DE3314140A1 - Kuehlkreislauf - Google Patents

Description

Henkel, Pfenning, Feiler, Hänzel & Meinig ^ Patentanwälte

European Patent Attorneys Zugelassene Vertreter vor dem Europäischen Patentamt

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19. April 1983

Kühlkreislauf

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19. April 1983

Die Erfindung betrifft einen Kühlkreislauf (refrigeration cycle) zur Kühlung eines Raums, z.B. des Innenraums eines Kühlschranks, unter Regelung der

Temperatur durch Ein- oder Abschalten eines Verdichters. 5

Ein Kühlkreislauf dieser Art besteht im· allgemeinen aus einem Verdichter (Kompressor), einem Kondensator, einem Kapillarrohr oder einem Expansionsventil und einem Verdampfer, die miteinander in Reihe geschaltet

^ sind. Wenn bei dieser Konstruktion ein Raum auf eine vorbestimmte Temperatur gekühlt worden ist und daher der Verdichter abgeschaltet wird, strömt anschließend Heißgas von der Seite des Kondensators allmählich zum Verdampfer. Dabei spricht ein in der Nähe des Verdampfers angeordneter Temperatur-Meßfühler an, bevor die Temperatur im (zu kühlenden) Raum auf eine vorbestimmte Größe angestiegen ist, so daß der Verdichter erneut eingeschaltet wird. Ein solcher Kühlkreislauf ist daher mit dem Mangel behaftet, daß

20· die Temperaturregelung im Kühlraum nicht auf die gewünschte Weise erfolgt und sich der Stromverbrauch erhöht.

Die geschilderten Probleme sollen durch einen bisherigen, in Fig. 1 dargestellten Kühlkreislauf gelöst werden, bei dem ein Solenoid-Ventil 12 zwischen einem Kondensator 10 und einem Kapillarrohr 11 angeordnet ist. Bei dieser Anordnung wird das Ventil 12 gleichzeitig mit dem Abschalten eines Verdichters (Kreiselverdichters) 13 aktiviert, so daß heißes Gas daran gehindert wird, vom Kondensator 10 zum Verdichter 14 zu strömen. Bei dieser Anordnung bleibt das (Solenoid des) Ventil(s) 12 jedoch auch im Abschaltzustand der Kühlanlage und mithin im Abschaltzustand des Verdichters erregt. Das Problem eines unnötigen Stromverbrauchs läßt sich daher nicht zufriedenstellend lösen.

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Gemäß Fig. 1 ist zwischen dem Verdichter 13 und dem Verdampfer 14 ein Rückschlagventil 15 angeordnet, das bei abgeschalteter Kühlanlage das Heißgas an einer Strömung von der Seite des Kondensators über den Verdichter zum Verdampfer hindert.

Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Schaffung eines Kühlkreislaufs, der eine genaue Temperaturregelung bei niedrigerem Strombedarf gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild eines bisherigen Kühlkreislaufs,

Fig. 2 ein Schaltbild eines Kühlkreislaufs gemäß der Erfindung,

Fig. 3 eine Schnittansicht einer beim Kühlkreislauf nach Fig. 2 verwendeten Ventileinheit und

Fig. 4 ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 ist eingangs bereits erläutert worden.

Der Kühlkreislauf gemäß Fig. 2 enthält einen Kreisel-Verdichter 21. Die Einlaßseite eines Verdampfers ist über einen Kondensator 22, ein Hauptkapillarrohr 23 und ein Zusatz- oder Hilfskapillarrohr 24 mit der Auslaßseite bzw. einem Auslaßanschluß des Verdichters

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21 verbunden, dessen Einlaßseite oder Ansaugöffnung 21a Über ein Rückschlagventil 26 mit der Auslaßseite des Verdampfers 25 verbunden ist. Das Rückschlagventil

26 verhindert - wie bei der bisherigen Anordnung eine Strömung von heißem Gas vom Kondensator über den Verdichter zum Verdampfer. Zwischen den Kapillarrohren (Rohrschlangen) 23 und 24 ist eine auf Druck ansprechende Ventileinheit 27 angeordnet.

Die in Fig. 3 im einzelnen dargestellte Ventileinheit

27 umfaßt ein Ventil-Gehäuse 28 mit einem oberseitig offenen, zylindrischen Gehäusekörper 28a und einem dessen öffnung verschließenden, oberseitigen Deckel 28b. In der Umfangswand bzw» in der Unterseite des Gehäusekörpers 28a sind ein Einlaß 29 bzw. ein Auslaß 30 vorgesehen, die mit dem Inneren des Gehäusekörpers 28a kommunizieren. Am Deckel 18b ist ein mit dem Gehäuseinneren in Verbindung stehender Anschluß(stützen)

32 angeformt. Im Gehäuse 28 ist ein hohler, lotrecht 20- ausdehnbarer Balgen 31 angeordnet, der am oberen Ende offen und am unteren Ende geschlossen ist, wobei seine Oberkante an der Innenfläche des Deckels 28b angebracht ist und sein Innenraum mit dem Anschluß kommuniziert. Der Balgen 31 ist dabei gegenüber dem Innenraum des Gehäuses 28 luftdicht abgedichtet und vom Deckel 28b herabhängend angeordnet. Vom unteren bzw. freien Ende des Balgens 31 steht ein Ventilglied

33 ab, das dem Auslaß 30 gegenübersteht. Wenn der Innendruck des Balgens 31 demjenigen des Gehäuses gleich ist, dehnt sich der Balgen 31 in die unterste Stellung (in Fig. 3 in ausgezogenen Linien eingezeichnet) aus, in welcher das Ventilglied 33 den Auslaß 30 schließt. Wenn der Innendruck des Balgens 31 um einen vorbestimmten Betrag niedriger wird als derjenige des Gehäuses 28, zieht sich der Balgen 31 aufgrund des Druckunterschieds in seine obere

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* Stellung (in Fig. 3 in doppeltstrichpunktierten Linien eingezeichnet) zurück, so daß das Ventilglied den Auslaß öffnet.

Der Auslaß 30 der Ventileinheit 27 ist mit der Einlaßseite des Kapillarrohrs 24 verbunden, während ihr Einlaß 29 an den Auslaß des Kapillarrohrs 23 angeschlossen ist. Der Anschluß(stutzen) 32 ist mit dem einen Ende einer Rohrleitung 34 verbunden, deren ¹^ anderes Ende an die Ansaugseite des Verdichters und somit an eine Ansaugleitung 35 zur Verbindung der Ansaugöffnung 21a mit dem Rückschlagventil 26 angeschlossen ist.

Die Anordnung nach Fig. 2 enthält einen herkömmlichen Temperatur-Meßfühler 36, der in der Nähe des Verdampfers 25 innerhalb des zu kühlenden Raums bzw. Kühlraums angeordnet ist und die im Kühlraum herrschende Temperatur mißt, um den Verdichter 21

20" einzuschalten, wenn die Temperatur eine Sollgröße übersteigt, un ihn abzuschalten, wenn die Temperatur eine Sollgröße unterschreitet.

Der Kühlkreislauf mit dem beschriebenen Aufbau arbeitet wie folgt:

Vor dem Einschalten des Verdichters 21 ist der Auslaß 30 der Ventileinheit 27 durch das Ventilglied 33 geschlossen (ausgezogene Linien in Fig. 3) .

Wenn die Temperatur des Kühlraums eine vorbestimmte Größe übersteigt und der Verdichter 21 durch das Ausgangssignal des Meßfühlers 36 eingeschaltet wird, fällt der Druck in der Rohrleitung 35 ab/während der Druck an der Seite des Kondensators 22 ansteigt.

Demzufolge verringert sich der Druck im Balgen 31

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und erhöht sich der Druck im Ventilgehäuse 28. Wenn der Druckunterschied zwischen den Innendrücken von Balgen 31 und Ventilgehäuse 28 eine vorbestimmte Größe übersteigt, zieht sich der Balgen 31 zusammen, so daß sich das Ventilglied 33 vom Auslaß 30 trennt (doppeltstrichpunktierte Linien in Fig. 3) und damit der Auslaß 30 geöffnet wird. Ein durch den Verdichter 21 verdichtetes und dann im Kondensator 22 verflüssigtes Kältemittel fließt dabei der Reihe nach

¹^ durch das Kapillarrohr 23, das Gehäuse 28 und das Kapillarrohr 24 zum Verdampfer 25, wobei es in letzterem verdampft und dann wieder vom Verdichter 21 angesaugt wird. Im Betrieb dieses Kühlkreislaufs wird der Unterschied zwischen den Innendrücken des Balgens 31 und des Gehäuses 28 praktisch gleich dem Druckverlust aufgrund des Kapillarrohrs 24, so daß die Ventileinheit infolge dieses Druckunterschieds im Offenzustand bleibt. Wenn der Kühlraum auf eine vorgegebene Temperatur gekühlt worden ist und der

20' Verdichter 21 über den Meßfühler 36 abgeschaltet wird, strömt das unter hohem Druck stehende gasförmige Kältemittel von der Seite des Kondensators 22 über den Verdichter 21 in die Rohrleitung 35 ein. Dabei steigt der in der Rohrleitung 35 herrschende Druck schlagartig an, so daß der im Inneren des Balgens herrschende Druck ansteigt und sich praktisch an den Innendruck des Kondensators 22 angleicht. Andererseits wird das vom Kondensator 22 zur Rohrleitung 35 strömende gasförmige Kältemittel durch das Ventil 26 an einem Eintritt in den Verdampfer 25 gehindert.Aufgrund des Druckverlusts oder -abfalls am Kapillarrohr 23 fällt der Innendruck des Ventil-Gehäuses 28 unter den Innendruck des Kondensators 22 ab; beim Abschalten des Verdichters 21 erhöht sich gleichzeitig der Innendruck des Balgens 31 um

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eine dem Druckverlust am Kapillar /i-,hr 23 entsprechende Größe über den Innendruck des Ventil-Gehäuses Infolgedessen dehnt sich der Balgon 31 unter Schließung des Auslasses 30 mittels des Ventilglieds 33 aus. Anschließend fließt das unter hoher Temperatur und hohem Druck stehende Kältemittel aus dem Kondensator 22 allmählich über das Kapillarrohr 23 in das Ventil-Gehäuse 28. Der Innendruckunter schied zwischen Balgen 31 und Gehäuse 28 verringert sich somit allmählich, um sich schließlich auszugleichen. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich der Balgen 31 in der untersten Stellung, in welcher der Auslaß 30 durch das Ventilglied 33 geschlossen ist.

Wenn bei diesem Kühlkreislauf der Verdichter 21 abgeschaltet wird, schließt die Ventileinheit 27 unter Verhinderung einer Strömung des heißen Gases aus dem Kondensator 22 über Haupt- und Hilfskapillarrohre 23 bzw. 24 in den Verdampfer 25, während eine Strömung des heißen Gases aus dem Kondensator 22 von der Seite des Verdichters 21 zum Verdampfer 25 durch die Wirkung des Rückschlagventils 26 verhindert wird. Im Abschaltzustand wird somit der Verdampfer 25 durch das heiße Gas nicht aufgeheizt, so daß die Wiedereinleitung des Betriebs des Kühlkreislauf^ genau gesteuert werden kann. Der Verdichter wird demzufolge unter Gewährleistung eines verringerten Stromverbrauchs wirtschaftlich betrieben. Da zudem die Ventileinheit

Q₀ im Gegensatz zum bisherigen Solenoid-Ventil keine ständige Zufuhr elektrischen Stroms verlangt, sondern lediglich in Abhängigkeit von den Druckänderungen im Kühlkreislauf betätigt wird, kann eine weitere Senkung des Strombedarfs realisiert

Q5 werden.

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Bei der beschriebenen Ausführungsform besteht eine Druckminderanordnung aus Haupt- und Hilfskapillarrohren, Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform kann dagegen die Druckminderanordnung aus einem einzigen Kapillarrohr 36 bestehen, wobei die Ventileinheit 27 zwischen diesem Kapillarrohr und dem Kondensator 22 angeordnet sein kann. Wahlweise kann die Ventileinheit 27 zwischen der Druckminderanordnung und dem Verdampfer angordnet sein. In diesem Fall verringert sich der ansaugseitige Druck des Verdichters (etwa im normalen Betrieb); dabei muß die Ventileinheit so eingestellt sein, daß sie öffnet, wenn dieser Druck niedriger wird als ihr kondensatorseitiger Druck, so daß der ansaugseitige Druck beim Abstellen des Verdichters ansteigt,und daß sie schließt, wenn dieser Druck dem kondensatorseitigen Druck praktisch gleich wird. Der Ausdruck "praktisch gleicher Druck" bezieht sich dabei auf den Fall, in welchem der ansaugseitige Druck so ansteigt, daß der Druckunterschied abnimmt,

20. obgleich der ansaugseitige Druck niedriger ist als der kondensatorseitige Druck, sowie auf den Fall, in welchem der ansaugseitige Druck höher wird als der kondensatorseitige Druck.

Während bei den beschriebenen Ausführungsformen als Druckminderanordnung ein Kapillarrohr vorgesehen ist, kann auch eine andere Einheit, etwa ein Expansionsventil, verwendet werden. Der Verdichter ist keineswegs auf einen Kreiselverdichter beschränkt, vielmehr können auch andere Verdichter, z. B. Kolbenverdichter, verwendet werden.

Claims (7)

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   19. April 1983 Patentansprüche

   Kühlkreislauf mit einem Verdichter (21), einem 'an dessen Auslaßseite angeschlossenen Kondensator (22) , einem mit der Ansaugseite des Verdichters (21) verbundenen Verdampfer (25), einer zwischen Verdampfer und Kondensator geschalteten Druckminderanordnung (23, 24, 36), einem zwischen der Ansaugseite des Verdichters und dem Verdampfer vorgesehenen Rückschlagventil (25) zur Verhinderung eines Strömungsmittelstroms von dieser Ansaugseite zum Verdampfer sowie einer zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer vorgesehenen Ventileinheit zur Verhinderung eines Strömungsmittelstroms vom Kondensator zum Verdampfer bei abgeschaltetem Verdichter, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinheit eine auf Druck ansprechende· Ventileinrichtung (27, 37) umfaßt, die in Abhängigkeit von einem Anstieg des ansaugseitigen Drucks des Verdichters (21) über eine vorbestimmte Größe bei abgeschaltetem Verdichter zur Verhinderung eines Strömungsmittelstroms schließt.
2. 2. Kühlkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Ventileinheit und die Ansaugseite des Verdichters eine Verbindungs-Rohrleitung (34) zur übertragung des ansaugseitigen Drucks zur Ventileinheit geschaltet ist.
3. 3. Kühlkreislauf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinheit ein Ventil-Gehäuse

   (28) mit einem kondensatorseitig angeschlossenen Einlaß (29), einem verdampferseitig angeschlossenen Auslaß (30) und einem mit der Verbindungs-Rohrleitung

   (34) verbundenen Anschluß(stutzen) (32), ein im Gehäuse angeordnetes Ventilglied (33) und einen

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   Antriebs- oder Steuermechanismus (31) zum Abgreifen (sensing) des verdichteransaugseitigen Drucks und des kondensatorseitigen Drucks, um den Auslaß (3Ö) mittels des Ventilglieds (33) in Abhängigkeit vom Unterschied zwischen diesen Drücken zu öffnen und zu schließen, aufweist.
4. 4. Kühlkreislauf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß(stutzen) (32) und der Auslaß (30) im Ventil-Gehäuse (28) einander gegenüberstehend angeordnet sind und daß der Antriebs- oder Steuermechanismus einen im Gehäuse (28) angeordneten, mit dem Anschluß(stutzen) kommunizierenden Balgen (31) aufweist, der gegenüber dem Gehäuse (28) luftdicht abgedichtet ist und der sich dann, wenn sein Innendruck um einen vorbestimmten Betrag kleiner wird als der im Gehäuse (28) herrschende Druck, aufgrund des Druckunterschieds zusammenzieht und dabei das Ventilglied (33) vom Auslaß (30) trennt.
5. 5. Kühlkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichetn, daß die Druckminderanordnung ein zwischen dem Kondensator und der Ventileinheit angeordnetes Kapillarrohr (23) aufweist und daß die Ventileinheit öffnet, wenn der ansaugseitige Druck des Verdichters dem kapillarrohrseitigen Druck der Ventileinheit praktisch gleich wird, und schließt, wenn der erstere Druck den letzteren Druck übersteigt.
6. 6. Kühlkreislauf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckminderanordnung ein weiteres, zwischen die Ventileinheit und den Verdampfer geschaltetes Kapillarrohr (24) aufweist.

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7. 7. Kühlkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckminderanordnung ein zwischen Ventileinheit und Verdampfer geschaltetes Kapillarrohr (36) aufweist und daß die Ventileinheit öffnet, wenn der Druck an der Ansaugseite des Verdichters niedriger ist als der kondensatorseitige Druck, und schließt, wenn der erstere Druck dem letzeren Druck praktisch gleich wird.