DK159894B - Koele- eller varmepumpeanlaeg - Google Patents

Description

i

DK 159894 B

Opfindelsen angår et køle- eller varmepumpeanlæg som angivet i den indledende del af krav 1.

Ved et kendt anlæg af denne art (DE-PS 720 735) samles det i fordamperen ikke fordampede kølemiddel i en under fordampe-5 ren værende væskeudskiller. En ekspansionsanordningen tilhørende første styreventil er udformet som af væskestanden i væskeudskilleren afhængig højtryks-svømmerregulator. Ved hjælp af en anden styreventil kan flydende kølemiddel tømmes fra væskeudskilleren til et mellemkammer. Den anden styre-10 ventil er en omkoblingsventil, som åbnes enten ved udkobling af kompressoren eller i afhængighed af en tidskontakt. Mellemkammerets udgang er forbundet med kølemiddelledningen bag ekspansionsanordningen. Mellembeholderen afgiver det flydende kølemiddel til fordamperen, når fordampertrykket falder 15 ved indkoblingen af kompressoren.

Ved et andet kendt køleanlæg (DE-OS 35 11 829) er der anbragt en som magnetventil udformet omkoblingsventil mellem væskeudskiller og mellemkammer, som åbner ved varmepumpestilstand. Mellemkammerets udgang er over en kontraventil 20 forbundet med kølemiddelledningen bag ekspansionsanordningen, som fører til en injektoranordning i et oven for fordamperen værende forstøvningskammer. Injektoranordningen forsynes med drivgas fra kompressorens trykside over en magnetventil .

25 I begge tilfælde fås en ukontrolleret recirkulation af det flydende kølemiddel.

Endvidere kendes et køleanlæg (Danfoss-katalog "Automatic Controls for Industrial Refrigeration Plants" trykmærke KA.00.K1.02, side 1), ved hvilket en væskeudskiller optager 30 såvel kølemidlet fra ekspansionsanordningen som kølemidlet fra fordamperne. Denne udskillers væskerum er over pumper og yderligere indretninger, såsom regulatorer og ekspansions- 2

DK 159394 B

ventiler, forbundet med fordamperindgangene. Ved hjælp af pumperne kan det flydende kølemiddel, som skal tilføres fordamperne, nøjagtigt doseres. Man kan optimere fordamperens drift, især med henblik på en lav middeltemperaturdifferens.

5 Dette anlæg er dog kostbart og kompliceret.

Formålet med opfindelsen er at angive et køle- eller varmepumpeanlæg af den i indledningen beskrevne art, ved hvilket mængden af det flydende kølemiddel, der forløber igennem fordamperen, på enkel og billig måde kan indstilles over et 10 bredt arbejdsområde.

Denne opgave løses ifølge opfindelsen som angivet i den kendetegnende del af krav 1.

Ved dette anlæg tømmes det udskilte flydende kølemiddel altid da, når den første omkoblingsventil er lukket, over den 15 anden omkoblingsventil i mellemkammeret og tilføres derfra, når den første omkoblingsventil er åben, af trykket af den ved ekspansionen opstående kølemiddeldamp igen fordamperen.

Ved valg af de aktuelle åbnings- og lukketider får man en kontrolleret og næsten kontinuerlig, pulserende recirkulati-20 on og en til recirkulationen svarende forbedret varmeoverfø-rings-koefficient k af fordamperen. Man kan derfor med den samme køleeffekt reducere fordamperfladen og/eller arbejde med mindre middeltemperaturdifferens, dvs. udvisende en højere absolutværdi af sugetryk til kompressoren, og derved 25 opnå en effektbesparelse. Da en lille middeltemperaturdifferens og næsten den samme temperatur opnås over hele fordamperoverfladen på grund af recirkulationen, fordi den samlede fordamperflade er dækket med væske, fås ved køleanlæg i forbindelse med denne mindre middeltemperaturdifferens en redu-30 ceret udtørring af den kølede vare. Især kan en optimal k-værdi for fordamperen også da opnås, når man arbejder med et lavere recirkulationstal og mindre fyldning. Anordningen kan i forbindelse med de mest forskellige standardtyper anvendes af fordamper og kølemiddel.

DK 159894B

3

Den videre udformning ifølge krav 2 tillader en meget god regulering ved ændring af forholdet mellem åbnings- og lukketiderne i en forudbestemt cyklustid. Herved kan mængderne af det på ny over ekspansionsanordningen tilførte flydende 5 kølemiddel og af det recirkulerende flydende kølemiddel let indstilles, hvorved der kan tages hensyn til arten af anlæg, driftsforhold, fordamperbelastning og andet. En sådan styring kan let realiseres ved hjælp af et elektronisk styrekredsløb.

10 Den ved hjælp af udformningen i krav 3 hurtigt pulserende væskestrøm har en gunstig virkning på fordamperens varme-overførings-koefficient k. Især kommer en kort samlet cyklustid af impulsbreddemodulations-styreanordningen i betragtning, som er mindre end 60 s, fortrinsvis mindre end 15 30 s. Som følge heraf forbliver forholdene i fordamperen næ sten konstant trods pulserende tilførsel af det flydende kølemiddel .

Foretrukne udførelsesformer af omkoblingsventilerne er kendetegnet i krav 4 og 5.

20 Et alternativ ifølge kravene 6 og 7 giver en særlig enkel udførelsesform. Da kølemiddeltrykket afhænger af den anden omkoblingsventils åbningstilstand, skiftes den første omkoblingsventil synkront.

Ved udformningen ifølge krav 8 er alle væsentlige elementer 25 forenet i det skålformede stempel og den stemplet omgivende cylinder.

Med udformningen ifølge krav 9 sikres, at ingen kølemiddeldamp strømmer fra mellemkammeret i modsat retning af den udløbende væske gennem den anden omkoblingsventils ventilåb-30 ninger og herved forhindrer udløbet. Udløbstiden og dermed den anden omkoblingsventils åbningstid kan derfor forkortes.

DK 159894B

4

Den tredie omkoblingsventil behøver ikke at lukke tæt i sine omkoblingsstillinger, da den ønskede effekt også stadig optræder, om end noget formindsket.

En særlig enkel konstruktion giver de videre udformninger 5 ifølge kravene 10 og 11.

Føleren ifølge krav 12 registrerer mellemkammerets tømningstid, som er afgørende for recirkulationstiden og styringen af omkoblingsventilerne.

Der kan også anvendes en trykføler ifølge krav 13, da tryk-10 ket i mellemkammeret ændres ved tømningen, som ved underskridelse af en tryktærskel påvirker styringen afOmkoblings ventilerne.

Særlig gunstig er en recirkulationsrate ifølge krav 14, som udgør ca. 1,2 - 1,5. I dette område fås en tilstrækkelig 15 forhøjet k-værdi af fordamperen. På den anden side kan væskeudskilleren holdes forholdsvis lille.

Opfindelsen forklares nærmere nedenstående ved hjælp af på tegningen viste, foretrukne udførelseseksempler, der viser i fig. 1 et skematisk vist anlæg ifølge opfindelsen, 20 fig. 2 som funktion af tiden stillingen af den ene omkob lingsventil, fig. 3 som funktion af tiden stillingen af den anden omkobl ingsventil, fig. 4 i delfremstilling en varieret udførelsesform, 25 fig. 5 i delfremstilling en yderligere variationsform.

DK 159894 B

5 fig. 6 en yderligere variant af et anlæg ifølge opfindelsen, fig. 7 en del af en fordamper og fig. 8 i et diagram fordamperens varmeoverførings-koeffi-5 cient k som funktion af recirkulationsraten R.

Køleanlægget i fig. 1 har en kompressor 1, som over en trykledning 2 er forbundet med en kondensator 3. En væskeledning 4 fører til en ekspansionsanordning 5 med en som magnetventil udformet omkoblingsventil 6. Ekspansionsanordningens 5 10 drosselsted befinder sig i omkoblingsventilen 6. En forbindelsesledning 7 fører i et mellemkammer 8, fra hvis bund en ledning 9 udgår, som fører til en fordamper 10. Dennes udgang 11 er forbundet med en væskeudskiller 12. På oversiden er der anbragt en sugeledning 13, som igen fører til kom-15 pressoren 1.

Væskeudskilleren 12 er ved hjælp af en væg 14 adskilt fra mellemkammeret 8. En ledning 15 forløber igennem denne mellemvæg 14 og har en omkoblingsventil 16. Ved åben omkoblingsventil 16 kan væske strømme fra væskeudskillerens 12 20 sump 17 til mellemkammeret 8 og dér danne sumpen 18. Omkoblingsventilen 6 er udformet som åbningsventil og omkoblingsventilen 16 som lukkeventil. Begge omkoblingsventiler forsynes fra en styreanordning 19 med breddemodulerede impulser over en impulsledning 20. Som følge deraf kan disse omkob-25 lingsventiler styres modsat hinandens åbnings- og lukketilstand, som fig. 2 viser for omkoblingsventilen 16 og fig. 3 for omkoblingsventilen 6. En arbejdscyklus omfatter cyklustiden T. Heraf er omkoblingsventilen 6 åben under tiden a og omkoblingsventilen 16 lukket, mens det omvendte gælder for 30 tiden b. Forholdet mellem tiderne a og b kan ændres af styreanordningen 19. Cyklustiden T ligger fx ved 25 s.

DK 159894 B

6

Dette fører til den følgende funktionsmåde: Fordamperen 10 forsynes med så meget flydende kølemiddel, at der på fordamperens udgang 11 endnu foreligger en udpræget del af kølemidlet i flydende form. Denne væske samles i væskeudskille-5 rens 12 sump 17. Under tiden br i hvilken omkoblingsventilen 6 er lukket, og omkoblingsventilen 16 er åben, løber denne væske til mellemkammeret 8. I den næst følgende tid a, når omkoblingsventilerne vender deres funktion om, drives denne væske fra sumpen 18 på ny gennem fordamperen 10. Driften 10 sker under trykket af den damp, som ved åben omkoblingsventil 6 dannes bag ekspansionsanordningens 5 drosselsted og således hersker i mellemkammeret 8. Ved valg af forholdet mellem tiderne a og b i cyklustiden T kan recirkulationstallet eller -raten R fastlægges, som er defineret af forholdet 15 mellem den faktisk cirkulerende kølemiddelmængde og den kølemiddelmængde, som netop blev fordampet fuldstændigt i fordamperen 10. Recirkulationen sker pulserende.

Som fig. 8 viser, stiger fordamperens varmeoverførings-koef-ficient k med recirkulationsraten R, og det stejlt nær vær-20 dien R = 1 og ved højere værdier af R med en udfladende kurve. Indstiller man recirkulationsraten mellem 1,2 og 1,5, som det skraverede område D angiver, fås en forholdsvis høj koefficient k ved en forholdsvis lille recirkulationsmængde.

Man får derfor en god køleeffekt med væskeudskiller 12 og 25 mellemkammer 8 med lille volumen.

Ved udførelsesformen i fig. 4 anvendes for tilsvarende dele med 100 forhøjede henvisningsbetegnelser. Den væsentlige forskel består i den ændrede omkoblingsventil 116. Denne har en faststående cylinder 121 med en endevæg 122, gennem hvil-30 ken forbindelsesledningen 107 fører. Cylinderen har ventilåbninger 123. Et skålformet stempel 124 kan med skålvæggene 125 afdække ventilåbningerne 123, som det er vist i fig. 4.

I skålbunden 126 er der anbragt en drossel 127. Stemplet 124 belastes i åbningsretning af en kontrafjeder 128 og i lukke-

DK 159894B

7 retning af trykfaldet af det gennem droslen 127 strømmende kølemiddel. Når omkoblingsventilen 106 derfor åbner, går omkoblingsventilen 116 i lukkestillingen og omvendt. Funktionsmåden er lignende som i fig. 1.

5 Ved udførelsesformen i fig. 5 benyttes med 200 forhøjede henvisningsbetegnelser for samme eller lignende dele. Her er omkoblingsventilen 216 kombineret med en tredie omkoblingsventil 229. Til dette formål er et ventilrør 230 fast forbundet med det skålformede stempel 224. Ventilrøret forløber 10 igennem et ventilhylster 231, som er forsynet med ventilåbninger 232. Sidstnævnte er i omkoblingsventilens 216 åbningsstilling afdækket af ventilrøret 230. I omkoblingsventilens 216 lukkestilling virker ventilrørets 230 endeside sammen med et ventilsæde 231. Det betyder, at sugeledningen 15 213 i omkoblingsventilens 216 viste åbningsstilling er for bundet med mellemkammerets 208 damprum og i omkoblingsventilens 216 lukkestilling med væskeudskillerens 212 damprum.

Herved står ventilåbningerne 223 fuldstændig til rådighed for væskens udløb fra væskeudskilleren 212, fordi ingen kø-20 lemiddeldamp suges igennem disse åbninger i modsat retning.

Ved udførelsesformen i fig. 6 anvendes med 300 forhøjede henvisningsbetegnelser for samme eller lignende dele. Grund-opbygningen svarer til den i fig. 4. Yderligere er der på mellemkammerets 308 bund anbragt en føler 334, som detekte-25 rer overgangen fra væske til damp. Dens signal kan forarbejdes i styreanordningen 19 således, at omkoblingsventilen 6 lukker, når kølemiddel i tofaset tilstand forlader mellemkammeret 8.

Væskeledningen 304 føres over en første varmeveksler 335, 30 som ved hjælp af rørvindinger af denne ledning 304 er udformet på væskeudskillerens 312 omkreds. Parallelt koblet hermed er primærsiden af en anden varmeveksler 336. På mellemkammerets 308 bund er der anbragt en drosselkanal 337, fx i

DK 159894 B

8 tynde rør, som over en ekspansionsventil 338 er forbandet med varmevekslerens 336 sekundærside. Ledningen 339 fører da til kompressorens 301 sugeledning 313. Ved hjælp af denne ledning kan olie, som har samlet sig i sumpen 318, bortledes 5 sammen med en del flydende kølemiddel, hvorved kølemidlet efter ekspansion og opvarmning som damp når til kompressoren 301.

Ved udførelsesformen i fig. 7 er en fordamper 410 med flere parallelle enkelte kanaler 440 vist. En indgangsfordeler 441 10 er udformet som en del af på fordamperen 410, således at der fås en indbygningsenhed. Denne fordeler 441 kan også være forbundet i ét stykke med mellemkammeret. Fx er der på mel-lemkammerbunden anbragt flere tilslutningsstudser.

Variationer af de viste udførelseseksempler er mulige i man-15 ge henseender uden at forlade opfindelsens grundtanke. Således kan omkoblingsventilerne 6, 16 være udformet på samme måde som åbnings- eller lukkeventiler og styres af to inverse impulsrækker. Væskeudskiller og mellemkammer kan være anbragt i to forskellige beholdere, som kan forbindes over en 20 ledning.

Claims (14)

1. Køle- eller varmepumpeanlæg med mindst en kompressor (1; 301), en kondensator (3? 303), en ekspansionsanordning (5; 105? 305) med tilhørende første styreventil (6, 106? 206, 306) og en fordamper (10? 310? 410), som 5 er koblet i serie, samt med en væskeudskiller (12? 112? 212? 312), hvis damprum på den ene side er forbundet med fordamperudgangen (11? 111? 211) og på den anden side med kompressorens (1? 301) sugeside (13? 113? 213? 313), og med et derunder værende mellemkammer (8? 108? 10 208? 308), som over en anden styreventil (16? 116? 216? 316. kan forsynes med væske fra væskeudskilleren (12? 112? 212? 312) og er forbundet med fordamperindgangen for at opnå recirkulation af væsken, kendetegnet v e d, at de to styreventiler er udformet som 15 taktvis aktiverbare ind-ud-omkoblingsventiler (6, 16? 106, 116? 206, 216? 306, 316), hvorved deres åbnings-og lukketilstand kan styres modsat hinanden under kompressorens drift, og at en forbindelsesledning (7) fører fra ekspansionsanordningens udgang til mellemkamme- 20 ret (8? 108? 208? 308).

2. Køle- eller varmepumpeanlæg ifølge krav ^kendetegnet ved en impulsbreddemodulations-styrean-ordning (19) for i det mindste den første omkoblingsventil (6). 25

3. Køle- eller varmepumpeanlæg ifølge krav 2, k e n d e - tegnet ved, at omkoblingsventilerne (6, 16? 106, 116? 206, 216? 306, 316) kan drives med i sammenligning med kompressorens (1? 301) indkoblingsperioder korte åbnings- og lukketider. 30

4. Køle- eller varmepumpeanlæg ifølge krav 2 eller 3, >0 DK 159894B 10 kendetegnet ved, at den første omkoblingsventil (6; 106; 206; 306) er en impulsbreddemoduleret magnetventil.

5. Køle- eller varmepumpeanlæg ifølge krav 4, kende- 5 tegnetved, at den anden omkoblingsventil (16) ligeledes er en impulsbreddemoduleret magnetventil, som kan aktiveres ved hjælp af de samme eller inverterede styreimpulser som den første omkoblingsventil (6).

6. Køle- eller varmepumpeanlæg ifølge krav 4, kende- 10 tegnet ved, at den anden omkoblingsventil (116; 216; 316) er styret i afhængighed af kølemiddeltrykket bag ekspansionsanordningen (105; 305).

7. Køle- eller varmepumpeanlæg ifølge krav 6, kendetegnet ved, at den anden omkoblingsventil (116; 15 216; 316) har et stempel (124; 224; 324), som i åb ningsretning er belastet af en kontrafjeder (128) og i lukkeretning af trykfaldet, som optræder over en af kølemidlet gennemstrømmet drossel (127; 327).

8. Køle- eller varmepumpeanlæg ifølge krav 6 eller 7, 20 kendetegnet ved, at stemplet (124; 224; 324. er skålformet og er anbragt i en ventilåbninger (123) indeholdende og med en endevæg (122) forsynet cylinder (121; 321) på bunden af væskeudskilleren (112; 212; 312), hvorved droslen (127; 327) er udformet i 25 skålbunden (126), kontrafjederen (128) rager ind i skå lens indre, og ventilåbningerne (123) overstyres af skålvæggene (125).

9. Køle- eller varmepumpeanlæg ifølge et af kravene 1-8, kendetegnet ved en tredie omkoblingsven- 30 til (229), som ved lukket anden omkoblingsventil (216) i det væsentlige forbinder væskeudskillerens (212) damprum og ved åben anden omkoblingsventil (216) i det væsentlige forbinder mellemkammerets (208) damprum med kompressorens sugeside (213). DK 159894B 11

10. Køle- eller varmepumpeanlæg ifølge krav 9, k e n d e - 5 tegnet ved, at den anden og tredie omkoblings ventils (216, 229) lukkestykker er forbundet mekanisk med hinanden.

11. Køle- eller varmepumpeanlæg ifølge krav 8 og 10, kendetegnet ved, at et ventilrør (230) er 10 forbundet med stemplet (224) og forløber igennem dette samt griber ind i et den til kompressoren førende udgang forankoblet ventilhylster (231) med åbninger (232), som kan overstyres af ventilrøret.

12. Køle- eller varmepumpeanlæg ifølge et af kravene 1-11, 15 kendetegnet ved, at der på mellemkammerets (308) bund er anbragt en føler (334), som detekterer overgangen af væske til den tofasede væske-damp-til-stand og i afhængighed heraf påvirker styringen af omkoblingsventilerne (306, 316). 20

13. Køle- eller varmepumpeanlæg ifølge et af kravene 1-11, kendetegnet ved, at der i mellemkammeret (308) er anbragt en trykføler, som ved underskridelse af en tryktærskel påvirker styringen af omkoblingsventilerne. 25

14. Køle- eller varmepumpeanlæg ifølge et af kravene 1-13, kendetegnet ved, at kølemidlets recirkulationsrate (R) udgør ca. 1,2 - 1,5.