DK170582B1 - Køleanlæg - Google Patents

Description

i DK 170582 B1

Opfindelsen angår et køleanlæg, som opretholder en indstillet temperatur ved opvarmnings- og køleperioder, og nærmere bestemt apparatur til forbedring af funktionen i opvarmnings- og afrimningsperioderne i sådanne anlæg.

5 Som omhandlet i USA-A-4 209 998 er køleperioden for et sådant køleanlæg blevet forbedret ved at aflede en del af hovedkølemiddelstrømmen, der strømmer til en fordamper, ekspansion af den afledte del og anvendelse af det ekspanderede kølemiddel til at køle hovdkø lemiddel strømmen i en 10 varmeveksler, der i det følgende skal betegnes som en eco-nomiservarmeveksler. Det ekspanderede kølemiddel føres tilbage til kompressoren.

Det er et formål for den foreliggende opfindelse at udnytte economiservarmeveksleren til at forbedre funktionen 15 i opvarmnings- og/eller afrimningsperioder såvel som i køleperioden.

Kort fortalt angår den foreliggende opfindelse et køleanlæg, som opretholder en indstillet temperatur ved opvarmnings- og køleperioder, indbefattende et kølemiddel-20 kredsløb med en kompressor med en mellemtryksport såvel som indsugnings- og udledningsporte. En economiservarmeveksler anvendes til at forbedre funktionen i køleperioden som ved den kendte teknik med en første strømbane, gennem hvilken hovedkølemiddelstrømmen strømmer fra en kølemiddelrecipient 25 til en fordamper, og en anden strømbane, gennem hvilken en del af hovedkølemiddelstrømmen afledes via en economiser-varmevekslerekspansionsventil. Det ekspanderede kølemiddel vender tilbage til kompressoren via mellemtryksporten.

En tredie strømbane er tilvejebragt i economiservarme-30 veksleren og er i varmevekslingsforhold med den anden strømbane. Den første strømbane udnyttes ikke under opvarmnings-og afrimningsperioder i foretrukne udførelsesformer for opfindelsen. Den tredie strømbane modtager styret et opvarmet fluidum fra en kilde udenfor kølemiddelkredsløbet under 35 disse opvarmnings- og afrimningsperioder for køleanlægget såsom kølervæske anvendt til at køle en forbrændingsmotor, som driver kølemiddelkompressoren.

DK 170582 B1 2

Under opvarmnings- og afrimningsperioder ledes varm kompressorafgangsgas i en bane, som opvarmer fordamperen, og som fører kølemidlet tilbage til kompressoren via den anden strømbane i economiservarmeveksleren. Economiservarme-5 veksleren fungerer som en fordamper under opvarmnings- og afrimningsperioder. Economiservarmeveksleren kan levere *- kølemiddel alene til mellemtryksporten i kompressoren under opvarmnings- og afrimningsperioder. Eller, eftersom economiservarmeveksleren er den eneste kilde for kølemiddel til 10 kompressoren under opvarmnings- og afrimningsperioder, kan der anvendes en economiserbypassventil styret, så den kun er virksom under disse opvarmnings- og afrimningsperioder, til at aflede noget af indsugningsgassen til kompressorens indsugningsport.

15 Opfindelsen skal i det følgende beskrives nærmere ud fra nogle udførelsesformer for køleanlæg ifølge opfindelsen, idet der henvises til tegningen, på hvilken fig. 1 viser en første udførelsesform for et køleanlæg ifølge opfindelsen, i hvilket fordamperen opvarmes indirekte 20 under opvarmnings- og afrimningsperioder, fig. 2 en modifikation af det i fig. 1 viste køleanlæg, i hvilken fordamperen opvarmes direkte under opvarmnings- og afrimningsperioder, fig. 3 en anden udførelsesform for et køleanlæg ifølge 25 opfindelsen, i hvilket fordamperen opvarmes indirekte, og en bypassventil, der er virksom under opvarmnings- og afrimningsperioder, indfører kølemiddel i både kompressorens indsugnings- og mellemtryksport, og recipienten er sat under tryk under opvarmnings- og afrimningsperioder for at tvinge 30 mere kølemiddel ind i disse perioder, og fig. 4 endnu en udførelsesform for et køleanlæg ifølge opfindelsen.

I fig. 1 er vist et køleanlæg 10 udformet ifølge en første udførelsesform for opfindelsen. Køleanlægget 10 kan 35 for eksempel være et køleanlæg egnet til konditionering af luften i lastrummet i en lastbil, sættevogn eller container.

DK 170582 B1 3

Generelt er køleanlægget 10 af den art, som opretholder en indstillet temperatur i et tilknyttet rum ved opvarmnings-og køleperioder, som begge udnytter den varme gas, der udledes fra en kølemiddelkompressors afgangsport. Afrimning 5 af fordamperafsnittet i et sådant køleanlæg kan ligeledes udføres ved anvendelse af den varme kompressorafgangsgas.

Nærmere bestemt indbefatter køleanlægget 10 et kølemiddelkredsløb 12 omfattende en kompressor 14 drevet af en drivmotor 15, en kondensator 16, en kontraventil 18, en 10 recipient 20, en fordamper 22 og en ekspansionsventil 24 til fordamperen 22. Kompressoren 14 er af den art, der har en indsugningsport S, en mellemtryksport IP og en afgangsport D. En kompressorafgangsledning 26 for varm gas forbinder kompressorens afgangsport D med kondensatoren 16 via en 15 tregangsventil 28 eller dens ækvivalent i to særskilte, koordinerede ventiler. En væskeledning 30 forbinder recipienten 20 og fordamperekspansionsventilen 24, og en sugeledning 32 forbinder fordamperen 22 og kompressoren 14's indsugningsport S.

2 0 En varmeveksler 34, som her skal betegnes som en economiservarmeveksler, har en første, anden og tredie strømbane, henholdsvis 36, 38 og 40. Den første strømbane 36 er forbundet i væskeledningen 30. Den anden strømbane 38, som er begrænset af en kappe 42 anbragt omkring den første og 25 tredie strømbane, henholdsvis 36 og 40, indbefatter en tilgang 44 og en afgang 46. Selv om væskeoverføring ikke er et problem ved de beskrevne arrangementer, kan afgangen 46 være anbragt således, at hvis kappen 42 skulle indeholde noget flydende kølemiddel 48, vil kun gasformigt kølemiddel 30 forlade kappen 42 via afgangen 46. Den tredie strømbane 40 er forbundet med en styrbar kilde 50 for varme med styringen for eksempel foreliggende i form af en solenoidestyret ventil 52. Varmekilden 50 er udenfor kølemiddelkredsløbet 12 og er fortrinsvis et fluidum, som opvarmes ved drift af kompres-35 sordrivmotoren 15. Drivmotoren 15 kan for eksempel være en forbrændingsmotor såsom en dieselmotor, og varmekilden 50 DK 170582 B1 4 kan være kølervæske eller udstødsgas.

En lille del af kølemidlet i væskeledningen 30 afledes fra hovedkølemiddelstrømmen ved en T-forgrening 54 placeret mellem recipienten 20 og economiservarmeveksleren 34. Det 5 afledte kølemiddel ekspanderes i en ekspansionsventil 56, og det ekspanderede kølemiddel indføres i den anden strømbane 38. Det ekspanderede kølemiddel er i varmevekslingsforhold til den første strømbane 36 for at afkøle kølemiddel i den første strømbane 36 under en køleperiode for køleanlægget 10 10 for at forbedre funktionen i køleperioden. Eftersom gas formigt kølemiddel i den anden strømbane befinder sig ved et højere tryk end kølemiddel, der kommer ind i kompressoren 14's indsugningsport 8 fra sugeledningen 32 og fordamperen 22, er afgangen 46 forbundet med mellemtryksporten IP for 15 at lægge mindre belastning på kompressoren 14.

Når der kræves varme i et tilknyttet rum for at opretholde den instillede temperatur, og ligeledes når der kræves varme med henblik på at afrime fordamperen 32, betjenes tregangsventilen 28 for at omlede den varme gas i varmgas-20 ledningen 26 til at udøve en fordamperopvarmningsfunktion.

I den i fig. 1 viste udførelsesform opvarmes fordamperen 22 ved hjælp af organer 58 anbragt i varmevekslende forhold til fordamperen 22 såsom ved et særskilt sæt rør i fordamper-rørbundtet.

25 Kølemiddel, som forlader fordamperopvarmningsorganeme 58, der fungerer som en kondensator, tilbageføres til kompressoren 14 via en anden eller alternativ bane eller ledning 60 og den anden strømbane 38 i economiservarmeveksleren 34. Eftersom ledningen 60 fungerer som væskeledning fra den 30 kondensering, der tilvejebringes af fordamperopvarmningsorganerne 58, skal den betegnes som en alternativ væskeledning. Den alternative væskeledning 60 kan komme ind i en T-forgre-ning 62 mellem T-forgreningen 54 og recipienten 20. En so-lenoideventil 64 i væskeledningen 30 er lukket under opvarm-35 nings- og afrimningsperioder for at sikre, at kølemidlet vender tilbage til kompressoren 14 via economiserekspan- DK 170582 B1 5 sionsventilen 56 og den anden strømbane 38 i economiservar-meveksleren 34. Under opvarmnings- og afrimningsperioder er solenoideventilen 52 ligeledes åbnet for at tillade varmt fluidum fra varmekilden 50 at cirkulere gennem den tredie 5 strømbane 40 og tilføre varme til kølemiddel i den anden strømbane 38 for at forbedre funktionen i opvarmnings- og afrimningsperioder. Under opvarmnings- og afrimningsperioder fungerer economiservarmeveksleren 34 således som fordamper og tilfører varme fra en kilde 50 udenfor kølemiddelkreds-10 løbet for at få mere varme til opvarmnings- og afrimningsfunktionerne. Varmen, der tilføres kølemidlet i den anden strømbane 38 fra varmekilden 50, fordamper eventuelt flydende kølemiddel 48, som måtte have samlet sig i den anden strømbane 38, idet afgangen 46 kun tillader fordampet kølemiddel 15 at blive suget ind i mellemtryksporten IP i kompressoren 14. Economiservarmeveksleren 34 eliminerer altså behovet for en højtryks væske/sugegasvarmeveksler, der anvendes i den kendte teknik til at forbedre anlægskapaciteten ved overføring af noget af varmen fra høj temperaturvæskeledningen 20 til lavtemperatursugegassen. Den foreliggende opfindelse forbedrer anlægskapaciteten ved både køle- og opvarmnings-funktionen inklusive afrimning.

Fig. 2, 3 og 4 viser ønskelige udførelsesformer for opfindelsen, idet de samme henvisningsbetegnelser anvendes 25 til at angive komponenter i anlægget 10, som kan anvendes i disse udførelsesformer. Fig. 2 viser et køleanlæg 70, som eliminerer behovet for den særskilte fordamperopvarmer 58 i den i fig. 1 viste udførelsesform. Anlægget 70 indbefatter et kølemiddelkredsløb 72, der adskiller sig fra kølemid-30 delkredsløbet 12 ved at vende strømmen af kølemiddel gennem fordamperen 22 under opvarmnings- og afrimningsperioder og faktisk anvende fordamperen som en kondensator. Kølemiddelkredsløbet 72 kræver tilføjelse af en tregangsventil 74 og en kontraventil 76. Tregangsventilen 74 er forbundet 35 således, at den i en stilling, som anvendes under en køleperiode, forbinder afgangen fra fordamperen 22 til sugeled- DK 170582 B1 6 ningen 32, og i en stilling, der anvendes under opvarmnings-og afrimningsperioder, forbinder varmgasledningen 26 med fordamperen 22 via tregangsventilen 28. Kontraventilen 76 er forbundet i den alternative væskeledning 60 for at for-5 hindre kølemiddel i at trænge ind i væskeledningen 60 fra T-forgreningen 62 under en køleperiode. Under driften af køleanlægget 70 fungerer dette under en køleperiode som anlægget 10. Under en opvarmnings- eller afrimningsperiode ledes varm gas ind i fordamperen 22 fra kompressoren 14 og 10 varmgasledningen 26 via tregangsventilerne 28 og 74. Kontraventilen 76 leder kølemiddel tilbage til kompressoren 14 fra fordamperen 22 via den alternative væskeledning 60 og den anden strømbane 38 i economiservarmeveksleren 34. I lighed med den i fig. 1 viste udførelsesform er solenoide-15 ventilen 64 lukket under opvarmnings- og afrimningsperioder, og solenoideventilen 52 er åben for at tilføre varme til det kølemiddel, der føres tilbage til kompressoren 14 via den anden strømbane 38 i economiservarmeveksleren 34.

Fig. 3 viser et køleanlæg 80 med et kølemiddelkredsløb 20 82, der i nogle henseender svarer til kølemiddelkredsløbet i den i fig. 1 viste udførelsesform for så vidt, som der anvendes en særskilt fordampervarmer 58. Fig. 3 indfører ligeledes en ønskelig udførelsesform for opfindelsen i form af en economiserbypassventil 84 forbundet mellem indsugnings-25 og mellemtryksporten henholdsvis S og IP i kompressoren 14. Bypassventilen 84 styres til at åbne under opvarmnings-og afrimningsperioder. Under opvarmnings- og afrimnings-perioder er den normale strømning til indsugningsporten S lukket. Hvis kompressoren kun pumper gennem den begrænsede 30 mellemtryksport, kan pumpeydelsen blive begrænset. Econo- miserbypassventilen 84 udelukker eventuel begrænsning af h pumpeydelsen.

Fig. 3 indfører ligeledes et aspekt af opfindelsen, i hvilket en lille afledningsstrømning gøres mulig for at 35 tilpasse overgangstilstande, som kan forekomme under opvarmning og afrimning. Denne funktion tilvejebringes ved at v DK 170582 B1 7 forbinde den varme kompressorgas med recipienten via en afledningsledning 86, der er vist med en forsnævring 87 for at angive begrænset strømning. Enhver varmeveksling, som kan forekomme i fordamperen på grund af afledningsstrømmen, 5 er uden betydning.

Fig. 3 tilføjer ligeledes en tregangsventil 90 i den alternative væskeledning 60 således forbundet og styret, at under en køleperiode får noget af hovedkølemiddelstrømmen i væskeledningen 30 lov til at strømme gennem economisereks-10 pansionsventilen 56 og ind i den anden strømbane 38 i varmeveksleren 34, mens den blokerer strømning ind i den alternative væskeledning 60. Under en opvarmnings- eller afrimningsperiode eliminerer ventilen 90 effektivt T-forgreningen 62, idet den fører alt kølemiddel fra fordampervarmeren 58 15 tilbage til kompressoren 14 gennem economiserekspansionsven-tilen 56 og den anden strømbane 38 i varmeveksleren 34. Ekspansionsventilen 56 må vælges således, at den er tilpasset både den normale funktion eller kølefunktionen og opvarm-nings-/afrimningsfunktionen, men det i fig. 3 viste arrange-20 ment har den fordel, at tregangsventilen 90 kun skal håndtere flydende kølemiddel.

Fig. 4 viser et køleanlæg 100 med et kølemiddelkredsløb, der i nogle henseender svarer til de i fig. 2 og 3 viste, og som viser direkte opvarmning af fordamperen 22 25 via en tregangsventil 74 som ved den i fig. 2 viste udførelsesform, og som ligeledes viser economiserbypassventilen 84 i den i fig. 3 viste udførelsesform. Det i fig. 4 viste kølemiddelkredsløb 102 viser ligeledes, at en tregangsventil 104 kan anvendes til at forbinde væskeledningen 30 med for-30 damperen 22, når den befinder sig i køleperioden, og til at forbinde fordamperen 22 til den alternative væskeledning 60 under opvarmnings- og afrimningsperioder. Tregangsventilen 104 eliminerer således kontraventilen 76 i den i fig. 2 viste udførelsesform. Eftersom tregangsventilen 104 blokerer 35 væskeledningen 30 under opvarmnings- og afrimningsperioder, er den under tryk stående afledningsledning 86 i den i fig.

DK 170582 B1 8 3 viste udførelsesform ligeledes unødvendig.

Den i fig. 4 viste udførelsesform udviser ligeledes en tregangsventil 106, som i en første stilling tillader afdeling af en del af hovedvæskestrømmen fra væskeledningen 5 3 0 via T-forgreningen 54 under køleperioden, og i en anden stilling tilbagefører kølemiddel til kompressoren 14 via * den alternative væskeledning 60 og den anden strømbane 38 i varmeveksleren 34, idet det omledes economiserekspansionven-tilen 56. I de tidligere udførelsesformer indbefattede den 10 alternative væskeledning 60 economiserekspansionsventilen.

I denne udførelsesform må ledningen 60 være snæver som antydet ved en forsnævring 105. Tregangsventilen 106 skal håndtere både væske og gas, men ekspansionsventilen 56 behøver kun at være valgt til kølefunktionen.

15 Sammenfattende er der blevet beskrevet et nyt og forbedret køleanlæg af den art, der har en economiservarme-veksler med en første strømbane i væskeledningen for at forbedre funktionen i køleperioder. Opfindelsen tilvejebringer en dobbelt anvendelse af economiservarmeveksleren, dvs.

20 anvendelse under en køleperiode og ligeledes anvendelse under opvarmnings- og afrimningsperioder ved: 1) tilvejebringelse af en anden strømbane gennem varmeveksleren, og som anvendes i både køle- og opvarmningsperioder, 25 2) anvendelse af kølemiddel fra kompressorvarmgasaf- gangsledningen til opvarmning af fordamperen under en opvarmningsperiode , 3) tilvejebringelse af en alternativ væskeledning, som er virksom under en opvarmningsperiode til at tilbageføre 30 kølemiddel til mellemtryksporten i kompressoren via den anden strømbane i varmeveksleren, og * 4) tilførsel af varme til varmeveksleren under en opvarmningsperiode for at få varmeveksleren til at fungere „ som fordamper for at forbedre funktionen i opvarmningspe- 35 rioden. Tilførslen af varme til varmeveksleren opnås ved at tilvejebringe en tredie strømbane gennem varmeveksleren.

Claims (14)

1. Køleanlæg (10,70,80,100), som opretholder en indstillet temperatur ved opvarmnings- og køleperioder, og som indbefatter et kølemiddelkredsløb (12,72,82,102), der ind- 5 befatter en kompressor (14) med en indsugningsport, en mellemtryksport (IP) og en afgangsport (D), en varmgaskompres-sorafgangsledning (26), en kondensator (16), en recipient (20) , en væskeledning (30) , en fordamper (22) , en sugeledning (32), en ekspansionsventil (24) for fordamperen i væskeled-10 ningen og en varmeveksler (34) med en første strømbane (36) i væskeledningen mellem recipienten og fordamperekspansionsventilen og en ekspansionsventil (56) for varmeveksleren indrettet til at reducere trykket af en del af kølemidlet, der strømmer fra recipienten under en køleperiode for at 15 tilvejebringe en gas til afkøling af kølemidlet i væskeledningen, kendetegnet ved organer (38), som tilvejebringer en anden strømbane gennem varmeveksleren, og som anvendes i både køle- og opvarmningsperioder, 20 organer (28,58), der opvarmer fordamperen under en opvarmningsperiode med kølemiddel fra varmgaskompressoraf-gangsledningen, organer (60), der tilvejebringer en alternativ væskeledning under en opvarmningsperiode til tilbageføring af 25 kølemiddel til mellemtryksporten (IP) i kompressoren (14) via den anden strømbane i varmeveksleren, og organer (50,52,40), der tilfører varme til varmeveksleren under en opvarmningsperiode for at få varmeveksleren til at fungere som en fordamper og for at forbedre funktionen 30 i opvarmningsperioden.

2. Køleanlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det indbefatter organer (64,104), der blokerer væskeledningen mellem varmeveksleren og fordamperen under en opvarmningsperiode. 35

3. Køleanlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den alternative væskeledning (60) tilvejebringer en DK 170582 B1 10 tilbagestrømningsbane, som indbefatter varmevekslerekspansionsventilen (56) .

4. Køleanlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den alternative væskeledning (60) tilvejebringer en 5 tilbagestrømningsbane, som omleder varmevekslerekspansions-ventilen (56) .

5. Køleanlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at organerne, der opvarmer fordamperen (22) med kølemiddel fra varmgaskompressorafgangsledningen, indbefatter: 10 organer (64), som blokerer væskeledningen mellem varmeveksleren (34) og fordamperekspansionsventilen (24), og organer (74) , som leder kølemiddel fra varmgaskompres-sorafgangsledningen (26) gennem fordamperen (22) i modsat retning af kølemiddelstrømmen derigennem under en køleperi-15 ode, og at den alternative væskeledning (60) tilvejebringer en strømbane, som indbefatter varmevekslerekspansionsventilen (56) .

6. Køleanlæg ifølge krav 1, kendetegnet 20 ved, at organerne, der opvarmer fordamperen (22) med kølemiddel fra varmgaskompressorafgangsledningen, indbefatter: organer (104) , der blokerer væske ledningen (30) mellem varmeveksleren (34) og fordamperekspansionsventilen (24), og organer (74), der leder kølemiddel fra varmgaskom-25 pressorafgangsledningen (26) gennem fordamperen (22) i modsat retning af kølemiddelstrømmen derigennem under en køleperiode, og at den alternative væskeledning (60) tilvejebringer en strømbane, som omleder varmevekslerekspansionsventilen 30 (56) .

7. Køleanlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det indbefatter organer (84), som tilbagefører en del af kølemidlet til indsugningsporten (S) i kompressoren (14) under en opvarmningsperiode. 35

8. Køleanlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det indbefatter en afledningsledning (86), der for- i DK 170582 B1 11 binder varmgaskompressorafgangsledningen (26) og recipienten (20) under en opvarmningsperiode for at tilpasse overgangstilstande .

9. Køleanlæg ifølge krav 1, kendetegnet 5 ved, at organerne, der opvarmer fordamperen (22) med kølemiddel fra varmgaskompressorafgangsledningen (26), indbefatter et første (28) og andet (74) tregangsventilorgan i varmgaskompressoraf gangsledningen (26) , som leder kølemiddel til fordamperen (22), og en kontraventil (76) i den alterna- 10 tive væskeledning (60).

10. Køleanlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at organerne, der opvarmer fordamperen (22) med kølemiddel fra varmgaskompressorafgangsledningen (26), indbefatter et første (28) og andet (74) tregangsventilorgan i varm- 15 gaskompressorafgangsledningen (26), som leder kølemiddel til fordamperen (22), og et tregangsventilorgan (106) i den alternative væskeledning (60).

11. Køleanlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at organerne, der opvarmer fordamperen (22) med køle- 20 middel fra varmgaskompressorafgangsledningen (26), indbefatter et første (28) og andet (74) tregangsvent ilorgan i varmgaskompressoraf gangsledningen (26) , som leder kølemiddel til fordamperen (22) , og et tredie (104) og fjerde (106) tregangsventilorgan i den alternative væskeledning (60) , 25 idet det fjerde tregangsventilorgan (106) bypasser varmevekslerekspansionsventilen (56) under en opvarmningsperiode.

12. Køleanlæg ifølge krav l, kendetegnet ved, at organerne, der opvarmer fordamperen med kølemiddel i varmgaskompressorafgangsledningen, indbefatter varmeveks- 30 lingsorganer (58) anbragt i varmevekslende forhold til fordamperen (22) og et tregangsventilorgan (28) , som leder kølemiddel fra varmgaskompressorafgangsledningen (26) gennem disse varmevekslingsorganer (58) under en opvarmningsperiode.

13. Køleanlæg ifølge krav 12, kendetegnet 35 ved, at den alternative væskeledning (60) indbefatter et tregangsventilorgan (90) , som leder kølemiddel til varme- DK 170582 B1 12 veksleren (34) via varmevekslerekspansionsventilen (56) , mens det blokerer kølemiddelstrøm fra recipienten (20) til varmevekslerekspansionsventilen (56) , og en afledningsledning (86), som forbinder varmgaskompressorafgangsledningen (26) 5 og recipienten (20) via tregangsventilorganet (28) under opvarmningsperioden.

14. Køleanlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det indbefatter en tredie strømbane (40) gennem varmeveksleren (34), en forbrændingsmotor (15) til drift af 10 kompressoren (149 og en kølervæske (50) til forbrændingsmotoren, og hvor organerne, der tilfører varme til varmeveksleren (34) under en opvarmningsperiode, leder denne kølervæske gennem den tredie strømbane (40) i varmeveksleren (34) . £ * £