DE2201575B2 - Abtau-vorrichtung fuer eine kaelteanlage - Google Patents
Abtau-vorrichtung fuer eine kaelteanlageInfo
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- F25B47/02—Defrosting cycles
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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.
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
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 (2)
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.
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