DE602004008761T2

DE602004008761T2 - Kühlsystem und verfahren zum betrieb eines solchen systems

Info

Publication number: DE602004008761T2
Application number: DE602004008761T
Authority: DE
Inventors: Benny Andersson; Per-Olof Nilsson
Original assignee: Electrolux Home Products Corp NV
Current assignee: Electrolux Home Products Corp NV
Priority date: 2003-04-15
Filing date: 2004-04-07
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2024-04-08
Also published as: NZ542807A; US20060130515A1; DE602004008761D1; JP2006523819A; SE0301139D0; EP1616136A1; EP1616136B1; ATE372490T1; AU2004230744A1; WO2004092661A1; CN1777780A

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem, das einen Kompressor umfasst, der über einen geschlossenen Kreislauf, in dem ein zirkulierendes Kühlmittel enthalten ist, mit einem Verdichter und zwei oder mehr Verdampfern verbunden ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Systems.
STAND DER TECHNIK
Kühlsysteme des oben erwähnten Typs sind bekannt und werden beispielsweise in Kühl-/Gefrierschränken eingesetzt. In der Europäischen Patentanmeldung EP 1 087 186 wird ein Kühlschrank mit einem ersten Abteil, einem zweiten Abteil, einem Kompressor und einem Kältemittelablass offenbart. Ein erster Verdampfer mit einem Auslass ist mit dem Kompressor zur Kühlung des ersten Abteils verbunden. Ein zweiter Verdampfer mit einem Auslass ist mit dem Kompressor parallel zum ersten Verdampfer verbunden, um das zweite Abteil zu kühlen. Zwischen den Auslässen des ersten und zweiten Verdampfers ist ein Rückschlagventil eingefügt, um das Kältemittel aus dem ersten Verdampfer daran zu hindern, in den zweiten Verdampfer einzudringen. Der Kühlschrank umfasst des weiteren ein Strömungsweg-Schaltelement zum Umschalten eines Kühlmodus zwischen einem ersten Kühlmodus, in dem das vom Kompressor abgegebene Kältemittel dazu gebracht wird, durch den ersten Verdampfer zu strömen und damit das erste Abteil zu kühlen, und einem zweiten Kühlmodus, in dem das vom Kompressor abgegebene Kältemittel dazu gebracht wird, durch den zweiten Verdampfer zu strömen, um damit das zweite Abteil zu kühlen, und ein Steuerelement zur Steuerung des Kompressors und des Schaltelements, so dass der erste und der zweite Kühlmodus abwechselnd eingeschaltet werden und damit der Kompressor im ersten Kühlmodus bei einem Temperaturabfall in beiden Abteilen angehalten wird. Bei der Verwendung von zwei oder mehr Verdampfern in dieser Art von Systemen kommt es zu Problemen mit der Erzielung einer maximalen Energie-Effizienz für das System, wenn die einzelnen Verdampfer auf unterschiedlichen Temperaturniveaus und/oder Wärmebelastungen arbeiten. Wenn die Verdampfer seriell oder parallel verbunden sind, bestimmt ohne zusätzliche Vorrichtungen die niedrigste Temperatur (zusammen mit der höchsten) im System den Leistungskoeffizienten des Systems und damit auch den Energieverbrauch.
Eine Möglichkeit, dieses Problem zu lösen, besteht in der Trennung parallel verbundener Verdampfer mit Ventilen und diese unter unterschiedlichen Bedingungen zu betreiben. Das Problem bei dieser Lösung ist, dass unterschiedliche Bedingungen unterschiedliche Mengen an Kältemittel verlangen. Eine Möglichkeit zur Lösung dieses Problems besteht mittels einer Vorrichtung, welche die in den Ansprüchen beschriebenen Merkmale besitzt.
BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, von denen 1 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung ist und 2 eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels.
BESCHREIBUNG EINES ILLUSTRATIVEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Gemäß 1 ist ein Kompressor 10 vorgesehen, der mit einem Saugrohr 11 und einem Druckrohr 12 eines geschlossenen Kreislaufs mit einem Kältemittel verbunden ist. Das Druckrohr 12, welches das Kältemittel in gasförmigem Zustand unter hohem Druck enthält, ist mit einer Einlassseite 13 eines Verdichters 14 verbunden, in dem das Gas allmählich in seinen flüssigen Zustand kondensiert. Die Auslassseite 15 des Verdichters ist mit einem Einlasszweig 16 eines T-Stücks 17 verbunden, das einen vertikalen Zweig 18 besitzt, der in einem Behälter 19 endet, in dem ein bestimmtes Volumen des Kondensats vorübergehend verborgen werden kann. Am Boden des Behälters befindet sich ein Rohr 20, das über ein Ventil 22 und eine erste Expansionsvorrichtung 23 mit einer Einlassseite eines ersten Hochlastverdampfers 21 verbunden ist. Ein Auslassrohr 24 des ersten Verdampfers 21 ist über ein Rückschlagventil 25 mit dem Saugrohr 11 verbunden, in dem das Kältemittel in Dampfzustand bei niedrigem Druck vorhanden ist.
Ein Auslasszweig 26 des T-Stücks 17 ist über ein Rohr 27 mittels eines zweiten Ventils 29 und einer zweiten Expansionsvorrichtung 30 mit einem zweiten Niedriglastverdampfer 28 verbunden. Ein Auslassrohr 31 des zweiten Verdampfers 28 ist ebenfalls mit dem Saugrohr 11 verbunden.
Der erste Verdampfer 21 ist ein Hochlastverdampfer mit niedrigem Druck, wohingegen der zweite Verdampfer 28 ein Niedriglastverdampfer unter hohem Druck ist.
Das System funktioniert auf folgende Art und Weise. Vom Saugrohr 11 an der Niederdruckseite des Kompressors 10 wird der Dampf auf einen Hochdruck komprimiert und mittels des Kompressors 10 an das Druckrohr 12 verteilt. Das Gas geht von der Einlassseite 13 in den Verdichter 14 und wird so gekühlt, dass es allmählich zu einem warmen Kondensat kondensiert. Das warme Kondensat fließt von der Auslassseite 15 des Verdichters in den Einlasszweig 16 des T-Stücks 17 und weiter durch den vertikalen Zweig 18, von dem es durch Schwerkraftwirkung in den Behälter 19 strömt. Vorausgesetzt das Ventil 22 ist offen, geht das Kältemittel über die Expansionsvorrichtung 23 unter einem beträchtlich niedrigeren Druck in den ersten Hochlastverdampfer 21. Das Niedrigdruck-Kondensat nimmt jetzt Wärme vom Kühlraum auf, in dem der Verdampfer platziert ist, und gleichzeitig kocht es. Der entstehende Dampf hat einen niedrigen Druck und strömt durch das Rückschlagventil 25 in das Saugrohr 11.
Wenn anderseits das Ventil 22 geschlossen ist, wird das warme Kondensat gesammelt und vorübergehend verborgen und im Behälter 19 zurückbehalten, bis der Behälter voll ist. Dann strömt die restliche Menge Kältemittel im System – vorausgesetzt das Ventil 29 ist geöffnet – stattdessen durch den Auslasszweig 26 des T-Stücks, das Rohr 27, die Expansionsvorrichtung 30 und den zweiten Niedriglastverdampfer 28 zum Saugrohr 11, wodurch der Raum, in dem sich der zweite Verdampfer befindet, abgekühlt wird.
Es ist zu beachten und für Fachleute ohne weiteres einsehbar, dass der Geltungsbereich der Erfindung das Niveauverhältnis in der Positionierung zwischen dem ersten Auslass des Behälters (19), der diesen mit dem ersten Ventil (22, 22a) verbindet, und dem zweiten Auslass des Behälters zu finden ist, der diesen mit dem zweiten Ventil (29, 29a) verbindet. Das Niveauverhältnis definiert das Volumen von warmem Kondensat, das gesammelt und vorübergehend verborgen und im Behälter zurückgehalten wird, wenn das erste Ventil geschlossen ist. Das bedeutet, dass so lange der zweite Auslass über dem ersten Auslass positioniert ist (oder umgekehrt), ein Volumen begrenzt wird, in dem das Kondensat gesammelt wird. Das Wort "oberhalb" bedeutet, dass die Auslässe nicht unbedingt geradewegs übereinander angeordnet sein müssen. Sie können stattdessen auch in einem bestimmten Verhältnis zueinander angeordnet sein.
Die Ventile 22 und 29, der Kompressor 10 und herkömmliche Temperatursensoren werden mittels eines auf zweckmäßige Weise ausgeführten elektrischen Schaltkreises verbunden und geregelt.
In diesem Zusammenhang sollte erwähnt werden, dass es möglich ist, Energie zu sparen und die Kühleffizienz unter Verwendung des Behälters 19 als Wärmetauscher für das Saugrohr 11 zu steigern. Durch Einschließen des Saugrohrs im Behälter 19 oder durch wärmeübertragendes Annähern dieser Teile wird Wärme vom warmen Kondensat auf den kalten Dampf im Saugrohr 11 übertragen. Folglich wird der kalte Dampf erhitzt, wodurch Energie gespart wird, bei gleichzeitiger Abkühlung des warmen Kondensats, wodurch die Kühleffizienz erhöht wird.
Gemäß dem in 2 dargestellten alternativen Ausführungsbeispiel ist das verborgene Volumen stattdessen ein integrierter Teil des Verdichters 14a. Das verborgene Volumen wird vom unteren Teil 19a des Verdichters 14a geschaffen. Wenn folglich das Ventil 22a im Rohr 20a geschlossen ist, sammelt sich das Kondensat im unteren Teil des Verdichters, bis es den Auslass 26a erreicht, der mit dem Rohr 27a über das Ventil 29a verbunden ist. Vorausgesetzt das Ventil 29a ist offen, wird das restliche Kältemittel im System nur durch den oberen Teil des Verdichters 14a zirkuliert. Das bedeutet, dass im unteren Teil des Verdichters Flüssigkeit gesammelt und verborgen wird und dass dieser Teil vom Standpunkt der Wärmeübertragung als inaktiv betrachtet werden kann. Durch Nutzung dieser Anordnung ist es möglich, einen Verdichter mit zwei Zuständen zu schaffen, einem ersten Zustand mit hoher Wärmeabgabe und hoher Füllmenge und einem zweiten Zustand mit weniger Wärmeabgabe und Füllmenge.

Claims

Kühlsystem, das einen Kompressor (10) umfasst, der über einen geschlossenen Kreislauf, welcher ein zirkulierendes Kältemittel enthält, mit einem Verdichter (14, 14a) und zwei oder mehr Verdampfern (21, 28) verbunden ist, wobei der Kreislauf einen Behälter (19, 19a) umfasst, der mit dem Verdichter (14, 14a) kommuniziert und mindestens einen ersten Auslass besitzt, der über ein erstes Ventil (22, 22a) mit mindestens einem Verdampfer (21) kommuniziert, wobei der Behälter (19, 19a) so angeordnet ist, dass er ein bestimmtes Volumen des vom Verdichter weg strömenden Kältemittels empfängt und vorübergehend speichert, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (19, 19a) ebenfalls mindestens einen zweiten Auslass (26, 26a) besitzt, der mit einem oder mehreren der zusätzlichen Verdampfer (28) kommuniziert, um den restlichen Teil des Kältemittels durch den mindestens einen der zusätzlichen Verdampfer (28) zu zirkulieren, wenn das Volumen im Behälter (19, 19a) gespeichert worden ist, wobei der zweite Auslass (26, 26a) oberhalb des ersten Auslasses angeordnet ist.
Kühlsystem gemäß Anspruch 1, wobei am zweiten Auslass (26, 26a) ein zweites Ventil (29, 29a) angeordnet ist.
Kühlsystem gemäß einem der Ansprüche 1-2, wobei der Kreislauf mit einem T-Stück (17) versehen ist, das einen Teil des Behälters (19, 19a) bildet.
Kühlsystem gemäß einem der Ansprüche 1-3, wobei der Behälter (19a) ein integrierter Teil des Verdichters (14a) ist.
Kühlsystem gemäß Anspruch 4, wobei der Behälter (19a) der untere Teil des Verdichters (14a) ist.
Kühlsystem gemäß einem der Ansprüche 1-5, wobei der Kreislauf mindestens ein Saugrohr (11) umfasst, das zwischen den Verdampfern (21, 28) und dem Kompressor (10) angeordnet ist, wobei das Saugrohr im Wärmetauscher-Verhältnis zum Behälter (19, 19a) angeordnet ist.
Verfahren zum Betrieb eines Kühlsystems, das mit einem geschlossenen Kreislauf ausgestattet ist, der ein Kältemittel enthält, das im Dampfzustand zu einem Hochdruckgas komprimiert ist, dass eine allmähliche Kondensation des Gases möglich ist, wobei ein Teil des Kondensats vorübergehend als nicht-zirkulierendes, verborgenes Volumen (19, 19a) zur späteren Verdampfung in einem ersten Verdampfer (21) gesammelt wird, und dass mindestens ein Teil des restlichen Kältemittels durch einen zweiten Verdampfer (28) zirkuliert, wenn das verborgene Volumen aufgefüllt worden ist, wobei das verborgene Volumen (19, 19a) ein integrierter Teil eines Verdichters (14) des Kühlsystems ist, und dass ein erstes Ventil (22, 22a) das verborgene Volumen (19, 19a) mit dem ersten Verdampfer (21) verbindet, während ein zweites Ventil (29, 29a) das verborgene Volumen (19, 19a) mit dem zweiten Verdampfer (28) verbindet.