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Kompressionskältemaschine Die Erfindung bezieht sich auf Kompression.skältemaschinen
mit zwei abwechselnd arbeitenden Verdampfern verschiedener Kälteleistung, die parallel
an eine vom Kondensator kommende bz%v. zum Kompressor führende Kältemitteltunlauflcitung
angeschlossen sind.
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Bei belülmiten Kältemaschinen dieser Art ist jedem der parallel geschalteten
Verdampfer ein druckabhängiges Ventil vorgeschaltet --und ein temperaturabhängiges
Ventil nachgeschaltet. Durch diese Ventile, die entsprechend einzuregulieren sind,
soll das richtige abwechselnde Arbeiten der beiden Verdampfer gesichert werden.
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Diese bekannte Anordnung erfordert demnach eüie erhebliche Zahl von
Ventilen und ist deshalb teuer und nicht immer zuverlässig in der Wirkung. Durch
die Erfindung wird das abwechselnde Arbeiten der beiden Verdampfer verschiedener
Kälteleistung dadurch herbeigeführt, daß nur cisi thennostatisch gesteuertes Ventil
ün Kreislauf des Kältemittels vorgesehen wird, und zwar entweder an der Eingangs-
oder an der Ausgangsseite der Verdampfer, während die anderen Verdampferseiten ständig
in freier Verbindung miteinander stehen, derart, daß in einem bestimmten Augenblick
jeweils in beiden Verdampfern der gleiche Druck herrschen muß. Das thermostü,isch
gesteuerte Umschaltventil veranl<1ßt das abwechselnde Arbeiten der beiden Verdampfer
dadurch, daß es für die Zeit des Arbeitens des wärmeren Verdampfers größerer Kälteleistung
die Überflutung des kälteren Verdampfers kleinerer Kälteleistung aus einem Kältemittelvorrat
herbeiführt, wobei er dann infolge des beim Arbeiten des wärmeren Verdampfers herrschenden
höheren Betriebsdruckes untätig bleibt.
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Bei Kompressionskältemaschinen mit hintereinandergeschalteten Verdampfern
- v erschiedener Kälteleistung ist es bereits vorgeschlagen worden, den bei geringerer
Temperatur und geringerem Druck arbeitenden Verdampfer kleinerer Kälteleistung für
die Zeit des Arbeitens des wärmeren Verdampfers aus einem Kältemittelspeicher zu
überfluten, für die Zeit des Arbeitens des kälteren Verdampfers dagegen einen Teil
des Kältemittels durch entsprechende Umsteuerung in dem Speicher zurückhalten zu
lassen, so daß darin dem wärmeren Verdampfer kein Kältemittel zufließen kann. Die
Erfindung überträgt diese für eine andere Verdampferanordnung geschützte Anordnung
auf die Kältemaschine mit parallel geschalteten Verdampfern.
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Die Erfindung ist durch die Zeichnung schematisch in einigen Ausführungsbeispielen
wiedergegeben, tuid zwar zeigen: Fig. i bis g schematische Darstellungen des Kühlsystems.
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Fig. q. zeigt schematisch eine Schaltungsanordnung zur Steuerung des
Antriebsmotors und des Umschaltventils.
Bei der Anlage nach Fig.
r ist angenommen, daß ein Kühlschrank io zwei verschiedene Räume i i und 13 aufweist,
die verschieden tief zu kühlen sind. Der Raum i i soll durch einen Verdampfer i2
verhältnismäßig kleiner Kälteleistung auf eine tiefer, insbesondere unter dem Gefrierpunkt
liegende Temperatur gebracht werden, der Raum i 3 dagegen mittels eines Verdampfers
14 größerer Kälteleistung auf eine etwas höher, z. B. einige Grad über dem Gefrierpunkt
liegende Temperatur.
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Die beiden Verdampfer arbeiten unter Thermostatsteuerung abwechselnd.
Ihre Form kann an sich beliebig sein. Im Beispiel ist angenommen, daß der Verdampfer
12 ein überfluteter und der Verdampfer 14 ein Trockenverdampfer ist. In der Kammer
i i soll z. B. in Kästen t 5 Eis hergestellt werden, während im Raum 13 eine zur
Frischhaltung von Nahrungsmitteln geeignete Temperatur herrschen soll.
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Die beiden Verdampfer sind in Mg. i ohne Zwischenschaltung eines Ventils
unmittelbar an eine gemeinsame Leitung 16 zur Zufuhr flüssigen Kältemittels über
die Verzweigungsleitungen 17 und 18 angeschlossen. Vom Verzweigungspunkt geht die
Leitung 17 abwärts zu einem Kopfstück 12' des Verdampfers 12, dagegen die Leitung
18, die zum Verdampfer 14 führt, zunächst aufwärts, so daß das zuströmende flüssige
Kältemittel nach Möglichkeit dem kälteren Verdampfer 12 zuzuströmen sucht.
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Vom Verdampfer 12 gelangt das verdampfte Kältemittel über eine Leitung
ig zu einem Umschaltventil 22, während das verdampfte Kältemittel vom wärmeren Verdampfer
14 zu diesem Umschaltventil über eine Leitung 2 i geführt wird. An die Auslaßseite
des Umschaltventils 22 ist die Saugleitung 23 der Kompressoranlage 27, 28 der Maschine
angeschlossen, die das verdichtete Kältemittel über eine Leitung 29 und einen durch
Lüfter 32, 33 gekühlten Kondensator 31 -;Zeder in den Kreislauf zurückführt.
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Das Umschaltventi122 ist mit dem Anker 24 einer Schaltspule 25 verbunden,
bei deren Erregung das Ventil im Beispiel die Leitung 21 mit der Saugleitung 23
verbindet, während bei Aberregung der Spule eine Feder 26 das Ventil so umstellt,
daß die vom Verdampfer 12 kommende Leitung i g finit der Saugleitung 23 frei verbunden
ist.
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Das im Kondensator 31 verflüssigte Kältemittel gelangt über eine Leitung
34 in einen Speicherbehälter 35, von dem aus eine Leitung 36 über ein therinostatisch
gesteuertes Ventil. 37 zur Leitung i6 führt. Das Venti137 ist ein übliches Expansionsventil
mit Membran 38, die im Schließen durch den in den parallel geschalteten Verdampfern
herrschenden Druck (auf der Unterseite) belastet ist. Zum Ventil gehört ein Thermostatkolben
39 an' der Saugleitung 23, der im besonderen mit Kältemittel oder einer ähnlichen
Flüssigkeit gefüllt wird, die einen Dampfdruck erzeugt, dessen Größe von der Temperatur
des Kältemitteldampfes in der Leitung 23 abhängt. Der Druck wirkt auf die Oberseite
der Membran und sucht das Ventil 37 zu öffnen. Neben dein Druck in den Verdampfern
wirkt auf die Membranunterseite (im Schließsinne) eine Feder .11; der Druck an der
Unterseite der Membran hängt hiernach von der Temperatur ab, bei der die Verdampfung
beim Betriebe eines der Verdampfer erfolgt, der Druck auf der Oberseite dagegen
von der Temperatur des aus dem betreffenden Verdampfer austretenden verdampften
Kältemittels. Der Druckunterschied nvischen beiden Membranseiten ist ein Maß für
die Überhitzung des aus dem Verdampfer austretenden Kältemitteldampfes; er wirkt
der Feder 41 entgegen, und zwar im öffnungssinne. Sucht die Überhitzung "zuzunehmen,
so öffnet sich das Ventil und läßt mehr Kältemittel zuströmen und umgekehrt. Dadurch
wird der Kältemittelzufluß so geregelt, daß in bekannter Weise ein im wesentlichen
gleichbleibender Überhitzungsgrad am austretenden Kältemitteldampf eintritt. Ein
solches Ventil steuert demnach den Zufluß des Kältemittels im -wesentlichen nach
Maßgabe der Leistungsfähigkeit des arbeitenden Verdampfers; es läßt eine Kältemittelmenge
zufließen, die völlig verdampft und schwach überhitzt -werden kann.
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Beim Arbeiten des Verdampfers 14 für die wärmere Kammer 13 ist die
Spule 2 5 beispielsweise durch die Thermostatanordnung nach Fig. ¢ erregt, so daB
die Leitung 2 i 111 der dargestellten Weise mit der Leitung 23 verbunden ist. Der
Druck des auf dem geschilderten Wege zum Venti137 gelangenden flüssigen Kältemittels
wird im Ventil 37 herabgesetzt, wobei ein Teil der Flüssigkeit verdampft. Das flüssige
Kältemittel fließt zunächst in der Verzweigungsstelle zwischen den Leitungen 16,
17,18 zum Verdampfer 12, den es überflutet, da eine Kältemittelabführiuig aus diesem
Verdampfer nicht erfolgen kinn. Kältemitteldampf und nach Überflutung des Verdampfers
12 auch das flüssige Kältemittel gelangen zum Verdampfer 14, und die Kältemitteldämpfc
beginnen den Kreislauf von neuem.
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Die Verdampfung des flüssigen Kältemittels im wärmeren Verdampfer
verursacht einen höheren Druck in beiden parallel geschalteten Verdampfern. Infolge
dieses höheren Druckes kann im Verdampfer 12, der ja unter dem Eintluß der tieferen
Temperatur in der Kaintner
i i steht, - keine Flüssigkeit verdampfen.
Etwa dampfförmig in diesem Verdampfer aus einem früheren Arheitsgange verbleibendes
Kältemittel wird vielmehr in flüssiger Form niedergeschlagen bis zur völligen Ausfüllung
des Verdampfers.
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Wird die Spul--25 z. B. in der unten geschilderten Weise stromlos,
so sperrt das Umschaltventil 22 numnehr den Kältemittelumlauf über den. Verdampfer
14 und gibt den Weg für das Kältemittel über den Verdampfer 12 frei. Da der aus
dem Kopfstück r2' des Verdampfers 12 über die Leitung i 9 ausströmende Dampf kälter
ist als der aus dem Verdampfer 14 austretende Dampf, so ist der Dampfdruck in der
Leitung 23 notwendigerweise geringer. Etwa noch in dem Rohrsystem und dem wärmeren
Verdampfer 14 beim Einsetzen des Verdampfers 12 enthaltene Dämpfe höheren Druckes
werden über das Kopfstück abgesaugt. Es kann bei der Umschaltung zeitweilig flüssiges
Kältemittel in die Saugleitung 23 gelangen, an die, zweckmäßig hinter den Thermostatkolben
39, ein Aufnehmer 23' angeschaltet ist, der das flüssige Kältemittel zurückhält,
das allmählich durch den überhitzten Dampf ebenfalls verdampft wird.
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Bei der Ausführung nach Fig.2 sind sowohl der kältere Verdampfer 12a
wie der.wärmere Verdampfer i4a überflutete oder Naßverdampfer. Der Verdampfer i
2a hat hier einen Kältemitteleinlaß 42 am Boden und ein KopfstÜck 43 am oberen Ende.
Der wärmere Verdampfer besteht aus einer Rohrschlange, der das Kältemittel am unteren
Ende zufließt, während der Abfluß am oberen Ende erfolgt. Der Flüssigkeitsspeicher
35 ist durch die Leitung 36 hier mit einem Schwimmerventil 44-verbunden, das die
Zuströmung flüssigen Kältemi`tels zur Sch«zmmerkammer 45 so regelt, daß dabei die
Flüssigkeit bis zur Spiegelhöhe 46 reicht. Das Kopfstück 43 ist durch eine Leitung
40 ,an die Schwimmerkammer 45 unterhalb des Fülssigkeitsspiegels angeschlossen,
das obere Ende des wärmeren Verdampfers i 4a dagegen oberhalb des Flüssigkeitsspiegels.
Vom Boden der Schwimmerkammer führt eine Leitung 47 zu dem UmschaltVenti122a, dessen
Ausgestaltung der des Ventils 22 (Fig. i) entspricht. An das obere Ende der Schwimmerkammer
45 ist schließlich noch die Saugleitung 23a angeschlossen.
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Bei der dargestellten Lage des Umschaltventils 22a (Erregung der Spule
25) ist die Leitung 47 mit dem Einlaßende des wärmeren Verdampfers 14a verbunden,
so daß das Kältemittel zu diesem fließt. Die Zuleitung 42 des kälteren Verdampfers
ist abgesperrt, Kompressor 27 und Lüfter 32 sind eingeschaltet. Der Kältemitteldampf
aus dem Verdampfer 14a fließt über den oberen Teil der Schwimmerkammer .15 zur Saugleitung
23a. Das Kältemittel wird nach Verdichtung und .Kühlung in den Kreislauf zurückgeführt.
Ist im Augenblick der Umschaltung des Ventils 22a noch Kältemitteldampf im kälteren
Verdampfer i2a vorhanden, so wird dieser durch den höheren Saugdruck verflüssigt.
Bei Umschaltung des Ventils 22a (Aberregen der Spule 25) wird die Leitung 47 mit
der Leitung 42 verbunden und die Zuleitung zum Verdampfer i.la gesperrt. Das in
diesem Verdampfernoch vorhandene flüssige Kältemittel verdampft allmählich, der
Saugdruck sinkt, und die Verdampfung im kälteren Verdampfer iv beginnt. Der Kältemitteldampf
wird darin aus diesem Verdampfer 12a durch die Leitungen4o,23a abgesaugt.
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Während des Arbeitens des Verdampfers 12a erhält der Verdampfer i4a
keil Kältemittel und kann also nicht kühlend #wzrken.
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Das Schwnnmerventi144 läßt nur so viel flüssiges Kältemittel einströmen,
wie in dem jeweils arbeitenden Verdampfer verdampft werden kann. Der überschuß an
flüssigem Kältemittel, der beim Betriebe des kälteren Verdampfers 12a vorhanden
ist, wird infolge der Wirkung des Schwimmerventils 44 im Aufnehmer 35 selbsttätig
gespeichert.
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Bei der Anordnung nach Fig.3 liegt das Umschaltventil 22b wieder
an der Ausgangsseite der beiden Verdampfer 12b (kälterer V erdampfer) und 14b (wärmerer
Verdampfer. Das flüssige Kältemittel strömt über. die Leitung 34 und ein Sch@"immerventil
.1S, das so viel Kältemittel durchtreten läßt. wie im Kondensator 3 i niedergeschlagen
wird. Beide Verdampfer sind hier Trockenverdampfer.
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Wie eingangs erwähnt, arbeiten die beiden Verdampfer abwechselnd.
Es sind Betriebsfälle denkbar, bei denen erforderlich sein würde, daß beide Verdampfer
arbeiten, z. B. wenn die Vorrichtung nach längerer Betriebspause in Tätigkeit genommen
werden soll. Es steht dann im Belieben des Konstrukteurs. dafür zu sorgen, daß in
solchen Fällen der eine oder andere Verdampfer bevorzugt in Tätigkeit gesetzt wird.
Im Beispiel der Fig. 3 ist angenommen, daß der kältere Verdampfer 12b vor dem wärmeren
Verdampfer 14b in Tätigkeit gesetzt wird. Das wird hier dadurch erzielt, daß eine
vom Schwimmerventil 48 kommende Leitung 49 um eine gewisse Strecke in eine Erweiterung
am oberen Ende der Zuleitung 5 i zum kälteren. Verdampfer einspringt, während die
Zuleitung 52 des wärmeren Verdampfers an diese Erweiterung an einer höher gelegenen
Stelle angeschlossen ist. Flüssiges Kältemittel kann also zum wärmeren Verdampfer
erst führen, "venn es die Erweiterung bis zur Anschlußstelle der Leitung 52 ausfüllt.
Im übrigen sind die Eingangsenden beider Verdampfer hier frei in Verbindung
miteinander.
Ein Speicherbehälter 53 für flüssiges Kältemittel ist hier an die Saugleirimg 23b
zwischen. Umschaltventil am Ausgangsende der beiden Verdampfer und Kompressor eingeschaltet.
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Bei der dargestellten Einstellung des Ventils 22b (Schaltspule erregt)
arbeitet der kältere Verdampfer i 2b, dessen Ausgangsende an die Leitung 23b angeschlossen
ist und der allein über die Erweiterung des Rohres 51 flüssiges Kältemittel erhält.
Während dieser Zeit ist ein überschuß an flüssigem Kältemittel vorhanden, das sich
im Speicher 53 sammelt. Wird das Ventil 22b umgeschaltet, so wird die Absa ugung
aus dem kälteren Verdampfer 12b unterbrochen. Es fließt nun durch die Leitung .l9
so viel flüssiges Kältemittel, bis der Verdampfer 12b gänzlich mit flüssigem Kältemittel
gefüllt ist; etwa noch vom vorigen Arbeitsgang vorhandene Dämpfe werden bei dem
jetzt infolge der höheren Leistung des i%ärmeren Verdampfers i.lb entstehenden höheren
Saugdruck verflüssigt. und es gelangt flüssiges Kältemittel nunmehr zur Leitung
52 in den Verdampfer 14 b. Gleichzeitig wird das flüssige Kältemittel in dem Speicher
53 verdampft. Bei genügend weiter Verbindungsleitung kann auch ein Teil des flüssigen
Kältemittels aus dem Speicherraum 53 unmittelbar zum wärmeren Verdampfer 1.1b zurückströmen
und darin verdampfen.
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Fig. ¢ zeigt beispielsweise eine Schaltungsanordnung für die Verstellung
des Umschaltventils 22 (bzw. 22- und 22b in Fig. 2 und 3) und für die Einschaltung
und Ausschaltung des Kompressormotors 28. Die Steuerung der Stromkreise geschieht
unter Verwendung zweier Thermostaten T1 und T.,, die in den beiden zu kühlenden
Kammern i i und 13 angeordnet sind. Es ist dabei angenommen, daß der Thermostat
T, in der Kammer liegt, die im Sinne des oben Gesagten bei der Kühlung bevorzugt
werden soll.
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Der Thermostat T1 schließt, wenn in seiner Kammer die Kühlung eingeleitet
werden soll, Kontakte 64 und öffnet Kontakte 63, während der Thermostat T" wenn
seine Kammer gekühlt werden soll, Kontakte 65 schließt. Die Kontakte 6:1 und 65
liegen parallel in der Zuleitung eines Anlaßrelais 66 für den Kompressormotor 28,
mit dem sie durch drei Leitungen verbunden sind. Die Leitungen 67 führen zur Läuferwicklung
des Motors, und von der einen Leitung 67 führt eine Abzweigung 68 über die Schaltspule
2 5 des Umschaltventils und die Ruhekontakte 63 des Thermostaten T1 zur zweiten
Leitung 67. Der Anker 2.1 der Schaltspule 25 ist mit dem Ventilkörper des Umschaltventils
so verbunden, daß bei Unterbrechung des Stromflusses über die Spule 25 die Feder
26 das Ventil so einstellt, daß der bevorzugte Verdampfer arbeitet, während bei
Stromfluß über die Spule 25 das Kältemittel über den anderen Verdampfer fließt.
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Wenn diese Steuereinrichtung mit der Anordnung nach Fig. i verbunden
und der Thermostat T1 in der Kammer i i untergebracht ist, der Thermostat T@ dagegen
in der wärmeren Kammer 13, so wird also diekältere Kammer i i bei der Kühlung bevorzugt.
Verlangt jetzt die wärmere Kammer Kühlung, während die kältere schon kalt genug
ist, so sind die Kontakte 63 und 65 geschlossen. die Kontakte 64. dagegen offen.
Durch die Kontakte 65 ist der Kompressormotor eingeschaltet, und über den Ruhekontakt
des Thermostaten T, erhält die Spule 25 Strom. so daß das Umschaltventil22 so eingestellt
wird, daß das Kältemittel zum Verdampfer 14 fließt.
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Steigt nun die Temperatur in der Kammer i i, daß diese wieder Kühlung
verlangt, so schließen sich die Kontakte 6.4, während die Kontakte 63 geöffnet werden.
Über die Kontakte 65 erhält der Kompressormotor weiter Strom, während die Spule
25 stromlos wird. Es .arbeitet also nur der Verdampfer der Kammer i i, gleichgültig,
ob in der wärmeren Kammer 13 an sich ein Kühlbedürfnis vorliegt oder nicht. Erst
wenn die Temperatur in der kälteren Kammer wieder genügend gesunken ist, ist der
Thermostat T, wieder imstande, das Arbeiten des Verdampfers der wärmeren Kammer
herbeizuführen. Sind an keinem Thermostaten Arbeitskontakte geschlossen, so befindet
sich das Umschaltventil in der gleichen Lage, in der das Kältemittel durch den bevorzugten
Verdampfer fließen würde.
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Die Arbeitsweise der Vorrichtung würde nicht anders sein, wenn der
wärmeren Kammer 13 der Vorzug vor der kälteren Kammer i i gegeben würde. Es würde
dann der Thermostat T1 in der Kammer 13 und der Thermostat T. in der Kammer i i
liegen.