DE2445065B2

DE2445065B2 - Kühlvorrichtung bzw. Kühl- und Heizvorrichtung

Info

Publication number: DE2445065B2
Application number: DE2445065A
Authority: DE
Inventors: Takeo Sennan Ueno (Japan)
Original assignee: Daikin Kogyo Co Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1973-09-21
Filing date: 1974-09-20
Publication date: 1980-07-24
Also published as: US3938349A; IT1019334B; GB1464453A; DE2445065A1; FR2244971A1; DE2445065C3; FR2244971B1

Description

während der Vierwegeumschaltverteiler zwischen dem Außenwärmetauscher und dem Innenwärmetauscher angeordnet und so betätigbar ist, daß entweder der Außenwärmetauscher oder der Innenwärmetauscher mit einer Einlaßleitung für den Flüssigkeitssammler verbindbar sind bzw. der Innenwärmetauscher oder der Außenwärmetauscher mit dem Entspannungsventil verbindbar sind (vgl. DE-OS 1 807 881), handelt es sich um eine derartige Vorrichtung, bei der die Steuerung auf dem Ausmaß der Unterkühlung basiert, wobei das Ausmaß der Überkühlung an der Auslaßseite des Kondensators mittels eines temperaturgesteuerten Zylinders von einem Entspannungsventil konstant gehalten wird.

Ein Anstieg in der Belastung dieser bekannten Kühl- und Heizvorrichtung, die unter normalen Verhältnissen so arbeitet, daß eine bestimmte Menge an Kältemittel durch den Kondensator und den Verdampfer zirkuliert, führt zu einer Temperaturerhöhung des aus dem Verdampfer austretenden Kältemittels. Wenn dieses Kältemittel hoher Temperatur über den Kompressor zum Kondensator geleitet wird, gibt das Kältemittel die Wärme in gesteigertem Ausmaß an den Kondensator ab, so daß das Ausmaß der Unterkühlung an der Auslaßseite des Kondensators abnimmt. Dies bedingt andererseits, daß die öffnungsweite des Entspannungsventils verringert werden muß, damit eine größere Menge an flüssigem Kältemittel im Kondensator gehalten wird und dadurch das Ausmaß der Unterkühlung konstant gehalten werden kann. Da jedoch die in einer Kühl- und Heizvorrichtung umlaufende Kältemittelmenge konstant ist, verringert sich die Menge an im Verdampfer befindlichem Kältemittel, falls im Kondensator flüssiges Kältemittel in größerem Umfang zurückgehalten wird, so daß sich das Kältemittel immer weiter aufheizt. Damit ist jedoch verbunden, daß der Feuchtigkeitsgehalt im Verdampfer unter das Normalniveau absinkt, so daß u. U. das Kältemittel in einen überhitzten gasförmigen Zustand überführt wird. Daraus folgt, daß sich mit dem Steuersystem dieser bekannten Kühl- und Heizvorrichtung keine Feineinstellung der Feuchtigkeitsverhältnisse im Verdampfer vornehmen läßt.

Ist umgekehrt bei der bekannten Kühl- und Heizvorrichtung die Belastung gering, was beispielsweise beim Inbetriebsetzen der Vorrichtung der Fall ist, würde das Ausmaß der Unterkühlung zu hoch, wenn nicht die öffnungsweite des Entspannungsventils erhöht würde, damit kein flüssiges Kältemittel im Kondensator zurückgehalten wird. Dies bedeutet jedoch, daß das Kältemittel in großer Menge zum Verdampfer gelangt, so daß die Feuchtigkeitsverhältnisse im Verdampfer über das Normalniveau ansteigen.

Daraus folgt, daß ein Steuersystem, bei dem das Ausmaß der Unterkühlung an der Auslaßseite des Kondensators konstant gehalten wird, nicht in der Lage ist, die Feuchtigkeitsverhältnisse an der Auslaßseite des Verdampfers konstant zu halten, da das Kältemittel ander Auslaßseite des Verdampfers bei Lastzunahme überhitzt und bei Lastabnahme in seinem Feuchtigkeitsgehalt stark ansteigt. Um diesem Nachteil entgegenzutreten, sind relativ große Verdampfer und Flüssigkeitsabscheider notwendig, die wiederum hinsichtlich ihres Wirkungsgrades kleiner bemessenen Anlagen unterlegen sind.

Bei einer Kühl- und Heizvorrichtung dieser Art wird die zugrundeliegende Aufgabe ebenfalls auf die erfindungsgemäße Weise gelöst.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kühl und Heizvorrichtung ermöglicht eine direkte Beein flussung des Zustandes des Kältemittels am Auslat ■' des Verdampfers, und zwar durch Messung des Aus maßes der Überhitzung eines Teils des Kältemittels Dadurch wird eine sehr feine Einstellung der Feuchtigkeitsverhältnisse im Verdampfer ermöglicht, wöbe das System rasch auf Zustandsänderungen anspricht

ι» Damit ist weiter der Vorteil verbunden, daß zur Ver dampfung der gesamte Wärmeaustauschbereich de; Verdampfers ausgenutzt werden kann, so daß siel Verdampfer mit sehr kompakten Abmessungen vorsehen lassen. Ferner ist es bei der erfindungsgemäßer

ι ■> Kühl- und Heizvorrichtung nicht notwendig, im Kondensator eine Unterkühlung vorzunehmen.

Auch muß bei der bekannten Kühl- und Heizvorrichtung Kältemittel im Kondensator zurückgehalter werden. Dies führt dazu, daß der Kondensator nichl

2» voll zur Umwandlung des gasförmigen Kältemittels in den flüssigen Zustand ausgenutzt werden kann unc dadurch dessen Kapazität nur teilweise ausgenutzi wird. Bei der erfindungsgemäßen Kühl- und Heizvorrichtung dagegen wird eine vollkommene Ausnutzung

2) der Kapazität erreicht.

Zur Verdeutlichung des Wesens der Erfindung wire im folgenden die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung kurz erläutert.

Wenn der Verdampfer im feuchten Zustand arbei-

in tet, liegt das Kältemittel am Auslaß des Verdampfers in einem gemischten dampfförmigen und flüssiger Zustand (d. h. zwischen der Feuchtigkeitslinie und dei Sattdampflinie nach Fig. 3) vor. Da die Temperatui des Kältemittels so lange konstant ist, wie der Ver-

η dämpfer im feuchten Zustand arbeitet, läßt sich der Trockenheitsgrad des Kältemittels nicht durch Messung der Temperatur des Kältemittels bestimmen Obschon eine Belastungsänderung zu einer Änderunj im Trockenheitsgrad führt, kann diese Änderung nichi

4(i gemessen werden. Erfindungsgemäß wird jedoch eir gewisser Teil des aus dem Verdampfer austretender Kältemittels, z. B. V₂₀ der gesamten Kältemittel menge, abgenommen und stets erhitzt. Wird ange nommen, daß die Kühlvorrichtung so ausgelegt ist daß bei einer Standardbelastung des Verdampfers dei Trockenheitsgrad des gesamten Kältemittels 85 % unc das Ausmaß der Überhitzung des abgezweigten Teil; des Kältemittels 5⁰C beträgt, so wird in einem solchen Fall, dann, wenn die Belastung ansteigt und dei

5(i Trockenheitsgrad des gesamten Kältemittels am Aus laß des Verdampfers mehr als 85% beträgt, der abge zweigte Teil des Kältemittels um mehr als 5 ° C über hitzt, da der Wärmeaustausch im Steuerwärmetauscher der gleiche bleibt. Am Ausgang des Steuerwärmetauschers wird somit eine Temperaturzunahme dei abgezweigten, durch den Steuerwärmetauscher gelei teten Kältemittels gemessen, und diese Temperatur änderung führt zu einem öffnen des Entspannung ventils, so daß die Menge an im Kreislauf befindlichen

bo Kältemittel zunimmt und damit auch der Feuchtigkeitsgehalt des gesamten Kältemittels, so daß diese! wieder einen Trockenheitsgrad von 85% annimmt Hierdurch wiederum sinkt das Ausmaß der Überhit zung des abgezweigten Teils des Kältemittels auf dai eingestellte Niveau von 5 ° C. Bei einer Abnahme dei Belastung läuft der oben beschriebene Regelvorganj umgekehrt ab.

Durch Messen des Ausmaßes der Überhitzung voi

einem kleinen abgezweigten Teil des unter niedrigem Druck stehenden Kältemittels läßt sich somit eine wirksame Feineinstellung hinsichtlich des Feuchtigkeitsgehaltes des Kältemittels im Verdampfer vornehmen. Im Verdampfer herrschen daher, ungeachtet von Änderungen in der an ihn angelegten Belastung, stets auf einem bestimmten Niveau gehaltene Feuchtigkeitsverhältnisse, so daß dessen Wirkungsgrad immer auf einer optimalen Höhe gehalten ist.

Gegenüber den bekannten Vorrichtungen wird somit erfindungsgemäß eine verbesserte Kühl- bzw. Kühl- und Heizvorrichtung der eingangs beschriebenen Bauart geschaffen, die bei relativ geringem baulichen Aufwand eine wesentlich kürzere Ansprechzeit irn Falle von Zustandsandcrungcn des Kältemittels aufweist und damit gewährleistet, daß die Feuchtigkeitsverhältnisse am Verdampfer stets auf einem bestimmten optimalen Niveau gehalten werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung bzw. Kühl- und Heizvorrichtung ergeben sich aus den Patentansprüchen 3 bis 6.

Der Ausdruck »Arbeiten des Verdampfers unter feuchten Bedingungen«, der in der Beschreibung verwendet wird, bezieht sich auf ein Arbeiten des Verdampfers, bei welchem sich das Kältemittel am Auslaß desselben in einem ungesättigten gasförmigen Stadium befindet, d. h. im Stadium eines Gemisches aus Gas und Flüssigkeit.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Rohrleitungsplan einer Kühl- und Heizvorrichtung, welche ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt,

Fig. 2 eine detaillierte schematische Darstellung der wesentlichen Teile der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung,

Fig. 3 ein Mollier-Diagramm zur Erläuterung der Leistung der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung,

Fig. 4 eine detaillierte schematische Darstellung der wesentlichen Teile der Vorrichtung, welche ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt.

Fig. 5 ein Mollier-Diagramm zur Erläuterung der Leistung der in Fig. 4 gezeigten Vorrichtung,

Fig. 6 einen Rohrleitungsplan einer Kühl- und Heizvorrichtung, welche ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt,

Fi g. 7 einen maßstäblich vergrößerten Schnitt eines Zweigabschnittes eines Einlaßrohres des in Fig. 6 gezeigten Steuerwärmetauschers,

Fig. 8 einen maßstäblich vergrößerten Schnitt eines Zweigabschnittes eines Auslaßrohrs des in Fig. 6 gezeigten Steuerwärmetauschers, und

Fig. 9a und 9b Darstellungen zur Erläuterung der wesentlichen, in Fig. 7 gezeigten Teile.

Fig. 1 zeigt eine Kühl- und Heizvorrichtung, weiche einen Kompressor 1, ein 4-Wege-Umschaltventil 2, einen Außenwärmetauscher 5, einen Flüssigkeitssammler 6c, ein automatisches, auf Temperatur ansprechendes Entspannungsventil 4, einen Innenwärmetauscher 3 und einen Flüssigkeitsabscheider 6 in Form eines Wärmeaustauschers umfaßt. Diese Teile sind miteinander in der dargestellten Art verbunden, so daß sie einen bekannten Kältekreislauf bilden. Ein Steuerwärmetauscher 7 und ein 4-Wege-Umschaltverteiler 9 sind in diesen Kreislauf eingeschaltet.

Nach Betätigung des 4-Wege-Umschaltventils 2 ist der Kompressor 1 mit seiner Auslaßseite entweder an den Außenwärmetauscher 5 oder den Innenwärmetauscher 3, der als Kondensator arbeitet, angeschlossen und der Flüssigkeitsabscheider 6 ist mit seiner Einlaßseite entweder an den Innenwärmetauscher 3 oder den Außenwärmetauscher 5 angeschlossen, welcher als Verdampfer wirkt.

Der 4-Wege-Umschaltverteiler 9 enthält vier Rückschlagventile 8, die zur Bildung einer Brückenschaltung miteinander verbunden sind. Die Anschlußstellen A und D des 4-Wege-Umschaltverteilers 9 sind an ein Ende des Innenwärmetauschers 3 an einer Seite gegenüber dem 4-Wege-Umschaltventil 2, bzw. an ein Ende des Außenwärmetauschers 5

til 2 angeschlossen. Die Anschlußstellen C und B des 4-Wege-UmschaItverteilers 9 sind an einem Auslaß des Entspannungsventils 4 bzw. einen Einlaß eines gerippten Rohres Ib angeschlossen, welches als hochdruckseitiger Kältemitteldurchlaß im Steuerwärmetauscher 7 dient. Somit fließt ein Kältemittelstrom, welcher durch das Entspannungsventil 4, den Steuerwärmetauscher 7 und den Flüssigkeitsabscheider 6 fließt, immer in einer vorbestimmten Richtung, auch wenn die Strömungsrichtung durch den Innenwärmetauscher 3 und den Außenwärmetauscher 5 zur Durchführung eines Heizvorganges umgekehrt wird.

Fig. 2 zeigt den Flüssigkeitsabscheider 6 und den Steuerwärmetauscher 7 in einem vergrößerten Maßstab. Der Flüssigkeitsabscheider 6 enthält einen Hauptteil 6a, der als unterdruckseitiger Kältemitteldurchlaß dient,eine Wärmetauscherspule 6b (Fig. 1), die in einem unteren Abschnitt des Hauptteils 6a quer angeordnet ist, und einen Flüssigkeitssammler 6c, der als hochdruckseitiger Kältemitteldurchlaß dient und luftdicht von oben in den Hauptteil 6a eingesetzt ist, so daß er oberhalb der Wärmetauscherspule 6b angeordnet ist. Der Hauptteil 6a hat eine Auslaßleitung 14, die von dem oberen Abschnitt seiner Seitenwand wegragt und ein ölrückleitungsrohr 6e, das von seinem unteren Abschnitt wegragt. Das ölrückleitungsrohr 6e ist mit der Auslaßleitung 14 außerhalb des Hauptteils 6a verbunden. Auf der anderen Seite erstreckt sich eine Einlaßleitung 13 durch den Flüssigkeitssammler 6c. Diese hat an ihrem unteren Ende eine öffnung, die oberhalb der Wärmetauscherspule 6b angeordnet ist. Der Flüssigkeitssammler 6c ist an seinem unteren Abschnitt mit dem oberen Ende der Wärmetauscherspule 6b verbunden. Das untere Ende der Wärmetauscherspule 6b ist mit der Einlaßseite des Entspannungsventils 4 verbunden, und die Einlaßleitung 13 ist an das 4-Wege-Umschaltventil 2 angeschlossen. Die Auslaßleitung 14 ist direkt an die Saugseite des Kompressors 1 und über ein Ausgleichsrohr an das Entspannungsventil 4 angeschlossen (Fig. 1).

Der Steuerwärmetauscher 7 enthält einen Hauptteil la, der über eine Zuleitung 11 mit kleinerem Durchmesser an die Einlaßleitung 13 und durch eine Ableitung 12 mit kleinerem Durchmesser an die Auslaßleitung 14 angeschlossen ist, so daß der Steuerwärmetauscher 7 einen Bypass in bezug auf den Flüssigkeitsabscheider 6 bildet. Der Steuerwärmetauscher 7 enthält ferner ein geripptes Rohr Ib, das im Hauptteil la angeordnet ist, so daß es sich entlang dessen Längsachse erstreckt und zwischen dem Ende B des Verbindungsrohres und dem oberen Abschnitt des Flüssigkeitssammlers 6c angeordnet ist, so daß ein

Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel unter niedrigem Druck, das durch den Hauptteil la hindurchgeht, und dem Kältemittel unter hohem Druck, das durch das gerippte Rohr Ib hindurchgeht, stattfinden kann.

Das Entspannungsventil 4 hat eine Meßeinrichtung 4a, die in der Ableitung 12 mit kleinerem Durchmesser angebracht ist und als Abtastelement zum Erfassen der Steuertemperatur dient. Die Meßeinrichtung 4a erfaßt die Temperatur des sich in gasförmigem Stadium und unter niederem Druck befindlichen Kältemittels, das dem Wärmeaustausch mit dem unter hohem Druck stehenden Kältemittel im Steuerwärmetauscher 7 ausgesetzt war und ermöglicht es, daß der Öffnungsgrad des Entspannungsventils 4 automatisch entsprechend eingesteiii wird.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der Kühl- und Heizvorrichtung mit dem obenerwähnten Aufbau beschrieben. In einem Kältekreislauf, der mit Pfeilen mit gestrichelten Linien dargestellt ist, wird ein geeignetes Kältemittel im gasförmigen Zustand und unter höherem Druck vom Kompressor 1 abgegeben und strömt durch das 4-Wege-Umschaltventil zum Außenwärmetauscher 5, der als Kondensator wirkt. Im Außenwärmetauscher wird der Hauptteil des Kältemittels in den flüssigen Zustand überführt, so daß das Kältemittel einen Trocknungsgrad X haben kann, der z. B. etwa 0,05 beträgt. Ist X = 1, befindet sich das Kältemittel in einem trockenen gesättigten gasförmigen Zustand. Ist X= 0, so befindet es sich in einem gesättigten flüssigen Zustand.

Dann läuft das flüssige Kältemittel durch die Enden D und B der Verbindungsrohre in das gerippte Rohr Tb des Stcuerwärmetauschcrs 7, wo es durch Wärmeaustausch abgekühlt wird, der zwischen ihm und einem Teil des Kältemittels stattfindet, das sich als Zweigstrom durch den Hauptteil Ta bewegt, nachdem es durch den Innenwärmetauscher 3 hindurchgeströmt ist, der als Verdampfer arbeitet. Das gekühlte Kältemittel wird in den Flüssigkeitssammler 6c eingebracht.

Das gekühite Kältemittel wird dann in der Wärmetauscherspule 6b einem weiteren Wärmeaustausch unterworfen. In der Wärmetauscherspule ist das feuchte Kältemittel verteilt, das am Auslaß des als Verdampfer arbeitenden Innenwärmetauschers 3 angeordnet ist, so daß es zu einem unterkühlten Kältemittel in flüssigem Zustand umgewandelt wird. Das flüssige unterkühlte Kältemittel läuft durch das Entspannungsventil 4 und die Enden C und A der Verbindungsrohre in den Innenwärmetauscher 3.

Im Innenwärmetauscher 3 wird das unterkühlte Kältemittel im flüssigen Zustand einem Wärmeaustausch mit der im Raum befindlichen Luft unterworfen, so daß es verdampft und in ein gesättigtes Kältemitte! umgewandelt wird, welches z. B. einen Trocknungsgrad X= 0,85 haben kann. Das gesättigte Kältemittel strömt durch das 4-Wege-Umschaltventil 2 und der Hauptanteil desselben wird durch die Einlaßleitung 13 in den Hauptteil 6a des Flüssigkeitsabscheiders 6 eingebracht. Gleichzeitig strömt ein kleinerer Anteil des gesättigten Kältemittels durch die Zuleitung 11 mit kleinerem Durchmesser in den Hauptteil Ta des Steuerwärmetauschers 7. Der Hauptanteil des gesättigten Kältemittels, das durch die Einlaßleitung 13 hindurchströmt, die als Wärmeaustauschleitung dient, wird einem Wärmeaustausch mit dem unterkühlten flüssigen, unter einem hohen Druck stehenden Kältemittel in dem Flüssigkeitssammler 6c ausgesetzt und auf die Wärmetauscherspule 6b verteilt, wobei es einem weiteren Wärmeaustausch ausgesetzt wird. So wird das gesättigte

") Kältemittel mit einem Trocknungsgrad von Λ'= 0,85 in ein Kältemittel im trockenen gesättigten gasförmigen Stadium mit einem Trocknungsgrad X— 1 zurückverwandelt.

Auf der anderen Seite wird der unter niedrigem

in Druck stehende Teil des Kältemittels, der durch die Zuleitung 11 mit kleinerem Durchmesser in den Steuerwärmetauscher 7 hineinfließt, durch das im Auslaß des Außenwärmetauschers 5 angeordnete und durch das gerippte Rohr Tb fließende Kältemittel überhitzt.

π Das vom Flüssigkeitsabscheider 6 abgegebene gesättigte Gas wird mit öl gemischt, das durch ein ölrückleitungsrohr6e hindurchgeht, und an der Auslaßleitung 14 mit dem vom Steuerwärmetauscher 7 abgegebenen überhitzten Gas kombiniert So wird das

2(i Gas zur Saugseite des Kompressors 1 zurückgeleitet, wodurch der Kältekreislauf vervollständigt wird.

Der oben beschriebene Kreislauf wird wiederholt. Als zusätzliches Merkmal der Erfindung wird das Ausmaß, bis zu welchem ein Teil des Kältemittels,

.'Ι das am Auslaß des Verdampfers angeordnet ist, im Steuerwärmetauscher 7 überhitzt wird, durch die Meßeinrichtung 4a erfaßt, die in der Ableitung 12 mit kleinerem Durchmesser angebracht ist. Die Meßeinrichtung 4a erzeugt ein Steuersignal, das den öff-

ii) nungsgrad des Entspannungsventils 4 einstellt, so daß der als Verdampfer arbeitende Innenwärmetauscher immer unter feuchten Bedingungen arbeiten kann und die Wirksamkeit des Systems gesteigert werden kann. Die Art und Weise, in welcher die Steuerung des Ent-

r> Spannungsventils bewirkt wird, wird später im einzelnen beschrieben werden.

Ein Heizzyklus läuft in der folgenden Weise ab:

Durch Umschalten des 4-Wege-Umschaltventils 2

vom Kühlzyklus auf den Heizzyklus folgt das Kältemittel einem Bewegungsweg, wie er mit den mit ausgezogenen Linien dargestellten Pfeilen bezeichnet ist. Es ist zu bemerken, daß das Kältemittel beim Heizzyklus durch das Entspannungsventil 4 den Flüssigkeitsabscheider 6 und den Steuerwärmetauscher 7 in

v-, der gleichen Richtung wie beim Kühlzyklus hindurchströmt und daß das Kältemittel gesteuert und der Wärmeaustausch in derselben Weise ausgeführt werden wie oben erwähnt wurde, mit der Ausnahme, daß das Kältemittel durch den Außenwärmetauscher 5

-,o und den Innenwärmetauscher 3 in entgegengesetzter Richtung hindurchströmt, so daß der erstere als Verdampfer und der letztere als Kondensator arbeitet. Die Strömung und die Wirkung des Kältemittels im Kühlzyklus und Heizzyklus wurden oben beschrie-

V) ben. An Hand des Kühlzyklus wird im folgenden das Verfahren der Steuerung des Trocknungsgrades X des Kältemittels, das am Auslaß des als Verdampfer arbeitenden Innenwärmetauschers 3 angeordnet ist, und der Aufrechterhaltung desselben auf einer vorbe-

bo stimmten Höhe, beispielsweise auf einer Höhe von X= 0,85, ungeachtet der Änderungen der Belastung im einzelnen unter Bezugnahme auf das in Fig. 3 gezeigte Mollier-Diagramm beschrieben.

Der Gesamtmengenstrom G des in Zirkulation be-

b-, findlichen Kältemittels in dem Kältemittelkreislaut kann durch folgende Gleichung bezeichnet werden: G=G₁ + G₂, wobei G₁ der Mengenstrom des unter niederem Druck zirkulierenden Kältemittels ist, das

durch den Steuerwärmetauscher strömt und G, der Mengenstrom des unter niederem Druck zirkulierenden Kältemittels ist, das in den Sammler eingebracht wird. Das Verhältnis von G, zu G, wird so eingestellt, daß: G -G₂= 1:10 bis 1:20.

Der Wärmeaustausch findet in der Wärmetauscherspule 6b zwischen dem unter niederem Druck bei J₆ stehenden Kältemittel, das sich am Auslaß des Innenwärmetauschers 3 befindet und einem Trockⁿungsgrad von X = 0,85 hat und dem unter höherem Druck bei Z₂ stehenden Kältemittel statt, das sich am Auslaß des gerippten Rohrs Ib des Steuerwärmetauschers 7 befindet und einen Trocknungsgrad von X= 0,05 hat. Wenn der Wärmeaustausch stattfindet, kann das Wärmegleichgewicht durch folgende Gleichung dargestellt werden: G(/₂ —i,)= G₂(Z₇-/_b), wobei Z₁ die Enthalpie des Kältemittels ist, das gerade in das Entspannungsventil 4 eingebracht werden soll, Z₂ die Enthalpie des Kältemittels ist, das sich am Auslaß des Steuerwärmetauschers 7 oder Einlaß des Flüssigkeitssammlers 6c findet, Z₆ die Enthalpie des Kältemittels ist, das sich am Auslaß des Innenwärmetauschers 3 befindet und Z₇ die Enthalpie des Kältemittels ist, das in der Auslaßleitung 14 des Flüssigkeitsabscheiders 6 angeordnet ist.

Durch geeignete Auswahl des Betrages der im Flüssigkeitsabscheider 6 ausgetauschten Wärme ist es möglich, das Kältemittel in einen trockenen, gesättigten, gasförmigen Zustand (A"= 1) zu bringen.

Im folgenden soll die Abgabe und Aufnahme von Wärme durch das Kältemittel im Steuerwärmetauscher 7 betrachtet werden. Wenn der Wärmeaustausch zwischen einem Teil G₁, Z₆ des Kältemittels unter niederem Druck und dem Kältemitte! G. Z, stattfindet, das am Auslaß des als Kondensator arbeitenden Außenwärmetauschers 5 vorhanden ist, kann das Wärmeaustauschgleichgewicht durch folgende Gleichung dargestellt werden: G(i₃ — Z₂)= G,(Z₈- Z₆), wobei Z, die Enthalpie des am Auslaß des als Kondensator arbeitenden Außenwärmetauschers 5 oder am Einlaß des gerippten Rohrs Tb des Steuerwärmetauschers 7 vorhandenen Kältemittels ist und Z₈ die Enthalpie des an der Ableitung 12 mit kleinerem Durchmesser vorhandenen Kältemittels ist.

Durch Auswahl einer geeigneten Größe für diesen Steuerwärmetauscher 7 auf der Basis dieses Wärmegleichgewichts kann der Grad der Überhitzung (T₈- T₁) des Kältemmittels, das durch die Ableitung 12 mit dem kleineren Durchmesser des Steuerwärmetauschers 7 fließt, leicht auf ungefähr 5° C eingestellt werden. T₈ ist die Temperatur des Kältemittels in der Ableitung 12 mit kleinerem Durchmesser des Steuerwärmetauschers 7 und T₁ ist die Temperatur des Kältemittels in der Auslaßleitung 14 des Flüssigkeitsabscheiders 6.

Im folgenden wird das durch Saugwirkung in den Kompressor 1 gesogene Gas betrachtet. Das Gas G · Z₉, das durch Saugwirkung in den Kompressor gesogen wird, ist ein Gemisch des überhitzten Kältemittel G₁ · Z₈, das in der mit kleinerem Durchmesser ausgebildeten Ableitung 12 des Steuerwärmetauschers 7 angeordnet ist, und dem Kältemittel G₂ · Z₇, das in der Auslaßleitung 14 des Flüssigkeitsabscheiders 6 angeordnet ist. Weil G₁-G₂= 1:10 bis 1:20 und G₁ ein kleinerer Mengenstrom als G₂ ist, wie zuvor erwähnt wurde, kann das durch Saugwirkung in den Kompressor 1 gesogene Gas ebensogut als im wesentlichen im gesättigten gasförmigen Zustand befindlich betrachtet werden.

Wie zuvor erwähnt wurde, wird das Entspannungsventil 4 zur Einstellung des Mengenstroms des durch den Kältemittelkreislauf zirkulierenden Kältemittels durch die Meßeinrichtung 4a gesteuert, die die Temperatur des unter niederem Druck stehenden Kältemittels Z₈ erfassen kann, welches am Auslaß des Steuerwärmetauschers 7 angeordnet ist.

Wenn die auf den Innenwärmetauscher 3 aufgebrachte Belastung größer wird und die Enthalpie des Kältemittels Z₆ am Auslaß des Innenwärmetauschers größer wird, dann wird die Enthalpie des am Auslaß des Steuerwärmetauschers 7 befindlichen Kältemittels Z₈ ebenfalls größer. Demzufolge steigt auch der

gg

tung 4a erfaßt diesen Vorgang und erzeugt ein Signal, um den Öffnungsgrad des Entspannungsventils 4 zu steigern und damit die Durchflußmenge des Kältemittels zu erhöhen. Dadurch wird die Enthalpie des Kältemittels am Auslaß des Innenwärmetauschers verringert, was zu einer Verringerung der Enthalpie des Kältemittels am Auslaß des Steuerwärmetauschers 7 führt, wodurch der Grad der Überhitzung des Kältemittels wieder auf die vorbestimmte Höhe (5 ° C) zurückgeführt wird. Wenn umgekehrt die auf den Innenwärmetauscher 3 aufgebrachte Belastung niedriger wird, wird die Enthalpie des Kältemittels Z₀ am Auslaß des Innenwärmetauschers 3 kleiner und folglich wird die Enthalpie des Kältemittels am Auslaß des Steueiwärmetauschers 7 kleiner. Dies führt dazu, daß der Grad der Überhitzung des Kältemittels am Auslaß des Steuerwärmetauschers kleiner wird, so daß der Öffnungsgrad des Entspannungsventils 4 verringert wird und der Grad der Überhitzung des Kältemittels auf 5° C gehalten werden kann.

Bei dem oben beschriebenen Steuersystem wird der Teil des Kältemittels, der einen Trocknungsgrad von ^=0,85 hat, und am Auslaß des als Verdampfer arbeitenden Innenwärmetauschers angeordnet ist, u" Steuerwärmetauscher 7 zum Wärmeaustausch mit dem Kältemittel gebracht, das am Ausiaß des ais Kondensator arbeitenden Außenwärmetauschers 5 angeordnet ist, und das Entspannungsventil 4 kann durch Verwendung der Temperatur des überhitzten unter niederem Druck stehenden Kältemittels als zu erfassendes Element gesteuert werden, wodurch der Mengenstrom des in Zirkulation befindlichen Kältemittels, das durch das Entspannungsventil hindurchströmt, gesteuert werden kann. Dieses Steuersystem hält den Trocknungsgrad des am Auslaß des als Verdampfer arbeitenden Innenwärmetauschers 3 auf einer Höhe, so daß das Kältemittel in einem gesättigten gasförmigen Stadium ist und ungeachtet der Änderungen der auf den Verdampfer aufgebrachten Belastung immer eine geeignete Feuchtigkeit hat. Dies ermöglicht es, den Wärmeübertragungsbereich des als Verdampfer dienenden Innenwärmetauschers vollständig auszunutzen, weil die Verdampfung des Kältemittels im gesamten Bereich des Innenwärmetauschers stattfindet.

Bei diesem Steuersystem kann das am Auslaß des als Kondensator arbeitenden Außenwärmetauschers 5 vorhandene Kältemittel auch in ein Spülgasstadium gebracht werden. So kann der Wärmeübertragungsbereich des Außenwärmetauschers wirksam genutzt werden.

Bei der obenerwähnten Beschreibung arbeitet der

Außenwärmetauscher als Kondensator und der Innenwärmetauscher als Verdampfer. Es versteht sich, daß das Steuersystem die gleiche Wirkung erzielen kann, wenn das 4-Wege-Umschaltventil 2 so betätigt wird, daß der Innenwärmetauscher als Kondensator und der Außenwärmetauscher als Verdampfer arbeitet. Das Vorsehen des 4-Wege-Umschaltverteilers 9 gemäß der Erfindung bietet den Vorteil, daß die Steuerung bewirkt werden kann, indem nur ein Entspannungsventil in der Kühlvorrichtung des umkehrbaren Kühlzyklus verwendet wird.

Bei dem obenerwähnten Steuersystem kann die Temperaturdifferenz zwischen dem Kältemittel am Einlaß des Steuerwärmetauschers 7 und dem Kältemittel am Auslaß desselben als elektrische Änderung erfaßt werden, die in eine mechanische Verschiebung umgewandelt werden kann, so daß die Durchflußmenge des Kältemittels gesteuert werden kann.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das unter hohem Druck stehende Kältemittel, das zwischen dem 4-Wege-Umschaltverteiler 9 und dem Flüssigkeitssammler 6c vorhanden ist, als Wärmequelle zur Durchführung des Wärmeaustauschs mit einem Teil des unter niederem Druck stehenden Kältemittels verwendet. Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf das obenerwähnte unter hohem Druck stehende Kältemittel beschränkt ist, und daß irgendein unter höherem Druck stehendes Kältemittel, das zwischen dem als Kondensator arbeitenden Wärmetauscher und dem Entspannungsventil 4 vorhanden ist, als Wärmequelle verwendet werden kann.

Fig. 4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem das unter hohem Druck stehende Kältemittel durch eine elektrische Heizung Te ersetzt ist, welche hermetisch in den Steuerwärmetauscher 7 eingesetzt ist, um als Wärmequelle zur Durchführung eines Wärmeaustausches mit einem Teil des unter niederem Druck stehenden Kältemittels zu dienen, das am Auslaß des Innenwärmetauschers 3 vorhanden ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel findet der Wärmeaustausch zwischen dem unter niederem Druck stehenden Kältemittel, welches durch den Hauptteil Ta fließt, und der durch die elektrische Heizung 7c erzeugten Wärme statt. Eine genaue Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels erscheint entbehrlich, da dieses von dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel nur im folgenden Punkt abweicht.

Im einzelnen findet bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel der Wärmeaustausch zwischen dem unter niederem Druck stehenden Kältemittel G₁-Z₆ und der von der elektrischen Heizung 7c erzeugten Wärme statt. Die Kapazität Y (in kW) der elektrischen Heizung 7c wird durch folgende Gleichung ermittelt:

y- G₁(I₈ -f₆) = 860

wobei I₈ die Enthalpie des Kältemittels in der einen kleineren Durchmesser aufweisenden Ableitung 12 des Steuerwärmetauschers 7 ist. Fig. 5 zeigt ein MoI-lier-Diagramm zur Erläuterung dieses Ausführungsbeispiels.

Fig. 6 zeigt noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem ein Kompressor 1, ein 4-Wege-Umschaltventil 2, ein Außenwärmetauscher 5, ein Flüssigkeitssammler 6c, ein Entspannungsventil 4,

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scheider 6 in der bezeichneten Reihenfolge aneinan der angeschlossen sind, um einen Kältemittelkreislaui zu bilden. Wie bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel enthält das in Fig. 6 gezeigte außerdem einen Steuerwärmetauscher 7 und einen 4-Wege-Umschaltverteiler 9, welche kennzeichnende Merkmale der Erfindung sind. Die zwei Ausführungsbeispiele unterscheiden sich in dem detaillierten Aufbai des 4-Wege-Umschaltverteilers 9, des Steuerwärmetauschers 7, des Flüssigkeitssammlers 6c und des Flüssigkeitsabscheiders 6. Diese Unterschiede werden im folgenden beschrieben.

Der 4-Wege-Umschaltverteiler 9 enthält zwei Umschaltöffnungen A' und D', eine Einlaßöffnung C und eine Auslaßöffnung B' und bildet ein Umschaltventil, welches automatisch die öffnung A' oder D des höheren Drucks mit der Auslaßöffnung B' und die öffnung D' oder A' unit niederem Druck mit dei Einlaßöffnung C verbindet. Die Umschaltöffnung A ist mit der Leitung auf der flüssigen Seite des Innenwärmetauschers 3 verbunden. Die Umschaltöffnung D' ist an der Flüssigkeitsleitung des Außenwärmetauschers 5 angesc! 'ossen. Die Auslaßöffnung B' ist übei die Hochdruckseite des Steuerwärmetauschers 7 ar die obere Schicht des Inneren des Flüssigkeitssammlers 6c angeschlossen und die Einlaßöffnung C is< an den Auslaß des Entspannungsventils 4 angeschlossen. Durch diese Anordnung ist es möglich, das Kältemittel sich in einer konstanten Strömungsrichtung durch den Steuerwärmetauscher 7, den Flüssigkeits sammler 6c, das Entspannungsventil 4 und den Flüssigkeitsabscheider 6 bewegen zu lassen, auch wenn die Strömungsrichtung des Hauptstroms des Kältemittel! im Kältemittelkreislauf zwischen den mit Pfeilen mi gestrichelten Linien dargestellten Kühlzyklus unc dem durch ausgezogene Linien dargestellten Pfeiler des Heizzyklus umgeschaltet wird.

Der Flüssigkeitsabscheider 6 ist integral mit den Fiüssigkeitssammler 6c aufgebaut, wobei der ersten hermetisch im letzteren eingeschlossen ist und ihn oberen Wände in derselben Höhe angeordnet sind Eine Wärmetauscherspule 15 ist quer in einem unte ren Abschnitt des Flüssigkeitsabscheiders 6 angeord net, der sich auf der Niederdruckseite befindet. Di< mit dem 4-Wege-Umschaltventil 2 verbundene Ein laßleitung 13 erstreckt sich durch die obere Wand de: Flüssigkeitsabscheiders 6 und öffnet sich in einet oberen Abschnitt desselben und die mit der Saugseiu des Kompressors 1 verbundene Auslaßleitung 14 er streckt sich ebenfalls durch die obere Wand des Flüs sigkeitsabscheiders 6 und in diesen hinein, wo sie in wesentlichen in Form eines U umgebogen ist, wöbe der untere Abschnitt der U-förmigen Auslaßleitunj 14 in das flüssige Kältemittel eingetaucht ist, welche; am Boden des Flüssigkeitsabscheiders 6 angeordne ist und sich das offene obere Ende des einen Schenkel: des letzteren in das gasförmige im oberen Abschnit des Flüssigkeitsabscheiders 6 angeordnete Kältemit tel öffnet.

Auf der anderen Seite ist das Einlaßrohr 6g in Flüssigkeitssammler 6c mit der Hochdruckseite de Steuerwärmetauschers 7 in der beschriebenen Weisi verbunden und ein Auslaßrohr öffnet mit einem Endi in einem unteren Abschnitt des Fiüssigkeitssammler 6c und ist mit dem anderen Ende mit der Wärme tauscherspule 15 im Flüssigkeitsabscheider 6 verbun den. Die Wärmetauscherspule 15 ist über ein entlani

geordnetes Steigrohr mit dem Einlaß des Entspannungsventils 4 verbunden.

Der Steuerwärmetauscher 7, der eine kompakte Größe aufweist, ist doppelwandig und rohrförmig aufgebaut. Er enthält ein äußeres Rohr Td, das in der Rohrleitimg zwischen dem Kondensator und dem Flüssigkeitsabscheider 6 angeordnet ist. Er enthält ferner ein inneres Rohr Te, durch das ein Teil des unter niederem Druck stehenden Kältemittels hindurcbiließt. Das innere Rohr Te ist mit seinen gegenüberliegenden Enden an die Zuleitung 11 mit kleinerem Durchmesser bzw. an die Ableitung 12 mit kleinerem Durchmesser angeschlossen. Die Zuleitung 11 bzw. die Ableitung 12 wiederum sind an die Einlaßleitung 13 bzw. die Auslaßleitung 14 des Flüssigkeitsabscheiders angeschlossen, so daß die Rohre mit kleinerem Durchmesser am Flüssigkeitsabscheider vorbei verlaufen. Durch diese Anordnung kann im Steuerwärmetauscher 7 ein Wärmeaustausch zwischen dem gesamten unter höherem Druck stehenden Kältemittel, das durch das äußere Rohr Td hindurchströmt und einem Teil des unter niederem Druck stehenden Kältemittels, das durch das innere Rohr Te hindurchströmt, stattfinden.

Die Meßeinrichtung 4α zum Steuern des Entspannungsventils 4 ist in der mit kleinerem Durchmesser ausgebildeten Ableitung 12 angebracht, die mit der Auslaßleitung 14 verbunden ist, und erfaßt den Grad der Überhitzung des gasförmigen, unter niederem Druck stehenden Kältemittels, das dem Wärmeaustausch mit dem unter höherem Druck stehenden Kältemittel im Steuerwärmetauscher 7 ausgesetzt war, um den Öffnungsgrad des Entspannungsventils 4 entsprechend einzustellen.

Die Anschlußstellen α und b, an welchen die mit kleinerem Durchmesser ausgestattete Zuleitung 11 und die mit kleinerem Durchmesser ausgebildete Ableitung 12 an die Einlaßleitung 13 bzw. an die Auslaßleitung 14 des Flüssigkeitsabscheiders 6 angeschlossen sind, sind in den Fig. 7 und 8 in vergrößertem Maßstab dargestellt. Wie dargestellt, haben diese Anschlußstellen jeweils einen neuartigen Aufbau, der für die Erfindung charakteristisch ist. Insbesondere die Anschlußstelle α stellt ein besonderes Merkmal der Erfindung dar. An der Anschlußstelle α ist die Einlaßleitung 13 vertikal angeordnet. Die mit kleinerem Durchmesser ausgestattete Zuleitung 11 ist senkrecht zur Längsachse der Einlaßleitung 13 angeordnet und mit einem Mündungsabschnitt in die Einlaßleitung luftdicht derart eingesetzt, daß die Mittellinie X-X einer Querschnittsebene der Einlaßleitung 13, wie in Fig. 9bgezeigt, mit der Mittellinie Y- Y einer vertikalen Querschnittebene des Mündungsabschnittes der Zuleitung 11 zusammenfällt. Die Zuleitung 11 ist am vorderen Stirnende des Mündungsabschnittes ge- ~ schlossen und im Bereich einer Seitenwand mit mindestens zwei Öffnungen 16 versehen, die derart gegen den Kältemittelstrom in der Einlaßleitung 13 gerichtet sind, daß ein Teil des unter niederem Druck stehenden Kältemittels, das durch die Einlaßleitung 13 hin- ti durchfließt, durch die Öffnungen 16 in die einen kleineren Durchmesser aufweisende Zuleitung 11 in einem konstanten Verhältnis in bezug auf das gesamte Kältemittel im Kreislauf einströmt.
Gemäß der Erfindung muß die Lage der Öffnungen

> 16 bestimmte Anforderungen erfüllen. Die Anforderungen bestehen darin, daß im Falle von zwei Öffnungen 16 diese an Punkten angeordnet sind, an welchen der Umfang eines imaginären Kreises D₁, die Mittellängsachse der mit kleinerem Durchmesser ausge-

> führten Zuleitung 11 schneidet. In diesem Fall muß der imaginäre Kreis derart gewählt sein, daß U₁- S₁= U₁- S_?, wobei S₁ die Fläche innerhalb des imaginären "Kreises D₁ ist, S₁ die Fläche außerhalb des imaginären Kreises D₁ ist (Fig. 9b), IA₁ der Inte-

gralwert der Durchflußmenge des Kältemittels innerhalb des imaginären Kreises D₁ und U-, der Integralwert des Kältemittels außerhalb des imaginären Kreises D₁ sind (Fig. 9a).

Diese Anforderungen zur Anordnung der öffnun-

gen müssen nicht nur getroffen werden, wenn zwei Offnungen vorhanden sind, sondern auch dann, wenn mehr als zwei Öffnungen vorhanden sind. Es versteht sich, daß die Öffnungen, wenn sie auf der Grundlage des oben erwähnten Prinzips angeordnet werden, auf dem Umfang oder den Umfangen einer ungeraden Anzahl imaginärer Kreise liegen müssen.

Mit einer Anordnung der Öffnungen 16 in der Wandung der Zuleitung 11 gemäß dem obenerwähnten Prinzip ist es möglich - ungeachtet der Änderungen der Belastung - ein Kältemittel in den Steuerwärmetauscher 7 einzuleiten, welches in einem konstanten Volumenverhältnis zur Gesamtmenge des durch die Einlaßleitung 13 des Flüssigkeitsabscheiders 6 strömenden Kältemittel steht. Es ist wesentlich, daß die gesamte Querschnittsfläche der Öffnungen 16 kleiner ist als die Querschnittsfläche der Zuleitung 11 oder der Ableitung 12.

Wie Fig. 8 zeigt, ist die Auslaßleitung 14 im Bereich der Anschlußstelle b senkrecht in der Kühlvorrichtung angeordnet. Die einen kleineren Durchmesser aufweisende Ableitung 12, welche senkrecht zur Längsachse der Auslaßleitung 14 angeordnet ist, ist hermetisch mit einem Mündungsabschnitt in die Auslaßleitung 14 eingesetzt. Der Mündungsabschnitt der Ableitung 12 ist an seinem vorderen Ende der Mündungsöffnung 12a derart abgeschnitten, daß ein Winkel Θ, der durch die Mündungsöffnung 12a und die Wand der Ableitung 12 gebildet wird, kleiner als 45 ° oder ein spitzer Winkel ist. Damit wird die Öffnungsfläche dereinen kleineren Durchmesser aufweisenden Ableitung 12 in der Auslaßleitung 14 vergrößert. Die Ableitung 12 ist derart angeordnet, daß die Mündungsöffnung 12a in bezug auf das durch die Auslaßleitung 14 strömende Kältemittel stromabwärts ausgerichtet ist.

Sind die Anschlußstellen α und b in der oben beschriebenen Weise ausgebildet, so ist eine Änderung der Durchflußmenge des Kältemittels auf Grund einer Änderung der Länge der Zuleitung 11 mit kleinerem Durchmesser und der Ableitung 12 mit kleinerem Durchmesser vernachlässigbar.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kühlvorrichtung, bei derein Kompressor, ein Außenwärmetauscher, ein Flüssigkeitssammler, ein temperaturgesteuertes automatisches Entspannungsventil, ein Innenwärmetauscher und ein Flüssigkeitsabscheider in der genannten Reihenfolge zu einem Kältekreislauf miteinander verbunden sind, wobei der Flüssigkeitssammler und der Flüssigkeitsabscheider zu einem Wärmeaustausch untereinander ausgebildet sind und im Flüssigkeitsabscheider ein aus dem als Verdampfer wirkenden Innenwärmetauscher austretender feuchter Kältemitteldampf einem Wärmeaustausch mit einem im Flüssigkeitssammler unter höherem Druck befindlichen flüssigen Kältemittel unterworfen ist, dadurch gekennzeichnet, daß von einer Einlaßleitung (13) des Flüssigkeitsabscheiders (6) eine einen kleinen Durchmesser aufweisende Zuleitung (11) abzweigt, die mit einem Steuerwärmetauscher (7) verbunden ist, dessen ebenfalls einen kleinen Durchmesser aufweisende Ableitung (12) an eine Auslaßleitung (14) des Flüssigkeitsabscheiders (6) angeschlossen ist und in dem eine andere Wärmequelle angeordnet ist, durch die der dem Steuerwärmetauscher (7) zugeführte Teil des unter einem niedrigen Druck stehenden und dem als Verdampfer wirkenden Innenwärmetauscher (3) entnommenen feuchten Kältemitteldampfes getrocknet und überhitzt wird, und daß zur Regelung der Kältemitteldurchflußrate über die Öffnungsweite des Entspannungsventils (4) in der Ableitung (12) des Steuerwärmetauschers (7) eine Meßeinrichtung (4a) zur Messung der Temperatur des aus dem Stcucrwärmetauscher austretenden überhitzten Kältemitteldampfes vorgesehen ist.

2. Kühl- und Heizvon ichtung, bei der ein Kompressor, ein Außenwärmetauscher, ein Flüssigkeitssammler, ein temperaturgesteuertes automatisches Entspannungsventil, ein Innenwärmetauscher und ein Flüssigkeitsabscheider in der genannten Reihenfolge zu einem Kältekreislauf miteinander verbunden sind, wobei der Flüssigkeitssammler und der Flüssigkeitsabscheider zu einem Wärmeaustausch untereinander ausgebildet sind und im Flüssigkeitsabscheider ein aus dem als Verdampfer wirkenden Wärmetauscher austretender feuchter Kältemitteldampf derart einem Wärmeaustausch mit einem im Flüssigkeitssammler unter höherem Druck befindlichen flüssigen Kältemittel unterworfen ist, daß das Kältemittel dem Kompressor in Form eines gesättigten Gases zuführbar ist, bei der weiterhin dem Kühlkreislauf ein Vierwegeumschaltventil und ein Vierwegeumschaltverteiler zugeordnet sind, wobei das Vierwegeumschaltventil so betätigbar ist, daß entweder der Außenwärrmitauscher oder der Innenwärmetauscher an die Auslaßseite des Kompressors anschließbar und damit als Kondensator betreibbar sind bzw. entweder der Innenwärmetauscher oder der Außenwärmetauscher mit der Einlaßseite des Flüssigkeitsabscheiders verbindbar und damit als Verdampfer betreibbar sind, während der Vierwcgcumschaltverteiler zwischen dem Außenwärmetauscher und dem Innenwärmetauscher angeordnet und so betätigbar ist, daß entweder der Außenwärmetauscher oder der Innenwärmetauscher mit einer Einlaßleitung für den Flüssigkeitssammler verbindbar sind bzw. der Innenwärmetauscher oder der Außenwärmetauscher mit j dem Entspannungsventil verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß von einer Einlaßleitung (13) des Flüssigkeitsabscheiders (6) eine einen kleinen Durchmesser aufweisende Zuleitung (11) abzweigt, die mit einem Steuerwärmetauscher (7)

ίο verbunden ist, dessen ebenfalls einen kleinen Durchmesser aufweisende Ableitung (12) an eine Auslaßleitung (14) des Flüssigkeitsabscheiders (6) angeschlossen ist und in dem eine andere Wärmequelle angeordnet ist, durch die der dem Steuerwärmetauscher (7) zugeführte Teil des unter einem niedrigen Druck stehenden und dem als Verdampfer wirkenden Innenwärmetauscher (3) oder dem als Verdampfer wirkenden Außenwärmetauscher (5) entnommenen feuchten Kältemit-

->» teldampfes getrocknet und überhitzt wird und daß zur Regelung der Kältemitteldurchflußrate über die öffnungsweite des Entspannungsventils (4) in der Ableitung (12) des Steuerwärmetauschers (7) eine Meßeinrichtung (4a) zur Messung der Tem-

r> peratur des aus dem Steuerwärmetauscher austretenden überhitzten Kältemitteldampfes vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Wärme-

id quelle das unter höherem Druck stehende flüssige Kältemittel ist, das jeweils von dem als Kondensator wirkenden Wärmetauscher (5 bzw. 3) zum Entspannungsventil (4) geführt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, daii durch gekennzeichnet, daß die andere Wärmequelle eine im Steuerwärmetauscher (7) angeordnete elektrische Heizung (7c) ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung (11) ei-

■Ki nen Mündungsabschnitt aufweist, der sich derart durch die Einlaßleitung (13) des Flüssigkeitsabscheiders (6) hindurcherstreckt, daß eine Mittellinie des Querschnitts der Einlaßleitung (13) mit der Längsachse des Mündungsabschnittes zusam-

r> menfällt, wobei in dem anströmseitigen Bereich der Wandung des Mündungsabschnittes zwei oder mehrere öffnungen (16) vorgesehen sind, und daß die öffnungen längs des Umfanges oder der Umfange eines oder mehrerer imaginärer Kreise (D₁,

κι ...) angeordnet sind, deren Mittelpunkt jeweils in der Mitte der Querschnittsebene der Einlaßleitung (13) liegen, im Durchmesser zunehmen und so geschlagen sind, daß das Produkt aus dem Integral der Durchflußmenge des durch den Bereich inner-

Y, halb des innersten imaginären Kreises (D₍) und die Querschnittsfläche des innersten imaginären Kreises (D₁) fließenden Kältemittels gleich ist dem Produkt aus dem Integral der Durchflußmenge des durch den Bereich zwischen dem inner-

ho sten imaginären Kreis (D₁) und dem nächsten benachbarten Kreis hindurchfließenden Kältemittels und der Querschnittsfläche dieses Bereiches, etc.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßleitung (13) des Flüs-

hi sigkeitsabscheitlers (6) senkrecht angeordnet ist, und daß die Auslaßleitung (12) des Steuerwärmetauschers (7) einen vorderen Mündungsabschnitt aufweist, der sich durch die Auslaßleitung (14) des

Flüssigkeitsabscheiders (6) erstreckt und eine Mündungsöffnung (12a) hat, deren Querschnittsebene mit der Längsachse des Mündungsabschnittes einen spitzen Winkel bildet un·! die sich abströmseitig öffnet.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kühlvorrichtung, bei der ein Kompressor, ein Außenwärmetauscher, ein Flüssigkeitssammler, ein temperaturgesteuertes automatisches Entspannungsventil, ein Innenwärmetauscher und ein Flüssigkeitsabscheider in der genannten Reihenfolge zu einem Kältekreislauf miteinander verbunden sind, wobei der Flüssigkeitssammler und der Flüssigkeitsabscheider zu einem Wärmeaustausch untereinander ausgebildet sind und im Flüssigkeitsabscheider ein aus dem als Verdampfer wirkenden Innenwärmetauscher austretender feuchter Kältemitteldampf einem Wärmeaustausch mit einem im Flüssigkeitssammler unter höherem Druck befindlichen flüssigen Kältemittel unterworfen ist.

Bei Kühlvorrichtungen gilt grundsätzlich, daß sich die Feuchtigkeitsverhältnisse eines aus ei; em Verdampfer austretenden Kältemittels so lange nicht bestimmen lassen, bis das Kältemittel als gesättigtes Gas vorliegt. Daher wird gewöhnlich eine auf das Ausmaß der Überhitzung gerichtete Steuerung vorgenommen, bei der die Temperatur des überhitzten Kältemittels gemessen wird und entsprechend dem gemessenen Ausmaß der Überhitzung die öffnungsweite des Entspannungsventils so eingestellt wird; daß sich die im Kreislauf befindliche Kältemittelmenge regulieren läßt. Diese Regulierung hat zur Folge, daß das in den Kompressor gelangende Gas nicht übermäßig überhitzt vorliegt, da die Einleitung von einem stark überhitzten Kältemittel den Kompressor mit einer besonders hohen Belastung beaufschlagt.

Bei Kühlvorrichtungen der eingangs beschriebenen Art (vergl. US-PS 3163 998) ist - wie bei anderen gegenwärtig in Einsatz befindlichen Kühlvorrichtungen - ein Steuersystem vorgesehen, das auf der Messung der Überhitzung des gesamten Kältemittels basiert. Ein solches Steuersystem erfo^rdert einen Verdampfer großer Abmessung, da das Überhitzen des gesamten Kältemittels einen erheblichen Raumbedarf erfordert. Dabei liegt das gesamte, aus dem Verdampfer austretende Kältemittel im überhitzten Zustand vor, wobei die Temperatur des Kältemittels weit oberhalb der Dampt'sättigungslinie lbgt. Da das gesamte Kältemittel überhitzt wird, spricht das bekannte Steuersystem nur relativ langsam auf Zus'.andsänderungen an, so daß die Steuerung selbst nur in sehr grober Weise erfolgt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kühlvorrichtung der eingangs beschriebenen Art derart weiterzubilden, daß die aus der oben beschriebenen Wirkungsweise bei bekannten Kühlvorrichtungen resultierenden Nachteile vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß von einer Einlaßleitung des Flüssigkeitsabscheiders eine einen kleinen Durchmesser aufweisende Zuleitung abzweigt, die mit einem Steuerwiirmetauscher verbunden ist, dessen ebenfalls einen kleinen Durchmesser aufweisende Ableitung an eine Auslaßleitung des Flüssigkeitsabscheiders angeschlossen ist und in dem eine andere Wärmequelle angeordnet ist, durch die der dem Steuerwärmetauscher zugeführte Teil des unter einem niedrigen Druck stehenden und dem als Verdampfer wirkenden Innenwärmetauscher entnommenen feuchten Kältemitteldampfes getrocknet und überhitzt wird, und daß zur Regelung der Kältemitteldurchflußrate über die Öffnungsweite des Entspannungsventils in der Ableitung des Steuerwärmetauschers eine Meßeinrichtung zur Messung der Temperatur des aus dem Steuerwärmetauscher austretenden überhitzten Kältemitteldampfes vorgesehen ist.

Bei der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung basiert die Steuerung ebenfalls auf dem Ausmaß an Überhitzung des Kältemittels, jedoch wird hier nur ein Teil des aus dem Verdampfer austretenden Kältemittels überhitzt, um den Feuchtigkeitsgehalt des gesamten Kältemittels wirksam zu steuern. Die Überhitzung des genannten Teils des Kältemittels erfolgt im Steuerwärmetauscher, wobei das Ausmaß der Überhitzung an der Auslaßseite des Steuerwärmetauschers gemessen wird. Während somit bei der oben beschriebenen bekannten Vorrichtung die Überhitzung des Kältemittels >m Verdampfer erfolgt und der Zustand des Kältemittels am Auslaß des Verdampfers direkt gemessen wird, wird erfindungsgemäß nur ein Teil des Kältemittels verdampft und der Zustand des Kältemittels im Verdampfer indirekt über die Verhältnisse im Steuerwärmetauscher bestimmt. Dabei kann das Ausmaß der Überhitzung im Steuerwärmetauscher viel exakter auf einen eingestellten Wert von beispielsweise 5° C gehalten werden. Deshalb läßt sich der Zustand des Kältemittels im Verdampfer über eine Feineinstellung steuern, wobei die erfindungsgemäße Vorrichtung rasch auf Zustandsändcrungcn anspricht, so daß die Feuchtigkeitsverhältnisse im Verdampfer ungeachtet von der am Verdampfer anliegenden Belastung stets auf ein bestimmtes Niveau von z. B. 15% Feuchtigkeitsgehalt gehalten werden können. Dadurch wird der Vorteil erzielt, daß der gesamte Raum des Verdampfers für die Verdampfung wirksam ausgenutzt werden kann und gleichzeitig auch die aus der Verdampfung resultierte latente Wärme ausnutzbar ist. Wegen des höheren Wirkungsgrades des Verdampfers kann dieser kompakte Abmessungen aufweisen. So läßt sich beispielsweise auf Grund der erfindungsgemäßen Maßnahme der Verdampfer 20 bis 30% verkleinern, ohne daß hiermit eine Leistungseinbuße verbunden ist.

Bei einer Kühl- und Heizvorrichtung mit den Merkmalen der eingangs beschriebenen Kühlvorrichtung, bei der jedoch der aus dem Innenwärmetauscher austretende feuchte Kältemitteldampf derart einem Wärmeaustausch mit einem im Flüssigkeitssammler unter höherem Druck befindlichen flüssigen Kältemittel unterworfen ist, daß das Kältemittel dem Kompressor in Form eines gesättigten Gases zuführbar ist, bei der weiterhin dem Kühlkreislauf ein Vierwegeumschaltventil und ein Vierwegeumschaltverteiler zugeordnet sind, wobei das Vierwegeumschaltventil so betätigbar ist, daß entweder der Außenwärmetausc'r.er oder der Innenwärmetauscher an die Auslaßseite des Kompressors anschließbar und damit als Kondensator betreibbar sind bzw. entweder der Innenwärmetauscher oder der Außenwärmetauscher mit der Einlaßseite des Flüssigkeitsabscheiders verbindbar und damit als Verdampfer betreibbar sind,