DE3625292A1 - Druckgeregelter durchlaufsammler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein die im Handel und in der Industrie angewandte Kältetechnik, insbesondere einen niederdruckseitig angeordneten, druckgeregelten Sammler für Kälteanlageen.

Einen oder mehrere Kompressoren besitzende Kälteanlagen mit geschlossenem Kreislauf werden im Handel, beispielsweise in Supermärkten, verwendet, in denen eine große Anzahl von gekühlten Einrichtungen oder Einheiten vorgesehen sind, die auf niedrige und/oder normaler Temperatur gehalten werden und zum Ausstellen und zur Lagerung von Lebensmittelprodukten dienen, sowie in der Industrie beispielsweise für Lagerhäuser, verschließbare Räume, Produktionsanlagen und dergleichen, an deren Kühlung unterschiedliche Anforderungen gestellt werden.

Derartige Kälteanlagen kann man mit Hilfe von heißen Gasen abtauen, weil beim Abtauen von ausgewählten Verdampfer-Rohrschlangen bei fortgesetzter Kühlung der übrigen Einrichtungen als latente Wärme viel mehr Wärme erzeugt wird als zum Abtauen der genannten Verdampfer- Rohrschlangen erforderlich ist. Dabei führt jedoch die Verwendung stark überhitzten, von dem Kompressor kommenden Gases zum Abtauen infolge der schnellen Wärmeausdehnung der Kältemittelleitungen zum Bruch und zu Lecks und wird bei hohen Abtautemperaturen Nebel oder Dampf gebildet, der in der gekühlten Einrichtung oder der gekühlten Zone sichtbar ist und zum Vereisen der Produkte führen kann. In der US- PS 33 43 375 ist angegeben, daß die im Stand der Technik beim Abtauen mit heißen Gasen auftretenden Nachteile dadurch vermieden werden können, daß zum Abtauen gesättigte Gase verwendet werden, die dem Sammler entnommen werden oder die auf andere Weise überhitzt worden sind. In der Kältetechnik ist allgemein bekannt, daß für den Betrieb der Verdampfer vorteilhaft unterkühltes flüssiges Kältemittel verwendet wird, das von dem Kondensator kommt, und daß niedrige Enddrücke des Kompressors zu beträchtlichen Energieeinsparungen führen. In den US-PSen 33 58 469, 34 27 819 und 45 22 037 sind druckgeregelte Sammler angegeben, die gesättigte Gase zum Abtauen liefern und mit denen die genannten Vorteile erzielt werden.

Der Ganzjahresbetrieb von Kälteanlagen wird von verschiedenen klimatishen Bedingungen direkt beeinflußt. Beispielsweise ist im Winter die Aufrechterhaltung der richtigen Kompressorenddrücke auf der Hochdruckseite des Systems wichtig, besonders weil in den letzten Jahren zur Wärmerückgewinnung dienende Kondensatoren weite Verbreitung gefunden haben. Im Sommer liegt die Temperatur im Maschinenraum häufig unter der Kondensationstemperatur in einem am Dach oder im Freien angeordneten Kondensator, so daß die Lieferung von gesättigtem Gas zum Abtauen stark beschränkt oder überhaupt nicht möglich war, weil das Gas zu einer Flüssigkeit kondensierte und den Sammler bis zum Überlaufen füllte.

Somit traten bei der Steuerung der bekannten Kälteanlagen die mit Kondensatoren zur Wärmerückgewinnung im Winter und entweder mit einem Durchlaufsammler oder mit einem druckgeregelten Sammler versehen waren und mit gesättigten Gasen abgetaut wurden, unter verschiedenen klimatischen Bedingungen verschiedene Probleme auf und waren diese Kälteanlagen verschiedenen Einflüssen unterworfen. Es sind zwar schon verschiedene Anordnungen zur Regelung derartiger Kälteanlagen vorgeschlagen worden, doch konnte eine Regelung dieser Kälteanlagen bisher nicht während des ganzen Jahres mit hohem Wirkungsgrad erzielt werden.

Die Erfindung ist für die Anwendung auf Kälteanlagen bestimmt, die mindestens einen Kompressor, mindestens einen Kondensator, mindestens einen druckgeregelten Sammler und mehrere Verdampfer zum Kühlen von Einrichtungen oder Zonen besitzen. Dabei besitzt der druckgeregelte Sammler eine innen angeordnete Durchlaufleitung, deren Einlaßende mit dem Kondensator verbunden ist und von deren Auslaßende Kältemittel direkt an eine Abzugsleitung abgegeben wird, über die die Verdampfer gespeist werden. Das Auslaßende der Durchlaufleitung ist mit einem in dem Sammelraum des druckgeregelten Sammlers unter dessen Flüssigkeitsspiegel in der Nähe des Boden dieses Raumes liegenden Bereich verbunden, so daß dort eine hydrostatische Sperre aufrechterhalten wird. Dem druckgeregelten Sammler ist ein Druckregelventil zugeordnet, das in Abhängigkeit von der Temperatur in der Abzugsleitung den Druck und den Durchfluß des Kältemittels in dem bzw. aus dem druckgeregelten Sammler steuert.

Die Hauptaufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines druckgeregelten Durchlaufsammlers, der gewährleistet, daß die Unterkühlung des flüssigen Kältemittels in der von dem Kondensator zu dem Verdampfer führenden Flüssigkeitsleitung aufrechterhalten wird.

Eine weitere Aufgabe besteht in der Schaffung eines druckgeregelten Sammlers und einer zur Regelung der Hochdruckseite der Kälteanlage dienende Anordnung, die auch bei starken Schwankungen des Enddruckes des oder der Kompressoren die in der Kältemaschine auftretenden Drücke gegenüber dem Enddruck des Kompressors im Gleichgewicht hält.

Ferner besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Schaffung einer Anordnung, in der der Enddruck des oder der Kompressoren automatisch gesteuert, insbesondere gesenkt wird, damit eine natürliche Unterkühlung und ein Kühlen mit höherem Wirkungsgrad und beträchtlichen Energieeinsparungen erzielt werden.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Anordnung, mit der in Abhängigkeit von dem Flüssigkeitsstand in dem druckgeregelten Sammler eine vorherbestimmte Gaszufuhr zu diesem und eine vorherbestimmte Druckbeaufschlagung desselben erzielt werden und dabei ein Abtauen mit gesättigtem Gas ermöglicht wird.

Die vorgenannten und weiteren Aufgaben und Vorteile gehen aus der nachstehenden Beschreibung hervor.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Kälteanlage gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

In der Zeichnung ist eine gemäß der Erfindung ausgebildete Kälteanlage mit geschlosenem Kreislauf dargestellt. Diese Kälteanlage ist ein Multiplexsystem mit zwei parallelgeschalteten Kompressoren und kann in einem Supermarkt zum Kühlen von voneinander getrennten Einrichtungen verwendet werden, beispielsweise von Tiefkühltruhen zur Lagerung und zur Auslage von Tiefkühlkost. Für den Fachmann versteht sich jedoch ohne weiteres, daß die Erfindung auch bei Kälteanlagen anwendbar ist, die nur einen einzigen Kompressor und entfernt von ihm angeordnete, beispielsweise parallelgeschaltete Kondensatoren besitzen, und bei anderen in Geschäften oder in der Industrie verwendeten Kühlanlagen. Dabei wird in der in der Kältetechnik üblichen Weise als Hochdruckseite der Kälteanlage jener Teil derselben bezeichnet, der sich von der Druckseite des oder der Kompressoren bis zu den Expansionsventilen der Verdampfer erstreckt, und als Niederdruckseite jener Teil der Anlage, der von den Expansionsventilen zu der Saugseite des oder der Kompressoren führt.

Die in der Fig. 1 gezeigte Kälteanlage ist zum Teil in der üblichen Weise ausgebildet und besitzt zwei parallelgeschaltete Kompressoren 1 und 2, von denen jeder eine mit einem Saugventil 3 versehene Saug- oder Niederdruckseite hat, die mit in einem vorherbestimmten Bereich liegenden Saugdrücken betrieben wird, sowie eine Druckseite 4, die mit einer gemeinsamen Druckleitung 5 verbunden ist, über die heißes komprimiertes gasförmiges Kältemittel dem oder den Kondensatoren zugeführt wird. Die Druckleitung 5 ist mit einem Ölabscheider 6 verbunden, in dem Öl von dem heißen gasförmigen Kältemittel abgeschieden und gesammelt wird, um dann zu den Kompressoren 1 und 2 zurückgeführt zu werden. Der Kältemittelauslaß des Ölabscheiders 6 ist mit einer Druckleitung 7 verbunden, über die heißer Kältemitteldampf einem Dreiwegeventil 8 zugeführt wird, mit dem zwei Betriebsarten wählbar sind. In der einen Betriebsart ist das Ventil 8 über eine Leitung 9 mit einem im Freien oder auf dem Dach angeordneten Kondensator 10 verbunden. In der anderen Betriebsart ist das Ventil 8 über eine Leitung 11 mit einer im Gebäudeinnern angeordneten Kondensatorschlange 12 verbunden, die zur Wärmerückgewinnung dient und die über ein Rückschlagventil 13 mit dem Außenluftkondensator 10 verbunden ist, in dem das Kältemittel auf seine Sättigungstemperatur kondensiert wird. Dabei versteht es sich, daß die Wärmerückgewinnungsschlange 12 während des Heizbetriebes im Winter dazu verwendet werden kann, von dem Kältemitteldampf die kompressionsbedingte Überhitzungswärme zurückzugewinnen, so daß sie zum Erwärmen der Raumluft in dem Supermarkt oder Geschäft verwendet werden kann. Dabei wird jedoch in dem Außenluftkondensator 10 die Kondensationstemperatur des Kältemittels erreicht, damit in der Wärmerückgewinnungsschlange 12 kein flüssiges Kältemittel entsteht und Auspumpprobleme vermieden werden, wie dies in der US-PS 33 58 469 näher erläutert wird.

In dem Kondensator 10 wird das Kältemittel auf seine Kondensationstemperatur und seinen Kondensationsdruck gebracht. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Kondensator 10 parallele Schlangen 14 und einen einzigen Auslaß, der durch die Leitung 15 mit einem druckgeregelten Sammler 16 gemäß der Erfindung verbunden ist. Der druckgeregelte Sammler enthält einen Teil des für den Betrieb der Kälteanlage verwendeten flüssigen Kältemittels und besitzt einen Sammelraum 17. In der Leitung 15 kann ein druckabhängiges Strömungsventil 18 vorgesehen sein, das unter extremen Winterbedingungen zum Drosseln des Abflusses von Kondensat von dem Kondensator verwendet werden kann, so daß das Kondensat aus dem Kondensator in veränderbarem Grade abfließt und der Enddruck der Kompressoren auf einem vorgewählten Mindestwert gehalten wird. Von dem Auslaß des druckgeregelten Sammlers 16 wird das flüssige Kältemittel über eine Leitung 21 mehreren Zweigleitungen 25 zugeführt, die zu je einer Verdampferschlange 26, 27, 28 und 29 je einer (nicht gezeigten) Kühleinrichtung führen.
Diese Verdampferschlangen stellen nur einige der zahlreichen Verdampfer der Kälteanlage dar. Die jedem der Verdampfer 26 bis 29 zugeordnete Zweigleitung 25 enthält ein Magnetventil 30. Zum Dosieren des Eintritts des Kältemittels in die Verdampfer sind übliche thermostatgesteuerte Entspannungsventile 31 vorgesehen. Die Anlässe der Verdampfer sind mit Dreiwegeventilen 32 und im normalen Kühlbetrieb über diese Ventile sowie Zweig-Saugleitungen 33 und eine Haupt-Ansaugleitung 34 mit der Saugseite 3 der Kompressoren 1 und 2 verbunden. Auf diesem Wege wird Kältemitteldampf von den Verdampfern den Kompressoren zugeführt und somit der Kreislauf der Kälteanlage geschlossen. In den Zweig-Saugleitungen 33 sind Druckregelventile 35 für die Verdampfer eingeschaltet, um darzustellen, daß bei den verschiedenen Verdampferschlangen 26, 27, 28 und 29 der Saugdruck innerhalb des Saugdruckbereiches, der durch die Kompressoren 1 und 2 aufrechterhalten wird, so eingestellt werden kann, daß die verschiedenen Kühleinrichtungen mit unterschiedlichen Temperaturen betrieben werden können.

Die vorstehend beschriebene Kälteanlage arbeitet in der üblichen Weise, wobei der jeder gekühlten Einrichtung zugeordnete Verdampfer dieser Einrichtung oder der darin befindlichen Ware Wärme entzieht, mit der das Kältemittel erwärmt und verdampft wird, so daß die Verdampferschlange mit Reif überzogen wird oder vereist. Infolgedessen ist die latente Wärmemenge, die in dem zu den Kompressoren insgesamt zurückgeführten Kältemittel enthalten ist, größer als die zum Abtauen eines oder mehrerer der Verdampfer 26 bis 29 erforderliche Wärmemenge. Eine Haupt-Abtaugasleitung 36 dient zum wahlweisen Zuführen von gesättigtem gasförmigem Kältemittel zu ausgewählten Verdampferschlangen und ist über Zweig-Saugleitung 37 mit den Dreiwegeventilen 32 verbunden, von denen das Dreiwegeventil für den Verdampfer 29 in der Abtaustellung dargestellt ist. In einer üblichen, mit "Heißgas" arbeitenden Abtauanordnung wäre die Gasleitung 36 stromab des Ölabscheiders 6 mit der Druckleitung 7 der Kompressoren verbunden, um eine Quelle von hochüberhitztem komprimiertem Kältemitteldampf zum wahlweisen Abtauen der Verdampfer 26 bis 29 vorzusehen. In der vorliegenden Kälteanlage wird zum Abtauen dagegen "gesättigtes" Gas verwendet. Dabei werden die Verdampfer mit der latenten Eigenwärme des gasförmigen Kältemittels abgetaut, das sich nach der Abgabe von Überhitzungswärme auf seiner Sättigungstemperatur befindet. Daher ist die Abtaugasleitung 36 mit dem oberen Bereich des druckgeregelten Sammlers 16 verbunden, so daß gesättigtes gasförmiges Kältemittel durch die Leitung 36, die Zweigleitung 37 und das Dreiwegeventil 32 in die Verdampferschlange 29 oder die Schlange eines anderen ausgewählten Verdampfers strömt, um diese Schlange zu erwärmen und abzutauen, wobei das Kältemittel wie in einem üblichen Kondensator zu einer Flüssigkeit kondensiert. Dabei wird durch Schließen des Magnetventils 30 der abzutauende Verdampfer von der Flüssigkeitsleitung 25 für den normalen Kühlbetrieb getrennt. In der das Expansionsventil 31 umgehenden Leitung 40 ist ein Rückschlagventil 39 vorgesehen, über das das abgetaute Kondensat in die Abzugsleitung 21 gelangt, wie dies in der US-PS 31 50 498 angegeben ist. Daher steht dieses Kältemittelkondensat sofort für den normalen Betrieb der zum Kühlen verwendeten Verdampfer zur Verfügung. In der Abzugsleitung 21 zwischen den Flüssigkeits-Zweigleitungen 25 und dem druckgeregelten Sammler 16 ist ein Druckminder- oder Druckregelventil 41 oder dergl. vorgesehen, das den stromabwärtigen Druck in der Abzugsleitung 21 gegenüber dem Druck in der Abtauleitung 36 um 0,7 bis 1,4 bar (10 bis 20 psig) vermindert. Die Abzugsleitung 21 kann ferner mit einem üblichen Hilfskühler 42 versehen sein, der verhindert, daß infolge der mittels des Druckregelventils 41 bewirkten Druckminderung in der Abzugsleitung durch Entspannungsverdampfung Gas erzeugt wird.

Dem Fachmann ist bekannt, daß im Handel und in der Industrie verwendete Kälteanlagen der hier angegebenen Art jahreszeitlich schwankenden klimatischen Einflüssen unterliegen. Die Kälteanlage soll natürlich mit Hilfe der Verdampferschlangen 26 bis 29 das ganze Jahr über mit hohem Wirkungsgrad eine Kühlung der verschiedenen Einrichtungen oder Einheiten bewirken. Der höchste Wirkungsgrad bei der Kühlung wird erzielt, wenn den Entspannungsventilen 31 unterkühltes flüssiges Kältemittel zugeführt wird. Im Winter und in den Übergangsperioden wird diese Unterkühlung auf natürliche Weise erzielt, wenn der Kondensator in üblicher Weise geflutet oder durch anderweitige Beschränkung der Kapazität des Kondensators dafür gesorgt wird, daß der Enddruck der Kompressoren nicht unter den Mindestwert sinkt, der für den Betrieb der Gesamtanlage erforderlich ist. Es ist einleuchtend, daß man diese natürliche Unterkühlung mit Hilde eines druckgeregelten Sammlers verbessern kann, in dessen Sammelraum 17 eine Schichtung der Flüssigkeit erzielt wird, wie nachstehend erläutert wird. Eine derartige Unterkühlung kann zu beträchtlichen Energie- oder Stromeinsparungen führen, wenn diese Unterkühlung keine zusätzliche Leistungsaufnahme bedingt, wie dies bei dem Unterkühler 42 der Fall ist, der daher nur betrieben wird, wenn auf andere Weise keine natürliche Unterkühlung erzielbar ist. Im Winter und in den Übergangsperioden kann eine beträchtliche Energie- oder Stromeinsparung auch durch die Verwendung der Wärmerückgewinnung 12 erzielt werden; dies ist von dem Preis der für den Betrieb der Kompressoren 1 und 2 erforderlichen elektrischen Energie und von dem Preis des Brennstoffs abhängig, der gegebenenfalls für eine Zusatzheizung in dem Geschäft verwendet wird. Eine Erhöhung des Enddruckes der Kompressoren bewirkt natürlich eine Erhöhung der Wärmerückgewinnungskapazität der Schlange 12, bedingt aber einen höheren Energieverbrauch der Kompressoren 1 und 2. Diese beträchtlichen Energieeinsparungen können erzielt werden, wenn man eine Abnahme des Enddruckes der Kompressoren auf den niedrigsten Wert gestattet, bei dem die Kühlfunktion der Kälteanlage noch mit hohem Wirkungsgrad erzielt werden kann, ohne daß Kältemitteldampf oder durch Entspannungsverdampfung erhaltenes Gas in die Flüssigkeitsleitungen 15 und 21 gelangt. Im Sommer sind bei Umgebungstemperaturen von mehr als 29 bis 32°C die Kondensationstemperatur und der Enddruck der Verdichter natürlich höher und kann nur ein kleiner oder kein wirtschaftlicher Erfolg erzielt werden. Dagegen kann beim Betrieb im Winter und in den Übergangsperioden nur durch Herabsetzung des Enddrucks der Kompressoren eine Energieeinsparung von etwa 1,8% pro Grad Celsius und bei Umgebungstemperaturen unter etwa 13°C durch Unterkühlung eine zusätzliche Energieeinsparung von 0,9% pro Grad Celsius erzielt werden.

Bei einem üblichen Durchlaufsammler ist das obere Ende des Sammelbehälters durch die Leitung 15 mit dem Kondensator 10 verbunden, so daß das ganze Kältemittelkondensat offen in den Sammelraum 17 eintritt und bewirkt, daß in dem Sammelraum das Gas und die Flüssigkeit auf einer im wesentlichen einheitlichen Sättigungstemperatur gehalten werden und keine wirksame Unterkühlung möglich ist. Dagegen ist ein üblicher druckgeregelter Sammler 16 mit dem übrigen System nur am Boden des Sammlers verbunden und ist an diesem Boden auch die Kondensatleitung 15 an den druckgeregelten Sammler angeschlossen. Die Kondensatleitung ist ferner direkt mit der Flüssigkeits-Abzugsleitung 21 verbunden, so daß unterkühlte Flüssigkeit unter Umgehung des druckgeregelten Sammlers direkt zu den Verdampfern gelangt. In den üblichen druckgeregelten Sammlern wird daher eine derartige Temperaturschichtung erzielt, daß sich das Gas am oberen Ende des druckgeregelten Sammlers auf einer Sättigungstemperatur befindet und am Boden des druckgeregelten Sammlers unterkühlte Flüssigkeit vorhanden ist.

Bei dem druckgeregelten Sammler 16 gemäß der Erfindung werden sowohl die Vorteile des üblichen Durchlaufsammlers als auch die Vorteile des üblichen druckgeregelten Sammlers erzielt. Gemäß der Erfindung ist der druckgeregelte Sammler 16 mit einer aus einem vertikalen Rohr bestehenden Stand- bzw. Durchflußleitung 50 versehen, die an der Decke 51 des Sammlers mit der Kondensatleitung 15 verbunden oder mit ihr einstückig ausgebildet ist und sich vertikal durch den Sammelraum 17 erstreckt. Das untere oder Austrittsende 52 der Standleitung erstreckt sich in den Auslaßanschluß 53, der am Boden des Sammelraums 17 diesen mit der Abzugsleitung 21 verbindet. Dieses Austrittsende 52 ist bei 54 schräg oder in Profilform abgeschnitten, so daß ein Auslaß entsteht, der längs der inneren Grenzfläche des Bodens des Sammelraums 17 in diesen einmündet. Das vertikale Rohr 50 kann wie bei den üblichen Durchlaufsammlern mit dem Sammler zusammengebaut werden und bewirkt, daß das von dem Kondensator 10 kommende, flüssige Kältemittel durch den Sammelraum 17 hindurchgeführt wird, ohne daß es in Kontakt mit den auf unterschiedlichen Temperaturen befindlichen Gas- und Flüssigkeitsschichten im Raum 17 kommt, so daß wie in üblichen druckgeregelten Sammlern die Unterkühlung des Kondensats nicht beeinträchtigt wird. Der in Fig. 1 gezeigte druckgeregelte Durchlaufsammler 16 kann als liegender Sammler bezeichnet werden, weil die größte Dimension des Sammelraums 17 in einer Horizontalebene liegt.

Die Erfindung ist jedoch auch auf sogenannte stehende druckgeregelte Sammler anwendbar, deren größte Abmessung in der Vertikalen liegt, wie dies in der Kältetechnik bekannt ist. Es versteht sich, daß bei einem vertikalen druckgeregelten Sammler die Abzugsleitung 21 horizontal angeordnet und ihr Eintrittsende 53 im Bereich des Bodens des Sammelraums 17 mit diesem verbunden ist und daß in diesem Fall die Durchlaufleitung 50 ebenfalls horizontal angeordnet ist und sich konzentrisch zu der Abzugsleitung 21 quer über den Boden des Sammelraumes 17 erstreckt, wobei das Austrittsende 52 der Durchlaufleitung sich ein Stück in das Einlaßende 53 der Abzugsleitung 21 hineinerstreckt, so daß dank dieser geradlinig durchgehenden "Strömungsverbindung" zwischen den Leitungen 50 und 21 von dem Kondensator 10 kommendes, unterkühltes Kältemittel direkt in die Abzugsleitung 21 fließen kann. Der schräge Anschnitt 54 kann an dem Austrittsende 52 auf jeder beliebigen Seite vorgesehen werden, um mit dem Sammelraum 17 an dessen Boden unter dem Flüssigkeitsspiegel eine Strömungsverbindung herzustellen.

Infolge der Anordnung des schrägen Anschnitts 54 am Boden des Sammelraums 17 unter dem normalen Niveau des Flüssigkeitsspiegels des Kältemittels in dem Sammelraum 17 ist das Austrittsende 52 der Standleitung von einer aus flüssigem Kältemittel gebildeten "Flüssigkeitsdichtung" umgeben. Diese "Flüssigkeitsdichtung" hat die Aufgabe, einen Austritt eines schwachen Stroms der möglichst tief unterkühlten Flüssigkeit aus dem Sammelraum 17 zu gestatten. Dieser Austritt erfolgt unter dem Einfluß des schwachen hydrostatischen Druckes, der bei Betrieb des Druckregelventils 60 mm in dem Sammelraum aufgebaut wird, so daß aus dem Sammelraum 17 Kältemittel in einer dem Bedarf der Verdampfer entsprechenden Menge austritt. Da die Kälteanlage mehrere Verdampfer 26 bis 29 besitzt, werden die Expansionsventile 31 der Kältemaschine fortlaufend zwischen ihrer Schließstellung und ihrer vollständig offenen Stellung verstellt, so daß sie den Strom des von der Abzugsleitung 21 kommenden Kältemittels entsprechend dem Kältebedarf der jeweiligen Einrichtung drosseln. Ein Teil dieses Kältebedarfs wird durch beim Abtauen erhaltenes Kondensat gedeckt, das direkt in die Abzugsleitung 21 eintritt. In manchen Kälteanlagen kann es daher unter bestimmten Betriebsbedingungen vorkommen, daß das Kältemittel am Einlaß 53 der Abzugsleitung 21 in der Gegenrichtung strömt, so daß an dem profilierten Anschnitt 54 Kältemittel in den Sammelraum 17 einströmt und daher der Flüssigkeitsspiegel in dem Sammler 16 ansteigt. Dieser gegensinnige Strom kann durch den profilierten Anschnitt der den Sammelraum umgehenden Durchlaufleitung 50 hindurch in den Sammler 16 treten, während normalerweise flüssiges Kältemittel in einer gesteuerten Menge aus dem Sammler austritt.

Durch die Dynamik des aus dem Sammelraum 17 austretenden flüssigen Kältemittels wird der Druck in diesem Sammelraum beeinflußt. Es ist ein Druckregelventil 60 vorgesehen, das dazu dient, auch bei einer sich ändernden Menge des in der Abzugsleitung 21 strömenden flüssigen Kältemittels 21 und einer beim Abtauen erfolgenden Entnahme von gesättigtem Gas aus dem Sammler 16 in diesem einen im wesentlichen konstanten Druck aufrechtzuerhalten. Das Druckregelventil 60 hat ein Ventilgehäuse 61 mit einem Einlaßfilterteil 62. Dieser besitzt eine Einlaßkammer 63, in der ein Kältemittelfilter 64 angeordent und die durch die Leitung 65 mit der Druckleitung 7 verbunden ist und die innen über den Durchlaß 66 a mit einer in dem Ventilgehäuse 61 zentral angeordneten Haupteinlaßkammer 66 verbunden ist. In dem Ventilgehäuse 61 ist ferner ein zentraler Ventilteil 67 vorgesehen, dessen Hauptauslaßkammer 68 über einen Auslaß 68 a und die Leitung 69 mit dem oberen Bereich des Sammelraums 17 verbunden ist. Die Strömung des Kältemittels zwischen der Haupteinlaßkammer 66 und der Hauptauslaßkammer 68 wird durch eine Ventilnadel 70 gesteuert, die von einer Druckfeder 71 aufwärts im Schließsinne zu dem Ventilsitz 70 a hin belastet ist. Die Druckfeder 71 greift an einem Nadelträger oder Käfig 72 an, der in dem zentralen Ventilteil 67 verschiebbar gelagert ist. Der von der Druckfeder 71 ausgeübte Druck kann mittels eines Einstellgliedes 73 eingestellt werden, das in das untere Ende des Gehäuses 61 eingeschraubt ist. Das Druckregelventil 60 arbeitet in Abhängigkeit von einer Fluiddruckdifferenz. Es besitzt oben einen Vorsteuerteil 75 mit einem Vorsteuerkopf 76, in dem eine Membran 77 an einer Vorsteuerplatte 78 angreift, von der sich ein Ventilstößel 79 durch die Einlaßkammer 66 erstreckt. In Abhängigkeit von der genannten Druckdifferenz kann der Stößel 79 die Ventilnadel 70 von ihrem Sitz abheben. Oberhalb der Membran 77 ist eine obere Druckkammer 80 vorgesehen, die durch die Druckleitung 81 mit einem ballon- oder knollenförmigen Fühler (sensing bulb) 82 verbunden ist, der nahe dem Sammler 16 an der Leitung 21 angebracht ist. Unter der Membran 77 ist eine untere Druckkammer 83 vorgesehen, die über einen innen angeordneten Durckausgleichsdurchlaß 84 mit der Hauptauslaßkammer 68 verbunden ist. Infolgedessen wird die Membran 77 auf ihrer Unterseite über die untere Druckkammer 83 mit dem in dem Sammler herrschenden Druck beaufschlagt, der trachtet, die Platte 78 und den Stößel 79 von der Ventilnadel 70 weg aufwärtszubewegen, so daß diese von der Feder 71 gegen den Ventilsitz 70 a gedrückt wird. Natürlih kann der innen angeordnete Durckausgleichsdurchlaß 84 durch eine außen angeordnete Druckausgleichsleitung ersetzt werden, über die die Druckkammer 83 auf der Unterseite der Membran beispielsweise über die Leitung 69 mit dem Druck in dem Sammelraum 17 beaufschlagt wird oder die in nächster Nähe des Fühlers 82 mit der Abzugsleitung 21 verbunden ist, so daß jede sich auf die Abzugsleitung 21 und damit auf den Fühler 82 auswirkende Änderung der Druck-Temperatur-Beziehung in dem Sammler 16 eine Steuerung des Druckregelventils 60 bewirkt.

Der Druck in dem Fühler 82 und in der oberen Druckkammer 80 ist von der Temperatur in der Abzugsleitung 21 abhängig, so daß auf Grund von Temperatur- und Druckveränderungen in der Abzugsleitung 21 die Membran 77 durch die obere Druckkammer 80 mit einem veränderlichen Gegendruck beaufschlagt wird. Da eine Aufgabe der Erfindung darin besteht, die durch den Kondensator bewirkte, natürliche Unterkühlung des Kältemittels auch in der Abzugsleitung 21 aufrechtzuerhalten und eine Verringerung des Enddruckes der Kompressoren zu ermöglichen, wird der Druck am Fühler 82 und der oberen Druckkammer 80 des Ventils 60 in Abhängigkeit von dem dem Entwurf für die Kälteanlage zugrundeliegenden Sättigungsdruck- und -temperaturzustand in dem Kondensator 10 so festgelegt, daß bei einer für die jeweilige Jahreszeit typischen Umgebungstemperatur eine maximale Unterkühlung erzielt wird. Bei der Wahl dieses Druckes kann auch die Höhe über dem Meeresspiegel oder der Umgebungsdruck berücksichtigt werden. Bei einer Umgebungstemperatur von 13°C und einer dem Entwurf zugrundeliegenden Sättigungstemperatur von 24°C sowie einer Unterkühlung von 8,4°C beträgt der Kondensationsdruck für das Kältemittel 502 bei Seehöhe 21,5 bar (148 psig) und der Kompressorendruck etwa 22,4 ba (154 psig). Dabei wird das Druckregelventil 60 mit einem solchen Gegendruck beaufschlagt, daß in dem Sammler ein Druck von etwa 21,8 bar (150 psig) aufrechterhalten wird, bzw. ein Druck, der im Bereich zwischen dem Kondensationsdruck und dem Enddruck der Kompressoren liegt. Diese Beziehung wird während aller jahreszeitlich bedingten Umgebungstemperaturschwankungen aufrechterhalten, wobei der Betrag der Unterkühlung zwischen etwa 13,9°C im Winter und möglicherweise nur 0,6°C im Sommer schwanken kann.

Im Betrieb der Kälteanlage wird in dem druckgeregelten Sammler 16 gemäß der Erfindung normalerweise ein Vorrat an flüssigem Kältemittel aufrechterhalten, wobei in dem Sammelraum 17 ein Temperaturgefälle von im oberen Teil befindlichem, wärmerem, gesättigtem Gas und am Boden befindlicher, leicht unterkühlter Flüssigkeit vorhanden ist, die um das Austrittsende der Durchlaufleitung 50 und deren Austrittsöffnung 54 herum eine Flüssigkeitsdichtung bildet. Von dem Kondensator 10 fließt flüssiges Kältemittelkondensat durch die Durchlaufleitung 50, so daß dieses Kältemittel nicht unter Wärmeaufnahme mit der Gasschicht in Berührung gelangt und die natürliche Unterkühlung des Kältemittels nicht auf das Gas übertragen wird. Das unterkühlte Kältemittelkondensat ist eine Flüssigkeit, die durch das Rohr 50 direkt in die Abzugsleitung 21 eintritt und in erster Linie zur Speisung der Verdampfer 26 bis 29 mit flüssigem Kältemittel herangezogen wird. Die aus dem flüssigen Kältemittel bestehende Sperrflüssigkeit, die in dem Sammelraum 17 das Austrittsende des Rohrs 50 umgibt, bewirkt daher, daß in dem Rohr 50 eine Temperaturbarriere oder -grenze aufrechterhalten wird. Dabei strömt jedoch flüssiges Kältemittel in einer solchen Volumenmenge aus, wie es im normalen Betrieb zur Befriedigung des Kältebedarfs der Verdampfer 26 bis 29 ausreicht, so daß diese Flüssigkeitsdichtung nicht zum Sammelraum hin durchbrochen wird. Dieser Austritt von flüssigem Kältemittel aus dem Sammler wird durch die hydrostatische Kondensation von Gas ausgeglichen, das von den Kompressoren abgegeben und durch das Druckregelventil 60 dosiert in den Sammelraum 17 abgegeben wird. Auf diese Weise bildet sich im Sammelraum ein Gleichgewichtszustand aus, durch den im Bereich der die Öffnung 54 umgebende Flüssigkeitsniveaudichtung ein vorbestimmter Druck aufrechterhalten wird. Es versteht sich, daß eine gewisse Kältemittelmenge kontinuierlich in dem Sammler 16 kondensiert, da durch den an der Oberfläche des flüssigen Kältemittels herrschenden hydrostatischen Gasdruck die Sättigungstemperatur des Gases aufrechterhalten wird, und daß der beim Abtauen mittels Gas in dem Sammler 16 auftretende Druckabfall dadurch kompensiert wird, daß das Druckregelventil 60 geöffnet und dadurch in dem Sammler ein Druckgasvorrat aufrechterhalten wird. Die Erfindung ist aber nicht auf Kälteanlagen eingeschränkt, in denen mit gesättigtem Gas abgetaut wird, sondern kann auch auf Kälteanlagen angewendet werden, in denen das Abtauen mit heißem Gas oder in üblicher Weise elektrisch oder mit Luft bewirkt wird.

Das Druckregelventil 60 arbeitet in Abhängigkeit von den es beaufschlagenden gegensinnig wirkenden Drücken, die in dem Vorsteuerteil 75 bzw. dem Sammelraum 17 und der unteren Ventilkammer 83 herrschen. Bei einem Druckabfall in dem Sammelraum 17 und der unteren Ventilkammer 83 wird die Ventilnadel 70 von ihrem Sitz abgehoben und strömt Druckgas zwischen der Einlaßkammer 63, 66 und der Auslaßkammer 68 in einer solchen Menge, daß die Beziehung Sammler-Kondensationsdruck aufrechterhalten wird. Wenn im Gleichgewichtszustand der Sammeldruck um etwa 0,034 bis 0,28 bar (0,5 bis 4 psi) höher ist als der Kondensationsdruck, schließ das Druckregelventil 60. Normalerweise erfolgt während des Austritts von unterkühltem Kältemittelkondensat in die Abzugsleitung 21 ständig ein Austritt von Flüssigkeit in einer kleinen Menge aus dem Sammelraum 17, so daß das Druckregelventil 60 ständig moduliert wird, um den Sammlerdruck aufrechtzuerhalten. Der Fühler 82 erfaßt auch die Temperaturveränderungen in der Abzugsleitung 21, wobei bei einem Temperaturanstieg in der Leitung 21 die Druckbeaufschlagung des Fühlers 82 und der oberen Druckkammer 80 ansteigt, so daß die Membran 77 und die Ventilnadel 70 abwärtsgedrückt werden und der Sammlerdruck proportional erhöht wird.

Für den Fachmann versteht es sich, daß das vorstehend erläuterte Ausführungsbeispiel im Rahmen des Erfindungsgedankens abgeändert werden kann.

Alle in den Unterlagen offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die offenbarte räumliche Ausgestaltung, werden, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind, als erfindungswesentlich beansprucht.

Claims (19)

1. Druckgeregelter Durchlaufsammler für eine Kälteanlage mit mindestens einem Kompressor, mindestens einem Kondensator und mindestens einem Verdampfer, dadurch gekennzeichnet, daß der druckgeregelte Sammler einen Behälter besitzt, der einen zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer geschalteten Sammelraum für flüssiges Kältemittel bildet, ferner eine in dem Behälter angeordnete und dem Sammelraum umgehende Durchlaufleitung für Kältemittel, mit einem Eintrittsende für von dem Kondensator kommendes, flüssiges Kältemittel, das sich auf Sättigungstemperaturen befindet, und mit einem Austrittsende zur Abgabe des flüssigen Kältemittels direkt an den Verdampfer, wobei die Durchlaufleitung an einer unterhalb des normalen Niveaus des Flüssigkeitsspiegels des flüssigen Kältemittels in dem Sammelraum gelegenen Stelle mit diesem in Verbindung steht.

2. Druckgeregelter Durchlaufsammler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Sammelraum im Bereich seines Bodens eine Abzugsleitung für Flüssigkeit verbunden und das Austrittsende der Durchlaufleitung so angeordnet ist, daß sie Kältemittelkondensat direkt in die Abzugsleitung abgibt.

3. Druckgeregelter Durchlaufsammler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzugsleitung einen vertikalen Teil besitzt, der an seinem oberen Ende am Boden des Sammelraums in diesen mündet, und daß die Durchlaufleitung aus einem vertikalen Rohr besteht, das sich mit mindestens einem Teil seines Austrittsendes in den vertikalen Teil der Abzugsleitung erstreckt.

4. Druckgeregelter Durchlaufsammler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Austrittsende des vertikalen Rohrs einen schrägen Einschnitt besitzt, dessen oberer Rand oberhalb des Bodens des Sammelraums und unterhalb des normalen Niveaus des Flüssigkeitsspiegels des flüssigen Kältemittels in dem Sammelraum angeordnet ist.

5. Druckgeregelter Durchlaufsammler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Kältemittel in dem Sammelraum eine Flüssigkeitssperre bildet, die das unten angeordnete Austrittsende des vertikalen Rohrs umschließt, und daß der schräge Einschnitt einen in Abhängigkeit von dem Kältemittelbedarf des Verdampfers erfolgenden Ab- und Zufluß von flüssigem Kältemittel zwischen dem Sammelraum und der Abzugsleistung ermöglicht.

6. Druckgeregelter Durchlaufsammler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Druckregelventil, das auf Abweichungen der Druck-Temperatur-Beziehung in dem Druckstoßdämpfer gegenüber der im Entwurf für die Kältemaschine für den Sättigungszustand vorgesehenen Druck- Temperatur-Beziehung in dem von dem Kondensator abgegebenen Kältemittel derart anspricht, daß in dem Sammelraum ein vorherbestimmter Druck aufrechterhalten wird.

7. Druckgeregeltr Durchlaufsammler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckregelventil eine mit der Druckseite des Kompressors verbundene Einlaßkammer, eine mit dem Sammelraum in Strömungsverbindung stehende Auslaßkammer und eine Verschlußeinrichtung besitzt, die die Verbindung zwischen der Einlaßkammer und der Auslaßkammer steuert.

8. Druckgeregelter Durchlaufsammler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckregelventil einen Vorsteuerteil besitzt, in dem ein unter Druck stehendes Fluid enthalten ist, das eine erste Kraft ausübt, die das Ventil zu öffnen trachtet, und in dem eine der ersten Kraft entgegenwirkende Kraft ausgeübt wird, die das Ventil im Schließsinne zu betätigen trachtet, wobei das unter Druck stehende Medium teilweise in einer Meßkugel enthalten ist, die auf Druck-Temperatur-Veränderungen in dem zu dem Verdampfer strömenden, flüssigen Kältemittel anspricht.

9. Druckgeregelter Durchlaufsammler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsteuerteil eine Membran besitzt, auf deren einer Seite eine erste Druckkammer vorgesehen ist, über die die Membran mit der ersten Kraft beaufschlagt wird, daß auf der anderen Seite der Membran eine zweite Kammer angeordnet ist, die mit dem Sammelraum in Strömungsverbindung steht, und daß die zweite Kraft unter Steuerung durch den in dem Sammelraum herrschenden Druck von Federmitteln ausgeübt wird, die die Verschlußeinrichtung im Schließsinne belasten.

10. Druckgeregelter Durchlaufsammler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsteuerteil die Verschlußeinrichtung derart zwischen einer Schließ- und einer Offenstellung bewegt, daß in dem Sammelraum ein Druck aufrechterhalten wird, der höher ist als der Kondensationsdruck in dem Kondensator.

11. Druckgeregelter Durchlaufsammler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußeinrichtung des Druckregelventils unter dem Einfluß eines durch den Austritt von Flüssigkeit aus dem druckgeregelten Sammler bedingten Druckabfalls in dem Sammelraum im Öffnungssinne bewegt wird.

12. Druckgeregelter Durchlaufsammler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußeinrichtung des Druckregelventils unter dem Einfluß eines durch Temperaturerhöhungen des von dem druckgeregelten Sammler zu dem Verdampfer strömenden, flüssigen Kältemittels bedingten Druckanstieges in der Meßkugel im Öffnungssinne bewegt wird.

13. Druckgeregelter Durchlaufsammler für eine Kälteanlage, die mindestens einen Kompressor, mindestens einen Kondensator und mindestens einen Verdampfer besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der druckgeregelte Sammler einen Sammelraum besitzt, der eine Quelle flüssigen Kältemittels für die Kälteanlage bildet, daß der druckgeregelte Sammler ferner eine Abzugsleitung besitzt, die am Boden des Sammelraums mit diesem verbunden ist und dazu dient, flüssiges Kältemittel nach Bedarf dem Verdampfer zuzuführen, ferner eine Kondensatleitung, die den Kondensator mit dem Sammelraum verbindet, und eine den Sammelraum durchsetzende und das darin enthaltene, flüssige Kältemittel umgehende Leitung mit einem Einlaß zum Empfang von Kältemittelkondensat von der Kondensatleitung und mit einem Auslaßende zur Abgabe von Kältemittelkondensat direkt in die Abzugsleitung, sowie eine Einrichtung, die in Abhängigkeit von dem Kältemittelzustand, der infolge des Kältemittelbedarfs des Verdampfers in der Abzugsleitung herrscht, einen Ab- und Zufluß von flüssigem Kältemittel zwischen dem Sammelraum und der Abzugsleitung ermöglicht.

14. Druckgeregelter Durchlaufsammler für eine Kälteanlage mit mindestens einem Kompressor, mindestens einem Kondensator und mindestens einem Verdampfer, dadurch gekennzeichnet, daß der druckgeregelte Sammler einen Sammelbehälter besitzt, der einen zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer geschalteten Sammelraum für flüssiges Kältemittel bildet, ferner eine den Sammelraum durchsetzende und umgehende Durchlaufleitung mit einem mit dem Kondensator verbundenen Einlaß und einem Auslaß zur Abgabe von flüssigem Kältemittel an den Verdampfer, wobei die Durchlaufleitung einen Durchlaß besitzt, der eine Strömungsverbindung mit dem Sammelraum unterhalb des darin vorhandenen Spiegels des flüssigen Kältemittels herstellt, so daß der Durchlaß von einer hydrostatischen Sperre umgeben ist, und weitere Mittel vorgesehen sind, die dazu dienen, Kältemittel unter hohem Druck dem Sammelraum zuzuführen, um den genannten Flüssigkeitsspiegel auf dem genannten Niveau aufrechtzuerhalten und normalerweise einen Austritt von Kältemitteln aus dem Sammelraum durch den Durchlaß zu bewirken.

15. Druckgeregelter Durchlaufsammler nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Verdampfer eine Flüssigkeits-Abzugsleitung verbunden ist, die einen Teil besitzt, der ein Einlaßende hat und im Bereich des Bodens des Sammelraums mit dem darin befindlichen flüssigen Kältemittel in Strömungsverbindung steht, und daß der Auslaß der Durchlaufleitung so angeordnet ist, daß er von dem Kondensat kommendes, flüssiges Kältemittelkondensat direkt an das Einlaßende des genannten Teils der Abzugsleitung abgeben kann.

16. Druckgeregelter Durchlaufsammler nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Durchlaufleitung verbundene Durchlaß im wesentlichen an dem Auslaß der Abzugsleitung und längs des Bodens des Sammelraums in diesen mündet, so daß in dem Sammelraum eine Temperaturschichtung des darin enthaltenen flüssigen Kältemittels im wesentlichen aufrechterhalten wird.

17. Druckgeregelter Durchlaufsammler nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Mittel ein Druckregelventil umfassen, das zwischen der Druckseite des Kompressors und dem Sammelraum geschaltet ist und auf Abweichungen des Druck- und Temperaturzustandes in der Abzugsleitung gegenüber dem dem Entwurf für die Kälteanlage zugrundeliegenden Sättigungs- Druck- und Temperaturzustand in dem Kondensator derart anspricht, daß in dem Sammelraum im wesentlichen ein vorherbestimmter Druck aufrechterhalten wird.

18. Druckgeregelter Durchlaufsammler nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckregelventil einen Vorsteuerteil besitzt, in dem ein gewählter Druck herrscht, mit dem das Ventil im Öffnungssinn beaufschlagt wird, und dem der im Sammelraum herrschende Druck im Schließsinn des Ventils entgegenwirkt, so daß das Steuerventil auf Grund eines durch einen Austritt von flüssigem Kältemittel zu dem Verdampfer hin bedingten Druckabfalls in dem Sammelraum im Öffnungssinn betätigt wird.

19. Druckgeregelter Durchlaufsammler nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der gewählte Druck auch in einer ballon- oder knollenförmigen Meßeinrichtung bzw. einem Fühler (sensing bulb) (82) herrscht, die mit der Abzugsleitung (21) in Wärmetauschbeziehung steht, so daß das Druckregelventil (60) auch durch einen durch eine Erwärmung des Kältemittels in der Abzugsleitung (21) bedingten Druckanstieg in der Meßeinrichtung (82) im Öffnungssinn betätigt wird.