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