DE1501175A1

DE1501175A1 - Kuehlanlage

Info

Publication number: DE1501175A1
Application number: DE19661501175
Authority: DE
Inventors: Harnish James R
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1965-11-19
Filing date: 1966-11-16
Publication date: 1969-10-23
Also published as: DE1501175B2; GB1126496A; FR1516006A; DE1501175C3; US3320763A

Description

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Westinghouse Electric Corporation in East Pittsburgh, Pa., VSTA

Kühlanlage

Die Erfindung betrifft eine Kühlanlage mit gesteuertem Drosselventil vor dem Verdampfer.

In der eigenen deutschen Patentanmeldung W 41 481 vom 3. Mai 1966 ist eine Kühlanlage vorgeschlagen, bei der einem Drosselventil das den Verdampfer im Normalbetrieb überfüttert, ein selbsttätig gesteuertes Drosselventil parallelgeschaltet ist, das auf den Kühlmitteldruck am Ausgang des Verdampfers anspricht, das den Verdampfer unter anomalen Bedingungen, bei denen der Verflüssigungsdruck nicht ausreicht, um das normale Drosselventil richtig zu betätigen, gegen Entleerung sichert. Ferner ist es bekannt, in der Hochdruckflüssigkeitsleitung einer Kühlanlage ein elektromagnetisch betätigtes Ventil vorzusehen, um bei der Stillsetzung der Anlage den Flüssigkeitsumlauf abzusperren.

Alle diese Ventile sind für große Kühlanlagen nicht handelsüblich und müssen deshalb in Sonderanfertigung bestellt werden, veshalb sie recht teuer sind. Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung

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einer Kühlanlage, die auch bei großen Leistungen verhältnismäßig kleine Steuerventile erfordert, die leicht im Handel erhältlich sind.

Die erfindungsgemäße Kühlanlage mit im'Kühlmittelkreislauf hintereinander angeordnetem Kompressor, Verflüssiger, Drosselventil und Verdampfer ist dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselventil von einem Steuerventil abhängt, das seinerseits auf Druck- und Temperaturänderungen des Kühlmittels am Ausgang des Verflüssigers an-' spricht und das Drosselventil dementsprechend mit einem Betätigungsdruckmittel versorgt.

Vorzugsweise liegt in der Steuerleitung ein verhältnismäßig kleines weiteres Drosselventil, das bei zu hohem Ausgangsdruck des Verdampfers das Hauptdrosselventil zu schließen sucht, um so eine Ueberlastung .oder eine selbsttätige Abschaltung des Kompressors beim Anlaufen/der Wärme unter hoher Umgebungstemperatur zu verhindern.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beschrieben. Hierin sind:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kühlanlage,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung des vom Verdampfer gesteuerten Pilotventils in Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittdarstellung des vom Verflüssiger betätigten Steuerventils in Fig. 1 und

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- 3 Fig. 4 eine Schnittdarstellung des Hauptdrosselventils in Fig. 1

Gemäß Fig. 1 ist der in bekannter Weise hermetisch geschlossene Kühlmittelkompressor C mit gekapseltem Elektromtor CM über eine Druckgasleitung 10 mit dem einen Ende der Verflüssigerschlange 11 verbunden. Das andere Ende des Verflüssigers ist über eine Druckflüssigkeit sleitung 12 und einen im Speicher 13 untergebrachten Wärmetauscher (nicht dargestellt) mit dem Einlaß des Hauptdrosselventils 14 verbunden, dessen Auslaß über das Rohr 15 mit dem Einlaß eines Verdampfers 16 verbunden ist, von dessen Auslaß ein Rohr 17 zum Dom des Speichers 13 führt. Der Speicher 13, dessen Aufbau im einzelnen in der erwähnten älteren Patentanmeldung beschrieben ist, steht über ein Saugrohr 18 mit der Saugseite des Kompressors C in Verbindung.

Die Hochdruckleitung 12 ist ferner an einer Stelle zwischen dem Speicher 13 und dem Drosselventil 14 mit einem Rohr 20 verbunden, das über ein Ventil 21 zu den Einlassen zweier Steuerventile 22 und 23 führt. Die Auslässe der Ventile 22 und 23 sind über ein Rohr 24 und ein Magnetventil 25 mit der Oberseite der Schieberkammer 26 des Hauptdrosselventils 14 verbunden.

Das Steuerventil 23 besitzt eine Henbrankammer 30, in der eine Membran 31 (Fig. 2) ausgespannt ist. Das Abteil der Kammer 30 unterhalb der Membran 31 ist über eir. Kapillarrohr 32 mit dem Rohr 17 verbunden. Zwischen Einlaß und Auslaß des Ventils 23 befindet sich

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eine Scheidewand mit einem Ventilsitz 35. Ein Ventilkörper 36 unterhalb des Ventilsitzes 35 ist über eine Ventilspindel 37 mit der Membran 31 verbunden, während eine zwischen der Membran 31 und der Oberseite der Kammer 30 befindliche Schraubenfeder 38 den Ventil- . körper 36 zu öffnen sucht.

Das Ventil 31 ist in gleicher Weise w^e das Ventil 23 aufgebaut, jedoch ist es auf Schließung bei einem anderen Druck eingestellt. Die eine Seite seiner Membrankammer 39 ist über ein Kapillarrohr 40 mit dem Rohr 32 verbunden.

Das Steuerventil 22 besitzt eine Membrankammer 41 mit einer Membran 42 und eine Scheidewand 43 mit einem Ventilsitz 44 zwischen Einlaß und Auslaß. Ein Ventilkörper 45 oberhalb des Ventilsitzes 44 ist über eine Ventilspindel 46 mit der Membran 42 verbunden. Eine die Spindel 46 umgebende Schraubenfeder 47, die zwischen der unteren Wand der Kammer 41 und der Oberseite des Ventilkörpers 45 eingespannt ist, sucht das Ventil zu schließen. Der Raum oberhalb der Membran 42 ist über ein Kapillarrohr 50 mit einer Thermometerkugel 51 verbunden, die an einer Stelle zwischen dem Speicher 13 und dem Verflüssiger 11 in wärmeleitenderBerührung mit der Leitung 12 steht. Der Kaum der Kammer 41 unterhalb der Membran 42 steht über ein Kapillarrohr 52 an einer Stelle in der Nähe der Thermometerkugel 51 mit dem Inneren des Rohres 12 in Verbindung.

Wie Fig. '4 a«igt, ist in der Schieberkammer 25 des Hauptdrosselventils 14 ein Kolbenschieber 55 verschiebbar. Die Scheidewand 56 trennt

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Einlaß und Auslaß des Drosselventils 14 und ist mit einem Ventilsitz 57 versehen. Bin Ventilkörper 58 unterhalb des Ventilsitzes 57 ist über eine Spindel 59 mit dem Schieber 55 verbunden und eine zwischen dem Ventilkörper 58 und dem Boden des Ventils 14 befindliche Schraubenfeder 60 sucht das Ventil 58 zu schließen. Der Schieber 55 weist einen Druckausgleichskanal 61 auf.

Gemäß Fig. 1 wird das Ventil 25 von einem Elektromagneten 65 betätigt, der über Adern 66 und 69 mit der Netzleitung L2 und über die Ader 70 und dem Schaltkontakt S2 des Starters MS mit der Netzleitung L1 verbunden ist. Der Kompressormotor CM ist einerseits unmittelbar mit der Netzleitung Li und andererseits über den Schaltkontakt S1 des Motorstarters MS und die Ader 66 mit der Netzleitung L2 verbunden. Ferner ist die die Betätigungswicklung des Starters MS über den Schalter TS des Thermostaten Tund die Adern 67 und 68 an die Netzleitungen Li und L2 angeschlossen.

Arbeitsweise:

Wenn die am Thermostaten T eingestellte Kühlguttemperatür überschritten wird, schließt der Thermostat den Schalter TS, wodurch der Motorstarter MS anzieht. Er schließt seine Kontakte Si und S2. Infolgedessen läuft der Kompressormotor CM an und gleichzeitig kommt der Magnet 65 unter Strom und öffnet das Ventil 25· Der Kompressor C liefert Druckgas über die Leitung 10 zum Verflüssiger 11. Das verflüssigte Kühlmittel strömt vom Verflüssiger 11 durch das

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Rohr 12 und den Wärmetauscher im Speicher 13 zum Drosselventil 14, das die in den Verdampfer 16 gelangende Kühlmittelmenge bestimmt. Das dort verdampfte Kühlmittel und die nicht verdampfte Kühlflüssigkeit strömen aus dem Verdampfer 16 durch das .Rohr 17 in den Speicher 13, wo sich das Gas von der Flüssigkeit trennt und allein über das Saugrohr 18 in den Kompressor C zurückströmt.

Das Ventil 21 ist so eingestellt, daß es im Normalbetrieb offen . ist, so daß flüssiges Kühlmittel aus dem Rohr 12 zu den Einlassen der Steuerventile 22 und 23 gelangen kann. Die Einstellung des Ventils 21 ist so getroffen, daß es zu schließen beginnt, venn der Druck am Ausgang des Verdampfers 16 einen bestimmten Wert, z, B. 5,7 Atm, übersteigt.

Das Steuerventil 23 ist im Normalbetrieb, venn der Verdampferdruck normal ist, geschlossen und öffnet sich nur, venn der Verdampfer 16 an Kühlmittel zu verarmen beginnt.

Im Normalbetrieb stellt das Steuerventil 22 das Drosselventil 14 so ein, daß es dem Verdampfer 16 das Kühlmittel in gleicher Menge zuführt, in welcher es im Verflüssiger 11 kondensiert vird, wobei eine bestimmte Unterkühlung von z. B. -12 ⁰C bei einer Verflüssigung stemperatür von 38 ⁰C aufrecht erhalten vird. Eine Temperaturzunahme der Kühlflüssigkeit im Rohr 12 virkt über die Thermometerkugel 51, das Kapillarrohr 50 und die Membran 42 des Ventils 22 auf den Ventilkörper 45, so daß Ventil 22 sich veiter schließt und der Flüssigkeitsdruck oberhalb des Schiebers 55 des Drosselventils

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14 abnimmt, wodurch der Ventilkörper 58 sich stärker schließt und mehr Kühlflüssigkeit im Verflüssiger 11 zurückhält, wodurch die Drosselvirkung und damit die Unterkühlung der Flüssigkeit verstärkt wird. Ein erhöhter Flüssigkeitsdruck im Rohr 12 wirkt über das Kapillarrohr 52 und die Membran 42 auf den Ventilkörper des Steuerventils 22 im Sinne einer Oeffnung desselben ein, wodurch der Flüssigkeitsdruck oberhalb des Steuerschiebers 55 erhöht und der Ventilkörper 58 des Drosselventils 14 stärker geöffnet wird. Wenn die Kondensationsgeschwindigkeit des Kühlmittels im Verflüssiger 11 zunimmt und das Drosselventil 14 hierfür nicht genügend offen ist, staut sich die Flüssigkeit im Verflüssiger 11, bis der Druck soweit ansteigt oder die Temperatur soweit absinkt, daß das Steuerventil 22 das Drosselventil 14 stärker öffnet und umgekehrt. Aendert sich die Kondensationsgeschwindigkeit, so stellt das Steuerventil 22 jeweils das Drosselventil 14 derart nach, daß das letztere das Kühlmittel dem Verdampfer 16 im gleichen Maße zuführt, in welchem es im Verflüssiger 11 kondensiert wird, was der Verdampfungsgeschwindigkeit im Verdampfer 16 und dem Speicher 13 entspricht, wodurch sich eine ständige Ueberfütterung des Verdampfers 16 mit der Kühlflüssigkeit ergibt.

Bei anomalen Betriebsbedingungen, z. B. sehr niedrigen Außentemperaturen oder anderen Bedingungen, die zu sehr niedrigen Kondensationsdrücken führen, kann es vorkommen, daß die Abkühlung der Kühlflüssigkeit in der Umgebung des Thermometers 51 nicht asreicht, um das Steuerventil 22 zu einer ausreichenden Oeffnung des

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Drosselventils 14 zu bringen, so daß der Verdampfer 16 fortschreitend an der Kühlflüssigkeit verarmt. In solchen Fällen spricht das Steuerventil 23 über das Kapillarrohr 32 auf den verringerten Kühlmitteldruck im.Rohr 17 am Auslaß des Verdampfers an und infolge des Druckabfalls unterhalb der Membran 31 des Ventils 23 kann die Feder 38 den Ventilkörper 36 öffnen, wodurch Druckflüssigkeit zur Oberseite* des St'euerschiebers 55 gelangt, so daß das Drosselventil 14 sich ausreichend öffnet, um die Weiterversorgung des Verdampfers 16 mit Kühlflüssigkeit zu sichern.

Die Druckausgleichsbohrung 61 im Steuerschieber 55 ermöglicht den Druckausgleiii zwischen der Oberseite des Steuerschiebers und dem Ventilauslaß 14, vodurch die Feder 60 den Ventilkörper 58 im Sinne einer Schließung des Ventils 14 verschieben kann.

Beim Einschalten der Kühlanlage können besondere Probleme auftreten. Wenn es sich z. B. um eine Wasserkühlanlage handelt, die bei einer Außentemperatur von 40 ⁰C arbeiten muß, so beträgt die Ausgangstemperatur des zu kühlenden Wassers oft 32 ⁰C und mehr. Das bedeutet, daß der Kompressor bei sehr hohen Ansaugdrücken und entsprechend hohen Auslaßdrücken arbeiten muß, bis das Wasser auf eine Temperatur unter 13 ⁰C abgekühlt ist. Der Verflüssiger ist zvar z. B. für den Betrieb bei einer Außentemperatur von etva 46 ⁰C bemessen, aber nur, wenn die Wassertemperatur am Ausgang des Wasserkühlers etva 10 ⁰C beträgt. Infolgedessen ist der Kompressor anfangs stark überlastet und urd ständig durch seinen Ueberlast-

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schalter oder Ueberdruckschalter ausgeschaltet. Das Steuerventil 21 verhindert das. Wenn der Verdampferdruck über 5,7Atm ansteigt,, wird das Ventil 21 über das Kapillarrohr 40 teilweise geschlossen, wodurch die dem Steuerventil 22 bzw. 23 zugeführte Flüssigkeitsmenge abnimmt und das Drosselventil 14 sich stärker schließt , so daß der Verdampfer verarmt und dadurch übermäßige Kühlmitteldrücke und eine entsprechende Ueberlastung des Kompressormotors vermieden werden.

Stellt der Thermostat T eine ausreichende Temperaturerniedrigung des Kühlgutes fest, so öffnet er seinen Schalter TS, wodurch der Motorstarter MS abfällt und durch Oeffnung der Kontakte S1 und S2 den Kompressormotor CM, sowie den Elektromagneten 65 stromlos macht. Infolgedessen schließt sich das Ventil 25 in der Steuerleitung 24, so daß der Flüssigkeitsdruck oberhalb des Steuerschiebers 55 aufhört und die Feder 60 den Ventilkörper 58 infolge der Ausgleichsbohrung schließen kann.

Da sich die Ventile 21, 22, 23 und 25 in der Flüssigkeitsdruckleitung für die Schieberkammer 26 des Drosselventils 14 befinden, können sie verhältnismäßig klein sein. Beispielsweise genügen zur Steuerung eines Drosselventils 14 mit einer Belastbarkeit von 28,8 χ 10 kg-Cal Steuerventile mit einer Belastbarkeit von 21,8 χ 10⁴ kg-Cal.

Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel betraf eine

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ORIGINAL !INSPECTED

150*37,5«*

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nichtreversible Anlage mit Verflüssiger und Verdampfer. Die Erfindung kann aber auch bei Wärmepumpen und anderen Anordnungen
verwendet werden, bei denen der Verdampfer als "wasser- ocler
Plüssigkeitskühler dient und/oder der-Kondensator fiüssigkeits-

gekühit ist. . . . ·■..:.·:· χ "·,

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Claims

WESTINGHOUSE ELECTBIC CORPORATION in East Pittsburgh, Pa., VSTA Patentan sprüche

1. Kühlanlage mit im Kühlmittelkreislauf hintereinander angeordnetem Kompressor, Verflüssiger, Drosselventil und Verdampfer, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselventil (14) von einem !Steuerventil (22) abhängt, das seinerseits auf Druck- und Tempera tür Änderung en des Kühlmittels am Ausgang des Verflüssigers (11) anspricht und das Drosselventil dementsprechend mit einem Betatigungsdruckmittel beaufschlagt.

2. Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (22) so ausgebildet ist, daß es bei einer Erhöhung des Kühlmitteldruckes und einer Erniedrigung der Kühlmitteltemperatur das Drosselventil zu öffnen sucht und umgekehrt.

3. Kühlanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuerventil (22) ein normalerweise geschlossenes Pilotventil (23) parallelgeschaltet ist, das bei einem bestimmten Druckabfall des Kühlmittels am Auslaß des Verdampfers (i6) sich öffnet.

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4. Kühlanlage nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuerventil (22) in der Betätigungsdruckleitung (20) ein normalerweise geöffnetes Pilotventil (21) vorgeschaltet ist, das sich bei einem bestimmten Druckanstieg des Kühlmittels am Auslaß des Verdampfers schließt,

5. Kühlanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein in der Betätigungsdruckleitung liegendes Absperrventil (25), das beim Abschalten des Kompressors geschlossen und beim Einschalten des Kompressors geöffnet wird.

6. Kühlanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß der Betätigungsdruckleitung (20) in Verbindung mit dem Kühlmittelkreislauf steht.

7. Kühlanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsdruckleitung (20) zwischen d-em Verflüssiger (11) und dem Drosselventil (14) an die Kühlmittelleitung (12) angeschlossen ist.

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