DE4224780A1 - Kuehlanlage mit temperaturschutz des kompressors in allen betriebsarten - Google Patents
Kuehlanlage mit temperaturschutz des kompressors in allen betriebsartenInfo
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Description
Verderbliche Produkte bedürfen beim Transport einer Kühlung.
Durch periodisches Zuführen von Wärme wird bei solchen Kühl
anlagen der Verdampfer entfrostet bzw. enteist. Auch beim
Transport verderblicher Güter bei kaltem Wetter kann es
nötig sein, Wärme dem Laderaum zuzuführen, um ein Einfrieren
oder zu starkes Kühlen zu vermeiden.
Zum Zuführen von Wärme zum Enteisen und in Heizphasen ist es
bekannt, heißes Gas aus dem Kompressor abzuzweigen und in
den Verdampfer zu führen. Es ist in diesem Zusammenhang auch
bekannt, daß beim Übergang einer Kühlphase aus eine Heiz
phase erhebliche Mengen Kältemittel in inaktiven Teilen der
Anlage bleiben und damit für die Wärmezufuhr nicht verfügbar
sind.
U.S. Patent 32 19 102 erläutert eine derartige Anlage, bei
der heißes komprimiertes Gas aus dem Kompressor in einen
Sammler geleitet wird, der dadurch unter Druck gesetzt wird
und so flüssiges Kältemittel aus dem Sammler in den restli
chen Teil der Kühlanlage drückt.
Kühlanlagen für Transportzwecke dieser Art sind mit einer
Reihe von Sicherheitseinrichtungen versehen. Diese sollen
die Anlagenteile vor Schaden schützen, der durch unsichere
Betriebsbedingungen veranlaßt ist. Üblicherweise wird ein
Anlagenparameter gemessen und der Meßwert mit einem vorbe
stimmten Wert verglichen, um die Anlage ggf. stillzusetzen.
Unter ungünstigen Betriebsbedingungen kann eine Kühlanlage
für Transportzwecke gemäß U.S. Patent 32 19 102 in der Heiz
phase unzulässige hohe Kompressorauslaßtemperaturen anneh
men. Werden Kältemittel für hohen Druck, beispielsweise R-22
verwendet, die mit höheren Kompressorauslaßtemperaturen
arbeiten, so kann dies für den Kompressor schädlich sein,
oder die Anlage wird häufig stillgesetzt, was unerwünscht
ist.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, in einer
Kühlanlage, bei der Kältemittel Gas in einer Heizphase zum
Verdampfer geführt wird, die Kompressorauslaßtemperatur zu
steuern.
Ferner soll erfindungsgemäß flüssiges Kältemittel aus dem
Sammler in die Kompressoransaugleitung einer derartigen Käl
teanlage eingespritzt werden.
Die genannte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale
des Patentanspruchs 1 gelöst. Dabei handelt es sich um ein
Kühlsystem für Transportzwecke, bei dem eine eingestellte
Temperatur in Heiz- und Kühlphasen eingehalten wird. Das
System bedient sich eines geschlossenen Kreislaufs mit einem
Kompressor, einem Kondensator, einem Sammler, einer
Expansionsanordnung und einem Verdampfer. Die Anlage wird in
der Heizphase betrieben, um Wärme aus dem zirkulierenden
Kältemittel zu erhalten, indem der Durchstrom von heißem
Kompressorgas durch die Anlage bezüglich des Kondensators
abgesperrt wird, während der Kompressor arbeitet. Das heiße
Kompressorauslaßgas gelangt dann durch getrennte Strömungs
wege zum Verdampfer und zum Sammler, um dem Verdampfer kom
primiertes Gas zuzuführen und aus dem Sammler flüssiges Käl
temittel zu entfernen. Der flüssige Kältemittelstrom aus dem
Sammler gelangt durch getrennte Strömungswege in den Kreis
laut. Der erste Strömungsweg aus dem Sammler führt zu der
Expansionseinrichtung, in der flüssiges Kältemittel in den
Verdampfer expandiert wird, um dem Heizkreislauf zusätzli
ches Kältemittel zuzuführen. Der zweite Strömungsweg vom
Sammler führt in eine den Verdampfer und den Ansaugkanal des
Kompressors verbindende Kältemittelleitung. Die Temperatur
des heißen Kompressorauslaßgases wird gemessen. Die Flüssig
keitsströmung durch den zweiten Strömungsweg wird dann
abhängig von der gemessenen Temperatur des Kompressorauslaß
gases geregelt, um die Temperatur in einem bestimmten
Bereich zu halten.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher
erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Kälteanlage für Transport
zwecke;
Fig. 2 eine Teildarstellung der Kühlanlage mit einem
zweistufigen Kompressor;
Fig. 3 eine Teildarstellung einer anderen Ausführungsform
und
Fig. 4 eine Teildarstellung einer weiteren Ausführungsform.
In Fig. 1 ist eine Kälteanlage 10 für Transportzwecke
geeignet, in einem Laderaum mittels Heiz- und Kühlphasen
eine eingestellte Temperatur einzuhalten. Die Anlage 10 wird
üblicherweise als Drei-Ventilsystem bezeichnet und liefert
heißes Kompressorauslaßgas zum Heizen oder Enteisen in einem
Verdampfer. Die Anlage ist üblicherweise an der Stirnwand
eines Lastwagens oder Sattelschleppers angeordnet. Die
Anlage besteht aus einem Kolbenkompressor 12, einem luftge
kühlten Kondensator 14, einem Sammler 16, einem Expansions
ventil 18 und einem direkten Expansionsverdampfer 20 in
dieser Reihenfolge.
Der Kompressor 12 wird von einem Motor 22 angetrieben.
Zunächst wird kurz der Betrieb in der Kühlphase erläutert.
In der Kühlphase verdichtet der Kompressor 12 das Kältemit
tel, erhöht dabei seine Temperatur und seinen Druck und
drückt das verdichtete Kältemittel in den Kondensator 14
über die Auslaßleitung 24. Nach dem Kondensieren gelangt das
Kältemittel über die Leitung 26 und das normalerweise offene
Kondensator-Steuerdruckmagnetventil 28 in den Sammler 16.
Der Sammler 16 speichert zusätzliches Kältemittel, das bei
niedrigen Umgebungstemperaturen und für die Heiz- und Entei
sungsphase erforderlich ist. Das Kältmittel aus dem Sammler
16 strömt über ein manuelles Absperrventil 30 und durch die
Leitung 31 zu einem Unterkühler 32, der einen Teil der Ober
fläche der Hauptkondensatorschlangen einnimmt, so daß das
Kältemittel an die durchtretende Luft weitere Wärme abgibt.
Von dort strömt das Kältemittel durch einen Filtertrockner
34 mit absorbierendem Mittel und wird rein und trocken
behalten. Von dort strömt das flüssige Kältemittel über die
Leitung 35 mit einem normalerweise geschlossenen Magnetven
til 36, das die Strömung zuläßt oder absperrt, in das ther
mostatische Hauptexpansionsventil 18. In diesem erfolgt eine
Druckreduzierung, und das Kältemittel strömt in den Verdamp
fer 20, in dem das restliche flüssige Kältemittel verdampft.
Das gasförmige Kältemittel wird dann über die Leitung 37 zum
Ansaugkanal des Kompressors zurückgeführt. Das Hauptexpan
sionsventil 18 wird von einem Thermostat 33 und einer exter
nen Ausgleichsleitung 39 in üblicher Weise angesteuert.
Von der Flüssigleitung 35 zweigt über ein T-Stück 41 eine
Abschreckleitung 47 mit einem Abschreckventil 43 ab. Dieses
Ventil 43 wird von einem Thermostatgeber 45 in der
Auslaßleitung 24 angesteuert, so daß das Ventil 43 so geöff
net und geschlossen wird, daß die Auslaßtemperatur des Kom
pressors in einem bestimmten Bereich bleibt. Im einzelnen
ist das Abschreckventil 43 ein konstantes Temperatur-Expan
sionsventil, das die Zufuhr von flüssigem Kältemittel in die
Ansaugleitung 37 am T-Stück 50 steuert, wo es mit dem den
Verdampfer verlassenden Kältemittel Gas gemischt wird. Das
Abschreckventil 43 ist ähnlich einem bekannten thermischen
Expansionsventil aufgebaut, hat aber keinen abströmseitigen
Druckeingang, d. h. einen Ausgleicher.
Das Ventil spricht nur auf die Temperatur des Gebers 45 an
der Auslaßleitung 24 an. Die Betriebstemperatur des Ventils
ist so gewählt, daß die Auslaßtemperatur merkbar unter der
maximalen Betriebstemperatur gehalten wird, die für das
Öl/Kältemittelgemisch der Anlage gilt. Das Abschreckventil
besitzt ein langsames Ansprechverhalten auf
Temperaturänderungen, um ein dauerndes Pendeln zu vermeiden,
das bei einem schnelleren Ansprechen auftreten kann.
Die Anordnung ist besonders für Kältemittel mit hohen Aus
laßtemperaturen, wie R-22, nützlich. Die Anordnung ist so
getroffen, daß auch in der Heiz- und Enteisungsphase das
Abschreckventil 43 die Kompressorauslaßtemperatur in diesen
Betriebsarten regelt.
Es folgt nun die Beschreibung der Anlage für die Heiz- und
Enteisungsphase. Die Heizgasleitung 38 führt von einem
T-Stück 40 in der zum Kondensator 14 führenden Auslaßleitung
24 über eine Leitung 38 zur Leitung 52 stromab des Expan
sionsventils 18. Obwohl nicht dargestellt, dient die Heiß
gasleitung 38 auch als eine übliche Abtauheizung. Von einem
T-Stück 54 in der Heißgasleitung 38 zweigt eine Leitung 42
zum Sammler 16 ab. In der Zweigleitung 42 sitzt ein Rück
schlagventil 44, so daß Kältemittel nur aus der Heißgaslei
tung 38 zum Sammler 16 strömen kann. Ein Magnetventil 46
sitzt in der Heißgasleitung 38 stromab des T-Stücks 40.
Die automatische Regelung der Kälteanlage erfolgt durch
einen elektronischen Regler 48, vorzugsweise mit einem
Mikroprozessor und Speicher, wobei eine entsprechende
Programmierung vorgesehen ist. Im vorliegenden Fall ist von
besonderem Interesse die Betätigung des Magnetventils 46 für
das Heißgas und des Magnetventils 28 für den Kondensator
druck.
Schaltet der Regler 48 auf Kühlphase, so schließt das
Magnetventil 46 und öffnet das Magnetventil 28, so daß die
Anlage in der bereits erläuterten Kühlphase arbeitet. Ver
langt der Regler 48 eine Heizphase, so wird das Magnetventil
46 geöffnet und das Magnetventil 28 geschlossen. Dann füllt
sich der Kondensator mit Kältemittel, und heißes Gas vom
Kompressor strömt durch die Heizgasleitung 38 direkt zum
Verdampfer 20, um diesen zu heizen bzw. zu entfrosten.
In dieser Betriebsphase wird das Magnetventil 28 für den
Kondensatordruck geschlossen und dadurch der Zustrom von Gas
zum Sammler 16 abgesperrt. Der Sammler erhält jedoch weiter
heißes Gas über die Leitung 42 aus der Heißgasleitung 38
über das Rückschlagventil 44. Solange das Magnetventil 36
offen ist, strömt flüssiges Kältemittel durch das Expan
sionsventil 18 und gelangt als zusätzliches Kältemittel in
den Heißgaskreislauf, um zusätzliches Heizvermögen zu erzie
len. Erfindungsgemäß ist die Flüssigleitung 35 außer dem
Sammler 16 unmittelbar an die Abschreckleitung 47 ange
schlossen, so daß flüssiges Kältemittel in das Abschreck
system eintreten kann, wie dies für die Heiz- und Entei
sungsphase im einzelnen erläutert ist.
In den Fig. 2, 3 und 4 sind drei Ausführungsformen der
Erfindung für einen zweistufigen Kompressor dargestellt. Wie
in Fig. 1 ist die Auslaßleitung mit 24 und die Ansauglei
tung mit 37 bezeichnet. Der Kompressor 12 besteht aus einer
ersten Stufe 12a und einer zweiten Stufe 12b, die über 14
miteinander verbunden sind.
In den Fig. 2 und 3 ist die Abschreckleitung 47 mit der
Ansaugleitung 37 verbunden. In Fig. 2 liegt der Temperatur
geber 45 am Verbindungskanal 14, so daß die Flüssigeinsprit
zung auf die Auslaßtemperatur der ersten Stufe anspricht. In
Fig. 3 liegt der Geber 45 am Auslaß 24 der zweiten Stufe,
und die Einspritzung erfolgt abhängig von der Auslaßtempera
tur der zweiten Stufe.
In Fig. 4 mündet die Abschreckleitung 47 in den
Verbindungskanal 14, und der Geber 45 liegt in der Auslaß
leitung 24 der zweiten Stufe, so daß die Einspritzung abhän
gig von der Auslaßtemperatur der zweiten Stufe erfolgt.
Somit ist eine Regelung der Kompressorauslaßtemperatur
vorgesehen, die aus einem Einspritz- bzw. Abschrecksystem
mit flüssiger Einspritzung besteht, die in allen Betriebs
arten der Anlage wirksam ist.
Claims (7)
1. Kühlanlage für Transportzwecke, bei der eine Soll
temperatur mittels Heiz- und Kühlphasen aufrechterhalten
wird, mit einem Verdichter (12), der über eine erste Leitung
(24) mit einem Kondensator (14) Verbunden ist, mit einem
Sammler (16), der mit dem Kondensator über eine zweite Lei
tung (26) verbunden ist, in der ein erstes Ventil (28) ange
ordnet ist, mit einem Verdampfer (20), der über eine dritte
Leitung (31, 35, 52) an den Sammler (16) angeschlossen ist,
mit einer vierten Leitung (37) zum Verbinden des Verdampfers
mit dem Ansaugkanal des Kompressors, einer fünften Leitung
(38) zum Verbinden der ersten und der dritten Leitung, wobei
in der fünften Leitung ein zweites Absperrventil (46) ange
ordnet ist, dadurch gekennzeichnet daß die fünfte Leitung
(38) zwischen dem zweiten Ventil (46) und der dritten Lei
tung (52) über eine sechste Leitung (42) an den Einlaß des
Sammlers (16) angeschlossen ist, in der sechsten Leitung
einer zum Sammler hin öffnendes Rückschlagventil (44) ange
ordnet ist und der Auslaß des Sammlers über eine siebte
Leitung (47) in die Ansaugleitung (37) mündet und in dieser
Leitung ein Durchflußregler (43, 45) angeordnet ist.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Geber (45) zum Messen der heißen Auslaßgastemperatur des
Kompressors vorgesehen ist und in der siebten Leitung (47)
ein auf die gemessene Temperatur ansprechendes Ventil (43)
vorgesehen ist, um die Auslaßgastemperatur zu regeln.
3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Regler (48) zum Durchführen einer Heizphase vorgese
hen ist, in der das erste Ventil (28) geschlossen und das
zweite Ventil (46) geöffnet wird, wobei Kältemittelgas vom
Kompressor (12) über die erste und fünfte Leitung (34, 38)
zum Verdampfer (20) und über die erste, fünfte und sechste
Leitung (42) zum Sammler geführt wird und flüssiges Kälte
mittel über das Ventil (43) und die siebte Leitung (47) zum
Regeln der Kompressorauslaßtemperatur geführt wird.
4. Anlage nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine
Expansionseinrichtung (18) in der dritten Leitung.
5. Anlage nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen
Wärmetauscher (32) in der dritten Leitung (31, 35, 52)
zwischen dem Sammler (16) und der Expansionseinrichtung
(18).
6. Anlage nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch ein
drittes Ventil (36) in der dritten Leitung zwischen dem
Wärmetauscher und der Expansionseinrichtung.
7. Anlage nach einem Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet
durch eine Einrichtung zum Messen des Kompressorauslaß
druckes und zum Absperren des dritten Ventils (36), wenn
der gemessene Drucker über einen bestimmten Wert steigt.
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