DE3916025A1 - Rohreinfriergeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Rohreinfriergerät zum Einfrieren einer einfrierbare Medien führenden Rohr­ leitung vor und/oder hinter einem abzutrennenden Rohrleitungsabschnitt, mit einem gegenüber der Umge­ bung hermetisch abgeschlossenen Kältemittelkreis­ lauf, der einen Verflüssiger, ein nachgeschaltetes Drosselorgan und mindestens eine daran angeschlosse­ ne Zange aufweist, deren Backen in der geschlosse­ nen Stellung ein in Wärmeleitverbindung mit einem Rohr tretendes Zangenmaul bilden, jeweils einen als Verdampfer wirkenden Hohlkörper enthalten und mit einem Einlaß und einem Auslaß für das Kältemittel versehen sind.

Bei Reparatur- oder Installationsmaßnahmen an Roh­ ren oder Leitungen, insbesondere an Heizungsrohren, die ein gefrierfähiges Medium wie Wasser führen, wird zur Vermeidung der Notwendigkeit des Stille­ gens und des Entleerens der gesamten Heizungsanlage mit Hilfe eines Rohreinfriergerätes der eingangs ge­ nannten Art lediglich die Leitung an einer oder zwei Stellen vor und/oder hinter dem zu bearbeiten­ den Rohrleitungsabschnitt eingefroren. Auf diese Weise bildet sich an diesen Stellen ein fester Eis­ pfropfen, der den abzutrennenden Rohrleitungsab­ schnitt gegenüber der übrigen Anlage abdichtet. Dies geschieht dadurch, daß um diese Stellen eine Manschette, Zange o.dgl. um die Leitung gelegt wird, in die Kältemittel eingeleitet wird, dort ver­ dampft und die dafür notwendige Verdampfungswärme dem entsprechenden Rohrabschnitt entzieht, wodurch sich an dieser Stelle der gewünschte Eispfropfen im Rohr als Verschluß bildet.

Hierzu wurden früher vielfach Geräte verwendet, wie z.B. aus dem DE-GM 88 02 515 bekannt sind, bei de­ nen die Manschetten oder Zangen zum Rohr hin offen sind und mit diesem um dieses herum einen Hohlraum bilden. Das Kältemittel wird dabei über einen Schlauch in den Hohlraum eingeleitet, gelangt in di­ rekten Kontakt mit der Oberfläche des Rohres, ver­ dampft dort, entzieht die dafür notwendige Verdamp­ fungswärme dem umschlossenen Rohrabschnitt und tritt in Form von Gasen aus einer hierfür vorgesehe­ nen Auslaßöffnung in die Umgebung aus. Der Einsatz derartiger Rohreinfriergeräte ist jedoch bei Verwen­ dung von gesundheits- und umweltschädlichen Kälte­ mitteln problematisch. In einem solchen Fall sind nämlich insbesondere Personen, die Reparaturabeiten in geschlossenen Räumen durchführen, der Vergif­ tungsgefahr in erhöhtem Maße ausgesetzt. Da bei Re­ paraturarbeiten an Rohrleitungen häufig geschweißt oder gelötet wird, ist die Gefahr der thermischen Zersetzung freigesetzter Kältemitteldämpfe in Schweiß- bzw. Lötflammen sehr hoch. Die Verwendung von FCKW, einem handelsüblichen, preiswerten und vergleichsweise effektiven Kältemittel ist bei der­ artigen Geräten völlig ausgeschlossen, da FCKW be­ kanntlich eine Ursache für die Zerstörung der Ozon­ schicht in der Atmosphäre bildet.

Aus diesen Gründen sind Rohreinfriergeräte der ein­ gangs genannten Art entwickelt worden, deren Haupt­ merkmal ein gegenüber der Umgebung hermetisch abge­ schlossener Kältemittelkreislauf ist. Werden bei solchen Rohreinfriergeräten Manschetten oder Zangen verwendet, die zur Bildung eines Hohlraumes mit dem Rohr zu diesem hin offen sind, so muß unbedingt ei­ ne ausreichende Abdichtung der Manschette bzw. Zan­ ge zur Außenwand des Rohres vorhanden sein. Eine si­ chere Abdichtung ist jedoch nur unter hohem Aufwand zu erzielen und ist somit nicht ganz unproblema­ tisch. Deshalb eignet sich eher die Verwendung ei­ ner Zange, deren Backen einen vollständig abge­ schlossenen Hohlraum mit einer in berührenden Ein­ griff mit dem Rohr bringbaren Innenwand enthalten, wie sie im DE-GM 87 15 225 beschrieben ist. Zwar ist der Wärmeübergang vom Rohr in den Hohlraum we­ gen der dazwischenliegenden Innenwand geringfügig schlechter als bei einer Zange mit offenem Hohl­ raum, jedoch kann dieser Nachteil einerseits durch die Verwendung besonders wärmeleitfähiger Materia­ lien und andererseits dadurch aufgewogen werden, daß aufgrund des hermetisch abgeschlossenen Kälte­ mittelkreislaufes besonders effektive - auch umwelt­ gefährdende - Kältemittel verwendet werden können.

Als Drosselorgan wird bei diesem Rohreinfriergerät zur Einstellung des Kältemittel-Massestroms ein Ka­ pillarrohr benutzt, dessen Rohrlänge in jedem ein­ zelnen Falle in Abhängigkeit von dem Einstellungsbe­ reich des verwendeten Thermostaten und den Eigen­ schaften des aus Verdampfer, Verdichter und Verflüs­ siger bestehenden Kältemittelkreislaufs experimen­ tell bestimmt werden muß. D.h. aufgrund der einmal bestimmten und danach unveränderbaren Kapillarrohr­ länge bleibt die Kälteleistung fest eingestellt. So­ mit ist die optimale Verdampferfüllung nur in einem ganz bestimmten Betriebszustand erreichbar. Damit auch noch nach Erreichen der gewünschten Gefriertem­ peratur, bei welcher die Temperaturdifferenz zwi­ schen Rohr und Zange erheblich niedriger als zu Be­ ginn des Kühlvorgangs ist und somit nur noch ein entsprechend geringer Massestrom des Kältemittels benötigt wird, am Austritt des als Verdampfer wir­ kenden Hohlraumes in der Zange nur überhitzter Dampf vorhanden ist und keine Überfüllung mit Ge­ fahr für den Kompressor durch Flüssigkeitsschlag stattfindet, muß die Kapillarrohrlänge auf diesen Betriebszustand eingestellt werden. Dies bedeutet jedoch, daß zu Beginn des Kühlvorganges, wenn die Temperaturdifferenz zwischen Rohr und Zange noch sehr hoch ist, der als Verdampfer wirkende Hohlraum der Zange wegen des nur relativ geringen Massestroms und somit auftretender Unterfüllung schlecht ausge­ nutzt wird. Aufgrund dieser Gegebenheiten ist eine Herunterkühlung mit Hilfe der Kapillarrohr-Regelung nur sehr langsam möglich, wodurch die Gesamtkapazi­ tät der Anlage äußerst begrenzt ist, so daß sie ins­ besondere für Rohre mit größeren Durchmessern wegen der außerordentlich langen Kühlzeiten unwirtschaft­ lich wird und somit gar nicht mehr in Frage kommt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Rohrein­ friergerät der eingangs genannten Art derart weiter­ zubilden, daß erheblich kürzere Einfrierzeiten er­ zielt und auch Rohre größeren Durchmessers behan­ delt werden können.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Drossel­ organ ein thermostatisches Expansionsventil ist, dessen Fühler die Temperatur des Kältemittels in der von der Zange zum Verflüssiger führenden Rück­ leitung mißt.

Das erfindungsgemäß für ein Rohreinfriergerät ver­ wendete, an sich bekannte thermostatische Expansi­ onsventil läßt im Gegensatz zum Kapillarrohr eine Regelung zu. Bei dieser Regelung wird die Überhit­ zung am Verdampferende als Regelgröße zur Steuerung des Expansionsventils benutzt. Bei steigender Über­ hitzung öffnet das Ventil für einen größeren Masse­ strom des Kältemittels, bei fallender Überhitzung schließt es, um den Massestrom des Kältemittels zu begrenzen. Auf diese Weise wird der als Verdampfer wirkende Hohlkörper in der Zange optimal genutzt, weil seine Wärmeaustauschfläche in jedem Betriebs­ zustand die jeweils maximal mögliche Wärmemenge übertreten und damit abfließen läßt. Von der Kälte­ mittelseite aus gesehen bedeutet dies, daß stets die gesamte zur Verfügung stehende Wärmeaustausch­ fläche vom verdampfenden Kältemittel benetzt werden muß. Mit Hilfe des thermostatischen Expansionsven­ tils wird nun die Füllung des Verdampfers immer so geregelt, daß unabhängig von der herrschenden Tempe­ raturdifferenz, die zu Beginn der Kühlung sehr hoch und nach Erreichen der gewünschten Gefriertempera­ tur relativ niedrig ist, eine optimale Füllung des Verdampfers erreicht wird, ohne daß eine Überfül­ lung zum Rückströmen unverdampften Kältemittels zum Kompressor führt. D.h. aufgrund der Regelung des Kältemittel-Massestroms durch das thermostatische Expansionsventil ist in der von der Zange zum Ver­ flüssiger führenden Rückleitung nur überhitzter Dampf vorhanden.

Erfindungsgemäß wird die Kapazität der Anlage nicht von den physikalischen Verhältnissen im Gefrierzu­ stand bestimmt, sondern wird unabhängig davon so ausgelegt, daß eine schnelle Abkühlung von Rohren, auch von solchen mit großem Durchmesser, möglich ist. Denn das thermostatische Expansionsventil re­ gelt den Massestrom so, daß er bei hoher Temperatur­ differenz zwischen Zange und Rohr zu Beginn des Kühlvorganges am größten ist und bis zum Erreichen der Nenn-Gefriertemperatur im Endzustand entspre­ chend verringert wird, da dann die Temperaturdiffe­ renz erheblich geringer ist und somit auch ein ent­ sprechend geringerer Massestrom nur noch benötigt wird. Entsprechend steil verläuft die Temperatur­ kurve zu Beginn des Kühlvorganges nach unten, wäh­ rend die Steigung zum Endzustand hin immer mehr ab­ nimmt; die Temperaturkurve hat also einen hyperboli­ schen Verlauf.

Vorzugsweise ist die Kälteleistung des Rohreinfrier­ gerätes im wesentlichen von derjenigen Wärmemenge bestimmt, die bei der am höchsten auftretenden Tem­ peraturdifferenz über die Zange abgeführt werden kann, wobei die Breite des das Rohr umschließenden Zangenmauls mindestens das 0,9fache seines Durchmes­ sers beträgt. Denn das erfindungsgemäße Rohrein­ friergerät kann besonders vorteilhaft dann einge­ setzt werden, wenn die Zangenbacken einen Rohrab­ schnitt flächig bedecken, dessen axiale Länge minde­ stens das 0,9fache seines Außendurchmessers beträgt.

Bei einer weiteren Ausgestaltung dieser Ausführungs­ form ist das Expansionsventil in der Zange angeord­ net. Auf diese Weise werden Wärme und Druckverluste vermieden, die in einer Leitung zwischen dem Expan­ sionsventil und der Zange auftreten können. Denn bei dieser Weiterbildung erfolgt die Verdampfung di­ rekt hinter dem Expansionsventil in den Hohlkörpern der Zangenbacken.

Allerdings sind Expansionsventile, die ihre Öff­ nungsweite bis zur geschlossenen Stellung stufenlos verringern können, sehr teuer, da die Konstruktion sehr aufwendig und kompliziert ist. Demgegenüber sind solche Expansionsventile erheblich preiswer­ ter, die nur einen eingeschränkten Regelbereich be­ sitzen, d.h. eine Mindestöffnungsweite nicht unter schreiten können, sondern darunter völlig absper­ ren. Will man aus Kostengründen derartige preiswer­ te Expansionsventile im erfindungsgemäßen Rohrein­ friergerät verwenden, so erhält man zwar weiterhin die gewünschte schnelle Abkühlung, jedoch kann im Endzustand die Gefahr einer Überfüllung der Rücklei­ tung auftreten, da das Expansionsventil im unter­ sten Arbeitspunkt seines Regelbereiches immer noch mehr Kältemittel-Massenstrom liefert, als für die Verdampfung in der Zange benötigt wird. Um dies zu vermeiden, zeichnet sich eine weitere Ausführungs­ form der Erfindung dadurch aus, daß der Verdampfer zusätzlich aus der zur Zange führenden Zuleitung ge­ bildet ist, deren Mindestvolumen sich bei vorgegebe­ nem Gesamtvolumen der Hohlräume der Zangenbacken da­ nach bestimmt, daß das Kältemittel im untersten Ar­ beitspunkt des vom thermostatischen Expansionsven­ til vorgegebenen Regelbereiches am Anfang der Rück­ leitung im wesentlichen verdampft ist. Die Zulei­ tung vom Expansionsventil zur Zange dient somit - bei geringem und entsprechend langsamen Massen­ strom - als "Vor"-Verdampfer bzw. Puffer, in dem be­ reits vor der Zange ein Teil des Kältemittels ver­ dampft, damit es bis zum Austritt aus der Zange vollständig verdampft ist, wodurch die Gefahr des Überfüllens und somit eines Flüssigkeitsschlages im Kompressor vermieden wird. Da auf diese Weise nicht nur dem Rohr, sondern auch durch der Umgebung Wärme entzogen wird, wird das Kältemittel vom Expansions­ ventil zur Zange etwas aufgewärmt. Dieser Wärmever­ lust kann jedoch angesichts der erheblichen kosten­ mäßigen Einsparungen beim Expansionsventil ohne wei­ teres in Kauf genommen werden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Er­ findung können zwei Zangen parallel geschaltet sein, indem bei jeder Zange der Einlaß der ersten Backe mit einer Zuleitung, der Auslaß der ersten Backe mit dem Einlaß der zweiten Backe und der Aus­ laß der zweiten Backe mit der Rückleitung verbunden ist. Vorzugsweise ist dabei jede Zange über eine ge­ trennte Zuleitung am thermostatischen Expansionsven­ til angeschlossen.

Bei einer alternativen Ausführung sind zwei Zangen in Reihe geschaltet, indem der Einlaß der ersten Backe der ersten Zange mit der Zuleitung, der Aus­ laß der ersten Backe mit dem Einlaß der zweiten Backe der ersten Zange, der Auslaß der zweiten Backe der ersten Zange mit dem Einlaß der ersten Backe der zweiten Zange, der Auslaß der ersten Backe mit dem Einlaß der zweiten Backe der zweiten Zange und der Auslaß der zweiten Backe der zweiten Zange mit der Rückleitung verbunden ist.

Die Parallelschaltung hat den Vorteil, daß in bei­ den Zangen dieselbe Verdampfungstemperatur herrscht, wobei jedoch insgesamt vier Zu- und Rück­ leitungen benötigt werden. Demgegenüber ist bei der Serienschaltung am Zangenpaar insgesamt nur eine Zu- und eine Ableitung angeschlossen, was bei man­ chen Anwendungsfällen aufgrund beengter Platzver­ hältnisse von Vorteil sein kann. Allerdings ist dann die Verdampfungstemperatur in beiden Zangen nicht gleich, sondern ist in der nachgeschalteten Zange etwas höher, so daß das Einfrieren dort etwas länger dauert.

Wegen ihrer Flexibilität sollten die Zu- und Ablei­ tungen vorzugsweise aus kältebeständigen Schläuchen bestehen, und zwar beispielsweise aus kältebeständi­ gem Gummi oder aus Polyamid mit einer Gummidecke.

Es hat sich herausgestellt, daß das thermostatische Expansionsventil vorzugsweise auf eine Temperatur­ differenz von 5°K eingestellt werden sollte.

Bei einer weiteren Ausführung der Erfindung ist in die zum Verflüssiger führende Rückleitung ein Flüs­ sigkeitsabscheider geschaltet. Dies stellt nur eine zusätzliche Sicherungsmaßnahme zum Schutz eines Kom­ pressors dar.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Rohreinfriergerätes in einer ersten Ausführung;

Fig. 2a, b eine Zange in vergrößerter Einzelan­ sicht, und zwar in Seitenansicht (a) und Draufsicht (b);

Fig. 3 den Anschluß der beiden Zangen an das Rohreinfriergerät in einer zweiten Aus­ führung;

Fig. 4 ein Diagramm, das die Arbeitsweise des in der ersten und zweiten Ausführungs­ form verwendeten Expansionsventils zeigt;

Fig. 5 den Anschluß der beiden Zangen an eine dritte Ausführung eines Rohreinfrierge­ rätes;

Fig. 6 den Anschluß der beiden Zangen an eine vierte Ausführung des Rohreinfriergerä­ tes; und

Fig. 7 ein Diagramm, das die Arbeitsweise des in der dritten und vierten Ausführung verwendeten Expansionsventils zeigt.

In Fig. 1 ist schematisch als Blockschaltbild eine erste Ausführung des Rohreinfriergerätes mit dem Kältemittelkreislauf dargestellt, der gegenüber der Umgebung hermetisch abgeschlossen ist. Ein Kompres­ sor 4 dient zur Verdichtung und zum Transport des Kältemittels und ist über einen Ölabscheider 6 an einen Verflüssiger 10 angeschlossen. Das vom Ölab­ scheider 6 aus dem Kältemittel herausgefilterte Öl wird über eine Ölrückführleitung 8 dem Kompressor 4 wieder zugeführt. Für eine verbesserte Wärmeabfuhr vom Verflüssiger 10 sorgt ein Ventilator 12. Vom Verflüssiger 10 wird das Kältemittel über einen Sam­ melbehälter 10, einen Trockner-Filter 16 und ein Schauglas 18 zum thermostatischen Expansionsventil 20 transportiert. Am Eingang des thermostatischen Expansionsventils 20 hat das Kältemittel eine Tempe­ ratur von etwa +28°C und einen Druck von etwa 13,31 kp/cm². Vom Expansionsventil 20 wird das Kältemit­ tel auf einen Druck von etwa 1,66 kp/cm² entspannt und auf eine Temperatur von etwa -35°C herabge­ setzt. An das Expansionsventil 20 ist ein T-Verbin­ dungsstück 22 angeschlossen, von dem zwei Zulei­ tungsschläuche 24, 24′ zu zwei Zangen 26, 26′ füh­ ren. Die Zuleitungsschläuche 24, 24′ bestehen vor­ zugsweise aus kältebeständigem Gummi oder Polyamid mit Gummidecke und haben dabei mindestens eine Län­ ge von 2 m und einen Innendurchmesser von 7,9 mm.

Der Aufbau der Zangen 26, 26′ im einzelnen ist in Fig. 2 gezeigt, wobei die Zange 26 dargestellt ist. Hauptbestandteil der Zange sind zwei Backen 28, 30, die gemeinsam ein an ein Rohr setzbares Zangenmaul 40 bilden. Jede Backe 28, 30 enthält einen Hohlraum von etwa 48 cm³, zu dem jeweils ein Einlaß 32 bzw. 36 und ein Auslaß 34 bzw. 38 führt. Die Backen 28, 30 sind über ein Verbindungsgelenk 42 aneinander an­ gelenkt, das mit einer nicht dargestellten, einen Klemmandruck erzeugenden Feder versehen ist. Jede Backe 28, 30 läuft in einem über das Verbindungsge­ lenk 42 hinausragenden Handgriff 48, 49 aus. Das Zangenmaul 40 wird von in jede Backe 28, 30 einge­ formten Mulden 50, 51 gebildet. In jede Mulde 50, 51 können nicht dargestellte Halbschalen lösbar ein­ gesetzt werden, die ausgewechselt werden können, um Anpassungen an unterschiedliche Rohrdurchmesser ei­ ner zu reparierenden Rohrleitung zu ermöglichen. Zum Anschluß von Schläuchen ist jeder Einlaß 32 und 36 und jeder Auslaß 34 und 38 als Anschlußstutzen ausgebildet.

Wie Fig. 1 zeigt sind beide Zangen 26, 26′ parallel geschaltet. Hierzu ist bei jeder Zange 26, 26′ der zugehörige Zuleitungsschlauch 24 bzw. 24′ an den Einlaß 32 bzw. 32′ der ersten Backe 28 bzw. 28, an­ geschlossen. Der Auslaß 34 bzw. 34′ der ersten Backe 28 bzw. 28′ ist bei jeder Zange 26, 26′ mit dem Einlaß 36 bzw. 36′ der zweiten Backe 30 bzw. 30′ und deren Auslaß 38 bzw. 38′ mit einer Rücklei­ tung 60 bzw. 60′ verbunden.

Die Hohlräume in den Zangenbacken 28, 28′, 30, 30′ wirken als Verdampfer, in denen das Kältemittel bei einer Temperatur von etwa -32°C vollständig ver­ dampft, so daß durch die beiden Rückleitungsschäu­ che 60, 60′ nur noch Dampf geführt wird. Ggf. ver­ dampft auch bereits ein Teil des Kältemittels in den beiden Zuleitungsschläuchen 24, 24′ vor den Zan­ gen 26, 26′, was weiter unten noch näher beschrie­ ben wird.

Von den Zangen 26, 26′ führen beide Rückleitung­ schläuche 60, 60′ zu einem T-Verbindungsstück 62, das sie zu einer einzigen Sauggasleitung 68 verbin­ det. Die Rückleitungsschläuche 60, 60′ können vor­ zugsweise aus demselben Material wie die Zuleitungs­ schläuche 24, 24′ bestehen. An der Sauggasleitung 68 mißt ein Expansionsventilfühler 64 die Tempera­ tur, die als elektrisches Signal über eine Fühler­ leitung 66 dem thermostatischen Expansionsventil 20 übermittelt wird. Das thermostatische Expansions­ ventil ist auf eine Temperaturdifferenz von 5°K eingestellt. In der Sauggasleitung 68 besitzt das dampfförmige Kältemittel eine Tempera­ tur von etwa -30°C und einen Druck von etwa 2,03 kp/cm². An die gemeinsame Sauggasleitung 68 ist ein Füllkontrollanschluß 70 angeschlossen. Die Sauggas­ leitung 68 führt zu einem Flüssigkeitsabscheider 72, der als zusätzliche Sicherungsmaßnahme gegen Flüssigkeitsschlag im Kompressor 4 eingebaut ist. Vom Flüssigkeitsabscheider 72 wird das Kältemittel schließlich dann wieder in den Kompressor 4 gelei­ tet.

Bis auf die Zangen 26, 26′ und die daran angeschlos­ senen Schläuche 24, 24′ und 60, 60′ sind alle übri­ gen Teile im schützenden Gehäuse 80 enthalten.

Anstelle der in Fig. 1 gezeigten Parallelschaltung können auch beide Zangen 26, 26′ in Reihe zueinan­ der geschaltet werden, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen dadurch, daß am Zangenpaar 26, 26′ insgesamt nur ein Zuleitungsschlauch 24 und ein Rückleitungsschlauch 60 angeschlossen ist, so daß die bei der ersten Ausführungsform benötigten T-Verbindungsstücke 22 und 62 entfallen. Bei jeder Zange 26, 26′ ist der Auslaß 34 bzw. 34′ der ersten Backe 28 bzw. 28′ mit dem Einlaß 36 bzw. 36′ der zweiten Backe 30 bzw. 30′ verbunden. Der Auslaß 38 der zweiten Backe 30 der ersten Zange 26 ist über einen Verbindungsschlauch am Einlaß 32′ der ersten Backe 28′ der zweiten Zange 26′ angeschlossen. Der Auslaß 38′ der zweiten Backe 30′ der zweiten Zange 26′ ist mit dem Rückleitungsschlauch 60 verbunden, der im Gehäuse 80 an die Sauggasleitung 68 ange­ schlossen ist.

Die beiden zuvor beschriebenen Ausführungsformen zeichnen sich dadurch aus, daß beide Zange 26, 26′ über einen Zuleitungsschlauch 24 bzw. 24′ an das thermostatische Expansionsventil 20 angeschlossen sind. Diese Anordnung empfiehlt sich dann, wenn ein thermostatisches Expansionsventil 20 verwendet wird, das nur einen eingeschränkten Regelbereich be­ sitzt, d.h. eine Mindestöffnungsweite nicht unter­ schreiten kann. Solche Expansionsventile sind im Ge­ gensatz zu denjenigen Ventilen, die ihre Öffnungs­ weite bis zur geschlossenen Stellung stufenlos ver­ ringern können, in ihrem Aufbau einfacher und erheb­ lich preiswerter.

Auch ein solches Expansionsventil regelt den Kälte­ mittel-Massestrom so, daß er bei hoher Temperatur­ differenz zwischen Zange 26 bzw. 26′ zu Beginn des Kühlvorganges am größten ist und bis zum Erreichen der Nenn-Gefriertemperatur am Rohr entsprechend ver­ ringert wird. Somit sinkt zu Beginn des Kühlvorgan­ ges die Temperatur rasch ab, während die Steigung der Temperaturkurve zum Endzustand hin immer mehr abnimmt. Entsprechend regelt das thermostatische Ex­ pansionsventil 20 den Kältemittel-Massestrom, wie schematisch das Diagramm von Fig. 4 zeigt. Zu Be­ ginn des Kühlvorganges ist die Temperaturdifferenz sehr hoch, z.B. 105°K, wenn das flüssige Medium im Rohr an der vom Zangenmaul 40 umschlossenen Stelle +70°C beträgt und auf -35°C heruntergekühlt werden soll. Dann wird der größtmögliche Kältemittel-Masse­ strom benötigt, so daß das Expansionsventil 20 voll­ ständig geöffnet ist. Dagegen ist im Bereich der Nenn-Gefriertemperatur die Temperaturdifferenz sehr gering und beträgt nur wenige °K, da sie nur noch von den Wärmeverlusten verursacht wird. Dementspre­ chend wird auch nur noch ein sehr geringer Kältemit­ tel-Massestrom benötigt.

Jedoch liegt die Mindestöffnungsweite des oben er­ wähnten thermostatischen Expansionsventils 20 einfa­ cher Bauart oberhalb der im Endzustand im Bereich der Gefriertemperatur benötigten Öffnungsweite, so daß im Verhältnis zur herrschenden geringen Tempera­ turdifferenz immer noch mehr Kältemittel-Massestrom geliefert wird, als für die Verdampfung in der Zan­ ge bei Erreichen der Gefriertemperatur benötigt wird. Somit könnte die Gefahr einer Überfüllung des Rückleitungsschlauches 60 bzw. 60′ auftreten. Dies wird jedoch dadurch vermieden, daß der Verdampfer zusätzlich aus dem zu den Zangen 26, 26′ führenden Zuleitungsschlauch 24 bzw. 24′ gebildet wird. Der Zuleitungsschlauch 24 bzw. 24′ dient somit als "Vor"-Verdampfer bzw. Puffer, in dem bereits vor den Zangen 26, 26′ ein Teil des Kältemittels ver­ dampft - und zwar um so mehr, je mehr sich die Tem­ peratur im Rohr der Verdampfungstemperatur in Zan­ gen 26, 26′ nähert und sich dabei die Temperaturdif­ ferenz zwischen Rohr und den Zangen 26, 26′ verrin­ gert. Somit bleibt gewährleistet, deß das Kältemit­ tel beim Eintritt in den Rückleitungsschlauch 60 bzw. 60′ vollständig verdampft ist, wodurch die Ge­ fahr des Überfüllens und somit eines Flüssigkeits­ schlages im Kompressor 4 vermieden wird.

Diesen Vorgang zeigt in anschaulicher Weise das Dia­ gramm von Fig. 4, wobei am Punkt X das Expansions­ ventil auf seine Mindestöffnungsweite geschlossen ist und somit auch bei niedrigeren Temperaturen bzw. geringeren Temperaturdifferenzen einen konstan­ ten Mindest-Massestrom liefert (Kurve A), auch wenn nur ein geringerer Massestrom entsprechend der ge­ strichelten Kurve B benötigt wird. Je stärker die Differenz zwischen den Kurven A und B (schraffierte Fläche C) wird, um so mehr Kältemittel wird im Zu­ leitungsschlauch 24 bzw. 24′ verdampft.

Spielen dagegen die Kosten keine Rolle, kann für das erfindungsgemäße Rohreinfriergerät auch ein thermostatisches Expansionsventil verwendet werden, das seine Öffnungsweite bis zur geschlossen Stel­ lung stufenlos verringern kann. Dann empfielt es sich zur Vermeidung von Wärmeverlusten aber, das Ex­ pansionsventil direkt an der Zange 26 bzw. 26′ anzu­ ordnen. Eine solche Ausführung ist in den Fig. 5 und 6 dargestellt.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 5 unterscheidet sich somit von der Ausführung nach Fig. 1 dadurch, daß anstelle eines Expansionsventils vor dem T-Verbin­ dungsstück 22 nunmehr an jeder Zange 26, 26′ ein thermostatisches Expansionsventil 20′ und 20′′ ange­ ordnet ist, und zwar direkt am Einlaß 32 bzw. 32′ der ersten Backe 28 bzw. 28′. Der zugehörige Expan­ sionsventilfühler 64′ bzw. 64′′ ist dabei am Auslaß 38 bzw. 38′ der zweiten Backe 30 bzw. 30′ angeord­ net. Im übrigen ist der Aufbau dieser Ausführungs­ form derselbe wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Rohreinfriergerät.

In Fig. 6 ist eine Ausführungsform gezeigt, die sich von der Ausführung gemäß Fig. 3 dadurch unter­ scheidet, daß das thermostatische Expansionsventil 20′ am Einlaß 32 der ersten Backe 28 der ersten Zan­ ge 26 und der zugehörige Expansionsventilfühler 64′ am Auslaß 38′ der zweiten Backe 30′ der zweiten Zan­ ge 26′ angeordnet ist. Im übrigen ist der Aufbau der gleiche wie bei der Ausführung gemäß Fig. 3.

In Fig. 7 ist die Kennlinie des Regelbereiches des in den Ausführungen gemäß Fig. 5 und 6 verwendeten Expansionsventils dargestellt. Hieraus erkennt man, daß es sich bei diesem thermostatischen Expansions­ ventil um ein Ventil mit "idealem" Regelverhalten handelt. Dieses Ventil unterscheidet sich von dem in der Ausführung gemäß Fig. 1 und 3 verwendeten Ventil dadurch, daß es auch im unteren Temperaturbe­ reich den Massestrom entsprechend der gestrichelten Kurve B von Fig. 4 regelt.

Claims (13)

1. Rohreinfriergerät zum Einfrieren einer einfrier­ bare Medien führenden Rohrleitung vor und/oder hin­ ter einem abzutrennenden Rohrleitungsabschnitt, mit einem gegenüber der Umgebung hermetisch abgeschlos­ senen Kältemittelkreislauf, der einen Verflüssiger (10), ein nachgeschaltetes Drosselorgan (20) und mindestens eine daran angeschlossene Zange (26; 26′) aufweist, deren Backen (28, 28′; 30, 30′) in der geschlossenen Stellung ein in Wärmeleitverbin­ dung mit einem Rohr tretendes Zangenmaul (40) bil­ den, jeweils einen als Verdampfer wirkenden Hohlkör­ per enthalten und mit einem Einlaß (32, 32′; 36, 36′) und einem Auslaß (34, 34′; 38, 38′) für das Kältemittel versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselorgan ein thermostatisches Expansionsventil (20) ist, dessen Fühler (64) die Temperatur des Kältemittels in der von der Zange (26; 26′) zum Verflüssiger (10) führenden Rückleitung (68) mißt.

2. Rohreinfriergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kälteleistung des Rohreinfriergerätes im wesentlichen von derjenigen Wärmemenge bestimmt ist, die bei der am höchsten auftretenden Temperaturdifferenz über die Zange (26, 26′) abgeführt werden kann, wobei die Breite des das Rohr umschließenden Zangenmauls (40) min­ destens das 0,9fache seines Durchmessers beträgt.

3. Rohreinfriergerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Expensionsventil (20) in der Zange (26, 26′) angeordnet ist.

4. Rohreinfriergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer zusätz­ lich aus der zur Zange (26, 26′) führenden Zulei­ tung (24, 24′) gebildet ist, deren Mindestvolumen sich bei vorgegebenem Gesamtvolumen der Hohlräume der Zangenbacken (28, 28′; 30, 30′) danach be­ stimmt, daß das Kältemittel im untersten Arbeits­ punkt des vom thermostatischen Expansionsventil (20) vorgegebenen Regelbereiches am Anfang der Rück­ leitung (60, 60′) im wesentlichen verdampft ist.

5. Rohreinfriergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Zangen (26; 26′) parallel geschaltet sind, indem bei jeder Zange (26; 26′) der Einlaß (32; 32′) der ersten Backe (28; 28′) mit einer Zuleitung (24; 24′), der Auslaß (34; 34′) der ersten Backe (28; 28′) mit dem Einlaß (36; 36′) der zweiten Backe (30; 30′) und der Aus­ laß (38; 38′) der zweiten Backe (30; 30′) mit der Rückleitung (60; 60′) verbunden ist.

6. Rohreinfriergerät nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zange (26, 26′) über eine getrennte Zuleitung (24, 24′) am thermo­ statischen Expansionsventil (20) angeschlossen ist.

7. Rohreinfriergerät nach einem der Ansprüch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Zangen (26, 26′) in Reihe geschaltet sind, indem der Einlaß (32) der ersten Backe (28) der ersten Zange (26) mit der Zu­ leitung (24), der Auslaß (34) der ersten Backe (28) mit dem Einlaß (36) der zweiten Backe (30) der er­ sten Zange (26), der Auslaß (38) der zweiten Backe (30) der ersten Zange (26) mit dem Einlaß (32′) der ersten Backe (28′) der zweiten Zange (26′), der Aus­ laß (34′) der ersten Backe (28′) mit dem Einlaß (36′) der zweiten Backe (30′) der zweiten Zange (26′) und der Auslaß (38′) der zweiten Backe (30′) der zweiten Zange (26′) mit der Rückleitung (60) verbunden ist.

8. Rohreinfriergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Ableitungen (24, 24′; 60, 60′) aus kältebeständigen Schläuchen bestehen.

9. Rohreinfriergerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schläuche aus kälte­ beständigem Gummi bestehen.

10. Rohreinfriergerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schläuche aus Polya­ mid mit einer Gummidecke bestehen.

11. Rohreinfriergerät nach Anspruch 4, 6 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die die Zuleitung bil­ denden Schläuche (24, 24′) einen Durchmesser von mindestens 7,9 mm und eine Länge von mindestems 2 m besitzen und das Gesamtvolumen der Hohlräume in den Backen der beiden Zangen 48 cm³ beträgt.

12. Rohreinfriergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das thermostatische Ex­ pansionsventil (20) auf eine Temperaturdifferenz von 5°K eingestellt ist.

13. Rohreinfriergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in die zum Verflüssiger (10) führende Rückleitung (68) ein Flüssigkeitsab­ scheider (72) geschaltet ist.