DK161855B - Koelekredsloeb med et underkoelerorgan - Google Patents

Description

DK 161855 B

Denne opfindelse angår et kølekredsløb af den i krav l's indledning angivne art, og hvor en kondensator konstrueret til at fungere som en del af et kølekredsløb med stor virkningsgrad er parret med en evaporator konstrueret til at fungere som en 5 del af et kølekredsløb med mindre virkningsgrad.

I forbindelse med et typisk luftkonditioneringsanlæg for beboelseslejligheder er en kondensator monteret i varmevekslingsforhold med den omgivende atmosfæriske luft, og en eva-10 porator er monteret i varmevekslingsforhold med luften i det rum, der skal konditioneres. En kompressor og et ekspansionsorgan er forbundet med kondensatoren og evaporatoren til dannelse af et kølekredsløb, således at varmeenergi kan overføres mellem luften i rummet og den omgivende atmosfæriske luft.

15

Da energiprisen til drivning af et luftkonditioneringssystem er steget, har fabrikanter af luftkonditioneringsudstyr forsøgt at fremstille udstyr med en større nyttevirkning med hensyn til energi. Denne ændring til udstyr med større energi-20 nyttevirkning har medført visse driftsmæssige karakteristiske ændringer mellem tidligere fremstillede udstyr og det nye udstyr med større virkningsgrad.

En af måderne til at opnå større virkningsgrad i et luftkon-25 ditioneringssystem er at reducere hovedtrykket og følgelig kondenseringstrykket.

I en typisk luftkonditioneringsinstallation for beboelsesrum fungerer kølesystemets komponenter i hele deres nyttige leve-30 tid, hvorpå der er et behov for at udskifte disse. Andre komponenter, hyppigt den indendørs varmeveksler, kan have en længere nyttig levetid, og kan fortsætte med at fungere på tilfredsstillende måde, skønt de andre komponenter har behov for udskiftning. Denne deludskiftning kan medføre, at kompres-35 soren og kondensatoren udskiftes, og at evaporatoren fra det orginale system bevares.

°κ 161855 Β 2 i

Den energibeviste forbruger ønsker hyppigt at erstatte en del af et system med nyt udstyr med større virkningsgrad. Brugen af dette udstyr med større virkningsgrad medfører imidlertid et problem, når det kombineres med evaporatoren fra et kølesy- j 5 stem, der har kapillarrør som ekspansionsorganer. Parring af kølekredsløbskomponenter, der er konstrueret til at fungere ved forskellige hovedtryk, kan medføre en nedsat kapacitet for systemet, sænke systemets totale virkningsgrad og/eller andre j driftsmæssige problemer. Hvor alvorlige disse problemer er, j 10 afhænger af forskellige faktorer indbefattende det ekspansionsorgan, der er knyttet til den indendørs varmeveksler, og størrelsen af de forbindende rør. Hyppigt omfatter et ekspansionsorgan til en evaporator af en størrelse til brug i beboelsesrum en serie af kapillarrør med fast diameter.

15

Kapillarrør, der hyppigt benyttes som ekspansionsorgan i en evaporator med en størrelse til brug i beboelsesrum, fungerer til at reducere det gennemstrømmende kølemiddel tryk. Disse ka-pillarrør har en størrelse, der tillader en forudbestemt mas-20 sestrømshastighed ved en given temperatur og hovedtryk. Hvis hovedtrykket reduceres, kan massestrømhastigheden gennem kapillarrøret også reduceres. Såfremt temperaturen for kølemidlet, der strømmer gennem kapi11 arrøret, imidlertid reduceres, kan massestrømhastigheden vokse, da viskositeten for det fly-25 dende kølemiddel aftager, efterhånden som det yderligere nedkøles.

Kendte apparater af denne art omfattende underkølere og indskudte (mel lem-)varmevekslere kendes fra f.eks. US-patent-30 skrift nr. 4.320.470. Dette skrift beskriver kølesystemer, hvor overtryk opdages ved kondensatorens udgangsside og driver et omløb gennem en lynkøler. Dette sikrer mod for store tryk i evaporatoren.

35 Ifølge opfindelsen er det indledningsvist omtalte kølekredsløb ejendommelig ved det i den kendetegnende del af krav 1 anførte.

DK 161855 B

3

Underkølerorganet er fortrinsvis udformet som anført i et eller flere af de uselvstændige krav.

Opfindelsen beskrives nedenfor i form af et eksempel under 5 henvisning til tegningen, hvori fig. 1 er et skematisk diagram af et kølekredsløb indbefattende den foreliggende opfindelse, 10 fig. 2 er et isometrisk billede af en underenhed indbefattende en varmeveksler og en varmeudvidelsesventi1, fig. 3, en skematisk oversigt over et luftkonditioneringssystem for beboelser omfattende en indendørsenhed og en uden-15 dørsenhed, og fig. 4, et skematisk billede af en del af et kølekredsløb visende en anden udførelsesform for den foreliggende opfindelse.

20 De nedenfor beskrevne udførelsesformer vil henvise til et kølekredsløb til brug i et luftkonditioneringssystem. Det må forstås, at den foreliggende opfindelse lige såvel kan anvendes til køling og andre udnyttelser end luftkonditionering.

Den foretrukne udførelsesform er endvidere her beskrevet som 25 angående en beboelsesinstallation, hvori de forskellige kompo nenter har givne strømhastighedskarakteristika. Opfindelsen er ikke begrænset til denne anvendelse og heller ikke til karakteristikaene for de udskiftede komponenter eller for de dermed parrede komponenter.

30

Den heri beskrevne opfindelse har en speciel varmeveksler til at gennemføre varmeoverførslen mellem forskellige kølemiddelstrømme. Varmevekslervalget er konstruktørens, hvilket også gælder for valg af ekspansionsapparat og andre forbindelses-35 organer.

I et kendt dampkompressionskølekredsløb forøges det luftformige kølemiddels temperatur og tryk ved hjælp af kompressoren og strømmer derfra til kondensatoren, hvor varmeenergi afgives og det luftformige kølemiddel kondenseres til et flydende ! 4

DK 161855 B

kølemiddel. Det flydende kølemiddel underkastes så et trykfald i ekspansionsorganet, således at det flydende kølemiddel kan 5 fordampe til en luftart i fordamperen, der absorberer varmeenergi fra fluidum, der skal køles. Det luftformige kølemiddel returneres så til kompressoren for afslutning af kølekredsløbet .

10 I fig. 1 ses en skematisk gengivelse af kølekredsløbet omfattende den foreliggende opfindelse. Kompressoren 30 har en kompressorafgangsledning 22 tilsluttet til kondensatoren 20. Forbindelsesledningen 16 forbinder kondensatoren 20 til ekspansionsorganet 12. Ledningen 14 forbinder ekspansionsorganet 15 12 til fordamperen 10, der via kompressorsugeledningen 32 er forbundet til kompressoren 30.

Som vist i fig. 1 er forbindelsesledningen 16 ført gennem en vakuumefter- eller underkøler 50. Vakuumefterkøleren 50 indbe-20 fatter en termisk ekspansionsventil 52, der via fødeledningen 62 for den termiske ekspansionsventil er tilsluttet forbindelsesledningen 16. Den termiske ekspansionsventilafgangsledning 66 forbinder den termiske ekspansionsventil til vakuumefterkø-lerens afspændingskammer 56. Efterkølingssugeledningen 34 for-25 binder afspændingskammeret til kompressorsugeledningen 32. Den termiske ekspansionsventils udligningsledning 64 forbinder desuden den termiske ekspansionsventil 52 til kompressorsugeledningen 32 via efterkølersugeledningen 34. Den termiske ekspansionsventils kugle 54 er via kapillarrøret 55 forbundet 30 til den termiske ekspansionsventil. Kuglen er monteret på kompressorsugeledningen til afføling af temperaturen for det kølemiddel, der strømmer fra evaporatoren til kompressoren.

1 fig. 2 ses et isometrisk billede af den hurtige vakuumkøler 35 50. Der findes et hus 58, der kan være isoleret (ikke vist), og hvori den termiske ekspansionsventil og forskellige forbindelser er anbragt. Det ses, at forbindelsesledningen 16 danner

DK 161855 B

5 en første strømvej for varmeveksleren. Forbindelsesledningen 16's ydre overflade og det ydre rør 72 danner en anden strømvej for varmeveksleren. Rummet mellem disse er betegnet som afspændingskammer 56. Kølemiddelstrøm fra forbindelseslednin-5 gen 16 kan omdirigeres til den termiske ekspansionsventil gennem fødeledningen 62 til den termiske ekspansionsventil. Kølemiddel strømmende gennem ledningen 62 passerer ventilen og afgives fra den termiske ekspansionsventil til ledningen 66. Den termiske ekspansionsventi 1 ledning 66 kan være et enkelt rør, 10 eller det kan være et kapillarrør for yderligere at begrænse kølemiddelstrømmen derigennem og for at udjævne de termiske ekspansionsventilfluktuationer. Som benyttet her, vil ekspansionsorganet henvise enten til den termiske ekspansionsventil alene eller til kombinationen af kapillarrør tilsluttet til 15 den termiske ekspansionsventils afgangsside.

I fig. 2 ses endvidere, at den termiske ekspansionsventils kugle 54 er tilsluttet denne via kapillarrøret 55. Kuglen er monteret på kompressorsugeledningen 32 for at afføle tempera-20 turen for det derigennem strømmende kølemiddel. Kølemidlet fra den termiske ekspansionsventi1 tilføres igennem røret 66 til forbindelsesstykket 76. Kølemidlet strømmer så gennem forbindelsesstykket 76 gennem T-stykket 78 og gennem efterkølersuge-ledningen 34 til kompressorsugeledningen. Den termiske eks-25 pansionsventiIs udligningsledning 34 ses også tilsluttet til et T-stykke 78 og til den termiske ekspansionsventil.

I fig. 3 ses en typisk anvendelse af denne efterkøler i foi— bindelse med et luftkonditioneringssystem for behoelsesrum.

30 Den udendørs varmeveksler 86 har betjeningsventiler 85 og 88 for tilslutning til den indendørs varmevekslerenhed 82. Den indendørs enhed, der er vist inden for rummets væg 80, er anbragt i kælderen eller på anden måde inden for det rum, der skal konditioneres, og har en blæserenhed 84 til at cirkulere 35 atmosfærisk luft og en varmeveksler anbragt i den indendørs varmevekslerenhed 82. Forbindelsesrør angivet som forbindelsesledningen 16 og kompressorsugeledningen 32 ses ligeledes.

6

DK 1618 5 5 B

Af fig. 3 ses, at efterkøleren 50 er tilsluttet ved at erstatte en del af forbindelsesledningen 16 med vakuumkøleren. Det ses, at forbindelsesstykker er tilvejebragt ved begge enhedens ender, således at de kan tilsluttes til betjeningsven-5 tilen 85 og forbindelsesledningen 16. Den termiske ekspansionsventils temperaturaffølende kugle ses fastgjort til kompressorsugeledningen 32. Desuden ses efterkølersugeledningen 34 tilsluttet til betjeningsventilen 88 gennem et specielt udformet T-stykke 89. En hætte 91 er også anbragt på det spe-10 cielt udformede T-stykke, således at der er tilvejebragt et lukket kølekredsløb, hvor kølemiddel kan tilføres eller udtages fra systemet gennem porten. Som det fremgår af fig. 3, kræver anvendelsen af denne efterkøler derfor en efterkøler-ledning forbundet til det specielle T-stykke, den termiske 15 ekspansionsventil tilsluttet til sugeledningen og varmevekslerdelen for underenheden sat i stedet for en del af forbindelsesledningen 16.

Fig. 4 viser en særskilt udførelsesform for en efterkøleren-20 hed. Her ses forbindelsesledningen 16, der er formet til at indbefatte varmeveksler 18 i enhedens afspændingskammer 56. Kølemiddel, der strømmer fra kondensatoren, strømmer gennem forbindelsesledningen 16 gennem spolen 18 og afgives så gennem ledningen 16 til evaporatoren. Ledningen 62 forbinder lednin-25 gen 16 til et fikseret mundingsekspansionsorgan 53. Det fikserede mundingsekspansionsorgan 53 er tilsluttet til afspændingskammeret således, at flydende kølemiddel fra ledningen 16 kan strømme deri og hurtigt fordampes. Efterkølersugeledningen 34 forbinder afspændingskammeret til kompressorsugeledningen 30 således, at der dannes et lukket kredsløb for kølemiddelstrømmen gennem ledningen 62, til ekspansionsorganet, afspændingskammeret og slutteligt til kompressoren.

Andre udformninger af vakuumefterkøleren kan omfatte, at 35 røret i den rørformede varmeveksler formes til en spole med skrueform, således at hele veksleren er anbragt i huset 58. Den termiske ekspansionsventil kan også placeres imellem kon-

DK 161855B

7 densatoren og varmeveksleren i stedet for mellem varmevekslerne og evaporatoren. Under de forskellige komponenters drift strømmer heri varmt kondenseret væskekølemiddel fra kondensatoren gennem forbindelsesledningen 16 til evaporatoren.

5 En del af denne væske omdirigeres gennem den termiske ekspansionsventils fødeledning 62 til den termiske ekspansionsventil. Denne kølemiddelstrøm gennem fødeledningen reguleres ved hjælp af ekspansionsventilen og styres til afspændingskammeret 56, hvori det fordampes under absorption af varmeenergi fra 10 det kølemiddel, der strømmer gennem forbindelsesledningen 16.

Denne fordampning af en del af kølemidlet fungerer til at ef-terkøle det resterende væskeformede kølemiddel, der derpå ledes til ekspansionsorgan 12 og til evaporatoren, hvor det absorberer varmeenergi fra det fluidum, der skal køles. Ved at 15 efterkøle det flydende kølemiddel forøges kapaciteten for en given strømgrad til at absorbere varmeenergi i evaporatoren.

Det fordampede kølemiddel i afspændingskammeret trækkes gennem efterkølersugeledningen 34 til kompressorsugeledningen 32. Følgelig trækkes både det fordampede luftformige kølemiddel 20 fra evaporatoren og fra afspændingskammeret ved det samme sugetryk til kompressoren.

Den termiske ekspansionsventil 52 er en kendt ventil med en membran, hvis placering reguleres som en funktion af en anden s 25 temperatur. I dette tilfælde er det temperaturen for kompressorsugeledningen, der fungerer til at regulere strømmen til afspændingskammeret. Når temperaturen i kompressorsugeledningen øges, angiver det, at kølemidlets strømhastighed til evaporatoren er tilstrækkelig og at kølemiddel strømmende fra eva-30 poratoren er overopvarmet til et punkt, hvor systemets virkningsgrad er nedsat. Den termiske ekspansionsventil vil følgelig øge kølemiddelstrømmen til vakuumefterkøleren således, at kølemiddelstrømmen til evaporatoren yderligere efterkøles, og massestrømhastigheden af kølemiddel gennem kapillarrørene vil 35 øges.

Hvis den temperaturafføl ende kugle viser, at temperaturen for kølemiddelstrømmene fra evaporatoren er for lav, er det en an-

DK 161855 B

8 givelse af, at der tilføres for meget kølemiddel til evapora-toren. Den lave temperatur kan afspejle en stor strømhastighed, således at der er en utilstrækkelig mulighed til at overføre varmeenergi fra kølemidlet i evaporatoren til atmos-5 færisk luft, der strømmer hen over denne. Under disse omstændigheder vil den termiske ekspansionsventi 1 virke til at nedsætte kølemiddelstrømmen omdirigeret fra forbindelsesledningen 16 således, at strømmen til evaporatoren nedsættes. Strømreduktionen gennem den termiske ekspansionsventil vil nedsætte 10 efterkølingen af det kølemiddel, der strømmer gennem forbindelsesledningen 16. Situationen med afgivelse ved lav temperatur må omhyggeligt undgås for at forhindre, at flydende kølemiddel i cyklen føres til kompressoren.

15 Når et kølemiddelkredsløbs kondenseringsenhed omfattende en kompressor med et første hovedtryk erstattes af en kondenseringsenhed konstrueret til at fungere ved et lavere hovedtryk, er det nødvendigt at tilpasse kølemiddelkredsløbets komponenter, da de kan have forskellige konstruktionstryk. Det i dag 20 til rådighed værende udstyr med stor virkningsgrad benytter et lavere hovedtryk end tidligere fremstillede 1 uftkondensione-ringssystemer omfattende indendørs varmeveksler. For blot at erstatte kompressoren og kondensatoren kræves følgelig yderligere apparater til at opnå den for systemet højest op-25 nåelige virkningsgrad. Den heri beskrevne sammenbygning af udstyr omfatter anvendelsen af vakuumefterkøler-arrangementet til efterkøling af kølemiddel, der strømmer til evaporatoren. Efterkøling af det kølemiddel, der strømmer til evaporatoren, fungerer til at tillade, at evaporatorens kapillarrør bevarer 30 en massestrømshastighed for kølemidlet uanset et lavere hovedtryk. Dette opnås ved at efterkøle en del af det flydende kølemiddel, der strømmer til evaporatoren, således at enhedens kapacitet kan bevares ved det lavere hovedtryk.

35 Mange af de eksisterende evaporatorer, der er konstruerede til at have en mindre strømhastighed, benytter kapillarrør som et ekspansionsorgan. Den kølemiddelmængde, der kan strømme gennem

Claims (4)

1. Kølekredsløb til et klimaanlæg med en kompressor (30), en kondensator til bortledning af varmeenergi fra et kølemiddel, en evaporator (10) til at overføre varmeenergi til kølemidlet, en ledning (16) til at lede kølemidlet fra kondensatoren (20) 30 til evaporatoren (10) og ledninger, der forbinder kompressoren med kondensatoren og evaporatoren, kendetegnet ved, at kondensatoren (20) er konstrueret til et drifttryk, der er større end et til evaporatoren tilpasset tryk, og hvor kredsløbet har en efter- (eller under-)køler (56) til at trække 35 varmeenergi fra det i ledningen (16) strømmende kølemiddel, endvidere en indretning (52, 62) til at omlede en del af kølemidlet til efterkøleren (56), hvori det omdirigerede kølemid- DK 161855B 10 del fordamper og der derved absorberes varmeenergi fra køle-midlet, hvor efterkøleren (56) har en temperaturstyret ekspansionsventil (52), der er udstyret med en temperaturføler (54), der er udformet sådan, at den måler temperaturen i kompresso-5 rens sugeledning (32), hvor ekspansionsventilen styret af temperaturføleren styrer den til efterkøleren (56) strømmende kølemiddelmængde, og hvor efterkøleren (56) er forbundet med kompressorens sugeledning (32) via en indretning (34) til afgivelse af kølemiddel til kompressoren (30). 10

2. Kredsløb ifølge krav 1, kendetegnet ved, at efterkøleren (56) har en rør-i-rør-varmeveksler.

3. Kredsløb ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, 15 at det omfatter en udligningsledning (64), der er indkoblet mellem forbindelsesindretningen (34) og efterkølerens (56) temperaturstyrede ekspansionsventil (52).

4. Kredsløb ifølge krav 1, 2 eller 3, kendetegnet 20 ved, at efterkøleren (56) og en del af ledningen (16) danner et let udskifteligt modul (58, fig. 2). 25 30 35