DE4213011C2 - Kühlmittelkreislauf mit Steuerung einer Spareinrichtung - Google Patents

Kühlmittelkreislauf mit Steuerung einer Spareinrichtung

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Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlmittelkreislauf gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
Ein gattungsgemäßer Kühlmittelkreislauf ist beispielsweise aus der DE 34 40 253 A1 bekannt. Er besteht aus zwei Kreisläufen: einem Kühlmittelkreislauf mit einem Verdichter, einem Verflüssiger, einer Spareinrichtung, einem Verdampfer und einer Saugrohrleitung zum Verdichter sowie einem fluidisch von diesem Kühlmittelkreislauf getrennten, kontinuierlichen Nachkühlkreislauf mit einem Verdichter, einem Verflüssiger, einem Expansionsventil und der Spareinrichtung als Verdampfer. Diese Spareinrichtung ist ein Wärmetauscher, der zur Unterkühlung des kondensierten Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf vorgesehen ist.
Eine weitere Spareinrichtung ist in der US 4 316 366 beschrieben, wobei hier Kühlmittelkreislauf und Nachkühlkreislauf nicht fluidisch getrennt sind. Die Kühllei­ stung der Spareinrichtung wird mittels eines thermischen Expansionsventils gesteuert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Kühlmittel­ kreislauf so fortzubilden, daß eine höhere Temperaturregelgenauigkeit unter variieren­ der Kühllast erreicht wird.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Unteranspruch gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines zweistufigen Verdichtersy­ stems, das nicht zum Gegenstand dieser Erfindung zählt.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines einstufi­ gen Verdichtersystems mit einer separaten Spareinrichtung.
In Fig. 1 ist mit der Bezugsziffer 10 ein Kühlkreislauf gekennnzeichnet. Der Kühlkreislauf 10 weist einen Erststu­ fen-Verdichter 12 und einen Zweitstufen-Verdichter 14 auf, der ein getrennter Verdichter oder ein Teil des gleichen Verdichters sein kann. Die Verdichter 12 und 14 sind über eine Verbindungsleitung 13 miteinander verbunden und ver­ dichten nacheinander Sauggas auf eine höhere Temperatur und pressen und führen dieses über eine Ausgangsleitung 16 einem Verflüssiger 18 zu. In dem Verflüssiger 18 gibt das heiße Kühlmittelgas seine Wärme an die Verflüssigerluft ab, wodurch das verdichtete Gas sich abkühlt und das Kühl­ mittel seinen Zustand von einem Gas in eine Flüssigkeit ändert. Das flüssige Kühlmittel fließt von dem Verflüssiger 18 über eine Flüssigkeitsleitung 20 durch eine Spareinrichtung 22 zu einem thermischen Expansionsventil (TXV) 24. Wenn das flüssige Kühlmittel durch die Öffnung des TXV 24 tritt, verdampft ein Teil des flüssigen Kühlmittels in ein Gas (Verdampfungsgas). Die Mischung von flüssigem und gasförmigem Kühlmittel strömt über Verteilerröhren 26 zu einem Verdampfer 28. Die Wärme des Kühlmittels wird von der Verdampferluft absorbiert, so daß das flüssige Kühl­ mittel in der Spule des Verdampfers 28 verdampft, wodurch eine Kühlung des Gehäuses (nicht gezeigt), in dem der Ver­ dampfer 28 angeordnet ist, erreicht wird. Das verdampfte Kühlmittel fließt anschließend über eine Druckleitung 30 zu dem Erststufen-Verdichter 12, wodurch der Flüssigkeits­ kreislauf geschlossen ist. Ein Meßkolben 25 des TXV 24 ist an der Druckleitung 30 zwischen dem Verdampfer 28 und dem Erststufen-Verdichter 12 angeordnet, so daß das TXV 24 den Betrag des Kühlmittels reguliert, der dem Verdampfer 28 zugeführt wird, um eine gegebene Überhitzung an dem Ausgang des Verdampfers 28 zu schaffen. Der beschriebene Kühl­ flüssigkeitskreislauf ist so weit im allgemeinen bekannt.
Eine Leitung 20a zweigt von der Flüssigkeitsleitung 20 vor der Spareinrichtung 22 ab und führt zu der Spareinrichtung 22, so daß das in die Spareinrichtung 22 eintretende Kühl­ mittel über die Leitung 20a in einer Wärmeübertragungsbe­ ziehung mit dem flüssigen Kühlmittel ist, welches durch die Spareinrichtung 22 mittels der Flüssigkeitsleitung 20 strömt. Der Strom durch die Abzweigungsleitung 20a wird durch ein elektronisches Expansionsventil (EXV) 34 gesteu­ ert. Das in die Spareinrichtung 22 über die Abzweigungs­ leitung 20a strömende Kühlmittel tritt von der Sparein­ richtung 22 in eine Leitung 36 ein, die in die Verbindungs­ leitung 13 mündet und somit in den Zweitstufen-Verdichter 14. Eine Leitung 20b zweigt von der Flüssigkeitsleitung 20 hinter der Spareinrichtung 22 ab und ist mit der Leitung 36 verbunden. Der Strom durch die Abzweigungsleitung 20b ist durch ein EXV 38 gesteuert.
Ein Mikroprozessor oder Steuergerät 50 ist betriebsmäßig mit den EXVs 34 und 38 verbunden. Zusätzlich ist der Mikro­ prozessor 50 mit einem Temperaturfühler 40 verbunden, der an oder nahe dem Ausgang der Spareinrichtung 22 und vor der Abzweigung 20b an der Leitung 20 angeordnet ist. Der Mikroprozessor 50 ist ferner mit einem Temperaturfühler 42 verbunden, der an oder nahe bei dem Ausgang des Zweitstu­ fen-Verdichters 14 an der Ausgangsleitung 16 angeordnet ist. Ferner ist der Mikroprozessor 50 mit einem Druckfüh­ ler oder Wandler 44, der in der Saugleitung 30 angeordnet ist, und/oder mit einem Temperaturfühler 46 verbunden, welcher in dem Nahrungsmittelgehäuse an oder nahe bei dem Verdampfer 28 angeordnet ist. Der Druckfühler 44 und der Temperaturfühler 46 sind im allgemeinen redundant, so daß einer, falls gewünscht, eliminiert werden kann, wobei aber die Verwendung des Druckfühlers 44 mit oder ohne den Tem­ peraturfühler 46 im allgemeinen bevorzugt wird. In dem oben beschriebenen System kann der Erststufen-Verdichter 12 bzw. der Zweitstufen-Verdichter 14 durch das Steuer­ gerät 50 oder durch jedes andere geeignete Mittel gesteu­ ert werden.
Obgleich der Kühlkreislauf 10 vollständig ist, kann er durch Reihen von parallelgeschalteten Zweistufen-Verdich­ tern modifiziert werden. In solch einem Kreislauf würden die parallelen Reihen von Zweistufen-Verdichtern den Ver­ flüssiger 18 versorgen und hinter der Abzweigung 20b würde sich die Flüssigkeitsleitung 20 in mehrere Leitungen auf­ teilen, die jeweils ein TXV, entsprechend 24, und einen Verdampfer, entsprechend 28, aufweisen würden. Die Aus­ gänge der Verdampfer würden mehrfach ausgebildet sein, um die Reihen der Verdichter zu versorgen, die von dem Steuergerät 50 gesteuert würden, so daß nur die notwendige Zahl an Verdichtern betrieben werden muß. Der Druckfühler 44 würde in einer gemeinsamen Saugleitung oder Sammelstück angeordnet sein.
Der Betrieb des Kühlkreislaufs 10 wird im folgenden be­ schrieben. Das dem Erststufen-Verdichter 12 über die Saug­ leitung 30 zugeführte Kühlmittel wird verdichtet und dem Zweitstufen-Verdichter 14 über die Verbindungsleitung 13 zugeführt zusammen mit einem bestimmten Kühlmittelanteil, der über die Leitung 36 und die EXVs 34 und 38 zugeführt wird. Der Ausgang des Zweitstufen-Verdichters 14 führt zu dem Verflüssiger 18, wo das heiße Kühlmittelgas zu einer Flüssigkeit kondensiert, und das flüssige Kühlmittel an­ schließend durch die Leitung 20 zu der Spareinrichtung 22 strömt. Wenn das EXV 34 offen ist, fließt ein Teil des flüssigen Kühlmittels durch die Leitung 20a in die Spar­ einrichtung 22, wo es verdampft, so daß ein weiteres Abkühlen des flüssigen Kühlmittels in der Leitung 20 auf­ tritt, wenn es die Spareinrichtung 22 passiert. Das gas­ förmige Kühlmittel strömt aus der Spareinrichtung 22 in die Leitung 36 und wird dem Zweitstufen-Verdichter 14 über die Verbindungsleitung 13 zugeführt. Das durch die Spar­ einrichtung 22 über die Leitung 20 strömende flüssige Kühlmittel fließt über das TXV 24 und die Verteilerröhren 26 zu dem Verdampfer 28. Wenn das EXV 38 offen ist, wird das flüssige Kühlmittel auch über die Abzweigungsleitung 20b in die Leitung 36 aufgeteilt, wo ein Abkühlen und/oder Kondensieren des gasförmigen Kühlmittels, welches aus der Spareinrichtung 22 strömt, auftritt. Das TXV 24 steuert den Strom durch den Verdampfer 28 und reagiert auf die von dem Fühler 25 gemessene Temperatur, und steuert somit den Enthalpie- oder Kühlerzeugungseffekt.
Das Steuergerät 50 steuert das EXV 34, welches auf den von dem Druckfühler 44 gemessenen Druck und/oder auf die von dem Temperaturfühler 46 gemessene Temperatur in dem Ge­ häuse reagiert. Alternativ kann das EXV 34 durch ein rück­ wirkendes konstantes Druckventil ersetzt werden, das direkt durch die Saugkraft gesteuert wird, um das Nach­ kühlen zu steuern. Das EXV 38 wird von dem Steuergerät 50 gesteuert und reagiert auf die von dem Temperaturfühler 42 gemessene Ausgangstemperatur, um die Ausgangstemperatur des Zweitstufen-Verdichters 14 auf ein vorbestimmtes Niveau zu begrenzen, zum Beispiel 118°C (250°F), wobei dies durch ein Herabsetzen der Temperatur des gasförmigen und/oder flüssigen Kühlmittels erreicht wird, welches über die Verbindungsleitung 13 dem Zweitstufen-Verdichter 14 zugeführt wird. Die von dem Temperaturfühler 40 gemessene Temperatur kann benutzt werden, um den Kühlerzeugungs­ effekt an dem Verdampfer 28 zu bestimmen. Das EXV 38 kann durch ein mechanisches, über die Ausgangstemperatur ge­ steuertes TXV ersetzt werden.
In Fig. 2 sind die verschiedenen Bauteile eines erfin­ dungsgemäßen Kühlkreislaufes mit einer um 100 höheren Bezugsziffer im Vergleich zu den entsprechenden Bauteilen in Fig. 1 gekennzeichnet. Ein Kühlkreislauf 110 weist nacheinander einen einstufigen Verdichter 112, eine Ausgangsleitung 116, einem Verflüssiger 118 und eine Flüssigkeitsleitung 120 auf, die sich durch eine Spareinrichtung 122 zu einem TXV 124 erstreckt, von den Verteilungsröhren 126 zu einem Verdampfer 128 führt, der über eine Saugleitung 130 mit dem Verdichter 112 verbunden ist. Ein Nachkühlkreislauf 160 weist nacheinander einen einstufigen Verdichter 162, eine Ausgangsleitung 166, einen Verflüssiger 168, eine Flüssigkeitsleitung 170, ein EXV 134 und einen Nachkühler im Ekonomiser 122 auf, der den Verdampfer des Kreislaufs 160 darstellt und von dem eine Saugleitung 180 zu dem Verdichter 162 führt. Ein Mikroprozessor oder ein Steuer­ gerät 150 ist mit einem Druckwandler 144 in der Sauglei­ tung 130, einem EXV 134 in der Leitung 170 sowie mit einem Temperaturfühler 146 verbunden, der kühllastseitig an oder nahe bei dem Verdampfer 128 an­ geordnet ist. Wie in dem Fall des Kühlkreislaufs 10 können mehrere Verdichter 112 parallel vorliegen und mit dem ge­ meinsamen Verflüssiger 118 und der Spareinrichtung 122 verbunden sein. Mehrere Verdampfer 128 mit entsprechenden TXVs 124 würden mit einem Verteilerrohr verbunden sein, das seinerseits mit der Saugseite der Verdichter 112 ver­ bunden ist. Wenn eine Reihe von Verdichtern 112 verwendet wird, steuert das Steuergerät 150 die Verdichter 112. Fer­ ner kann der Nachkühlkreislauf 160 mehrere Verdichter auf­ weisen.

Claims (2)

1. Kühlmittelkreislauf mit Steuerung einer Spareinrichtung, in der kondensiertes Kältemittel aus einem Verflüssiger unterkühlt wird, mit einem konti­ nuierlichen Kühlmittelkreislauf durch einen Verdichter, den Verflüssiger, die Spar­ einrichtung, einen Verdampfer und einer Saugleitung zum Verdichter und mit einem fluidisch vom Kühlmittelkreislauf getrennten, kontinuierlichen Nachkühl­ kreislauf mit einem Verdichter, einem Verflüssiger, einem Expansionsventil und mit der Spareinrichtung als Verdampfer im Nachkühlkreislauf zwecks Unterküh­ lung des kondensierten Kältemittels im Kühlmittelkreislauf, dadurch gekennzeich­ net, daß im Kühlmittelkreislauf in der Saugleitung (130) vom Verdampfer (128) zum Verdichter (112) ein Drucksensor (144) vorgesehen ist und von einem Steuer­ gerät (150) druckabhängig das Expansionsventil (134) im Nachkühlkreislauf (160) betätigt wird, um den Wärmeaustausch zwischen Kühlmittelkreislauf und Nach­ kühlkreislauf in der Spareinrichtung (122) und somit die Temperatur des flüssigen Kältemittels im Verdampfer (128) des Kühlmittelkreislaufs zu steuern.
2. Kühlmittelkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Kühlmittelkreislauf in der Saugleitung (130) vom Verdampfer (128) zum Verdich­ ter (112) ein Temperatursensor (125) vorgesehen ist, von dem ein zwischen der Spareinrichtung (122) und dem Verdampfer (128) vorgesehenes thermisches Ex­ pansionsventil (124) betätigt wird.
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