DE951815C

DE951815C - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung einer Kompressions-Kaelteanlage

Info

Publication number: DE951815C
Application number: DEC7510A
Authority: DE
Inventors: Roger S Breck
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 1952-09-30
Filing date: 1953-05-01
Publication date: 1956-11-08
Also published as: US2739451A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Regelung einer Kompressions-Kälteanlage Die Erfindung betrifft die Regelung von Kompressions-Kälteanlagen, bei denen .zur Anpassung an die gewünschte oder erforderliche Kühlleistung für den Kompressor eine mit einem Ventil regelbare Umgehungsleitung vorgesehen ist. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf mit Verbrennungsmotoren angetriebene Kälteanlagen, wie sie beispielsweise für die Kühlanlagen von Fahrzeugen, wie Lastwagen und Anhänger, verwendet werden.
Die bisher allgemein übliche Regelung von Kompressions-Kälteanlagen mit Hilfe einer Umgehungsleitung für den Kompressor zeigt meist ein wenig stabiles Betriebsverhalten und bewirkt dauernd auftretende Pendelungen, da der Durchfluß durch die Umgehungsleitung unmittelbar von einem Temperaturfühler gesteuert wird. Durch die Pendelungen ergibt sich auch ein erhöhter Verschleiß der Regelorgane, und die häufig wechselnden Belastungen sind überaus schädlich für den Kompressor.
Um die vorstehenden Nachteile zu beseitigen und eine besonders einfache und wenig störanfällige Steuerung zu schaffen, wird erfindungsgemäß bei Kompressions-Kälteanlagen der vorgenannten Art nach Erreichen der geforderten Kühltemperatur über einen Temperaturfühler die Flüssigkeitsleitung versperrt und mittels der dadurch bedingten Druckänderung in der Flüssigkeitsleitung das Ventil der Umgehungsleitung geöffnet, über die dann das gasförmige Kühlmittel unter Umgehung des Verdampfers von der Druckseite des Kompressors zu dessen Ansaugseite strömen kann, so daß der Kompressor auch ohne Abgabe von Kühlleistung kontinuierlich arbeiten kann.
Durch die vorstehend beschriebene Maßnahme wird der Regelvorgang auf zwei. zusammenwirkende Regelorgane, nämlich einerseits auf das Absperrorgan in der Flüssigkeitsleitung und andererseits das Regelventil in der Umgehungsleitung, verteilt, wodurch sich ein wesentlich stabileres Betriebsverhalten der Kälteanlage einstellt. Da ein fortgesetztes Wiederinumlaufsetzen des heißen Gases die Gastemperatur sehr stark erhöht, ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung in der Umgehungsleitung eiü Wärmeaustauscher vorgesehen, mit dem die Temperatur des umgeleiteten Gases erniedrigt wird.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Umgehungsleitung des Kompressors ein Steuerventil vorgesehen, welches mit der Flüssigkeitsleitung zwischen Kondensator und Verdampfer in Verbindung steht und durch den Druck in der Flüssigkeitsleitung beaufschlagt wird und in Abhängigkeit davon den Durchfluß des Kühlmittels durch die Umgehungsleitung steuert. Zur Betätigung des in der Flüssigkeitsleitung angeordneten Absperrorgans dient vorzugsweise eine Magnetspule, die von einem auf die Temperatur des Kühlraumes ansprechenden Thermostat erregt wird, während das in der Umgehungsleitung vorgesehene Steuerventil vorzugsweise von einer Membran gesteuert wird, auf die einerseits der Druck in der Flüssigkeitsleitung und andererseits eine Feder einwirkt.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, in der in schematischer Ansicht ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäß ausgebildetes Kühlsystem dargestellt ist.
In der Zeichnung ist ein Kompressor 2 gezeigt, der mit einem Kondensator 3 über die Druckleitung 4 verbunden ist. Der Kondensator ist mit einem Behälter 5 verbunden, der wiederum mit einem Verdampfer 6 über die Flüssigkeitsleitung 7 in Verbindung steht. Eine Expansionsvorrichtung 8, z. B. ein Expansionsventil, ist in der Leitung 7 zwischen dem Behälter 5 und dem Verdampfer 6 angeordnet. Der Verdampfer 6 ist mit dem Kompressor :2 über die Saugleitung g verbunden. Ein elektrisch gesteuertes Ventil io ist in der Flüssigkeitsleitung 7 zwischen dem Behälter 5 und dem Expansionsventil 8 angeordnet. Das elektrisch gesteuerte Ventil io wird durch einen Thermostaten i i betätigt, der entsprechend der Temperatur eines Kühlraumes i2 mittels eines Temperaturfühlkolbens 13 gesteuert wird. Der Raum 12 ist vorzugsweise der Nutzraum eines Fahrzeuges, etwa eines Lastwagens oder Anhängers. Entsprechend einer bestimmten Temperaturabnahme im Raum 12, die durch den Temperaturfühler 13 wiedergegeben wird, wird ein nicht gezeigter Schalter des Thermostaten i i geöffnet, der den Stromfluß in einem elektrischen Kreis unterbricht, wodurch das elektrisch gesteuerte Ventil io geschlossen wird.
Der Verdampfer 6 ist vorzugsweise in einem Gehäuse 14 untergebracht, wobei ein Ventilator Luft aus dem Kühlraum i2 in das Gehäuse 14 saugt und diese durch den Verdampfer 6 unter Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel streichen läßt, wodurch der Raum abgekühlt wird.
Eine Umgehungsleitung 16 verbindet die Druckleitung 4 mit der Saugleitung g. Ein Steuerventil 17 ist in der Umgehungsleitung 16 angeordnet. Eine Wärmeaustauschvorrichtung 18 ist ebenfalls in der Leitung 16, vorzugsweise zwischen dem Ventil 17 und der Saugleitung, eingebaut und dient dazu, dem gasförmigen Kühlmittel die Kompressionswärme im Wärmeaustausch mit der umgebenden Luft zu entziehen.
Das Steuerventil 17 ist mit der Flüssigkeitsleitung 7 durch eine Leitung ig an einer Stelle zwischen dem Ventil io und dem Expansionsventil 8 verbunden. Das Steuerventil 17 schließt ein Gehäuse mit einem Durchgang 2o ein. Eine Ventilklappe 21- schließt den Durchgang 20, und eine Membran 22 in dem Gehäuse betätigt das Ventilglied 2i, um den Durchgang 2o zu schließen oder zu öffnen. Eine Feder 23 und der atmosphärische Druck biegen die Membran 22 in einer Richtung. Wenn ein Druck über die Flüssigkeitsleitung 7 und die Leitung ig in der entgegengesetzten Richtung auf die Membran wirkt, so biegt sich die Membran in der entgegengesetzten Richtung durch, so daß das Ventilglied 21 den Durchgang 2o schließt. Es ist zu bemerken, daß das Ventil ?7 in seiner geschlossenen Stellung gehalten wird, wenn der Druck in der Leitung 7 gleich dem Kondensatordruck ist; wenn jedoch das elektrisch gesteuerte Ventil io geschlossen ist, fällt der Druck in der Leitung 7 zwischen dem elektrischen Ventil io und dem Expansionsventil 8 schnell auf den Druck, der gleich dem Verdampferdruck ist. Gewöhnlich wird das Ventil 17 so eingestellt, daß es bei einem Druck wirkt; der über dein atmosphärischen Druck und unter dem Druck liegt, der dem Minimum der angenommenen Verdampfertemperatur entspricht. Im allgemeinen genügt eine Einstellung auf 0,34 bis o,68 kg/cm= in den meisten Fällen. Wenn sich so das Ventil io in seiner geschlossenen Stellung befindet, vermindert sich der,über die Leitung ig auf die Membran des Ventils 17 ausgeübte Druck auf den Verdampferdruck, der seinerseits weiter abfällt, da der Verdampfer durch den Kompressor ausgepumpt wird. Wenn dieser Druck auf die vorbestimmte Einstellung des Ventils fällt, öffnet sich dieses und hält hiernach einen konstanten Saugdruck aufrecht.
Ein kleines Loch quer durch den' Sitz des Expansionsventils 8 kann gebohrt werden, um eine Verbindung mit dem Druck in der Leitung .7 herzustellen, damit diese Leitung. ausgepumpt werden kann, wenn eine Kühlung nicht erwünscht ist. Auf Wunsch kann auch eine Kapillarumgehungsleitung 3o vorgesehen werden, um dasselbe Resultat zu erzielen. Solche Mittel sind gemäß der charakteristischen Wirkungsweise eines Expansionsventils vorgesehen.
Betrachtet man , die Wirkungsweise des Kühlsystems der vorliegenden Erfindung, so komprimiert, wenn, eine Kühlung des Lagerraumes erwünscht ist, der Kompressor 2 Kühlmittel, wobei das heiße gasförmige Kühlmittel durch die Leitung 4 zum Kondensator 3 gedrückt wird. Das gasförmige Kühlmittel wird im Kondensator 3 kondensiert, wonach das flüssige Kühlmittel zum Behälter kommt. Nimmt man an, daß sich das elektrisch gesteuerte Ventil io in seiner offenen Stellung befindet, indem es durch den Thermostat I I entsprechend der Temperatur in dem Raum i2 geregelt wird, wie sie durch den Temperaturfühler 13 wiedergegeben wird, so strömt das flüssige Kühlmittel durch die Leitung 7 zum Expansionsventil 8, das den Fluß des Kühlmittels zu dem Verdampfer regelt; in dem Verdampfer steht das Kühlmittel in Wärmeaustausch mit der Luft, die gekühlt werden soll, was durch das Verdampfen der Kühlmittel geschieht. Das verdampfte Kühlmittel kehrt dann zu dem Kompressor durch die Saugleitung 9 zurück.
Wenn die Temperatur im Raum i2 bis auf einen vorbestimmten Wert abnimmt, betätigt der Thermostat ii das elektrisch gesteuerte Ventil io, wodurch es geschlossen und so der Durchtritt des Kühlmittels vom Behälter 5 zum Verdampfer 6 verhindert wird. Da der Kompressor in Betrieb bleibt, fällt der Druck in 'der Leitung 7 zwischen dem Ventil io und dem Verdampfer sogleich auf den Druck des Verdampfers ab, und da der Kompressor fortfährt, den Verdampfer auszupumpen, so fällt auch der Druck weiter. Wenn der Druck in der Leitung 7 und in der Leitung i9 auf die vorbestimmte Einstellung des Ventils. 17 gefallen ist, öffnet sich dieses, wodurch die Umgehungsleitung 16 geöffnet wird, so daß komprimiertes Kühlmittel von der Druckleitung 4 zur Saugleitung 9 strömen kann. Das umgeleitete gasförmige Kühlmittel strömt vorzugsweise durch eine Wärmeaustauschvorrichtung 18, um die Kompressionswärme abzuleiten. Da das .gasförmige Kühlmittel durch die Umgehungsleitung 16 tritt, kann es nicht durch den Verdampfer fließen, so daß keine Kühlung erreicht wird, obwohl der Kompressor ständig weiterläuft.
Die Erfindung ist von besonderem Vorteil, wenn es gewünscht wird, den durch einen Verbrennungsmotor angetriebenen Kompressor ständig laufen zu lassen, indem eine, Umleitung des Kühlmittels von der - Kompressordruckseite zur Saugseite stattfindet, wenn eine Kühlung nicht gewünscht wird. Die Erfindung sieht auch ein automatisches Auspumpen des Verdampfers vor und erlaubt die Umleitung von Kühlmittel um den Kompressor herum, während dieser ständig, auch wenn eine Kühlung nicht erwünscht ist, weiterläuft. Die Erfindung kann ohne Schwierigkeiten bei bestehenden Kühlsystemen angewendet werden und erfordert wenig Aufwand sowohl hinsichtlich der Bau- als auch der Betriebskosten.
Wenn auch eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben worden ist, soll der Schutzumfang der Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt sein. .

Claims

PATENTANSPRÜCHE: r. Verfahren zur Regelung einer Kompressions-Kälteanlage, bei der eine mit einem Ventil regelbare Umgehungsleitung für den Kompressor vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ..nach Erreichen der geforderten Kühltemperatur über einen Temperaturfühler die Flüssigkeitsleitung versperrt wird und die dadurch bedingteDruckänderung in derFlüssigkeitsleitung das Ventil der Umgehungsleitung öffnet, über die das gasförmige Kühlmittel unter Umgehung des Verdampfers von der Druckseite des Kompressors zu dessen Ansaugseite strömen und der Kompressor ohne Abgabe von Kühlleistung kontinuierlich arbeiten kann. .
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das über die Umgehungsleitung zurückgeführte gasförmige Kühlmittel gekühlt wird.
3. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch i und 2, bei der in einem geschlossenen Kreis ein Kompressor, ein Kondensator, eine Expansionsvorrichtung und ein Verdampfer in Reihe geschaltet sind und eine mit einem Ventil regelbare Umgehungsleitung für den Kompressor vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Umgehungsleitung (i6) ein Steuerventil (i7) vorgesehen ist, welches mit der Flüssigkeitsleitung (7) zwischen Kondensator (3) und Verdampfer (6) in Verbindung steht und durch den Druck in der Flüssigkeitsleitung (7) beaufschlagt wird und in Abhängigkeit davon den Durchfluß des Kühlmittels durch die Umgehungsleitung (i6) steuert.
4. Kälteanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuerglied (io) in der Flüssigkeitsleitung (7) angeordnet ist und Mittel (i3, 11) vorgesehen sind, die das Steuerglied (io) in Abhängigkeit von der Temperatur im Kühlraum betätigen.
5. Kälteanlage nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (i7) zwischen dem temperaturabhängigen Steuerglied (io) und dem Verdampfer (6) an die Flüssigkeitsleitung (7) angeschlossen ist.
6. Kälteanlage nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (i7) in der Umgehungsleitung (i6) in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Druckänderung in der Flüssigkeitsleitung (7) geöffnet wird.
7. Kälteanlage nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daB zur Betätigung des in der Flüssigkeitsleitung (7) angeordneten Steuergliedes (io) eine Magnetspule vorgesehen ist, - die von einem auf' die Temperatur des Kühlraumes (I2) ansprechenden Thermostat (ii) erregt wird. B. Kälteanlage nach Anspruch 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (i7) in der Umgehungsleitung (i6) von einer Mernbrari (22) gesteuert wird, auf die einerseits der Druck in der Flüssigkeitsleitung (7) und andererseits eine Feder (23) wirken. g. Kälteanlage nach Anspruch 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daB in der-Umgehungsleitung (i6) des Kompressors (2) ein Wärmeaustauscher (i8) vorgesehen ist, mit dem die dort durchströmenden Kühlmittelmengen von ihrer Wärme befreit werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 680 740; schweizerische Patentschriften Nr. 163 10s, 202 328; USA.-Patentschrift Nr. 2 363 273.