DE1254652B - Kaelteanlage - Google Patents

Description

• Kälteanlage Die Erfindung betrifft eine Kälteanlage mit Verdichter, Kondensator und einem elektrothermischen Kühlaggregat sowie einem im Kreislauf bewegten Kältemittel.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine regelbare Erhöhung der Kälteleistung derartiger Anlagen bei geringem Bau- und Energieaufwand zu erzielen. Es ist bereits eine Kältemaschine bekannt, bei der im Kältemittelkreislauf zwischen Kondensator und Verdampfer ein Kühler vorgesehen ist. Durch diesen Vorkühler kann ohne Anwendung eines Kältemittels nicht die Temperatur der Flüssigkeit bis zum Siedepunkt herabgesetzt werden.
• Auch die Verwendung einer Dampfkühlmaschine als Kühlmittel gibt keine Erhöhung der Kälteleistungsfähigkeit, da die durch die Abkühlung der Flüssigkeit erhaltene zusätzliche Kälteleistungsfähigkeit durch die Verringerung der Kälteleistung des Hauptverdampfers auf Kosten des Verbrauches für den Kühlprozeß kompensiert wird.
• Bekannt ist auch ein Kaskadensystem unter Abkühlung der Flüssigkeit auf Kosten der Dampfüberhitzung vor dem Einsaugen durch den Kompressor. Die Abkühlung der Flüssigkeit kann hierbei nicht vollständig sein, da diese durch das Verhältnis der Wärmekapazitäten der Flüssigkeiten und des Dampfes bestimmt wird. Gewöhnlich ist die Wärmekapazität des überhitzten Dampfes der Kühlmittel geringer als die Wärmekapazität der Flüssigkeit. So beträgt unter Bedingungen des Normalzyklus das Verhältnis der Wärmekapazität des Dampfes und der Flüssigkeit für Freon-12 = 0,652, für Freon-11 = 0,667, für Freon-21 = 0,583. Deshalb kann man durch Abkühlen der Flüssigkeit mittels überhitzten Dampfes auch im Grenzfall keine volle Abkühlung und keine erhebliche Vergrößerung der Leistungsfähigkeit erreichen.
• Außerdem ist zur Erzielung einer äußersten Abkühlung der Flüssigkeit durch Überhitzen des Dampfes eine wesentliche Überhitzung erforderlich, was in einer Reihe von Fällen zur Erhöhung des Energieverbrauches führt.
• Bekannt ist weiterhin ein Kaskadensystem der Abkühlung des Kondensators der Kompressorkühlmaschine mittels einer elektrothermischen Kühleinheit.
• Bei vollständiger Abkühlung der Flüssigkeit bzw. des Dampfes bis zum Siedepunkt im Kaskadenzyklus des Freon-12 muß die gesamte Belastung der Kühlmaschine durch den thermoelektrischen Kühler aufgenommen werden, während die Belastung des Kompressors gleich Null ist, wodurch auf 1 kg des Arbeitskörpers 34,5 kcal benötigt werden. Demgegenüber ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das elektrothermische Kühlaggregat im Kreislauf des Kältemittels dem Kondensator als ein an sich bekannter Nachkühler nachgeschaltet ist. Hierdurch wird eine regelbare Erhöhung der Kälteleistung erzielt, wobei im Vergleich zur letztgenannten Einrichtung die Belastung des thermoelektrischen Kühlers nur 11,7 Kalorien, d. h. 34 % beträgt. Dementsprechend verringert sich der thermoelektrische Kühler und verringert sich dessen Aufwendung. Außerdem tritt im Kaskadensystem, bei der maximalen Abkühlung der Flüssigkeit, auch ein erhöhter Energieverbrauch auf, da bei den zur Zeit erreichbaren Werten von Z die thermoelektrische Abkühlung unter gleichen Bedingungen einen großen Energieverbrauch erfordert. Beim erfindungsgemäßen System erfolgt die Abkühlung der Flüssigkeit bei einer höheren Temperatur, was einen weiteren Vorteil darstellt.
• Bekannt ist auch eine solche Kälteanlage, bei der der thermoelektrische Kühler in Form eines innen verrippten und außen anodisierten, vorzugsweise aus Aluminium bestehenden Kühlrohres ausgeführt ist, auf welchem die kalte Seite der Peltierelemente befestigt ist.
• Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind aber die Peltierelemente an der heißen Seite durch eine Bohrung aufweisende Platten verbunden, in welcher in bekannter Weise ein Verdrängerkörper angeordnet ist, wobei zwischen dem Verdrängerkörper und den Platten ein Ringkanal zum Durchlassen eines Kühlmittels für die heiße Seite der Peltierelemente verbleibt.
• In der Zeichnung ist die Erfindung näher erläutert. F i g. 1 veranschaulicht im ST-Schaubild den Kreisprozeß einer Kaltdampfanlage, die erfindungsgemäß mit dem thermoelektrischen Kühler versehen ist; F i g. 2 zeigt das Schaltschema der Anlage; F i g. 3 und 4 veranschaulichen den thermoelektrischen Kühler entsprechend im Längsschnitt und im Querschnitt nach Linie A-A in F i g. 3.
• Bei dem Betrieb einer bekannten Kaltdampfmaschine verläßt der Kältemitteldampf mit der Temperatur To den Verdampfer 1 und tritt im Zustand a (F i g. 1) in den Verdichter 2 ein, wo er bis zum Zustand b verdichtet wird. Im Kondensator 3 wird der Dampf bei der Temperatur T bis zum Punkt c kondensiert, worauf das flüssige Kältemittel das Regelventil 4 passiert und im Zustand d in den Verdampfer eintritt. Hier findet das Sieden des Kältemittels und das überhitzen des sich bildenden Dampfes bis zum Zustand a statt, wobei eine Kälteleistung entwickelt wird, die durch die Fläche a d f k bestimmt wird.
• Bei Verwendung des thermoelektrischen Kühlers 5 wird das den Kondensator 3 verlassende Kältemittel dem Kühler 5 zugeführt, wobei es bis zur Siedetemperatur (Punkt e in F i g. 1) abgekühlt wird. Jetzt wird im Verdampfer 1 eine Kälteleistung entwickelt, die um einen Betrag d Qo höher ist und durch die Fläche a e n k bestimmt wird.
• Der thermoelektrische Kühler 5 weist ein Aluminiumrohr 6 (F i g. 3) auf, das innen mit Rippen 7 versehen ist, die zur Vergrößerung der Kühlfläche und Turbulenzbildung des Kältemittelstromes dienen.
• Auf der Außenoberfläche des Kühlrohres 6 sind Kühlsektionen 8 befestigt, die Kupferkörper 9 (F i g. 4) aufweisen, von welchen jeder eine an den Durchmesser des Rohres 6 angepaßte Bohrung 10 hat. Der Schlitz 11 ermöglicht das Aufspannen des Körpers auf das Kühlrohr und gewährleistet ein dichtes Anliegen der beiden Teile.
• Zur Verhütung eines Kurzschlusses der Sektionen 8 ist das Kühlrohr 6 außen anodisiert.
• Auf den gegenüberliegenden Flächen der Sektionen 8 werden die Halbleiterthermoelemente 12 zusammengebaut. Eine Sektion stellt also die Kaltlötstelle eines Thermoelementes dar.
• Die Heißlötstellen 1 bis 3 sind durch die Kupferplatten 14 in der Weise verbunden, daß der Strom die Thermoelemente aller Sektionen nacheinander durchfließt. Durch die Plattenöffnungen 15 ist der Verdränger 16 geführt, der zur Turbulenzbildung des Kühlmittelstromes und zur Verbesserung der Wärmeabfuhr von Kaltlötstellen beiträgt. In der beschriebenen Konstruktion tritt das Kältemittel in das Kühlrohr 6 an der Seite ein, wo die Kühlsektionen mit den Thermoelementen geringer Dicke bestückt sind. Beim Durchfließen des Kühlrohres passiert das Kältemittel die Kühlsektionen mit immer größerer Thermoelementendicke und immer niedrigerer Temperatur der Kaltlötstellen.
• Zur Kühlung der Heißlötstellen 13 wird in den Kühler ein Kühlmittel, z. B. das Wasser, durch den Rohransatz 17 eingeleitet, und zwar von der Seite, wo die Thermoelemente stärker ausgeführt sind. Die Ableitung des Kühlwassers erfolgt an der gegenüberliegenden Seite des Kühlers. Die Abkühlung des Kältemittels wird durch die Veränderung der dem Kühler zugeführten Menge der elektrischen Energie oder auch durch Veränderung der Zahl der im Betrieb befindlichen Thermöelemente geregelt.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Kälteanlage mit Verdichter, Kondensator und einem elektrothermischen Kühlaggregat sowie einem im Kreislauf bewegten Kältemittel, d a -durch gekennzeichnet, daß das elektrothermische Kühlaggregat (5) im Kreislauf des Kältemittels dem Kondensator (3) als ein an sich bekannter Nachkühler nachgeschaltet ist.
2. 2. Kälteanlage nach Anspruch 1 und bei der der elektrothermische Nachkühler in Form eines innen verrippten und außen anodisierten, vorzugsweise aus Aluminium bestehenden Kühlrohres ausgeführt ist, auf welchem die kalte Seite der Peltierelemente befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Peltierelemente (12) an der heißen Seite durch eine Bohrung (15) aufweisende Platten (14) verbunden sind, in welcher in bekannter Weise ein Verdrängerkörper (16) angeordnet ist, wobei zwischen dem Verdrängerkörper (16) und den Platten (14) ein Ringkanal zum Durchlassen eines Kühlmittels für die heiße Seite der Peltierelemente verbleibt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 504 542; deutsche Auslegeschriften Nr. 1 141692, 1137 781; USA.-Patentschriften Nr. 3 037 358, 2 897 659, 2 680 956; A. F. Joffe, »Semiconductor Thermoelements and Thermoeleetric Coding«, Infosearch Ltd., London, 1957, S. 176; Russisches Buch »Halbleiter in Wissenschaft und Technik«, Verlag der Akademie der Wissenschaften der UdSSR, Bd. 1, 1958, Kapitel 17, S. 273.