DE2553562C3

DE2553562C3 - Kompressor-Kälteanlage

Info

Publication number: DE2553562C3
Application number: DE2553562A
Authority: DE
Inventors: Bent Augustenborg Karll (Daenemark)
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1975-11-28
Filing date: 1975-11-28
Publication date: 1978-05-18
Also published as: NO764052L; NO140688C; SE7612974L; DE2553562A1; BR7607923A; DK143117B; IT1072102B; SE421451B; CA1043116A; JPS5267855A; US4096708A; DE2553562B2; NO140688B; JPS5327499B2; DK515976A; DK143117C; US4083196A; ES453738A1

Description

Die Ei findung bezieht sich auf eine Kompressor-Kälteanlage mit zwischen Kondensator und Verdampfer geschaltetem Kapillarrohr und diesem zugeordneten, zeitweise einschaltbaren elektrischen Heizwiderstand.

Es ist bekannt, mittels eines elektrischen Heizwider

standes das Kapillarrohr bzw. einen unmittelbar davor liegenden Leitungsabschnitt zu beheizen, das dort befindliche Kältemittel zu verdampfen und auf diese Weise einen Dampfpfropf zu erzeugen, der über das Kapillarrohr praktisch nicht abgeführt werden kann. Mit Hilfe des Heizwiderstandes kann daher der nachgeschaltete Verdampfer von der Kältemittelversorgung an- und abgeschaltet werden. Dies wird benutzt, um die Temperatur in einem Kühlabteil unabhängig von der Steuerung des Kompressors zu regeln, oder um den Verdampfer zu entlasten, wenn dieser mittels einer zusätzlichen Abtauvorrichtung abgetaut werden soll.

In den bekannten Fällen hat der Heizwiderstand eine konstante Wärmeleistung und ist außerhalb des Kapillarrohres bzw. der Kältemittelleitung angeordnet Hieraus ergibt sich aber der Nachteil, daß, nachdem das Kältemittel verdampft ist, eine zu große Heizleistung zur Verfugung iteht, die zu einer unzulässigen Temperaturerhöhung führt und das ursprünglich im Kältemittel gelöste, durch die Verdampfung freigesetzte Kälteöl verkoken läßt Da dies in oder kurz vor dem Kapillarrohr erfolgt, sind Verstopfungen des Kapillarrohres unvermeidlich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kompressor-Kälteanlage der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei der eine Verstopfung des Kapillarrohrs durch verkoktes öl micht zu befürchten ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens einem Abschnitt des Kapillarrohrs eine Kammer vorgeschaltet ist und daß der elektrische Heizwiderstand ein in der Kammer angeordneter PTC-Widerstand ist, der beim Durchschreiten eines Temperaturbereichs zwischen der dem Druck in der Kammer zugeordneten Verdampfungstemperatur des Kältemittels und der Verkokungstemperatur des Kälteöls von einem niedrigen auf einen hohen Widerstandswert übergeht.

Bei dieser Anordnung liegt der Heizwiderstand im Kältemittel und hat daher die Temperatur des Kältemittels. Da der Heizwiderstand ein PTC-Widerstand ist, nimmt sein Widerstandswert mit steigender Temperatur zu und seine Leistungsabgabe entsprechend ab. Zu beiden Seiten eines Temperaturbereichs liegen deutlich unterschiedliche Widerstandswerte; bei vielen PTC-Widerständen ist einer bestimmten Temperatur ein Widerstandssprung zugeordnet. Beim Einschalten des PTC-Widerstandes stellt sich daher eine Gleichgewichtstemperatur ein, bei der zwar das Kältemittel verdampfen, das Kälteöl aber nicht verkoken kann. Eine Gefährdung des Kapillarrohres durch Verstopfen ist daher nicht gegeben.

Eine solche Vorrichtung kann man, wie in bekannten Fällen, als »Schalter« für das Kältemittel anwenden, indem der nachgeschaltete Kapillarrohrabschnitt so bemessen ist, daß er für flüssiges Kältemittel durchlässig, für in der Kammer erzeugten Kälteimitteldampf aber praktisch undurchlässig ist.

Auf diese Weise läßt sich in bekannter Weise ein Kühlschrank mit zwei Abteilen unterschiedlicher Temperatur, deren Verdampfer im wesentlichen parallelgeschaltet und von einem gemeinsamen Kompressor und Kondensator gespeist sind, steuern, indem ein Thermostat im Abteil tieferer Temperatur den Kompressor und ein Thermostat im Abteil höherer Temperatur einen Schalter für den PTC-Widerstand steuert.

Die Tatsache, daß der PTC-Widerstand im einee-

schalteten Zustand in der Kammer für eine annähernd gleichmäßige Temperatur zu sorgen vermag, erlaubt es auch, eine sehr einfach aufgebaute Abtauvorrichtung zu schaffen, die ohne teuere Zusatzmaßnahmen, wie Magnetventile für Wanngas, spezielle Heizleitungen am Verdampfer u.dgl. auskommt Eine solche Abtauvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet daß die Kammer zwischen zwei Kapillarrohrabschnitten angeordnet und der stromabwärts der Kammer liegende zweite Kapillarrohrabschnitt so bemessen ist, daß er gegenüber flüssigem Kältemittel einen kleineren Drosselwiderstand hat als der erste Kapillcrrohrabschnitt Insbesondere kann er so bemessen sein, daß der zweite Kapillarrohrabschniu für Kältemitteldampf annähernd denselben Drosselwiderstand bietet wie beide Abschnitte zusammen für flüssiges Kältemittel. Das kann dadurch geschehen, daß beim zweiten Kapillarrohrabschnitt die Länge geringer und/oder der Querschnitt größer gewählt ist als beim ersten Kapillarrohrabschnitt Hierbei wird in der Kammer vom eingeschalteten PTC-Widerstand fortwährend flüssiges Kältemittel in überhitzten Kältemitteldampf umgewandelt Der Dampf strömt gedrosselt in den Verdampfer und bewirkt die Abtauung. Mit den angegebenen Abmessungen läßt es sich sogar erreichen, daß der Druck im Verdampfer während des Abtauens annähernd gleich dem Verdampferdruck im Normalbetrieb ist

Besonders günstig ist es, wenn eine derartige Funktionsabhängigkeit zwischen Kompressor und PTC-Widerstand besteht, daß sich der Kompressor wenigstens zeitweilig während des Abtauvorganges einschaltet Auf diese Weise saugt der Kompressor den in den Verdampfer eingespeisten Kältemitteldampf ab. Der niedrige Saugdruck sorgt ebenfalls dafür, daß keine übermäßig hohen Verdampferdrücke auftreten. Gleichzeitig wird der Kondensator gefüllt, damit nach dem Abtauvorgang rasch die ursprüngliche Temperatur im Kühlraum hergestellt werden kann.

Diese Funktionsabhängigkeit kann auf vielerlei Weise vorgegeben sein. Beispielsweise kann der Schalter für den PTC-Widerstand auch den Kompressormotor an Spannung legen. Der Abtau-Kreis kann aber auch auf irgendeine andere Weise mechanisch, elektrisch oder thermisch mit dem Kompressorkreis gekoppelt sein. Eine sehr einfache Lösung ergibt sich, wenn der PTC-Widerstand willkürlich oder automatisch, z. B. in Abhängigkeit vom Vorhandensein einer Reifschicht am Verdampfer einschaltbar und der Kompressor durch einen Thermostaten im Kühlraum steuerbar ist. Das Einschalten des PTC-Widerstandes kann manuell, von einer Schaltuhr, von einem Temperaturfühler od. dgl. gesteuert werden. In jedem Fall führt die anschließende Unterbrechung der Zufuhr des flüssigen Kältemittels zu einer Erwärmung des Kühlraums, die ihrerseits über den Thermostaten den Kompressor anlaufen läßt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 das Schaltbild einer Kompressor-Kälteanlage mit einer erfindungsgemäßen Abtauvorrichtung,

F i g. 2 die Kennlinie eines verwendeten PTC-Widerstandes und

Fig.3 das Schaltbild einer Kompressor-Kälteanlage mit zwei Kühlabteilen unterschiedlicher Temperatur.

Die Schaltung nach Fig. 1 weist im Kreislauf einen Kompressor I, einen Kondensator 2 und einen Verdampfer 3 auf. Letzterer ist in einem Kühlraum 4 untergebracht Dessen Temperatur wird durch einen Thermostaten 5 überwacht der den Kompressor 1 nach Bedarf ein- und ausschaltet Zwischen Kondensator 2 und Verdampfer 3 ist eine Kapillarrohranordnung 6 gelegt die aus einem ersten Kapillarrohrabschnitt 7, einer Kammer 8 und einem zweiten Kapillarrohrabschnitt 9 besteht Die beiden Kapillarrohrabschnitte 7 und 9 sind bezüglich ihres Drosselwiderstandes derart bemessen, daß flüssiges Kältemittel aus dem Kondensator 2, das unter dem Verdichtungsdruck steht, in einer

ίο für den Normalbetrieb bemessenen Menge entspannt in den Verdampfer 3 gelangt und dort unter Wärmeaufnahme verdampft

In der Kammer 8 befindet sich ein Heizwiderstand in der Form eines PTC-Widerstandes 10, der über einen

Schalter 11 an Netzklemmen 12 gelegt werden kann. Der Schalter 11 wird durch eine Schaltuhr 13 betätigt

die in vorgegebenen Abständen, z. B. alle 72 Stunden, eine Abtauperiode von z. B. einer Stunde einleitet.

Der PTC-Widerstand 10 hat eine Kennlinie entspre-

chend dem Diagramm der Fig.2. Bei niedrigen Temperaturen ist ein flacher Kurvenast I mit verhältnismäßig niedrigem Widerstand R vorhanden. Hieran schließt sich etwa oberhalb einer Sprungtemperatur 7o ein steilerer Kurvenast Il an, der zu sehr hohen Widerstandswerten R führt Der PTC-Widerstand 10 ist so ausgewählt daß einer Verdampfungstemperatur Ti ein niedriger Widerstandswert R zugeordnet ist, während bei der Temperatur T₂, bei der Kälteö! verkoken würde, ein hoher Widerstandswert herrscht Beim Einschalten des PTC-Widerstandes, also bei mit Flüssigkeit gefüllter Kammer 8, arbeitet der PTC-Widerstand auf dem Kurvenast I mit einer entsprechend hohen Heizleistung. Wenn die Verdampfung abgeschlossen ist, steigt die Temperatur des Kältemitteldampfs und damit auch des PTC-Widerstandes, so daß die Heizleistung herabgesetzt wird. Es stellt sich ein Gleichgewichtszustand im Arbeitspunkt A ein, der auf dem Kurvenast Il liegt und sich auf jeden Fall noch unterhalb der Verkokungstemperatur Ti befindet.

Der zweite Kapillarrohrabschnitt 9 ist so bemessen, daß eine merkbare Menge des Kältemitteldampfes aus der Kammer 8 in den Verdampfer 3 strömen kann. Wenn das flüssige Kältemittel in der Kammer 8 verdampft, ändern sich die Druckverhältnisse der Kapillarrohranordnung 6 gegenüber dem Normalbetrieb. Denn das Volumen des Kältemitteldampfes ist um ein Vielfaches größer als das Volumen des flüssigen Kältemittels. Dem über dem zweiten Kapillarrohrabschnitt 9 abströmenden Kältemitteldampf-Volumen steht daher ein wesentlich kleineres Volumen des über den ersten Kapillarrohrabschnitt 7 zuströmenden flüssigen Kältemittels gegenüber. Infolgedessen steigt der Druck in der Kammer 8 gegenüber dem Normalbetrieb an. Während im Nonmlbetrieb der Druckabfall fast vollständig im ersten Kapillarrohrabschnitt 7 erfolgt, tritt er beim Abtauen im wesentlichen nur im zweiten Kapillarrohrabschnitt auf. Infolge der Beheizung ist der über den zweiten KapUlarrohrabschnitt 9 abströmende Kältemitteldampf heiß genug, um den Reif auf dem Verdampfer 3 abzutauen. Insbesondere ist der Kältemitteldampf in der Kammer 8 bis zur Temperatur des Arbeitspunktes A überhitzt. Durch Einschalten des Kompressors t wird der Kältemitteldampf aus dem Verdichter 3 abgesaugt, so daß koiuinuierlich heißer Dampf nachströmen kann.

Das Einschalten des Kompressors erfolgt automatisch in Abhängigkeit vom Einschalten des PTC-Widerstandes 10 durch die Schaltuhr 13. Denn wenn kein

flüssiges Kältemittel, sondern lediglich heißer Kältemitteldampf in den Verdichter 3 einströmt, erhöht sich die Temperatur im Kühlraum 4, und der Thermostat 5 spricht an, um den Kompressor 1 einzuschalten. Wenn der Kompressor 1 arbeitet, das flüssige Kältemittel aus dem Kondensator 2 aber in verringertem Maße abgeführt wird, füllt sich der Kondensator stärker mit flüssigem Kältemittel.

Nach dem Abtauen steht dann genügend Kälteleistung zur Verfügung, um die Temperatur des Kühlraums 4 wieder rasch auf den gewünschten Sollwert zu bringen.

Bei der Ausführungsform nach Fig.3 speist ein Kompressor 14 über einen Kondensator 15 und ein Kapillarrohr 16 einen Verdampfer 17 und über eine Kapiiiarrohranordnung 2i einen Paraiieigeschaiteten Verdampfer 18. Der Verdampfer 17 ist in einem ersten Kühlabteil 19 tieferer Temperatur, der Verdampfer 18 in einem zweiten Kühlabteil 20 höherer Temperatur angeordnet. Die Kapillarrohranordnung 21 besteht aus einer Kammer 22, einem vorgeschalteten Kapillarrohrabschnitt 23 und einem nachgeschalteten Kapillarrohrabschnitt 23'. In der Kammer 22 befindet sich wiederum ein PTC-Widerstand 24, der über einen Schalter 25 an Netzklemmen gelegt wird. Der Schalter 25 wird durch einen Thermostaten 26 eingeschaltet, wenn die Temperatur des Kühlabteils 20 zu hoch wird. Die Temperatur im Kühlabteil 19 wird durch einen Thermostaten 27 überwacht, der unmittelbar den Kompressor 14 steuert.

Bei dieser Schaltung dient die Kapillarrohranordnung 21 als Schalter zum Ein- und Ausschalten des Verdichters 18. Wenn der PTC-Widerstand 24 an Spannung gelegt wird, verdampft das in der Kammer 22 befindliche flüssige Kältemittel. Der Kapillarrohrabschnitt 23' ist so bemessen, daß er für Kältemitteldampf praktisch undurchlässig ist. Infolgedessen wird dem Verdampfer 18 kein flüssiges Kältemittel mehr zugeführt. Die gesamte Kältemittelleistung wird nur dem Kühlabteil 19 geringerer Temperatur zugeführt. Sinkt dort die Temperatur unter den eingestellten Sollwert, wird der Kompressor abgeschaltet. Auf diese Weise lassen sich die beiden Kühlabteile unabhängig voneinander auf die jeweils benötigte Temperatur einregeln. Bei alledem ist auch hier dafür gesorgt, daß der Kapillar-

rohrabschnitt 23 nicht durch verkoktes öl verstopfen kann.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Schaltung nach F i g. 1 wurde die Kälteanlage wie folgt ausgelegt:

Verdichter 1	1/5PS
Kältemittel	R 12
Kapillarrohrabschnitt 7
Länge	3,0 m
Innendurchmesser	0,8 mm
Kapillarrohrabschnitt 9
Länge	2,0 m
Innendurchmesser	1,0 mm
PTC-Widerstand 10 Kaltwiderstand	25 Ohm
Sprungtemperatur To	80° C

Bei einer solchen Anlage ergab sich während des Abtauens ein Kondensatordruck von 14 ata, ein Druck in der Kammer 8 von 10 ata und ein Saugdruck von 1,5 ata.

Die Verdampfungstemperatur 7Ί in der Kammet betrug 40⁰C. Der PTC-Widerstand 10 nahm im Arbeitspunkt A eine Temperatur von 90⁰C ein. Die Verkokungstemperatur des T₂ des Kälteöls liegt be etwa 180° C

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kompressor-Kälteanlage mit zwischen Kondensator und Verdampfer geschaltetem Kapillarrohr und diesem zugeordneten, zeitweise einschaltbaren elektrischen Heizwiderstand, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einem Abschnitt (9,23') des Kapillarrohrs eine Kammer (8,22) vorgeschaltet ist und daß der elektrische Heizwiderstand ein in der Kammer angeordneter PTC-Widerstand (10, 24) ist, der beim Durchschreiten eines Temperaturbereichs zwischen der dem Druck in der Kammer zugeordneten Verdampfungstemperatur (T\) des Kältemittels und der Verkokungstemperatür {T7) des Kälteöls von einem niedrigen auf einen hohen Widerstandswert übergeht

2. Koivipressor-Kälteanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nachgeschaltete Kapillarrohrabschnitt (23') so bemessen ist, daß er für flüssiges Kältemittel durchlässig, für in der Kammer (22) erzeugten Kältemitteldampf aber praktisch undurchlässig ist

3. Kompressor-Kälteanlage nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Anwendung auf einen an sich bekannten Kühlschrank mit zwei Abteilen (19, 20) unterschiedlicher Temperatur, deren Verdampfer (17, 18) im wesentlichen parallelgeschaltet und von einem gemeinsamen Kompressor (14) und Kondensator (15) gespeist sind, wobei ein Thermostat (27) im Abteil tieferer Temperatur (19) den Kompressor und ein Thermostat (26) im Abteil höherer Temperatur einen Schalter (25) für den PTC-Widerstand (24) steuert.

4. Kompressor-Kälteanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (8) zwischen zwei Kapillarrohrabschnitten (7, 9) angeordnet und der stromabwärts der Kammer (8) liegende zweite Kapillarrohrabschnitt (9) so bemessen ist, daß er gegenüber flüssigem Kältemittel einen kleineren Drosselwiderstand hat als der erste Kapillarrohrabschnitt (7).

5. Kompressor-Kälteanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kapillarrohrabschnitt (9) für Kältemitteldampf annähernd denselben Drosselwiderstand bietet wie beide Abschnitte (7,9) zusammen für flüssiges Kältemittel.

6. Kompressor-Kälteanlage nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine Funktionsabhängigkeit zwischen Kompressor (1) und PTC-Widerstand (10), derart, daß sich der Kompressor wenigstens zeitweilig während des Abtauvorganges einschaltet.

7. Kompressor-Kälteanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der PTC-Widerstand (10) willkürlich oder automatisch, z. B. in Abhängigkeit vom Vorhandensein einer Reifschicht am Verdampfer (3) einschaltbar und der Kompressor (1) durch einen Thermostaten (5) im Kühlraum (4) steuerbar ist.

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