DE10119954A1

DE10119954A1 - Kältemitteleinspritzung in Verdampfer

Info

Publication number: DE10119954A1
Application number: DE2001119954
Authority: DE
Inventors: Gotthard Saupe
Original assignee: Grasso GmbH Refrigeration Technology
Current assignee: GEA Refrigeration Germany GmbH
Priority date: 2001-04-24
Filing date: 2001-04-24
Publication date: 2002-10-31

Abstract

Die Erfindung betrifft die Einspritzung von Kältemittel in Verdampfer von Kälteanlagen oder -sätzen. DOLLAR A Nach der Aufgabe der Erfindung soll das Kältemittel in Verdampfer bei vollständiger Kältemittelbenetzung der Verdampferfläche eingespritzt werden. DOLLAR A Die Erfindung beschreibt den Einsatz keines Wärmeübertagers als Sensor.

Description

Die Erfindung betrifft die Einspritzung von Kältemittel in Verdampfer von Kältesätzen oder -anlagen ohne Überhitzung und ohne Niederdruck- Flüssigkeitsabscheider.

In der Kältetechnik sind Verfahren mit thermostatisch oder elektronisch gesteuerten Einspritzorganen zur optimalen Verdampferfüllung von Einspritz verdampfern bekannt, bei denen die innerhalb des Verdampfers erzielte Sauggas überhitzung als Maß dient.

Nachteilig ist dabei die vom Kältemittel unbenetzte Überhitzungsfläche der Verdampfer mit schlechten Wärmeübergängen, die den Apparat vergrößert und kleine Temperaturabstände zwischen Verdampfung und Kälteträgeraustritt nicht zuläßt.

Als Verfahren ohne Überhitzung sind Niederdruckniveauregelsysteme bekannt, die soviel Kältemittel in einen Niederdruck-Flüssigkeitsabscheider einspritzen, wie der zugehörige Verdampfer verdampft.

Die Verdampferflächen sind dabei vollständig mit Kältemittel benetzt. Erforderlich ist der nachgeschaltete Niederdruck-Flüssigkeitsabscheider zum Schutz des Verdichters vor Flüssigkeit. Seine Größe und Anordnung im Schwerkraftbetrieb über dem Verdampfer mit Zirkulationsleitung führen zu nachteiligen Gesamt abmessungen sowie großen Kältemittelfüllungen. Die kältemittelseitigen Wärme übergänge sind lediglich durch Erhöhung des Schwerkraftumlaufes (Anheben des Niederdruck-Flüssigkeitsabscheiders) oder Pumpenumlauf zu steigern, das bedeutet weiteres Vergrößern der Abmessungen und Kosten.

Bekannte Verfahren ohne Überhitzung mit Hochdruckniveauregler entspannen das im Verflüssiger anfallende Kältemittel sofort auf die Niederdruckseite. Damit die entspannte Kältemittelmenge auch vollständig verdampft, ist der Verdampfer, der Niederdruck-Flüssigkeitsabscheider und die gesamte Kältemittelmenge genau zu bemessen. Nachteilig sind auch hier der nachgeschaltete Niederdruck- Flüssigkeitsabscheider mit Zirkulationsleitung zum Schutz des Verdichters vor Flüssigkeit und die bei hohen Kälteleistungen erforderlichen großen Hochdruck niveauregler. Die Verdampferflächen sind bei diesem Verfahren vollständig mit Kältemittel benetzt. Geschwindigkeitserhöhung durch Einspritzung in den Schwerkraftumlauf (Ejektorumlauf) erhöht auf einfache Weise die kältemittel seitigen Wärmeübergänge.

Weiterhin sind in der Kältetechnik Verfahren nach /1/ bekannt, bei denen die Einspritzung mit Hochdruckniveauregler direkt in den Verdampfer erfolgt. Dabei verdampft Kältemittel ohne Überhitzungen mit hohen Wärmeübergängen. In einem nachgeschalteten Niederdruck- Flüssigkeitsabscheider, der mit einem kreisprozeßinternen durch Hochdruckflüssigkeit beaufschlagten Wärmeübertrager kombiniert ist, wird abgeschiedene Flüssigkeit beheizt und in den Abscheideraum verdampft. Nachteilig sind hierbei der Niederdruck-Flüssigkeitsabscheider und die bei hohen Kälteleistungen erforderlichen großen Hochdruckniveauregler.

Aufgabe der Erfindung ist es, dass Kältemittel in Verdampfer von Kältesätzen oder -anlagen bei vollständiger Kältemittelbenetzung der Verdampferfläche eingespritzt wird, ohne daß ein Überhitzungssignal, ein Niederdruck- Flüssigkeitsabscheider, Zirkulationsleitungen und Niveauregler erforderlich sind.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein an sich bekannter kreisprozeßinterner und mit Hochdruckflüssigkeit beaufschlagter Wärmeübertrager (Nachverdampfer/Unterkühler) als Sensor für unverdampftes Kältemittel aus dem Verdampfer verwendet wird, eine Temperaturabsenkung der hochdruckseitigen Kältemittelflüssigkeit als Regelsignal erzeugt, der Naßdampfzustand x am Austritt des Verdampfers einstellbar ist und gleichzeitig Kältemittelflüssigkeit zum Schutz des Verdichters nachverdampft. Eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) wertet die Temperaturabsenkung aus und steuert abhängig von einer Sollwertabweichung und der Leistungsstufe des Verdichters den Öffnungsgrad eines elektrischen Einspritzreglers. Durch die SPS-kontrollierte Nachverdampfung gelangt keine Flüssigkeit in den Verdichter.

Nachstehend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt einen Kältekreislaufes mit elektrischem Einspritzregler 1, Verdampfer 2, Nachverdampfer/Unterkühler 3 mit zwei Temperatursensoren 4 und 5, Verdichter 6, SPS 7 sowie Verflüssiger 8. Sinkt die Wärmelast am Verdampfer 2, wird weniger Kältemittel verdampft, Naßdampf mit einen Dampfgehalt x < 1 und einer Enthalpie h gelangt in den Nachverdampfer/Unterkühler 3, der eine Wärmeleistung von Q_N = m_KM.(h" - h) zuführt, um das Kältemittel vollständig auf h" zu verdampfen. Die gleiche Wärmeleistung Q_N = m_KM.(h₄ - h₅) wird der Kältemittelflüssigkeit hochdruckseitig entnommen. Die Enthalpiedifferenzen sind gleich, so daß die zur Enthalpie absenkung der hochdruckseitigen Kältemittelflüssigkeit gehörende Temperatur differenz (t₄ - t₅) ein zum nachverdampften Naßdampfanteil (h" - h) proportionales Steuerungssignal darstellt.

Von der SPS wird dieses Signal ausgewertet und mit einem Sollwert verglichen, der einen definierten "nassen" Betrieb des Verdampfers mit vollständig kältemittel benetzter Wärmeübertragerfläche, d. h. mit höchsten Wärmeübergängen entspricht. Steigt (t₄ - t₅) über den Sollwert, reduziert die SPS den Öffnungsgrad des elektrischen Einspritzreglers. Die SPS berücksichtigt bei der Veränderung des Öffnungsgrades den abhängig vom Fahrprogramm des Verdichters berechneten Kältemittelmassenstrom m_KM = λ.V_th.LS/_SAUG.
λ: Liefergrad des Verdichters
V_th: theoretisches Fördervolumen des Verdichters
LS: Leistungsstufe des Verdichters
_SAUG: spezifisches Volumen im Ansaugzustand

Steigt die Wärmelast am Verdampfer 2, wird mehr Kältemittel verdampft, so daß der Naßdampfzustand am Verdampferaustritt in Richtung x = 1 geht, die Wärmeleistung des Nachverdampfer/Unterkühlers und die dazugehörende Temperaturdifferenz (t₄ - t₅) sinken. Fällt (t₄ - t₅) unter den Sollwert, erhöht die SPS den Öffnungsgrad des elektrischen Einspritzreglers.

Claims

1. Einspritzung von Kältemittel in Verdampfer von Kältesätzen oder -anlagen, gekennzeichnet dadurch, daß ein an sich bekannter kreisprozeßinterner und mit Hochdruckflüssigkeit beaufschlagter Wärmeübertrager (Nachverdampfer/Unterkühler) als Sensor für unverdampftes Kältemittel aus dem Verdampfer verwendet wird, eine Temperaturabsenkung der hochdruckseitigen Kältemittelflüssigkeit als Regelsignal erzeugt, und dass der Naßdampfzustand x am Austritt des Verdampfers einstellbar ist.

2. Einspritzung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) die Temperaturabsenkung der hochdruckseitigen Kältemittelflüssigkeit im Nachverdampfer/Unterkühler auswertet und abhängig von einer Sollwertabweichung und der Leistungsstufe des Verdichters den Öffnungsgrad eines elektrischen Einspritzreglers steuert.

3. Einspritzung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass durch die SPS- kontrollierte Nachverdampfung keine Flüssigkeit in den Verdichter gelangt.