NL1004208C2

NL1004208C2 - Koelinrichting van het type met een kringloop van koelfluïdum en werkwijze voor het bedrijven daarvan.

Info

Publication number: NL1004208C2
Application number: NL1004208A
Authority: NL
Inventors: Frank Vernooijs
Original assignee: Imperator Engineering & Consul
Priority date: 1996-10-04
Filing date: 1996-10-04
Publication date: 1998-04-07

Description

* Koelinrichting van het type met een kringloop van koelfluïdum en werk wijze voor het bedrijven daarvan.

De onderhavige uitvinding betreft een koelinrichting van het type 5 met een kringloop van koelfluïdum, waarbij de koelinrichting in door-stroomrichting van de kringloop omvat: twee parallel geschakelde regelkleppen; een verdamper; een compressor; en een condensor. De verdamper zorgt hierbij voor het koelen van een te koelen doelruimte, en via de condensor wordt in de doelruimte via de verdamper opgenomen 10 warmte tezamen met het krachtverbruik van de compressor aan de omgeving afgestaan.

Een dergelijke koelinrichting is bekend uit US-4.606.198. De kringloop bestaat hierbij uit achtereenvolgens een compressor, een condensor, twee parallel geschakelde expansiekleppen en een verdamper. 15 De expansiekleppen, beide zogenaamd thermostatische expansiekleppen, hebben hierbij tot doel ervoor zorg te dragen dat het luchtconditione-ringsstelsel volgens US-4.606.198 een setpoint-temperatuur in de van een warmte uitstralend lichaam voorziene doelruimte kan handhaven bij zeer uiteenlopende omgevingstemperaturen, waarbij in afhankelijkheid 20 van de omgevingstemperatuur het vermogen van de compressor wordt geregeld door de snelheid van de compressor te regelen.

De onderhavige uitvinding heeft tot doel het verschaffen van een koelinrichting, die in het bijzonder geschikt is voor het rijpen van fruit, zoals bijvoorbeeld bananen. Bij het rijpen van fruit, zoals 25 bananen, doen zich bij de daarbij noodzakelijke koeling aanzienlijke belastingsvariaties voor die door de koelinrichting verwerkt moeten kunnen worden. Het te rijpen produkt wordt daarbij in het algemeen in een rijpkamer, de te koelen doelruimte, geplaatst, waarin tijdens de rijpingscyclus ethyleengas wordt ingebracht. In reactie op de begas-30 sing met ethyleengas treedt een warmtesprong op ten gevolge van chemische reacties in het fruit, waarbij veel meer warmte wordt ontwikkeld dan bij stationaire of gewone bewaartoestand van het fruit (waarbij geen ethyleengas wordt toegevoerd). Door deze warmtesprong wordt de koelinrichting zwaar belast. In de praktijk toegepaste koelinrichtin-35 gen worden daarbij veelal zelfs overbelast. Een andere belangrijke oorzaak van belastingspieken is dat de koelruimte soms wordt beladen met produkt waarvan de temperatuur te hoog is.

1004208 2

De onderhavige uitvinding heeft in het bijzonder tot doel het verschaffen van een koelinrichting die goedkoop is te realiseren en die dergelijke belastingspieken goed aan kan en daardoor in het bijzonder zeer geschikt is voor toepassing bij het rijpen van fruit, 5 zoals bijvoorbeeld van bananen.

Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt, doordat de ene regelklep een automatische expansieklep is, die in afhankelijkheid van een in de kringloop heersende koelfluïdum-druk wordt geregeld, doordat de andere regelklep een thermostatische expansieklep is, die in afhan-10 kelijkheid van een in de kringloop heersende fluïdumdruk en een in de kringloop heersende fluïdumtemperatuur wordt geregeld, en doordat tussen de verdamper en de compressor een vloeistofafscheider is aangebracht. De automatische expansieklep en thermostatische expansieklep maken hierbij een geheel autonome regeling van de koelinrichting moge-15 lijk door op geschikte plaats in de kringloop de daar heersende druk en temperatuur te benutten voor de aansturing van de expansiekleppen. De automatische expansieklep verzorgt daarbij de regeling van de koelinrichting tijdens normaal bedrijf in het gebied van nullast (d.w.z. wanneer bij de verdamper geen koelvermogen gevraagd wordt) tot vollast 20 en de thermostatische expansieklep neemt het van de automatische expansieklep over in het geval van optredende belastingspieken waarbij vollastbedrijf onvoldoende koeling levert (d.w.z. bij overbelasting), en vice versa bij het wegvallen van de belastingspieken. De automatische expansieklep en thermostatische expansieklep verzorgen hierbij 25 tijdens normaalbedrijf respectievelijk overbelastingsbedrijf de toevoer van een geëxpandeerd vloeistof/dampmengsel naar de verdamper. In het overgangsgebied tussen normaalbedrijf en overbelastingsbedrijf verzorgen de automatische expansieklep en thermostatische expansieklep deze toevoer van fluïdummengsel naar de verdamper in het algemeen 30 gezamenlijk. Om te voorkomen dat, in het bijzonder tijdens normaal bedrijf onder aansturing van in hoofdzaak de automatische expansieklep geen vloeistof in de compressor terecht kan komen - hetgeen zeer schadelijk is voor de compressor - is tussen de verdamper en de compressor een vloeistofafscheider voor het uit de koelfluïdumstroom afscheiden 35 van eventueel daarin aanwezige vloeistof aangebracht.

Zogenaamde thermostatische expansiekleppen zijn uit de stand der techniek algemeen bekend. Deze kleppen worden in het engels ook wel aangeduid met het begrip "thermal expansion valves". Voor voorbeelden 1 G 04 2 0 8 3 van "thermal expansion valves" wordt verwezen naar US-A-3.570.263 en US-A-4.6Ο6.198 in het bijzonder de figuur 4 daarvan. Een zogenaamde thermostatische expansieklep wordt aangestuurd door enerzijds een druk, die ergens in de kringloop van het koelfluÏdum heerst en ander-5 zijds de temperatuur van het koelfluÏdum op dezelfde plaats in de kringloop of op een andere plaats in de kringloop. Een zogenaamd automatische expansieklep, in het engels ook wel aangeduid met het begrip "automatic expansion valve" is in feite een thermostatische expansieklep, waarvan de temperatuursturing is weggenomen. Uitgaande van fig. 10 4 uit US-A-4.6O6.i98 betekent dit dan in feite dat leiding 57 niet aanwezig is.

Bij zogenaamde thermostatische expansiekleppen opent of sluit de klep als gevolg van een vergelijkende meting tussen druk en temperatuur op één of twee verschillende meetplaatsen, waarbij middels een 15 veer een drempelwaarde voor het verschil is in te stellen. Bij een zogenaamde automatische expansieklep zal een regelactie plaatsvinden al naargelang het verschil tussen enerzijds een ter plaatse van een meetplaats heersende druk en anderzijds de door een veer uitgeoefende kracht. Een dergelijke automatische expansieklep is in feite een zoge-20 naamde proportionele regelaar.

Tijdens normaal bedrijf wordt op eenvoudige wijze een goed functionerende koelinrichting verkregen, wanneer als regeldruk voor de automatische expansieklep de in de toevoerleiding naar de verdamper heersende koelfluïdumdruk wordt genomen, bij voorkeur de aan de uit-25 gangszijde van de automatische expansieklep heersende fluïdumdruk. De automatische expansieklep is daarbij bij voorkeur zodanig ontworpen dat deze bij toenemende regeldruk (verder) sluit.

De koelinrichting laat zich verder op voordelige wijze ook tijdens belastingspieken ten gevolge van warmtesprongen in de te koelen 30 doelruimte goed regelen wanneer als regeldruk voor de thermostatische expansieklep de in de afvoerleiding aan de uitgangszijde van de verdamper heersende koelfluïdumdruk wordt genomen en of wanneer als de regeltemperatuur voor de thermostatische expansieklep de in de afvoerleiding aan de uitgangszijde vein de verdamper heersende koelfluïdum-35 temperatuur wordt genomen. Bij voorkeur is de thermostatische expansieklep daarbij zodanig uitgevoerd dat deze bij toenemende regeldruk sluit en bij toenemende regeltemperatuur opent. Bij een dergelijke klep zal bij toenemende oververhitting van het gasvormige koelfluÏdum 1004208 4 aan de uittreedzijde van de verdamper als gevolg van een vergelijkende meting tussen druk en temperatuur aan die uittreedzijde afhankelijk van de middels een veer vast op de klep ingestelde verschilwaarde een regelactie plaatsvinden. Een op deze wijze werkzame thermostatische 5 expansieklep maakt hierbij op voordelige wijze gebruik van het feit dat bij overbelasting van de koelinrichting ten gevolge van een warm-tesprong de temperatuur van het koelfluïdum aan de uittreedzijde van de verdamper toeneemt, er zal in een dergelijke situatie zogenaamd oververhit gas uit de verdamper komen. Al het koelfluïdum is bij over-10 belasting namelijk verdampt, en kan dan alleen nog maar verder warmte opnemen door zelf in temperatuur te gaan stijgen.

Volgens een voordelige uitvoeringsvorm zal de thermostatische expansieklep zodanig zijn ingesteld dat deze in werking treedt zodra oververhit koelfluïdum uit de verdamper komt. Dat wil zeggen de ther-15 mostatische expansieklep is gesloten bij normaal bedrijf (dat wil zeggen wanneer een vloeistof/dampmengsel aan de uittreedzijde uit de verdamper komt). De automatische expansieklep is daarbij bij voorkeur zodanig ingesteld dat deze bij het in werking treden van de thermostatische expansieklep aanvankelijk geopend is en gaat sluiten tengevolge 20 van de druktoename van het koelfluïdum aan de intreedzijde van de verdamper, welke weer het gevolg is van het openen van de thermostatische expansieklep.

Volgens een voordelige uitvoeringsvorm van de uitvinding omvat de vloeistofafschelder verder een in hoofdzaak gesloten vat met een in-25 laat voor van de verdamper afkomstig koelfluïdum en een uitlaat voor aan de compressor toe te voeren koelfluïdum, waarbij het vat verder is voorzien van een warmtewisselaar geschikt voor warmte-uitwisseling tussen zich in het vat bevindend koelfluïdum en uit de compressor afkomstig naar de verdamper gevoerd koelfluïdum, welke warmtewisselaar 30 bij voorkeur een met de inhoud van het vat in warmte-uitwisselend verband staand leidingstelsel, zoals een spiraalvormige buis, omvat dat is opgenomen in het zich tussen de compressor en de verdamper uitstrekkende gedeelte van de kringloop. Door een dergelijke warmtewisselaar, in het bijzonder een dergelijk warmte-uitwisselend leiding-35 stelsel wordt verzekerd, dat in de vloeistofafschelder afgescheiden vloeistof verdampt kan worden teneinde ophoping van vloeistof in de vloeistofafscheider tegen te gaan.

1004208 5

Bij voorkeur zal de warmtewisselaar geschikt zijn voor warmte-uitwisseling tussen zich in het vat bevindend koelfluïdum en uit de compressor afkomstig naar de condensor gevoerd koelfluïdum, waarbij bij voorkeur het de voorkeur hebbende leidingstelsel is opgenomen in 5 het zich tussen de compressor en de condensor uitstrekkende gedeelte van de kringloop. De werking van een dergelijk warmte-uitwisselend leidingstelsel wordt verder op voordelige wijze verbeterd wanneer dit warmte-uitwisselende leidingstelsel een verticaal in het vat opgestelde spiraalvormige buis omvat. Bij voorkeur zal daarbij de onderkant 10 van de spiraalvormige buis het stroomopwaartse eind van die buis omvatten en zal de bovenkant van de spiraalvormige buis het stroomafwaartse eind van die buis omvatten.

Teneinde ervoor zorg te dragen dat, wanneer er geen koelvraag vanuit de doelruimte is, d.w.z. bij nullast, de vloeistofafscheider 15 niet volloopt en te allen tijde gasvormig koelfluïde aan de compressor wordt aangeboden, is het volgens de uitvinding voordelig, wanneer de vloeistofafscheider en warmtewisselaar zodanig zijn gedimensioneerd, dat bij nullast van het te koelen proces (d.w.z. bij afwezigheid van koelvraag vanuit de doelruimte) in hoofdzaak de volledige koelcapaci-20 teit wordt uitgewisseld via de warmtewisselaar door tot gasfase verdampen van de vloeistofafscheider binnenkomende vloeistoffase en tot vloeistoffase condenseren van door de compressor geleverde gasfase.

De werking van de verdamper wordt volgens de uitvinding aanzienlijk verbeterd wanneer de verdamper aan de inlaatzijde een zogenaamd 25 capillair stelsel omvat.

Het koelproces bij een koelinrichting volgens de uitvinding wordt overeenkomstig de uitvinding aanzienlijk verbeterd, terwijl tegelijkertijd relatief goedkope onderdelen voor de koelinrichting kunnen worden toegepast, wanneer de automatische expansieklep een, in afhan-30 kelijkheid van de aan de uitgangszijde van die klep heersende druk, proportioneel geregelde klep is, en wanneer de automatische expansieklep en het capillairstelsel zodanig gedimensioneerd zijn, dat de toename in drukval over het capillairsysteem bij een situatie verschuivend van nullast in de richting van vollast de daarbij optredende 35 offset van de automatische expansieklep compenseert, bij voorkeur overcompenseert. Een dergelijke proportioneel geregelde automatische expansieklep is relatief goedkoop, maar heeft als nadeel dat er bij toenemende belasting sprake is van offsetgedrag, d.w.z. de druk aan de 1004208 6 uitgangszijde van de automatische expansieklep neemt toe en daarmee het door deze automatische expansieklep teweeggebrachte expansie-effect af. Een dergelijke weloverwogen dimensionering, bijvoorbeeld uitgaande van een bepaald type expansieklep het op deze wijze dimensi-5 oneren van het capillairstelsel, is voor een gemiddeld vakman betrekkelijk eenvoudig al dan niet met trial and error te realiseren.

Als compressor wordt volgens de uitvinding op voordelige wijze een zogenaamde hermetische compressor toegepast. Dergelijke compressoren, welke op grote schaal in koelkasten voor huishoudelijk gebruik 10 worden toegepast, zijn relatief goedkoop. Echter ook andere typen compressoren, in het bijzonder zuigercompressoren, schroefcompressoren, scrollcompressoren, (sliding vane) schottencompressoren, etc. zijn zeer wel toepasbaar. Bij toepasbare zuigercompressoren kan daarbij onder meer worden gedacht aan zogenaamde open compressoren met een 15 externe elektromotor en V-snaaraandrijving of directe koppeling, zogenaamde semi-gesloten zuigercompressoren met in het compressorhuis geïntegreerde elektromotor en al dan niet met koeling van de wikkelingen onder invloed van een tot stand gebrachte gasstroom daarlangs, en de al eerder genoemde zogenaamde hermetische compressoren welke laat-20 ste in grote lijnen overeenkomen met de zogenaamde semi-gesloten zuigercompressoren, echter met dit verschil dat hierbij in principe altijd gaskoeling van de wikkelingen wordt toegepast en dat het geheel is ondergebracht in een dichtgelast drukvat en verder niet in onderdelen demontabel is.

25 Volgens een verdere voordelige uitvoeringsvorm van de uitvinding heeft de compressor een in hoofdzaak constant vermogen of krachtver-bruik. De compressor kan daarbij eventueel aan en uit schakelbaar zijn of eventueel zelfs in enkele trappen regelbaar zijn. De koelinrichting volgens de uitvinding is als zodanig echter regelbaar zonder het ver-30 mogen of krachtverbruik van de compressor direct te regelen.

De uitvinding heeft verder betrekking op een werkwijze voor het bedrijven van een koelinrichting volgens de uitvinding, waarbij het compresssorvermogen of krachtverbruik in hoofdzaak constant is / wordt gehouden.

35 De uitvinding heeft verder in het bijzonder betrekking op een werkwijze voor het rijpen van fruit, zoals bananen, waarbij gebruik wordt gemaakt van een koelinrichting volgens de uitvinding.

1004208 7

De uitvinding heeft verder betrekking op een inrichting zoals weergegeven in de conclusies 1-13. bestemd voor in principe gebruik bij zogenaamd normaalbedrijf, waarbij dan de zogenaamde thermostatische expansieklep uit conclusie 1 en ook de conclusies 4 en 5 geheel 5 kan worden weggelaten daar deze pas bij overbelastingsbedrijf in werking treedt. De "twee parallelgeschakelde regelkleppen" uit conclusie 1 kunnen dan worden gelezen als een of ten minste één regelklep, welke overeenkomstig het kenmerk van het automatische expansiekleptype is. In het bijzonder is hierbij volgens de uitvinding een zeer voordelige.

10 goed functionerende koelinrichting te verkrijgen enerzijds door toepassing van de ontwerpeis volgens conclusie 10 en anderzijds door toepassing van de ontwerpeis volgens conclusie 12, welke ontwerpeisen onafhankelijk van elkaar maar op zeer voordelige wijze ook in combinatie met elkaar kunnen worden toegepast. De conclusies 10 en 12 kunnen 15 derhalve worden opgevat als onafhankelijke hoofdconclusies wanneer de thermostatische expansieklep uit de conclusies 1, 3 en 4 wordt weggelaten, waarbij deze thermostatische expansieklep dan eventueel weer wel in een van deze hoofdconclusies afhankelijke volgconclusie kan terugkomen.

20 De onderhavige uitvinding zal in het nu volgende aan de hand van een in een tekening weergegeven uitvoeringsvoorbeeld nader worden toegelicht. Hierin toont:

Figuur 1 een zeer schematische weergave van een koelinrichting volgens de uitvinding; 25 Figuur 2 een grafiek van een fasendiagram waarin schematisch het effect van de vloeistofafscheider en daarin aangebrachte warmtewisselaar zijn weergegeven; en

Figuur 3 schematisch een fasediagram met daarin weergegeven het koelproces bij nullast, vollast, en overbelasting.

30 Fig. 1 toont een koelinrichting van het type met een kringloop van koelfluïdum dat via leidingen wordt rondgevoerd door achtereenvolgens een verdamper 3. een vloeistofafscheider 4, een compressor 5. een spiraalvormig gewikkeld buisleidingstelsel 6, een condensor 7, een vloeistofvat 8, en een expansie-inrichting 9· De expansie-inrichting 9 35 omvat hierbij volgens de uitvinding een zogenaamde thermosatische expansieklep 2 en een parallel daaraan geschakelde automatische expansieklep 1.

1004208 a 8

De verdamper 3. welke op zich van een uit de stand der techniek bekende constructie is, bestaat hierbij uit een aan de ingangszijde aangebracht verdeelblok 11, dat de stroom koelfluïdum verdeelt over een aantal capillair kanalen 12 (waarvan er twee volledig en drie 5 gedeeltelijk zijn weergegeven), een aantal verdampereenheden 10, en eventueel een of meer blaasinrichtingen 50 voor het door de te koelen doelruimte verspreiden van aan de verdampereenheden 10 gekoelde lucht.

De vloeistofafscheider 4 omvat op op zich gebruikelijke wijze een vat 14 met daarin aangebracht een U-vormig buisdeel 15, dat is aange-10 sloten op de uitlaat van de vloeistofafscheider en dat is voorzien van een voorziening ter waarborging van olieterugvoer naar de compressor, welke voorziening een onderin het bochtdeel van de U-buis aangebrachte opening kan omvatten. Via inlaat 16 stroomt uit de verdamper 3 afkomstig koelfluïdum de vloeistofafscheider 4 in. In het koelfluïdum aan-15 wezige vloeistof zal dan in de afscheider neerslaan terwijl de gasvormige fase via de inlaat 17 uit de vloeistofafscheider 4 kan worden afgevoerd naar de compressor. In de compressor 5 wordt het koelfluïdum verdicht, waarna het via spiraalvormig leidingsstelsel 6 van onderaf in het vat van de afscheider omhoog wordt gevoerd om ondertussen met 20 de inhoud van het vat 14 warmte te kunnen uitwisselen en tot slot uit het vat 14 te worden afgevoerd en naar de condensor 7 te worden verder gevoerd. Het is echter ook mogelijk de spiraal aan de bovenzijde op de compressor aan te sluiten en met de onderzijde op de toevoer naar de condensor.

25 Afhankelijk van de bedrijfstoestand kan in de condensor 7. zoals later nader wordt toegelicht, in de verdamper door het koelfluïdum opgenomen warmte aan de omgeving worden afgestaan. Dit proces kan worden bevorderd door de condensor 7 van een of meer ventilatoren 18 voor luchtkoeling te voorzien of door eventueel de condensor 7 als een 30 warmte-uitwisselaar voor waterkoeling uit te voeren.

Vanuit de condensor 7 wordt het koelfluïdum, dat in vloeistoffase verkeert, verder geleid naar een opslagvat 8. Vanuit het opslagvat 8 wordt het koelfluïdum, afhankelijk van de bedrijfstoestand, via de regelbare automatische expansieklep 1 en/of de regelbare thermostati-35 sche expansieklep 2 op geregelde wijze toegevoerd aan de verdamper. De regeling van de koelinrichting volgens de uitvinding vindt hierbij in principe uitsluitend plaats door middel van de automatische expansieklep 1 en thermostatische expansieklep 2. De compressor zelf hoeft 10 04 2 08 9 niet te worden aangestuurd. Het spreekt overigens vanzelf dat de compressor wel uitgeschakeld en weer aangeschakeld kan worden bij het wegvallen van de koelbehoefte of het weer aanwezig zijn van koelbe-hoefte. Ook een getrapte regeling van de compressor is overeenkomstig 5 de uitvinding denkbaar, waarbij dan in één trap de koelinrichting wordt geregeld door de autonoom werkende automatische expansieklep 1 en thermostatische expansieklep 2.

De druksturing van de automatische expansieklep vindt volgens de uitvinding bij voorkeur op proportionele wijze plaats in afhankelijk-10 heid van de aan de uitgang van deze automatische expansieklep 1 heersende koelfluïdum-druk. Daartoe is een terugkoppelkanaal 20 vergelijkbaar met kanaal 51 uit fig. 4 van US-A-^.éOó.^ö, voorzien.

De druksturing van de thermostatische expansieklep vindt volgens de uitvinding bij voorkeur plaats in afhankelijkheid van de aan de 15 uittreedzijde van de verdamper 10 heersende koelfluïdumdruk. De tempe-ratuursturing van de thermostatische expansieklep 2 vindt volgens de uitvinding bij voorkeur plaats in afhankelijkheid van de aan de uit-treedzijde van de verdamper heersende koelfluïdum-temperatuur. Hiertoe is op op zich gebruikelijke wijze een temperatuursensor 23 met een 20 verbindingsleiding 22, bijvoorbeeld een met gas gevulde verbindings-leiding, voorzien. Uit de gemeten druk en temperatuur wordt een ver-schilwaarde bepaald welke onder tussenkomst van een vast ingestelde (stel)veer tot een bepaalde regelactie leidt.

De instelling en het ontwerp van de thermostatische expansieklep 25 2 is hierbij zodanig dat deze klep bij een bepaalde oververhittings- temperatuur in werking treedt en open gaat. Wanneer de thermostatische expansieklep opent zal aan de uitlaatzijde daarvan een druktoename plaatsvinden. In reaktie hierop zal de automatische expansieklep, die deze drukverhoging via terugkoppelleiding 20 waarneemt, gaan sluiten, 30 totdat deze, afhankelijk van de omstandigheden, eventueel geheel gesloten wordt.

De werking van de koelinrichting volgens de uitvinding zal in het nu volgende kort aan de hand van een tweetal werktoestanden worden beschreven.

35

Werktoestand a): normaal bedrijf

De koelinrichting is hierbij onderbelast, dat wil zeggen er komt geen oververhit gas uit de verdamper als gevolg van de toereiken- 1004208 10 de regelwerking van de automatische expansieklep. Het uit de verdamper komende fluïdum is een mengsel bevattende damp en/of vloeistof. De thermostatische expansieklep is in deze werktoe-stand gesloten. De automatische expansieklep streeft in deze toe-5 stand indirect en in combinatie met het capillairstelsel naar een constante verdamperdruk.

Werktoestand b): overbelastingsbedrijf

De koelinrichting is 100% belast of overbelast, dat wil zeggen 10 het uit de verdamper komende koelfluïdum bevat geen vloeistof meer, en verkeert in oververhitte gastoestand. De temperatuur van het uit de verdamper komende koelfluïdum neemt daarbij toe en zal bij het overschrijden van een gekozen ingestelde waarde de thermostatische expansieklep aansturen om te openen. Het gevolg daar-15 van is dat de vloeistoftoevoer naar de verdamper weer wordt geop timaliseerd. Er wordt per tijdseenheid aan de verdamper meer vloeistof toegevoerd, zodat per tijdseenheid door de verdamper meer warmte kan worden opgenomen. In reactie daarop zal de verdamperdruk stijgen met als gevolg ondermeer een toename van de 20 compressorcapaciteit, en het sluiten van de automatische expan sieklep.

Een dergelijk 100# belaste of overbelaste werktoestand zal zich voordoen bijvoorbeeld wanneer in de te koelen doelruimte een tem-peratuurssprong optreedt. Dit kan bij een rijpkamer voor fruit 25 het gevolg zijn van chemische processen in het te rijpen fruit of van het inbrengen van te warm fruit. Wanneer de temperatuurs-sprong voldoende is gecompenseerd en/of is weggewerkt, zal de autonome regeling (bestaande uit de parallelschakeling van automatische expansieklep en thermostatische expansieklep) weer van-30 zelf de regeling van de vloeistoftoevoer van de thermostatische expansieklep overdragen aan de automatische expansieklep.

In het nuvolgende zal de werking van de koelinrichting volgens de uitvinding, zoals deze in fig. 1 is weergegeven, gedetailleerder wor-35 den beschreven.

1004208 11

Compressorvermogen

Ter illustratie van het begrip "in hoofdzaak constant compressorvermogen" wordt verwezen naar de zogenaamde capaciteitstabel. Tabel I, van een hermetisch gesloten koelcompressor van het type TAG-*1553T, 5 welke onder deze type-aanduiding commerciëel verkrijgbaar is bij L'Unité Hermétique, te 38290 La Verpilliere, Frankrijk.

In deze tabel staat To voor de verdampingstemperatuur, staat Tc voor de condensatietemperatuur, staat Qo voor de koelcapaciteit, en staat Pe voor het compressorvermogen, d.w.z. het door de compressor 10 van het elektriciteitsnet afgenomen vermogen, welk vermogen ook wel het krachtverbruik wordt genoemd.

Aan de hand van tabel I is het zogenaamde koude-effect, dat gelijk is aan Qo/Pe te bepalen. Voor een verdampingstemperatuur Po van 0eC en een coiidensatietemperatuur Tc van 50®C laten zich dan een koel-15 capaciteit Qo = 9*014 kW en een krachtverbruik Pe + 3.696 kW aflezen.

Het koude-effect Qo/Pe is dan 2,439·

In tabel I is te zien dat het zogenaamde krachtverbruik Pe afhankelijk van de procesomstandigheden voor deze koelcompressor ligt in het gebied van ongeveer 3 A 4,5 kW. Een dergelijk krachtverbruik wordt 20 overeenkomstig de uitvinding beschouwd als in hoofdzaak constant. De variaties in het krachtverbruik zijn geen gevolg van direct ingrijpen in de vermogenstoevoer naar de koelcompressor, maar veeleer van variaties in de procesomstandigheden.

25 TABEL I

ITO = 0,0 "CITO * 2,5*c|to =~57Ö^c|to~= 7,5 ”C I To = 10¾ TC (*c) Qo (W) QO (W) QO (W) QO (W) Qo (W) 30.00 · 12.497,00 14.280,00 16.231,00 18.832,00 20.720,00 35.00 11.624,00 13.309,00 15.155,00 17.186,00 19.397,00 40.00 10.753,00 12.340,00 14.080,00 15.991,00 18.077,00 45.00 9.882,00 11.372,00 13.006,00 14.797,00 16.757,00 50.00 . 9.014,00 10,406,00 11.934,00 13.605,00 15.439,00

Pe (W) ' Pe (W) Pe (W) * Pe (W) Pe (w)

BS&SBI BS = SBBB8IS 8BSBBISSB& BSSBSSBBBB CeeSSeSSBB 9SBSSBSSSSS

30.00 3.142,00 3.256,00 3.372,00 3.490,00 3.611,00 35.00 3.281,00 3.418,00 3.557,00 3.699,00 3.843,00 40.00 3.419,00 3.580,00 3.743,00 3.908,00 4.076,00 45.00 3.557,00 3.741,00 3.928,00 4.117,00 4.308,00 50.00 3.696,00 3.903,00 4.113,00 4.326,00 4.541,00 1004208 12

Werking vloeistofafscheider/warrotwisselaarsamenstel

Aan de hand van fig. 2 zal in het kort de invloed van het vloei-6tofafscheider/warmtewisselaarsamenstel worden geschetst. Fig. 2 geeft weer een zogenaamd fasediagram waarbij verticaal is uitgezet de druk P 5 in bar en horizontaal de entalpie H in kJ/kg. Met streeplijnen is daarbij de grens van het zogenaamde coëxistentiegebied weergegeven, met bovenin het zogenaamde kritische punt K. Links tussen de verticale as en voornoemde grenslijn ligt het gebied van de zogenaamde onderkoelde vloeistof. Van links naar rechts de voornoemde grenslijn passe-10 rend komt men in het zogenaamde coëxistentiegebied van vloeistof en damp en naar rechts verdergaand de volgende grenslijn passerend, komt men in het zogenaamde oververhitte gasgebied. Deze als tweede gepasseerde grenslijn wordt de zogenaamde verzadigde damplijn genoemd en de als eerste gepasseerde grenslijn wordt de zogenaamde verzadigde vloei-15 stoflijn genoemd. Verder is in fig. 2 het tegen de wijzers van de klok in verlopende koelproces met doorgetrokken lijnen weergegeven. De hoekpunten hierbij zijn aangeduid met A, B, C en D. Verder zijn tussenliggende punten Cl, Aj en Dj aangeduid. Het traject van punt B naar punt C vindt plaats in de compressor, het traject van punt C naar punt 20 D is de zogenaamde condensorfase, waarvan de fase van punt C naar punt Cj plaatsvindt in het leidingstelsel van de warmtewisselaar, en het traject van punt Cj naar punt D plaatsvindt in de condensor. Het traject van punt D naar punt Dj vindt plaats in de automatische expansie-klep, en het traject van punt Dj naar punt A vindt plaats in het capil-25 lairstelsel. Het traject van punt A naar punt Aj vindt plaats in de verdamper en het traject van punt Ax naar punt B vindt plaats in de afscheider. In het geval van nullast valt Ax samen met punt A en bij toenemende belasting zal punt Aj van punt A gaan verschuiven in de richting van punt B. Dit betekent dat bij nullast in de verdamper in 30 hoofdzaak geen verdamping plaatsvindt, en alle verdamping dus plaatsvindt in de afscheider. Bij toenemende belasting zal steeds meer verdamping in de verdamper gaan plaatsvinden en steeds minder verdamping in de afscheider. Zodra punt Aj bij toenemende belasting de rechter grens van het coëxistentiegebied passeert, begint er aan de uitlaat-35 zijde van de verdamper oververhit gas naar buiten te stromen. Vanaf dit moment of iets daarna zal de zogenaamde thermostatische expensie-klep in werking treden. Gelijktijdig met het in de richting naar B verschuiven van punt Aj langs traject A-B zal punt Cj verschuiven langs 1004208 13 het traject D-C en wel in de richting van D naar C. Bij vollast zal C4 liggen op punt C. In alle bedrijfssituaties geldt dat het enthalpie-verschil B-Ai * C-C^.

5 Offsetcompensatiemechanisme

Het zogenaamde offsetcompensatiemechanisme zal worden toegelicht aan de hand van fig. 3· Fig· 3 toont hetzelfde type grafiek als fig. 2, echter in fig. 3 zijn drie koelprocessen weergegeven, te weten het koelproces A, B, C, D welke het zogenaamde nullast-bedrijf represen-10 teert, het koelproces A', B', C', D’ dat het zogenaamde vollast-bedrijf, ook wel het 100^-bedrijf genoemd, weergeeft, en het koelproces A", B", C", D", welk proces het bedrijf bij overbelasting, in dit geval het zogenaamde 130JÏ-bedri jf weergeeft.

Wanneer het koelproces van nullast naar vollast gaat, dan zal het 15 punt Dx verschuiven naar Dx'. Dit betekent dat de drukval over de automatische expansieklep feitelijk met ΔΡΧ afneemt. Dit effect wordt de offset van de automatische expansieklep genoemd. Door het capillair-stelsel echter op geschikte wijze te dimensioneren, kan hiervoor echter worden gecompenseerd, of, zoals in fig. 3 is weergegeven, zelfs 20 overgecompenseerd. In het geval van overcompensatie is er sprake van een offset ΔΡ2 van het gehele koelsysteem, welke wordt weergegeven door de verschuiving van punt A naar A'. De punten B en B' liggen beide op de verzadigde damplijn. Zodra de vollastsituatie intreedt, zal de zogenaamde thermostatische expansieklep in werking treden en de auto-25 matische expansieklep buiten werking treden.

Nadere beschrijving koelproces bi.i normaal bedri.if

Naarmate de belasting welke vanuit het te koelen proces aan de verdamper wordt overgedragen stijgt, zal er meer warmte via de lucht-30 gekoelde condensor naar de omgeving moeten worden afgevoerd.

Dit is het gevolg van het feit dat de in de vloeistof af schelder geplaatste spiraalvormige warmtewisselaar zodanig is gedimensioneerd, dat bij nullast van het te koelen proces de volledige koelcapaciteit van de compressor intern wordt uitgewisseld door primair het verdampen 35 van de naar de afscheider stromende vloeistof en secundair het condenseren van het door de compressor geleverde persgas. Het warmtewisse-lend oppervlak van de warmtewisselaar zal hierbij met een zeer hoge warmte-overdrachtscoëfficient werkzaam zijn.

1004208

lH

In deze nullastsituatie en bij lage belastingen zal de luchtge-koelde condensor veel te groot gedimensioneerd zijn, hetgeen zonder nadere regeling zou leiden tot een onacceptabele daling van de conden-satiedruk, waardoor de automatische regelklep niet meer goed zou blij-5 ven functioneren. Dit probleem is te ondervangen door het intermitterend aan- en uitschakelen van de condensorventilator(en).

Dit betekent in feite dat bij volledig afgeschakelde condensor-ventilator aan de primaire buitenzijde de koelcapaciteit van de compressor aan de spiraal in de afscheider wordt aangeboden, terwijl 10 secundair (aan de binnenzijde van de spiraal) de som van koelcapaciteit en krachtverbruik wordt afgevoerd, bij verwaarlozing van de door de luchtgekoelde condensor geleverde capaciteit bij statische werking, welke zeer gering kan worden geacht.

Dit mechanisme zal goed functioneren wanneer bij afgeschakelde 15 condensorventilator(en) het logaritmisch gemiddeld temperatuurverschil over de spiraal continu blijft toenemen, daar voor deze warmtewisselaar geldt: Q = k x F x dTm.log

20 Q = overgedragen hoeveelheid warmte in W

k = warmteoverdrachtscoëfficient in W/m2K

F = oppervlak van de warmtewisselaar in m2 dTm.log - logaritmisch gemiddeld temperatuurverschil (K), in dit geval in hoofdzaak Tc - To, waarbij Tc weer de condensatietempera-25 tuur en To weer de verdampingstemperatuur is.

De condensatiedruk stijgt geleidelijk en alle warmte wordt via de onbalans over de spiraal uitgewisseld, waarna bij een ingestelde druk de ventilator van de luchtgekoelde condensor wordt ingeschakeld en het condensatie-temperatuurniveau in vrij korte tijd weer naar beneden 30 wordt gebracht totdat het afschakelpunt van de pressostaat, die de ventilator bestuurt, bereikt is.

Bij tussen 0 en 100# liggende belastingen is de spiraalvormige warmtewisselaar zelfregelend, aangezien het vloeistofniveau in de vloeistofafscheider automatisch zal dalen bij toenemende belasting van 35 het proces. Bij toenemende belasting van de verdamper (toenemende koelvraag of koelbehoefte) stroomt steeds minder vloeistof vanuit de verdamper naar de afscheider en dientengevolge is er in de afscheider 1004208 15 steeds minder uitwendig oppervlak van de spiraal ondergedompeld in het in de afscheider geaccumuleerde koude-vloeistofbad.

Daardoor daalt de hoeveelheid over de spiraal uitgewisselde warmte evenredig met de toename van de belasting op de verdamper.

5 Ingeval van luchtgekoelde uitvoering is de capaciteit van de condensor gerelateerd aan de heersende omgevingstemperatuur en zal bij toenemend belastingsaanbod de condensatietemperatuur automatisch stijgen teneinde middels een vergroot gemiddeld logaritmisch temperatuurverschil de toegenomen belasting naar de omgeving te kunnen afvoeren.

10 Na de automatische expansieklep bevindt zich aan de inlaatzijde van de verdamper een binnen de koudetechniek op zich bekend systeem van vloeistofverdelen middels een zogenaamde verdeelkop met daaraan verbonden parallelgeschakelde capillairleidingen, welke een deel van de bij het expansieproces benodigde drukval voor hun rekening nemen.

15 Zoals al eerder aangegeven, nemen de capillairleidingen bij nul- last de drukval over het traject Dl-A voor hun rekening, en bij vollast (100#-last) nemen de capillairleidingen het traject D^-A' voor hun rekening. Bij toenemende belasting van de verdamper neemt de con-densatiedruk toe en neemt ook automatisch het dampgehalte aan inlaat-20 zijde en ook aan uitlaatzijde vein het capillairverdeelstelsel toe, zodat de drukval over dit capillairstelsel automatisch toeneemt bij stijging van de belasting op de verdamper.

De automatische expansieklep is een proportionele regelaar met een offset APi zoals weergegeven in fig. 3· Deze offset van de automa-25 tische expansieklep kan met het koelsysteem volgens de uitvinding echter volledig worden gecompenseerd en zelfs worden omgezet in een anderszins gerichte offset ΔΡ2 toebehorend aan het capillairstelsel, wanneer de dimensionering van dit capillairstelsel hiertoe geschikt is uitgevoerd. Dit effect wordt mede mogelijk gemaakt doordat bij lagere 30 belasting vanzelf steeds meer condensoroppervlak ter beschikking komt in de luchtgekoelde condensor en binnen in het in de afscheider aangebrachte leidingstelsel, dit laatste tengevolge van het toenemende vloeistofniveau in de vloeistofafscheider.

Voornoemd mechanisme is goed bruikbaar, daar bij lage belasting 35 in feite ook de verdamper overbemeten is en het dus gunstig is om de capaciteit daarvan eveneens te reduceren door vermindering van het logaritmisch gemiddeld temperatuurverschil via verhoging van de ver- 1004208 16 dampingstemperatuur. Het gevolg hiervan is dat er minder ontvochtiging van het te koelen produkt optreedt.

Uitgaande van de in tabel I gegeven voorbeeldwaarden van een koelcompressor van het type TAG-4553T, is bij juist ontwerp van het 5 capillairverdeelsysteem, de automatische expansieklep en de afscheider met warmtewisselaar, alsmede door de parallelschakeling van een automatische en thermostatische expansieklep globaal het volgende, in tabel II weergegeven verloop van de verdampingstemperatuur To bij toenemende belasting van het koelsysteem te realiseren.

10

TABEL II

Belasting To (°C) Tc (eC) Qo (kW) Pe (kW) 0 ¾ +6,00 +30,0 17,193 3.418 25 ¾ +5.75 +32,5 16,386 3.583 15 50 ¾ +5.50 +35.0 15,599 3.585 75 ¾ (Nom) +5,00 +40,0 14,080 3.743 100 % +5,00 +40,0 14,080 3.743 130 ¾ +7.50 +42,0 15.513 3,991 20 Doordat overeenkomstig de uitvinding de thermostatische expan sieklep de toevoer van koelfluïdum aan de verdamper overneemt van de automatische expansieklep, en wel bij voorkeur in hoofdzaak op het moment dat oververhitting begint plaats te vinden, blijft de verdamper ook bij overbelasting optimaal bevloeid, en worden de nadelige invloe-25 den van een dergelijke overbelasting tegengegaan. Als gevolg daarvan kan de belasting van de verdamper tot 130¾ of zelfs meer van de nominale belasting van 100¾ worden opgevoerd, welke nominale belasting van 100¾ gerealiseerd wordt bij een automatische expansieklep op het moment dat oververhitting plaatsvindt van het uit de verdamper uittre-30 dende koelfluïdum in gasvorm. Wanneer de thermostatische expansieklep het niet van de automatische expansieklep zou overnemen, dan zou het zogenaamde oververhittingsfront steeds meer terug de verdamper inschuiven, waardoor steeds meer verdamperoppervlak verloren gaat.

1004208

Claims

1. Koelinrichting van het type met een kringloop van koelfluïdum, waarbij de koelinrichting in doorstroomrichting van de kringloop om-5 vat: twee parallel geschakelde regelkleppen; een verdamper; een compressor; en - een condensor, 10 met het kenmerk, dat: - de ene regelklep een automatische expansieklep is, die in afhankelijkheid van een in de kringloop heersende koel-fluïdum-druk wordt geregeld, de andere regelklep een thermostatische expansieklep is, die 15 in afhankelijkheid van een in de kringloop heersende fluï- dumdruk en een in de kringloop heersende fluïdumtemperatuur wordt geregeld, en - tussen de verdamper en de compressor een vloeistofafscheider is aangebracht.

2. Koelinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de regeldruk voor de automatische expansieklep de in de toevoerleiding naar de verdamper heersende koelfluïdumdruk is, bij voorkeur de aan de, aan de uitgangszijde van de automatische expansieklep heersende fluïdumdruk. 25 3· Koelinrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk. dat de automatische expansieklep bij toenemende regeldruk sluit.

4. Koelinrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de regeldruk voor de thermostatische expansieklep de in de afvoerleiding aan de uitgangszijde van de verdamper heersende 30 fluïdumdruk is en/of dat de regeltemperatuur voor de thermostatische expansieklep de in de afvoerleiding aan de uitgangszijde van de verdamper heersende temperatuur is.

5. Koelinrichting volgens conclusie 3. met het kenmerk, dat de thermostatische expansieklep bij toenemende regeldruk sluit en bij 35 toenemende regeltemperatuur opent.

6. Koelinrichting volgens één der conclusies 4 of 5. met het kenmerk. dat de thermostatische expansieklep zodanig is ingesteld dat 1C04208 deze in werking treedt zodra oververhit koelfluïdum uit de verdamper komt.

7. Koelinrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk. dat de vloeistofafscheider een in hoofdzaak gesloten vat 5 omvat met een inlaat voor van de verdamper afkomstig koelfluïdum en een uitlaat voor aan de compressor toe te voeren koelfluïdum, waarbij het vat verder is voorzien van een warmtewisselaar geschikt voor warm-te-uitwisseling tussen zich in het vat bevindend koelfluïdum en uit de compressor afkomstig naar de verdamper gevoerd koelfluïdum, welke 10 warmtewisselaar bij voorkeur een met de inhoud van het vat in warmte-uitwisselend verband staand leidingstelsel, zoals een spiraalvormige buis, omvat dat is opgenomen in het zich tussen de compressor en de verdamper uitstrekkende gedeelte van de kringloop.

8. Koelinrichting volgens conclusie 7. met het kenmerk, dat de 15 warmtewisselaar geschikt is voor warmte-uitwisseling tussen zich in het vat bevindend koelfluïdum en uit de compressor afkomstig naar de condensor gevoerd koelfluïdum, waarbij bij voorkeur het de voorkeur hebbende leidingstelsel is opgenomen in het zich tussen de compressor en de condensor uitstrekkende gedeelte van de kringloop. 20 9· Koelinrichting volgens conclusie 7 of 8, met het kenmerk, dat het warmte-uitwisselende leidingstelsel een verticaal opgestelde spiraalvormige buis omvat.

10. Koelinrichting volgens één der conclusies 7“9» met het kenmerk . dat de vloeistofafscheider en warmtewisselaar zodanig zijn gedi-25 mensioneerd, dat bij nullast van het te koelen proces in hoofdzaak de volledige koelcapaciteit wordt uitgewisseld via de warmtewisselaar door het tot gasfase verdampen van de vloeistofafscheider binnenkomende vloeistoffase en tot vloeistoffase condenseren van door de compressor geleverde gasfase.

11. Koelinrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk. dat de verdamper aan de inlaatzijde een capillairstelsel omvat.

12. Koelinrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de automatische expansieklep een in afhankelijkheid van de aan de uit-35 gangszijde van die klep heersende druk proportioneel geregelde klep is, en dat de automatische expansieklep en het capillairstelsel zodanig gedimensioneerd zijn, dat de toename in drukval over het capil-lairsysteem bij een situatie verschuivend van nullast in de richting 1004208 van vollast de daarbij optredende offset van de automatische expan-sieklep compenseert, bij voorkeur overcompenseert.

13. Koelinrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk. dat de compressor een in hoofdzaak constant vermogen of 5 krachtverbruik heeft. I4». Koelinrichting volgens één der conclusies 1-3 of 7"13» in het bijzonder volgens conclusie 12, waarbij is afgezien van de thermostatische expansieklep.

15. Werkwijze voor het bedrijven van een koelinrichting volgens 10 één der conclusies 1-13. waarbij het compressorvermogen of krachtverbruik van de compressor in hoofdzaak constant is.

16. Toepassing van een koelinrichting volgens één der conclusies I-I3 voor het rijpen van fruit, zoals bananen. 1004208