DE4224780C2 - Kühlanlage mit Temperaturschutz des Kompressors in allen Betriebsarten - Google Patents

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 beim Enteisen und in Heizphasen ist es bekannt, heißes Gas aus dem Kompressor über eine Heißgas-Bypassleitung 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 3,219,102 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 3,219,102 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, eine Schaltung für eine Kälteanlage zu finden, die eine Regelung der Kompressor-Auslaß­ temperatur in allen Betriebsarten der Anlage ermöglicht.

Die genannte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Dabei handelt es sich um eine Kälteanlage für zu transportierendes Kühlgut, bei dem eine eingestellte Temperatur in einem Kühlraum durch Heizen und Kühlen 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, indem heißes Kompressorgas durch den Verdampfer geleitet und der Kondensator abgesperrt wird, während der Kompressor arbeitet. Das heiße gasförmige Kältemittel am Kompressorauslaß 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 lauf. 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 Kältemittel-Einspritzleitung. 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 Kälteanlage mit einem zweistufigen Kompressor;

Fig. 3 eine Teildarstellung einer anderen Ausführungsform und

Fig. 4 eine Teildarstellung einer weiteren Ausführungsform.

Die in Fig. 1 dargestellte Kälteanlage 10 für Transportzwecke ist geeignet, in einem Kühlraum mittels Heiz- und Kühlphasen eine eingestellte Temperatur einzuhalten. Die Anlage 10 wird üblicherweise als Drei-Ventilsystem bezeichnet und liefert heißes Kältemittelgas zum Beheizen oder Enteisen eines Verdampfers. 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 Verdampfer 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 Absperrventil 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 gehalten. Von dort strömt das flüssige Kältemittel über die Leitung 35 mit einem Absperrven­ til 36 in das ther­ mostatische Hauptexpansionsventil 18. In diesem erfolgt eine Druckreduzierung, und das Kältemittel strömt in den Verdamp­ fer 20, in dem das 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 Einspritzleitung 47 mit einem Ventil 43 zur Regelung der Verdichter-Austrittstemperatur ab. Dieses Ventil 43 wird von einem Temperaturfühler 45 in der Auslaßleitung 24 des Verdichters angesteuert, so daß die Auslaßtemperatur des Kompressors in einem bestimmten Bereich konstant bleibt. Im einzelnen ist das Ventil 43 ein thermostatisches Expan­ sionsventil, das die Zufuhr von flüssigem Kältemittel in die Ansaugleitung 37 am T-Stück 50 steuert, wo es mit dem den Verdampfer verlassenden, gasförmigen Kältemittel gemischt wird. Das Ventil 43 ist ähnlich einem bekannten thermischen Expansionsventil aufgebaut, hat aber keine Druckausgleichsleitung.

Das Ventil spricht nur auf die Temperatur des Temperaturfühlers 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 Ventil 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 das Ventil 43 auch in der Heiz- und Enteisungsphase die Kompressorauslaßtemperatur zu regeln vermag.

Es folgt nun die Beschreibung der Anlage für die Heiz- und Enteisungsphase. Die Heißgasleitung 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.

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 Heißgasleitung 38 direkt zum Verdampfer 20, um diesen zu heizen bzw. zu entfrosten.

In dieser Betriebsphase ist das Magnetventil 28 geschlossen und dadurch der Zustrom von Kältemittel zum Sammler 16 abgesperrt. Der Sammler erhält jedoch weiter heißes Gas über die Leitung 42 aus der Heißgasleitung 38 und 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. Erfindungsgemäß ist die Flüssigleitung 35 außer dem Sammler 16 unmittelbar an die Einspritzleitung 47 ange­ schlossen, so daß flüssiges Kältemittel in die Ausgangsleitung des Kompressors 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 Einspritzleitung 47 mit der Ansaugleitung 37 verbunden. In Fig. 2 liegt der Temperatur­ fühler 45 in der Verbindungsleitung 14, so daß die Flüssigeinspritzung die Auslaßtemperatur der ersten Stufe beeinflußt. In Fig. 3 liegt der Fühler 45 am Auslaß 24 der zweiten Stufe, und die Einspritzung erfolgt abhängig von der Auslaßtemperatur der zweiten Stufe.

In Fig. 4 mündet die Einspritzleitung 47 in der Verbindungsleitung 14, und der Fühler 45 liegt in der Auslaß­ leitung 24 der zweiten Stufe, so daß die Einspritzung abhängig von der Auslaßtemperatur der zweiten Stufe erfolgt.

Somit ist eine Regelung der Kompressorauslaßtemperatur mit flüssiger Einspritzung vorgesehen, die in allen Betriebsarten der Anlage wirksam ist.

Claims (4)

1. Kälteanlage für zu transportierendes Kühlgut, welche die Temperatur des Kühlgutes durch Heizen und Kühlen eines Kühlraumes einhält, mit einem Verdichter, einem Kondensa­ tor, einem Sammler, einem Expansionsventil und einem Ver­ dampfer, die einen geschlossenen Kältekreislauf bilden, mit einer Heißgas-Bypassleitung zwischen der Kompressor- Druckseite und der Verdampfer-Eintrittsseite, in welcher ein erstes Absperrventil (46) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Absperrventil (46) und der Verdampfer- Eintrittsseite eine Abzweigung (54) für eine Verbindungs­ leitung (42) zum Gasraum des Sammlers (16) vorhanden ist, daß sich in der Verbindungsleitung ein zum Sammler hin öffnendes Rückschlagventil (44) befindet, daß eine Einspritzleitung (47) für flüssiges Kältemittel, welches dem Sammler entnommen wird, in die Verdichter-Saugseite mündet, und daß in der Einspritzleitung ein Ventil (43) zur Regelung der Verdichter- Austrittstemperatur angeordnet ist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kondensator und dem Sammler ein zweites Absperrventil (28) angeordnet ist, daß ein Regler (48) zum Durchführen einer Heizphase vorgesehen ist, in der das zweite Absperrventil (28) geschlossen und das erste Absperrventil (46) geöffnet wird.

3. Anlage nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Unterkühler (32) in der dritten Leitung (31, 35, 52) zwischen dem Sammler (16) und der Expansionseinrichtung (18) zum Unterkühlen des flüssigen Kältemittels.

4. Anlage nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch ein drittes Absperrventil (36) in der dritten Leitung zwischen dem Unterkühler und der Expansionseinrichtung, welches geschlossen wird, wenn der gemessene Kompressor-Auslaßdruck über einen bestimmten Wert steigt.