DE3028891A1

DE3028891A1 - Energiesparendes kuehlsystem mit mechanischer unterkuehlung

Info

Publication number: DE3028891A1
Application number: DE19803028891
Authority: DE
Inventors: Fayez F. Niles Mich. Abraham
Original assignee: Tyler Refrigeration Corp
Current assignee: Tyler Refrigeration Corp
Priority date: 1979-09-24
Filing date: 1980-07-30
Publication date: 1981-04-09
Also published as: JPH01120062U; US4304100A; JPS5653352A; CA1135065A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein im geschlossenen Kreislauf arbeitendes Kühlsystem, welches einen entfernt angeordneten Kondensator ve !"wendet und so konstruiert bzw. ausgebildet ist, daß die Leistungsfähigkeit bzw. der Wirkungsgrad der Arbeit bzw. des Betriebes des Systems verbessert und der Kraftverbrauch gemindert ist.

Die Erfindung steht mit dem Hauptinhalt bzw. der Hauptmaterie in Verbindung, die in der US-Patentanmeldung Ser. No. 57,35o vom 13. Juli 19 79 von Fayez Abraham und Edward Bowmann offenbart und beansprucht ist. Die Anmeldung ist an die Tyler Refrigeration Corporation übertragen worden. Die Offenbarung genannter US-Patentanmeldung Ser. No. 57,35o ist in ihrer Gesamtheit durch entsprechende Bezugnahme in der vorliegenden Anmeldung aufgenommen.

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Bei dem geschlossenen Grundzyklus des Kühlsystems wird gasförmiges Kühlmittel auf eine hohe Temperatur komprimiert. Das auf hohe Temperatur komprimierte Gas geht durch einen Kondensator, wo es Hitze bzw. Wärme an die Umgebung abgibt und zu einer Flüssigkeit kondensiert wird. Der Druck in dem Kondensator wird auf einergeeignten Höhe bzw. einen solchaiSpiegel gehalten, so daß das gasförmige Kühlmittel in eine Flüssigkeit bei einer Temperatur umgewandelt wird, die höher als die Temperatur der umgebenden Luft ist. Das kondensierte, flüssige Kühlmittel wird in einem Aufnahmebehälter gesammelt und von dem Aufnahmebehälter zu einem Expansionsventil oder einer anderen Mei vorrichtung bzw. Zuteilvorrichtung geleitet, wo das Kühlmittel expandiert wird und durch einen Verdampfer in den Schaustellbehälter geht. Wenn das expandierte flüssige Kühlmittel durch den Verdampfer fließt, zieht.es Wärme aus dem Schaustellbehälter und wird zurück in den gasförmigen Zustand überführt. Das gasförmige Kühlmittel wird zu dem Kompressor zurückgeleitet und der Kreislauf wird fortgesetzt.

Durch die vorliegende Beschreibung hindurch wird die Bezugnahme auf eine "hohe Seite" (high side) für die Seite hohen Drucks des Systems gebraucht (aufwärts des Expansionsventils oder einer anderen Meßvorrichtung) oder einen Teil davon gebraucht. Die Bezugnahme auf "niedrige Seite" (low side) wird für die Seite niedrigen Druckes des Systems (abwärts der Zuteilvorrichtung) oder einen Teil davon gebraucht. Die Flüssigkeitsseite des System wird im allgemeinen als zwischen dem

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Auslaß des Kondensator? und der Meßvorrichtung befindlich angesehen. Die niedrige Gasdruckseite oder "Saugseite" liegt zwischen der Zuteilvorrichtung und dem Kompressor. Die Meßvorrichtung bzw. die Zuteilvorrichtung,auf die hier Bezug genommen wird, ist die Vorrichtung, welche den Strom des flüssigen Kühlmittels zu den Verdampfern steuert.

Um das heiße bzw. warme gasförmige Kühlmittel zu kondensieren, muß der Kondensator in der Lage sein, Hitze bzw. Wärme des Kühlmittels an die Umgebung abzugeben. Daher muß der Kondensator bei einer höheren Temperatur als die der Umgebung arbeiten. Herkömmlich wird der Kondensator bei einer vorgewählten bestimmten Temperatur betrieben, die eine Funktion der höchsten Umgebungstemperatur während einer normalen Periode der wärmsten Jahreszeit in einem besondere Bereich bestimmt ist. Der Kondensator wird dann betrieben, um das gasförmige Kühlmittel bei einer Temperatur von wenigstens 1O⁰F (-12⁰C) über der ausersehenen Temperatur zu kondensieren. So liegt, wenn die ausersehene Temperatur 9o°F (32⁰C) beträgt, die ausersehene Kondensationstemperatur normalerweise bei 1oo°F (93°C).

Mit dem Auftreten von Ernergiekrisen und den dauerond steigenden Nutzungskosten ist bedeutende bzw. bemerkenswerte Aufmerksamtkeit dem Verbessern der Energieleistungsfähigkeit bzw. des Energiewirkungsgrades der Kühlsysteme geschenkt worden. Bei großen Einrichtungen bzw. Anlagen, so bei Supermärkten, ist typisch eine große Anzahl von gekühlten Schaustellbehältern vorgesehen und werden deshalb typisch

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eine Mehrheit von Kompressoreinheiten verwandt, um der schweren Kühlbeanspruchung bzw. Kühlbelastung gerecht zu werden, die unter bestimmten Bedingungen, so während der wärmeren Perioden während des Jahres verlangt werden. Es ist sehr wünschenswert, den Wirkungsgrad des Betriebes, des Kühlsystems zu vergrößeren bzw. zu erhöhen und dabei die Betriebskosten zu verringern. Solche Einsparungen können für große Einrichtungen bzw. Anlagen wesentlich sein.

Ein vergrößerter Betriebswirkungsgrad des ganzen Systems kann zum wenigsten zum Teil dadurch erreicht werden, daß der Betriebswirkungsgrad der Kompressoreinheit (die Kompressoreinheit kann einen oder mehrere individuelle Kompressoren umfasssen, welche in Tandem, z.B. parallel, oder in Serie verbunden sind) verbessert wird. Ein Weg zum Verbessern der Nutzleistung einer Kompressoreinheit besteht darin, die Kapazität des Kompressors zu vergrößern. Durch eine Verbesserung der· Kapazitäten der Kompressoren einer in Tandemverbindung stehenden Kompressoreinheit ergeben sich Zeiten ,bei denen weniger als alle der Kompressoren betrieben werden müssen, um das Kühlsystem _zu betreiben. Dies äußert sich in einer Ersparnis beim Kraftverbrauch des Kühlsystems.

Es ist erkannt worden, daß die ausersehene Temperatur wahrscheinlich nur wenige Tage im Jahr auftritt und dann nur während des Tages und nicht in der Nacht. Unter diesen Gesichtspunkten ist das Kühlsystem geändert worden, so daß die Arbeitstemperatur des Kondensators der Temperatur der Umgebung folgt, wobei sie die ganze Zeit wenigstens

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1o°F (-12⁰C) über der Umgebungstemperatur verbleibt.

Durch Verringerung der Kondensationstempcratur um 1o°F (-12⁰C) wächst die Kompressorkapazität um 6%. Folglich, wenn die Kondensationstemperatur beispielsweise von 1oo°F auf 75°F (37,5°C auf 23,84°C) fällt, wird die Kapapzität der Kompressoreinheit um ungefähr 15% gesteigert. Gleichzeitig wird der Kraftverbrauch der Kompressoreinheit verringert. Die Wirkung der Vergrößerung bzw. des Wachsens der Kapazität der Kompressoreinheit äußert sich in einer ungefähren Verringerung des Kraf tverbrauchoi; für jeweils ein Fallen der Kondensationstemperatur um 1o°F (-12⁰C) um 8%, eine konstante Kühlbelastung vorausgesetzt. Demzufolge bzw. folglich verringert das Fallen der Kondensationstemperatur von 1oo°F auf 75°F (37,5⁰C auf 23,58⁰C) den Kraftverbrauch des Kühlsystems um etwa 2o%, eine konstante Kühlbelastungs vorausgesetzt.

Die Leistung der Kompressoreinheit kann also durch Unterkühlen des flüssigen Kühlmittels verbessert werden, während das Kühlmittel dann 15% bzw. 25% mehr Wärme bzw. Hitze je umlaufendem Pfund auszieht. Für jeweils 1o°F (-12⁰C) Unterkühlung des flüssigen Kühlmittels steigt die Leistung des Kompressors um 5%. Diese Verbesserung der Leistung des Kompressoi~s äußert sich auch in einer Verringerung des Kraftverbrauches.

Die Erfindung sieht eine gesteuerte Unterkühlung des kondensierten Kühlmittels auf der hohen Seite des Kühlsystems vor. Das Kühlsystem, welches in der schwebenden diesbezüglichen US-Patentanmeldung

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Ser. No. 57,35o beschrieben ist, sieht eine Unterkühlung des flüssigen Kühlmittels vor. Bei dem in der schwebenden Patentanmeldung beschriebenen System ist der Betrag der Unterkühlung eine abhängige Funktion der Umgebungstemperatur. Vorzugsweise soll für eine- günstigste bzw. größte Leistungsfähigkeit bzw. Nutzleistung im Hinblick bzw. im Sinne einer Verringerung der Betriebskosten ohne folgende bzw. sich ergebende Änderung in der Kühlkapazität die Temperatur des kondensierten flüssigen Kühlmittels relativ bzw. verhältnismäßig zu allen bedeutsamen Zeiten konstant bleiben, d.h. so lang ' das System in der Kühlbetriebsart betätigt wird.

Um das Kühlsystem mit der größten Leistungsfähigkeit bzw. dem größten Wirkungsgrad zu betreiben, ist es vorzuziehen und vorteilhaft, die Temperatur des kondensierten, flüssigen Kühlmittels auf ungefähr 5o°F (1o°C) zu halten. Bei dem System, das in der vorgenannten, schwebenden Patentanmeldung Ser. No. 57,35o beschrieben ist, hält sich die Temperatur des flüssigen Kühlmittels in der Größenordnung von ungefähr 5o°F (1o°C) nur, wenn die Umgebungstemperatur 4o°F (4,75°C) oder weniger beträgt. Wenn die Umgebungstemperatur über 4o°F (4,5°C) ansteigt, folgt die Temperatur des flüssigen Kühlmittels mit annähernd 1o°F (-12⁰C) der Umgebung.

Die Erfindung sieht eine zweite Stufe von Unterkühlung vor, wobei die Temperatur des hochseitigen flüssigen Kühlmittels auf eine Temperatur von über 5o°F (1o°C) gehalten wird, jeweils wenn die Umgebung eine höhere Temperatur als 5o°F (1o°C) hat. Ein

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mechanisches Unterkühlsystem kann vorgesehen sein, das nur in "Betrieb gesetzt wird, wenn die Temperatur des flüssigen Kühlmittels über 60⁰F (16⁰C) steigt, und abgestellt wird, wenn die Temperatur des flüssigen Kühlmittels auf etwa 5o°F (1o°C) vermindert ist.

Obgleich eine niedrigere Unterkühl temperatur erreicht werden kann, sind Systeme, die niedrigere Unterkühlungstemperaturen anwenden, infolge der hinzukommenden Kosten für zusätzliche Isolierungen, die um die Flüssigkeitsleitungen und den Aufnahmebehälter gelegt werden müssen, unwirtschaftlich.

Das mechanische Unterkühlsystem wird bei einem Kühlsystem mit einem Hauptkühlkreis angewandt, der eine Hauptkompressoreinheit, einen entfernte/liegenden Kondensator, der mit der Kompressor einheit durch eine Auslaßleitung des Kompressors zum Kondensieren des gasförmigen Kühlmittels in eine Flüssigkeit verbunden ist und das flüssige Kühl-Kühlmittel natürlich unterkühlt, einen mit dem Kondensator verbundenen Aufnahmebehälter, parallel zueinander verbundene und mit dem Aufnahmebehälter durch eine Flüssigkeitsleitung zum Verdampfen des flüssigen Kühlmittels bei einem relativ niedrigen Druck und eine Saugwirkführung, die die Verdampfer mit dem Kompressor verbindet, um verdampftes Kühlmittel von dem Verdampfer zu dem Kompressor zurückzuführen, umfaßt. Ein zusäLzl ichos Unterkühlsystem ist in dem Weg des Hauptstromes bzw. Hauptflusses des Kühlmittels zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer angeordnet, um die Temperatur des Kühlmittels in dem Weg des

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Hauptstromes zu überwachen und die Temperatur des Kühlmittels in einer vorgewählten Größenordnung der Temperatur aufrechtzuerhalten.

Bei einer Ausführungsform umfaßt das Unterkühlsystem eine zusätzliche Kompressoreinheit und einen zusätzlichen Kondensator; der mit dem zusätzlichen Kompressor verbunden ist, und einen mit dem zusätzlichen Kondensator und dem zusätzlichen Kompressor verbundenen Wärmetauscher, um einen zusätzlichen Kühlkreis zu bilden, der von dem Hauptkühlkreis getrennt ist. Der Wärmetauscher ist mit dem Weg des Hauptkühlmittelflusses zwischen dem Aufnahmebehälter und den Verdampfern verbunden, um Wärme aus dem Kühlmittel auszuziehen, welches zwischen dem Aufnahembehälter und den Verdampfern fließt, wenn das zusätzliche Unterkühlsystem in Betrieb gesetzt bzw. erregt ist. Temperaturfühler sind aufwärts des Wärmetauschers zum Messen der Temperatur des Kühlmittels in dem Weg des Hauptstromes des Kühlmittels aufwärts vom Wärmetauscher angeordnet. Steuermittel sind mit den Temperaturfühlern und dem Zusatzkompressor zum Inbetriebsetzen bzw. Erregen des Zusatzkompressors verbunden, um das Kühlmittel zum Fließen durch den Zusatzkühlkreislauf zu bringen, wenn die Kühltemperatür, die durch die Temperaturfühler gemessen ist, eine erste vorgewählte Grenze überschreitet, um den Fluss von Kühlmittel durch den Weg des Zusatzkühlmitte stromes zu beenden, wenn die durch die Temperaturfühle} gemessene Temperatur des Kühlmittels unter eine zweite Grenze fällt, die gleich oder geringer als

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die erste vorgewählte Grenze ist. Wenn der Zusatzkreislauf in Betrieb gesetzt bzw. erregt wird, entzieht der Wärmetauscher Wärme aus dem Kühlmittel, das durch den Strömweg des Hauptkühlmittels zwischen dem Aufnahmebehälter und den Verdampfern geht.

Bei einer zweiten Ausführungsform umfassen die Unterkühlmittel einen zusätzlichen Kompressor mit einem Auslaß, der mit dem Hauptkondensatorsystem verbunden ist, einen Wärmetauscher, der mit dem Weg des Hauptkühlmittelflusses zwischen dem Aufnahmebehälter und den Verdampfern verbunden ist, eine Leitung für den Kühlmittelfluß, die zwischen dem Aufnahmebehälterauslaß und dem Wärmetauschereinlaß zum Zuleiten von Kühlmittel zu dem Wärmetauscher von dem Hauptkühlkreis angebracht ist, und eine Rückleitung, die den Wärmetauscher mit dem Einlaß des zusätzlichen Kompressors verbindet, um einen zusätzlichen Strömweg des Kühlmittels!romes durch den Wärmetauscher und Zusatzkompressor zu schließen bzw. zu vervollständigen. Der Wärmetauscher entzieht dem Kühlmittel Wärme, das in dem Hauptweg des Kühlmittelflusses zwischen dem Aufnahmebehälter und den Verdampfern strömt, wenn die zusätzlichen Unterkühlmittel in Betrieb gesetzt werden.

Die Erfindung ist in Verbindung mit einem industriellen Kühlsystem beschrieben, das von der Tyler Refrigeration Corporation unter der eingetragenen Marke bzw. dem eingetragenen Namen "SCOTCH TWOSOME"hergestellt wird und im einzelnen in der Schrift Tyler Installation and Service Manual for Scotch Twosome Condensing Unit Assemblies, Rev. 5/78 beschrieben ist. Natürlich ist, daß die

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Erfindung nicht auf die Scotch Twosome Assembly beschränkt ist. Die verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung können in jeden geschlossenen Zyklus eines Kühlsystems eingebaut oder bei diesem angewandt werden.

Die Zeichnung veranschaulicht zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Fig. 1 ist eine schematische Wiedergabe einer ersten Ausführungsform des Kühlsystems nach der Erfindung.

Fig. 2 läßt eine schematische Wiedergabe einer zweiten Ausführungsform eines Kühlsystems nach der Erfindung erkennen..

Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, umfaßt das Kühlsystem zwei Kompressoren 1o und 12, die eine "Scotch Twosome"-Einheit bilden. Die Kompressoren 1o und 12 sind in Tandem verbunden, d.h. parallel. Der Kompressorausfluß bzw. die Kompressorabgabe ist durch einen Ölabscheider 14 mit einer Hauptkompressorgasauslaß Ie itung 16 verbunden. Ein Solenoid betätigtes Wärmerückgewinnventil 18 kann vorteilhaft in der Leitung 16 angeordnet sein, um so wahlweise die Wärmerückgewinnschlange 2o im Reihenfluß in Beziehung mit einem entfernt angeordneten Kondensator 22 zu verbinden. Das Ventil 18 verbindet die Leitung 16 mit der Aufwärtsseite der Schlange 2o durch eine Wärmerückgewinnzweigleitung 24. Das Ventil 18 verbindet auch die Leitung 16 mit der Aufwärtsseite des entfernt liegenden Kondensators 22 durch eine entfernte KondensatorIeitung 25. Die Abwärtsseite der Wärmerückgewinnschlange 2o ist mit der Leitung 25 verbunden und von dort mit dem entfernten !Kondensator 22 über eine Leitung 26,die einen

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Druckregler 28 enthält Ein Bypaßsolenoid 3o kann vorgesehen sein, um so ermöglichen, daß das Kühlmittel den Regler 28 umgeht. Wenn das Solenoid 3o geöffnet ist, so wird ein Teil, z.B. 1/3 der rückgoworfenen Wärme bzw. zurückgestauchten Wärme für den Speicher zurückgewonnen. Diese Wirksamkeit verursacht ein Fallen im Druck und folglich der Temperatur des gasförmigen Kühlmittels in der Wärmerückgewinnschlange 2o.

Die Abwärtsseite des entfernt liegenden Kondensators 22 ist über eine Leitung 32 und den Druckregler 34 mit einem Aufnahmebehälter 36 verbunden. Eire den Druck regelnde Bypaß- bzw. Umgehungsleitung 35 verbindet die Kompressorauslaßleitung 16 mit dom Aufnahmebehälter 36 durch ein Absperrventil 37. Eine Flüssigkeitsleitung 38 verbindet die flüssige Phase des Aufnahmebehälters 36 mit einem Flüssigkeitssammelrohr 4o durch ein Flüssigkeits-Hauptsolenoidventil 4 2 und das parallel verbundene Rückschlagbzw. Absperrventil 44. Eine oder mehrere Flüssigkeitsleitungen 46 verbinden das Flüssigkeitssammelrohr mit den entfernt angeordneten Verdampfern 48, die beispielsweise den gegebenenfalls gekühlten Schaustellbehältern allgemein in einem Laden,wie einem Supermarkt, zugeordnet sind. Die Abwärtsseite eines jeden Verdampfers ist durch eine entsprechende Verdampferrückleitung 4 7 mit einem Saugrohr bzw. Sammclrohr 52 verbunden. Das Saugrohr 52 ist durch eine Saugleitung 56 mit dem Einlaß bzw. dem Eintritt der Kompressoren 1o und 12 verbunden.

Während'des normalen Abkühlbetriebes strömt flüssiges Kühlmittel durch das Flüssigkeits- bzw. sammelrohr 4o in den Verdampfer 48. Das verdampfte Kühlmittel strömt durch das Dreiwegeventil 5o in

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das Samnelrohr 52 und von dort wird es zu den Kompressoren durch die Saugleitung 56 zurückgeleitet. Wenn das Kühlsystem ein Abtauen mit Gas umfaßt bzw. umschließt, so wird während des Abtauzyklus der Strom des flüssigen Kühlmittels zeitweilig beendet und gasförmiges Kühlmittel der Verdampferschlange 4 8 von der Ausgabezweigleitung 58 und einem Gasabtausammelrohr 54 zugeleitet. Das gasförmige Kühlmittel gibt Wärme an die Verdampf erschlange ab. Das kondensierte Kühlmittel wird zu dem Flüssigkeitssammelrohr durch den Dreiwegehahn 5o und die Druckleitung 55 für das Abtaugas zurückgeleitet. Näheres über ein solches mit Gas arbeitendes Abtausystem ist in der schwebenden US-Patentanmeldung Ser. No. 952,612 beschrieben, welche am 18. Oktober 19 78 von Arthur Perez und Fayez Abraham eingereicht und an die Tyler Refrigeration Corporation übertragen ist. Die Offenbarung der US-Patentanmeldung Ser. No. 952,612 ist hierin durch entsprechende Bezugnahme eingebaut.

Mit Ausnahme der Wärmerückgewinnschlange bzw. -windung 2o des entferrt liegenden Kondensators 22, der Verdampfer 4 8 und deren zugehörigen angeschlossenen Leitungen 46 und 4 7 können vorteilhaft alle vorbeschriebenen Teile Teil eines einheitlichen Packens bilden, der an einem Hauptrahmen oder ein solches Gestell angeordnet ist, das in dem Kompressorraum eines Speichers bzw. Ladens angeordnet ist. Die entsprechenden Schaustellbehälter, die Verdampfer 48 enthalten, sind an geeigneten Stellen überall in dem allgemeinen Bereich des Ladens oder an gewissen ausgewählten Speicherplätzen in dem Laden angeordnet. Verbindungsleitungen 46 und 4 7 können

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daher zwischen 5o Fuß (15,-'* m) und 3co Fuß (1o<1,4 in) in dor haben. Der entfernt liegende Kondensator 22 ist üblicherweise am Dach des Lagerhauses bzw. des Ladens in einem Abstand zwischen 4o und 1oo Fuß (12,1o2 und 3o,4 8 m) von dem Kompressorraum angeordnet sein. Die Wärmerückgewinnschlange ist normalerweise in dem Bedienungssystem für die Spi-.i.cherlufl luft angeordnet, wo sie Wärme an die Speicher- bzw. Ladenluft zirkulierende System abgeben kann, wenn es gewünscht wird.

Eine Kühleinheit 31 ist vorgesehen, um das Kühlmittel zu unterkühlen, welches durch den entfernten Kondensator während des Kühlvorganges fließt bzw. strömt. Die Kühleinheit 31 umfaßt drei Gebläse (oder Sätze von Gebläsen) (6o,68 und 7o).Der Betrieb des Gebläses 6o wird mit Hilfe eines Thermostaten 64 gesteuert, der an einen Temperaturfühler 62 angeschlossen ist. Dar Fühler 62 erfühlt die Temperatur des flüssigen Abwärtsströmes des entfernten Kondensators und steuert den Thermostaten 64 auf Anschalten des Gebläses 6o, wenn die Temperatur des flüssigen Kühlmittels über einen vorbestimmten Grenzpunkt steigt. Ein Schalter 66 trennt das Gebläse 6o, jeweils wenn das System auf den Betrieb eines Abtauzyklus geschaltet wird.

Um den größten Vorteil des Unterkühlens und die die größten Kosten rechtfertigende Betriebswirksamkeit zu erreichen, muß das Kühlmittel auf eine Temperatur von wenigstens ungefähr 1o° bis 25⁰F (-12° bis -4⁰C) unter der Kondensiertemperatur und vorzugsweise auf ungefähr 5o°F (1o°C) gekühlt werden. Wenn der Druck in dem entfernt liegenden

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Atmosphäre, die über eine gewisse vorgewählte Höhe steigt. So setzt, wenn die Temperatur der Umgebung beispielsweise auf über 7o°F (46⁰C) steigt, der Relayschalter IA das Gebläse 7o in Betrieb.

Ein Druckregler 34 ist zum Steuern des Druckes in dem entfernten Kondensator 22 vorgesehen, um ein einwandfreies Kondensieren des gasförmigen Kühlmittels zu gewährleisten. Der Druckregler 34 ist zwischen dem entfernten Kondensator 22 und der Flüssigkeitsleitung 32 angeordnet. Das kondensierte Kühlmittel strömt durch den Regler 34 und die Leitung 32 in den Aufnahmebehälter 36.

Die vorangehenden Merkmale des Kühlsystems nach der Erfindung sind auch in der vorangehend erwähnten US-Anmeldung Ser. No. 57,35o offenbart, auf welche Bezug genommen ist.

Eine erste Begrenzung der natürlichen oder über den Kondensator erfolgenden Unterkühlung ist die Temperatur der umgebenden Atmosphäre, welche den entfernten Kondensator umschließt. Die Flüssigkeit, die durch den Kondensator hindurchgeht, kann nicht auf eine Höhe unter der Temperatur der umgebenden Luft unterkühlt werden, da bei dieser Höhe jeder Wärmeaustausch aufhört. Das mechanische Unterkühlsystem nach der Erfindung ist vorgesehen, um eine solche Abhängigkeit des Kühlmittelsystems von der umgebenden Atmosphäre wesentlich zu verringern oder zu beseitigen und demzufolge eine mehr gesteuerte Wirkungsweise des Systems zuzulassen.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist ein Hilfs- bzw. Zusatzkompressor 11o durch eine Auslaßleitung 112 mit einem Zusatzkondensator

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Kondensator 22 geeignet geregelt ist, so daß das gasförmige Kühlmittel bei einer Temperatur von 60⁰F (16⁰C) kondensiert wird, kann das Gebläse 60 betrieben bzw. betätigt werden,um die Flüssigkeit auf eine Temperatur von 5o°F (1o°C) zu unterkühlen. Obwohl eine niedrigere Unterkühltemperatur möglich ist, ist infolge der Kosten von Extraisolierungen, die längs aller der Flüssigkeitsleitungen notwendig sind eine Unterkühlung auf eine solche niedrige Höhe im allgemeinen wirtschaftlich undurchführbar.

Bei einer bevorzugten Betriebsart schaltet der Thermostat 64 das Gebläse 60 an jeweils, wenn die Temperatur des flüssigen Kühlmittels,die durch einen Fühler 62 gemessen wird, über 55⁰F (12,2⁰C) steigt, und schaltet das Gebläse 60 jeweils ab, wenn die Kühltemperatur auf 45°F (7°C) fällt. Wenn eine Unterkühltemperatur höher als 5o° F (1o°C) verlangt wird, beispielsweise infolge einer höheren Durchschnittstemperatur, dann wird der Wirkbereich des Thermostaten 64 in gleicher bzw. ähnlicher Weise geändert.

Die Gebläse 68 und 7o der Kühleinheit 31 sprechen auf andere Temperaturfestsetzungen an. Das Gebläse 68 wird mit Hilfe eines Schaltrelais 72

in Abhängigkeit des Druckes in dem entfernten Kondensators in Betrieb geschaltet. Da der Druck direkt proportional der Temperatur ist, kann das Relais 72 durch einen Fühler zum Messen der Temperatur des Kühlmittels im Kondensator gesteuert werden. So wird, wenn die Flüssigkeit auf 5o°F (1o°C) unterkühlt ist, das Gebläse 68 in Betrieb gesetzt, wenn der Kondensatordruck auf eine Höhe steigt, bei welcher sich die Temperatur des gasförmigen Kühlmittels auf über 60⁰F (16⁰C) befindet.Das Gebläse 7o arbeitet im Ansprechen auf die Temperatur der umgebenden

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verbunden. Der Kondensator 114 kann entfernt von dem Kompressor 11o in der gleichen Weise wie die Kondensatoren 2o und 22 angeordnet sein. Alternativ kann der Kondensator 114 hinreichend klein sein, so daß er verhältnismäßig eng an den Kompressor 11o angeordnet sein kann oder auch als abhängige Kompressor/Kondensatorbetriebseinheit kombiniert sein. Der Kondensator 114 ist durch eine Leitung 116 und eine zwischengeordnete Zuteilvorrichtuncr 118, wie sie als Expansionsventil bekannt ist, mit dem Verdampfer 12o verbunden sein. Der Verdampfer ist durch eine Saugleitung 122 mit der Eingangsoder Saugseite des Kompressors 11o verbunden. Der Verdampfer 12o kann einen Wärmetauscher der beschriebenen Art umfassen, z.B. wie in der vorerwähnten schwebenden US-Patentanmeldung Ser. No. 952,612.

Ein Paar von Relais oder anderen Kraftsteuervorrichtungen 124, 126 sind in Reihe in der Kraftzuführleitung 12o zu dem Kompressor 11o verbunden. Das Relais 124 wird mit Hilfe eines Thermostaten 13o gesteuert, der die Temperatur des durch die Leitung folgenden · von dem Auslaß des Aufnahmebehälters 36 zu dem Flüssigkeitssammelrohr 4o und den Verdampfer 48 mißt. Der Thermostat 13o ist aufwärts (in der Richtung des Kühlmittelstromes) des Verdampfers 12o angeordnet. Das Relais 126 wird durch einen Thermostaten 132 gesteuert, der nach abwärts des Verdampfers 12o zum Messen der Temperatur des Kühlmittels in der Leitung 38 nach abwärts des Verdampfers 12o angeordnet ist.

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Bei dieser Ausführungsform sind bei den zu Fig. 2 unten bzw. später gemachten Ausführungen gewisse bekannte Elemente bzw. Teile,so Ölabscheider, Druckregler usw., die bei einem bestehenden Kühlsystem in Übereinstimmung mit den in der Kältetechnik eingeführten Betriebsweisen verwandt werden können, hier des besseren Verständnisses und der Klarheit halber weggelassen.

Normalerweise hat flüssiges Kühlmittel, wolohos vom Aufnahmebehälter 36 in den Hauptkühlmittelkreis oder den Fließweg ausfließt, eine Temperatur, die durch die natürliche Unterkühlung bestimmt ist, welche durch den Kondensator 22 und die Kühleinheit 31 bewirkt wird. Wenn die Temperatur des flüssigen Kühlmittels in der Leitung 38 am Aufnahmebehälter 36 ein vorbestimmtes -Maximum der Unterkühltemperatur überschreitet, erregt der Thermostat 13o das Relais 124, um den Kompressor 11o umzuschalten. Dieser setzt den Fluß des Kühlmittels durch eine zusätzliche geschlossene Kreislaufschleife in Bewegung, die eine Auslaßleitung 112, einen Kondensator 114, eine Meßvorrichtung 118, einen Verdampfer 12o und eine Rückleitung 122 umfaßt. Der Verdampfer oder Wärmetauscher 12o entzieht Wärme dem flüssigen Kühlmittel in der Leitung 38, um das flüssige Kühlmittel weiter zu kühlen. Die Unterkühlung setzt sich fort, bis der Thermostat 132 eine Kühltemperatur an der Auslaßseite des Verdampfers 12o erfühlt, die an oder unter einer vorbestimmten Mindestunterkühltemperatur liegt. Der Thermostat 132 erregt darauf das Relais 126_rum die Kraft von dem Kompressor 11o

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abzuschalten, um dabei den Betrieb bzw. die Arbeit des Zusatzkühlsystems zu unterbrechen. Für den hier beschriebenen Zweck, kann die Steuervorrichtung 124 ein normalerweise of fenes Relais umfassen, (d.h. Schaltkontakte sind normalerweise offen und geschlossen, um einen Kreis nach dem Erregen zu vervollständigen). Die Steuervorrichtung 126 kann ein normalerweise geschlossens Relais (d.h. Schaltkontakte, die normalerweise geschlossen und geöffnet werden, um einen Kreis zu unterbrechen, wenn das Relay erregt ist) umfassen.

Fig. 2 zeigt eine andere bzw. alternative Ausführungsform, die den Zusatzkondensator 114 beseitigt und einen Teil des geschlossenen Hauptzyklus der Kühlmittelzuleitung verwendet. In Fig. 1 und 2 sind gleiche Teile durch die gleichen Bezugszahlen bzw. -zeichen gekennzeichnet.

Bei der zweiten Ausführungsform entlehrt die Kompressorleitung unmittelbar in die Hauptauslaßleitung 16 des Kompressors. Ein Einwegventil 134 kann in der Auslaßleitung 112 vorgesehen sein, wenn es gewünscht wird, daß ein umgekehrtes Strömen von Kühlmittel durch die Leitung 112 in den Abgabeauslaß des Kompressors verhindert wird. Kühlmittel für den Verdampfer 12o wird durch eine Leitung 136 und eine Meßvorrichtung bzw. eine Zuteilvorrichtung 1.18 gesaugt bzw. gezogen. Die Leitung 136 ist mit dem Auslaß des Aufnahmebehälters 36 verbunden, welche z.B. von der τ Hüssigke its leitung 38 aufwärts des Behälters 12o kommt. Die Ausführungsform nach Fig. 2 arbeitet in der gleichen Weise wie die zu Fig. 1 vorbeschriebene Ausführungsform.

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Bei der bevorzugten Betriebsart ist zur Erzielung der Vorteile der größten Wirtschaftlichkeit des mechanischen Zusatzunterkühlsystems der Thermostat 13o so eingestellt, daß er bei nominell 55°F (12,2⁰C) auslöst bzw. anspricht. Der Thermostat 132 ist so eingestellt, daß er bei 45°F (7⁰C) auslöst bzw. anspricht. Normalerweise haben die verwandten Meßvorrichtungen eine Abweichung von 5° von dem Nominellen. Demzufolge schaltet der Thermostat 13o bei 6o°F (15,5°) an und bei 5o°F (1o°C) ab. Der Thermostat 132 löst aus bzw. schaltet bei 5o°F (1o°C) an und bei 4o°F (4,5°C) ab.

Es ist hieraus ersichtlich/ daß das mechanische Zusatzsystem bzw. Hilfssystem zum Unterkühlen nach der Erfindung nur intermittierend , d.h. mit Unterbrechungen arbeitet, um die Temperatur des flüssigem Kühlmittels auf einer gewünschten Unterkühltemperatur zu halten. weiteren arbeitet das System lang genug, um die Temperatur des flüssigen Kühlmittels herunter auf die gewünschte Höhe zu bringen. Wenn die gewünschte Unterkühlung erreicht ist, schaltet das System sich selbst ab.

Ein Hauptvorteil dieses Systems besteht darin, daß es die Energieanforderungen an für Supermärkte bestimmte Kühlsysteme herabsetzen kann, da das mechanische Zusatzsystem mit einem Wirkungsgrad bzw. Nutzeffekt in der Größenordnung von 1o bis 12 BTUs/Watt arbeiten kann. Dies steht im Gegensatz zu dem Eiskromsystern, welches mit einem Durchschnittswirkungs- bzw. Leistungseffekt von 4,3 BTUs/Watt arbeiten kann und einem Fleisch sy stur

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das mit 6,8 BTUs/Watt arbeitet und zu einem System für Molkereibzw, Milcherzeugnisse, das mit 7,8 BTUs/Watt arbeitet.

Es ist daher zu erkennen, daß das mechanische Zusatzsystem zum Unterkühlen nach der Erfindung mit ungefähr dem doppelten Wirkungsgrad bzw. Nutzeffekt der niedrigeren Temperatursysteme arbeitet (des Eiskremsystems-und/oder der Systeme zum Tiefkühlen von Nahrungsmitten).Die Verwendung dieses zusätzlichen Unterkühlsystems gibt eine Verminderung der Pferdekraft in dem ganzen System bis zu über 2o% . Es ist möglich, beim Verwenden des Systems nach der Erfindung für Einrichtungen mit Niedrigtemperaturen eine Pumpe zu eliminieren bzw. zu beseitigen, beispielsweise von vier 1o Pferdestärkenkompressoren auf drei Hauptkompressoren und einen Hilfskompressor von wesentlich geringerer Pferdekraftleistung zu verwenden und so geringere Kraftanforderungen zu stellen. Außerdem arbeitet, wie vorerwähnt, der Zusatzkompressor nur intermittierend, d.h. unterbrochen, während die Hauptkompressoren im wesentlich ständig bzw. ununterbrochen arbeiten.

Die Erfindung kann auch in anderen besonderen Formen ausgeführt werden, ohne den Erfindungsgedanken oder wesentliche Eigenschaften davon zu verlassen. Die gezeigten Ausführungsformen sind nur zur Erläuterung und nicht zur Einschränkung des Erfindungsgedankens gegeben, der mehr in den Ansprüchen als in der vorangehenden Beschreibung umrissen ist. Alle Änderungen in der Wertung und dem Range von Äquivalenten der Ansprüche sollen daher von diesen erfaßt werden.

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Claims

Patentansprüche.

Kühlsystem, welches folgende Merkmale umfaßt, gekennzeichnet durch:

Kompressoren, die zum wenigsten eine Kompressoreinheit umfassen;

Kompressoren zum Komprimieren gasförmigen Kühlmittels mit einer verhältnismäßig hohen Temperatur auf einen verhältnismäßig hohen Druck;

Kondensatoren, die mit den Kompressoren zum Kondensieren des gasförmigen komprimierten Kühlmittels zu einer Flüssigkeit verbunden sind, welche Kondensatoren Mittel zum Kühlen des kondensierten Kühlmittels ideal auf eine vorgewählte Flüssigkeitstemperaturhöhe umfassen, so daß die den Kondensator verlassende Flüssigkeit unterkühlt wird und

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Temperaturfühler zum Erfühlen der Temperatur der Flüssigkeit, die die Kondensatoren verläßt und zur Steuerung der Arbeit der Kühlmittel als Funktion der Temperatur des flüssigen Kühlmittels;

einen Aufnahmebehälter, der mit den Kondensatoren zur Aufnahme des flüssigen Kühlmittels verbunden ist, welche*den Kondensator verläßt, und zum zeitweiligen Speichern bzw. Ansammeln solcher Flüssigkeit j

Verdampfer, die mit dem Behälter zur Aufnahme von flüssigem Kühlmittel aus dem Aufnahmebehälter und zum Verdampfen des flüssigen Kühlmittels bei einem verhältnismäßig niedrigen Druck verbunden sind, wenn sich der Verdampfer im Betrieb für das Kühlen befindet j und

Zusatzmittel zum Unterkühlen, die in dem Weg des Hauptflusses von flüssigem Kühlmittel zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer zum Überwachen der Temperatur des flüssigen Kühlmittels und zur Aufrechterhaltung der Temperatur des flüssigen Kühlmittels auf einer vorgegebenen Temperaturhöhe angeordnet sind.
2. Kühlsystem mit einem Hauptkühlkreis nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:

einen Kompressor zum Komprimieren gasförmigen Kühlmittels mit einer verhältnismäßig hohen Temperatur;

einen Kondensator, der mit dem Kompressor durch eine Kompressorauslaßleitung verbunden ist, um das gasförmige Kühlmittel zu einer Flüssigkeit zu kondensieren, wobei der Kondensator Mittel zum Unterkühlen des flüssigen Kühlmittels umfaßt;

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einen Aufnahmebehälter, der mit dem Kondensator verbunden ist, um die '"!en Kondensator verlassende Flüssigkeit aufzunehmen und zeitweilig solche Flüssigkeit zu sammeln bzw. zu speichern;

eine Mehrheit von Verdampferschlangen, die parallel miteinander und mit dem Aufnahmebehälter durch eine Flüssigkeitsleitung zur Aufnahme des flüssigen Kühlmittels von dem Aufnahmebehälter und zum Verdampfen des flüssigen Kühlmittels bei einem verhältnismäßig Druck verbunden wird;

Saugmittel, die die Verdampferschlangen mit dem Kompressors verbinden, um verdampftes Kühlmittel von den Verdampferschlangen zu dem Kompressor zurückzuleiten;

ein Kühlsystem mit folgenden Teilen:

Zusatzmittel zum Unterkühlen, die in dem Weg des Hauptkühlströmes zwischen dem Kondensator und den Kühlschlangen zum überwachen der Temperatur des Kühlmittels in dem Hauptströmweg und zur Aufrechterhaltung der Temperatur des Kühlmittels in einer vorgewählten bzw. vorgegebenen Temperaturhöhe angeordnet sind.
3. Kühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Zusatzkühlvorrichtung folgende Merkmale umfaßt:

einen Wärmeaustauscher,der in dem Weg des Hauptstromes des flüssigen Kühlmittels zwischen dem Kondensator und den Kühlschlangen vorgesehen ist;

Temperaturfühler, die aufwärts des Wärmetauschers zum Messen der Temperatur des Kühlmittels aufwärts von dem Wärmetauscher angeordnet sind;

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Mittel, die mit den Temperaturfühlern verbunden sind und durch diese betätigt werden/ um einen Weg des Zusatzkühlmittelstromes durch den Wärmetauscher zu vervollständigen/ wenn die gemessene Temperatur des flüssigen Kühlmittels eine vorgegebene obere Grenze überschreitet und zum Beenden des Weges des zusätzlichen Stromes bzw. Flusses durch den Wärmetauscher, wenn die gemessene Kühlmitteltemperatur unter eine zweite vorgegebene Grenze fällt, die gleich oder geringer ist als die erste vorgegebene Gren ze.
4. Kühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet/ daß der Wärmetauscher in dem Weg des Hauptstromes des flüssigen Kühlmittels zwischen dem Behälter und den Verdampfern verbunden ist; daß die Temperaturfühler einen ersten Fühler zum Messen der Temperatur des Kühlmittels im Weg des Hauptstromes des Kühlmittels zwischen dem Aufnahmebehälter und dem Wärmetauscher sowie einen zweiten Fühlen zum Messen der Temperatur des Kühlmittels in dem Weg des Hauptkühlmittelstromes stromabwärts des Wärmetauschers umfaßt; und daß die Mittel zum Vervollständigen und Beenden des Weges des Zusatzkühlmittelstromes einen Zusatzkompressor umfassen, der mit dem Wärmetauscher verbunden ist, um einen Zusatzkühlstrom zu bilden, und daß Steuermittel mit dem ersten Fühler verbunden sind, um den Zusatzkompressor in Betrieb zu setzen bzw. zu erregen, wenn die mit Hilfe des ersten Fühlers gemessene Kühlmitteltemperatur die vorgegebene obere Grenze überschreitet, und mit einem zweiten Fühler zum Absperren des Zusatzkompressors verbunden ist, wenn die von dem zweiten Fühler gemessene

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Kühltemperatur die vorgegebene untere Grenze unterschreitet.
5. Kühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die zusätzlichen Unterkühlmittel, einen Zusatzkompressor und einen Zusatzkondensator der mit dem Zusatzkompressor und dem Wärmetauscher verbunden ist, welcher mit dem Zusatzkondensator verbunden ist, sowie einen Zusatzkompressor umfassen, um einen Zusatzkühlkreis getrennt von dem Hauptkühlkreis zu bilden, wobei der Wärmetauscher mit dem Weg des Hauptkühlmittelstromes zwischen dem Aufnahmebehälter und dem Verdampfer und der Verdampfer zum Entzug von Wärme von dem fließenden Kühlmittel zwischen dem Aufnahmebehälter und dem Verdampfer verbunden ist, wenn die zusätzlichen Unterkühlmittel in Betrieb gesetzt werden bzw. erregt werden.
6. Kühlsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Unterkühlmittel Temperaturfühler, die aufwärts des Wärmetauschers angeordnet sind, um die Temperatur des Kühlmittels in dem Weg des Hauptkühlmittelstromes aufwärts des Wärmetauschers zu messen, umfassen,wobei mit dem Temperaturfühler und dem Zusatzkompressor Mittel zum Inbetriebsetzen des Zusatzkompressors verbunden sind, um ein Fließen bzw. Strömen des Kühlmittels durch den Zusatzkühlkreis zu bewirken, wenn die durch den Temperaturfühler gemessene Kühltemperatur eine erste vorgegebene obere Grenze überschreitet ,und umden Fluß des Kühlmittels durch den Weg des Zusatzkühlstromes zu beenden, wenn die gemessene Temperatur des Kühlmittels unter eine zweite untere Grenze fällt, die gleich oder geringer ist als die erste vorgegebene Grenze, wobei, wenn der Zusatzkühlstrom eingeleitet bzw. erregt wird, der Wärmetauscher dem durch den Weg des Hauptkühlmittelstromes fließenden Kühlmittel zwischen dem Aufnahmebehälter und dem Verdampfer Wärme entzieht.

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7. Kühlsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturfühler einen ersten Fühler zum Messen der Temperatur in dem Weg des Hauptkühlstromes zwischen dem Aufnahmebehälter und dem Wärmetauscher sowie einen zweiten Fühler zum Messen der Temperatur in dem Weg des Kühlmittelhauptstromes abwärts des Wärmetauschers und Steuermittel, die mit dem ersten Fühler zum Erregen b Inbetriebsetzen des Zusatzkompressors verbunden sind, umfassen, wenn die durch den ersten Fühler gemessene Kühlmitteltemperatur die vorgegebene obere Grenze überschreitet, welche Steuermittel mit dem zweiten Fühler zum Absperren des zweiten Kompressors verbunden sind, wenn die durch den zweiten Fühler gemessene Kühlmitteltemperatur unter die vorgegebene untere Grenze fällt.
8. Kühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die zusätzlichen Unterkühlmittel folgende Teile umfassen bzw. mit zusätzlichen Unterkühlmitteln ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zusatzkompressor, dessen Auslaß mit dem Kondensator verbunden ist, ein Wärmetauscher, der mit dem Weg des Kühlmittelhauptstromes zwischen dem Aufnahmebehälter und dem Verdampfer verbunden ist, eine Stromleitung für das Kühlmittel, die zwischen dem Aufnahmebehälterauslaß und dem Wärmetauschereinlaß zum Zuführen von Kühlmittel zu dem Wärmetauscher in dem Kühlhauptstrom angebracht ist, und daß eine Rückleitung, die den Wärmetauscher mit dem Einlaß des Zusatzkompressors zum Vollenden bzw. Vervollständigen eines zusätzlichen Weges für den Kühlstrom durch den Wärmetauscher und den Zusatzkompressor

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vorgesehen ISt₇ wobei dir Wärmetauscher Wärme dem Kühlmittel entzieht, welches in den Weg des Hauptkühlstromes zwischen dem Aufnahmebehälter und dem Verdampfer fließt, wenn die zusätzlichen Unterkühlmittel in Betrieb gesetzt sind.
9. Kühlsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Unterkühlmittel einen Temperaturfühler, der aufwärts des Wärmetauschers zum Messen der Kühlmitteltemperatur in dem Weg des Hauptstromes des Kühlmittels nach aufwärts des Wärmetauschers angeordnet ist, und Mittel,die mit dem Temperaturfühler und dem Zusatzkoinpressor verbunden sind, um den Zusatzkompressor in Betrieb zu setzen, umfassen, damit Kühlmittel durch den Kühlhilfskreis fließt, wenn die durch den Temperaturfühler gemessene Kühltemperatur eine erste vorgegebene Grenze überschreitet bzw. übersteigt,und den Fluß bzw. Strom vom Kühlmittel durch den Weg des Zusatzkühlmittels beenden, wenn die durch den Temperaturfühler gemessene Temperatur unter eine zweite untere Grenze fällt, die gleich oder geringer ist als die erste vorgegebene obere Grenze, wobei, wenn der Zusatzkühlkreis in Betrieb gesetzt wird, der Wärmetauscher Wärme aus dem Kühlmittel entzieht, welches durch den Weg des Hauptkühlstromes zwischen dem Aufnahmebehälter und dem Verdampfer fließt.
10. Kühlsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühler einen ersten Fühler zum Messen der Kühlmitteltemperatur in dem Weg des Hauptkühlstromes zwischen dem Aufnahmebehälter und Wärmetauscher sowieeinen zweiten Fühler zum Messen der Kühlmitteltemperatur in dem Weg des Hauptkühlmittelflussesstromes abwärts des Wärmetauschers zum Inbetriebsetzen bzw. Erregen des Zusatzkompressors umfassen, wenn die durch den ersten Fühler gemessene Temperatur die

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vorgegebene obere Grenze überschreitet, wobei die Steuermittel mit dem zweiten Fühler zum Absperren bzw. Ausschalten des zweiten Kompressors verbunden sind, wenn die durch den zweiten Fühler gemessene Temperatur unter die vorgegebene untere bzw. niedrigere Grenze fällt.

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