EP1050726B1 - Kälteanlage - Google Patents

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EP1050726B1
EP1050726B1 EP00109558A EP00109558A EP1050726B1 EP 1050726 B1 EP1050726 B1 EP 1050726B1 EP 00109558 A EP00109558 A EP 00109558A EP 00109558 A EP00109558 A EP 00109558A EP 1050726 B1 EP1050726 B1 EP 1050726B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
refrigeration
circuit
freezing
compressor
line
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP00109558A
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English (en)
French (fr)
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EP1050726A3 (de
EP1050726A2 (de
Inventor
Klaus Koch
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Carrier Kaeltetechnik Deutschland GmbH
Original Assignee
Linde Kaeltetechnik GmbH
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Publication date
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Application filed by Linde Kaeltetechnik GmbH filed Critical Linde Kaeltetechnik GmbH
Publication of EP1050726A2 publication Critical patent/EP1050726A2/de
Publication of EP1050726A3 publication Critical patent/EP1050726A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1050726B1 publication Critical patent/EP1050726B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • F25B1/10Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle with multi-stage compression
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    • F25B47/02Defrosting cycles
    • F25B47/022Defrosting cycles hot gas defrosting
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B5/02Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity arranged in parallel
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    • F25B2400/04Refrigeration circuit bypassing means
    • F25B2400/0411Refrigeration circuit bypassing means for the expansion valve or capillary tube
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    • F25B41/00Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/20Disposition of valves, e.g. of on-off valves or flow control valves

Definitions

  • the invention relates to a refrigeration system according to the preamble of claim 1 and a method for defrosting this refrigeration system.
  • US-A-4 474 026 discloses a refrigeration system according to the preamble of claim 1.
  • Refrigeration systems are operated, for example, in supermarkets. They generally supply a variety of Kälte Toom, such as refrigerators, refrigerators and freezers. For this purpose circulates in them a one- or multi-component refrigerant or refrigerant mixture.
  • a refrigeration system - as known from DE-PS 39 28 430 - has a condenser, in which the pressurized refrigerant is condensed by indirect heat exchange, preferably against outside air.
  • the liquid refrigerant from the condenser is fed to a sump.
  • so much refrigerant must always be present so that even with maximum refrigeration demand, the evaporator of all refrigeration consumers can be filled.
  • the excess refrigerant must be collected during these times in the designated collection container.
  • the refrigerant is supplied to the Kältestedem.
  • Each refrigeration consumer is preceded by an expansion device, preferably an expansion valve, in which the refrigerant flowing into the refrigeration appliance or the evaporator (s) of the refrigeration consumer is expanded.
  • the so-relaxed refrigerant is evaporated in the evaporators of the refrigerant consumers and thus cools the corresponding refrigeration cabinets and rooms.
  • the thus evaporated refrigerant is then supplied via a suction line to a compressor unit.
  • These compressor units can be configured in one or more stages. As a rule, the individual compressor stages have several compressors connected in parallel. These compress the refrigerant and convey it via a riser in turn to the already mentioned condenser. While the compressor unit normally stands, for example, in a machine room arranged in the basement of a supermarket, the liquefier is located on the roof of the supermarket.
  • Object of the present invention is to provide a refrigeration system of the generic type, which makes a lower investment and operating costs and installation effort required.
  • the refrigeration system shown in FIG. 1 has only one condenser or condenser V. This can be - downstream according to an advantageous embodiment of the invention - a sump S1.
  • the liquid refrigerant from the condenser V is fed via line 1 to the collection container S1.
  • the refrigerant passes through the liquid lines 2 and 3 and 4 to the Kältestedem the normal cooling and freezing cycle.
  • the consumers V1 and V2 shown in the figure 1 for any number of consumers of Normal cooling circuit
  • the consumers V3 and V4 shown in Figure 1 are for any number of consumers of the freezing circuit.
  • Each refrigeration consumer V1 to V4 is preceded or assigned an expansion valve a to d, in which the refrigerant flowing into the refrigeration consumer or the evaporator or the evaporator of the refrigeration consumer is expanded.
  • the so-relaxed refrigerant is evaporated in the evaporators of the refrigerant consumers V1 to V4 and thus cools the corresponding refrigerated cabinets and rooms of the normal and the deep-freeze circuit.
  • the vaporized in the Kälte Toothem V1 and V2 of the normal refrigeration cycle refrigerant is supplied via a suction line 5 of the compressor unit of the normal refrigeration cycle.
  • This is - upstream according to a further advantageous embodiment of the refrigeration system according to the invention - a Saugsammel concerneder S2.
  • the compressor unit of the normal cooling circuit is formed in one stage only and has a plurality, preferably three parallel compressors; For the sake of clarity, only two compressors C1 and C2 connected in parallel are shown in the figure. These suck in via the lines 6 and 7 refrigerant from the Saugsammel matterser S2 and promote the compressed refrigerant via the pressure line 8 to a desuperizer E. After passing through the Enthitzers E, the refrigerant is again supplied via line 9 to the already described condenser or condenser V.
  • FIG. 1 does not show the required further cooling or subcooling of the refrigerant in the liquid line 4, which can take place, for example, in indirect heat exchange with the refrigerant conveyed in the line 10.
  • the device for subcooling the refrigerant in the liquid line 4 of the freezing circuit is spatially as close as possible to the Kältearranged V3 and V4 of the freezing circuit arranged.
  • a low-pressure suction collecting container S3 can be connected upstream of the compressor unit of the deep-freeze circuit.
  • the compressor unit of the deep-freeze circuit is preferably formed in at least two stages, again for the sake of clarity, each compressor stage is represented by two parallel compressors C3 and C5 and C4 and C6.
  • the compressors C3 and C5 of the first compressor stage suck via the lines 11 and 12 gaseous refrigerant from the low-pressure suction collecting container S3 and convey the compressed to an intermediate pressure refrigerant via line 13 into the intermediate pressure suction collecting container S4.
  • the compressors C4 and C6 of the second compressor stage via the lines 14 and 15 refrigerant and then convey the compressed refrigerant via the pressure line 16 also before the already mentioned desuperheater E in the line.
  • the compressor unit of the freezing cycle can also be configured in three or more stages; In this case, the individual compressor stages could each be preceded by separate suction collecting containers. It should be noted that, of course, can be dispensed with such Saugsammel practicer.
  • the refrigeration system according to the invention has a lower investment and operating costs and installation costs compared to the known solutions. It also allows - as will be explained - further structural design - methods and procedures that are difficult or impossible to implement with the previous solutions.
  • Refrigeration system or arranged in the refrigeration consumers evaporator must be defrosted at regular intervals, as Verreifept or icing of the evaporator lead to a reduction in the efficiency of the evaporator.
  • electro-defrosting One possibility of defrosting is so-called electro-defrosting.
  • the evaporators are defrosted by means arranged on and / or in them heaters.
  • the pressure lines 8 and 16 of the compressor units C1 / C2 and C3 / C4 / C5 / C6 via a defrosting line 30, which preferably z. B. by means of a valve e, lockable, connected to the suction line 10 of the compressor unit C3 / C4 / C5 / C6 of the freezing circuit.
  • the supply of refrigerant from the compressor unit C1 / C2 of the normal refrigeration circuit to the condenser V is now interrupted, the compressor unit C3 / C4 / C5 / C6 of the freezing circuit turned off and the heated refrigerant via the open deflation line 30 of the suction line 10 and over this supplied to the refrigeration consumers V3 and V4 of the freezing circuit.
  • the flow course of the refrigerant during the defrosting phase is represented by the large, framed arrows.
  • the refrigerant flowing through the refrigeration consumers V3 and V4 of the freezing cycle or the evaporator thereof is supplied via the lines 3 and 4 to the refrigeration consumers V1 and V2 of the normal refrigeration cycle and then conveyed back to the compressor unit C1 / C2 of the normal refrigeration cycle via the suction line 5.
  • the compressor unit C1 / C2 thus operates as a heat pump.
  • the defrosting line 30 is closed again by closing the valve e, the compressor unit C3 / C4 / C5 / C6 of the deep-freezing circuit is switched on and switched to the cooling mode.
  • the refrigerant now flows again via the pressure lines 8 and 16 and the common pressure line 9 from the compressor units C1 / C2 and C3 / C4 / C5 / C6 to the condenser V.
  • a further advantageous embodiment of the refrigeration system according to the invention is therefore characterized in that at least one of the refrigeration consumers V3 and V4 of the freezing circuit or the evaporators of this refrigerated consumer a directly controlled Solenoid valve, which is arranged parallel to the corresponding expansion valve of the refrigeration consumer, is connected upstream.
  • FIG. 2 shows the immediate region of the cold consumer V3 shown in FIG. this is the area encircled by a broken line in FIG.
  • a direct-controlled solenoid valve c ' is now provided parallel to the expansion valve c in a bypass line 41.
  • the refrigerant flows through the not shown in Figure 2 Abtau réelle 30 and the suction line 10 in the evaporator of Kälteshuers V3 and then via lines 42 and 41 in the liquid line 4. Is in one of the evaporator reaches the preset defrost end temperature - what For example, can be registered by means of a corresponding defrost probe -, the solenoid valve c 'is closed.
  • the direct-operated solenoid valve c acts in the currentless coil as a check valve with an opening pressure of about 1.5 bar, which is due to the valve. Closing a solenoid valve at the appropriate defrost end temperature shifts defrosting power to those evaporators that have not yet reached defrost end temperature. An already defrosted evaporator is therefore not supplied unnecessarily refrigerant, but only more those evaporators that are not completely defrosted. These thus reach the specified defrost end temperature in a shorter time.
  • the evaporators After completion of the defrosting phase, the evaporators are simultaneously sucked off via the compressors of the normal and deep-freeze circuits. As soon as the evaporator pressure drops lower than the temperature of the T (hermostatic) E (xpansions) V (entil) sensor, refrigerant is automatically re-injected into the evaporator. The cooling of the evaporator of the deep-freeze cycle takes about 5 minutes. For this purpose, in addition to the power of the compressor of the deep-freeze circuit and the performance of the compressor of the normal refrigeration cycle available because the cold spots or cold consumers of the normal refrigeration cycle are switched to forced cooling during defrosting the evaporator of the refrigeration consumers V3 and V4 of the freezing circuit and thereby temperatures below the target Achieve value. For the entire freezer area, therefore, a significantly lower defrost time compared to the electric defrost can be achieved.
  • the implementation of the described defrosting requires in the refrigeration system according to the invention compared to a refrigeration system in which a Elektroabtauung is performed, no overhead on piping and fittings. Since defrosting the evaporator of the refrigeration consumers V3 and V4 of the freezing circuit no power must be forced on - as is the case for example in the case of an electro defrost - is to be considered in the energy balance only the cooling after defrosting.
  • the defrosting per se is pure heat pump operation from the normal cooling composite set or the compressor unit C1 / C2.
  • Another advantage is the fact that the pipe insulation in poorly ventilated floor ducts and / or not moisten under the refrigerators, since they are forcibly heated every 48 hours during the defrosting process.
  • the goods are exposed to a lower temperature load, since only three times a week - for example on Tuesdays, Thursdays and Saturdays - must be defrosted. With separate refrigerant circuits and a cold gas defrost This is not possible because after 48 hours of cooling in the freezing circuit no defrosting for the first defrosting would be available.
  • the refrigeration system is operated in a so-called energy-saving mode.
  • energy-saving operation in this case those operating conditions are to be understood in which at the cooling furniture down the night blinds or drove over, the lights are off, the refrigerator doors are no longer open and thus no flow of goods - ie the removal or cross of goods or in the refrigerated cabinets or cold rooms - takes place.
  • the cooling demand is often so low during these times that it comes in the compressor unit of the normal cooling circuit to a so-called.
  • Pump-down circuit is the suction of the evaporator of the refrigerated consumer to understand. This has the consequence that on the one hand cooling points with a low cooling demand, the setpoint temperatures no longer reach and on the other the switching frequency of the compressor of the normal cooling circuit is unnecessarily and undesirably high, since the increased switching frequency of these compressors leads to a reduction in their service life.
  • a further advantageous embodiment of the refrigeration system according to the invention is characterized in that the freezing circuit has an at least two-stage compressor unit C3 / C4 / C5 / C6 and the suction side of the normal refrigeration cycle with the or one of the intermediate pressure sides of the freezing circuit is in operative connection. If the compressor stages C1 and C2 of the normal cooling circuit and at least one compressor stage C4 and C6 of the deep-freeze circuit, which is not the first compressor stage C3 and C5, are preceded by suction collecting containers S2 and S4, these are preferably in operative connection with one another.
  • This embodiment of the refrigeration system according to the invention now allows further advantageous procedures, as they can not be realized with the known refrigeration systems or only with a corresponding effort.
  • An operative connection between the suction side of the normal cooling circuit and the or one of the intermediate pressure sides of the freezing circuit or between the suction collecting container the normal cooling circuit and the or one of the intermediate pressure suction collecting the Tiefkühlniklaufes can be realized according to an advantageous embodiment of the refrigeration system according to the invention via at least one connecting line 20.
  • a further embodiment of the refrigeration system according to the invention is characterized in that an oil compensation line 21 connecting the suction collecting container S2 of the normal refrigeration circuit and the intermediate pressure suction collecting container S4 of the freezing circuit is provided.
  • the refrigeration system according to the invention thus offers a plurality of advantages over the known refrigeration systems, in particular with regard to the defrosting of the evaporator and the energy-saving operation. It allows this with a reduced installation effort and thus lower investment costs. As both energy consumption and maintenance are reduced, operating costs also decrease. Furthermore, compliance with the future legal requirements is possible with the defrost method described.
  • the invention could be realized not only in a refrigeration system with an at least two-stage compressor unit of the freezing circuit - as shown in Figure 1 - but also with a single-stage compressor unit.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kälteanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Abtauen dieser Kälteanlage.
  • US-A- 4 474 026 offenbart eine Kälteanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Kälteanlagen werden beispielsweise in Supermärkten betrieben. Sie versorgen dort im allgemeinen eine Vielzahl von Kälteverbrauchem, wie etwa Kühlräume, Kühl- und Tiefkühlmöbel. Zu diesem Zweck zirkuliert in ihnen ein ein- oder mehrkomponentiges Kältemittel bzw. Kältemittelgemisch. Eine derartige Kälteanlage - wie sie aus der DE-PS 39 28 430 bekannt ist - weist einen Verflüssiger auf, in dem das unter Druck stehende Kältemittel durch indirekten Wärmetausch, vorzugsweise gegen Außenluft, kondensiert wird.
  • Das flüssige Kältemittel aus dem Verflüssiger wird einem Sammelbehälter zugeführt. Innerhalb einer Kälteanlage muß immer soviel Kältemittel vorhanden sein, daß auch bei maximalem Kältebedarf die Verdampfer aller Kälteverbraucher gefüllt werden können. Da jedoch bei niedrigerem Kältebedarf einzelne Verdampfer nur teilweise gefüllt oder sogar vollständig leer sind, muß das überschüssige Kältemittel während dieser Zeiten in dem dafür vorgesehenen Sammelbehälter aufgefangen werden.
  • Prinzipiell ist es jedoch auch denkbar, daß auf einen derartigen Sammelbehälter verzichtet wird.
  • Aus dem Sammelbehälter wird das Kältemittel den Kälteverbrauchem zugeführt.
    Jedem Kälteverbraucher ist eine Expansionseinrichtung, vorzugsweise ein Expansionsventil vorgeschaltet, in welchem das in den Kälteverbraucher bzw. den oder die Verdampfer des Kälteverbrauchers strömende Kältemittel entspannt wird. Das so entspannte Kältemittel wird in den Verdampfern der Kältemittelverbraucher verdampft und kühlt so die entsprechenden Kühlmöbel und -räume.
  • Das derart verdampfte Kältemittel wird anschließend über eine Saugleitung einer Verdichtereinheit zugeführt. Diese Verdichtereinheiten können ein- oder mehrstufig ausgebildet sein. Die einzelnen Verdichterstufen weisen im Regelfall mehrere parallel geschaltete Verdichter auf. Diese komprimieren das Kältemittel und fördern es über eine Steigleitung wiederum zu dem bereits erwähnten Verflüssiger. Während die Verdichtereinheit im Normalfall beispielsweise in einem, im Kellergeschoß eines Supermarktes angeordneten Maschinenraum steht, befindet sich der Verflüssiger auf dem Dach des Supermarktes.
  • Sind innerhalb eines Marktes sog. Normal- und sog. Tiefkühlstellen vorhanden, werden diese mittels separater Kältemittelkreisläufe versorgt; dies bedeutet also, daß eine wie in der DE-PS 39 28 430 beschriebene Kälteanlage wenigstens zweimal vorhanden ist.
  • Der für die Kühlung der Normal- und Tiefkühlstellen eines Marktes erforderliche Investitions- und Betriebskosten- sowie Installationsaufwand ist jedoch erheblich.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kälteanlage der gattungsgemäßen Art anzugeben, die einen geringeren Investitions- und Betriebskosten- sowie Installationsaufwand erforderlich macht.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Ansprüche 1 und 14 gelöst.
  • Die erfindungsgemäße Kälteanlage sowie weitere Ausgestaltungen derselben seien anhand der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsform näher erläutert.
  • Die in der Figur 1 dargestellte Kälteanlage weist nur einen Verflüssiger bzw. Kondensator V auf. Diesem kann - gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung - ein Sammelbehälter S1 nachgeschaltet sein. Das flüssige Kältemittel aus dem Verflüssiger V wird über Leitung 1 dem Sammelbehälter S1 zugeführt. Aus diesem gelangt das Kältemittel über die Flüssigkeitsleitungen 2 sowie 3 und 4 zu den Kälteverbrauchem des Normalkühl- und Tiefkühlkreislaufes. Hierbei stehen die in der Figur 1 dargestellten Verbraucher V1 und V2 für eine beliebige Anzahl von Verbrauchern des Normalkühlkreislaufes, während die in der Figur 1 dargestellten Verbraucher V3 und V4 für eine beliebige Anzahl von Verbraucher des Tiefkühlkreislaufes stehen.
  • Jedem Kälteverbraucher V1 bis V4 ist ein Expansionsventil a bis d vorgeschaltet bzw. zugeordnet, in welchem das in den Kälteverbraucher bzw. den oder die Verdampfer des Kälteverbrauchers strömende Kältemittel entspannt wird. Das so entspannte Kältemittel wird in den Verdampfern der Kältemittelverbraucher V1 bis V4 verdampft und kühlt so die entsprechenden Kühlmöbel und -räume des Normal- und des Tiefkühlkreislaufes.
  • Das in den Kälteverbrauchem V1 und V2 des Normalkühlkreislaufes verdampfte Kältemittel wird über eine Saugleitung 5 der Verdichtereinheit des Normalkühlkreislaufes zugeführt. Dieser ist - gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kälteanlage - ein Saugsammelbehälter S2 vorgeschaltet. Im Regelfall ist die Verdichtereinheit des Normalkühlkreislaufes lediglich einstufig ausgebildet und weist mehrere, vorzugsweise drei parallel geschaltete Verdichter auf; der Übersichtlichkeit halber sind in der Figur lediglich zwei parallel geschaltete Verdichter C1 und C2 dargestellt. Diese saugen über die Leitungen 6 und 7 Kältemittel aus dem Saugsammelbehälter S2 an und fördern das verdichtete Kältemittel über die Druckleitung 8 zu einem Enthitzer E. Nach Durchlaufen des Enthitzers E wird das Kältemittel wieder über Leitung 9 dem bereits beschriebenen Kondensator bzw. Verflüssiger V zugeführt.
  • Der Übersichtlichkeit halber in der Figur 1 nicht dargestellt ist die erforderliche weitere Abkühlung bzw. Unterkühlung des Kältemittels in der Flüssigkeitsleitung 4, die beispielsweise im indirekten Wärmetausch mit dem in der Leitung 10 geförderten Kältemittel erfolgen kann.
  • Es ist von Vorteil, wenn - gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kälteanlage - die Vorrichtung zur Unterkühlung des Kältemittels in der Flüssigkeitsleitung 4 des Tiefkühlkreislaufes räumlich so nahe als möglich an den Kälteverbrauchem V3 und V4 des Tiefkühlkreislaufes angeordnet ist. Mittels dieser Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kälteanlage kann der Leistungsverlust durch Wärmeaufnahme aus der Umgebung minimiert werden.
  • Das den Verbrauchern V3 und V4 des Tiefkühlkreislaufes über die Flüssigkeitsleitung 4 zugeführte Kältemittel wird über die Saugleitung 10 der Verdichtereinheit des Tiefkühlkreislaufes zugeführt. Wiederum kann - gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kälteanlage - der Verdichtereinheit des Tiefkühlkreislaufes ein Niederdruck-Saugsammelbehälter S3 vorgeschaltet sein.
  • Die Verdichtereinheit des Tiefkühlkreislaufes ist vorzugsweise wenigstens zweistufig ausgebildet, wobei wiederum der Übersichtlichkeit halber jede Verdichterstufe durch zwei parallel geschaltete Verdichter C3 und C5 sowie C4 und C6 dargestellt ist. Die Verdichter C3 und C5 der ersten Verdichterstufe saugen über die Leitungen 11 und 12 gasförmiges Kältemittel aus dem Niederdruck-Saugsammelbehälter S3 an und fördern das auf einen Zwischendruck komprimierte Kältemittel über Leitung 13 in den Zwischendruck-Saugsammelbehälter S4. Aus diesem saugen die Verdichter C4 und C6 der zweiten Verdichterstufe über die Leitungen 14 und 15 Kältemittel an und fördern das komprimierte Kältemittel anschließend über die Druckleitung 16 ebenfalls vor den bereits erwähnten Enthitzer E in der Leitung 9.
  • Selbstverständlich kann - im Gegensatz zu der Darstellung in der Figur 1 - die Verdichtereinheit des Tiefkühlkreislaufes auch drei- oder mehrstufig ausgebildet sein; in diesem Falle könnten den einzelnen Verdichterstufen jeweils separate Saugsammelbehälter vorgeschaltet werden. Es sei darauf hingewiesen, daß selbstverständlich auch auf derartige Saugsammelbehälter verzichtet werden kann.
  • Die erfindungsgemäße Kälteanlage weist gegenüber den bekannten Lösungen einen geringeren Investitions- und Betriebskosten- sowie Installationsaufwand auf. Sie ermöglicht ferner - wie noch dargelegt werden wird - weitere konstruktive Ausgestal- - tungen und Verfahrensweisen, die mit den bisherigen Lösungen nicht oder nur schwer zu realisieren sind.
  • Kälteanlage bzw. die in den Kälteverbrauchern angeordneten Verdampfer müssen in regelmäßigen Abständen abgetaut werden, da Verreifungen bzw. Vereisungen der Verdampfer zu einer Verringerung des Wirkungsgrades der Verdampfer führen.
  • Eine Möglichkeit der Abtauung ist die sog. Elektroabtauung. Bei dieser werden die Verdampfer mittels an und/oder in ihnen angeordneten Heizungen abgetaut. Diese Verfahrensweise führt jedoch zu einem unerwünschten Mehrverbrauch an elektrischer Energie.
  • Als Alternative zu der beschriebenen Elektroabtauung bietet sich die sog. Druckgas-Abtauung an. Bei dieser werden zwischen dem Gasraum des dem Verflüssiger nachgeschalteten Sammelbehälters und jedem Verdampfer bzw. jeder Verdampfergruppe Druckgasleitungen verlegt und über diese gasförmiges Kältemittel, das eine Temperatur zwischen 35°C und 45°C aufweist, aus dem Sammelbehälter den Verdampfern bzw. Verdampfergruppen zugeführt. Der Installationsaufwand für diese Druckgas-Abtauung ist jedoch vergleichsweise hoch, da für jeden Verdampfer bzw. jede Verdampfergruppe eine separate Druckgasleitung vorgesehen werden muß.
  • Insbesondere bei Kühlmöbeln ist der erforderliche Arbeitsaufwand sehr hoch, da die notwendigen Ventilstationen im Regelfall auf der Unterseite der Kühlmöbei angeordnet werden müssen, und diese gerade im Servicefall nur schlecht zugänglich sind.
  • Verglichen mit der Elektroabtauung erfordert diese Druckgas-Abtauung hinsichtlich des Rohrleitungsnetzes einen Mehraufwand. Neben dem Vorteil einer Betriebskostensenkung ist der wesentliche Vorteil der Druckgas-Abtauung in der geringeren Wärmebelastung der Waren zu sehen. Der Warentemperatur während und unmittelbar nach der Abtauung kommt jedoch eine stetig größer werdende Bedeutung zu, so daß die Druckgas-Abtauung zukünftig die einzige Möglichkeit darstellen dürfte, den Anforderungen des Gesetzgebers im Hinblick auf das Erfordernis "Warentemperatur" Genüge zu leisten.
  • Bei der erfindungsgemäßen Kälteanlage sind die Druckleitungen 8 und 16 von den Verdichtereinheiten C1/C2 und C3/C4/C5/C6 über eine Abtauleitung 30, die vorzugsweise z. B. mittels eines Ventiles e, absperrbar ausgebildet ist, mit der Saugleitung 10 der Verdichtereinheit C3/C4/C5/C6 des Tiefkühlkreislaufes verbunden.
  • Während der Abtauphase wird nunmehr die Zufuhr von Kältemittel aus der Verdichtereinheit C1/C2 des Normalkühlkreislaufes zu dem Verflüssiger V unterbrochen, die Verdichtereinheit C3/C4/C5/C6 des Tiefkühlkreislaufes abgeschaltet und das erwärmte Kältemittel über die geöffnete Abtauleitung 30 der Saugleitung 10 und über diese den Kälteverbraucher V3 und V4 des Tiefkühlkreislaufes zugeführt. Der Strömungsverlauf des Kältemittels während der Abtauphase ist durch die großen, umrahmten Pfeile dargestellt.
  • Das durch die Kälteverbraucher V3 und V4 des Tiefkühlkreislaufes bzw. deren Verdampfer strömende Kältemittel wird über die Leitungen 3 und 4 den Kälteverbrauchem V1 und V2 des Normalkühlkreislaufes zugeführt und anschließend über die Saugleitung 5 wieder zu der Verdichtereinheit C1/C2 des Normalkühlkreislaufes gefördert. Während der Abtauung arbeitet die Verdichtereinheit C1/C2 somit als Wärmepumpe. Sobald die Verdampfer der Kälteverbraucher V3 und V4 des Tiefkühlkreislaufes vollständig abgetaut sind, wird die Abtauleitung 30 durch Schließen des Ventiles e wieder geschlossen, die Verdichtereinheit C3/C4/C5/C6 des Tiefkühlkreises angeschaltet und auf den Kühlbetrieb umgestellt. Das Kältemittel strömt nunmehr wieder über die Druckleitungen 8 und 16 sowie die gemeinsame Druckleitung 9 von den Verdichtereinheiten C1/C2 und C3/C4/C5/C6 zu dem Verflüssiger V.
  • Zu Beginn der Abtauphase ist es sinnvoll, wenn warmes Kältemittel aus dem Sammelbehälter S1 über die Flüssigkeitsleitungen 2 und 4 zu den Verdampfern der Kälteverbraucher V3 und V4 des Tiefkühlkreislaufes strömt. Die jeweils abzutauenden Verdampfer werden dadurch mit flüssigem Kältemittel angestaut, wodurch bereits eine Erwärmung der abzutauenden Verdampfer stattfindet. Sobald das mittels der Verdichtereinheit C1/C2 des Normalkühlkreislaufes über die Abtauleitung 30 den Verdampfern der Kälteverbraucher V3 und V4 zugeführte Kältemittel in die Verdampfer strömt, wird das zuvor darin angestaute Kältemittel verdrängt. Nach erfolgtem Druckausgleich zwischen dem Verflüssiger V bzw. dem Sammelbehälter S1 und den Druckleitungen wird dann nur mehr Kältemittel mittels der Verdichtereinheit C1/C2 über die Abtauleitung 30 und die Saugleitung 10 in die Verdampfer der Kälteverbraucher V3 und V4 gefördert.
  • Da in unterschiedlichen Kühlmöbeln unterschiedlich große Verdampfer angeordnet sind und/oder die Verdampfer unterschiedliche Vereisungsgrade aufweisen, erreichen diese nicht zeitgleich die erforderliche Abtauendtemperatur von beispielsweise 15°C.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kälteanlage ist daher dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einem der Kälteverbraucher V3 und V4 des Tiefkühlkreislaufes bzw. den Verdampfern dieser Kälteverbraucher ein direktgesteuertes Magnetventil, das zu dem entsprechenden Expansionsventil des Kälteverbrauchers parallel angeordnet ist, vorgeschaltet ist.
  • Diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kälteanlage sei im folgenden anhand der Figur 2, die den unmittelbaren Bereich des in der Figur 1 dargestellten Kälteverbrauchers V3 zeigt, näher erläutert; es ist dies der in der Figur 1 mit unterbrochener Linie umkreiste Bereich.
  • Sie zeigt den Verbraucher V3 bzw. dessen Verdampfer, die in der Figur 1 dargestellte Flüssigkeitsleitung 4 und Saugleitung 10 sowie das dem Verdampfer des Verbrauchers V3 zugeordnete Expansionsventil c, über das im Kühlbetrieb das Kältemittel in den Verdampfer eingespritzt wird. Im Kühlbetrieb strömt somit Kältemittel aus der Flüssigkeitsleitung 4 über die Leitung 40 zu dem Expansionsventil c und von diesem über die Leitung 42 in den Verdampfer des Kälteverbrauchers V3.
  • Erfindungsgemäß ist nunmehr parallel zu dem Expansionsventil c in einer Bypass-Leitung 41 ein direktgesteuertes Magnetventil c' vorgesehen. Während des Abtauvorganges strömt das Kältemittel über die in der Figur 2 nicht dargestellte Abtauleitung 30 sowie die Saugleitung 10 in den Verdampfer des Kälteverbrauchers V3 und anschliessend über die Leitungen 42 und 41 in die Flüssigkeitsleitung 4. Wird in einem der Verdampfer die voreingestellte Abtauendtemperatur erreicht - was beispielsweise mittels eines entsprechenden Abtaufühlers registriert werden kann -, wird das Magnetventil c' geschlossen.
  • Das direktgesteuerte Magnetventil c' wirkt bei stromloser Spule als Rückschlagventil mit einem Öffnungsdruck von ca. 1,5 bar, welcher ventilbedingt ist. Durch das Schließen eines Magnetventiles bei der entsprechenden Abtauendtemperatur wird Abtauleistung zu denjenigen Verdampfern verlagert, die die Abtauendtemperatur noch nicht erreicht haben. Einem bereits abgetauten Verdampfer wird also nicht unnötigerweise Kältemittel zugeführt, sondern nur mehr denjenigen Verdampfern, die noch nicht vollständig abgetaut sind. Diese erreichen somit in kürzerer Zeit die vorgegebene Abtauendtemperatur.
  • Sobald alle Verdampfer ihr Abtauende erreicht haben und somit deren Magnetventile geschlossen sind, baut sich zwischen den Verdampfern und der Flüssigkeitsleitung 4 eine Druckdifferenz auf. Sobald diese Druckdifferenz größer als 1,5 bar wird, werden die Magnetventile rückwärts durchströmt und die in den Verdampfern befindliche Kältemittelflüssigkeit wird in die Flüssigkeitsleitung 4 gedrückt.
  • Nach Beendigung der Abtauphase werden die Verdampfer gleichzeitig über die Verdichter des Normal- und des Tiefkühlkreislaufes abgesaugt. Sobald der Verdampferdruck tiefer sinkt als es der Temperatur der T(hermostatisches)E(xpansions)V(entil)-Fühler entspricht, wird automatisch wieder Kältemittel in die Verdampfer eingespritzt. Die Abkühlung der Verdampfer des Tiefkühlkreislaufes erfolgt in etwa 5 Minuten. Hierzu steht neben der Leistung der Verdichter des Tiefkühlkreislaufes auch die Leistung der Verdichter des Normalkühlkreislaufes zur Verfügung, da die Kühlstellen bzw. Kälteverbraucher des Normalkühlkreislaufes während der Abtauung der Verdampfer der Kälteverbraucher V3 und V4 des Tiefkühlkreislaufes auf Zwangskühlung geschaltete sind und dadurch Temperaturen unter dem Soll-Wert erreichen. Für den gesamten Tiefkühlbereich kann daher eine deutlich geringere Abtauzeit gegenüber der elektrischen Abtauung erreicht werden.
  • Die Realisierung des beschriebenen Abtauverfahrens erfordert bei der erfindungsgemäßen Kälteanlage im Vergleich zu einer Kälteanlage, bei der eine Elektroabtauung durchgeführt wird, keinen Mehraufwand an Rohrleitungen und Armaturen. Da zur Abtauung der Verdampfer der Kälteverbraucher V3 und V4 des Tiefkühlkreislaufes keine Leistung zwangsweise eingeschaltet werden muß - wie dies beispielsweise im Falle einer Elektroabtauung der Fall ist -, ist in der Energiebilanz nur die Abkühlung nach der Abtauphase zu berücksichtigen. Die Abtauleistung für sich ist reiner Wärmepumpenbetrieb aus dem Normalkühl-Verbundsatz bzw. der Verdichtereinheit C1/C2.
  • Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die Rohrisolierungen in schlecht belüfteten Bodenkanälen und/oder unter den Kühlmöbeln nicht mehr durchfeuchten, da sie zwangsweise alle 48 Stunden während des Abtauvorganges erwärmt werden.
  • Des weiteren ist die Ware einer geringeren Temperaturbelastung ausgesetzt, da nur mehr dreimal pro Woche - beispielsweise dienstags, donnerstags und samstags - abgetaut werden muß. Bei getrennten Kältemittelkreisläufen und einer Kaltgasabtauung ist dies nicht möglich, da nach 48 Stunden Kühlbetrieb im Tiefkühlkreislauf keine Abtauleistung für die erste Abtaugruppe zur Verfügung stünde.
  • Während der Nacht- bzw. Ladenschlußzeiten wird die Kälteanlage in einem sog. Energie-Sparbetrieb gefahren. Unter dem Begriff Energie-Sparbetrieb seien hierbei diejenigen Betriebsbedingungen zu verstehen, bei denen an den Kühlmöbeln die Nachtrollos herunter- bzw. darübergefahren, die Beleuchtungen ausgeschaltet sind, die Kühlraumtüren nicht mehr geöffnet werden und somit kein Warenfluß - also die Entnahme oder Hereingabe von Ware aus bzw. in die Kühlmöbel oder Kühlräume - stattfindet.
  • Der Kältebedarf ist während dieser Zeiten oftmals so gering, daß es in der Verdichtereinheit des Normalkühlkreislaufes zu einer sog. Pump-Down-Schaltung kommt. Unter dem Begriff "Pump-Down-Schaltung" ist das Absaugen der Verdampfer der Kälteverbraucher zu verstehen. Dies hat zur Folge, daß zum einen Kühlstellen mit einem geringen Kältebedarf die Soll-Temperaturen nicht mehr erreichen und zum anderen die Schalthäufigkeit der Verdichter des Normalkühlkreislaufes unnötig und unerwünscht hoch wird, da die erhöhte Schalthäufigkeit dieser Verdichter zu einer Verringerung deren Lebensdauer führt.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäße Kälteanlage ist dadurch gekennzeichnet, daß der Tiefkühlkreislauf eine wenigstens zweistufige Verdichtereinheit C3/C4/C5/C6 aufweist und die Saugseite des Normalkühlkreislaufes mit der oder einer der Zwischendruckseiten des Tiefkühlkreislaufes in Wirkverbindung steht. Sofern den Verdichterstufen C1 und C2 des Normalkühlkreislaufes und zumindest einer Verdichterstufe C4 und C6 des Tiefkühlkreislaufes, wobei es sich nicht um die erste Verdichterstufe C3 und C5 handelt, Saugsammelbehälter S2 und S4 vorgeschaltet sind, stehen vorzugsweise diese miteinander in Wirkverbindung.
  • Diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kälteanlage ermöglicht nunmehr weitere vorteilhafte Verfahrensweisen, wie sie mit den bekannten Kälteanlagen nicht oder nur mit einem entsprechenden Aufwand realisiert werden können.
  • Eine Wirkverbindung zwischen der Saugseite des Normalkühlkreislaufes und der oder einer der Zwischendruckseiten des Tiefkühlkreislaufes bzw. zwischen dem Saugsammelbehälter des Normalkühlkreislaufes und dem oder einem der Zwischendruck-Saugsammelbehälter des Tiefkühlkreislaufes kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kälteanlage über wenigstens eine Verbindungsleitung 20 realisiert werden.
  • Denkbar ist - gemäß einer alternativen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kälteanlage -, daß die Funktion des Saugsammelbehälters des Normalkühlkreislaufes und des bzw. eines der Zwischendruck-Saugsammelbehälter des Tiefkühlkreislaufes in einem gemeinsamen Saugsammelbehälter realisiert wird. Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kälteanlage ist in Figur 1 nicht dargestellt.
  • Mittels dieser Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kälteanlage ist es möglich, daß während des Nacht- und/oder Ladenschlußbetriebes die Verdichter des Normalkühlkreislaufes ausgeschaltet werden.
  • Da im Falle einer zweistufigen Verdichtereinheit in dem Tiefkühlkreislauf der Zwischendruck in Abhängigkeit der Verflüssigungstemperatur während des Energie-Sparbetriebs immer tiefer liegt als die Verdampfungstemperatur des Normalkühlkreislaufes, wird die erforderliche Schwachlast des Normalkühlbereiches durch die zweite Verdichterstufe - die sog. Hochdruck-Verdichterstufe - des Tiefkühlkreislaufes übernommen. Dies hat zur Folge, daß sämtliche Kälteverbraucher des Normalkühlkreislaufes mit geringem Kältebedarf die notwendigen Soll-Temperaturen auch dann erreichen können, wenn alle Verdichter des Normalkühlkreislaufes abgeschaltet sind. Auf ein Einschalten der Verdichter des Normalkühlkreislaufes kann damit verzichtet werden; die Schalthäufigkeit der Verdichter des Normalkühlkreislaufes verringert sich dadurch wesentlich, wodurch die Lebenserwartung dieser Verdichter steigt. Da während des Energie-Sparbetriebes die Arbeit der Verdichter des Normalkühlkreislaufes von den Verdichtern des Tiefkühlkreislaufes übernommen wird, verbessert sich deren Auslastung.
  • Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kälteanlage ist dadurch gekennzeichnet, daß eine den Saugsammelbehälter S2 des Normalkühlkreislaufes und den Zwischendruck-Saugsammelbehälter S4 des Tiefkühlkreislaufes verbindende Ölausgleichsleitung 21 vorgesehen wird.
  • Über diese Ölausgleichsleitung 21 können die Ölstände der miteinander verbundenen Saugsammler S2 und S4 ausgeglichen werden. Der Aufwand für eine derartige Ölausgleichsleitung ist gering.
  • Die erfindungsgemäße Kälteanlage bietet somit eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber den bekannten Kälteanlagen, insbesondere im Hinblick auf die Abtauung der Verdampfer sowie den Energie-Sparbetrieb. Sie ermöglicht dies bei einem verringerten Installationsaufwand und damit einhergehend niedrigeren Investitionskosten. Da sowohl der Energieverbrauch als auch der Wartungsaufwand verringert werden, erniedrigen sich zudem die Betriebskosten. Des weiteren ist mit dem beschriebenen Abtauverfahren ein Einhalten der zukünftigen gesetzlichen Vorgaben möglich.
  • Es sei darauf hingewiesen, daß sich die Erfindung nicht nur bei einer Kälteanlage mit einer wenigstens zweistufigen Verdichtereinheit des Tiefkühlkreislaufes - wie in der Figur 1 dargestellt -, sondern auch mit einer einstufigen Verdichtereinheit realisieren ließe.

Claims (18)

  1. Kälteanlage zur Kühlung von wenigstens einem Kälteverbraucher mittels eines Normalkühlkreislaufes und zur Kühlung von mehr als einem Kälteverbraucher mittels eines Tiefkühlkreislaufes, wobei jeder der Kreisläufe eine Verdichtereinheit aufweist, lediglich ein Verflüssiger vorgesehen ist und die Druckleitungen von den Verdichtereinheiten vor dem Verflüssiger zusammengeführt sind, und wobei die Kälterverbraucher des Tiefkühlkreislaufes jeweils an Verbindungsstellen mit einer gemeinsamen zu der Verdichtereinheit (C3/C4/C5/C6) des Tiefkühlkreislaufes verbundenen Saugleitung (10) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckleitungen (8, 16) von den Verdichtereinheiten (C1/C2/C3/C4/C5/C6) über eine Abtauleitung (30), die zwischen der Verdichtereinheit (C3/C4/C5/C6) des Tiefkühlkreislaufs und der dieser am nächsten liegen den, zu einem Kälteverbraucher (V3) führenden Verbindungstelle angeschlossen ist, mit der Saugleitung (10) der Verdichtereinheit (C3/C4/C5/C6) des Tiefkühlkreislaufes verbunden sind.
  2. Kälteanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtauleitung (30) absperrbar (e) ausgebildet ist.
  3. Kälteanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verflüssiger (V) lediglich ein Sammelbehälter (S1) nachgeschaltet ist.
  4. Kälteanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verflüssiger (V) oder dem Sammelbehälter (S1) und den Flüssigkeitsleitungen (3, 4) des Normal- und des Tiefkühlkreislaufes lediglich eine Flüssigkeitsleitung (2) angeordnet ist.
  5. Kälteanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Unterkühlung des Kältemittels in der Flüssigkeitsleitung (4) des Tiefkühlkreislaufes räumlich so nahe als möglich an den Kälteverbrauchem (V3, V4) des Tiefkühlkreislaufes angeordnet ist.
  6. Kälteanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einem der Kälteverbraucher (V3, V4) des Tiefkühlkreislaufes ein direktgesteuertes Magnetventil (c') dem entsprechenden Expansionsventil (c) des Kälteverbrauchers (V3, V4) parallel angeordnet ist.
  7. Kälteanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verflüssiger (V) ein Enthitzer (E) vorgeschaltet ist.
  8. Kälteanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckleitungen (8, 16) von den Verdichtereinheiten (C1/C2, C3/C4/C5/C6) vor dem Enthitzer (E) zusammengeführt sind.
  9. Kälteanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiefkühlkreislauf eine wenigstens zweistufige Verdichtereinheit (C3/C4/C5/C6) aufweist und die Saugseite des Normalkühlkreislaufes mit der oder einer der Zwischendruckseiten des Tiefkühlkreislaufes in Wirkverbindung steht.
  10. Kälteanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer Verdichterstufe (C1/C2) des Normalkühlkreislaufes und einer Verdichterstufe (C4/C6) des Tiefkühlkreislaufes, wobei es sich nicht um die erste Verdichterstufe (C3/C5) handelt, Saugsammelbehälter (S2, S4) vorgeschaltet sind und diese in Wirkverbindung stehen.
  11. Kälteanlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkverbindung über wenigstens eine Verbindungsleitung (20) realisiert wird.
  12. Kälteanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Saugsammelbehälter (S2) des Normalkühlkreislaufes und den oder einen der Zwischendruck-Saugsammelbehälter (S4) des Tiefkühlkreislaufes verbindende Ölausgleichsleitung (21) vorgesehen ist.
  13. Kälteanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion des Saugsammelbehälters (S2) des Normalkühlkreislaufes und des Zwischendruck-Saugsammelbehälters (S4) des Tiefkühlkreislaufes in einem Saugsammelbehälter realisiert wird.
  14. Verfahren zum Abtauen einer Kälteanlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei erwärmtes Kältemittel aus der Verdichtereinheit (C1/C2) des Normalkühlkreislaufs über die Abtauleitung (30) zu der Saugleitung (10) der Verdichtereinheit (C3/C4/C5/C6) des Tiefkühlkreislaufes und über diese zu den Kälteverbrauchern (V3, V4) des Tiefkühlkreislaufes zugeführt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei während des Abtauvorgangs die Zufuhr von Kältemittel aus der Verdichtereinheit (C1, C2) des Normalkühlkreislaufs zu dem Verflüssiger unterbrochen wird und die Verdichtereinheit (C3, C4, C5, C6) des Tiefkühlkreislaufs abgeschaltet wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei das den Kälteverbrauchern (V3, V4) des Tiefkühlkreislaufes zugeführte Kältemittel anschließend den Kälteverbrauchern (V1, V2) des Normalkühlkreislaufes zugeführt wird und anschließend zu der Verdichtereinheit (C1, C2) des Normalkühlkreislaufes gefördert wird, wobei die Verdichtereinheit (C1, C2) des Normalkühlkreislaufes als Wärmepumpe arbeitet.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei wenigstens einem der Kälteverbraucher (V3, V4) des Tiefkühlkreislaufes beziehungsweise den Verdampfern dieses wenigstens einen Kälteverbrauchers ein direktgesteuertes Magnetventil (c'), das zu dem entsprechenden Expansionsventil des Kälteverbrauchers parallel angeordnet ist, vorgeschaltet ist und wobei das Kältemittel während des Abtauvorganges von der Saugleitung (10) in den Verdampfer des wenigstens einen Kälteverbrauchers (V3, V4) und durch das geöffnete Magnetventil (c') strömt.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Magnetventil (c') geschlossen wird, wenn in dem entsprechenden Verdampfer des wenigstens einen Kälteverbrauchers (V3, V4) eine voreingestellte Abtauendtemperatur erreicht wird.
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