DE2604043A1

DE2604043A1 - Enteisungssystem fuer eine verdichterkaeltemaschine

Info

Publication number: DE2604043A1
Application number: DE2604043A
Authority: DE
Inventors: Shozo Tomita
Original assignee: NISHINIHON SEIKI SEISAKUSHO KK
Current assignee: NISHINIHON SEIKI SEISAKUSHO KK
Priority date: 1975-02-05
Filing date: 1976-02-03
Publication date: 1976-08-19
Also published as: DE2604043C2; US4023377A

Description

=ATE:NTANWALTE Α. GRÜNECKER

DIPU.-1NQ.

H. KINKELDEY

DR.-ING.

W. STOCKMAIR

DR.-ING. · AeE(CALTECH)

K. SCHUMANN

DR. RER. NAT. · DIPL.-PHYS.

P. H. JAKOB

DIPL.-ΙΝβ.

G. BEZOLD

DR. RER. NAT. · DIPL.-CHEM.

MÜNCHEN

E. K. WEIL

DR. RER. OEC. INS.

LINDAU

MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

3. Februar 1976 P 10057

Kabushiki-Gaisha Mshinihon Seiki Seisakusho
69-1, Toyonari, Okayama-shi, Okayama-ken, Japan

Enteisungssystem für eine Verdichterkältemaschine

Die Erfindung betrifft ein Enteisungssystem für eine Verdichterkältemaschine mit einer den Verdichter über einen Kühler mit einem Expansionsventil verbindenden Hochdruckleitung und einer das Expansionsventil über einen Verdampfer mit dem Verdichter verbindenden Niederdruckleitung.

Wie dies an sich bekannt ist, wird bei einer Verdichterkältemaschine das dampfförmige Kältemittel von dem Verdichter verdichtet und dem Kühler unter hohem Druck zuge-

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leitet, wo es die Wärme abgibt und von der dampfförmigen in die flüssige Phase übergeführt wird. Das nun flüssige und unter hohem Druck stehende Kältemittel wird durch das Expansionsventil geleitet, wo es auf einen niedrigen Druck gebracht wird, um dann zu dem Verdampfer zu gelangen, wo das einen niedrigen Druck aufweisende flüssige Kältemittel verdampft und die Temperatur in der Kühlkammer absenkt. Das dampfförmige Kältemittel wird dann zum Verdichter zurückgeleitet .

Die Erfindung ist darauf gerichtet, ein verbessertes Enteisungssystem für eine Verdichterkältemaschine der vorbeschriebenen Art zu schaffen, mit welchem eine Überlastung des Verdichters an heißen Tagen im Sommer oder an kalten Tagen im Winter verhindert wird.

Die Erfindung besteht darin, daß ein Enteisungsbehalter vorgesehen ist, der an die Hochdruckleitung und an einen den Verdampfer enthaltenden Leitungskreis angeschlossen ist, so daß ein geschlossener Kreislauf vorgesehen ist, in welchem ein Kältemittel zirkuliert, und daß eine Heizeinrichtung vorgesehen ist, welche den Enteisungsbehalter auf ein erhöhtes Temperaturniveau aufheizt, welches ausreicht, um alles in den Enteisungsbehalter eingeleitetes Kältemittel von der Flüssigkeitsphase in die Dampfphase überzuführen.

Gemäß der Erfindung wird also ein Enteisungssystern vorgeschlagen, bei welchem ein flüssiges Kältemittel stromauf von dem Expansionsventil aus der Hochdruckleitung entnommen und einem Enteisungsbehalter zugeleitet wird, welcher sich auf einer erhöhten Temperatur befindet, die ausreichend ist, um dafür zu sorgen, daß das Kältemittel von der Flüssigkeitsphase in die Dampfphase übergeführt wird. Das nun dampfförmi-

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ge Kältemittel wird dem Verdampfer zugeleitet, wo es seine Wärme abgibt und von der Dampfphase in die Flüssigkeitsphase übergeht, um dann im flüssigen Zustand zum Enteisungsbehälter zurückgeleitet zu werden. Das Kältemittel zirkuliert in dem geschlossenen Kreislauf, in welchem der Enteisungsbehälter und der Verdampfer angeordnet sind, so lange bis der Verdampfer vollständig enteist ist. Der Enteisungsbehälter ist zusammen mit einem serpentinenförmig gebogenen Heizrohr in einen Wärmespeicher eingebettet. Das unter einem hohen Druck stehende, dampfförmige Kältemittel strömt von dem Verdichter über das serpentinenförmig gebogene Heizrohr zum Kühler. In dem Wärmespeicher wird die von dem Heizrohr abgegebene Wärme gespeichert, während sich die Verdichterkältemaschine in Betrieb befindet, so daß der Enteisungsbehälter eine erhöhte Temperatur aufweist, die ausreicht, um das ganze dem Enteisungsbehälter zugeleitete Kältemittel von der Flüssigkeitsphase in die Dampfphase überzuleiten, wenn die Verdichterkältemaschine auf den Enteisungsbetrieb eingeschaltet ist.

Das erfindungsgemäße Enteisungssystem ist mit einer Einrichtung zur Befeuchtung des dampfförmigen Kältemittels ausgestattet, so daß die Wärmeabgabe an heißen Tagen im Sommer verbessert und damit der Verdichter vor einer Überlastung geschützt wird. Das erfindungsgemäße Enteisungssystem weist ferner in vorteilhafter Weise eine Einrichtung auf, mit wel- ^cher^der in dem Kühler herrschende Druck gesteigert werden kann, so daß selbst an kalten Tagen im Winter ein störungsfreier Betrieb des Verdichters und damit des Heizrohres und des Enteisungsbehälters gewährleistet wird.

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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig.1 eine Verdichterkältemaschine, welche mit einem Enteisungssystem gemäß der Erfindung ausgestattet ist, und .

Fig.2 einen von dem Kühler der in der Fig.1 gezeigten Verdichterkältemaschine abweichenden Kühler.

In der Fig.1 ist ein Wärmespeicher 1 dargestellt, der mit Wasser, Bimsstein oder irgendeinem anderen geeigneten Material 2 kleiner Wärmeleitfähigkeit gefüllt ist. In das Wärmespeichermaterial 2 sind ein Enteisungsbehälter 3 und ein schlangenförmiges Heizrohr 5 eingebettet. Mit dem Bezugszeichen 4 ist ein Verdichter bezeichnet.

Das stromauf gelegene Ende des Heizrohres 5 ist an den Verdichter 4 angeschlossen, während das stromab gelegene Ende des Heizrohres 5 mit einem Kühler 6 verbunden ist. Der Kühler 6 ist an einen Kessel 7 für flüssiges Kältemittel angeschlossen, der seinerseits über einen Trockner mit einem Expansionsventil 9 verbunden ist. An das Expansionsventil ist das stromauf gelegene Ende eines Verdampfers 10 angeschlossen, während das stromab gelegene Ende des Verdampfers mit dem Verdichter 4 verbunden ist.

Der Kältemittelstrom beginnt am Verdichter 4 und kehrt über das Heizrohr 5, den Kühler 6, den Kessel 7 für das flüssige Kältemittel, den Trockner 8, das Expansionsventil 9 und den Verdampfer 10 zum Verdichter 4 zurück. Da das Käl

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temittel entweder in flüssigem oder dampfförmigem Zustand unter hohem Druck durch die sich von dem Verdichter über den Kühler zum Expansionsventil erstreckende Leitung fließt, soll dieser Teil der Leitung als Hochdruckleitung bezeichnet werden. Im Gegensatz dazu fließt das Kältemittel in der einen oder anderen Phase unter niedrigem Druck in der sich von dem Expansionsventil 9 über den Verdampfer zum Verdichter erstreckenden Leitung, so daß dieser Leitungsteil als Niederdruckleitung bezeichnet wird. Aus der Zeichnung ist zu erkennen, daß gemäß der Erfindung der stromauf von dem Expansionsventil 9 und in der Nähe dieses Ventiles gelegene Teil der Hochdruckleitung über eine Speiseleitung 12 für flüssiges Kältemittel an den Enteisungsbehälter 3 angeschlossen ist, wobei in der Speiseleitung ein elektrisch betätigtes Magnetventil 11 angeordnet ist. Ebenso ist der stromab von dem Expansionsventil 9 und in dessen Nähe gelegene Teil der Niederdruckleitung über eine Speiseleitung 14 für dampfförmiges Kältemittel an den Enteisungsbehälter 3^: angeschlossen, in welchem ein Rückschlagventil 13 angeordnet ist. Ein Zwischenteil der Strömungsbahn, welche sich von dem Verdampfer 10 bis zum Verdichter 4 erstreckt, ist über eine Rücklaufleitung 15 für flüssiges Kältemittel an den Enteisungsbehälter 3 angeschlossen. Der Enteisungsbehälter 3 ist ebenfalls an den Verdichter 4 angeschlossen.

Während des Betriebes wird zunächst der Verdichter 4 in Gang gesetzt, und das dampfförmige verdichtete Kältemittel gibt dann die Wärme im Heizrohr 5 ab. Die Temperatur der in dem Wärmespeicher 1 befindlichen Füllung 2 steigt daher von 40 auf 5O°C.

Das verdichtete Kältemittel strömt zum Kühler 6, wo es von

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der Dampfphase in die Flüssigkeitsphase übergeht. Das nun flüssige Kältemitte fließt in den Behälter 7 und wird entwässert, wenn es durch die Kieselerdepackung des Trockners 8 strömt.

Nachdem das Kältemittel durch das Expansionsventil 9 geströmt ist, ist es verdampft, so daß die Temperatur des Verdampfers in dem Gefrierraum gesenkt wird. Schließlich gelangt das Kältemittel zum Verdichter 4 zurück. Wenn sich auf dem Verdampfer 10 Eiskristalle bilden, dann werden der Verdichter 4 abgeschaltet und das elektrisch betätigte Magnetventil 11 automatisch geöffnet, so daß das sich in der Hochdruckleitung befindliche flüssige Kältemittel über die Speiseleitung 12 für flüssiges Kältemittel zum Enteisungsbehälter 3 gelangt, und dann wird das elektrisch betätigte Magnetventil 11 automatisch geschlossen.

Der in dem Wärmespeicher 1 befindliche Enteisungsbehälter 3 wurde über das Heizrohr 5 auf eine angehobene Temperatur derart aufgeheizt, daß das zugeleitete flüssige Kältemittel in dem Behälter augenblicklich verdampft. Das nun dampfförmige Kältemittel gelangt über das Rückschlagventil 13 zum Verdampfer 1O. Dieses dampfförmige Kältemittel kann nicht durch das Expansionsventil 9 zur Hochdruckleitung zurückströmen. Es wird infolgedessen das gesamte dampfförmige Kältemittel von dem Enteisungsbehälter 3 über die Speiseleitung für das dampfförmige Kältemittel zum Verdampfer 1O geleitet, und wenn das Kältemittel von der dampfförmigen Phase in die flüssige Phase übergeführt wird, heizt es den Verdampfer auf, so daß die Eiskristalle entfernt werden. Das sich nun in der Flüssigkeitsphase befindliche Kältemittel kehrt über die Rücklaufleitung 15 zum Enteisungsbehälter 3 zurück, wo das Kältemittel erneut

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verdampft. Dieser Prozeß wird so lange wiederholt, bis der Verdampfer vollständig enteist ist.

Aus der Zeichnung ist zu entnehmen, daß der Enteisungsbehälter 3 unter dem Verdampfer 10 angeordnet ist, so daß das flüssige Kältemittel unter dem Einfluß der Schwerkraft über die Rücklaufleitung 15 in den Enteisungsbehälter fällt. Falls erwünscht, kann eine Pumpe vorgesehen sein, welche das flüssige Kältemittel über die Rücklauf— leitung 15 zum Enteisungsbehälter 3 fördert.

Wenn die Eiskristalle von dem Verdampfer 10 vollständig entfernt worden sind, dann steigen die Temperatur und der Druck in dem Verdampfer 10 auf das gleiche Niveau wie die Temperatur und der Druck in dem Enteisungsbehälter 3 an, und dann wird in dem Verdampfer kein Kältemittel mehr verflüssigt. Dann wird der Verdichter 4 wieder angestellt, so daß wieder. Kälte erzeugt wird.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist zu entnehmen, daß der verdichtete Dampf vom Verdichter 4 abströmt und durch das Heizrohr 4 geleitet wird, wo er seine Wärme an das wärmeisolierende Material des Wärmespeichers abgibt. Die Wärme wird also in dem Wärmespeicher 1 so lange gespeichert, bis die Temperatur der den Enteisungsbehälter umschließenden wärmeisolierenden Füllung auf ein solches Niveau angehoben ist, daß das ganze sich in dem Enteisungsbehälter befindliche Kältemittel von der flüssigen Phase in die Dampfphase übergeführt wird, und nun strömt das dampfförmige Kältemittel zum"Verdampfer und entfernt die Eiskristalle vom Verdampfer, wobei es in die flüssige Phase übergeht. Dadurch erübrigt sich die Verwendung einer besonderen Wärmequelle, wie z.B. eines spiralenförmigen Chromnickel—

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drahtes, und es wird elektrische Energie eingespart. In vorteilhafter Weise ist es nicht erforderlich, den Verdichter 4 zur Umwälzung des Kältemittels zum Enteisen des Verdampfers 10 zu betreiben. Die Zirkulation des Kältemittels in dem geschlossenen Kreislauf wird automatisch unterbrochen, wenn die Enteisung beendet ist. Zur Abführung von einigen ö!bestandteilen aus dem Kältemittel ist ein Rohr 16 vorgesehen. Das Rückschlagventil 13 kann durch ein zu öffnendes und zu schließendes Ventil ersetzt werden, welches während der Enteisung geöffnet und nach der Enteisung geschlossen ist.

Aus der Fig.1 ist zu entnehmen, daß das Kühlersystem 6 von einem Hauptkühler 6a und einem Nebenkühler 6b gebildet ist. Das Heizrohr 5 ist mit einem zwischen dem Heizrohr und dem Kühler angeordneten Ejektor 17 an das stromauf gelegene Ende des Hauptkühlers 6a angeschlossen, während das stromab gelegene Ende des Hauptkühlers mit dem oberen Teil des Kessels 7 verbunden ist. Gleichfalls ist das stromauf gelegene Ende des Nebenkühlers 6b mit dem unteren Teil oder dem Bodenteil des Kessels 7 verbunden, während das stromab gelegene Ende des Nebenkühlers über ein Strömungssteuerventil 18 an den Saugteil des Ejektors 17 angeschlossen ist. Falls es erwünscht ist, kann eine Pumpe P zwischen dem Strömungssteuerventil 18 und dem Ejektor 17 vorgesehen sein. Die Konstruktion des Ejektors ist aus der Fig.2 zu entnehmen.

Es ist anzunehmen, daß der Kühler 6 bei heißem Wetter im Sommer eine erhöhte Temperatur aufweist. Die Wärme wird daher von dem Kühler schlechter abgeführt, so daß im Sommer die Gefahr einer überlastung des Verdichters 4 gegeben ist. Wenn das Strömungssteuerventil 18 geöffnet wird, dann saugt das durch den Ejektor 17 hindurchströmende dampfför-

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mige Kältemittel etwas in dem Nebenkühler 6b unterkühltes flüssiges Kältemittel an, worauf später noch eingegangen wird, so daß das dampfförmige Kältemittel,, welches von dem Heizrohr 5 zum Hauptkühler 6a strömt, angefeuchtet wird. Infolgedessen wird eine gute thermische Leitfähigkeit des Kältemittels erzielt. Die Wärme wird daher selbst dann von dem Kühler gut abgeleitet, wenn sich der Kühler an heißen Tagen im Sommer auf einem erhöhten Temperaturniveau befindet, 'so daß das dampfförmige Kältemittel gut kondensiert und in flüssigem Zustand in den Kessel 7 eingeleitet wird. Es wird deshalb in vorteilhafter Weise eine Überlastung des Verdichters 4 verhindert. Das flüssige Kältemittel strömt von dem Kessel 7 zum Nebenkühler 6b, wo das Kältemittel unterkühlt wird.·

Im Gegensatz zu den vorstehenden Ausführungen ist es wahrscheinlich, daß der Kühler 6 an kalten Tagen im Winter eine niedrige Temperatur aufweist. Wenn das Strömungssteuerventil 18 geschlossen ist, dann wird das dampfförmige Kältemittel, welches trocken ist und infolgedessen eine schlechte thermische Leitfähigkeit besitzt, von dem Heizrohr 5 direkt dem Hauptkühler 6a zugeleitet, so daß der Druck, bei welchem das Kältemittel kondensiert, ansteigt. Infolgedessen arbeitet der Verdichter 4 unter einer relativ großen Last, und das Heizrohr 5 gibt eine ausreichend große Wärmemenge ab, so daß die Temperatur des Enteisungsbehälters 3 im Winter ansteigt und eine gute Enteisung erreicht wird.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel für den Kühler ist in der Fig.2 dargestellt.

Es ist zu erkennen, daß das stromab gelegene Ende des Hauptkühlers 6m mit dem stromauf gelegenen Ende des Nebenkühlers

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6η verbunden ist und daß die Verbindungsstelle zwischen dem Hauptkühler 6m und dem Nebenkühler 6n an das obere Ende des Kessels 7 angeschlossen ist, so daß überschüssiger Betrag des flüssigen Kältemittels von dem Nebenkühler 6n in den Kessel 7 abgeleitet wird.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist zu entnehmen, daß mit Hilfe des erfindungsgemäßen Enteisungssystems die Überlastung des Verdichters an heißen Tagen im Sommer verhindert werden kann, indem das dampfförmige Kältemittel angefeuchtet wird und die thermische Leitfähigkeit des dampfförmigen Kältemittels verbessert wird, so daß es seine Wärme im Kühler abgeben kann, während ein störungsfreier Betrieb des Verdichters an kalten Tagen im Winter dadurch sichergestellt wird, daß trockenes dampfförmiges Kältemittel durch den Kühler geleitet wird, so daß die Wärme im Kühler nur schlecht abgegeben wird und infolgedessen der Innendruck im Verdichter ansteigt. Der Enteistungsbehälter 3 wird daher auf einer genügend hohen Temperatur gehalten, so daß sichergestellt wird, daß der Verdampfer selbst im Winter vollständig enteist wird.

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Claims

P 1OO57 Patentansprüche

1.) Enteisungssystem für eine Verdichterkältemaschine mit einer den Verdichter über einen Kondensor mit einem Expansionsventil verbindenden Hochdruckleitung und einer das Expansionsventil über einen Verdampfer mit dem Verdichter verbindenden Niederdruckleitung, dadurch gekennzeichnet , daß ein Enteisungsbehälter (3) vorgesehen ist, der an die Hochdruckleitung und an einen den Verdampfer (10) enthaltenden Leitungskreis angeschlossen ist, so daß ein geschlossener Kreislauf vorgesehen ist, in welchem ein Kältemittel zirkuliert, und daß eine Heizeinrichtung (1, 2, 5) vorgesehen ist, welche den Enteisungsbehälter auf ein erhöhtes Temperaturniveau aufheizt, welches ausreicht, um alles in den Enteisungsbehälter eingeleitetes Kältemittel von der Flüssigkeitsphase in die Dampfphase überzuführen.

2. Enteisungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Enteisungsbehälter (3) stromauf von dem Expansionsventil (9) in dessen Nähe an die Hochdruckleitung angeschlossen ist, wobei in der Verbindungsleitung (12) ein Steuerventil (11) vorgesehen ist, welches seine Öffnungsstellung einnimmt, wenn sich auf dem Verdampfer Eiskristalle ausbilden, und seine Schließstellung einnimmt, wenn eine bestimmte Menge flüssigen Kältemittels in den Enteisungsbehälter eingeströmt ist, daß der Enteisungsbehälter über eine mit einem Rückschlagventil (13) versehene Leitung (14) an den Verdamp-

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fer angeschlossen ist, welches einen Durchgang des dampfförmigen Kältemittels zum stromauf gelegenen Einlaß des Verdampfers (10) zuläßt, "und daß die Heizeinrichtung von einem Wärmespeicher (1) und einem serpentinenformig gebogenen Heizrohr (5) gebildet ist, welches den Verdichter (4) mit dem Kondensor (6) verbindet, wobei der Enteisungsbehälter und das Heizrohr in einem wärmeisolierenden Material (2) des Wärmespeichers eingebettet sind.

3. Enteisungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß ein Kessel (7) für flüssiges Kältemittel sowie ein Ejektor (17) vorgesehen sind und daß der Kondensor (6) einen Hauptkühler (6a) und einen Nebenkühler (6b) aufweist, daß das stromauf gelegene Ende des Hauptkühlers über den Ejektor mit dem Heizrohr (5) verbunden ist, während das stromab gelegene Ende des Hauptkühlers an den oberen Teil des Kessels angeschlossen ist, und daß das stromauf gelegene 'Ende des Nebenkühlers mit dem unteren Teil des Kessels verbunden ist, während das stromab gelegene Ende des Nebenkühlers an den Ejektor angeschlossen ist.

4. Enteisungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet ,. daß ein Kessel (7) für flüssiges Kältemittel sowie ein Ejektor (17) vorgesehen sind, daß der Kondensor (6) einen HauptküHler (6m) und einen Nebenkühler (6n) aufweist, die in Reihe geschaltet sind, wobei die Verbindungsstelle zwischen dem Hauptkühler und dem Nebenkühler mit dem Kessel (7) verbunden ist, während das stromauf gelegene Ende des Hauptkühlers und das stromab gelegene Ende des Nebenkühlers jeweils an den Ejektor angeschlossen sind.

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