DE4213011C2 - Kühlmittelkreislauf mit Steuerung einer Spareinrichtung - Google Patents
Kühlmittelkreislauf mit Steuerung einer SpareinrichtungInfo
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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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