DE3511421A1

DE3511421A1 - Kaeltemittelkreislauf fuer eine kaelteanlage

Info

Publication number: DE3511421A1
Application number: DE19853511421
Authority: DE
Inventors: Anton 6800 Mannheim Frank; Wolfgang 6945 Hirschberg Höner
Original assignee: BROWN BOVERI - YORK KAELTE- und KLIMATECHNIK GmbH; BBC YORK KAELTE KLIMA; Brown Boveri York Kaelte und Klimatechnik 6800 Mannheim GmbH
Current assignee: York Deutschland GmbH
Priority date: 1985-03-29
Filing date: 1985-03-29
Publication date: 1986-10-02
Also published as: DE3511421C2

Description

BROWN,BOVERI-YORK Kälte- und Klimatechnik GmbH Mannheim 25. März 1985

Mp.-Nr. 524/85 ZPT/P-5-Wg/Hl

Kältemittelkreislauf für eine Kälteanlage

Die Erfindung betrifft einen Kältemittelkreislauf für eine Kälteanlage mit mindestens einem Verdichter, Verflüssiger, Drosselsorgan und Verdampfer.

Kältemittelkreisläufe von Kälteanlagen sind für bestimmte Betriebsbedingungen ausgelegt, die für einen störungsfreien Betrieb weitgehend eingehalten werden müssen. So darf hauptsächlich der Verflüssigungsdruck bzw. die diesem Druck zugeordnete Temperatur des Kältemittels nur begrenzten Schwankungen unterworfen sein; ein zu hoher Verflüssigungsdruck führt zu Leistungsminderung und zu erhöhtem Energiebedarf des Verdichters, ein gegenüber den Auslegungsdaten niedriger Verflüssigungsdruck steigert zwar die Wirtschaftlichkeit der Anlage, führt jedoch zu Störungen des Kältemittelumlaufs. Denn in diesem Falle ist die Druckdifferenz zwischen der Hochdruck- und Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs zu gering, um einen einwändfreien Transport des

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verflüssigten Kältemittels und eine ausreichende Leistung des Drosselorgans zu bewirken. In bekannten Kältemittelkreisläufen ist daher eine Regelung des Verflüssigungsdruckes erforderlich, die insbesondere das Absinken des Verflüssigungsdruckes in Grenzen hält. Dies ist hauptsächlich für Kältemittelkreisläufe mit luftgekühlten, insbesondere mit Auiienluft gekühlten Verflüssigern erforderlich, deren Verflüssigungstemperatur bzw. Verflüssigungsdruck im Winter infolge der kalten Kühlluft stark absinken würde. Die Regelung erfolgt hierbei meist durch Veränderung der wirksamen Wärmeübertragerfläche des Verflüssigers, durch Veränderung der Kühlluftmenge, z.B. durch Abschalten einzelner oder mehrerer Kühlluftventilatoren der zugeordneten Ventilatorgruppe, oder durch Veränderung der Kühllufttemperatur durch Umluftbeimischung. Insgesamt gesehen vermeidet die vorgenannte Regelung zwar Zirkulationsstörungen des Kältemittelkreislaufes, es muß dafür jedoch der Nachteil in Kauf genommen werden, daß bei bekannten Kälteanlagen niedrige Kühllufttemperaturen und somit niedrige Verflüssigungsdrücke nicht ausgenutzt werden können, wie dies zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit wünschenswert

wäre.
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Ausgehend von diesem allgemeinen Stand der Technik liegt der Erfindung nun die Aufgabe zugrunde, einen Kältemittelkreislauf der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß ein störungsfreier Betrieb selbst bei niedrigen Verflüssigungsdrücken, die von den Auslegungsdaten weit abweichen, möglich ist.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei einem Kältemittelkreislauf der eingangs genannten Art erfindungsgemäß

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darin, daß mindestens eine Druckerhöhungsvorrichtung stromauf des Drosselorgans in den Kältemittelkreislauf eingefügt und zur Steuerung mit einem den Verflüssi- ® gungsdruck oder die Kältemitteltemperatur erfassenden Meßfühler derart verbunden ist, daß bei Unterschreiten eines voreingestellten Verflüssigungsdruckes die Druckerhöhungsvorrichtung zur Steigerung des Kältemitteldruckes auf eine für eine störungsfreie Funktion des Drosselorgans zumindest ausreichende Druckhöhe in Betrieb ist. Der Verflüssigungsdruck wird also durch einen Meßfühler erfaßt, der bei Unterschreiten eines vorgegebenen Wertes die Druckerhöhungsvorrichtung selbsttätig in Betrieb nimmt, die dem verflüssigten Kältemittel einen solchen Druck aufprägt, der den ausreichenden Kältemitteltransport und die einwandfreie Funktion des Drosselorgans bewirkt. Hierdurch ist ein störungsfreier Betrieb des Kältemittelkreislaufs selbst bei sehr tiefen, weit unter den Auslegungsdaten liegenden Verflüssigungsdrücken möglich. Tiefe Temperaturen des Verflüssiger-Kühlmediuras, insbesondere kalte Außenluft im Winterbetrieb bei luftgekühlten Verflüssigern, können zur weitgehenden Senkung des Verflüssigungsdruckes ausgenutzt werden. Hierdurch ist der Energiebedarf des Verdichters gering und die Wirtschaftlichkeit der Kälteanlage erhöht. Steigt der Verflüssigungsdruck über den angegebenen Wert, der ungefähr dem Auslegungsdruck des Verflüssigers gleich ist, so wird die Druckerhöhungsvorrichtung selbsttätig außer Betrieb genommen, so daß die Anlage in der üblichen, bekannten Weise betrieben wird. Die Druckerhöhungsvorrichtung wird bevorzugt so ausgebildet oder gewählt, daß durch die Druckerhöhung der erforderliche Kältemittel-Voluraenstrom durch das

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Expansionsventil gewährleistet wird. Anstelle einer Erfassung des Verflüssigungsdruckes kann die druckabhängige Verflüssigungstemperatur zur Steuerung der Druckerhöhungsvorrichtung benutzt werden, Verflüssigungstemperatur und Verflüssigungsdruck sind im vorliegenden Falle äquivalent.

Um einerseits den Energiebedarf der Druckerhöhungsvorrichtung gering zu halten und andererseits eine sichere Funktion des Kältemittelskreislaufs zu gewährleisten, empfiehlt es sich, daß die Druckerhöhungsvorrichtung für eine Drucksteigerung von ungefähr 1 bis 10 bar, vorzugsweise 3 bis 7 bar, dimensioniert oder ausgewählt ist. Die Druckerhöhungseinrichtung ist bevorzugt nur in Betrieb wenn Kühlung verlangt wird.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung kann darin bestehen, daß die Druckerhöhungsvorrichtung mindestens einen weiteren Verdichter umfaßt, dessen Saugseite der Saugseite oder Druckseite des Hauptkältekreislaufs entnommenes gasförmiges Kältemittel zuführbar ist, und dessen Druckseite mit den oberen Bereichen mindestens eines ersten und zweiten Behälters durch Umschaltventile wechselweise verbindbar ist, wobei die Behälter wechselweise mit dem verflüssigten Kältemittel selbsttätig füllbar sind und ihr Inhalt unter dem Einfluß des im weiteren Verdichter druckerhöhten Kältemittels dem Drosselorgan zuführbar ist. Für die Druckerhöhung wird also ein bewährtes Bauelement der Kältetechnik, nämlich ein weiterer Kältemittelverdichter eingesetzt, der auf Auslegungswerte verdichtetes Kältemittel in zwei mit verflüssigtem Kältemittel angefüllte Behäl-

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ter wechselweise abgibt, und das dort angesammelte flüssige Kältemittel dem Drosselorgan zuführt. Während der Entleerung des einen Behälters wird hierbei der andere Behälter selbsttätig mit verflüssigtem Kältemittel gefüllt, so daß nach der Entleerung des einen Behälters der weitere Verdichter auf den anderen Behälter umgeschaltet werden kann zur Aufrechterhaltung der Kältemittelzufuhr zum Drosselorgan. Während des Betriebs der Druckerhöhungsvorrichtung wiederholt sich dieses Wechselspiel selbsttätig fortlaufend.

Ist in den Kältemittelkreislauf stromab des Verflüssigers ein Kältemittelsammler eingefügt, so ergibt sich wegen ihrer Betriebssicherheit eine besonders empfehlenswerte Weiterbildung der Erfindung dadurch, daß die Behälter an ihren höchsten Stellen mit dem Dampfraum des Kältemittelsammlers, der oberhalb der Behälter angeordnet ist, durch Steigleitungen mit eingefügten gesteuer-

^ ten .Absperrorganen verbunden sind, wobei die Absperrorgane zusammen mit den Umschaltorganen derart selbsttätig gesteuert sind, daß jeweils jener Behälter, der durch das zugeordnete Umschaltventil vom weiteren Verdichter kältemittelseitig getrennt ist, durch das zugehörige, geöffnete Absperrorgan mit dem Dampfraum gasführend verbunden ist, daß der untere Bereich jedes Behälters unter Zwischenschaltung eines ersten bzw. zweiten und dritten bzw. vierten Rückflußverhinderers mit dem Drosselorgan und dem Flüssigkeitsraum des Kälte-.

mittelsammlers verbunden sind. Hierdurch wird eine einfache Zufuhr des flüssigen Kältemittels zu den einzelnen Behältern bei gleichzeitigem, sicheren Entweichen des in den Behältern noch vorhandenen gasförmigen Kältemittels

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in den Gasraum des Kältemittelsammlers erreicht. Durch eine steuerbare Verbindung zur Saugseite des Hauptkältekreislaufes kann vorteilhaft dieser Füllvorgang beschleunigt werden.

Für die selbsttätige Einschaltung des jeweils mit flüssigem Kältemittel gefüllten Behälters in den Kältemittelkreislauf ist es zweckmäßig, daß die Behälter Kältemittelstand-Wächter aufweisen, die mit den Umschaltorganen und den gesteuerten Absperrorganen derart in Wirkverbindung stehen, dafö im Falle der Entleerung eines Behälters der Anschluß dieses Behälters an den weiteren Verdichter durch das eine Umschaltorgan unterbrochen, der Anschluß des anderen Behälters durch Öffnen des anderen Umschaltorgans dagegen hergestellt wird, wobei gleichzeitig das dem einen Behälter zugeordnete gesteuerte Absperrorgan geöffnet und das dem anderen Behälter zugeordnete gesteuerte Absperrorgan geschlossen wird.

Eine andere bevorzugte, einfache Ausgestaltung des Erfindungsgedankens besteht darin, daß die Druckerhöhungsvorrichtung eine Kältemittelpumpe aufweist. Es wird also das unter niedrigem Druck im Verflüssiger anfallende flüssige Kältemittel durch eine Kältemittelpumpe unter Druckerhöhung dem Drosselorgan in ausreichendem Maße zugeführt. Als Kältemittelpumpe wird vorzugsweise eine Spaltrohrpumpe eingesetzt.

Um bei Störungen in der Druckerhöhungsvorrichtung einen Weiterbetrieb der Anlage sicherzustellen, empfiehlt es sich, daß die Druckerhöhungsvorrichtung mit einer Bypaß-

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leitung mit eingefügtem Rückflußverhinderer versehen ist. Zudem wird während des Stillstands der Druckerhöhungsvorrichtung, wenn z.B. eine höhere Kühllufttemperatur einen ausreichend hohen Verflüssigungsdruck erzeugt, das verflüssigte Kältemittel durch die Bypaßleitung dem Drosselorgan zugeleitet.

Eine vorteilhafte Abänderung des erfindungsgemäßen Käl-

temittelkreislaufes kann darin bestehen, daß anstelle eines den Verflüssigungsdruck oder die Kältemitteltemperatur erfassenden Meßfühlers ein Temperaturmeßfühler zur Steuerung der Druckerhöhungsvorrichtung in der Kühlmittelzuführung, bei nicht leistungsgeregelten Kälte-

kreisläufen, insbesondere in der Kühlluftzuführung, des Verflüssigers angeordnet ist. Es wird also nicht mehr der Verflüssigungsdruck oder die Verflüssigungstemperatur, sondern die Temperatur des Kühlmittels, insbesondere der Kühlluft des Verflüssigers zur Steuerung be-

²" nutzt. Hierdurch erübrigt sich ein Einbringen eines Druck-Meßfühlers in den Kältemittelkreislauf. Da der Verflüssigungsdruck bzw. die Verflüssigungstemperatur in erster Linie von der Temperatur des Kühlmittels abhängt, ergibt sich bei nicht leistungsgeregelten Kältekreis-

laufen auch auf diese Weise eine zumindest ausreichend genaue Steuerung der Druckerhohungsvorrichtung. Als Grenzwert, bei dem der Temperaturmeßfühler die Druckerhöhungsvorrichtung in Betrieb nimmt, ist eine Temperatur zu wählen, die ungefähr 3 bis 10° Celsius, vorzugsweise

5 bis 8° Celsius, unterhalb jener Verflüssigungstemperatur liegt, für die der Verflüssiger ausgelegt bzw. berechnet ist.

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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen im

Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen hervor. 5

Hierbei zeigt:

Fig. 1 das Schaltschema des Kältemittelkreislaufs einer Kälteanlage mit einer Druckerhöhungsvorrichtung, die einen weiteren Kältemittel-^1t* verdichter aufweist und

Fig. 2 einen Kältemittelkreislauf einer Kälteanlage mit einer Druckerhöhungsvorrichtung, die eine Kältemittelpumpe aufweist.

Gleiche Teile sind in den einzelnen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Kältemittelkreislauf einer Kälteanlage weist einen Verdichter 10 auf, der über eine Druckleitung 12 mit dem Verflüssiger 14 verbunden ist. Der Verflüssiger 14 ist luftgekühlt, demzufolge ist ihm durch den angedeuteten Ventilator 1b Kühlluft, insbesondere der Umgebung entnommene Kühlluft zuführbar. Anstelle des luftgekühlten Verflüssigers kann auc.h ein wassergekühlter Verflüssiger eingesetzt werden. Vom Verflüssiger 14 führt eine Rohrleitung 20 zum oberen Bereich des Kältemittelsammlers 22, der zylindrisch und bevorzugt ausgebildet ist. Im oberen Bereich des Kältemittelsammlers 22 ist ein Dampfraum 24 gebildet, wogegen der untere Bereich als Flüssigkeitsraum 26 dient. Die Oberfläche des flüssigen Kältemittels ist durch eine gestrichelte Linie 28 angedeutet.

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Die zum Drosselorgan 30 führende Flüssigkeitsleitung 32 ist durch die Druckerhöhungsvorrichtung 3¹I sowie durch die die Druckerhöhungsvorrichtung umgehende Bypassleitung 36 mit dem Flüssigkeitsraum 2b des Kältemittelsammlers verbunden. In die Bypaßleitung 3b ist ein Rückflußverhinderer 38 in Form eines Rückschlagventils eingefügt, dessen Durchlaßrichtung - wie bei allen in den Zeichnungen dargestellten Rückflußverhinderern - durch einen

¹^ Pfeil angedeutet ist. Das Drosselorgan 30 ist als thermostatisches Expansionsventil ausgebildet, das durch eine Steuerleitung 40 mit einem die Temperatur des entspannten Kältemittels erfassenden Fühler 42 verbunden ist. Gleichzeitig ist noch eine Druckausgleichsleitung 44 vorgesehen. Das Drosselorgan 30 ist durch eine Einspritzleitung 4b mit dem Verdampfer 48 verbunden. Durch einen angedeuteten zweiten Ventilator 50 wird dem Verdampfer 48 die zu kühlende Luft zugeführt. Um den Kältemittelkreislauf zu schließen, ist der Verdampfer 48 durch die Saugleitung 52 mit der Saugseite des Verdichters 10 verbunden.

Die Druckerhöhungsvorrichtung 34 weist einen vorzugsweise stehenden zylindrischen ersten Behälter 54 und einen ebensolchen zweiten Behälter 56 auf, die räumlich unterhalb des Kältemittelsammlers 22 angeordnet sind, so daß ihnen flüssiges Kältemittel aus dem Kältemittelsammler zufließen kann. Das obere Ende des ersten Behälters 54 ist durch eine erste Steigleitung 58 mit dem Dampfraum 24 des Kältemittelsammlers 22 verbunden, auf die gleiche Weise ist der zweite Behälter 56 durch eine zweite Steigleitung 60 ebenfalls mit dem Dampfraum 24 verbunden. In die Steigleitungen 58, b0 ist jeweils ein

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gesteuertes erstes 62 und gesteuertes zweites Absperrorgan 64 eingefügt, die Absperrorgane sind hierbei vorzugsweise als Magnetventile ausgebildet. Der untere Bereich des ersten Behälters 54 ist durch eine erste Kältemittelleitung 66 mit eingefügtem ersten Rückflussverhinderer 68 an die zum Drosselorgan führende Flüssigkeitsleitung 32 angeschlossen. Auf die gleiche Art ist der zweite Behälter 56 durch eine zweite Kältemittelleitung 70 mit eingefügtem zweitem Rüekfluttverhinderer 72 mit der Flüssigkeitsleitung 32 verbunden. Der tiefste Punkt des ersten Behälters 54 ist mit einer ersten Zweigleitung 74 versehen, die unter Zwischenschaltung eines dritten Rückfluüverhinderers 76 an eine Falleitung 83 angeschlossen ist, die zum Flüssigkeitsraum 26 des Kältemittelsammlers führt. Ebenso weist der zweite Behälter 56 eine zweite Zweigleitung 80 auf, die zur Falleitung 83 führt, wobei ein vierter Rückfluhsverhinderer 82 eingefügt ist.

Von der Saugleitung 52 (Saugseite des Verdichters 10) führt eine Gasleitung 84 zur Saugseite des weiteren Verdichters 8b, an dessen Druckseite eine Druckgasleitung 92 angeschlossen ist. Von dieser Druckgasleitung geht eine dritte Zweigleitung 88 ab und führt unter Zwischenschaltung eines ersten Umschaltorgans 94 zum oberen Bereich des ersten Behälters 54. Das Umschaltorgan 94 bzw. 96 ist hierbei vorzugsweise als Magnetventil ausgebildet. In gleicher Art zweigt eine vierte Zweigleitung von der Druckgasleitung 92 ab und führt unter Zwischenschaltung eines zweiten Umschaltorgans 96 zum oberen Bereich des zweiten Behälters 56.

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Vorteilhafter ist es, wenn die Gasleitung 84 nicht an die Saugleitung 12 sondern an die Druckseite des Verdichters 10 (Druckleitung 12) angeschlossen ist, wie dies in Figur 1 gestrichelt angedeutet ist. In diesem Fall kann die Druckerhöhung im weiteren Verdichter 8b um die Druckerhöhung des Verdichters 10 geringer sein, wodurch der Aufwand verringert ist.

Der erste Behälter 54 ist mit dem ersten Flüssigkeitsstandwächter 98 versehen, der beim Absinken des Kältemittelstandes im ersten Behälter in den Bereich des Anschlusses der ersten Kältemittelleitung bb anspricht, auf die gleiche Weise ist der zweite Behälter 5b mit einem zweiten Flüssigkeitsstandwächter 100 ausgerüstet. Die Flüssigkeitsstandwächter 98 und 100, die gesteuerten Absperrorgane b2 und b4, die Umschaltorgane 94 und 96 sowie der weitere Verdichter 8b. sind durch Wirkleitungen, im vorliegenden Fall elektrische Leitungen, mit einem Steuergerät 102 verbunden, wobei die Wirkleitungen durch gestrichelte Linien dargestellt sind. Zusätzlich ist noch ein Meßfühler 104 zur Erfassung des Verflüssigungsdruckes vorgesehen, in der Rohrleitung 20 angeordnet und ebenfalls mit einer Wirkleitung an das Steuer- gerät 102 angeschlossen. Der Mettfühler 104 kann ebensogut im Dampfraum 24 des Kältemittelsammlers oder unmittelbar im Verflüssiger 14 oder in der Druckleitung 12 angeordnet sein, da sowohl Verflüssiger als auch Rohrleitung 20 und 12 und Dampfraum 24 unter dem Verflüssigungsdruck stehen. Der Meßfühler kann auch als Temperaturmeßfühler ausgebildet sein und die dem Verflüssigungsdruck zugeordnete Verflüssigungstemperatur erfassen.

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Während des Betriebs des Kältemittelkreislaufs wird das vom Verdichter 10 verdichtete gasförmige Kältemittel durch die Druckleitung 12 dem Verflüssiger zugeführt und unter der Einwirkung der Kühlluft, die vom Ventilator 16 zugeführt wird, verflüssigt. Das flüssige Kältemittel strömt dann durch die Rohrleitung 20 zum Kältemittelsammler 22, wo es sich im Flüssigkeitsraum 26 ansammelt.

Ist hierbei die Kühllufttemperatur, die vom Ventilator 16 zugeführt wird, im Bereich der Auslegungsdaten des Kältemittelkreislaufes, so liegt der Verflüssigungsdruck über dem Ansprechdruck des Meßfühlers 104, so daß das Steuergerät 102 die Druckerhöhungsanlage 34 nicht in Betrieb nimmt. Vom Flüssigkeitsraum 2b strömt das flüssige Kältemittel durch die Bypaßleitung 36 und den Rückflußverhinderer 38 zur Flüssigkeitsleitung 32, die das Kältemittel zum Drosselorgan 30 leitet. Hier wird das flüssige Kältemittel, das unter hohem Druck steht, entspannt und durch die Einspritzleitung 4b dem Verdampfer 48 zugeführt, wo es unter Wärmeaufnahme verdampft. Der Kältemitteldurchlaß des Drosselorgans 30 wird hierbei durch den an die Steuerleitung 40 angeschlossenen Fühler 42 geregelt. Die zu kühlende Luft wird durch den zweiten Ventilator 50 dem Verdampfer zugeführt. Das entspannte, flüssige Kältemittel verdampft und wird schließlich vom Verdampfer 48 durch die Saugleitung 52 dem Verdichter 10 zugeführt, so daß der Kältemittelkreislauf geschlossen wird. Während dieses Betriebes hält das Steuergerät 102 die Umschaltorgane 94 und 96 geschlossen, die gesteuerten Absperrorgane 62 und 64 dagegen offen. Es füllen sich jetzt die Behälter 54 und 56 über die Falleitung 83 sowie die Zweigleitungen 74 und 80 sowie über die Rück-

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flußverhinderer 76 bzw. 82 mit flüssigem Kältemittel. Sich in den Behältern 54, 56 befindendes Kältemittelgas strömt über die offenen gesteuerten Absperrorgane 62, 64 und die Steigleitungen 58, 60 zum Dampfraum 24 des Kältemittelsammlers, so daß infolge des höher liegenden Kältemittelsammlers das verflüssigte Kältemittel durch Schwerkraft den Behältern 54, 56 zufließt.

Wird jetzt die dem Verflüssiger 14 zugeführte Kühlluft kalter, was bei Benutzung von Außenluft im Winter und in der Übergangszeit der Fall ist, so wird der Verflüssigungsdruck 14 entsprechend niedrig und der Meßfühler 104 spricht an. Das Steuergerät 102 nimmt nun den weiteren Verdichter 8b in Betrieb, Öffnet das erste Umschaltorgan 94 während das zweite Umschaltorgan 96 geschlossen bleibt und schließt das erste gesteuerte Absperrorgan 62. Gleichzeitig wird der erste Flüssigkeitsstandwächter 98 in Funktionsbereitschaft versetzt. Der weitere Verdichter 86 saugt jetzt gasförmiges Kältemittel durch die Gasleitung 84 an, erhöht dessen Druck und drückt es durch die Druckgasleitung 92, die dritte Zweigleitung 88 mit eingefügtem geöffneten Umschaltorgan 94 in den ersten Behälter 54. Hier verdrängt das Druckgas das im ersten Behälter 54 angesammelte flüssige stark unterkühlte Kältemittel durch die erste Kältemittelleitung 66 und den ersten Rückflußverhinderer 68 in die Flüssigkeitsleitung 32 unter hohem Druck zum Drosselorgan 30. Ein Rückströmen des flüssigen Kältemittels zum Kältemittelammler 22 über die erste Zweigleitung 74, die zweite Kältemittelleitung 70 und die Bypaßleitung 36 wird durch die dort angeordneten Rückflußverhinderer 76, 72 bzw. 38 verhindert. Der weitere Verdichter 86 ist bezüglich der

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Förderleistung so dimensioniert, daß das flüssige Kältemittel unter einem Druck, der dem Auslegungsdruck ungefähr gleich ist und in einer Menge, die mindestens für das Erreichen der Kältenennleistung ausreichend ist, zum Drosselorgan 30 fließt und somit ein störungsfreier Betrieb trotz niedrigem Verflüssigungsdruck möglich ist, was einen verringerten Energiebedarf bzw. eine erhöhte Leistung der Kälteanlage zur Folge hat.

Wegen der schlechten Wärmeleitung des flüssigen Kältemittels und der kleinen Berührungsfläche ist der Leistungsverlust durch die Berührung des heißen Druckgases mit dem kalten flüssigen Kältemittel in den Behältern

und 56 unbedeutend.
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Ist der Stand des flüssigen Kältemittels im ersten Behälter 54 bis in den Bereich des Anschlusses der ersten Kälteraittelleitung 6b abgesunken, so spricht der erste Kältemittelstandwächter 98 an und veranlaßt über das Steuergerät 102, daß das erste Umschaltorgan 94 und das zweite gesteuerte Absperrorgan 64 geschlossen werden, und gleichzeitig das zweite Umschaltorgan 96 und das gesteuerte erste Absperrorgan 62 geöffnet werden. Auch wird der zweite Flüssigkeitsstandwächter 100 in Funktionsbereitschaft versetzt. Jetzt kann das vom weiteren Verdichter 8b kommende gasförmige Kältemittel durch die vierte Zweigleitung 90 dem zweiten Behälter 56 zuströmen und das dort angesammelte Kältemittel durch die zweite Kältemittelleitung 70 und das zweite Rückschlagorgan 72 in die Flüssigkeitsleitung 32 drücken. Ein Zurückströmen des flüssigen druckerhöhten Kältemittels über die Bypaßleitung 36, die zweite Zweigleitung 80 und die erste Kältemittelleitung 66 wird durch die dort angeordneten

Rückflußverhinderer 38, 82 bzw. 68 vermieden. 35

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Während jetzt der zweite Behälter 5b in Betrieb ist, kann sich der erste Behälter 54 durch die Falleitung 83» den dritten Rückflußverhinderer 7b und die erste Zweigleitung 74 mit flüssigem Kältemittel füllen, wobei das im ersten Behälter 54 vorhandene gasförmige Kältemittel durch die erste Steigleitung 58 und das geöffnete gesteuerte erste Absperrorgan b2 in den Dampfraum 24 des ^O Kältemittelsammlers entweicht.

Ist nun der Stand des Kältemittels im zweiten Behälter 5b bis in den Bereich des Anschlusses der zweiten Kältemittelleitung 70 abgesunken, so spricht der zweite Flüssigkeitsstandwächter 100 an und das Steuergerät schließt das zweite Umschaltorgan 9b und das gesteuerte erste Absperrorgan b2, wogegen das gesteuerte zweite Absperrorgan b4 und das erste Umschaltorgan 94 öffnen. Gleichzeitig wird der erste Flüssigkeitsstandwächter in Funktionsbereitschaft versetzt. Jetzt ist der erste Behälter 54 wieder in den Kältemittelkreislauf eingeschaltet, während sich der zweite Behälter 5b über die Falleitung 83, die zweite Zweigleitung 80 mit eingefügtem viertem Rückflußverhinderer 82 füllt unter Entweichen des Kältemittelgases durch die Steigleitung b0 in den Dampfraum 24 des Kältemittelsamralers. Dieses Spiel wiederholt sich fortlaufend und solange, wie der Verflüssigungsdruck kleiner ist als der Ansprechdruck des Mettfühlers 104, wogegen beim Überschreiten des Ansprechdruckes die Druckerhöhungsvorrichtung 34 außer Betrieb genommen wird und das flüssige Kältemittel vom Kältemittelsammler durch die Bypaßleitung 3b und den Rückflußverhinderer 38 zur Flüssigkeitsleitung 32 strömt.

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Hierbei ist noch zu bemerken, daß während des Betriebs der Anlage über die Bypassleitung 3b an der Druckerhöhungsvorrichtung 34 Reparaturen und/oder Inspektionen ° durchgeführt werden können, was insbesondere dann zutrifft, wenn durch an geeigneten Stellen eingefügte Absperrventile, die in Fig. 1 nicht dargestellt sind, die Druckerhöhungsvorrichtung von Kältemittelkreislauf vollständig abtrennbar ist.
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Fig. 2 zeigt einen Kältemittelkreislauf mit einer Ausführungsvariante bezüglich der Druckerhöhungsvorrichtung 34. Diese weist eine Kältemittelpumpe 108 auf, die in die Flüssigkeitsleitung 32 eingefügt ist. Die Ansaugleitung 110 dieser Kältemittelpumpe ist unter Zwischenschaltung eines Zwischensammlers 113 mit dem Flüssigkeitsraum 28 des Kältemittelsammlers 22 verbunden. Gleichzeitig ist eine die Kältemittelpumpe 108 umgehende zweite Bypalileitung 112 mit eingeschaltetem fünften Rückflußverhinderer 114 vorgesehen. Zur Steuerung der Kältemittelpumpe 108 ist diese durch eine angedeutete Steuerleitung mit dem Meßgerät 103 und dem Meßfühler verbunden, der bezüglich Ausbildung und Anordnung dem Meßfühler 104 der Fig. 1 entspricht. Wie weiter aus Fig.

2 zu ersehen ist, befindet sich die Kältemittelpumpe zwischen zwei Absperrventilen 118 in der Flüssigkeitsleitung 32, so daß nach dem Schließen der Absperrventile die Kältemittelpumpe 108 ausgetauscht werden kann, während der Betrieb des Kältemittelkreislaufs über die zweite Bypaßleitung 112 aufrechterhalten werden kann. Wird wahrend des Betriebs der vorgegebene Verflüssigungsdruck unterschritten, so nimmt das Meßgerät 103 die Kältemittelpumpe in Betrieb, die das vom Kälteraittel-

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sammler 22 kommende flüssige Kältemittel unter erhöhtem Druck in ausreichendem Maße dem Drosselorgan 30 zuführt, so daß auch bei niedrigen Verflüssigungsdrücken ein störungsfreier Betrieb gewährleistet ist bei gleichzeitiger Verringerung des Energiebedarfs.

Gemäß einer Abänderung des Kältemittelkreislaufes gemäß Fig. 2 kann vorzugsweise bei Kälteanlagen ohne Leistungsregelung anstelle eines Meßfühlers 106, der den Verflüssigungsdruck erfaßt, ein Temperaturmeßfühler 120 in dem vom Ventilator 1b aus der Umgebung 18 angesaugten Kühlluftstrom angeordnet sein. Die Kühllufttemperatur beeinflußt die Verflüssigungstemperatur und damit den Verflüssigungsdruck maßgeblich, so daß die Kühlluftteraperatur für die Steuerung der als Druckerhöhungsvorrichtung dienenden Kältemittelpumpe 108 eingesetzt werden kann. Diese Steuerungsart ist ganz allgemein für Druckerhöhungsvorrichtungen, daher auch im Kältemittelkreislauf gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 verwendbar.

Die Regelung der Kälteleistung des Kältemittelkreislaufs geschieht in der üblichen, durch den Stand der Technik bekannten Weise. Hierbei ist es zweckmäßig, das Steuergerät 102 und das Regelgerät für die Kälteleistung zu einer Baueinheit zusammenzufassen.

Wie sich aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiele ergibt, kann durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Druckerhöhungsvorrichtung auf eine Regelung des Verflüssigungsdruckes bzw. der Verflüssigungstemperatur verzichtet werden, ohne daß Störungen der Kälteraittelzir-

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kulation bei sehr niedrigem Verflüssigungsdruck eintreten, wodurch sehr niedrige Temperaturen des Kühlmittels, das zur Wärmeabfuhr den Verflüssiger beaufschlagt, zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit des Kältemittelkreislaufs voll ausgenutzt werden.

Für die Dimensionierung des erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs dienen folgende Richtwerte:

die Behälter 54, 5b haben jeweils gleiches Volumen, jeder Behälter kann ungefähr 20 bis 30 Gew.% der Kältemittelfüllung des Kältemittelkreislaufes in flüssigem Zustand aufnehmen. Das gleiche gilt auch für den Zwischensammler 113·

Bevorzugt ist der weitere Verdichter 8b durch das Steuergerät 102 so gesteuert, daft er nur während der Laufzeit des Verdichters 10 in Betrieb genommen werden kann, das heißt, wenn Kühlleistung der Anlage gefordert wird. Entsprechendes gilt auch für die Kältemittelpumpe 108 in der Ausführungsvariante gemäß Fig. 2.

Stand der Technik, auf den Bezug genommen wird: Cube, "Lehrbuch der Kältetechnik", 3- Auflage 1981, Verlag CF. Müller, Karlsruhe insbesondere Seiten 374/375 und 541/542.

Claims

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Ansprüche

M.)Kältemittelkreislauf für eine Kälteanlage mit mindestens einem Verdichter (10), Verflüssiger (14),

'* Drosselorgan (30) und Verdampfer (48), dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Druckerhöhungsvorrichtung (34) stromauf des Drosselorgans (30) in den Kältemittelkreislauf eingefügt und zur Steuerung mit einem den Verflüssigungsdruck erfassenden Meßfühler (104; 106) derart verbunden ist, daß bei Unterschreiten eines voreingestellten Verflüssigungsdruckes die Druckerhöhungsvorrichtung (34) zur Steigerung des Kältemitteldruckes auf eine für eine störungsfreie Funktion des Drosselorgans

(30) zumindest ausreichende Druckhöhe in Betrieb ist. 25
2. Kältemittelkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckerhöhungsvorrichtung (34) für eine Drucksteigung von 1 bis 10 bar, vorzugsweise

bis 7 bar, dimensioniert ist.
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3. Kältemittelkreislauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckerhöhungsvorrichtung (34) mindestens einen weiteren Verdichter (86) um-

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faßt, dessen Saugseite gasförmiges Kältemittel zuführbar ist, das dem Kältemittelkreislauf zwischen Verdampfer (48) und Verflüssiger (14) entnommen ist, und dessen Druckseite mit den oberen Bereichen mindestens eines ersten (54) und zweiten Behälters (5b) durch Umschaltventile (94, 9b) wechselweise verbindbar ist, wobei die Behälter (54, 5b) wechselweise mit dem verflüssigten Kältemittel selbsttätig füllbar sind und ihr Inhalt unter dem Einfluß des im weiteren Verdichter (8b) druckerhöhten Kältemittels dem Drosselorgan (30) zuführbar ist (Fig. V).
4. Kältemittelkreislauf nach Anspruch 3 mit einem stromab des Verflüssigers (14) eingefügten Kältemittelsammler (22), dadurch gekennzeichnet, daß die Behälter (54, 5b) an ihren höchsten Stellen mit in den Dampfraum (24) des Kältemittelsammlers (22), der räumlich oberhalb der Behälter (54, 5b) angeordnet ist, durch Steigleitungen (5b, bO) mit eingefügten gesteuerten Absperrorganen (b2, b4) verbunden sind, wobei die gesteuerten Absperrorgane (b2, b4) zusammen mit den Uraschaltorganen (94, 9b) derart selbsttätig gesteuert sind, daß jeweils jener Behälter (54 bzw. 5b), der durch das zugeordnete

^⁵ Umschaltventil (94 bzw. 9b) vom weiteren Verdichter (8b) kältemittelseitig getrennt ist, durch das zugehörige gesteuerte Absperrorgan (b2 bzw. 64) mit dem Dampfraum (2b) verbunden ist, daß der untere Bereich jedes Behälters (54, 5b) unter Zwischenschaltung eines ersten (68) bzw. zweiten (72) und eines dritten (7b) bzw. vierten Rückflußverhinderers (82) mit dem Drosselorgan (30) bzw. dem Flüssigkeitsraum (2b) des Kältemittelsammlers verbunden sind.

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5. Kältemittelkreislauf nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälter (54, 56) Kältemittelstandwächter (98, 100) aufweisen, die mit den Umschaltorganen (94, 96) und den gesteuerten Absperrorganen (62, 64) derart in Wirkverbindung stehen, daß im Falle der Entleerung eines Behälters (54 bzw. 56) der Anschluß dieses Behälters an den weiteren Verdichter

(86) durch das eine Umschaltorgan (94 bzw. 96) unterbrochen, der Anschluß des anderen Behälters (56 bzw. 54) durch Öffnen des anderen Umschaltorgans (96 bzw. 94) dagegen hergestellt wird, wobei gleichzeitig das dem einen Behälter zugeordnete gesteuerte Absperrorgan (62 bzw. 64) geöffnet und das dem anderen Behälter zugeordnete gesteuerte Absperrorgan (64 bzw. 62) geschlossen wird (Fig. 1).
6. Kältemittelkreislauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckerhöhungsvorrichtung (34) eine Kältemittelpumpe (108) aufweist (Fig. 2).
7. Kältemittelkreislauf nach einem der Ansprüche bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckerhöhungsvorrichtung (34) mit einer Bypaßleitung (36; 112) mit eingefügtem Rückflußverhinderer(38; 114) versehen ist.
8. Abänderung des Kältemittelkreislaufes nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an-

^Q stelle eines den Verflüssigungsdruck oder -temperatur erfassenden Meßfühlers (104; 106) ein Temperaturmeßfühler (120) zur Steuerung der Druckerhöhungsvorrichtung (34) in der Kühlmittelzuführung zum Verflüssiger (14)

angeordnet ist.
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