EP1987301B1 - Kühlanlage - Google Patents
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- EP1987301B1 EP1987301B1 EP20070702485 EP07702485A EP1987301B1 EP 1987301 B1 EP1987301 B1 EP 1987301B1 EP 20070702485 EP20070702485 EP 20070702485 EP 07702485 A EP07702485 A EP 07702485A EP 1987301 B1 EP1987301 B1 EP 1987301B1
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- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B39/00—Evaporators; Condensers
- F25B39/02—Evaporators
- F25B39/028—Evaporators having distributing means
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- F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
- F25B41/40—Fluid line arrangements
- F25B41/42—Arrangements for diverging or converging flows, e.g. branch lines or junctions
- F25B41/45—Arrangements for diverging or converging flows, e.g. branch lines or junctions for flow control on the upstream side of the diverging point, e.g. with spiral structure for generating turbulence
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- F25B2600/25—Control of valves
- F25B2600/2511—Evaporator distribution valves
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Definitions
- the invention relates to a cooling system with a refrigerant circuit, which has a plurality of evaporator sections and a distributing a distribution of refrigerant to the evaporator sections distributor.
- Such a cooling system is off US 5,832,744 known.
- the distributor has between a refrigerant inlet and a plurality of refrigerant outlets a valve, which is followed by a rotating turbine disk.
- the turbine disk should ensure that the refrigerant is evenly distributed to all outlets of the distributor and thus evenly to all evaporators.
- the over-supply or undersupply of the evaporator can lead to difficulties especially if temperature sensors, which are arranged at the evaporators or other locations of the cooling system, control an expansion valve.
- the expansion valve can be vibrated under unfavorable circumstances, which further deteriorates the capacity and the effectiveness of the cooling system.
- DE-A-174 075 discloses a refrigeration system according to the preamble of claim 1. The invention has for its object to improve the operation of the cooling system with simple means.
- cooling system If the following is a "cooling system”, then this term is to be understood. It particularly includes cooling systems, freezer systems, air conditioners and heat pumps.
- the term “refrigeration plant” has been used for convenience only.
- the evaporator sections can be arranged in different evaporators. The invention will be explained for the sake of simplicity in the context of multiple evaporators. However, the invention is also applicable if an evaporator has a plurality of individually or in groups controllable evaporator sections.
- the distributor has a controllable valve for each evaporator, then it can control the supply of the evaporator individually, ie it is then possible to supply the amount of refrigerant to each evaporator, he needs. There is no need to worry about the fact that the evaporators all have the same flow resistance. It is also of minor importance if the evaporators have to deliver different cooling capacities. An evaporator in which a larger cooling capacity is required, gets correspondingly more refrigerant than an evaporator, which must provide less cooling capacity.
- the valves can be controlled by a control device that controls individual valves differently.
- the control device thus ensures the distribution of the refrigerant to the individual evaporator.
- the control device can also control the valves so that all valves pass through a certain basic flow rate of refrigerant and then, if necessary, a single valve so control that in each case additionally passes the required amount of refrigerant. This is particularly advantageous if the control device controls the valves offset in time from one another.
- an evaporator gets only from time to time refrigerant, but in total the required amount of refrigerant.
- the control device thus controls the duty cycle of the individual valve, ie the ratio of the opening time of the individual valve to a predetermined period length.
- valves may have been turned on once.
- the period length is chosen so that keep the pressure fluctuations in the evaporators within reasonable limits or even virtually unnoticeable.
- the valves can all be adjusted with a basic opening, so that all evaporators are permanently supplied with refrigerant.
- the controller then clocks the individual valves in addition, so that each evaporator receives an additional amount of refrigerant depending on demand to cover the refrigerant demand.
- the control device controls only a single valve so that it has a passage opening which is larger than a passage opening the other valves. Normally, when all the valves are closed, the controller will always open only one valve at a time. This facilitates the control and sizing of the refrigerant supplied to a single evaporator. If the individual valves already allow a basic flow rate of refrigerant, then only a single valve is opened at a time, in order to supply the evaporator connected to this valve individually with the required total amount of refrigerant.
- the control device has a rotor which causes the opening of valves. As a result of the rotation of the rotor, the individual valves are opened. This is a very easy way to control the individual valves one after the other.
- the rotor is driven by a variable speed motor.
- the speed can then adjust how long the individual valves are open.
- the engine is reversible. Due to the reversibility of the motor, it is possible to keep a single valve completely closed for a longer period of time. Before the rotor brings this valve in the open position, the motor is reversed in its direction of rotation, so that this valve remains closed. It is also possible to leave several valves closed when these valves are arranged side by side in the direction of rotation of the rotor.
- the rotor is connected to a cam and the valves have valve tappets actuatable by the cam are.
- This is a mechanically particularly simple solution to open or close the valves.
- the plungers are expediently acted upon in the closing direction of the valves by a closing spring. Then, when the cam comes into contact with the plunger, then the valve is opened against the force of the closing spring. The valve closes again as soon as the cam has been rotated further enough.
- the cam disc has a single cam. This ensures that only one valve can be opened at the same time or opened more than the other valves. Accordingly, it is also possible to individually adjust the opening time of each valve (or the time of the boosted opening), so that this opening time can be largely unaffected by the opening times of the other valves.
- valve tappets have in the direction of rotation a distance from each other which is at least as large as the extent of the cam in the direction of rotation. This makes it possible to let the cam come to rest in a position in which no valve tappet is acted upon. In this case, all valves can remain closed.
- valve tappets are arranged parallel to the rotor axis.
- parallel is not to be understood here as mathematically exact. It is only important that the valve tappets have a component which is directed parallel to the rotor axis.
- the cam which is arranged on the cam disk, acts parallel to the rotor axis.
- the cam disc has a displacement drive which acts in a direction parallel to the rotor axis. If the valve tappets are arranged parallel to the rotor axis, it is possible by the displacement of the cam disc in a simple manner, all valves simultaneously open to allow a certain basic flow rate of refrigerant. The cam then each opens a single valve more than the other valves to ensure individual supply of a single evaporator with refrigerant.
- the rotor has an axially extending inlet channel, which communicates with an input of the distributor, and a radially extending outlet channel, the mouth of which, in rotation with outlet openings, which are in communication with the evaporators in Cover can be brought. So you use the rotor at the same time as an element of the valve.
- the mouth of the exit port is in register with an exit port, a flow path from the entrance of the transfer port to an exit associated with a particular vaporizer is released. As long as the overlap exists, refrigerant may flow from the manifold inlet to the respective evaporator.
- the refrigerant supply to the evaporator just described is interrupted and the next output in the direction of rotation is supplied with refrigerant.
- a greater or lesser amount of refrigerant may flow into the evaporator. This overlap time can be changed by adjusting the speed at which the rotor turns.
- the outlet openings in the direction of rotation at a distance from each other, which is at least as large as the extension of the mouth of the outlet channel in the rotational direction.
- a sensor is arranged, which is connected to the control device.
- This sensor may be, for example, a temperature sensor.
- Each evaporator can then be supplied with refrigerant depending on the temperature at its outlet.
- the evaporator sections are arranged with a capacitor in series and a sensor is arranged in front of the condenser or the compressor.
- a sensor is arranged in front of the condenser or the compressor.
- a single sensor is sufficient if one knows otherwise the operating behavior of the cooling system. With the knowledge of the operating behavior can then decide which evaporator or evaporator section how much coolant to be supplied.
- Fig. 1 shows a schematic representation of a cooling system 1, in which a compressor 2, a condenser 3, a collector 4, a manifold 5 and an evaporator assembly 6 are connected together with a plurality of evaporators arranged in parallel 7a-7d in a circuit.
- the evaporator assembly 6 may also include a single evaporator having a plurality of evaporator sections to be controlled individually or in groups.
- liquid refrigerant evaporates in the evaporators 7a-7d, is compressed by the compressor 2, liquefied in the condenser 3 and collected in the collector 4.
- the distributor 5 is intended to distribute the liquid refrigerant to the individual evaporators 7a-7d.
- a temperature sensor 8a-8d is arranged at the output of each evaporator 7a-7d.
- the temperature sensor 8a-8d detects the temperature of the refrigerant leaving the evaporator 7a-7d. This temperature information is forwarded to a control unit 9, which controls the distributor 5 as a function of the temperature signals of the temperature sensors 8a-8d.
- FIGS. 2 and 3 show a first embodiment of a distributor 5.
- the distributor 5 according to Fig. 2 here has six outputs 10a-10f (for six evaporators) and an input 11. Each output 10a-10f is separated from the input 11 by a valve 12. Because the valves all built the same are the following description based on valves 12, which are associated with the outputs 10b, 10e.
- Each valve 12 has a valve seat 13 which is arranged in a housing block 14. Furthermore, each valve 12 has a valve element 15 which is connected to a valve tappet 16, which protrudes from the housing block 14 on the side opposite the valve seat 13. Both the housing block 14 and the valve element 15 are supported by springs 17, 18 on a cover 19, through which the input 11 is guided and which closes a valve housing 20.
- the spring 18 is designed as a closing spring which acts on the valve element 15 against the valve seat 13.
- a cam plate 21 is rotatably mounted in the valve housing 20, a cam plate 21 is rotatably mounted.
- the cam disc 21 has a single cam 22, which acts on a rotation of the cam disc 21 about a rotation axis 23 each have a valve stem 16 as shown by the left valve (in Fig. 3 ) is recognizable.
- the cam 22 acts on the valve stem 16
- the valve element 15 lifts off the valve seat 13 and a passage from the inlet 11 to the outlet 10e is released.
- the valve element 15 is brought under the action of the spring 18 again to rest against the valve seat 13 and the corresponding valve 12 closes, as can be seen from the valve 10 associated with the output 10b.
- the cam plate 21 is rotated by a motor 24, which is shown here only schematically.
- the motor 24 is driven by the control unit 9.
- the motor 24 is operable at a controlled speed.
- the maximum speed is for example in the order of 100 U / min.
- the speed of the motor 24 can be changed.
- the engine 24 can also be stopped for a short time. Also, the direction of rotation of the motor is changeable.
- each evaporator is supplied at least once in a period of about one second refrigerant, it can be achieved that the pressure in the corresponding evaporator varies only slightly, so that a negative impact on the cooling system 1 is not to be feared.
- the cam plate 21 is mounted on a rotor 25 of the motor 24.
- the rotor 25 can now be displaced by an axial drive 26 in a direction parallel to the axis of rotation 23. For example, if it is moved downwards (based on the representation of the Fig. 3 ), then all the valves 12 are slightly opened, so that permanent refrigerant can flow through all the outputs 10a-10f. This ensures a certain basic supply of all evaporators.
- the exact setting The amount of refrigerant which is then supplied to the individual evaporator, as before, by the cam 22 of the cam disc 21st
- the individual valves 12 have in the circumferential or rotational direction of the cam disc 21 a distance which is at least as large as the extent of the cam 22 in the circumferential direction. Accordingly, it is possible to stop the cam plate 21 in a position in which no valve has been opened. Such a position is taken, for example, when the refrigerant supply to any evaporator is not required.
- the 4 and 5 show a modified embodiment of a manifold 5, in which the same and functionally identical elements are provided with the same reference numerals.
- the distributor 5 of 4 and 5 also has a rotor 25.
- the rotor 25 has an input channel 27 which is constantly in register with the input 11 in the valve housing 20, that is independent of the rotational position of the rotor 25th
- the rotor 25 also has an output channel 28 which is directed substantially radially.
- the exit channel 28 has an orifice 29 which coincides with exit openings 30a-30f upon rotation of the rotor 25 come.
- the outlet openings 30a-30f are connected to the exits 10a-10f through which communication with evaporators of the evaporator assembly 6 can be established.
- the distance between the outlet openings 30a-30f is at least as large as the extent of the mouth 29 of the outlet channel 28 in the circumferential direction. In the in Fig. 4 shown position of the rotor 25, therefore, the output port 28 is closed, so that no refrigerant can be distributed.
- the operation of the distributor 5 is similar to that in the FIGS. 2 and 3 illustrated embodiment of the distributor. 5
- the rotor 25 is controlled by the control unit 9, with possibly changing rotational speeds, so that always for a certain time a connection between the input 11 and one of the output ports 30 is present. During this time, refrigerant can flow from the inlet 11 into the corresponding outlet opening 30a-30f and from there to the connected evaporator, which is accordingly charged with a predetermined amount of refrigerant.
- the connection is opened for a relatively long time. In contrast, if the rotor 25 rotates faster in this situation, then a correspondingly shorter opening time is available. With a longer opening time, more refrigerant can flow into the corresponding evaporator than with a shorter opening time.
- a predetermined output port 30a-30f can be excluded from the connection with the input 11, so that an output port 30a-30f connected evaporator receives no refrigerant at all for a certain time. During this time, this evaporator can defrost.
- this sensor is then no longer able to evaluate the desired information for each evaporator or each evaporator section individually.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Kühlanlage mit einem Kältemittelkreislauf, der mehrere Verdampferstrecken und einen eine Verteilung von Kältemittel auf die Verdampferstrecken bewirkenden Verteiler aufweist.
- Eine derartige Kühlanlage ist aus
US 5 832 744 bekannt. Der Verteiler weist zwischen einem Kältemitteleinlaß und mehreren Kältemittelauslässen ein Ventil auf, dem eine rotierende Turbinenscheibe nachgeschaltet ist. Die Turbinenscheibe soll dafür sorgen, daß das Kältemittel gleichmäßig auf alle Ausgänge des Verteilers und damit auch gleichmäßig auf alle Verdampfer verteilt wird. - Ein weiterer Verteiler, der in einer derartigen Kühlanlage verwendet werden kann, ist aus
US 6 898 945 B1 bekannt. Hier befindet sich zwischen einem Einlaß und mehreren Auslässen ein Ventil, mit dessen Hilfe ein Druckabfall über dem Verteiler eingestellt werden kann. Das Ventil weist einen konischen Stift auf, der das zuströmende Kältemittel verteilen soll, so daß es auf die verschiedenen Kreisläufe durch die Verdampfer verteilt werden kann. - Die bekannten Verteiler sichern zwar theoretisch eine gleichmäßige Verteilung des Kältemittels auf die einzelnen Verdampfer. Allerdings bewirken bereits kleine Unterschiede in Abmessungen, die sich beispielsweise bei der Herstellung ergeben können, daß das Kältemittel ungleichförmig auf die einzelnen Verdampfer verteilt wird. Darüber hinaus ist es bei derartigen Verteilern erforderlich, daß die einzelnen Verdampfer im Grunde die gleiche thermische Belastung und auch den gleichen Strömungswiderstand haben. Wenn dies nicht der Fall ist, kann der Fall auftreten, daß ein Verdampfer zu viel Kältemittel erhält, so daß das Kältemittel nicht vollständig verdampft wird, bevor es durch den Verdampfer hindurchgelaufen ist. Ein anderer Verdampfer, der an den gleichen Verteiler angeschlossen ist, kann zu wenig Kältemittel erhalten, so daß der Verdampfer die gewünschte Kälteleistung nicht erbringen kann. Die Überversorgung bzw. die Unterversorgung der Verdampfer kann vor allem dann zu Schwierigkeiten führen, wenn Temperatursensoren, die an den Verdampfern oder anderen Stellen der Kühlanlage angeordnet sind, ein Expansionsventil steuern.
Das Expansionsventil kann unter ungünstigen Umständen in Eigenschwingungen versetzt werden, was die Kapazität und die Effektivität der Kühlanlage weiter verschlechtert.DE-A-174 075 offenbart eine Kühlanlage gemäß Oberbegrift des Anspruchs 1.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln den Betrieb der Kühlanlage zu verbessern. - Erfindunggemäß wird die Aufgabe durch Auspruch 1 gelöst.
- Wenn im folgenden von einer "Kühlanlage" die Rede ist, dann ist dieser Begriff weit zu verstehen. Er umfaßt insbesondere Kühlsysteme, Gefriersysteme, Klimaanlagen und Wärmepumpen. Der Begriff "Kühlanlage" wurde lediglich zur Vereinfachung verwendet. Die Verdampferstrecken können in unterschiedlichen Verdampfern angeordnet sein. Die Erfindung wird aus Gründen der Einfachheit im Zusammenhang mit mehreren Verdampfern erläutert. Die Erfindung ist aber auch anwendbar, wenn ein Verdampfer mehrere einzeln oder gruppenweise ansteuerbare Verdampferstrecken aufweist.
- Wenn der Verteiler für jeden Verdampfer ein ansteuerbares Ventil aufweist, dann kann er die Versorgung der Verdampfer individuell steuern, d.h. es ist dann möglich, jedem Verdampfer die Menge an Kältemittel zuzuführen, die er benötigt. Man muß keine Rücksicht mehr darauf nehmen, daß die Verdampfer alle den gleichen Strömungswiderstand haben. Auch ist es von untergeordneter Bedeutung, wenn die Verdampfer unterschiedliche Kälteleistungen abgeben müssen. Ein Verdampfer, bei dem eine größere Kälteleistung erforderlich ist, bekommt entsprechend mehr Kältemittel als ein Verdampfer, der weniger Kälteleistung erbringen muß.
- Die Ventile sind durch eine Steuereinrichtung ansteuerbar, die einzelne Ventile unterschiedlich ansteuert. Die Steuereinrichtung sorgt also für die Verteilung des Kältemittels auf die einzelnen Verdampfer. Die Steuereinrichtung kann aber auch die Ventile so ansteuern, daß alle Ventile einen gewissen Grunddurchsatz von Kältemittel durchlassen und dann bedarfsweise ein einzelnes Ventil so ansteuern, daß es jeweils zusätzlich die benötigte Kältemittelmenge durchläßt. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Steuereinrichtung die Ventile zeitlich versetzt zueinander ansteuert. Damit bekommt ein Verdampfer zwar nur von Zeit zu Zeit Kältemittel, insgesamt aber die benötigte Kältemittelmenge. Die Steuereinrichtung steuert also das Tastverhältnis des einzelnen Ventils, also das Verhältnis der Öffnungszeit des einzelnen Ventils zu einer vorgegebenen Periodenlänge. Innerhalb einer Periodenlänge können dann alle Ventile einmal aufgesteuert worden sein. Die Periodenlänge wird dabei so gewählt, daß sich die Druckschwankungen in den Verdampfern in vertretbaren Grenzen halten oder sogar praktisch nicht merkbar sind. Die Ventile können auch alle mit einer Grundöffnung eingestellt werden, so daß alle Verdampfer permanent mit Kältemittel versorgt werden. Die Steuereinrichtung taktet dann die einzelnen Ventile zusätzlich, so daß jeder Verdampfer bedarfsabhängig eine zusätzliche Kältemittelmenge erhält, um den Kältemittelbedarf zu decken.
- Die Steuereinrichtung steuert nur ein einziges Ventil so an, daß es eine Durchlaßöffnung aufweist, die größer ist als eine Durchlaßöffnung der anderen Ventile. Wenn normalerweise alle Ventile geschlossen sind, dann öffnet die Steuereinrichtung immer nur ein Ventil gleichzeitig. Dies erleichtert die Steuerung und die Bemessung des Kältemittels, das einem einzelnen Verdampfer zugeführt wird. Wenn die einzelnen Ventile bereits einen Grunddurchsatz von Kältemittel erlauben, dann wird jeweils immer nur ein einziges Ventil weiter geöffnet, um den mit diesem Ventil verbundenen Verdampfer individuell mit der benötigten Gesamtkältemittelmenge zu versorgen.
- Die Steuereinrichtung weist einen Rotor auf, der die Öffnung von Ventilen bewirkt. Durch die Drehung des Rotors werden also die einzelnen Ventile geöffnet. Dies ist eine sehr einfache Möglichkeit, um die einzelnen Ventile einzeln nacheinander anzusteuern.
- Vorzugsweise ist der Rotor durch einen Motor mit veränderbarer Geschwindigkeit angetrieben. Durch eine Änderung der Geschwindigkeit läßt sich dann einstellen, wie lange die einzelnen Ventile geöffnet sind. Dadurch, daß die Geschwindigkeit veränderbar ist, kann man ein Ventil länger geöffnet halten als ein anderes Ventil. Dies erlaubt eine individuelle Steuerung.
- Vorzugsweise ist der Motor reversierbar. Durch die Reversierbarkeit des Motors ist es möglich, ein einzelnes Ventil auch für einen längeren Zeitraum vollständig geschlossen zu halten. Bevor der Rotor dieses Ventil in Öffnungsstellung bringt, wird der Motor in seine Drehrichtung umgedreht, so daß dieses Ventil geschlossen bleibt. Es ist auch möglich, mehrere Ventile geschlossen zu lassen, wenn diese Ventile in Drehrichtung des Rotors nebeneinander angeordnet sind.
- Vorzugsweise ist der Rotor mit einer Nockenscheibe verbunden und die Ventile weisen Ventilstößel auf, die durch die Nockenscheibe betätigbar sind. Dies ist eine mechanisch besonders einfache Lösung, um die Ventile zu öffnen oder zu schließen. Die Stößel werden zweckmäßigerweise in Schließrichtung der Ventile durch eine Schließfeder beaufschlagt. Wenn dann der Nocken in Kontakt mit dem Stößel kommt, dann wird das Ventil gegen die Kraft der Schließfeder geöffnet. Das Ventil schließt sich wieder, sobald der Nocken weit genug weitergedreht worden ist.
- Vorzugsweise weist die Nockenscheibe einen einzelnen Nocken auf. Damit wird sichergestellt, daß immer nur ein Ventil gleichzeitig geöffnet oder stärker geöffnet werden kann als die anderen Ventile. Dementsprechend ist es auch möglich, die Öffnungszeit jedes Ventils (bzw. die Zeit der verstärkten Öffnung) einzeln einzustellen, so daß diese Öffnungszeit weitgehend unbeeinflußt von den Öffnungszeiten der anderen Ventile sein kann.
- Hierbei ist bevorzugt, daß die Ventilstößel in Rotationsrichtung einen Abstand zueinander aufweisen, der mindestens so groß wie die Erstreckung des Nockens in Rotationsrichtung ist. Damit ist es möglich, den Nocken in einer Position zur Ruhe kommen zu lassen, in der kein Ventilstößel beaufschlagt ist. In diesem Fall können alle Ventile geschlossen bleiben.
- Vorzugsweise sind die Ventilstößel parallel zur Rotorachse angeordnet. Der Begriff "parallel" ist hier nicht als mathematisch exakt zu verstehen. Es kommt lediglich darauf an, daß die Ventilstößel eine Komponente aufweisen, die parallel zur Rotorachse gerichtet ist. In diesem Fall wirkt der Nocken, der an der Nockenscheibe angeordnet ist, parallel zur Rotorachse.
- Vorzugsweise weist die Nockenscheibe einen Verlagerungsantrieb auf, der in eine Richtung parallel zur Rotorachse wirkt. Wenn die Ventilstößel parallel zur Rotorachse angeordnet sind, ist es durch die Verlagerung der Nockenscheibe auf einfache Weise möglich, alle Ventile gleichzeitig zu öffnen, um einen gewissen Grunddurchsatz von Kältemittel zu ermöglichen. Der Nocken öffnet dann jeweils ein einzelnes Ventil stärker als die anderen Ventile, um eine individuelle Versorgung eines einzelnen Verdampfers mit Kältemittel sicherzustellen.
- In einer alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß der Rotor einen axial verlaufenden Eingangskanal, der mit einem Eingang des Verteilers in Verbindung steht, und einen radial verlaufenden Ausgangskanal aufweist, dessen Mündung bei einer Rotation mit Ausgangsöffnungen, die mit den Verdampfern in Verbindung stehen, in Überdeckung bringbar ist. Man verwendet also den Rotor gleichzeitig als Element des Ventils. Wenn die Mündung des Ausgangskanals mit einer Ausgangsöffnung in Überdeckung steht, dann ist ein Strömungsweg vom Eingang des Verteilers zu einem einem bestimmten Verdampfer zugeordneten Ausgang freigegeben. Solange die Überdeckung besteht, kann Kältemittel vom Eingang des Verteilers zu dem betreffenden Verdampfer strömen. Wenn der Rotor weitergedreht wird, dann wird die Kältemittelzufuhr zu dem soeben beschriebenen Verdampfer unterbrochen und der in Rotationsrichtung nächste Ausgang mit Kältemittel versorgt. Je nachdem, wie lange die Überdeckung zwischen der Mündung des Ausgangskanals und der Ausgangsöffnung anhält, kann eine größere oder kleinere Menge an Kältemittel in den Verdampfer strömen. Diese Überdeckungszeit kann durch die Einstellung der Geschwindigkeit, mit der sich der Rotor dreht, verändert werden.
- Bevorzugterweise weisen die Ausgangsöffnungen in Rotationsrichtung einen Abstand zueinander auf, der mindestens so groß ist wie die Erstreckung der Mündung des Ausgangskanals in Rotationsrichtung. In diesem Fall ist es möglich, den Rotor in einer Position anzuhalten, in der die Mündung des Ausgangskanals nicht in Überdeckung mit einer Ausgangsöffnung steht, so daß die Kältemittelversorgung zu allen Verdampfern unterbrochen ist. Man kann eine derartige Stellung dann verwenden, um die Verdampfer beispielsweise abzutauen.
- Auch ist von Vorteil, wenn am Ausgang einer jeden Verdampferstrecke ein Sensor angeordnet ist, der mit der Steuereinrichtung verbunden ist. Bei diesem Sensor kann es sich beispielsweise um einen Temperatursensor handeln. Jeder Verdampfer kann dann in Abhängigkeit von der Temperatur an seinem Ausgang mit Kältemittel versorgt werden.
- In einer alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß die Verdampferstrecken mit einem Kondensator in Reihe angeordnet sind und ein Sensor vor dem Kondensator oder dem Verdichter angeordnet ist. In diesem Fall benötigt man nicht mehrere Sensoren, die beispielsweise die Temperatur ermitteln, sondern nur einen einzigen Sensor. Ein einziger Sensor reicht dann aus, wenn man im übrigen das Betriebsverhalten der Kühlanlage kennt. Mit der Kenntnis des Betriebsverhaltens kann man dann entscheiden, welchem Verdampfer oder welcher Verdampferstrecke wie viel Kühlmittel zugeführt werden soll.
- Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung einer Kühlanlage mit mehre- ren Verdampfern,
- Fig. 2
- eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel eines Ver- teilers,
- Fig. 3
- einen Schnitt III-III nach
Fig. 2 , - Fig. 4
- eine Schnittansicht IV-IV nach
Fig. 5 durch ein zweites Aus- führungsbeispiel eines Verteilers und - Fig. 5
- eine Schnittansicht V-V nach
Fig. 4 . -
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Kühlanlage 1, bei der ein Verdichter 2, ein Kondensator 3, ein Sammler 4, ein Verteiler 5 und eine Verdampferanordnung 6 mit mehreren parallel angeordneten Verdampfern 7a-7d in einen Kreislauf zusammengeschaltet sind. Die Verdampferanordnung 6 kann auch einen einzelnen Verdampfer aufweisen, der mehrere Verdampferstrecken aufweist, die einzeln oder gruppenweise angesteuert werden sollen. - In an sich bekannter Weise verdampft flüssiges Kältemittel in den Verdampfern 7a-7d, wird durch den Verdichter 2 komprimiert, im Kondensator 3 verflüssigt und im Sammler 4 gesammelt. Der Verteiler 5 ist dafür vorgesehen, das flüssige Kältemittel auf die einzelnen Verdampfer 7a-7d zu verteilen.
- Am Ausgang eines jeden Verdampfers 7a-7d ist ein Temperatursensor 8a-8d angeordnet. Der Temperatursensor 8a-8d ermittelt die Temperatur des den Verdampfer 7a-7d verlassenden Kältemittels. Diese Temperatur-Information wird an eine Steuereinheit 9 weitergeleitet, die in Abhängigkeit von den Temperatursignalen der Temperatursensoren 8a-8d den Verteiler 5 steuert.
- Die
Fig. 2 und 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verteilers 5. Der Verteiler 5 nachFig. 2 weist hier sechs Ausgänge 10a-10f (für sechs Verdampfer) und einen Eingang 11 auf. Jeder Ausgang 10a-10f ist vom Eingang 11 durch ein Ventil 12 getrennt. Da die Ventile alle gleich aufgebaut sind, erfolgt die nachfolgende Beschreibung anhand von Ventilen 12, die den Ausgängen 10b, 10e zugeordnet sind. - Jedes Ventil 12 weist einen Ventilsitz 13 auf, der in einem Gehäuseblock 14 angeordnet ist. Ferner weist jedes Ventil 12 ein Ventilelement 15 auf, das mit einem Ventilstößel 16 verbunden ist, der auf der dem Ventilsitz 13 gegenüberliegenden Seite aus dem Gehäuseblock 14 herausragt. Sowohl der Gehäuseblock 14 als auch das Ventilelement 15 stützen sich über Federn 17, 18 an einem Deckel 19 ab, durch den der Eingang 11 geführt ist und der ein Ventilgehäuse 20 verschließt. Die Feder 18 ist als Schließfeder ausgebildet, die das Ventilelement 15 gegen den Ventilsitz 13 beaufschlagt.
- Im Ventilgehäuse 20 ist eine Nockenscheibe 21 drehbar gelagert. Die Nockenscheibe 21 weist einen einzelnen Nocken 22 auf, der bei einer Rotation der Nockenscheibe 21 um eine Rotationsachse 23 jeweils einen Ventilstößel 16 beaufschlagt, wie durch das linke Ventil (in
Fig. 3 ) zu erkennen ist. Wenn der Nocken 22 auf den Ventilstößel 16 wirkt, dann hebt das Ventilelement 15 vom Ventilsitz 13 ab und es wird ein Durchlaß vom Eingang 11 zum Ausgang 10e freigegeben. Sobald der Nocken 22 den Ventilstößel 16 verläßt, wird das Ventilelement 15 unter der Wirkung der Feder 18 wieder zur Anlage an den Ventilsitz 13 gebracht und das entsprechende Ventil 12 schließt, wie dies anhand des dem Ausgang 10b zugeordneten Ventils 12 zu erkennen ist. - Die Nockenscheibe 21 wird gedreht durch einen Motor 24, der hier nur schematisch dargestellt ist. Der Motor 24 wird durch die Steuereinheit 9 angesteuert. Der Motor 24 ist dabei mit einer gesteuerten Drehzahl betreibbar. Die maximale Drehzahl liegt beispielsweise in einer Größenordnung von 100 U/min. Während einer Umdrehung kann, wie erwähnt, die Drehzahl des Motors 24 verändert werden. Der Motor 24 kann auch kurzzeitig angehalten werden. Auch ist die Drehrichtung des Motors veränderbar.
- Damit läßt sich folgender Betrieb realisieren:
- In Abhängigkeit von den Signalen der Temperatursensoren 8a-8d werden die einzelnen Ventile 12 bei einem Umlauf der Nockenscheibe 21 nun jeweils so lange geöffnet, daß eine ausreichende Menge an Kältemittel durch die jeweiligen Ausgänge 10a-10f strömen kann, so daß die Verdampfer 7a-7d genügend Kältemittel erhalten, nicht jedoch zu viel Kältemittel. Wenn ein Verdampfer weniger Kältemittel benötigt, dann wird die Nockenscheibe 21 dann, wenn der Nocken 22 den entsprechenden Stößel 16 des Ventils 12 beaufschlagt, schneller gedreht, so daß das Ventil 12 nur für eine kürzere Zeit geöffnet bleibt. Würde ein Verdampfer hingegen eine größere Kältemittelmenge benötigen, würde sich die Nockenscheibe 21 dann, wenn sich der Nocken 22 in dem Bereich des dem entsprechenden Ausgang zugeordneten Ventils befindet, langsamer drehen.
- Da jedem Verdampfer in einer Periode von etwa einer Sekunde mindestens einmal Kältemittel zugeführt wird, läßt sich erreichen, daß der Druck in dem entsprechenden Verdampfer nur unwesentlich schwankt, so daß eine negative Auswirkung auf die Kühlanlage 1 nicht zu befürchten ist.
- Die Nockenscheibe 21 ist an einem Rotor 25 des Motors 24 gelagert. Der Rotor 25 kann nun durch einen Axialantrieb 26 noch in eine Richtung parallel zur Rotationsachse 23 verlagert werden. Wenn er beispielsweise nach unten verlagert wird (bezogen auf die Darstellung der
Fig. 3 ), dann werden alle Ventile 12 etwas geöffnet, so daß permanent Kältemittel durch alle Ausgänge 10a-10f strömen kann. Damit läßt sich eine gewisse Grundversorgung aller Verdampfer sicherstellen. Die genaue Einstellung der Kältemittelmenge, die dann dem einzelnen Verdampfer zugeführt wird, erfolgt nach wie vor durch den Nocken 22 der Nockenscheibe 21. - Die einzelnen Ventile 12 haben in Umfangs- oder Rotationsrichtung der Nockenscheibe 21 einen Abstand, der mindestens genauso groß ist, wie die Erstreckung des Nockens 22 in Umfangsrichtung. Dementsprechend ist es möglich, die Nockenscheibe 21 in einer Position anzuhalten, in der kein Ventil geöffnet worden ist. Eine derartige Position wird beispielsweise dann eingenommen, wenn die Kältemittelzufuhr zu keinem Verdampfer erforderlich ist.
- Mit dem Verteiler 5 ist es auch möglich, einzelne Verdampfer abzutauen. In diesem Fall würde man die Drehrichtung der Nockenscheibe 21 umdrehen, bevor der Nocken 22 das diesem Verdampfer zugeordnete Ventil 12 erreicht. Dieses Ventil 12 wird also nicht geöffnet. Man kann dieses Ventil 12 solange geschlossen halten, bis der Verdampfer abgetaut ist. Die übrigen Ventile 12 werden durch den Nocken 22 in der oben beschriebenen Weise jeweils einzeln aufgesteuert.
- Die
Fig. 4 und 5 zeigen eine abgewandelte Ausgestaltung eines Verteilers 5, bei der gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. - Der Verteiler 5 der
Fig. 4 und 5 weist ebenfalls einen Rotor 25 auf. Der Rotor 25 weist einen Eingangskanal 27 auf, der ständig mit dem Eingang 11 im Ventilgehäuse 20 in Überdeckung steht, d.h. unabhängig von der Drehstellung des Rotors 25. - Der Rotor 25 weist auch einen Ausgangskanal 28 auf, der im wesentlichen radial gerichtet ist. Der Ausgangskanal 28 weist eine Mündung 29 auf, die bei einer Drehung des Rotors 25 mit Ausgangsöffnungen 30a-30f in Überdeckung kommen. Die Ausgangsöffnungen 30a-30f wiederum sind mit den Ausgängen 10a-10f verbunden, über die eine Verbindung mit Verdampfern der Verdampferanordnung 6 hergestellt werden kann.
- Auch hier ist der Abstand zwischen den Ausgangsöffnungen 30a-30f mindestens genauso groß, wie die Erstreckung der Mündung 29 des Ausgangskanals 28 in Umfangsrichtung. In der in
Fig. 4 dargestellten Position des Rotors 25 ist daher der Ausgangskanal 28 geschlossen, so daß kein Kältemittel verteilt werden kann. - Im übrigen ist die Arbeitsweise des Verteilers 5 ähnlich wie bei der in den
Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsform des Verteilers 5. - Der Rotor 25 wird, gesteuert durch die Steuereinheit 9, mit unter Umständen wechselnden Rotationsgeschwindigkeiten gesteuert, so daß immer für eine gewisse Zeit eine Verbindung zwischen dem Eingang 11 und jeweils einer der Ausgangsöffnungen 30 vorhanden ist. In dieser Zeit kann Kältemittel vom Eingang 11 in die entsprechende Ausgangsöffnung 30a-30f strömen und von dort zum angeschlossenen Verdampfer, der dementsprechend mit einer vorbestimmten Menge an Kältemittel beaufschlagt wird. Wenn sich der Rotor 25 langsam dreht, während die Mündung 29 die entsprechende Ausgangsöffnung 30a-30f überstreicht, dann ist die Verbindung für eine relativ lange Zeit geöffnet. Wenn sich der Rotor 25 hingegen in dieser Situation schneller dreht, dann steht eine entsprechend kürzere Öffnungszeit zur Verfügung. Bei einer längeren Öffnungszeit kann mehr Kältemittel in den entsprechenden Verdampfer strömen als bei einer kürzeren Öffnungszeit.
- Auch hier kann man durch eine Drehrichtungsumkehr des Rotors 25 jeweils eine vorbestimmte Ausgangsöffnung 30a-30f von der Verbindung mit dem Eingang 11 ausnehmen, so daß ein an diese Ausgangsöffnung 30a-30f angeschlossener Verdampfer für eine gewisse Zeit überhaupt kein Kältemittel erhält. In dieser Zeit kann dieser Verdampfer dann abtauen.
- Dadurch, daß nun der Verteiler 5 nicht mehr nur die Funktion einer Verteilung übernimmt, sondern für jeden Verdampfer ein eigenes Ventil 12 beinhaltet, kann man auf ein Expansionsventil verzichten.
- Die Leitungen, die zu den einzelnen Verdampfern führen, müssen nicht mehr die gleiche Länge haben, weil die Beaufschlagung der einzelnen Verdampfer mit Kältemittel durch die Ventile 12 gesteuert wird.
- In nicht näher dargestellter Weise kann man zusätzlich oder anstelle der Sensoren 8a-8d einen einzelnen Sensor vor dem Kondensator 3 oder auch vor dem Verdichter 2 anordnen. Dieser Sensor ist dann zwar nicht mehr in der Lage, die gewünschte Information für jeden Verdampfer oder jede Verdampferstrecke einzeln auszuwerten. Wenn man aber im übrigen das Betriebsverhalten der Kühlanlage kennt, beispielsweise die unterschiedlichen Strömungswiderstände, dann kann man auch bei der Verwendung nur eines einzelnen Sensors die notwendigen Informationen gewinnen, um entscheiden zu können, welche Verdampferstrecke 7a-7d wie viel Kältemittel erhalten soll.
Claims (12)
- Kühlanlage (1) mit einem Kältemittelkreislauf, der mehrere Verdampferstrecken (7a-7d) und einen eine Verteilung von Kältemittel auf die Verdampferstrecken (7a-7d) bewirkenden Verteiler (5) aufweist, wobei der Verteiler (5) für jede Verdampferstrecke (7a-7d) ein ansteuerbares Ventil (12; 28, 30a-30f) aufweist und die Ventile (12; 28, 30a-30f) durch eine Steuereinrichtung (9, 24) ansteuerbar sind, die einzelne Ventile (12; 28, 30a-30f) unterschiedlich ansteuert dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (9, 24) einen Rotor (25) aufweist, der die Öffnung von Ventilen (12; 28, 30a-30f) bewirkt , wobei die Steuereinrichtung (9, 24) nur ein einziges Ventil (12; 28, 30a-30f) so ansteuert, daß es eine Durchlaßöffnung aufweist, die größer ist als eine Durchlaßöffnung der anderen Ventile.
- Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (25) durch einen Motor (24) mit veränderbarer Geschwindigkeit angetrieben ist.
- Kühlanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (24) reversierbar ist.
- Kühlanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (25) mit einer Nockenscheibe (21) verbunden ist und die Ventile (12) Ventilstößel (16) aufweisen, die durch die Nockenscheibe (21) betätigbar sind.
- Kühlanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenscheibe (21) einen einzelnen Nocken (22) aufweist.
- Kühlanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilstößel (16) in Rotationsrichtung einen Abstand zueinander aufweisen, der mindestens so groß ist wie die Erstreckung des Nockens (22) in Rotationsrichtung.
- Kühlanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilstößel (16) parallel zur Rotorachse (23) angeordnet sind.
- Kühlanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenscheibe (21) einen Verlagerungsantrieb (26) aufweist, der in eine Richtung parallel zur Rotorachse (23) wirkt.
- Kühlanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (25) einen axial verlaufenden Eingangskanal (27), der mit einem Eingang (11) des Verteilers (5) in Verbindung steht, und einen radial verlaufenden Ausgangskanal (28) aufweist, dessen Mündung (29) bei einer Rotation mit Ausgangsöffnungen (30a-30f), die mit den Verdampfern in Verbindung stehen, in Überdeckung bringbar ist.
- Kühlanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsöffnungen (30a-30f) in Rotationsrichtung einen Abstand zueinander aufweisen, der mindestens so groß ist wie die Erstreckung der Mündung (29) des Ausgangskanals (28) in Rotationsrichtung.
- Kühlanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang einer jeden Verdampferstrecke (7a-7d) ein Sensor (8a-8d) angeordnet ist, der mit der Steuereinrichtung (9, 24) verbunden ist.
- Kühlanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampferstrecken (7a-7d) mit einem Kondensator (3) in Reihe angeordnet sind und ein Sensor vor dem Kondensator (3) oder dem Verdichter (2) angeordnet ist.
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