DE4014436A1 - Umwaelzthermostat mit kompressions-kaeltemaschine und verfahren zum betreiben des umwaelzthermostaten - Google Patents
Umwaelzthermostat mit kompressions-kaeltemaschine und verfahren zum betreiben des umwaelzthermostatenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Umwälzthermostaten ge
mäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruch 1; sie be
trifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines solches Um
wälzthermostaten.
Solche Umwälzthermostaten werden häufig in Temperiergeräten
eingesetzt, zum Beispiel im Kälte-Wärme-Thermostaten. Regel
mäßig weisen solche Kompressions-Kältemaschinen einen ge
schlossenen Kältemittelkreislauf auf. Bei entsprechenden
Temperiergeräten kann jedoch in bekannter Weise ein zum Bei
spiel offenes Bad an das Temperiergerät beigestellt und an
geschlossen werden.
Bei solchen Umwälzthermostaten gemäß dem Oberbegriff von An
spruch 1 wird das Kältemittel in aller Regel in einem Kom
pressor unter Temperaturanstieg auf einen höheren Druck ge
bracht, anschließend zum Beispiel in einem Kondensator abge
kühlt und zu einem Expansionsventil geführt, an den sich ein
Verdampfer anschließt, mittels dessen der Verdampfer-Umge
bung Wärme entzogen wird, während das Kältemittel verdampft.
Kühlmittelleitungen beziehungsweise Leitungsabschnitte ver
binden die einzelnen vorerwähnten Maschinenteile und der im
Verdampfer entstandene heiße Kältemitteldampf wird zum Kom
pressor zurückgeführt.
Derartige Umwälzthermostate beziehungsweise ihre Kom
pressions-Kältemaschinen haben noch erhebliche Nachteile. So
kann geschehen, daß der vom Verdampfer kommende, heiße
Kältemitteldampf eine zu hohe Temperatur für den Kompressor
hat. Um dies zu vermeiden, hat man auch bereits vorgesehen,
daß nach dem Expansionsventil ein Teil des noch kalten
Kältemitteldampfes abgezweigt und direkt der Saugseite des
Kompressors zugeführt wird. Dieser kalte Kältemitteldampf
vermischt sich dann mit dem aus dem Verdampfer kommenden,
überhitzten Kältemitteldampf, so daß sich eine Verminderung
der Dampftemperatur des Kältemittels an der Saugseite des
Kompressors ergibt. Mit dieser an sich bekannten Methode
läßt sich zwar die durchschnittliche Temperatur des den
Kompressor zufließenden Kältemitteldampfes vermindern. Es
besteht jedoch die Gefahr, daß sich in dem kalten
Kältemitteldampf noch Flüssigkeitsanteile befinden, die zu
einer Beschädigung oder aber zum Zerstören des Kompressors
führen können. Zum passenden, direkten Zuführen eines Teiles
des vom Expansionsventil kommenden Kältemitteldampfes zum
Kompressor sind auch aufwendige Regelungen erforderlich.
Trotzdem kann nicht immer mit der notwendigen Sicherheit
vermieden werden, daß Kältemittel-Flüssigkeitsanteile noch
in den Kompressor gelangen und die vorerwähnten Nachteile
bewirken.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher insbesondere die Auf
gabe zugrunde, einen Umwälzthermostat mit Kompressions-
Kältemaschine zu schaffen, die einerseits einfach im Aufbau
ist, bei der andererseits sowohl die Zufuhr von zu heißem
Kältemitteldampf zum Kompressor und/oder das Eintreten von
Kältemittel-Flüssigkeitsanteilen in den Kompressor sicher
vermieden werden. Die Ausbildung eines solchen Umwälzther
mostaten soll dabei auch wenig oder gar keinen zusätzlichen
Raumbedarf haben, unter anderem, weil solche Umwälzthermos
tate oft als Laborgeräte Verwendung finden und dort sparsam
mit Arbeitsplatzfläche umgegangen werden soll, was übrigens
auch sonst von Vorteil ist.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht bei einem
Umwälzthermostat gemäß der eingangs erwähnten Art insbeson
dere in den Merkmalen des Kennzeichnungsteils von Anspruch
1.
Es besteht ferner die Aufgabe, ein Verfahren zu schaffen,
mit dem die vorerwähnten Nachteilen von Umwälzthermostaten
mit entsprechenden Kompressions-Kältemaschinen vermieden
werden können. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe
besteht bei einem Verfahren zum Betreiben eines solchen Um
wälzthermostaten gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 8 in den
Verfahrensschritten gemäß dem Kennzeichnungsteil von
Anspruch 8.
Zusätzliche Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter
ansprüchen aufgeführt.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgen
den Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung in
Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Die ein
zelnen Merkmale können je für sich oder zu mehreren bei
einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein.
Es zeigen in unterschiedlichen Maßstäben:
Fig. 1 Eine Rückansicht eines Umwälzthermostaten in ver
kleinertem Maßstab,
Fig. 2 eine Seitenansicht des Gehäuses des Thermostaten
entsprechend Fig. 1,
Fig. 3 ein stärker schematisiertes Fließbild des Umwälz
thermostaten.
Ein Umwälzthermostat 1 ist in einem Gehäuse 2 (Fig. 1 u.
2) untergebracht und weist u.a. in bekannter Weise eine
Kompressions-Kältemaschine auf, die in dieser Anmeldung auch
kurz "Kältemaschine 3" genannt wird. Eine solche Kälte
maschine 3 ist im Fließbild in Fig. 3 dargestellt. Solche
Kältemaschinen haben üblicherweise einen Kompressor 4, einen
Kondensator 5, ein Expansionsventil 6, einen Verdampfer 7
sowie diese Maschinenteile 4 bis 7 verbindende, hier allge
mein mit L bezeichnete Kältemittelleitungen. Wie bekannt,
wird das Kältemittel im Kompressor 4 auf einen höheren Druck
und eine höhere Temperatur gebracht. Bei bisher bereits be
kannten Anlagenschließt sich - im Wege des Kältemittels - ge
wöhnlich an den Kompressor 4 der Kondensator an.
In ihm wird bei bekannten Kältemaschinen das Kältemittel
gleichzeitig enthitzt und anschließend verflüssigt, so daß
ein Enthitzer und der Kondensator gewöhnlich ein integrier
tes Maschinenbauteil darstellen. Im Fließbild nach Fig. 3
ist bei der anmeldungsgemäßen Kältemaschine 3 zwischen dem
Kompressor 4 und dem Kondensator 5 ein eigenständiger Wärme
tauscher 14 als Enthitzer vorgesehen. Wie bekannt, wird das
Kältemittel im Kompressor 4 auf einen höheren Druck und auf
eine höhere Temperatur gebracht und anschließend, sei es
alleine im Kondensator 5, sei es zunächst im Enthitzer 14
und anschließend im Kondensator 5 abgekühlt, gewöhnlich
unter gleichzeitiger Verflüssigung des Kältemittels. Dieses
wird dann über entsprechende Kältemittelleitungen zum Expan
sionsventil 6 und wird dort bei den bisher bekannten Kälte
maschinen zum Verdampfer 7 geführt. Im Expansionsventil kann
das unter erhöhtem Druck stehende Kältemittel sich ent
spannen, so daß dadurch seine Temperatur abnimmt. Gewöhnlich
verdampft das Kältemittel dazu im Verdampfer 7, wobei es
kälter als dessen Umgebung wird. Mit anderen Worten: Der
Verdampfer 7 kann seine Umgebung abkühlen. Von ihm gelangt
bei den bisher bekannten Kältemaschinen das Kühlmittel wieder
zum Kompressor 4, wobei sich der vorbeschriebene Kreislauf-
Vorgang des Kühlmittels wiederholt.
Gemäß der Erfindung ist nun, wie insbesondere gut aus dem
Fließbild nach Fig. 3 erkennbar, folgendes vorgesehen:
Die vom Verdampfer 7 zum Kompressor 4 führende Kühlmittel leitung L7 ist durch einen zusätzlichen Wärmetauscher 8 hin durchgeführt. Außerdem ist eine - in Strömungsrichtung des Kältemittels gesehen - hinter dem Expansionsventil 6 sich anschließende, als Kapillarrohrleitung 9 ausgebildete Kühl mittelleitung zu diesem zusätzlichen Wärmetauscher 8 geführt, so daß das vom Verdampfer 7 kommende Kältemittel im zusätz lichen Wärmetauscher 8 von dem durch die Kapillarrohrleitung 9 strömenden Kältemittel abgekühlt wird. Außerdem ist das über die Kapillarrohrleitung 9 zum zusätzlichen Wärme tauscher 8 geführte Kältemittel von diesem mittels einer weiteren Kapillarrohrleitung 10 zum Verdampfer 7 weiterge führt, wo es im wesentlichen "die Kälteleistung" der Kälte maschine 3 erbringt. Die vom Expansionsventil 6 ausgehende, zum zusätzlichen Wärmetauscher 8 führende Kältemittelleitung L4 ist dabei als Kapillarleitung 9 mit so kleinem lichten Querschnitt ausgebildet, daß die Kühlleistung innerhalb des zusätzlichen Wärmetauschers 8 in den Grenzen gehalten wird, die für eine vorteilhafte Arbeitsweise des Kompressors 4 not wendig sind. Mit anderen Worten: Dieses Kapillarrohr 9 be grenzt den Druckabfall des Kältemittels, so daß beim zusätz lichen Wärmetauscher 8 nur ein vergleichsweise geringer Teil der Kühlleistung der Kältemaschine 3 wirksam wird. Anderer seits wird durch entsprechende Dimensionierung der Kapillar leitung 9 in Verbindung mit der Auslegung des zusätzlichen Wärmetauschers 8 mit vergleichsweise geringen, störunan fälligem Aufwand verhindert, daß dem Kompressor 4 zu heißer Kältemittel-Dampf zugeführt wird. Da dies in Verbindung mit einen Wärmetauscher 8 erfolgt wird auch mit Sicherheit ver hindert, daß durch diese Maßnahme Flüssigkeitsanteile des abgezweigten Kältemittels in den Kompressor 4 gelangen und dort Beschädigungen herbeiführen können.
Die vom Verdampfer 7 zum Kompressor 4 führende Kühlmittel leitung L7 ist durch einen zusätzlichen Wärmetauscher 8 hin durchgeführt. Außerdem ist eine - in Strömungsrichtung des Kältemittels gesehen - hinter dem Expansionsventil 6 sich anschließende, als Kapillarrohrleitung 9 ausgebildete Kühl mittelleitung zu diesem zusätzlichen Wärmetauscher 8 geführt, so daß das vom Verdampfer 7 kommende Kältemittel im zusätz lichen Wärmetauscher 8 von dem durch die Kapillarrohrleitung 9 strömenden Kältemittel abgekühlt wird. Außerdem ist das über die Kapillarrohrleitung 9 zum zusätzlichen Wärme tauscher 8 geführte Kältemittel von diesem mittels einer weiteren Kapillarrohrleitung 10 zum Verdampfer 7 weiterge führt, wo es im wesentlichen "die Kälteleistung" der Kälte maschine 3 erbringt. Die vom Expansionsventil 6 ausgehende, zum zusätzlichen Wärmetauscher 8 führende Kältemittelleitung L4 ist dabei als Kapillarleitung 9 mit so kleinem lichten Querschnitt ausgebildet, daß die Kühlleistung innerhalb des zusätzlichen Wärmetauschers 8 in den Grenzen gehalten wird, die für eine vorteilhafte Arbeitsweise des Kompressors 4 not wendig sind. Mit anderen Worten: Dieses Kapillarrohr 9 be grenzt den Druckabfall des Kältemittels, so daß beim zusätz lichen Wärmetauscher 8 nur ein vergleichsweise geringer Teil der Kühlleistung der Kältemaschine 3 wirksam wird. Anderer seits wird durch entsprechende Dimensionierung der Kapillar leitung 9 in Verbindung mit der Auslegung des zusätzlichen Wärmetauschers 8 mit vergleichsweise geringen, störunan fälligem Aufwand verhindert, daß dem Kompressor 4 zu heißer Kältemittel-Dampf zugeführt wird. Da dies in Verbindung mit einen Wärmetauscher 8 erfolgt wird auch mit Sicherheit ver hindert, daß durch diese Maßnahme Flüssigkeitsanteile des abgezweigten Kältemittels in den Kompressor 4 gelangen und dort Beschädigungen herbeiführen können.
Dabei kann der zusätzliche Wärmetauscher 8 im wesentlichen
aus einem an beiden Stirnseiten geschlossenen Rohrstück 11
bestehen, das die zum Kompressor 4 führende Kühlmittel
leitung L7 abschnittsweise umhüllt. Dieses Rohrstück 11 hat
dann einerseits einen Anschluß 12 für die vom Expansionsven
til 6 kommende, vorerwähnte Kapillarleitung 9 und einen
weiteren Anschluß 13 für die weitere, vom zusätzlichen
Wärmetauscher 8 zum eigentlichen Verdampfer 7 führende
zweite Kapillarleitung 10. Das Kältemittel, das im Ver
dampfer 7 zu überhitztem Kältemittel-Dampf expandiert ist,
durchläuft dann die Kältemittelleitung L7. Dabei wird das
Kältemittel - wie vorstehend erläutert - im Bereich des zu
sätzlichen Wärmetauschers 8 in seiner Temperatur etwas ver
mindert und gelangt anschließend in den Kompressor 4
mit einer für diesen verträglichen Temperatur.
U. a. zum ökonomischen Ausnutzen der Kälteleistung sind bei
der Kältemaschine 3 zumindest die sich hinter dem Ex
pansionsventil 6 anschließende Kapillarleitung 9, der zu
sätzliche Wärmetauscher 8, die den zusätzlichen Wärme
tauscher 8 mit dem Verdampfer 7 verbindende weitere
Kapillarleitung 10, die von diesem Verdampfer 7 zum zu
sätzlichen Wärmetauscher 8 und von diesem zum Kompressor 4
führende Kühlmittelleitung L7 sowie der zusätzliche
Wärmetauscher 8 wärmeisoliert, was durch die symbolisch an
gedeuteten Isolationsabschnitte 16 in Fig. 3 angedeutet
ist.
Zusammen mit den jeweils eine Drossel bildenden Kapillar
leitungen 9 und 10 erhält man praktisch eine dreistufige
Drosselung mit entsprechend stufenweisem Druckabfall beim
Kältemittel. Dadurch kann entsprechend die Temperatur beim
Expansionsventil 6, beim gewissermaßen als "Vorverdampfer"
arbeitenden zusätzlichen Wärmetauscher 8 und schließlich
beim Verdampfer 7 genügend genau bestimmt werden. Insbe
sondere kann auch das Expansionsventil ohne separate Iso
lierung auskommen. Der Hinweis "TC" beim Expansionsventil 6
soll bedeuten, daß es sich um ein thermostatisches Ex
pansionsventil 6 handelt, welches einen Temperaturfühler 15
beim Ende des Verdampfers 7 hat, was durch die Fühler-Ver
bindungsleitung 24 in Fig. 3 angedeutet ist.
Die Strecke zwischen dem Verdampfer 7 und der Stelle, wo der
Temperaturfühler 15 sitzt, bezeichnet man als Überhitzungs
strecke 18. Sie reicht vom Verdampfer 7 bis an die Stelle,
wo die strichlinierte, vom Expansionsventil 6 kommende
Leitung bei 15 die Kältemittelleitung L7 erreicht.
Überschreitet an dieser Meßstelle beim Temperaturfühler 15
die Temperatur des Kältemittels einen bestimmten Wert, wird
das Expansionsventil 6 weiter geöffnet, damit eine größere
Kühlwirkung erzielt wird.
22 bezeichnet eine Druckausgleichleitung. Diese ist er
forderlich, wenn zwischen dem Expansionsventil 6 und dem
Ende des Verdampfers 7 Kältemittel-Drosseln liegen, wie sie
im vorliegenden Fall von den Kapillarleitungen 9 und 10 ge
bildet sind. Die Druckausgleichsleitung 22 bewirkt dabei,
daß der Druckabfall im Verdampfer 7 nicht zur Beein
trächtigung der Regelfunktion des Expansionsventils 6 führt.
Der vorbeschriebene Umwälzthermostat 1 kann vorteilhafter
weise in einem Temperiergerät eingesetzt sein, zum Beispiel
in einem Kälte-Wärme-Thermostat, das eben dem vorbe
schriebenen Umwälzthermostat 1 auch eine entsprechende, an
sich bekannte Wärmethermostat-Einrichtung aufweist. Im
Regelfall arbeitet der Umwälzthermostat 1 als geschlossenes
System, wie vorstehend insbesondere im Zusammenhang mit der
Kältemaschine 3 beschrieben wurde. Bei einem Umwälzthermos
taten 1 beziehungsweise einem entsprechenden Temperiergerät
ist aber auch ein offenes Bad beistellbar, für das ein
solches Temperiergerät dann auch eine offene Temperierwanne
aufweist.
Mit 23 ist noch ein Magnetventil bezeichnet, daß sich inner
halb einer Nebenleitung N1 befindet, die vom Kältemittel-
Leitungsabschnitt L2 zum Kältemittel-Leitungsabschnitt L7
führt. Die zwischen dem Temperaturfühler 15 und dem Expansions
ventil 6 liegende Fühler-Verbindungsleitung 24 ist in Fig.
3 gestrichelt gezeichnet.
Alle in der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung
dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in be
liebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Claims (6)
1. Umwälzthermostat mit einer Kompressions-Kältemaschine,
die einen Kompressor, einen Kondensator, ein Expansions
ventil, wenigstens einen Verdmapfer sowie diese
Maschinenteile verbindende Kühlmittelleitungen aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß die vom Verdampfer (7) zum
Kompressor (4) führende Kühlmittelleitung (L7) durch
einen zusätzlichen Wärmetauscher (8) hindurchgeführt ist
und eine - in Strömungsrichtung des Kältemittels gesehen -
hinter dem Expansionsventil (6) sich anschließende, als
Kapillarrohrleitung (9) ausgebildete Kühlmittelleitung
(L4) zum zusätzlichen Wärmetauscher (8) führt, dort das
vom Verdampfer (7) kommende Kältemittel entsprechend den
erforderlichen Arbeitsbedingungen des Kompressors (4) ab
kühlt und daß von diesem zusätzlichen Wärmetauscher (8)
eine weitere, als Kapillarleitung (10) ausgebildete Kühl
mittelleitung (L5) zum Verdampfer (7) weiterführt.
2. Umwälzthermostat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der zusätzliche Wärmetauscher (8) in einer Kälte
maschine (3) im wesentlichen aus einem stirnseitig ge
schlossenen, die vom Verdampfer (7) zum Kompressor (4)
führende Kühlmittelleitung (L7) abschnittweise umhüllen
den Rohrstück (11) besteht, das einen Anschluß (12) für
die vom Expansionsventil (6) kommende Kapillarleitung (9)
sowie einen weiteren Anschluß (13) für die weitere, zum
Verdampfer (7) führende zweite Kapillarleitung (10) auf
weist.
3. Umwälzthermostat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß bei seiner Kältemaschine (3) zumindest die
sich hinter dem Expansionsventil (6) anschließende
Kapillarleitung (9) der zusätzliche Wärmetauscher (8)
die weitere den zusätzlichen Wärmetauscher (8) mit dem
Verdampfer (7) verbindende Kapillarleitung (10), die von
diesen zum zusätzlichen Wärmetauscher (8), die von diesem
zum Kompressor (4) führenden Kühlleitungsmittelabschnitte
(L7a und L7b) sowie der zusätzliche Wärmetauscher (8)
isoliert sind.
4. Umwälzthermostat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß das Expansionsventil (6) seiner
Kältemaschine (3) als thermostatisches Expansionsventil
ausgebildet ist, welches einen Temperaturfühler (15) beim
Ende des Verdampfers (7) hat, vorzugsweise beim Ende
einer Überhitzungsstrecke (18) hinter diesem Verdampfer.
5. Umwälzthermostat nach wenigstens einem der Ansprüche 1
bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß seine Kältemaschine
(3) eine vom Expansionsventil (6) zum vor dem Kompressor
(4) liegenden Kältemittelleitungsabschnitt (L7b) führende
Druckausgleichsleitung (22) aufweist.
6. Verfahren zum Betreiben eines Umwälzthermostaten, insbe
sondere eines Umwälzthermostaten nach einem oder mehreren
der Ansprüche 1 bis 5, bei dem in einem Kompressor Kälte
mittel auf einem höheren Druck und auf eine höhere Tem
peratur gebracht wird, danach in ein oder mehreren
Schritten das Kältemittel bei erhöhtem Druck gekühlt, vor
ein Expansionsventil geführt, danach durch Expansion
zu Kältemittel-Dampf umgewandelt und der Saugseite des
Kompressors zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
das Kältemittel hinter dem Expansionsventil (6) bei ge
ringem Druckabfall zunächst innerhalb eines Wärme
tauschers (8) zum Abkühlen des vom Verdampfer (7) kommenden
Kältemittel-Dampfes auf die erforderlichen Ansaug-Be
dingungen des Kompressors (5) abgekühlt, das Kältemittel
innerhalb einer weiteren, von diesem Wärmetauscher (8)
abgehenden, drosselartig wirkenden Kühlmittelleitung (L5)
zum eigentlichen Verdampfer (7) geführt wird, dort unter
Bildung von Kältemittel-Dampf und Entzug von Wärme aus
der Verdampfer-Umgebung die eigentliche "Kältearbeit"
leistet und dann der Kältemittel-Dampf durch den zusätz
lichen Wärmetauscher (8) unter Abkühlung wiederum an die
Saugseite des Kompressors (4) geführt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4014436A DE4014436A1 (de) | 1990-05-05 | 1990-05-05 | Umwaelzthermostat mit kompressions-kaeltemaschine und verfahren zum betreiben des umwaelzthermostaten |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4014436A DE4014436A1 (de) | 1990-05-05 | 1990-05-05 | Umwaelzthermostat mit kompressions-kaeltemaschine und verfahren zum betreiben des umwaelzthermostaten |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4014436A1 true DE4014436A1 (de) | 1991-11-07 |
Family
ID=6405762
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4014436A Ceased DE4014436A1 (de) | 1990-05-05 | 1990-05-05 | Umwaelzthermostat mit kompressions-kaeltemaschine und verfahren zum betreiben des umwaelzthermostaten |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4014436A1 (de) |
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1990
- 1990-05-05 DE DE4014436A patent/DE4014436A1/de not_active Ceased
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