolgedessen eine feine Suspension flüssigen Kältemittels und leitet diese über die Saugleitung 42 dem Einlaß 44 des Kompressors 4 zu. Das Verdichten des Stromes gasförmigen Kältemittels im Kompressor 4 führt zur Verdampfung des im Gasstrom enthaltenen flüssigen Kältemittels. Es ist primär die latente Wärme der Verdampfung, welche am Verdampfer 2 entzogen wird und zum Abtauen führt. Die Verdampfung des flüssigen Kältemittels dient auch dazu, den Kompressor 4 zu kühlen.

Die Mengen des durch den gasförmigen Kältemittelstrom getragenen, flüssigen Kältemittels müssen natürlich klein genug sein, um eine Zerstörung des Kompressors 4 zu verhindern. Die öffnung 48 für das flüssige Kältemittel muß also sehr sorgsam in seiner Größe bemessen sein, um einen genau bestimmten Mengenstrom des flüssigen Kältemittels zu erhalten, welches dem gasförmigen Kältemittelstrom eingegeben wird.

Der Kondensator 5 und der Aufnahmebehälter 6 sind im Abtaukreis zwischen dem Auslaß tO des Kompressors 4 und dem Einlaß 30 des Verdampfers 2 vorgesehen. Es ist insbesondere eine Abtauleitung 52 an einem Ende an den Auslaß 26 des Aufnahmebehälters 6 angeschlossen, während sie am anderen Ende mit dem Einlaß 30 des Verdampfers 2 verbunden ist. Ein der Abtauleitung 52 zugehöriges Abtauventil 54 weist eine normalerweise geschlossene Position auf, in welcher die Abtauleitung 52 während Inbetriebnahme des Kältemittelkreises gegenüber dem Kältemittel gesperrt ist. Das Abtau-Ventil 54 kann geöffnet werden, um während des Abtauens das Kältemittel durch die Abtauleitung 52 hindurchzuleiten. Das Abtauventil 54 ist mit einer Steuerung 54a versehen, welche zweckmäßigerweise ein einfaches Solenoid aufweisen kann. Dieses wird nach Maßgabe von Signalen betätigt, welche über eine Steuerleitung 54i>aufgenommen werden.

Eine herkömmliche Abtau-Steuervorrichtung 56 erzeugt Steuersignale zur Betätigung der Steuerung 54a und des Motors 18 für das Gebläse, um den Abtauprozeß ein- und ausschalten zu können. Die Steuervorrichtung 56 umfaßt einen Zeitgebermechanismus (nicht dargestellt), um den Abtauprozeß in vorbestimmten Zeitintervallen auszulösen, diese Intervalle können je nach den einzelnen Erfordernissen und sich verändernden Bedingungen eingestellt werden. Die

μ Steuervorrichtung 56 umfaßt außerdem ein Thermostatgerät (nicht dargestellt), welches auf eine vorbestimmte Temperaturzunahme am Verdampferauslaß anspricht, um den AbtauDrozeß zu beenden und um den

Kühlungsprozeß einzuleiten. Der Zeitgebermechanismus ist vorzugsweise einstellbar, um den Abtauprozeß nach einer vorbestimmten Zeitspanne zu unterbinden, falls das Thermostatgerät ausfallen sollte.

Betriebsweise

Um den Enteisungs- bzw. Abtauprozeß einzuleiten erzeugt der Zeitgebermechanismus der Steuervorrichtung 56 ein der Steuerung 54a zugestelltes Signal, um das Abtauventil 54 zu öffnen. Gleichzeitig wird dem Motor 18 des Gebläses 16 ein Signal zugestellt, um den Motor 18 abzuschalten. Auf diese Weise wird der Kondensator 5 in Ruhelage versetzt. Durch das öffnen des Abtauventils 54 entsteht eine Verbindung zwischen dem Aufnahmebehälter 6 und dem Verdampfer 2, bestehend aus dem Auslaß 26 des Aufnahme-Behälters 6 und der Abtauleitung 52. An diesem Punkt enthält der Aufnahme-Behälter 6 wenigstens die zuvor genannte Mindestmenge flüssigen Kältemittels, welches während des Kühlungsprozesses gehalten wurde. Dieses flüssige Kältemittel wird nunmehr über den Auslaß 26 aus dem Aufnahme-Behälter 6 abgegeben und über die Abtauleitung 52 dem Einlaß 30 des Verdampfers 2 zugeleitet. Das Kältemittel passiert den Verdampfer 30 und wird von dessen Auslaß 32 über die Niederdruckleitung 34 dem Einlaß 36 des Sammlers 3 zugeführt. Dort sammelt sich das Kältemittel am unteren Teil der Hülle 3a des Sammlers. Wenn der Aufnahme-Behälter 6 von flüssigem Kältemittel entleert ist, oder genauer gesagt, wenn das Niveau des Kältemittels im Aufnahme-Behälter 6 unter das untere bzw. innere Ende des Auslasses 26 abgesunken ist, wird das im Kompressor 4 verdichtete, gasförmige Kältemittel über den Auslaß 10 des Kompressors 4 über die Hochdruckleitung 14 in den Einlaß 12 des Kondensators 5 geleitet. Das Kältemittel passiert den Kondensator 5, wobei geringe oder gar keine Wärme dem Kältemittel entzogen wird, da das Gebläse 16 sich in Ruhelage befindet. Das Kältemittel wird vom Auslaß 20 des Kondensators 5 über die Kondensalleitung22in den Einlaß 24 des Aufnahme-Behälters 6 geleitet, durchströmt den Aufnahme-Behälter 6 und wird über den Auslaß 26 aus dem Aufnahme-Behälter 6 abgezogen. Das Kältemittel wird anschließend über die Abtauleitung 52 in den Einlaß 30 des Verdampfers 2 geführt, durchströmt den Verdampfer 2 und wird aus dem Auslaß 32 des Verdampfers 2 mit Hilfe der Niederdruckleitung 34 dem Einlaß 36 des Sammlers 3 zugeführt. Aus dem Einlaß 36 des Sammlers 3 wird das gasförmige Kältemittel über die Gasöffnung 38 abgezogen und in den vorangehend erwähnten Strom eingegeben. Das sich im unteren Teil des Mantels 3,'i des Sammlers ansammelnde, flüssige Kältemittel wird über die Flüssigkeitsöffnung 48 dem Strom eingegeben. Der die Flüssigkeit tragende Strom wird vom Auslaß 40 des Sammlers 3 über die Saugleitung 42 dem f'.inlaO 44 des Kompressors 4 zugeführt. Das gasförmige Kältemittel wird innerhalb des Kompressors 4 verdichtet, während das vorhandene, flüssige Kältemittel verdampft und die latente Wärme der Verdampfung absorbiert. Das sich dabei ergebende Abtaugas wird über den Auslaß 10 des Kompressors 4 dem vorangehend beschriebenen Kreis zugeführt, alsc durch den Kondensator 5, den Aufnahme-Behälter 6 und die Abtauleitung 52 in den Verdampfer 2 geleitet wo die latente Verdampfungswärme entzogen wird, um den Abtaueffekt auszulösen. Ein Teil des gasförmigen Kältemittels wird dabei innerhalb des Verdampfers 2 verflüssigt. Das flüssige und das gasförmige Kältemittel werden schließlich in den Sammler 3 geleitet, um den

ίο Prozeß zu wiederholen.

Wenn das Abtauventil 54 zunächst geöffnet wird, tritt infolge von Druckbedingungen nur wenig oder kein flüssiges Kältemittel aus dem Aufnahme-Behälter 6 in die Flüssigleitung 28 ein. Wenn das flüssige Kältemittel am Beginn des Abtauprozesses den Auslaß 32 des Verdampfers 2 erreicht, erzeugt das am Auslaß 32 des Verdampfers 2 befindliche, temperaturempfindliche Element 16 ein Signal, welches über die Steuerleitung Ic der Steuervorrichtung la des Entspannungsventils 1 zugestellt wird, das Entspannungsventil 1 zu schließen. Auf diese Weise strömt das gesamte Abtaugas durch die Abtauleitung 52. Sollte sich das Entspannungsventil 1 jedoch aus irgendeinem Grunde nicht schließen, verhindern die Druckbedingungen, daß Abtaugas durch die Flüssigkeitsleitung 28 geleitet wird.

Der Abtaukanal, welcher zwischen dem Auslaß 10 des Kompressors und dem Einlaß 30 des Verdampfers durch den Kondensator 5, den Aufnahme-Behälter 6 und die Abtauleitung 52 gebildet ist, ist so angeordnet, daß sich während des Abtauprozesses kein flüssiges Kältemittel im Aufnahmebehälter 6 ansammeln kann. Es ist also während des gesamten Abtauprozesses eine ausreichende Menge von flüssigem Kältemittel innerhalb des Sammlers 3 vorhanden, um das Abtauen im wesentlichen gleichförmig und schnell vornehmen zu können.

Wenn das Thermostatgerät der Steuervorrichtung 56 am Auslaß 32 des Verdampfers 2 die vorbestimmte Temperatur abfühlt, welche die Beendigung des Abtauprozesses anzeigt, erzeugt die Steuervorrichtung

•»o ein Signal, welches der Steuerung 54a für das Abtauventil 54 zugestellt wird, um dieses zu schließen. Gleichzeitig oder nach einer kurzen Verzögerung erzeugt die Steuervorrichtung 56 außerdem ein Signal, welches dem Motor 18 für das Gebläse 16 zugestellt wird, um dieses einzuschalten und um den Betrieb des Kondensators 5 wieder aufzunehmen. Die Anlage befindet sich nunmehr in einem Zustand, bei welchem der Kühlprozeß wieder aufgenommen wird. Flüssiges Kältemittel wird fortwährend aus der Flüssigkeitsöffnurig 48 in den Strom gasförmigen Kältemittels aus der Gasöffnung 38 eingegeben, bis der Sammler 3 von flüssigem Kältemittel entleert ist. Der Kondensator 5 ist nunmehr in Betrieb; das durch den Kompressor 4 abgegebene, gasförmige Kältemittel wird innerhalb des

ν-, Kondensators 5 verflüssigt und sammelt sich im Aufnahme-Behälter 6. Wenn das flüssige Kältemittel innerhalb des Aufnahme-Behälters, 6 über das offene Ende des Auslasses 26 am Aufnahme-Behälter 6 ansteigt, beginnt die Anlage den normalen Kühlprozeß.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Abtau-Vorrichtung für eine Kälteanlage, bestehend aus einem Entspannungsventii, einem Verdampfer, einem Kompressor, einem Kondensator, einem dem Kondensator nachgeschalteten Aufnahmebehälter und einem Sammler, dem das Kältemittel vom Verdampfer zugeführt wird und der mit einer Vorrichtung zum Sammeln von flüssigen Kältemittel und zum Abgeben flüssigen Kältemittels zusammen mit gasförmigem Kältemittel an den Kompressor versehen ist, sowie mit einer stromab des Entspannungsventils an den Verdampfer angeschlossenen Abtau-Leitung für gasförmiges Kältemittel, die ein Abtau-Ventil enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtau-Leitung (52) am anderen Ende zwischen dem Aufnahmebehälter (6) und dem Sammler (3) angeschlossen ist.

2. Abtau-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtau-Ventil (54) von einer Steuereinrichtung (56) betätigbar ist, von der während der Abtau-Phase die Kühlung des Kondensators (5) unterbrochen wird.