DE2823395A1

DE2823395A1 - Verfahren und vorrichtung zum abtauen eines kuehlsystems

Info

Publication number: DE2823395A1
Application number: DE19782823395
Authority: DE
Inventors: Chander Datta; Herbert S Lindahl
Original assignee: Gulf and Western Manufacturing Co
Current assignee: Gulf and Western Manufacturing Co
Priority date: 1977-06-03
Filing date: 1978-05-29
Publication date: 1978-12-07
Also published as: CA1073230A; JPS5443213B2; GB1588790A; US4122686A; JPS5439242A; FR2393248B1; FR2393248A1

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Kühlanlage und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abtauen einer Kühlanlage mit Heißgas.

In modernen Kühlanlagen arbeiten die Verdampfer-Rohrschlangen typischerweise mit einer Oberflächentemperatur, die unter dem Gefrierpunkt von Wasser liegt. Als Folge davon kondensiert Wasserdampf aus der Luft an der Oberfläche der Verdampfer-Rohrschlangen, friert fest und erzeugt eine Reifbildung, die eine gute Wärmeübertragung verhindert. Um einen effektiven Betrieb einer Kühlanlage aufrechtzuerhalten, werden die Verdampfer-Rohrschlangen periodisch zur Entfernung der Reifbildung abgetaut.

Dieses Abtauen sollte sich durchführen lassen, ohne daß eine Störung der primären Kühlfunktion der Anlage entsteht. Deshalb ist es in der Praxis der Kühltechnik üblich, in einer Anlage eine Vielzahl parallelerVerdampfereinheiten bereitzustellen, wobei jede Einheit der Reihe nach abgetaut wird, während die anderen Einheiten den KühlVorgang fortsetzen. Es ist auch bereits bekannt, daß der warme, unter Druck stehende Kühlmitteldampf, der vom Kompressor abgegeben wird, zu einer Verdampfereinheit, die abgetaut werden soll, geliefert werden kann, um so ein effektives Abtauen zu erreichen. Dies wird beispielsweise in den US-PS 3 638 kkk und 3 633 378 beschrieben.

In einer Anordnung für ein sich selbst abtauendes Kühlsystem, die allgemein Zustimmung £incfet,werden heiße, unter hohem Druck stehende Kühlmitteldämpfe direkt einem Verdampfer eingespeist, der die Dämpfe kondensiert; somit werden die Verdampfer-Rohrschlangen abgetaut. Die anderen Verdampfer in der Anlage arbeiten weiterhin als Kühleinheiten und entnehmen wenigstens teilweise ihren Bedarf an flüssigem Kühlmittel aus dem abtauenden Verdampfer.

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Ein Hauptproblem bei diesen Kühlsystemen liegt darin, daß ein wesentlicher Teil des kondensierten Kühlmittels in der abgetauten Verdampfereinheit am Ende des Abtauvorgangs verbleibt. Wenn der abgetaute Verdampfer wieder an den Kompressor-Einlaß angeschlossen wird, kann somit diese Flüssigkeit in den Kompressor hineingezogen werden, und diesen schwer beschädigen. Aufgrund der relativ großen Menge an Flüssigkeit, die in diesem gewählten Verdampfer verbleibt, sind konventionelle Sammler, die vor dem Kompressor eingesetzt werden, um den Eintritt von Flüssigkeit abzublocken, oft unwirksam; es ergibt sich die Notwendigkeit, relativ komplizierte und teure Flüssigkeitsfallen zu verwenden, welche die Flüssigkeit absondern und sie langsam als Nebel oder Dampf an den Kompressor zurückgeben.

Ein anderes Problem, das man häufig bei den vorhandenen Kühlanlagen antrifft, liegt in der Schwierigkeit, mit denselben Verdampfereinheiten eine effektive Kühlung und ein effektives Abtauen zu erreichen. Eine Verdampfereinheit, die wegen ihrer Kühlleistung bevorzugt wird, enthält eine Kühlschlange mit einer Vielzahl von gewundenen Leitungen von denen eine jede zwischen Einlaß und Auslaß der Kühlschlange liegt. Die Anordnung derLeitung wird so gewählt, daß jede in horizontaler Ebene in einer Höhe angeordnet ist, die sich von jeder der anderen Leitungen unterscheidet. Während des KühlVorgangs wird gleichzeitig in jeder der parallelen Leitungen flüssiges Kühlmittel verdampft, um eine wirksame Kühlung zu erreichen. Während des Abtauvorgangs wird heißer Kühlmitteldampf entweder an den normalen Einlaß oder an den Auslaß des Verdampfers abgegeben. Jedoch steigt der Heißdampf nach oben und konzentriert sich primär in den oberen Leitungen; deshalb läßt sich ein effektives Abtauen nur in den oberen Leitungen erreichen. Die unteren Leitungen, die ungenügend mit heißem Kühlmitteldampf ver-

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sorgt werden, tauen, wenn überhaupt, sehr langsam ab und verlangsamen den gesamten Abtauvorgang.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein automatisch abtaubares Kühlsystem und ein Verfahren zum Betrieb des Systems au schaffen, das einen oder mehrere Nachteile vorhandener Systeme vermeidet. Insbesondere soll erfindungsgemäß im wesentlichen die gesamte überschüssige Kühlmittelflüssigkeit von einer abgetauten Verdampf ereinheit in einem Kühlsystem entfernt werden, bevor die Einheit ihre Arbeitsphase des Kühlens wieder aufnimmt. Ebenso soll die Effizienz und Geschwindigkeit des Abtauens in den beschriebenen Verdampfereinheiten verbessert werden.

V/eiterhin soll die Abtaugeschwindigkeit in einem Verdampfer-Rohrschlangenaufbau des beschriebenen Typs egalisiert werden. Außerdem sollen diese Ziele sich in einer vorhandenen Anordnung eines Kühlsystems mit einer minimalen Zahl von Abänderungen durchführen lassen.

Schließlich soll erfindungsgemäß ein automatisch abtaubares Kühlsystem, das die bereits angeführten Ziele erfüllt, geschaffen werden, das leistungsfähig ist, zuverlässig arbeitet, gebrauchssicher ist und außerdem sich relativ billig herstellen läßt.

Gemäß einem erfindungsgemäßen Merkmal wird eine ausgewählte Verdampf ereinheit, die in einem Kühlsystem der beschriebenen Bauart abgetaut werden soll, in einer Pumpphase betätigt, und zwar unmittelbar, nachdem sie abgetaut ist und bevor die Betriebsweise des Kühlens der Verdampfereinheit wiederhergestellt ist. In der Pumpphase wird die abtauende Verdampfereinheit vollständig vom Kompressor isoliert, so daß sie keine frischen Kühlmittelheißgase aufnimmt. Die übrigen Verdampfer

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entfernen jedoch weiterhin Kühlmittelflüssigkeit aus dem abtauenden Verdampfer. Dieser Vorgang läuft so lange, bis der Druck innerhalb des abtauenden Verdampfers unter einen vorbestimmten Niedrigdruck abfällt, worauf der Verdampfer wieder in seine Betriebsphase des Kühlens gebracht wird. Der Niedrigdruck wird so gewählt, daß er der Beseitigung von im wesentlichen der gesamten überschüssigen Flüssigkeit aus dem gewählten Verdampfer entspricht.

Nach einem anderen erfindungsgemäßen Merkmal strömt heißer Kühlmitteldampf vom Kompressorauslaß durch eine Heißgas-Einlaßleitung entweder zum normalen Einlaß oder zum Auslaß einer Verdampfer-Rohrschlange, die den bereits beschriebenen Aufbau besitzt. Die Heißgas-Einlaßleitung verläuft unter der am niedrigsten angeordneten Leitung der Rohrschiangen-Umlaufsleitungen. Die Wärme, die zu den unteren Umlaufsleitungen übertragen wird, hilft mit, diese Umlaufsleitungen abzutauen, wodurch die Effizienz und die Geschwindigkeit des Abtauens wesentlich erhöht wird.

Gemäß einer dargestellten Ausführungsform, welche die erfindungsgemäßen Ziele und Merkmale wiedergibt, ±st ein verbessertes automatisch abtaubares Kühlsystem vorgesehen, das die bereits beschriebene Anordnung besitzt. In diesem System liegt jede Verdampfereinheit zwischen einem ersten Umleitventil für heißen Kühlmitteldampf von einem Kompressor und einer Leitung für flüssiges Kühlmittel, die mit einem Magnetventil ausgestattet ist. Das erste Umleitventil kann in eine von zwei Stellungen eingestellt werden: In eine erste Stellung, in der der Kompressorauslaß in Reihe mit dem Kondensor geschaltet ist, und in eine zweite Position, in der der Kompressorauslaß über zweite Umleitventile an einen oder mehrere Verdampfer angeschlossen ist. Jedes zweite Umleitventil ist mit jedem Verdampfer verbunden und kann in eine von zwei Stellungen ein-

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gestellt werden: in eine erste Stellung, in der die zugeordnete Verdampfereihheit mit dem Kompressoreinlaß verbunden^ ist, und in eine zweite Position, in der die zugeordnete Verdampfereinheit mit dem Kompressorauslaß verbunden ist. Während des Kühlens befinden sich alle drei Umleitungsventile in ihren ersten Stellungen und das Magnetventil der Flüssigkeitsleitung ist offen, um das Strömen flüssigen Kühlmittels vom Kondensor zu den Verdampfereinheiten zu ermöglichen. Wenn eine ausgewählte Verdampfereinheit abgetaut werden soll, wird das zugeordnete Umleitungsventil in die zweite Position verschoben, während die anderen Umleitungsventile in ihren ersten Stellungen gehalten werden. Während des Abtaubetriebs wird das Flüssigkeitsleitungsmagnetvetil anfänglich offengehalten, um sicherzustellen, daß die nicht abtauenden Verdampfer angemessen mit flüssigem Kühlmittel versorgt werden. Wenn jedoch der Druck innerhalb des abtauenden Verdampfers einen vorbestimmten Druckwert erreicht, der mit der Ansammlung einer beträchtlichen Menge an Kühlmittelflüssigkeit im Verdampfer verbunden ist, wird das Flüssigkeitsleitungsmagnetventil geschlossen. Danach läuft der Abtaubetrieb weiter, und die nicht abtauenden Verdampfer erhalten eine angemessene Kühlmittelflüssigkeitsversorgung vom abtauenden Verdampfer. Der Abtauvorgang läuft bis zu einem vorbestimmten Druck, einer vorbestimmten Temperatur oder Zeit weiter, welche der im wesentlichen vollständigen Beseitigung des Reifs vom abtauenden Verdampfer zugeordnet sind. Wird dieser vorbestimmte Punkt erreicht, dann kehrt das erste Umleitungsventil in seine erste Stellung zurück, so daß dem Kondensor heiße Kühlmittelgase vom Kompressor eingespeist werden. Jedoch verbleibt das zweite Umleitungsventil, das dem abtauenden Verdampfer zugeordnet ist, in seiner zweiten Stellung. Demgemäß beziehen die nicht abtauenden Verdampfereinheiten weiterhin flüssiges Kühlmittel von der abgetauten Verdampfereinheit, so daß diese im wesentlichen frei von Flüssigkeit gepumpt wird. Dieser Pumpvorgang läuft

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so lange weiter, bis der Druck innerhalb der abgetauten Verdampf ereinheit einen vorbestimmten Niedrigpunkt erreicht, der anzeigt, daß überschüssiges flüssiges Kühlmittel von der Verdampfereinheit entfernt wurde. Wenn dieser Niederdruckpunkt erreicht ist, wird die abgetaute Verdampfereinheit in ihre Kühlphase dadurch zurückgebracht, daß das zugeordnete zweite Umleitventil in seine erste Stellung umgestellt wird, wodurch der Verdampferauslaß mit der Saugleitung des Kompressors wieder verbunden wird. Mit der Rückkehr des abgetauten Verdampfers in seine Kühlbetriebsphase wird das Flüssigkeitsleitungsmagnetventil in seine Offenstellung zurückgebracht.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

Figur 1 ein schematisches Diagramm, das ein erfindungsgemäßes Kühlsystem wiedergibt; das Kühlsystem befindet sich dabei in seiner Arbeitsphase des Kühlens;

Figur 2 eine fragmentarische schematische Ansicht, welche die Umleitventile des Systems nach Fig. 1 in einer Position zeigt, mit der das Abtauen einer ausgewählten Verdampfereinheit erreicht wird;

Figur 3 eine der Fig. 2 ähnliche fragmentarische schematische Ansicht, welche die Umleitventile in den Positionen zeigt, in denen ein Abpumpen des flüssigen Kühlmittels vom abgetauten Verdampfer erreicht wird;

Figur 1+ eine schematische Ansicht des Aufbaus einer erfindungsgemäßen verbesserten Verdampfer-Rohrschlange, die sich in der wiedergegebenen Po-

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sition in das schematische Diagramm nach Fig. 1 einsetzen läßt; und

Figur 5 ein schematisches Diagramm, das einen alternativen Aufbau für eine Verdampfereinheit wiedergibt; dabei sind notwendige Modifikationen zum Einsetzen der Einheit in das schematische Diagramm nach Fig. 1 enthalten.

In Fig. 1 ist ein automatisch abtaubares Kühlsystem wiedergegeben, das allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Das System 10 umfaßt einen Kompressor 12, der unter niedrigem Druck stehenden Kühlmitteldampf, der durch den Ansaugeinlaß 16 aufgenommen wird, komprimiert und das Kühlmittel von seinem Hochdruckauslaß 14 durch das Kühlsystem zirkulieren läßt; weiterhin enthält das System einen Kondensor 18, der den heißen Kühlmitteldampf, der vom Kompressorauslaß 1if abgegeben wird, zur Flüssigkeit umwandelt, und eine Vielzahl von Verdampfereinheiten 26A, 26B, 26C (wobei nur drei wiedergegeben sind), die zur Aufnahme von Kühlmittelflüssigkeit vom Kondensor 18 über Entspannungsventile 42 angeschlossen sind und es durch Wärmeübertragung mit der Umgebung, die abgekühlt wird, in Dampf umwandeln. Während des normalen oder Kühlarbeitszyklus wird das Kühlmittel kontinuierlich vom Auslaß I4 des Kompressors 12 durch den Kondensor 18, durch die Entspannungsventile l\Z und die Verdampfereinheiten 26A, 26B, 26C und zurück zum Einlaß 16 des Kompressors 12 umgewälzt.

Der Einlaß des Kondensors 18 ist über ein elektrisch gesteuertes Umleitventil 20 an den Kompressorauslaß 14 verbunden, während der Auslaß des Kondensors 18 über einen Auffänger 24 für flüssiges Kühlmittel an die Flüssigkeitsleitung 22 angeschlossen ist. Der Einlaß jeder der Verdampfereinheiten 26A, 26b, 26C ist mit der Flüssigkeitsleitung 22 verbunden; ein

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Flüssigkeitsmagnetventil 28 und ein Rückschlagventil 30 sind in der Leitung ZZ zwischen dem Auffänger 24 und dem jeder Verdampfereinheit vorausgehenden Entspannungsventil 42 angeordnet Die Ausgänge der Verdampfereinheiten 26A, 26B, 26C sind über entsprechende elektrisch betätigte Umleitventile 32A, 32B, 32C an eine Ansaug-Sammelleitung 34 und eine Heißgas-Sammelleitung 36 angekoppelt.Die Ansaug-Sammelleitung 34 ist mit dem Ansaugeinlaß 16 des Kompressors 12 verbunden, während die Heißgas-Sammelleitung 36 an den Hochdruckauslaß I4 des Kompressors 12 über ein erstes Umleitventil 20 angeschlossen ist.

Die Steuervorrichtung ZfO empfängt über Zuleitungen 27A, 27B, 27c Signale, die den Druck innerhalb der entsprechenden Verdampfereinheiten 26A, 26B, 26C anzeigen, und betätigt über Zuleitungen 33&, 33B, 33C entsprechende zweite Umleitventile 32A, 32B, 32c. In Abhängigkeit von entweder Druck, Temperatur oder Zeit betätigt die Steuervorrichtung ZfO über eine Zuleitung 29 auch das Magnetventil 28 und über eine Verbindung 21 das erste Umleitventil 20, um den Abtauvorgang einzuleiten und zu beenden. Durch Variation der Stellung der verschiedenen Ventile kann die Steuervorrichtung ZfO das System entweder in den Kühlzyklus oder in den Abtauzyklus versetzen und vermag jede der Verdampfereinheiten in einer von drei verschiedenen Phasen betreiben, was im folgenden genauer erklärt werden soll.

Jede Verdampfereinheit besitzt eine Rohrschlange 44, die irgendeinen einer Vielzahl von in der Technik bekannten Aufbauten besitzen kann (die Rohrschlange ist in Fig. 1 schematisch als Serpentinenleitung mit einer Vielzahl von darauf angeordneten Rippen wiedergegeben); jedoch ist sie vorzugsweise so aufgebaut, wie es im Detail später beschrieben wird. Der Einlaß der Rohrschlange 44 ist an die Flüssigkeitsleitung 22 durch ein abgestimmtes (tjalanced) Ent spannungsventil 42 mit einer überdimensionierten Ventilmündung

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und einer variablen Durchlaßöffnung gekoppelt, deren Größe durch die Temperatur und den Druck am Auslaß der Rohrschlange ZfZf gesteuert wird. Die Steuerung der Durchlaßöffnung wird dadurch erreicht, daß Druck und Temperatur am Auslaß der Rohrschlange ZfZf über ein Ankopplungselement Zf6, ein Rohr 48 und eine Temperaturfühlleitung i+9 zum Entspannungsventil Zf2 rückgekoppelt werden. Eine derartige Anordnung wird im Detail in der US-PS 3 786 651 beschrieben. Jede Verdampfereinheit enthält auch ein Rückschlagventil 50, das über das Expansionsventil Zf2 geschaltet ist, um den Flüssigkeitsstrom von der Rohrleitung ZfZf zur Flüssigkeitsleitung 22 zu ermöglichen. Zusätzlich enthält jede Verdampfereinheit einen konventionellen elektromechanischen Drucksensor *y2., der den Druck am Auslaß der zugeordneten Verdampfer-Rohrschlange mißt und in der Reaktion auf diesen Druck ein elektrisches Signal erzeugt. Dieses Drucksignal wird über eine der Zuleitungen 27A, 27B, 27C an die Steuervorrichtung ZfO angelegt.

In der dargestellten Ausführungsform enthält die Steuervorrichtung ZfO (nicht wiedergegebene) Schaltungseinrichtungen, die auf die elektrischen Drucksignale, die von den Verdampfereinheiten über Zuleitungen 27A, 27B, 27C angelegt sind, ansprechen. Wenn gewisse vorbestimmte Werte dieser Drucksignale gemessen werden, wird der Betrieb des Systems, wie es später noch erklärt wird, beeinflußt.

In Abhängigkeit von einer geeigneten Zeitsteuereinrichtung, die der Steuervorrichtung ZfO zugeordnet ist, wird das System periodisch in seinem Abtauzyklus betrieben, bei dem jede der Verdampf ereinheiten der Reihe nach in ihrer Abtauphase, gefolgt von der Pumpphase, betrieben wird, während die übrigen Verdampfer weiterhin in der Kühlphase arbeiten.

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'.Venn sich alle Verdampfereinheiten in der Kühlphase befinden, stellt die Steuervorrichtung 40 die Umleitventile 20, 32A, 32B, 32C so, wie os in Fig. 1 zu sehen ist, und das Magnetventil 28 wird offengehalten. Folglich ist der Hochdruckauslaß Hides Kompressors 12 an den Einlaß des Knndensors 18 angeschlossen, während die Auslässe der Verdampfereinheiten mit der Ansaug-Sammelleitung 34 verbunden sind.

Somit strömt heißer, komprimierter Kühlmitteldampf, der vom Kompressorauslaß 14 abgegeben wird, durch den Kondensor 18 und wird verflüssigt; das flüssige Kühlmittel fließt durch den Auffänger 24 zur Flüssigkeitsleitung ZZ und strömt ungehindert durch das offene Magnetventil 28 und das Rückschlagventil 30 zu den Einlassen . der Verdampfereinheiten. In jeder der Verdampf ereinheiten läuft das flüssige Kühlmittel durch ein Entspannungsventil 42 und wird in einer Kühlschlange 44» verbunden mit Kühlwirkung, verdampft. Der Kühlmitteldampf wird durch die Kompressorsaugwirkung von den Verdampfereinheiten in die Ansaug-Sanimelleitung 34 und in den Kompressoreinlaß 16 gezogen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 beginnt die Steuervorrichtung 40 in Abhängigkeit von einem Zeitsignal den Abtauzyklus durch Drehung des ersten Umleitventils 20 in Gegenuhrzeigersinn um 90°, um den Kondensor 18 und den Auffänger 24 vom Kompressorauslaß 14 zu isolieren und die Heißgas-Sammelleitung 36 mit dem Kompressorauslaß 14 zu verbinden. Das zweite Umleitventil, das derjenigen Verdampfereinheit zugeordnet ist, welche zum Abtauen ausgewählt wurde, also beispielsweise das Ventil 32A, wird ebenfalls im Gegenuhrzeigersinn um 90° in diejenige Position gedreht, die in Fig. 2 wiedergegeben ist. Die zweiten Umleitventile, die den anderen Verdampfereinheiten zugeordnet sind, werden in der Kühlstellung festgehalten.

Sind die Umleitventile so gestellt, wie es beschrieben wurde, dann strömt heißer komprimierter Kühlmitteldampf, der vom Kompres-

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sorauslaß 14 abgegeben wird, durch die Heißgas-Sammelleitung 36 zum Auslaß der Verdampfereinheit 26A und zirkuliert durch deren Rohrschlange 44. Bei diesem Vorgang wird die Rohrschlange 44 go erwärmt, daß ihre Oberflächen abgetaut werden und der heiße, unter hohem Druck stehende Kühlmitteldampf kondensiert wird. Das Rückschlagventil 50 dient zur Umgehung des Entspannungsventils 42 und führt das flüssige Kühlmittel zur Flüssigkeitsleitung 22. Das flüssige Kühlmittel strömt von der Flüssigkeitsleitung 22 zu den übrigen Verdampfereinheiten auf bereits beschriebene V/eise und läßt diese Einheiten weiter in der Kühlphase arbeiten. Das Rückschlagventil 30 in der Flüssigkeitsleitung 22 verhindert, daß dieses flüssige Kühlmittel in den Auffänger 24 zurückströmt.

Die Steuervorrichtung 40 hält das Flüssigkeits-Magnetventil offen, bis das an die Steuervorrichtung über die Zuleitung 27A angelegte Signal anzeigt, daß der Druck innerhalb der Rohrschlange der abtauenden Verdampfereinheit 26A einen vorbestimmten Wert erreicht hat. Dieser Druckwert wird so ausgewählt, daß er der Ansammlung von genügend flüssigem Kühlmittel innerhalb der Verdampfereinheit 26A entspricht, um die nicht abtauenden Verdampfer angemessen mit flüssigem Kühlmittel versorgen zu können. In einem typischen erfindungsgemäßen Kühlsystem mit einem R-502-Kühlmittel liegt der Druckwert im Bereich von 7^-110. Der Druckwert kann in Abhängigkeit von derartigen Faktoren wie vom Raum, der gekühlt wird, und der Anzahl von Verdampfern im System variieren.

V/enn, wie es durch vorbestimmte Zeit-, Temperatur- uder Druckwerte bestimmt ist, die Verdampfereinheit 26A vollständig abgetaut wurde, läßt die Steuervorrichtung 40 das erste Umleitventil 20 im Uhrzeigersinn um 90° so drehen, daß es sich in der in Fig. 3 gezeigten Position befindet. Wenn die ersten und zweiten Umleitventile in der in Fig. 3 gezeigten Position

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sind, ist die Verdampfereinheit 26A vom Kompressor isoliert, so daß die Versorgung von Eochdruck-Kühlmitteldämpfen vom Kompressor zu der abtauenden Verdampfereinheit beendet ist. Jedoch fahren die Verdampfereinheiten 26B und 2GC, die in der Kühlphase arbeiten, fort, vom Verdampfer 26A über die Flüssigkeitsleitung 22. flüssiges Kühlmittel abzuziehen; auf diese V/eise lassen sie die Kühlmittelflüssigkeitsversorgung innerhalb der Verdampfereinheit 26A zur Neige gehen und pumpen in Wirklichkeit das flüssige Kühlmittel aus dem abgetauten Verdampfer heraus. Die Steuervorrichtung 40 hält die Ventile in denjenigen (Stellungen, wie sie in Fig. 3 gezeigt sind, bis das Signal auf der Zuleitung 27A anzeigt, daß der Druck innerhalb der Verdampfereinheit 26A auf einen vorbestimmten Druckwert abgefallen ist; zu diesem Zeitpunkt wird das Umleitventil 32A in die in Fig. 1 gezeigte Stellung zurückgedreht und das Magnetventil 28 geöffnet. Der Druckwert wird so ausgewählt, daß er der Beseitigung von im wesentlichen der gesamten überschüssigen Kühlmittelflüssigkeit aus der Rohrschlange 44 der Verdampfereinheit 26A entspricht; auf diese Weise wird die Gefahr einer Beschädigung des Kompressors 12 ausgeschaltet,einer Beschädigung, die sonst durch Einspeisen von flüssigem Kühlmittel in den Kompressor verursacht würde. In einem typischen erfindungsgemäßen Kühlsystem mit einem R-502-Kühlmittel liegt der Druckwert im Bereich von 90 - 120. In Abhängigkeit von derartigen Faktoren wie der Verdampfertemperatur und der Temperatur im Raum, der abgekühlt wird, kann der ausgewählte Druckwert variieren.

Der beschriebene Abtauvorgang wird natürlich bezüglich jedes ' Verdampfers im System der Reihe nach durchgeführt.

Fig. 4 gibt einen bevorzugten Aufbau 44' statt der Rohrschlange 44 der Verdampfereinheiten 26A, 26B, 26C nach Fig. 1 wieder

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und zeigt auch zugeordnete Bauelemente. Die Bohrschlange V+¹ besitzt einen Einlaß 60, der an die Flüssigkeitsleitung 22 über das Entspannungsventil l\Z und das Rückschlagventil 50 angekoppelt ist, und besitzt eine Auslaß-Sammelleitung 62, die mit einem der Umleitventile 32A, 32B, 32C über eine Auslaßleitung 6k in der Weise verbunden ist, wie es in Fig. gezeigt wird. Die Bohrschlange IfV enthält auch eine Vielzahl von Serpentinenleitungen oder -Umlaufleitungen 66, von denen eine jede zwischen ihrem Einlaß 60 und der Auslaß-Sammelleitung 62 liegt. Obwohl die Umlaufleitungen 66 schematisch so wiedergegeben sind, als ob sie in der Zeichenebene bei verschiedenen Höhen lägen, sind sie vom baulichen Aufbau her tatsächlich in unterschiedlichen horizontalen Ebenen, die auf verschiedenen Höhen liegen, angeordnet. Die Bohrschlange ZfZ).¹ enthält auch eine Vielzahl von vertikalen Rippen 68, von denen eine jede an jeder der Umlaufleitungen 66 zur Unterstützung der Wärmeübertragung befestigt ist. Die Leitung 6Zf, die auch als Einlaßleitung für heißes Hochdruckkühlmittel von der Sammelleitung 36 während des Abtauzyklus dient, verläuft unter der untersten der Umlaufleitungen 66 und kreuzt jede der Rippen 68. Die Folge dieses Aufbaus ist, daß die Bodenbereiche der Rippen 68 während des Abtauzyklus vorgewärmt werden, und daß die unteren Umlaufleitungen durch die Wärme, die konstruktionsgemäß /roif^oden^re^c^^r Rippen 68 und durch Konvektion von der Leitung 6Zf bereitgestellt wird, im Abtauvorgang unterstützt werden.Diese Vorwärmung der unteren Umlaufleitungen 66 gleicht die Abtaugeschwindigkeit der Umlaufleitungen bei verschiedenen Höhen aus; der Abtauvorgang des Verdampfers wird rascher und wirksamer durchgeführt.

Fig. 5 zeigt einen alternativen Aufbau kk^u für die Verdampferrohrschlangen Zfif ·, die in Fig. i\. gezeigt wurden, und zeigt zugeordnete Elemente. Der Hauptunterschied zwischen dem Aufbau

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nach Fig. 5 und dem nach Fig. 1+ liegt darin, daß im ersteren heißer Kühlmitteldampf zum Abtauen der Rohrschlange (während der Kühlphase) an den Rohrschlangeneinlaß geliefert wird, wogegen beim letzteren er (während der Kühlphase) an den Rohrschlangen-Auslaß angeschlossen ist. In der Rohrschlange /fV wird heißer Kühlmitteldampf vom Kompressor durch eine separate Heißeinlaßleitung 69 bereitgestellt, die über ein Magnetventil 70 direkt mit der Heißgas-Sammelleitung 36 verbunden ist. Das Magnetventil 70 wird durch die Steuervorrichtung ^O geöffnet, um das Abtauen der Rohrschlange Z[if" zu erreichen. Die Auslaß-Sammelleitung 62 der Rohrschlange l±l+^u ist direkt mit der Ansaug-Sammelleitung 3k über eine Auslaßleitung 71 und ein Magnetventil 7Z angeschlossen. Das Magnetventil 72 wird durch die Steuervorrichtung 1+0 betätigt und öffnet nur, wenn der Verdampfer gerade in der Kühlphase arbeitet. Wenn die Rohrschlange ZfZj." entweder in der Abtauphase oder in der Pumpphase betrieben wird, ist das Magnetventil 72 geschlossen, und flüssiges Kühlmittel strömt von der Auslaß-Sammelleitung 62 zur Flüssigkeitsleitung ZZ über das Rückschlagventil 50. Aus der vorangegangenen Beschreibung wird deutlich, daß die Magnetventile 70 und 72 in einer Verdampfereinheit mit dem Aufbau nach Fig. 5 die ümleitventile 32A, 32B, 32C nach Fig. ersetzen. Gleichermaßen könnte ein Paar von Magnetventilen in Fig. 1 für Jedes der Ümleitventile eingesetzt werden. Weiterhin wäre es möglich, daß in einem großen Kühlsystem mit vielen Verdampfereinheiten Gruppen von Verdampfereinheiten simultan abgetaut werden könnten, während die übrigen Verdampfereinheiten in der Kühlphase arbeiten.

Somit wird erfindungsgemäß ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abtauen eines Kühlsystems geschaffen, bei dem, falls wenigstens zwei Verdampfer vorhanden sind, zum Abtauen eines ausgewählten Verdampfers der Systemkondensor vom Kompressor abge-

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trennt wird und der ausgewählte Verdampfer heißen komprimierten Kühlmitteldampf direkt vom Kompressor erhält. Das im abtauenden Verdampfer gebildete flüssige Kühlmittel strömt im System zu den anderen Verdampfern, um diese in der Kühlphase weiter arbeiten zu lassen. Vorgesehen ist ein druckrerniliertes Steuersystem, welches bewirkt, daß überschüssiges flüssiges Kühlmittel im abgetauten Verdampfer aus diesem herausgepumpt wird, bevorder Verdampfer wieder mit der Kompressor-Ansaugleitung verbunden wird. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält jeder Verdampfer eine Rohrschlange mit einer Vielzahl von Umlaufleitungen, die zwischen seinem Einlaß und seinem Auslaß liegen, wobei jede Umlaufleitung in einer horizontalen Ebene auf unterschiedlicher Höhe gegenüber

den anderen Umlaufleitungen angeordnet ist. Während des Abtauzyklus strömt heißer komprimierter Kühlmitteldampf entweder durch den normalen Einlaß oder durch den Auslaß des Verdampfers, nachdem er eine Heißgas-Einlaßleitung durchläuft, deren Anordnung so gewählt ist, daß sie die zuunterst liegenden Umlaufleitungen des Verdampfers vorwärmt; auf diese Weise wird ein Ausgleich der Abtaugeschwindigkeit von Umlaufleitungen, die in verschiedenen Höhen angeordnet sind, erreicht.

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Claims

MANITZ, FINSTERWALD & GRÄMKOW

GuIf & Western Manufacturing Co. München, den

TGuIf + Western Plaza ΡΛ/Co-G 3258

New York, New York 10023

Verfahren und Vorrichtung zum Abtauen eines Kühlsystems

Patentansprüche :

Verfahren zum Abtauen eines Kühlsystems mit einem Kompressor, einem Kondensor und einem Auffänger, die miteinander in Reihe und in Reihe mit einer Vielzahl parallel angeschlossener Verdampfer/Entspannungsventil-Aufbauten geschaltet sind, und bei dem das Abtauen eines Verdampfers durch Abtrennen des Kondensors und Auffängers vom Kompressor, durch Abtrennen des Auslasses des abtauenden Verdampfers vom Kompressoreinlaß und dadurch durchgeführt wird, daß heißes komprimiertes Kühlmittelgas direkt vom Kompressor zu demjenigen Verdampfer geführt wird, der abgetaut werden soll, während der Kühlzyklus in den übrigen Verdampfer/Entspannungsventil-Aufbauten unter Verwendung von flüssigem Kühlmittel vom Kondensor, Auffänger und vom abtauenden Verdampfer weiterläuft, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom heißen komprimierten Kühlmittelgases zum abtauenden Verdampfer bei vorbestimmtem relativ hohem Druck, bei vorbestimmter Temperatur oder Zeit unterbrochen wird, daß der Druck im abtauenden Verdampfer erfaßt wird, daß der abtauende Verdampfer, nachdem der Strom heißen komprimierten Gases zum abtauenden Verdampfer unter-

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DR. C. MANITZ · DIPL.-ING. M. FINSTERWALD DIPL.-INC. W. GRAMKOW ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN

S MÖNCHEN 22. ROBERT-KOCH-STRASSE I 7 STUTTGART SO (BAD CANNSTATT> MÜNCHEN. KONTO-NUMMER 7270

TEL. (089) 22 4211. TELEX 05-29672 PATMF SEELBERGSTR. 23/25. TEL.(0711)56 72 61 POSTSCHECK: MÖNCHEN 77062 - 80S

brochen ist, von der Kompressoreinlaßleitung abgetrennt gehalten wird, bis ein vorbestimmter Niedrigdruck erreicht worden ist, und daß der Abtauzyklus durch Wiederherstellen der Verbindung zwischen dem Auslaß des abtauenden Verdampfers und dem Kompressoreinlaß beendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfer-Entspannungsventil-Aufbauten abgestimmte

(balancedJSntspannungsventile mit überdimensionierten Ventilmündungen sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom von flüssigem Kühlmittel vom Kondensor und Auffänger zu den übrigen Verdampfer/Entspannungsventil-Aufbauten in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Druckwert unterbrochen wird, der anzeigt, daß sich im abtauenden Verdampfer ausreichend flüssiges Kühlmittel angesammelt hat, um für die nicht abtauenden Verdampfer einen angemessenen Strom an flüssigem Kühlmittel bereitzustellen, und daß der Strom von flüssigem Kühlmittel vom Kondensor und Auffänger bei Beendigung des Abtauzyklus für alle nicht abtauende Verdampfer wieder hergestellt wird.

Zf. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Beendigung des Abtauzyklus die Reihenverbindung zwischen dem Kondensor und dem Kompressor wieder hergestellt wird.

5. Kühlsystem insbesondere zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Heiß^as-Abtaumittel, das zirkulierendes Kühlmittel umfaßt, mit einem Kompressor und einem Kondensor, die miteinander in Reihe und in Reihe mit Verdampfer/ Entspannungs-Veiitil-Aufbauten geschaltet sind, dadurch

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gekennzeichnet, daß die Verdampfer-Aufbauten eine Verdampfereinheit (26A, 26B, 26C) enthalten, ein Entspannungsventil (^2) und eine Nebenschlußeinrichtung (50) zur Umgehung des Entspannungsventils enthalten, ein erstes Umleitventil (20) zur Abtrennung des Kondensors (18) vom Kompressor (12) und zum Umleiten des Stroms an heißem Kühlmittelgas vom Kompressor zu den Verdampfern aufweisen, zweite Umleitventile (32A, 32B, 32C) besitzen, welche jedem Verdampfer/Entspannungsventil-Aufbau separat zugeordnet sind, und jedes dieser zweiten Umleitventile eine erste Stellung besitzt, die den Auslaß jedes Verdampfer/Entspannungsventil-Aufbaus mit dem Einlaß des Kompressors verbindet, und eine zweite Stellung aufweist, die den Kompressorauslaß direkt mit dem Verdampfer verbindet, daß Drucksensoren (52) zur Bestimmung des Drucks in einem Verdampfer an jeden Verdampfer angeschlossen sind, und daß eine Steuervorrichtung (JfO) zur Steuerung des ersten Umleitventi3s/ind der zweiten Umleitventile auf die Drucksensoren anspricht, wodurch das Abtauen eines Verdampfers dadurch durchgeführt wird, daß das erste Umleitventil (20) in eine Stellung verschoben wird, die den Kondensor vom Kompressor isoliert, daß das zweite Umleitventil in die zweite Stellung verschoben wird, um heißes Kühlmittelgas direkt vom Kompressor zum abtauenden Verdampfer fließen zu lassen, daß diese Stellungen des ersten und des zweiten Ventils aufrechterhalten werden, bis das Abtauen des Verdampfers, bestimmt durch ein Druck-, Temperatur- oder Zeitsignal beendet ist, daß dann das erste Umleitventil in Abhängigkeit vom vorbestimmten Signal in die erste Stellung verschoben wird, um dadurch den abtauenden Verdampfer vom Kompressorauslaß zu isolieren und das sich im abtauenden Verdampfer gebildete flüssige Kühlmittel vom abtauenden Verdampfer durch die Nebenschlußeinrichtung abfließenund direkt zu den nicht abtauen-

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den Verdampfer/Entspannungsventil-Aufbauten strömen zu lassen, und daß das zweite Umleitventil in seine erste Stellung in Abhängigkeit davon verschoben wird, daß im abtauenden Verdampfer ein vorbestimmter Niedrigdruck erreicht ist.

System nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß ein Strömungssteuerventil (28) zur Steuerung der Kühlmittelströmung in einer Leitung 22, welche den Kondensor, Auffänger und die Verdampfer/Entspannungsventil-Aufbauten verbindet, vorgesehen ist und an die auf Druck ansprechende Steuervorrichtung (ZfO) wirksam angeschlossen ist.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rückschlagventil (30) in der Leitung (22) eingesetzt ist, um das Strömen flüssigen Kühlmittels von den Verdampfer/Entspannungsventil-Aufbauten zum Kondensor zu verhindern.

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