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Hintergrund
der Erfindung
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Konventionelle Kälteanlagen weisen einen Kompressor
auf, der Kühlmitteldampf
befördert,
welcher zu flüssigem
Kühlmittel
kondensiert. Das flüssige
Kühlmittel
strömt
durch eine Flüssigkeitsleitung
in einen Aufnahmebehälter,
in dem eine ausreichend Menge an flüssigem Kühlmittel lagert, um eine flüssige Barriere
für die
Flüssigkeitsleitung
zu bilden, durch welche das flüssige
Kühlmittel
zu einem thermostatischem Expansions (TX) -ventil strömt, welches
den Fluss des flüssigen
Kühlmittels
zu einer Verdampferschlange steuert, wo der Druck reduziert wird,
so dass das flüssige
Kühlmittel,
unter einer daraus folgenden Wärmeaufnahme,
verdampft. Der Kühlmitteldampf
strömt
durch eine Saugleitung zu dem Kompressor. Dies stellt einen dynamischen,
geschlossenen Kreislauf mit einem Phasenwechsel des Kühlmittels
von dampfförmig
zu flüssig,
wobei Wärme
abgegeben wird sowie von flüssig
zu dampfförmig,
wobei Wärme
aufgenommen wird, dar.
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Wenn das flüssige Kühlmittel durch das TX-Ventil
hindurchtritt und unter daraus folgender Wärmeaufnahme in der Verdampferschlange
verdampft, muss die Temperatur des flüssigen Kühlmittels zuerst auf die Verdampfungstemperatur
gesenkt werden, wodurch Verluste bei der Kühlleistung des Kühlsystems
verursacht werden. Je höher
die Temperaturen des flüssigen
Kühlmittels
desto höher
der Effizienzverlust. Zur Unterstützung der Minimierung dieses
Problems ist bekannt, einen Wärmetauscher zwischen
Flüssigkeits-
und Saugleitung zu verwenden, in welchem die Temperatur der Flüssigkeit
in der Flüssigkeitsleitung
durch das Gas mit niedrigerer Temperatur in der Saugleitung gesenkt
wird.
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In gekühlten Handelswarenvitrinen
in Supermärkten
ist es üblich,
Wärmetauscher
zu verwenden, die das flüssige
Kühlmittel
durch engen thermischen Kontakt mit dem kälteren Sauggas-Kühlmittel
kühlen. Es
wurde angenommen, durch die Sen kung der Temperatur des flüssigen Kühlmittels
in solchen Handelswarenvitrinen den Wirkungsgrad des Kühlsystems um
mindestens 8% zu erhöhen,
wodurch lohnende Einsparungen bei den Betriebskosten entstehen. Das
Schriftstück
FR-A-2 320 510 beschreibt
eine solche Vorrichtung.
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Als Teil einer allgemeinen Untersuchung
zu möglichen
Wegen zur weiteren Erhöhung
des Wirkungsgrads von Kühlsystemen
in gekühlten
Handelswarenvitrinen in Supermärkten,
hat der Anmelder die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur
des flüssigen
Kühlmittels,
welches in der Flüssigkeitsleitung
in den Wärmetauscher
eintritt, und der Temperatur des flüssigen Kühlmittels, welches in der Flüssigkeitsleitung
den Wärmetauscher
verlässt,
in einer normalen Supermarkt-Einrichtung
untersucht. Es wurde erwartet, dass diese Temperaturdifferenz erheblich
sein würde
und die Größe der Temperaturdifferenz
den Wirkungsgradzuwachs, welcher durch den Einsatz des Wärmetauschers
erreicht wurde, beziffert. Erstaunlicherweise hat der Anmelder,
entgegen der Annahmen, keine bedeutsame Temperaturdifferenz herausfinden
können,
so dass folglich kein praktischer Nutzen durch den Einsatz des Wärmetauschers
erzielt werden kann. Dieser Befund gilt möglicherweise für zehntausende
Wämetauscher, welche
momentan in gekühlten
Vitrinen in Supermärkten
verwendet werden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Einer der Gründe, warum der Anmelder Temperaturen
in Flüssigkeitsleitungen
in gekühlten
Handelswarenvitrinen untersuchte, war der Versuch herauszufinden,
warum ein TX Ventil, wenn es mit einem Überhitzungswärmesensor
ausgerüstet
ist, wie er in der US Patentschrift 5 052 190 des Anmelders beschrieben
ist, in den Versuchs-Handelswarenvitrinen des Anmelders mit sehr
genauer und konstant geringer Überhitzungswärme arbeitete,
jedoch nicht genauso gut unter wirklichen Realbedingungen funktionierte.
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Weitere Tests mit gekühlten Handelswarenvitrinen
in Supermärkten
zeigten, dass Temperaturänderungen
bis zu 25°F
(–4°C) in der
Flüssigkeitsleitung
ungefähr
alle fünf
Minuten auftraten. Solche Änderungen,
verändern
durch Änderungen
der Kühlmitteldichte
und des Netto-Kühlergebnisses,
die Kapazität
des TX Ventils um bis zu 25% . In den Versuchs-Handelswarenvitrinen
des Anmelders gab es diese Temperaturschwankungen praktisch nicht.
Der Anmelder erkannte, das die Ver suchs-Handelswarenvitrinen eine
relativ kurze Flüssigkeitsleitung
im Vergleich zu den konventionellen gekühlten Handelswarenvitrinen
in den Supermärkten
aufwiesen. In solchen konventionellen Vitrinen verläuft normalerweise eine überdimensionierte
Kupfer-Flüssigkeitsleitung über der
Länge der
Vitrine, wodurch eine niedrige Flüsigkeitsgeschwindigkeit in
der Flüssigkeitsleitung resultiert.
Der Anmelder hat folglich erkannt, dass in konventionellen gekühlten Handelswarenvitrinen
in Supermärkten,
Luft, die die Kupfer-Flüssigkeitsleitung
umströmt,
die Leitung unterkühlt,
was in den oben beschriebenen Temperaturschwankungen resultiert.
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Auf diese Weise wird das langsam
strömende,
flüssige
Kühlmittel
in der Flüssigkeitsleitung
unterkühlt,
bevor es in den Wärmetauscher
eintritt. Dies resultiert in nahezu keinen Einsparungen, da der Wärmegehalt
der Flüssigkeit
in der Flüssigkeitsleitung
auf die Vitrinenluft übertragen
wird und von dem Verdampfer aufgenommen werden muss. Falls eine Überhitzungswärmesteuerung
vorhanden ist, führt die
ständigen
Kapazitätsänderungen
des TX Ventils zu einer fluktuierenden Überhitzungswärmesteuerung.
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Der Anmelder hat daraufhin eingesehen, dass
die konventionelle Betrachtungsweise, dass die Flüssigkeitsleitung
nicht isoliert sein sollte, um eine Unterkühlung der Flüssigkeit
in der Flüssigkeitsleitung
durch die diese umströmende
Vitrinenluft zu erreichen, der Grund für das Problem war.
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Die vorliegende Erfindung basiert
daher auf der Erkenntnis, dass, wie oben beschrieben, der Mangel
des Wärmetauscherwirkungsgrads
von gekühlten
Handelswarenvitrinen in Supermärkten
auf der konventionellen Praxis beruhte, die Flüssigkeitsleitung nicht zu isolieren
um eine angebliche Wirkungsgradsteigerung des Systems zu erreichen.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird
die Flüssigkeit
in der Flüssigkeitsleitung
thermisch von der diese umströmenden
Luftströmung isoliert.
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Die vorliegende Erfindung umfasst
ebenfalls eine gekühlte
Handelswarenvitrine entsprechend Anspruch 1 mit einem zu kühlenden
Handelswarenbereich, einer Luftströmungsführung durch die Luft in der
Vitrine zirkuliert, um den Handelswarenbereich zu kühlen, eine
Verdampferabteilung, die von der Luftströmungsfüh rung durchquert wird, einen
Kühlungsverdampfer
und einen Kühlungs-Wärmetauscher
in der Verdampferabteilung, eine Flüssigkeitsleitung, welche flüssiges Kühlmittel
von einem Kompressor durch den Wärmetauscher
zu dem Verdampfer führt,
und eine Saugleitung, welche das dampfförmige Kühlmittel von dem Verdampfer
durch den Wärmetauscher,
in darin mit dem flüssigen
Kühlmittel wärmetauschender
Weise, zu einem Kompressor führt,
die Luftströmung
in der Luftströmungsführung den
Wärmetauscher
und den Verdampfer umströmt und
die Flüssigkeitsleitung
thermisch von der sie umströmenden
Luftströmung
isoliert ist.
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Die Flüssigkeitsleitung kann aus Metall
bestehen und kann von Wärme
isolierendem Material umgeben sein. Das Wärme isolierende Material kann zellförmiges,
gummiartiges Material umfassen. Alternativ kann die Flüssigkeitsleitung
aus Wärme
isolierendem Material hergestellt sein.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Eine Ausgestaltung der Erfindung
wird beispielsweise im folgenden unter Bezugnahme der anliegenden
Zeichnungen beschrieben, von denen:
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1 eine
schematische Draufsicht der Kühlkomponenten
in der Verdampfer-Abteilung
im Fußteil
einer konventionellen Handelswarenvitrine ist;
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2 eine
schematische Seitenansicht einer konventionellen Supermarkt-Handelswarenvitrine
ist, welche die innere Luftströmung
darstellt;
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3 ein
Graph ist, der den Unterschied über
der Zeit der Flüssigkeit
in der Flüssigkeitsleitung,
die in den Wärmetauscher
führt,
und der Flüssigkeit
in der Flüssigkeitsleitung,
die aus dem Wärmetauscher
herausführt,
in einer konventionellen Handelswarenvitrine in einem Supermarkt
darstellt, und
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4 ein ähnlicher
Graph ist, der die Temperaturdifferenz über einem ähnlichen Zeitraum darstellt,
wenn die Flüssigkeit
in der Flüssigkeitsleitung entsprechend
der Erfindung von der Vitrinenluft isoliert wurde.
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Beschreibung einer bevorzugten
Ausführungsform
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Bezugnehmend auf die Zeichnungen,
weist eine gekühlte
Supermarkts-Handelswarenvitrine äußere Seitenwände 20,
eine äußere Bodenwand 22 und
eine obere Wand 24, die sich lediglich nur mit einer kurzen
Länge von
den Seitenwänden 20 seitlich nach
innen erstreckt, um ein geöffnetes
Oberteil für den
Zugriff durch die Kunden bereitzustellen, auf. Die Vitrine weist
weiterhin innere, metallische Seitenwände 28 und eine innere,
metallische Bodenwand 22 auf, so dass dort zwischen eine
Luftströmungsführung 32 bereitgestellt
wird. Im oberen Bereich der Vitrine ist die Luftströmungsführung 32 mit
dem offenen Oberteil 26 verbunden. Die inneren Seiten-
und Bodenwände 28, 30 stellen
eine Handelswaren aufnehmende Abteilung dar, auf die die Kunden
Zugriff durch das offene Oberteil 26 haben.
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Der untere Bereich der Vitrine weist
eine Verdampfer-Abteilung 34 zwischen den inneren und äußeren Bodenwänden 30, 22 auf.
Eine Flüssigkeitsleitung
führt von
dem Kondensator (nicht dargestellt) in die Verdampferabteilung 34 zu
der äußeren Hülle des Wärmetauschers 38 und
danach von dem Wärmetauscher 38 durch
den Filter 40 und das TX Ventil 42 zu einer gerippten
Verdampferschlange 44. Eine Saugleitung 46 verläßt die Verdampferschlange 44 und
durchläuft
einen Überhitzungswärmesensor 48 und
eine innere Hülle
des Wärmetauschers 38 und verläßt die Verdampferabteilung
34, um zum Kompressor (nicht dargestellt) zu verlaufen. Das TX Ventil 42 weist
einen Temperatursensorkolben 50 auf, der an den Überhitzungswärmesensor 48 angeschlossen
und mit dem TX Ventil 42 über eine Leitung 52 verbunden
ist, um das TX Ventil besser in bekannter Art und Weise zu kontrollieren.
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Die Verdampferabteilung 34 weist
weiter eine Reihe von Ventilatoren 18 auf, die, zur Kühlung der
die Handelswaren aufnehmenden Abteilung 31, die Luft in
dem Durchgang 32 zirkulieren lassen, d. h. auf der einen
Seite der Vitrine herunter, durch die Verdampferabteilung 34 hindurch
und auf der anderen Seite der Vitrine wieder herauf, so wie dies
durch die Pfeile in 2 dargestellt
ist. Wie weiterhin durch die Pfeile dargestellt ist, strömt die Luftströmung, die die
Luftführung 32 auf
einer Seite der Vitrine verlässt, quer
durch das offene Oberteil 26 und in die Luftführung 32 auf
der anderen Seite der Vitrine. Die kalte Vitrinenluft strömt demnach über die
Flüssigkeitsleitung 36 und
andere Komponenten in der Verdampferabteilung 34.
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Wie bereits ausgeführt, weisen
konventionelle Handelswarenvitrinen in Supermärkten normalerweise nicht-isolierte
Flüssigkeitsleitungen 36 aus Kupfer
auf. Messungen der Temperatur des flüssigen Kühlmittels in der Flüssigkeitsleitung 36,
die in den Wärmetauscher 38 hineinführt, und
der Temperatur des flüssigen
Kühlmittels
in der Flüssigkeitsleitung, die
den Wärmetauscher 38 verlässt, wurden über eine
gewisse Zeitspanne an einer Dichtung in einem Supermarkt durchgeführt. Die
Ergebnisse sind in 3 dargestellt,
wobei die dickere Linie die Einlaßtemperatur T1 und die dünnere Linie
die Austrittstemperatur T2 darstellt. Deutlich erkennbar ist die
Temperaturdifferenz zwischen den Temperaturen T1 und T2 zu jedem
Zeitpunkt sehr gering. Anders ausgedrückt ist der Wärmetauscher 38 ausgesprochen
ineffektiv.
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Die Flüssigkeitsleitung wurde dann
entsprechend der Erfindung isoliert. In dieser Ausführungsform
wurde die Flüssigkeitsleitung
mit einem zellfömigen,
gummiartigen Material, so wie Rubatex oder Armatex (Handelsmarken)
isoliert. Der Wärmetauscher 38 und
der Filter 40 wurden ähnlich
isoliert. Die zuvor beschriebenen Messungen wurden wiederholt und die
Ergebnisse in 4 dargestellt.
Die drastischen Verbesserungen, d. h. die merklichen Differenzen zwischen
der Einlass- und
der Auslasstemperatur T1 und T2 zu jedem Zeitpunkt sind offensichtlich.
Durch die Erfindung erfolgte somit eine sehr bedeutende Erhöhung des
Wärmetauscherwirkungsgrads.
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In der zuvor beschriebenen Ausführungsform
wurde eine konventionelle Flüssigkeitsleitung durch
Anwendung eines Isoliermaterials isoliert. Für einen Fachmann ist es offensichtlich,
dass die Flüssigkeit
in der Flüssigkeitsleitung
auch gegenüber
der diese umströmenden
Vitrinenluft dadurch isoliert werden kann, dass die Flüssigkeitsleitung
selbst aus geeignetem isolierenden Material hergestellt wird.
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Die vorliegende Erfindung kann vorteilshafterweise
mit den in der US Patentanmeldung 08/898 857, angemeldet am 25.
Juli 1997 und/oder dem US Patent 5 706 665, ausgestellt am 13 Januar
1998, des Anmelders beschriebenen und beanspruchten, verbesserten
Kühlsystemen
angewendet werden. Andere Ausführungsformen
sind für
einen Fachmann ebenso offensichtlich, wobei der Geltungsbereich
der Erfindung durch die beigefügten
Ansprüche
definiert wird.