AT11937U1 - Verdampfereinheit in einer kühlvorrichtung - Google Patents

Abstract

Kühlvorrichtung umfassend einen ein zirkulierendes Kältemittel beinhaltenden Kältemittelkreislauf sowie eine Verdichtereinheit (1), eine Kondensatoreinheit (2), eine in einem Kühlraum (4) angeordnete Verdampfereinheit (5) sowie eine zwischen Kondensator- (2) und Verdampfereinheit (5) angeordnete Druckreduziereinheit (3) vorzugsweise in Form eines Kapillarrohres. Es ist vorgesehen, dass die Verdampfereinheit (5) einen ersten Strömungsabschnitt (7) mit einem ersten mittleren Strömungsquerschnitt sowie einen zweiten Strömungsabschnitt (8) mit einem zweiten mittleren Strömungsquerschnitt aufweist und beide Strömungsabschnitte über ein Anfahrdruckreduzierelement (9), dessen mittlerer Strömungsabquerschnitt kleiner als der erste und zweite Strömungsquerschnitt ist, miteinander verbunden sind.

Description

österreichisches Patentamt AT11 937U1 2011-07-15

Beschreibung

VERDAMPFEREINHEIT IN EINER KÜHLVORRICHTUNG GEBIET DER ERFINDUNG

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kühlvorrichtung umfassend einen ein zirkulierendes Kältemittel beinhaltenden Kältemittelkreislauf sowie eine Verdichtereinheit, eine Kondensatoreinheit, eine in einem Kühlraum angeordnete Verdampfereinheit sowie eine zwischen Kondensator- und Verdampfereinheit angeordnete Druckreduziereinheit vorzugsweise in Form eines Kapillarrohres.

STAND DER TECHNIK

[0002] Solche Kühlvorrichtungen sind hinlänglich bekannt. Es handelt sich dabei beispielsweise um handelsübliche Kühl- und Gefrierschränke oder -truhen die im industriellen oder aber auch privaten Bereich eingesetzt werden. Diese Kühlvorrichtungen sind mit einem Kühlraum ausgestattet, dem über eine Verdampfereinheit Wärme entzogen wird. Die Verdampfereinheit ist Teil eines Kältemittelkreislaufs, in welchem ein Kältemittel zirkuliert.

[0003] Konkret wird in bekannter Weise flüssiges Kältemittel in die im Kühlraum in der Regel als mäanderförmiger Transportkanal ausgebildete Verdampfereinheit eingespritzt, wo das Kältemittel dem Kühlraum Wärme entzieht und dabei verdampft, also in den gasförmigen Aggregatzustand wechselt. Das nunmehr gasförmige Kältemittel wird über eine Saugleitung von der Verdichtereinheit angesaugt und auf ein höheres Energieniveau, konkret auf einen höheren Druck und eine höhere, über der Umgebungstemperatur liegende Temperatur verdichtet. In weiterer Folge wird das Kältemittel in der Kondensatoreinheit durch Wärmeabgabe an die Umgebung abgekühlt, wodurch es wieder in den flüssigen Aggregatzustand übergeht. Danach wird mittels einer Druckreduziereinheit (beispielsweise in Form einer Kapillarröhre oder eines Entspannungsventils) der Druck und damit auch die Temperatur des Kältemittels verringert und das Kältemittel wieder in die Verdampfereinheit eingespritzt.

[0004] In regulären Betriebszustand der Kühlvorrichtung, dh. im gekühlten Zustand des Kühlraums besteht somit immer ein Druckunterschied zwischen Saugseite der Verdichtereinheit und der Druckseite der Verdichtereinheit.

[0005] Als problematisch erweist sich jedoch sehr oft das erstmalige Anfahren der Verdichtereinheit aus dem druckausgeglichenen Zustand des Systems (pull down). Im druckausgeglichenen Zustand befindet sich das System entweder vor der ersten Inbetriebnahme der Kühlvorrichtung oder nach längerer Zeit der Nichtbenutzung, in welcher der Kühlraum im wesentlichen die Umgebungstemperatur angenommen hat und der Druck des Kältemittels in der Verdampfereinheit gegenüber dem Druck des Kältemittels im regulären Betriebszustand des System stark erhöht ist. In diesem druckausgeglichenen Zustand muss die Verdichtereinheit, um das Kältemittel aus der Verdampfereinheit anzusaugen, eine erhöhte Leistung aufwenden, da aufgrund des erhöhten Druckes in der Verdampfereinheit eine wesentlich größere Masse an Kältemittel angesaugt und insbesondere verdichtet werden muss als bei geringerem Druck in der Verdampfereinheit wie im regulären Betriebszustand der Kühlvorrichtung vorgesehen bzw. eingestellt.

[0006] Je nach Temperatur bzw. Druck des Kältemittels in der Verdampfereinheit kann dies dazu führen, dass die Leistung der Verdichtereinheit nicht ausreicht, um das Kältemittel aus der Verdampfereinheit anzusaugen insbesondere das Kältemittel zu verdichten und die Verdichtereinheit abgewürgt wird bzw. der Motorschutzschalters die Verdichtereinheit vor dem Abwürgen abschaltet. Aufgrund des/der nach dem Abwürgen nicht verringerten Drucks/Temperatur des Kältemittels in der Verdampfereinheit und insbesondere in Fällen, wo die Spannungsversorgung der Verdichtereinheit unter einer üblichen Netzspannung liegt, beispielsweise in von Umspannwerken sehr entfernt gelegenen Regionen, und in Regionen, wo die Umgebungstemperaturen 1/13 österreichisches Patentamt AT11 937U1 2011-07-15 sehr hoch sind, kann es passieren, dass die zum Anlaufen aus diesem Zustand erforderliche Leistung über jener Leistung liegt, welche die Verdichtereinheit liefern kann und somit ein (neuerliches) Anfahren der Verdichtereinheit nicht möglich ist.

[0007] Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kühlvorrichtung der eingangs beschriebenen Art vorzusehen, bei welcher diese Problematik nicht auftritt und bei welcher die für das erstmalige Anfahren der Verdichtereinheit aus dem druckausgeglichenen Zustand des Systems erforderliche Leistung im Vergleich zu bekannten Kühlvorrichtungen reduziert ist.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0008] Erfindungsgemäß wird dies bei einer Kühlvorrichtung mit einem ein zirkulierendes Kältemittel beinhaltenden Kältemittelkreislauf sowie einer Verdichtereinheit, einer Kondensatoreinheit, einer in einem Kühlraum angeordnete Verdampfereinheit sowie einer zwischen Kondensator- und Verdampfereinheit angeordneter Druckreduziereinheit dadurch erreicht, dass die Verdampfereinheit einen ersten Strömungsabschnitt mit einem ersten mittleren Strömungsquerschnitt sowie einen zweiten Strömungsabschnitt mit einem zweiten mittleren Strömungsquerschnitt aufweist und beide Strömungsabschnitte über ein Anfahrdruckreduzierelement, dessen mittlerer Strömungsabquerschnitt kleiner als der erste und zweite mittlere Strömungsquerschnitt ist, miteinander verbunden sind.

[0009] Das erfindungsgemäße Anfahrdruckreduzierelement stellt ein Hindernis für das durch die Verdampfereinheit strömende Kältemittel dar, wobei abhängig von der Dichte des Kältemittels (flüssiger Aggregatzustand, gasförmiger Aggregatzustand) der durch das Anfahrdruckreduzierelement verursachte Druckunterschied zwischen erstem Strömungsabschnitt und zweitem Strömungsabschnitt unterschiedlich ausfällt, sodass der Umstand ausgenutzt werden kann, dass das in der Regel als Strömungsquerschnittsverengung ausgebildete Anfahrdruckreduzierelement dem gasförmigen Kältemittel während seiner Strömung durch die Verdampfereinheit einen größeren Widerstand entgegensetzt als dem Kältemittel im flüssigen Zustand.

[0010] Der Druckunterschied zwischen erstem Strömungsabschnitt und zweitem Strömungsabschnitt ist daher im regulären Betriebszustand in der Verdampfereinheit geringer (in diesem Zustand findet eine vollkommene Verdampfung des Kältemittels erst am Ausgang der Verdampfereinheit statt) als im Falle eines bereits zu Beginn der Verdampfereinheit vollkommen verdampften, gasförmigen Kältemittels, wie dies beim ersten Anfahren aus dem druckausgeglichenen Zustand der Fall ist.

[0011] Da im druckausgeglichenen Zustand der Kühlvorrichtung die Verdampfereinheit Umgebungstemperatur besitzt, wird nach dem Anlaufen der Verdichtereinheit das aus der Druckreduziereinheit in die Verdampfereinheit eingespritzte, noch flüssige Kältemittel unmittelbar verdampft und der erste Strömungsabschnitt der Verdampfereinheit füllt sich schnell mit gasförmigem Kältemittel, das durch das Anfahrdruckreduzierelement in seiner Strömung in den zweiten Strömungsabschnitt stark behindert wird. Dadurch ist der Druck und damit die spezifische Masse im zweiten Strömungsabschnitt geringer. Da die Verdichtereinheit jedoch beim Anfahren dennoch Kältemittel aus dem zweiten Strömungsabschnitt saugt und die im zweiten Strömungsabschnitt befindliche Masse des Kältemittels geringer ist als die von der gesamten Verdampfereinheit aufnehmbare Masse, also erstem und zweiten Strömungsabschnitt gemeinsam, muss die Verdichtereinheit lediglich Arbeit leisten, um die geringere spezifische Masse des zweiten Abschnitts zu pumpen bzw. diesen schneller leeren als aus dem ersten Strömungsabschnitt nachströmen kann. Die Anforderung an die durch die Verdichtereinheit aufzuwendende Leistung beim ersten Anfahren aus dem druckausgeglichenen Zustand ist somit geringer als bei Kühlvorrichtungen ohne Anfahrdruckreduzierelement.

[0012] Hat die Verdichtereinheit den Kältemittelprozess für eine bestimmte Zeit durchgeführt und befindet sich die Kühlvorrichtung in deren regulärem Betriebszustand, so findet die komplette Verdampfung des Kältemittels in der Verdampfereinheit gleichmäßig über diese verteilt statt, dh. dass bezogen auf eine Verdampferlängeneinheit gleich viel Kältemittel vom flüssigen in den gasförmigen Zustand wechselt, so dass beispielsweise das die Verdampfereinheit 2/13 österreichisches Patentamt AT11 937U1 2011-07-15 durchströmende Kältemittel, nachdem es 30% der Länge der Verdampfereinheit zurückgelegt hat, zu 70% noch flüssig ist und erst 3 0% verdampft sind, am Austrittspunkt der Verdampfereinheit daher 100% verdampft sind. Durch erfindungsgemäße Positionierung des Anfahrdruckreduzierelement kann daher gesteuert werden, dass das Kältemittel das Anfahrdruckreduzierelement größtenteils im flüssigen Zustand passiert und daher entsprechend wenig Druckverlust erfährt. Bei korrekter Dimensionierung und Positionierung des Anfahrdruckreduzierelementes kann der Druckabfall an demselben bei flüssigem Kältemittel und kleinerem Massenstrom für den regulären Betrieb auf ein Maß reduziert werden, das sich auf die Effizienz nicht auswirkt.

[0013] Gemäß bevorzugten Ausführungsvarianten der Erfindung kann das Anfahrdruckreduzierelement als Blende ausgeführt sein oder aber eine Länge aufweisen, welche zwischen 5% und 15%, vorzugsweise ca. 10% der Gesamtlänge der Verdampfereinheit gemessen zwischen einem Eintritts- und einem Austrittspunkt des Kältemittels in die bzw. aus der Verdampfereinheit beträgt, wobei es in letzterem Fall in einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante als Venturirohr ausgeführt ist.

[0014] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung weist der erste Strömungsabschnitt der Verdampfereinheit, der in Strömungsrichtung des Kältemittels vor dem Anfahrdruckreduzierelement angeordnet ist, ein Volumen auf, welches größer ist als das flüssige Volumen des im gesamten Kältemittelkreislauf der Kühlvorrichtung befindlichen Kältemittels. Dadurch ist gewährleistet, dass die Verdichtereinheit beim erstmaligen Anfahren aus dem druckausgeglichenen Zustand theoretisch die gesamte Menge des Kältemittels, jedenfalls zumindest den größten Teil davon in den ersten Strömungsabschnitt befördern kann, bevor die Temperatur in der Verdampfereinheit soweit absinkt, dass das in die Verdampfereinheit eingespritzte Kältemittel nicht mehr sofort verdampft und dieses daher flüssig bleibt und im wesentlichen ungehindert über das Anfahrdruckreduzierelement in den zweiten Strömungsabschnitt überströmen kann.

[0015] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist es vorgesehen, dass erster mittlerer Strömungsquerschnitt und zweiter mittlerer Strömungsquerschnitt sich im wesentlichen um nicht weniger als 5% voneinander unterscheiden, vorzugsweise gleich groß sind. Dies bringt Vorteile in der Fertigung und ermöglicht außerdem die relativ einfache Adaption bereits im Betrieb befindlicher Kältevorrichtungen durch Anbringung einer Strömungsquerschnittverengung in Verdampfereinheiten von bestehenden Kühlapparaten.

[0016] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Anfahrdruckreduzierelement bezogen auf die gesamte Länge der Verdampfereinheit zwischen einem Eintritts- und einem Austrittspunkt des Kältemittels in die bzw. aus der Verdampfereinheit in der ersten Hälfte der Verdampfereinheit, vorzugsweise innerhalb der ersten 10% bis 20% der gesamten Länge angeordnet ist, um im regulären Betrieb die Passage des Anfahrdruckreduzierelementes im größtenteils flüssigen Zustand des Kältemittels zu ermöglichen.

[0017] Durch Dimensionieren des mittleren Querschnitts des Anfahrdruckreduzierelements als mindestens viermal so groß wie der Strömungsquerschnitt der Druckreduziereinheit am Eintrittspunkt der Verdampfereinheit wird auf die Gesamtauslegung des Systems Rücksicht genommen und der erfindungsgemäße Druckabfall in der Verdampfereinheit auf die für das funktionieren des Kältekreislaufs erforderliche Entspannung des Kältemittels in der Druckreduziereinheit abgestellt bzw. dazu in Verhältnis gesetzt.

[0018] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist es vorgesehen, dass der mittlere Strömungsquerschnitt des Anfahrdruckreduzierelementes kleiner ist als der mittlere Strömungsquerschnitt einer das Kältemittel von der Verdampfereinheit in ein die Verdichtereinheit umgebendes Gehäuse transportierenden Saugleitung. Damit ist sichergestellt, dass beim erstmaligen Anfahren aus dem druckausgeglichenen Zustand durch die Verdichtereinheit jedenfalls mehr Kältemittel aus dem zweiten Strömungsabschnitt der Verdampfereinheit abgesaugt werden kann als durch die Druckreduziereinheit nachströmen kann. Solange daher die Verdampfereinheit zu heiss ist und daher das Kältemittel in der Verdampfereinheit unter 3/13 österreichisches Patentamt AT11 937U1 2011-07-15 ungewollt hohem Druck steht ist so sichergestellt, dass einerseits die Anfahrdruckreduzierelement garantiert, dass weniger gasförmiges Kältemittel in den zweite Strömungsabschnitt nachströmen kann als im regulären Betriebszustand, gleichzeitig jedoch die Verdichtereinheit sehr viel Kältemittel aus diesem zweiten Strömungsabschnitt herausbefördern kann und somit den Druck und damit auch die Temperatur im zweiten Strömungsabschnitt stark reduzieren kann, wodurch die Leistungsanforderung an die Verdichtereinheit sinkt.

[0019] Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum Reduzieren der beim Anfahren einer Verdichtereinheit einer ein zirkulierendes Kältemittel aufweisenden, sich im druckausgeglichenen Zustand befindlichen Kühlvorrichtung, erforderlichen Leistung vorzuschlagen, bei welchem die für das erstmalige Anfahren der Verdichtereinheit aus dem druckausgeglichenen Zustand des Systems erforderliche Leistung im Vergleich zu bekannten Kühlvorrichtungen reduziert ist.

[0020] Erfindungsgemäß wird dies mit einem Verfahren erreicht, bei welchem der Druck des Kältemittels während des Anfahrens aus dem druckausgeglichenen Zustand der Verdichtereinheit in einem zweiten Strömungsabschnitt der Verdampfereinheit, aus welchem das Kältemittel in die Verdichtereinheit gesaugt wird, gegenüber einem ersten Strömungsabschnitt der Verdampfereinheit, welcher in Strömungsrichtung des Kältemittels betrachtet vor dem zweiten Strömungsabschnitt angeordnet ist, während des Anfahrens aus dem druckausgeglichenen Zustand geringer gehalten wird.

[0021] Als wesentlich wird es dabei angesehen, dass der Druck während des Anfahrens aus dem druckausgeglichenen Zustand im zweiten Strömungsabschnitt bewusst geringer als im ersten Strömungsabschnitt gehalten wird, dh. der bei jedem strömenden Medium existierende, systembedingte Druckverlust bildet selbstverständlich keinen Bestandteil der Erfindung.

[0022] Je nach Auslegung des Systems ist es dabei vorgesehen, dass der Druckunterschied zwischen erstem Strömungsabschnitt und zweitem Strömungsabschnitt zwischen 5% und 30% Prozent während des Anfahrens aus dem druckausgeglichenen Zustand beträgt.

[0023] Je nach Auslegung des Systems ist es dabei weiters vorgesehen, dass der Druckunterschied für einen Zeitraum bis zu 60 Minuten nach dem erstmaligen Start der Verdichtereinheit aus deren druckausgeglichenem Zustand aufrechterhalten wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

[0024] Im Anschluss folgt nun eine detaillierte Beschreibung der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels. Dabei zeigt [0025] Fig.1 eine schematische Ansicht eines Kältemittelkreislaufs einer Kühlvorrichtung gemäß Stand der Technik [0026] Fig.2 eine schematische Ansicht eines Kältemittelkreislaufs einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung [0027] Fig.3 ein Temperatur/Zeit Diagramm betreffend das erstmalige Anfahren einer Verdich tereinheit einer Kühlvorrichtung gemäß Stand der Technik aus dem druckausgeglichenen Zustand [0028] Fig.4 ein Temperatu r/Zeit Diagramm betreffend das erstmalige Anfahren einer Verdich tereinheit einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung aus dem druckausgeglichenen Zustand [0029] Fig.5 ein Leistung/Zeit Diagramm betreffend das erstmalige Anfahren einer Verdichtereinheit einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung aus dem druckausgeglichenen Zustand

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

[0030] Fig.1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kältemittelkreislaufs einer Kühlvorrichtung 4/13 österreichisches Patentamt AT11 937U1 2011-07-15 gemäß Stand der Technik. Die Kühlvorrichtung umfasst dabei in bekannter Weise eine Verdichtereinheit 1, eine Kondensatoreinheit 2, eine Druckreduziereinheit 3, vorzugsweise in Form eines Kapillarrohres, eine in einem Kühlraum 4 angeordnete Verdampfereinheit 5, sowie ein aus der Verdampfereinheit 5 in die Verdichtereinheit führendes Saugrohr 6.

[0031] Bei herkömmlichen aus dem Stand der Technik bekannten Kühlvorrichtungen wird flüssiges Kältemittel in die im Kühlraum 4 in der Regel als mäanderförmiger Transportkanal ausgebildete Verdampfereinheit 5 eingespritzt, wo das Kältemittel dem Kühlraum 4 Wärme entzieht und dabei verdampft, also in den gasförmigen Aggregatzustand wechselt. Das nunmehr gasförmige Kältemittel wird über die Saugleitung 6 von der Verdichtereinheit 1 angesaugt und auf ein höheres Energieniveau, konkret auf einen höheren Druck und eine höhere, über der Umgebungstemperatur liegende Temperatur verdichtet. In weiterer Folge wird das Kältemittel in der Kondensatoreinheit 2 durch Wärmeabgabe an die Umgebung abgekühlt, wodurch es wieder in den flüssigen Aggregatzustand übergeht. Danach wird mittels einer Druckreduziereinheit 3 (beispielsweise in Form einer Kapillarröhre oder eines Entspannungsventils) der Druck und damit auch die Temperatur des Kältemittels verringert und das Kältemittel wieder in die Verdampfereinheit 5 eingespritzt.

[0032] Im druckausgeglichenen Zustand der Verdichtereinheit 1 haben alle Komponenten der Kühlvorrichtung Umgebungstemperatur angenommen, so auch der Kühlraum 4 samt Verdampfereinheit 5 und die Kondensatoreinheit 2. Das Kältemittel in der Verdampfereinheit 5 und in der Kondensatoreinheit 2 weisen daher Umgebungstemperatur auf und daher auch gleichen Druck. Die Verdichtereinheit ist somit sowohl saugseitig als auch druckseitig mit Kältemittel gleichen Drucks konfrontiert, das System befindet sich im druckausgeglichenen Zustand. Je höher die Umgebungstemperatur und damit auch die Temperatur des Kältemittels desto höher auch der Druck im Kühlraum und damit in der Verdampfereinheit.

[0033] Beim erstmaligen Anfahren aus diesem druckausgeglichenen Zustand hat die Verdichtereinheit 1 einen Massestrom an Kältemittel zu bewegen, für den sie eigentlich nicht ausgelegt ist, da im regulären Betriebszustand der Druck in der Verdampfereinheit weit unter jenem des druckausgeglichenen Zustands liegt, beispielweise ca. 2,5 bar beim Starten aus dem druckausgeglichenen Zustand im Gegensatz zu ca. 0,5 bar im „regulären" Betriebszustand bei Einsatz des Kältemittels R600a.

[0034] Die Verdichtereinheit 1 kann zwar theoretisch auch im druckausgeglichenen Zustand die zum Ansaugen und Verdichten des gasförmigen Kältemittels aus der Verdampfereinheit erforderliche Leistung aufbringen, allerdings nur unter optimalen Bedingungen (nicht sehr hohe Umgebungstemperatur, optimale Spannungsversorgung).

[0035] Ist die Umgebungstemperatur sehr hoch, beispielsweise in tropischen Ländern, und sinkt die Spannungsversorgung unter einen Grenzwert, so kann die Verdichtereinheit 1 die zum Ansaugen und Verdichten des unter hohem Druck stehenden Kältemittels in der Verdampfereinheit 5 erforderliche Leistung nicht mehr aufbringen und wird abgewürgt bzw. wird automatisch vom Motorschutzschalter abgeschaltet. Aufgrund des ungünstigen Druckzustandes in Saug- und Druckleitungen der Verdichtereinheit 1 ist dann ein neuerliches Anfahren nicht mehr sicher möglich.

[0036] Erfindungsgemäß ist es daher vorgesehen, in der Verdampfereinheit 5 einen ersten Strömungsabschnitt 7 und einen zweiten Strömungsabschnitt 8 vorzusehen, die über ein Anfahrdruckreduzierelement 9 miteinander verbunden sind, wobei der mittlere Strömungsquerschnitt des ersten Strömungsabschnitts 7 und der mittlere Strömungsquerschnitt des zweiten Strömungsabschnittes 8 jeweils größer sind als der mittlere Strömungsquerschnitt des Anfahrdruckreduzierelements 9.

[0037] Sinn und Zweck des Anfahrdruckreduzierelementes ist es, den Druck des Kältemittels während des Anfahrens aus dem druckausgeglichenen Zustand der Verdichtereinheit im zweiten Strömungsabschnitt der Verdampfereinheit, aus welchem das Kältemittel in die Verdichtereinheit gesaugt wird, gegenüber dem ersten Strömungsabschnitt der Verdampfereinheit, wel- 5/13 österreichisches Patentamt AT11 937U1 2011-07-15 cher in Strömungsrichtung des Kältemittels betrachtet vor dem zweiten Strömungsabschnitt angeordnet ist, während des Anfahrens aus dem druckausgeglichenen Zustand geringer zu halten.

[0038] Das Anfahrdruckreduzierelement 9 bildet dabei für das im druckausgeglichenen Zustand gasförmige Kältemittel in der Verdampfereinheit 5 ein Hindernis, dass das Kältemittel im gasförmigen Zustand nur schwer bzw. langsam überwinden kann. Beim ersten Anfahren aus dem druckausgeglichenen Zustand der Verdichtereinheit 1 fördert diese daher im wesentlichen Kältemittel aus dem zweiten Strömungsabschnitt 8 der Verdampfereinheit 5, somit weniger Kältemittelmasse als ohne Anfahrdruckreduzierelement 9.

[0039] Dadurch ist es möglich, den Druck (Saugdruck) und damit auch die Temperatur im zweiten Strömungsabschnitt 8 stärker abzusenken als im ersten Strömungsabschnitt 7 da das Anfahrdruckreduzierelement 9 das Überströmen des gasförmigen Kältemittels aus dem Strömungsabschnitt 7 in den Strömungsabschnitt 8 behindert bzw. verlangsamt, wie dies auch anhand der in den Fig.3 und 4 dargestellten Diagrammen ersichtlich ist.

[0040] Fig.3 zeigt einen typischen Temperaturverlauf gemessen am Eintrittspunkt 10 der Verdampfereinheit 5 während des Anfahrens aus dem druckausgeglichenen Zustand (durchgezogene Linie), sowie den Temperaturverlauf eines stromabwärts liegenden Messpunktes 12 (strichlierte Linie) der Verdampfereinheit 5.

[0041] Während der Eintrittspunkt 10 der Verdampfereinheit 5 relativ rasch abkühlt, da das in die warme Verdampfereinheit 5 eingespritzte Kältemittel nach dem erstmaligen Anfahren der Verdichtereinheit 1 aus dem druckausgeglichenen Zustand sofort verdampft und damit am Eintrittspunkt 10 dem Kühlraum viel Wärme entzieht, benötigt der stromabwärts liegende Messpunkt 13 fast die vierfache Zeit, um dasselbe Temperatur bzw. Druckniveau zu erreichen.

[0042] Im regulären Betriebszustand, der am Ende der Temperaturkurven ablesbar ist, weist die Verdampfereinheit 5 sowohl am Eintrittspunkt 10 als auch am stromabwärts liegenden Messpunkt 12 ihre Solltemperatur auf und die beiden Messpunkte sind im wesentlichen gleich kalt.

[0043] Die Leistungsabgabe und damit auch die erforderliche Leistung der Verdichtereinheit 1, die zum Fahren dieser Temperaturkurve erforderlich ist, ist aus Fig.5 zu sehen (durchgezogene Linie).

[0044] Fig. 4 zeigt Temperaturkurven einer identischen Kühlvorrichtung, jedoch mit erfindungsgemäßer Verdampfereinheit 5.

[0045] Die aus Fig.3 bekannte Temperaturkurve des Eintrittspunktes 10 (durchgezogene Linie) ist unverändert, die strichlierte Temperaturkurve zeigt jedoch den Temperaturverlauf eines unmittelbar stromabwärts gesehen hinter dem Anfahrdruckreduzierlement 9 liegenden Messpunktes 11.

[0046] Wie sofort ersichtlich ist, bewirkt das Anfahrdruckreduzierelement 9, dass der mit Messpunkt 11 beginnende, zweite Strömungsabschnitt 8 durch die Verdichtereinheit 1 während des erstmaligen Anfahrens aus dem druckausgeglichenen Zustand, bedingt durch das erschweren des Nachströmens von Kältemittel aus dem Strömungsabschnitt 7 in den Strömungsabschnitt 8, auf ein niedrigeres Druckniveau als im Vergleichsfall ohne Anfahrdruckreduzierelement 9 (strichlierte Linie in Fig.3) gebracht werden kann, was sich in einer entsprechend korrelierenden niedrigeren Temperatur des Kältemittels nach vier Minuten Betrieb der Verdichtereinheit 1 darstellt. Durch die erfindungsgemäße Druckreduktion im zweiten Strömungsabschnitt 8 benötigt die Verdichtereinheit weniger Leistung, um das Kältemittel aus der Verdampfereinheit 5 zu saugen, wie dies die strichlierte Linie in Fig.5 zeigt. Diese geringere Leistungsanforderung bewirkt, dass auch bei nicht optimaler Spannungsversorgung bzw. bei höheren Umgebungstemperaturen das Anfahren der Verdichtereinheit aus dem druckausgeglichenen Zustand problemlos möglich ist.

[0047] Im regulären Betriebszustand einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung mit Anfahr- 6/13 österreichisches Patentamt AT11 937U1 2011-07-15 druckreduzierelement, der sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel nach ca. 30 Minuten einstellt, wobei die Dauer für das Erreichen dieses Betriebszustandes sowohl von der Kühlvorrichtung selbst als auch den Umgebungsbedingungen abhängt, haben sowohl Messpunkt 11 als auch Eintrittspunkt 10 im wesentlichen gleiche Temperatur. Erzielt wird dies durch optimale Positionierung des Anfahrdruckreduzierelementes 9 in einem Abschnitt der Verdampfereinheit 5 so, dass das Anfahrdruckreduzierelement 9 vom Kältemittel im flüssigen bzw. höchstens dampfförmigen Zustand passiert wird, wo der Druckabfall am Anfahrdruckreduzierelement 9, wie erwähnt, praktisch keine Auswirkungen auf die Effizienz der Kühlvorrichtung und damit die erreichbare Temperatur in der Verdampfereinheit 5 hat. Eine solche optimale Positionierung des Anfahrdruckreduzierelementes 9 wäre die erste Hälfte der Verdampfereinheit 5, wobei die zur Bestimmung der ersten Hälfte der Verdampfereinheit 5 erforderliche Gesamtlänge der Verdampfereinheit 5 zwischen Eintrittspunkt 10 (fällt in der Regel mit der Grenze des Kühlraums zusammen) und Austrittspunkt 13 (fällt in der Regel ebenfalls mit der Grenze des Kühlraums zusammen) gemessen wird. Mit anderen Worten wird im Zusammenhang mit der Erfindung der gesamte innerhalb des Kühlraums angeordnete Transportkanal für das Kältemittel als Verdampfereinheit 5 angesehen.

[0048] In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Anfahrdruckreduzierelement 9 innerhalb der ersten 10% bis 20% der Gesamtlänge der Verdampfereinheit 5 angeordnet ist. Es kann als einfache Blende ausgestaltet sein, somit im wesentlichen keine sich in Strömungsrichtung des Kältemittels erstreckende Länge aufweisen oder aber eine Länge aufweisen, die xx% bis yy% der Gesamtlänge der Verdampfereinheit 5 beträgt.

[0049] Eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung sieht es vor, das Anfahr-druckreduzierelement 9 in Form eines Venturirohres auszubilden. Prinzipiell sind aber der Gestaltung des Anfahrdruckreduzierelementes 9 keine Grenzen gesetzt, soferne es dem strömenden gasförmigen Kältemittel beim Überströmen vom ersten Strömungsabschnitt 7 in den zweiten Strömungsabschnitt 8 einen größeren Widerstand entgegensetzt als dem flüssigen Kältemittel.

[0050] Um das Anfahrdruckreduzierelement 9 optimal in den Kältemittelkreislauf einzubinden beträgt der mittlere Strömungsquerschnitt des Anfahrdruckreduzierelementes 9 mindestens das Vierfache des Strömungsquerschnitts der Druckreduziereinheit 3 am Eintrittspunkt 10 der Verdampfereinheit 5. Damit kann gewährleistet werden, dass trotz der Aufgabe des Anfahrdruckre-duzierlementes 9 beim Anfahren aus dem druckausgeglichenen Zustand der Verdichtereinheit 5 dem gasförmigen Kältemittel im ersten Strömungsabschnitt 7 einen hohen Strömungswiderstand entgegenzusetzen, es dem Kältemittel dennoch ermöglicht wird, in den zweiten Strömungsabschnitt 8, wenn auch lediglich langsam und mit geringem Massenstrom, überzuströmen, um den Kältemittelkreislauf am Leben zu erhalten.

[0051] Des weiteren sieht die optimale Einbindung des Anfahrdruckreduzierelementes 9 in den Kältemittelkreislauf vor, dass der mittlere Strömungsquerschnitt desselben kleiner ist als der mittlere Strömungsquerschnitt einer das Kältemittel von der Verdampfereinheit 5 in ein die Verdichtereinheit 1 umgebendes Gehäuse 14 transportierenden Saugleitung 6, wodurch der rasche Druckabbau im zweiten Strömungsabschnitt 8 gewährleistet ist.

[0052] Eine besonders signifikante Reduktion der erforderlichen Leistung der Verdichtereinheit 1 beim erstmaligen Hochfahren aus dem druckausgeglichenen Zustand hat sich bei einer sich einstellenden Druckdifferenz zwischen erstem Strömungsabschnitt 7 und zweitem Strömungsabschnitt 8 zwischen 5% und 30% Prozent ergeben (inkl. normalen Strömungsverlusten), wobei es als ausreichend für die Lösung der Aufgabenstellung angesehen wird, wenn dieser Druckunterschied bis zu 60 Minuten nach dem erstmaligen Start der Verdichtereinheit aus dem druckausgeglichenen Zustand aufrecht erhalten wird. 7/13

Claims (10)

1. österreichisches Patentamt AT11 937U1 2011-07-15 BEZUGSZEICHENLISTE 1 Verdichtereinheit 2 Kondensatoreinheit 3 Druckreduziereinheit 4 Kühlraum 5 Verdampfereinheit 6 Saugleitung 7 erster Strömungsabschnitt 8 zweiter Strömungsabschnitt 9 Anfahrdruckreduzierelement 10 Eintrittspunkt der Verdampfereinheit 11 Messpunkt nach dem Anfahrdruckreduzierelement 12 Messpunkt stromabwärts des Eintrittspunktes 10 13 Austrittspunkt der Verdampfereinheit 14 die Verdichtereinheit umgebendes Gehäuse Ansprüche 1. Kühlvorrichtung umfassend einen ein zirkulierendes Kältemittel beinhaltenden Kältemittelkreislauf sowie eine Verdichtereinheit (1), eine Kondensatoreinheit (2), eine in einem Kühlraum (4) angeordnete Verdampfereinheit (5) sowie eine zwischen Kondensator- (2) und Verdampfereinheit (5) angeordnete Druckreduziereinheit (3) vorzugsweise in Form eines Kapillarrohres, wobei die Verdampfereinheit (5) einen ersten Strömungsabschnitt (7) mit einem ersten mittleren Strömungsquerschnitt sowie einen zweiten Strömungsabschnitt (8) mit einem zweiten mittleren Strömungsquerschnitt aufweist und beide Strömungsabschnitte über ein Anfahrdruckreduzierelement (9), dessen mittlerer Strömungsabquerschnitt kleiner als der erste und zweite mittlere Strömungsquerschnitt ist, miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Anfahrdruckreduzierelement (9) um eine Blende handelt.
2. 2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anfahrdruckreduzierelement (9) eine Länge aufweist, die zwischen 5% und 15%, vorzugsweise 10% der Gesamtlänge der Verdampfereinheit (5) gemessen zwischen einem Eintritts- (1) und einem Austrittspunkt (13) des Kältemittels in die bzw. aus der Verdampfereinheit (5) beträgt.
3. 3. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strömungsabschnitt (7) ein Volumen aufweist, welches größer als das flüssige Volumen des im gesamten Kältemittelkreislauf befindlichen Kältemittels ist.
4. 4. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass erster mittlerer Strömungsquerschnitt und zweiter mittlerer Strömungsquerschnitt sich im Wesentlichen um nicht weniger als 5% voneinander unterscheiden, vorzugsweise gleich groß sind.
5. 5. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Anfahrdruckreduzierelement (9) bezogen auf die gesamte Länge der Verdampfereinheit (5) zwischen einem Eintritts- (1) und einem Austrittspunkt (13) des Kältemittels in die bzw. aus der Verdampfereinheit (5) in der ersten Hälfte der Verdampfereinheit (5), vorzugsweise innerhalb der ersten 10% bis 20% der gesamten Länge angeordnet ist.
6. 6. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Strömungsquerschnitt des Anfahrdruckreduzierelementes (9) mindestens das Vierfache des Strömungsquerschnitts der Druckreduziereinheit (3) am Eintrittspunkt (10) der Verdampfereinheit (5) beträgt. 8/13 österreichisches Patentamt AT11 937U1 2011-07-15
7. 7. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Strömungsquerschnitt des Anfahrdruckreduzierelementes (9) kleiner ist als der mittlere Strömungsquerschnitt einer das Kältemittel von der Verdampfereinheit (5) in ein die Verdichtereinheit (1) umgebendes Gehäuse (14) transportierenden Saugleitung (6).
8. 8. Verfahren zum Reduzieren der beim Anfahren einer Verdichtereinheit einer ein zirkulierendes Kältemittel aufweisenden, sich im druckausgeglichenen Zustand befindlichen Kühlvorrichtung erforderlichen Leistung, wobei die Kühlvorrichtung neben der Verdichtereinheit (1), eine Kondensatoreinheit (2), eine in einem Kühlraum (4) angeordnete Verdampfereinheit (5) sowie eine zwischen Kondensator- (2) und Verdampfereinheit (5) angeordnete Druckreduziereinheit (3) vorzugsweise in Form eines Kapillarrohres umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Kältemittels während des Anfahrens aus dem druckausgeglichenen Zustand der Verdichtereinheit (1) in einem zweiten Strömungsabschnitt (8) der Verdampfereinheit (5), aus welchem das Kältemittel in die Verdichtereinheit (1) gesaugt wird, gegenüber einem ersten Strömungsabschnitt (7) der Verdampfereinheit (5), welcher in Strömungsrichtung des Kältemittels betrachtet vor dem zweiten Strömungsabschnitt (8) angeordnet ist, während des Anfahrens aus dem druckausgeglichenen Zustand geringer gehalten wird.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckunterschied zwischen erstem Strömungsabschnitt (7) und zweitem Strömungsabschnitt (8) zwischen 5 und 30 Prozent beträgt.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckunterschied für einen Zeitraum zwischen bis zu 60 Minuten nach dem erstmaligen Start der Verdichtereinheit (1) aus deren druckausgeglichenen Zustand aufrechterhalten wird. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen 9/13