DE3240323A1 - Kuehlsystem bzw. kuehleinrichtung mit behaelterbypassleitung bzw. umgehungsleitung - Google Patents

Kuehlsystem bzw. kuehleinrichtung mit behaelterbypassleitung bzw. umgehungsleitung

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DE3240323A1 DE19823240323 DE3240323A DE3240323A1 DE 3240323 A1 DE3240323 A1 DE 3240323A1 DE 19823240323 DE19823240323 DE 19823240323 DE 3240323 A DE3240323 A DE 3240323A DE 3240323 A1 DE3240323 A1 DE 3240323A1
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Küh!system bzw. eine Kühleinrichtung mit geschlossenem Kreislauf, welche sich eines entfernt liegenden Kondensators bedient und eine Ausbildung erfährt, um die Wirksamkeit bzw. den Wirkungsgrad des Systems zu verbessern und den Kraftverbrauch herabzusetzen.
Bei der Basiskonstruktions und der Arbeit eines Kühlsystems bzw. einer Kühleinrichtung mit geschlossenem Kreislauf wird ein gasförmiges Kühlmittel, beispielsweise Freon, auf eine hohe Temperatur und einen hohen Druck komprimiert bzw. zusammengepreßt. Das komprimierte Gas wird durch einen Kondensator geleitet, wo es in eine flüssige Phase kondensiert wird. Der Druck in dem Kondensator wird hinreichend hoch aufrechterhalten, daß die Kondensationstemperatur höher als die Temperatur der umgebenden Luft ist. Das flüssige Kühlmittel kann zeitweilig in einem Sammelbehälter gespeichert werden, bevor es durch eine Meßvorrichlung bzw. eine Zuteilvorrichtung zur Verringerung des
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Druckes des flüssigen Kühlmittels zu einem Verdampfer geleitet wird, der in dem Schaustellbehälter angeordnet ist. Wenn die Flüssigkeit durch den Verdampfer geht, entzieht sie Hitze dem Schaustellbehälter und macht eine Änderung des Aggregatzustandes in den gasförmigen Zustand durch. Dieses gasförmige Kühlmittel niedrigen Druckes wird der Zugabeseite des Kompressors zug'eleitet, wo es erhitzt bzw. erwärmt und auf einen hohen Druck komprimiert wird.
Herkömmlich wurde der Kondensator mit einem voroeplanten Temperaturspiegel bzw. einer solchen Höhe betrieben. Die geplante Temperatur für den Kondensator wurde im allgemeinen als Funktion der höchsten Umgebungstemperatur während einer normalen Periode der wärmsten Jahreszeit in einem besonderen Bereich bzw. Zone bestimmt. Der Kondensator wurde betätigt, um so das gasförmige Kühlmittel bei einer Temperatur von zum wenigsten 1o°F (-270C) über der geplanten Temperatur zu kondensieren. Wenn demzufolge die geplante Temperatur 9o°F (220C) betrug , dann war die Kondensatortemperatur auf 1oo°F (370C) festgelegt.
In der Erkenntnis, daß die geplante bzw. eingeplante Temperatur mit Wahrscheinlichkeit nur wenige Tage im Jahr und dann nur tagsüber und nicht des Nachts gegeben ist, wurde das Kühlsystem so geändert, daß die Kondensatortemperatur im Verlauf der Umgebungstemperatur folgend stets wenigstens 1o°F (60C) oberhalb der Umgebungstemperatur lag. Das Ändern der Kondensatortemperatur, um den Umgebungsbedingungen zu folgen, ergibt eine erhöhte Kompressorkapazität. Die Daumenregel ist, daß jedes Sinken der Kondensatortemperatur um 1o°F (60C) die Kompressorkapazität
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um ungefähr 6% erhöht. Wenn daher die Kompressortemperatur um 1oo°F auf 75°F (37°C auf 22°C) fällt, vergrößert sich die Kapazität des Kompressors um ungefähr 15%. Gleichzeitig wird der Verbrauch des Kompressors verringert bzw. herabgesetzt und wird der Wirkungsgrad bzw. die Wirksamkeit erhöht, bei wobei der BTU/Watt des Kompressors stciat. Die Kombinationswirkung besteht darin, daß die Kompressorkapazität erhöht wird und der Kraftverbrauch verringert wird, eine konstante Kühlbelastung vorausgesetzt. Wenn die Kondensatortemperatur von 1oo°F (37°C) auf 75°F (22°C) beispielsweise fällt, dann wird der Verbrauch um fast 2o% herabgesetzt, vorausgesetzt eine' konstante Kühlbelastung.
Während der Arbeitens des Kühlsystems ist es notwendig, den Druck in dem Sammelbehälter zu regeln, um ein richtiges Arbeiten der Verdampfer zu erreichen. Eine solche Regelung wurde typisch durch Abstellen des heißen gasförmigen Kühlmittels von der Gasabgabeleitung des Kompressors unmittelbar in den Sammelbehälter vorgenommen, wann auch immer der relative Druck des Behälters mehr abfällt als ein vorgewählter Druckunterschied von dem Druck in der Gasabgabeleitung. Hierzu ist in der Leitung zwischen der Gasausgabeleitung und dem Sammelbehälter ein Absperrventil bzw. Rückschlagventil vorgesehen, welches darauf eingestellt ist, um auf einenDruckunterschied von der Größenordnung von 2o oder 3o psi anzusprechen. Wann auch immer der Druck in dem Sammelbehälter um mehr als 2o oder 3o psi im Vergleich zu dem Druck in der Gasabgabeleitung fällt, öffnet das Absperrventil und läßt es zu, daß heißes Gas von der Gasabgabeleitung unmittelbar in den Sammelbehälter fließt.
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Da das gasförmige Kühlmittel in der Gasableitung sich typisch in einer Temneraturhöhe von ungefähr 2oo°F (930C) befindet, wirkt ein solches Gas als eine bedeutsame Wärmequelle für den Behälter, was ein im allgemeinen unerwünschter. Zustand ist.
Während des Kühlzyklus nimmt das Kühlmittel einen wesentlichen Betrag an Hitze während der Verdampfung spha se auf, welche Hitze dann durch den Kondensator als nutzloses Nebenprodukt des Kühlzyklus sich zerstreut. Eine Technik zum Ziehen von Vorteil aus der Hitze, die durch das heiße gasförmige Kühlmittel zerstreut wird, ist die Verwendung einer Wärmerückgewinnwindung, wie es in der US-Patentschrift 4,123,914 vom 7. November 19 78, von Arthur Perez und Edward Baumann gezeigt ist, welches Patent auf die Erwerberin der vorliegenden Erfindung übertragen ist. Die Offenbarung von Perez et al. in vorgenannter Patentschrift ist in dieser Beschreibung durch entsprechende Bezugnahmen aufgenommen. Eine solche Wärmerückgewinnwindung läßt das Ausziehen bzw. die Entnahme von Hitze bzw. Wärme aus dem gasförmigen Kühlmittel zu, welches aus dem Kompressor tritt, bevor es in den entfernt angeordneten Kondensator tritt. Die so genommene Wärme kann.dann zum Erwärmen des Inneren des Gebäudes dienen, wo das Kühlsystem verwandt wird bzw. gebraucht wird.
Besonders in den letzten Jahren ist mehr Aufmerksamkeit darauf gerichtet worden, die Wirksamkeit bzw. den Wirkungsgrad solcher Kühlsysteme zu verbessern. Der vorbekannte Stand' der Technik ist voll mit Erörterungen über die verschiedenen Techniken für den Versuch der Verbesserung des Arbeitens eines Kühlsystems. Bei großen Installationen bzw. Einbauten, wie bei Supermärkten, ist eine große Anzahl von gekühlten Schaustellbehältern typisch und wird eine Mehrheit von Kompressoren verwandt, um der
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schweren Kühlbelastung unter gewissen bzw. bestimmten 'Bedingungen zu genügen, so während des wärmeren Teils des Jahres. Die Wirksamkeit der Kompressoren hängt von dem Kompressorenverhältnis auf der Abgabeseite des Kompressors zu der Saugseite des Kompressors ab. So kann durch Verringerung ' des Kopfdruckes an den Kompressorauslaß bzw. der Kompressorabgabe die Wirksamkeit der Arbeit des Kompressors vergrößert werden. Ein solches System, welches sich verringerten Kopfdruckes bedient, um die Wirksamkeit der Arbeit zu erhöhen, ist in der schwebenden Patentanmeldung Ser. No. 57,3 5o vom 13. Juli 1979 mit dem Titel "Energiesparendes Kühlsystem", die mit der vorliegenden Anmeldung auf den Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen worden ist. Die Offenbarung der Patentanmeldung Ser. No. 57,35o ist indessen durch entsprechende Bezugnahmen vollständig als bekannt vorausgesetzt.
Eine der Merkmale des Niedrighitzedrucksystems, welches insbesondere das eine in der vorerwähnten US-Patentanmeldung Ser. No. 57,35o beschriebene System umfaßt, besteht darin, daß das System im wesentlichen für unterkühlte flüssige Kühlmittel in dem entfernt angeordneten Kondensator bestimmt ist. Das Unterkühlen der Flüssigkeit erhöht die Wirksamkeit des Systems, da das Kühlmittel mehr als 15 bis 25% an umgewälzter Hitze je Pfund auszieht. Die Faust- bzw. Daumelregel besagt, daß für jede 1o°E (-120C) Unterkühlung die Wirksamkeit des Systems um 5% wächst. Bei fast allen gewerblichen Kühlsystemen ist ein Aufnahmebehälter oder Puffertank zwischen dem Kondensatorausgang und Flüssigkeitsverteilerrohr angeordnet. Es wurde gefunden, daß bei Systemen, die
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sich eines Sammelbehälters bedienen/ 1o bis 150F (-120C bis -1o°C) der Unterkühlung beim Durchgang durch den Behälter verloren qeht, d.h. die Temperatur in dem Behälter kann um 1o°F bis 15°F (-120C bis -1o°C) steigen. Dies äußert sich in einer geringeren Wirksamkeit bzw. in einem geringeren Wirkungsgrad,, da weniger BTU an Hitze aus der Luft um die Verdampferwindungen in dem Schaustellbehälter je Pfund an Kühlmittel ausgezogen werden kann, welches durch die Verdampferwindungen geht bzw. strömt. Ein Grund für diesen WärmeZuwachs besteht darin, daß der Sammel- ' behälter im allgemeinen'in dem Maschinenraum neben dem Kompressor angeordnet ist und entsprechende Hitze bzw. Wärme von der Ausrüstung bzw. Bestückung stammt. Die Temperatur in dem Maschinenraum ist gewöhnlich höher als die außenseitige Umgebungstemperatur. Eine gewisse Menge dieser Wärme wird von dem Kühlmittel in dem Behälter aufgenommen. Demzufolge steigt die Temperatur des Kühlmittels.
Einige gewerbliche Kühlsysteme versuchen das Problem des Zuwachses an Samme!behälterwärme bzw. -hitze durch die Verwendung eines Pufferbehälter zu vermeiden. Ein solches Puffertanksystem ist in der US-Patentschrift 3,9o5,2o2 vom 16. September 19 75 von Donald F. Taft et. al. gezeigt. Bei einem solchen Puffertank des Systems strömt kondensiertes flüssiges Kühlmittel unmittelbar von dem Kondensatorausgang dem Verdampferbehälter zu. Der Puffertank speichert bzw. sammelt überschüssiges flüssiges Kühlmittel, um ein stetiges bzw. ständiges Arbeiten unter verschiedenen Umgebungsbedingungen zu gewährleisten, welche sich in einer Veränderung der Kapazität des Kondensators äußern. Es wurde gefunden, daß insbesondere
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während des Arbeitens bei heißem Wetter das geschlossene Kreislaufsystem "die" (nachlassen) kann, weil der Druck des Pufferbehälters um 35 bis 4o psig niedriger verlaufen kann als der Kondensatordruck mit dem Ergebnis einer Sammlung flüssigen Kühlmittels in dem Behälter/ die nicht zu dem Verdampfer geleitet wird. Dieses Problem ist besonders beim Auftreten während Perioden abnormal hoher Umgebungstemperatur ärgerlich. Zu solchen Zeiten wird die festgesetzte bzw. berechnete Plantemperatur des Kondensators überschritten und ist der Kondensator außerstande das Kühlmittel vollständig zu kondensieren. Das Kühlmittel sammelt sich daher in dem Pufferbehälter und wird in diesem kondensiert, wobei ein ; Druckabfall stromaufwärts des Verdampfers erzeugt wird.
Die Erfindung bildet eine Verbesserung über die vorbekannten Sammelbehälter- bzw. Ausgleichbehältersysteme. Die Erfindung enthält eingebaut eine bzw. ist mit einer Bypaß- bzw. Umgehungsleitung vereinigt, die es zuläßt, daß unterkühltes, flüssiges Kühlmittel unmittelbar von dem Kondensator zu den Verdampferwindungen unter normalen Temperaturbedingungen fließt / ohne zuerst durch den Sammelbehälter gehen zu müssen. Wenn bei unnormal hohen Temperaturbedingungen der Kondensator zur Unterkühlung der ganzen Menge des hindurchgehenden Kühlmittels nicht in der Lage ist, wird die Bypaßleitung blockiert bzw. abgesperrt (beispielsweise durch ein temperaturgesteuertes Magnetventil) und das Kühlmittel wird dann von dem Kondensator in den Sammelbehälter geleitet.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der Sainmo!behälter so gestaltet, daß sein Einlaß und sein Auslaß sich am unteren Boden des Behälters angeordnet finden. Die untere Hälfte des Behälters ist isoliert/ um die Wärmeübertragung von dem Maschinenraum zu dem flüssigen Kühlmittel im Bodenteil des Sammelbehälters zu verringern. Die obere Hälfte des Sammelbehälters ist der Umluft des Maschinenraumes ausgesetzt, vorzugsweise nicht niedriger als ^50F (330C)7 und nicht höher als 11o°F (810C)7 was es zuläßt, das Kühlmittel von der Flüssigkeitsoberfläche absieden bzw. abdampfen zu lassen, was einen entsprechenden Druck von 125 psig in dem Sammelbehälter entspricht.
Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes mit einem geschlossenen Kreislauf arbeitendes Kühlsystem, das einen Sammelbehälter, der zwischen dem entfernt angeordneten Kondensator und Verdampferbehälter angeordnet ist, sowie Bypaß- bzw. Umnehungsmittel zum Umgehen des.Sammelbehälters umfaßt, wenn die Umgebungsbedingungen es zulassen, daß der entfernt liegende Kondensator das kondensierte Kühlmittel unterkühlt. Eine Bypaß- bzw. Umgehungsleitung umfaßt ein temperaturgesteuertes Ventil, welches einen Bypaß um den Einlaß in und um den Ausgang aus dem Sammelbehälter schafft. Ein Temperaturfühler tastet den Eingang des Kondensators und des Behälters ab. Wenn die erfühlte Temperatur unter einer vorgewählten ünterküh!grenze liegt, ist das Ventil geöffnet, um einen Schließweg mit geringem Widerstand um den Behälter unmittelbar zu dem Flüssigkeitsverteilerrohr zu schaffen. Wenn die erfühlte Temperatur die vorgewählte Unterkühlgrenze überschreitet
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wird das Ventil geschlossen und das Kühlmittel wird in den Sammelbehälter geleitet/ um dadurch in normaler Weise zu fließen.
Ein anderes Merkmal der Erfindung ist es, daß der Druck des Kühlsystems, der an den Verdampfer abgegeben wird, durch die Verbindung der Ausgangsleitung von dem entfernt liegenden Kondensator zu dem Einlaß des Flüssigkeitsverteilerrohrs des Kondensators durch ein gesteuertes Ventil mit dem Verbindungspunkt zu der Behältereinlaßleitung., welche sich stromaufwärts des Steuerventils befindet und mit einem Rückhaltregler, der in der Einlaßleitung des Behälters stromabwärts von dem Verbindurigspunkt angeordnet ist, geschaffen sind.
Ein anderes Merkmal der Erfindung besteht in der Verwendung eines Absperr- bzw. Rückschlagventils, welches in der Kondensatorleitung stromaufwärts der Bypaßleitung angeordnet ist,um einen Rückfluß von Kühlmittel unter Bedingungen verhütet, bei denen der Druck des Flüssigkeitsverteilerrohrcs den Kondensatordruck übersteigt.
Noch ein anderes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der Einlaß des Sammelbehälters und der Ausgang an dem Boden des Behälters vorgesehen sind. Die Bodenhälfte des Sammelbehälters ist isoliert, während die Kopfhälfte des Behälters der inneren Umluft des Maschinenraumes ausgesetzt ist. Diese Anordnung läßt es zur daß die Oberfläche des Kühlmittels abgedampft bzw. abgesiedet werden kann, um einen adäquaten Systemdruck zwischen dem Sammelbehälter und den Verdampfern aufrechtzuerhalten.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, einen geschlossenen Kreis eines mechanischen Kühlsystems zu schaffen, bei welchem eine Bypaß- bzw. Umgehungsleitung zwischen dem Einlaß und dem Auslaß des Sammelbehälters angeschlossen ist. Entsprechend bzw. im
Ansprechen auf die Temperatur des Kühlmittelstromes geöffnet und geschlossen wird, der in dem geschlossenen Kreislauf zwischen dem Kondensatorauslaß und dem Sammelbehältereinlaß strömt.
Ein anderes Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Verbesserung für den geschlossenen Kreislauf eines Kühlsystems in der beschriebenenArt.
Noch ein anderes Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Betätigen eines geschlossenen Kreislaufs eines Kühlsystems, wobei eine Bypaß- bzw. Umgehungsleitung zwischen dem Sammelbehältereinlaß und Sammelbehälterauslaß angeordnet ist, wobei der Kühlmittelstrom in der Bypaßleitung in Abhängigkeit der erfühlten Temperatur im Kreis gesteuert wird, der den Kondensator und den Sammelbehältereinlaß verbindet.
Die zeichnerische Wiedergabe veranschaulicht einen geschlossenen Kreis des Kühlsystems mit den Merkmalen der Erfindung.
Die bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist im Zusammenhang ihrer Verwendung mit einem gewerblichen Kühlsystem bzw. einer solchen Kühleinrichtung beschrieben, die von der Tyler Refrigeration Corporation hergestellt wird, die der Erwerber der Erfindung ist und unter dem Warenzeichen "SCOTCH TWOSOME" verkauft wird. Dieses gewerbliche System ist im einzelnen in dem Handbuch "Tyler Installation and Service Manual for Scotch Twosome Condensing Unit Assemblies REV. 5/78" beschrieben. Bei der "SCOTCH TWOSOME - Anordnung"ist ein Paar von Kompressoren parallel verbunden, wie es beispielsweise in der vorerwähnten schwebenden Patentanmeldung Ser. No. 57,35o gezeigt ist. Es ist jedoch klar, daß die Erfindung nicht auf die "SCOTCH TWOSOME-Anordnung" beschränkt ist. Die Erfindung kann bei vielen Arten
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bzw. Typen von sich eines geschlossenen Kreislaufes bedienenden Kühlsystemen bzw. Kühleinrichtungen angewandt werden.
Bei einem einen geschlossenen Kreislauf aufweisenden Kühlsystem bzw. einer solchen Kühleinrichtung der beschriebenen Art bezieht sich der Ausdruck "high side" auf die Hochdruckseite des Systems (aufwärts der Meß- bzw. Zuteilvorrichtung) •oder einem Teil davon. Die Flüssigkeitsseite des Systems ist jm allgemeinen als zwischen dem Auslaß des Kondensators und der Meßvorrichtung bzw. Zuteilvorrichtung befindlich angenommen bzw. betrachtet. Die Seite geringen Drucks oder "suction side" liegt zwischen der Meßvorrichtung bzw. Zuteilvorrichtung und dem Kompressor. Die Meßvorrichtung bzw. Zuteilvorrichtung, auf die hier Bezug genommen ist, ist die Vorrichtung, die den Fluß bzw. den Strom des flüssigen Kühlmittels zu den Verdampfern steuert.
Wie es in dem einzigen Zeichnungsbild veranschaulicht ist, umfaßt das Kühlsystem Kompressoren 1o, welche mit einer Hauptkompressorausgangsgasleiturig 14 verbunden sind. Ein Solenoid bzw. magnetbetätigtes Dreiwegventil 16 zur Wärmerückgewinnung kann vorteilhaft in der Leitung 14 angeordnet sein, um nach Wahl eine Wärmerückgewinnschlange18 mit in Reihe liegenden Durchflußwindungen mit einem entfernt liegenden Kondensator 2o zu verbinden. Der Kondensator 2o umfaßt vorteilhfat eine Mehrheit von Gebläsen, die unter Umgebungsbedingungen, wie es beispielsweise in der vorgenannten Anmeldung Ser. No.·· 57,35o beschrieben ist, gesteuert werden. Das Ventil 16 verbindet die Leitung 14 mit der Stromaufwärtsseite
der Schlange 18 durch bzw. über einen Wärmerückgewinnleitungszweig 22 und mit der Stromaufwärtsseite des entfernt liegenden Kondensators 2p durch eine Leitung 24 und so mit dem entfernt liegenden ■ Kondensator 2o durch eine Leitung 26. Die Abwärtsseite ; der Wärmerückgewinnschlange 18 ist mit der Leitung 24 verbunden und so mit dem entfernt liegenden · Kondensator 2o durch eine Leitung 26, welche einen Druckregler 28 und ein Rückschlagventil bzw. Absperrventil 3ö enthält, verbunden.
Die Abwärtsseite des entfernt liegenden Kondensators 2o ist durch eine Leitung 32, ein Rückschlagventil 34, ein T-Verbindurigsstück 36 und einen Rückhalter oder Regulator 38 für den Druck nach aufwärts mit dem Boden des Behälters 4o verbunden. Im Gegensatz zu den bekannten Konstruktionen ist bei dem Sammelbehälter 4o nach der Erfindung sowohl der Einlaß 42 als auch der Auslaß 44 in dem Boden des Behälters 4o angeordnet.
Eine Auslaßleiturig 45 des Behälters ist durch ein Rückschlagventil 46 und ein T-Verbindungsstück 48 mit einem Flüssigkeitsverteilerrohr 52 verbunden. Eine oder mehrere Flüssigkeitsleitungen 54 verbinden das Flüssigkeitsverteilerrohr 52 mit einem oder mit mehreren entfernt angeordneten Verdampfern 56, welche beispielsweise mit entsprechenden gekühlten Schau stellbehältern oder Kühlräumen, im allgemeinen in einem Laden, wie einem Supermarkt,zugeordnet sind. Die Seite geringen Drucks eines jeden Verdampfers führt zu einem Verteilerrohr 58 niedrigen Drucks zurück, welches seinerseits durch eine Rückleitung mit dem Einlaß des Kompressors 1o verbunden ist.
Die Erfindung umfaßt weiterhin eine Bypaß- bzw. Umgehungsleitung 62, welche mit den T-Verbindungsstücken 36 und 48 verbunden ist. Ein temperatur-
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betätigtes Magnetventil bzw. Solenoidventil 64 ist in der Bypaßleitung 62 angeordnet, um den Strom von Kühlmittel da hindurch als Funktion von der Temperatur des flüssigen Kühlmittels in der Leitung 32 zu steuern, welche den entfernt liegenden Kondensator 2o und den Sammelbehälter Ao verbindet.
Das flüssige Kühlmittel von dem entfernt liegenden Kondensator 2o geht durch den Rückhaltregler 38, der einen gewünschten Kondensatorkopfdruck in Abhängigkeit von solchen Umständen, wie die Art bzw. die Type des verwendeten Kühlmittels und den geplanten Umgebungsbedingungen, das System aufbauen bzw. errichten und aufrechterhalten. Von dem Rückhaltregler 38 strömt das flüssige Kühlmittel in den Sammelbehälter 4o durch den Bodeneinlaß 4 2 und fließt längs des Bodens des Sammelbehälters zu dem Bodenauslaß 44, der an oder nahe an dem entgegengesetzten Ende des Behälters von dem Einlaß 42 angeordnet ist.
Ein einwandfreies Arbeiten bzw. ein solcher Betrieb des geschlossenen Kreislaufes des Kühlsysteras bzw. der Kühleinrichtung verlangt, daß der Druck des Kühlmittels auf eine geeignet vorgewählte Mindestdruckhöhe in Abhängigkeit von der Art bzw. der Type des verwandten Kühlmittels, der Arbeitsbedingungen und der Größe des Systems bzw, der Einrichtung aufrechterhalten wird. Der Druck im Sammelbehälter 4o wird mit Hilfe eines Druckregelventils 66 in einer Leitung 68 aufrechterhalten, welche den Ausgang des Kompressors 1o mit dem Kopf des Sammelbehälters 4o verbindet.
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Heißes gasförmiges Kühlmittel kann mit dem Kompressorsausgangsdruck auf diese Weise durch die Leitung und das Druckregelventil 66 dem Behälter 4o zugeleitet werden, auch wenn der Druck in dem Sammelbehälter unter eine vorgewählte Höhe fällt. Das Ventil 66 kann beispielsweise auf offen eingestellt werden, wenn der Druck in dem Behälter 4o unter 12o psig für Kühlmittel R-5o2 oder unter 55 psig für Kühlmittel R-12 fällt.
Der entfernt liegende Kondensator 2o ist gewöhnlich in einer äußeren Umgebung angeordnet, welche den ausseitigen umgebenden Bedingungen ausgesetzt ist, so wie an dem Dach eines Speichers bzw. Lagers. Zu gewissen Jahreszeiten, so der Herbst-, Winter- und Frühlungszeit und/oder in gewissen geografischen Regionen, der nördlichenHälfte der Vereinigten Staaten von Amerika sind die Umgebungstemperaturbedingungen hinreichend niedrig, daß heißes, gasförmiges Kühlmittel, welches in den entfernt liegenden Kondensator 2o eintritt, vollständig kondensiert und (unter die Kondensiertemperatur des Kühlmittels beim Gebrauch)in dem Kondensator selbst unterkühlt wird, so daß Kühlmittel, welches durch die Leitung 32 fließt, unterkühlt ist, bevor es in den Sammelbehälter 4o eintritt. Das Magnetventil 64 erfühlt die Temperatur des unterkühlten flüssigen Kühlmittels, welches durch die Leitung 32 fließt. Wenn die erfühlte Temperatur unter einem vorbestimmten Sollwert liegt, der wiederum als eine Funktion der Art bzw. der Type des Kühlmittels, der Größe des Systems usw. bestimmt ist, wird das Ventil 64 geöffnet, um einen Weg geringen Widerstandes für den Fluß des Kühlmittels von dem Ausgang des Kompressors 2o durch die Leitungen 32 und 62 zu der Einlaßseite des Flüssigkeitsverteilerrohres 52 zu vollenden. Auf diese Weise strömt unterkühltes flüssiges Kühlmittel von dem Kopfdruck des
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System unmittelbar von dem Kondensator 2o zu den Expansionsventilen oder einer ähnlichen Meß- bzw. Zuteilungsvorrichtung, die einer jederv der entsprechenden bzw. der diesbezüglichen Verdampfer 56 zugeteilt ist. Die vorbestimmte oder vorgewählte Sollwerttemperatur bzw. Einstelltemperatur kann bei 600F C16,5°C) liegen, so daß das Kühlmittel durch den Sammelbehälter 4o geht, wenn dessen Temperatur über diesem Punkt bzw. Wert liegt.
Das Rückschlagventil 34, welches zwischen dem Auslaß oder dem entfernten Kondensator 2o angeordnet ist und der T-förmigen Verbindung bzw. dem T-förmigen Verbindungsstück 36 angeordnet ist, arbeitet in Verbindung mit dem Rückhalt- bzw. Rücklaufregler 38 zusammen, wenn der Aufnahmebehälterdruck niedrig ist, um die Füllung des Kondensators aufrechtzuerhalten, wobei der Kopfdruck des Systems oder der Einrichtung sowie die Kühlung in dem Kondensator gewährleistet wird. Das Rückschlagventil 34 ergibt ein Mittel, um einen adäquaten Kopfdruck für das Speisen der Exoansionsventile der entsprechenden bzw. betreffenden Verdampfer 56 zu schaffen.
Das Rückschlagventil 34 verhindert einen Rückfluß des Kühlmittels zu dem Kondensator von den Verdampfern während der Zyklusperioden der Kompressoren 1o. Es wurde .,gelegentlich, während der Zyklusperioden des Kompressors 1o gefunden, daß insbesondere bei Systemen bzw. Einrichtungen mit eingebauter Gasentfrostung, wie sie beispielsweise in der US-Patentschrift 4,276,755 erteilt am 7. Juli 1981 mit dem Titel "Gasabtausystem mit Wärmetauscher" gezeigt ist, daß Kühlmittel im Verteilerrohr eine höhere Temperatur und einen höheren Druck als das Kühlmittel im Konden-
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sator 2o aufweist. Das Auslegen bzw. Planen des Reglers 38 ist so, daß er eine verhältnismäßig kleine Ansprechzeit unter den Rückdruckbedingungen bzw. den Staudruckbedingungen besitzt. Auf diese Weise bzw. so ist der Regulator verhältnismäßig träge, um zu schließen, wenn der Druck des Kühlmittels auf der Abwärtsseite des Regulators 38 den Druck des Kühlmittels auf der Aufwärtsseite davon übersteigt. Deshalb tritt eine Rückdruckbedingung bzw. ein Rückstromzustand für eine wesentliche Zeitspanne auf, wobei das Kühlmittel verhältnismäßig hoher Temperatur zum Kondensator 2o zurückfließen will und dabei dessen Wirksamkeit verringert. Das Rückschlagventil 34 wird daher verwandt, um das Auftreten eines solchen Rückstromes während der Zyklusphasen des Kompressors zu verhindern.
Das Rückschlagventil 34 hat eine zusätzliche Bedeutung in Verbindung mit der Erfindung, da bei offen gehaltenem Magnetventil 64 ein Rückstrom leicht durch die Bypaßleiturig 62 bei fehlendem Rückschlagventil 34 eintritt..
Ein Rückschlagventil 46, das zwischen dem Behältcrauslaß 44 und dem T-Stück 48 anacschlossen ist, isoliert den Aufnahmebehälter 4o während des Kühlvorganges, wenn das Bypaßmagnetventil 6 4 geöffnet ist und gekühltes flüssiges Kühlmittel bei dem Kopfdruck des Systems durch die Leitung 62 zu dem Flüssigkeitsverteilerrohr 52 strömt. Vorzugsweise und vorteilhaft wird der Kopfdruck des Behälterbypaßsystems auf etwa 9o psig für Kühlmittel R-12 und auf etwa 135 psig für Kühlmittel R-5o2 aufrechterhalton.
Wenn die Temperatur des kondensierten Kühlmittels über den Bereich bzw. Grad der Unterkühlung steigt, schließt das
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Magnetventil 6 4 und wird das kondensierte Kühlmittel in den Sammelbehälter 4o geleitet. Dies geschieht zur Gewährleistung einer geeigneten Zufuhr von Kühlmittel während des Kondensiervorganges, wenn die ganze
Kondensieroberfläche mit geringer oder keiner
,Rückflußsteuerung verwandt wird, welche einen
Reservezufluß in den Sammelbehälter zuläßt. Dies ist besonders bei den Systemen mit Kühlmittelsteuerung durch Thermostaten und Solenoid von Vorteil, die ein Auspumpen nach Erreichen einer hinreichenden Temperatur in der Schaustellbehälterbefestigung oder während des Abtauens der Behälterbefestigung erforderr
Im Gegensatz zu herkömmlichen Kühlsystemen läßt die Erfindung die Ausgabe bzw. Auslieferung von
Kühlmittel unter Druck zu den Verdampfern 56 mit Hilfe des Verbindungsmittel s der Kondensatorausgangsleitung 32 mit dem Flüssigkeitsverteilerrohr 52 durch das gesteuerte Ventil 64 zu. Das Kühlmittel kann unter den vorbeschriebenen Bedingungen den
Sammelbehälter 4o umgehen. Die Verbindung der
Sammelbehältereinlaßleitung 52 zu der Auslaßleitung 32 des Kondensators bei dem T-Verbindungsstück 36 ist stromauswärts des Ventils 6 4 und der Rückhaltregler 38 stromabwärts von dem Verbindungs-T-Stück 36 angeordnet.
Die Verwendung eines Sammelbehälters, bei dem sowohl der Einlaß als auch der Auslaß am Boden vorgesehen ist, beruht auf der Erkenntnis des Umstandes, daß der Sammelbehälter im allgemeinen in einem Raum mit mechanischen Maschinen angeordnet ist, wo er Temperaturen von der Größenordnung von etwa 6 50F (18,5°C) und um 11o°F (44°C) unterworfen bzw. ausgesetzt ist. Der Bodenteil des Sammelbehälters ist
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durch eine Isolierhülle bzw. eine solche Umhüllung 7o bedeckt, um das Erhitzen des unterkühlten flüssigen Kühlmittels zu verringern, welches durch den Sammelbehälter zu den höheren Umgebungsbedingungen im Maschinenraum strömt. Der Kopfteil des Sammelbehälters ist im Maschinenraum einer höheren Umgebungstemperatur vorzugsweise äuivalent einer Temperatur von nicht weniger als 650F (18,5°C) ausgesetzt, welche ein Absieden von der Flüssigkeitsoberfläche in dem Sammelbehälter 4o zuläßt. Dies äußert sich in einem entsprechenden Druck in dem Tank, der ungefähr 125 psig entspricht.
Die in der Beschreibung und in den Ansprüchen gebrauchten Worte bzw. Ausdrücke "Sammelbehälter" und "Aufnahmemittel" umfassen Ausgleichbehälter/ Pufferbehälter, Akkumulatoren, Vorratsbehälter usw., welche für das Rückhalten von flüssigem Kühlmittel verwandt sind, das zwischen dem Kondensator und dem Verteilerrohr in einem geschlossenen Zyklus eines mechanischen Kühlsystems trömt.
Die Erfindung kann auch in .anderer Weise ausgeführt werden, ohne den Erfindungsgedanken oder notwendige Merkmale davon zu verlassen. Das vorliegende Ausführungsbeispiel· ist daher in jeder Hinsicht als Verdeutlichung und nicht als Einschränkung zu werden. Der Erfindungsgedanke wird durch die angefügten' Ansprüche besser als durch die vorangehende Beschreibung umrissen. Alle Änderungen, die unter dem Begriff der Wertung als äquivalent der Ansprüche fallen, sollen daher durch diese umfaßt werden.
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Claims (20)

PATENTANWXLTE -' - 4 "d u a ^ ttw* *, - j, ?R 1o iqdo DIPL.-ING. WALTER KUBORI -.-.'■*./ * K /ra DIPL.-PHYS. DR. PETER PALGEN DÜSSELDORF MULVANYSTRASSE 2 · TELEFON 632727 KREISSPARKASSE DÜSSELDORF NR, 1014463 DEUTSCHE BANK AG., DÜSSELDORF 2919207 POSTSCHECK-KONTO: KÖLN 115211-504 TYLER Refrigeration Corporation in Niles (Michigan, USA) Patentansprüche.
1.) Kühlsystem mit geschlossenem Kreislauf, ^-/ gekennzeichnet durch:
einen Kompressor;
einen Kondensator, der an den Ausgang des Kompressors angeschlossen ist;
einen Sammelbehälter, der an den Ausgang des Kondensators angeschlossen ist;
Verdampfer, die zwischen dem Sammelbehälter und der Kompressorrückleitung angeschlossen sind;
eine Bypaßleitung bzw. Umgehungsleitung, die zwischen dem Ausgang des Kondensators und dem Eingang des Sammelbehälters mit dem einen Ende und mit dem entgegengesetzten Ende zwischen dem Ausgang des Sammelbehälters und dem Einlaß der Verdampfer verbunden sind;'und
eine Steuerung zum wahlweisen Steuern des Kühlmittelflusses durch die Bypaß- bzw. Umgehungsleitung
und den Sammelbehälter als Funktion der Bedingung des Kühlmittels stromabwärts des Kondensators.
2. Kühlsystem bzw. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wählsteuerung einen Temperaturfühler für das Kühlmittel zwischen dem Ausgang des 'Kondensators und der Bypaß- bzw. Umgehungsleitung und zum öffnen der Bypaßleitung .umfaßt, um zu ermöglichen, daß Kühlmittel den Sammelbehälter umgeht, wenn die erfühlte Kühlmitteltemperatur auf einer oder unter einer vorgewählten Unterkühltemperatur liegt, und zum Schließen der Bypaßleitung, um den Fluß des Kühlmittels zu dem Sammelbehälter zu leiten, wenn die erfühlte Temperatur oberhalb der vorgewählten Unterkühltemperatur liegt.
3. Kühlsystem bzw. Kühleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wählsteuerung ein Ventil umfaßt, das mit dem Temperaturfühler zum Öffnen und Schließen des Fließweges des Kühlmittels durch die Bypaßleitung im Ansprechen auf die gefühlte Kühlmitteltemperatur umfaßt.
4. Kühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum wesentlichen Verhindern eines Rückflusses von Kühlmittel zu dem Kondensator vorgesehen sind, wenn der Systemdruck stromabwärts des Sammelbehälters den Druck in dem Kondensator überschreitet.
5. Kühlsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Verhinderung des Rückflusses des Kühlmittels ein Rückschlagventil umfassen, welches zwischen dem Kondensator und der Bypaßleitung angeordnet ist.
6. Kühlsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelbehälter einen Behältertank mit einem unteren Teil umfaßt, der von der Umgebung isoliert ist und dessen Einlaß und Ausgang an dem Boden des Behälters angeordnet sind, wobei der Einlaß mit dem Ausgang des Kondensators und der Ausgang mit dem Verdampfer verbunden ist.
7. Kühlsystem nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelbehälter einen Aufnahmetank mit von der Umgebung isolierten unteren Teil umfaßt, dessen Einlaß und Auslaß am Boden dos Behälters angeordnet sind, wobei der Einlaß an den Ausgang des Kondensators und der Auslaß an den Verdampfer angeschlossen ist.
8. Kühlsystem nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einlaßleitung für den Sammelbehälter mit dem Ausgang des Kondensators an einem Verbindungspunkt stromaufwärts des Wählsteuerschalter für den Flüssigkeitsfluß durch die Bypaßleitung verbunden ist, in dem die Behältereinlaßleitung stromabwärts des Verbindungspunktes angeordnet ist.
9. Kühlsystem mit geschlossenem Kreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einem Kompressor, einem Kondensator, der mit dem Ausgang des Kompressors verbunden ist, einen Sammelbehälter,der mit Ausgang des Kondensators verbunden ist, und einem Verdampfer, der mit.dem Sammelbehälter und der Kompressorrückleitung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bypaß- oder Umgehungsleitung zwischen dem Kondensatorausgang und dem Ausgang des Behälters angeschlossen ist und daß Wählsteuermittel den Fluß des Kühlmittels durch die Bypaßleitung und den Behälter als Funktion von der Bedingung des Kühlmittels stromabwärts des Kondensators steuern.
10. Kühlsystem bzw. Kühleinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wählsteuerung einen Temperaturfühler für das Kühlmittel zwischen dem Ausgang des Kondensators und der Umgehungsleitung und zum Öffnen der Bypaßleitung Mittel umfaßt/ \ um zu ermöglichen, daß das Kühlmittel den Sammelbehälter : umgeht, wenn die erfühlte Kühlmitteltemperatur sich auf der oder unter der vorgewählten Unterkühlungstemperatur befindet und um die Bypaß leitung zu schließen, um den Kühlmittelstrom zu dem Sammelbehälter zu leiten, wenn die erfühlte Kühlmitteltemperatur oberhalb der vorgewählten Unterkühltemperatur liegt.
11. Kühlsystem bzw. Kühleinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wählsteuerung ein Ventil umfaßt, das mit dem Temperaturfühler zum Öffnen und Schließen des Kühlmittelweges durch die Bypaß- bzw. Umgehungsleitung im Ansprechen auf die erfühlte Temperatur des Kühlmittels verbunden ist.
12. Kühlystem bzw. Kühleinrichtung nach Anspruch
9 oder 1o, dadurch gekennzeichnet, daß die Wähl steuerung Mittel zur wesentlichen Verhinderung eines Rückflusses des Kühlmittels zu dem Kondensator umfaßt, wenn der Systemdruck abwärts des Sammelbehälters den Druck in dem Kondensator übersteigt.
13. Kühlsystem bzw. Kühleinrichtung nach Anspruch 9 oder 1o, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelbehälter einen Aufnahmetank bzw. Aufnahmebehälter umfaßt, dessen unterer Teil' von der Umgebung isoliert ist, und dessen Einlaß und Auslaß bzw. Eingang und Ausgang im Boden des Behälters angeordnet sind, wobei der Einlaß mit dem Ausgang des Kondensators und der Ausgang mit dem Verdampfer verbunden ist.
14. Kühlsystem bzw. Kühleinrichtung nach Anspruch 9 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einlaß leitung für den Sammelbehälter mit dem Ausgang des Kondensators an einem Verbindungspunkt stromabwärts der Wählsteuerung für den Kühlmittelfluß durch die Bypaßleitung vorgesehen ist, wobei ein Rückhaltregler in der Einlaßleitung des Sammelbehälters stromabwärts des Verbindungspunktes angeordnet ist.
15. Verfahren zum Betätigen eines geschlossenen Zyklus eines Kühlsystems mit einem Kompressor, einem mit dem Auslaß des Kompressors verbundenen Kondensator, einem Sammelbehälter, der an den Ausgang des Kondensators angeschlossen ist, einem Verdampfer, der zwischen dem Sammelbehälter und der Rückleitung des Kompressors angeschlossen ist, sowie einer wählbar steuerbarenBypaßleitung bzw. Umgehungsleitung, die zwischen dem Kompressorausgang und dem Ausgang des Sammelbehälters angeschlossen ist, wobei Mittel darin zum Wählsteuern des Kühlmittelstromes vorgesehen sind, gekennzeichnet durch folgende Arbeitsschritte:
Erfühlen der Bedingung b2W. des Zustandes des Kühl mittels in dem Ausgang des Kondensators und
Steuerung des Kühlmittelstromes in die Bypaß-Umgehungsleitung in Abhängigkeit von dem Erfühlen einer vorgewählten Bedingung bzw. eines Zustandes, um das Fließen des Kühlmittels von dem Kondensator unmittelbar zu dem Verdampfer unter gewählten Arbeitsbedingungen zu ermöglichen.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der beim Kühlschritt erfühlte Zustand bzw. diese Bedingung die Temperatur des Kühlmittels umfaßt und dabei der Stfeuerschritt das Leiten des Kühlmittels von dem Kondensator unmittelbar zu dem Verdampf
umfaßt, wenn die erfühlte Temperatur nicht größer als die vorgewählte Temperatur ist.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschritt das Schließen der Bypaß- bzw. Umgehungsleitung gegen den Fluß von Kühlmittel umfaßt, wenn die erfühlte Temperatur über der vorgewählten Temperatur liegt, und einen zusätzlichen Schritt der Leitung des Kühlwetterstromes in den Ausgang des Kondensators in den Sammelbehälter umfaßt.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgewählte Temperatur über 6o°F (15,5°C) liegt.
19. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschritt des Verhinderns der Umkehr des Flusses des Kühlmittels zum Kondensator umfaßt, wenn der Druck des Systems bzw. der Einrichtung stromabwärts des Sammelbehälters den Druck im Kondensator übersteigt.
20. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückhaltregler zwischen dem Sammelbehälter und dem Verbindungspunkt des Sammelbehälters und dem Ausgang des Kondensators angeordnet wird und worin das Verfahren den zusätzlichen Schritt des Aufbaues bzw. Bildens eines vorbestimmten Kühlmitteldrucks bei dem Kondensatorausgang durch die Einstellung des Reglers umfaßt.
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