DE69003067T2

DE69003067T2 - Kälteanlage.

Info

Publication number: DE69003067T2
Application number: DE90311023T
Authority: DE
Inventors: Heinz Jaster
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1989-10-11
Filing date: 1990-10-09
Publication date: 1994-04-21
Anticipated expiration: 2010-10-10
Also published as: EP0424003A2; ES2045823T3; US4918942A; EP0424003A3; DE69003067D1; JPH03164664A; JP2865844B2; EP0424003B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Kälteanslagen, wie beispielsweise Haushalts-Gefriereinrichtungen.
Gegenwärtig hergestellte Haushalts-Gefriereinrichtungen arbeiten mit dem einfachen Dampfkompressionszyklus, wie er aus der AU-B-53080/79 bekannt ist. Der bekannte Zyklus, der in Figur 1 gezeigt ist, enthält einen Kompressor A, einen Kondensor B, ein Expansionsventil C, einen Verdampfer D und ein zweiphasiges Kältemittel. In dem gezeigten Zyklus arbeitet eine Kapillarröhre als eine Engstelle. Die Kapillarröhre ist in großer Nähe zu der Saugleitung des Kompressors angeordnet, um die Kapillarröhre zu kühlen. Die Unterkühlung, die das Kältemittel in der Kapillarröhre erfährt, vergrößert das Kühlvermögen der Masseströmungsgeschwindigkeit pro Einheit in dem System, wodurch die System-Effizienz erhöht wird, was den Nachteil der Erhöhung der Temperatur des dem Kompressor zugeführten Gases mehr als kompensiert. Der Verdampfer in Figur 1 arbeitet bei etwa -23,3 º C (-10º F). Über den Verdampfer wird Kühlluft geblasen, und die Kühlströmung wird so gesteuert, daß ein Teil der Luft zur Gefrierkammer strömt und der Rest der Strömung zur Frischgemüsekammer strömt. Der Gefrierzyklus erzeugt deshalb seine Gefrierwirkung bei einer Temperatur, die für die Gefrierkammer geeinget ist, die aber niedriger ist, als es für die Frischgemüsekammer nötig ist. Da die mechanische Energie, die zum Erzeugen von Kühlung bei tiefen Temperaturen erforderlich ist, größer ist, als bei höheren Temperaturen, verwendet der einfache Dampfkompressionszyklus mehr mechanische Energie als einer, der Kühlung bei zwei Temperaturwerten erzeugt.
Ein bekanntes Verfahren, das die verwendete mechanische Energie verkleinert, besteht darin, zwei unabhängige Gefrierzyklen zu betreiben, einen zum Bedienen der Gefrierkammer bei tiefen Temperaturen und einen, um die Frischgemüsekammer bei einer Zwischentemperatur zu bedienen. Ein derartiges System ist jedoch sehr kostspielig.
Ein anderes Problem, das bei der Kühlung für einen Gefrierbetrieb in dem einfachen Dampfkompressionszyklus auftritt, ist die große Temperaturdifferenz zwischen den Einlaß- und Auslaßtemperaturen des Kompressors. Das den Kompressor verlassende Gas ist überhitzt, was eine thermodynamische Irreversibilität darstellt, die einen relativ kleinen thermodynamischen Wirkungsgrad zur Folge hat. Die Verkleinerung der Überhitzung sorgt für einen verkleinerten Verbrauch von mechanischer Energie und deshalb für einen größeren Wirkungsgrad.
US-A-4 435 962 zeigt eine zwei Verdampfer aufweisende Anordnung mit einem dazwischen angeordneten Phasenseparator und die US-A-4 745 777 zeigt einen zweistufigen Kompressor, wobei ein Auslaß von einem Phasenseparator zwischen den beiden Kompressorstufen verbunden ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Kälteanlage geschaffen unter Verwendung eines zweiphasigen Kältemittels zur Verwendung in einer Kühleinrichtung mit einer Gefrierkammer und einer Frischgemüsekammer, enthaltend: eine Kältemittelströmungs-Steuereinrichtung, einen ersten Verdampfer für eine Kühlung der Gefrierkammer, einen zweistufigen Kompressor, einen Kondensor, eine Kapillarröhre, einen zweiten Verdampfer für die Kühlung der Frischgemüsekammer, Leitungsmittel zum Verbinden aller genannten Elemente in Reihe in der angegebenen Reihenfolge in einer Kältemittel-Strömungsanordnung und einen Phasenseparator mit einem Einlaß und zwei Auslässen, wobei der erste Auslaß die flüssige Phase des Kältemittels liefert, der zweite Auslaß die gasförmige Phase des Kältemittels liefert, der Phasenseparator an seinem Einlaß mit dem zweiten Verdampfer und an seinem ersten Auslaß durch die Leitungsmittel mit der Kältemittelströmungs-Steuereinrichtung verbunden ist, der zweite Auslaß des Phasenseparators mit einer Stelle zwischen den ersten und zweiten Stufen des Kompressors verbunden ist, wobei ein erster Teil der Kapillarröhre in einer Wärmeübertragungsrelation mit den Leitungsmitteln ist, die den zweiten Auslaß des Phasenseparators mit einer Stelle zwischen den ersten und zweiten Stufen des Kompressors verbinden, und ein zweiter Teil der Kapillarröhre in einer Wärmeübertragungsrelation mit den Leitungsmitteln ist, die den ersten Verdampfer mit der Saugseite der ersten Stufe des Kompressors verbinden.
Die Erfindung wird sowohl bezüglich ihres Aufbaues als auch ihres Ausführungsverfahrens besser verständlich durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen:
Figur 1 eine schematische Darstellung von einem bekannten Dampfkompressionsystem ist, das in einer Haushalts- Gefriereinrichtung verwendet ist;
Figur 2 eine schematische Darstellung von einem Ausführungsbeispiel von einem zwei Verdampfer aufweisenden zweistufigen System gemäß der Erfindung ist;
Figur 3 ein Schnittbild des Phasenseparators gemäß Figur 2 ist; und
Figur 4 eine schematische Darstellung von einem anderen Ausführungsbeispiel des zwei Verdampfer aufweisenden zweistufigen Systems gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
In der Zeichnung und insbesondere in ihrer Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel von einem zwei Verdampfer aufweisenden zweistufigen System gezeigt. Das System weist eine Engstelle auf, um die Kältemittelströmung zu steuern, die als ein Expansionsventil gezeigt ist, einen ersten Verdampfer 13, einen zweistufigen Kompressor 14 mit einer ersten und einer zweiten Stufe 15 bzw. 17, einen Kondensor 21, eine Kapillarröhre 23 und einen zweiten Verdampfer 25, die durch eine Leitung 26 in dieser Reihenfolge in einer Kältemittel- Strömungsanordnung in Reihe miteinander verbunden sind. Ein Phasenseparator 27, der in Figur 3 im Schnitt gezeigt ist, weist einen geschlossenen Behälter 31 mit einem Einlaß 33 an seinem oberen Abschnitt zum Einlaß von flüssigem und gasförmigem Kältemittel auf und hat zwei Auslässe 35 und 37. Ein Sieb 44 ist in dem oberen Abschnitt des Behälters angeordnet, um irgendwelches feste Material zu beseitigen, das zusammen mit dem Kältemittel mitgeführt wird, wenn es in den Einlaß 33 eintritt. Der erste Auslaß 35 ist an dem Unterteil des Behälters 31 angeordnet und liefert flüssiges Kältemittel 39. Der zweite Auslaß 37 wird durch eine Leitung gebildet, die sich von dem Inneren des oberen Abschnitts des Behälters nach außen erstreckt. Die Leitung ist in Strömungsverbindung mit dem oberen Abschnitt und ist so angeordnet, daß flüssiges Kältemittel, das in den oberen Abschnitt des Behälters durch den Einlaß 33 eintritt, nicht in das offene Ende der Leitung eintreten kann. Ein zweiphasiges Kältemittel aus der Kapillarröhre ist mit dem Einlaß 33 des Phasenseparators 27 verbunden. Der Phasenseparator liefert flüssiges Kältemittel an das Expansionsventil 11. Der Phasensepartor liefert auch gesättigten Kältemitteldampf, der sich mit Dampf vereinigt, der von dem ersten Kompressor 15 abgegeben wird, und zusammen sind sie mit dem Einlaß des zweiten Kompressors 17 verbunden. Von der Kapillarröhre 23 ist ein Teil ihrer Länge in thermischem Kontakt mit der Leitung, die den Phasenseparator mit der Verbindungsstelle des Auslasses der ersten Kompressorstufe und der Saugleitung der zweiten Kompressorstufe verbindet. Der verbleibende Teil der Kapillarröhre ist in thermischem Kontakt mit der Saugleitung der ersten Kompressorstufe. Ein thermischer Kontakt kann dadurch erzielt werden, daß das Äußere der Kapillarröhre und das Äußere der Leitung Seite an Seite zusammengelötet werden. Figur 2 zeigt die Kapillarröhre, die um die Leitung 26 gewickelt ist. Dies ist jedoch eine schematische Darstellung der Wärmeübertragungsrelation. Die Wärmeübertragung erfolgt in einer Gegenströmungsanordnung, wobei die Strömung der Kapillarröhre eine entgegengesetzte Richtung hat zu der Strömung der Kältemittelleitung, um den Wärmeaustausch-Wirkungsgrad zu maximieren. Die ersten und zweiten Kompressorstufen sind vorzugsweise in einer einzelnen Einheit 14 angeordnet, die durch einen einzigen Motor (nicht gezeigt) angetrieben wird.
Im Betrieb enthält der erste Verdampfer 13 Kältemittel bei einer Temperatur von etwa -23,3ºC (-10ºF) zum Kühlen der Gefrierkammer. Der zweite Verdampfer 25 enthält das Kältemittel bei einer Temperatur von etwa -3,9ºC (25ºF) zum Kühlen der Frischgemüsekammer.
Das Expansionsventil 11 ist eingestellt, um eine gerade noch trockene Gasströmung an dem Ausgang des Verdampfers 13 zu erhalten, oder alternativ kann eine Kapillarröhre mit einer entsprechenden Bohrungsgröße und -länge verwendet werden. Das Gas, das von dem Verdampfer 13 in die erste Kompressorstufe 15 eintritt, wird verdichtet. Das von der ersten Kompressorstufe ausgestoßene Gas wird mit Gas bei der Sättigungstemperatur aus dem Phasenseparator 27 gemischt, und die zwei Gase werden durch die zweite Kompressorstufe 17 weiter verdichtet. Das eine hohe Temperatur und einen hohen Druck aufweisende Austrittsgas aus der zweiten Kompressorstufe wird in dem Kondensor 21 kondensiert. Die Kapillarröhre 23 ist so bemessen, daß eine gewisse Unterkühlung der den Kondensor verlassenden Flüssigkeit erhalten wird. Die Kapillarröhre ist eine feste Länge einer Röhre mit einem kleinen Durchmesser. Aufgrund des kleinen Durchmessers tritt ein hoher Druckabfall über der Länge der Kapillarröhre auf, wodurch der Druck des flüssigen Kältemittels unter seinen Sättigungsdruck abgesenkt wird, wodurch es in ein Gas übergeht. Die Kapillarröhre bemißt die Strömung des Kältemittels und hält eine Druckdifferenz zwischen dem Kondensor und dem Verdampfer aufrecht. Der direkte Kontakt zwischen der Außenseite der warmen Kapillarröhre, in die die warme kondensierte Flüssigkeit aus dem Kondensor eintritt, und der Außenseite der gesättigten Dampf führenden Leitung von dem Phasenseparator bewirkt, daß sich die kältere Dampfleitung erwärmt und die Kapillarröhre abkühlt. Da die Temperaturen für die Kompressorsaugleitung für die ersten und zweiten Stufen in den vorliegenden Ausführungsbeispielen etwa -23,3ºC (-10ºF) und -3,9ºC (25ºF) betragen, bewirkt ohne Saugleitungserwärmung von der Kapillarröhre Feuchtigkeit aus der Raumtemparatur aufweisenden Luft, die auf diesen Leitungen kondensiert, parasitäre Wärmegewinne in dem Kältemittel, wodurch der Wirkungsgrad gesenkt wird. Die kondensierende Feuchtigkeit hat auch die Tendenz abzutropfen, wodurch ein separates Problem hervorgerufen wird. Die Saugleitungserwärmung durch die Kapillarröhre erwärmt die Saugleitungen ausreichend, um eine Kondensation zu vermeiden, und kühlt auch das Kältemittel in der Kapillarröhre, das zu dem Verdampfer strömt. Die Erwärmung des Kältemitteldampfes in den Saugleitungen hat einen nachteiligen Effekt auf den Wirkungsgrad, aber in Verbindung mit dem vorteilhaften Effekt des Kühlens des Kältemittels in der Kapillarröhre wird der Gesamtwirkungsgrad des Systems vergrößert. Die Expansion des flüssigen Kältemittels in der Kapillarröhre bewirkt, daß ein Teil der Flüssigkeit verdampft und den Rest auf die Temperatur des zweiten Verdampfers kühlt. Das eine flüssige und eine gasförmmige Phase aufweisende Kältemittel tritt in den Phasenseparator 27 ein. Flüssiges Kältemittel sammelt sich in dem unteren Abschnitt des Behälters und Gas sammelt sich im oberen Abschnitt. Der Phasenseparator liefert den Gasanteil, der mit dem aus der ersten Kompressorstufe 15 austretenden Gas zu vereinigen ist. Das Gas aus dem Phasenseparator ist auf einer Temperatur von etwa -3,9ºC (25ºF) und kühlt das aus der ersten Kompressorstufe austretende Gas, wodurch die Gastemperatur des in den zweiten Kompressor eintretenden Gases abgesenkt wird gegenüber der Temperatur, die das Gas anderenfalls ohne die Zwischenkühlung haben würde. Die Flüssigkeit der zweiphasigen Mischung aus dem zweiten Verdampfer 25 strömt von den Phasenseparator 27 durch die erste Engstelle 11, wodurch das Kältemittel auf einen noch tieferen Druck gebracht wird. Die verbleibende Flüssigkeit verdampft in dem ersten Verdampfer 13 und kühlt den Verdampfer auf etwa -23,3ºC (-10ºF). Dem System wird eine ausreichende Kältemittelmenge zugeführt, so daß der gewünschte Flüssigkeitspegel in dem Phasenseparator aufrechterhalten werden kann.
Das Druckverhältis der zwei Kompressorstufen wird durch den verwendeten Kältemitteltyp und durch die Temperaturen bestimmt, bei denen die Verdampfer arbeiten sollen. Der Druck am Eingang des ersten Kompressors 15 ist durch den Druck bestimmt, bei dem das Kältemittel in dem zweiphasigen Gleichgewicht bei -23,3ºC (-10ºF) vorhanden ist. Der Druck am Ausgang der ersten Kompressorstufe wird durch den Sättigungsdruck des Kältemittels bei -3,9ºC (25ºF) bestimmt. Die Temperatur des Kondensors 21 muß größer als die Umgebungstemperatur sein, um als ein Wärmetauscher unter einem breiten Bereich von Betriebsbedingungen zu arbeiten. Wenn der Kondensator beispielsweise bei 40,6ºC (105ºF) arbeiten soll, dann kann der Druck des Kältemittels bei Sättigung ermittelt werden. Das Volumenfördervermögen der Kompressoren wird durch die Größe des Kühlvermögens bestimmt, das das System bei jedem der zwei Temperaturpegel erfordert, wodurch die Masseströmungsgeschwindigkeit des Kältemittels durch die Kompressorstufen bestimmt wird.
Der zwei Verdampfer aufweisende zweistufige Zyklus erfordert weniger mechanische Energie im Vergleich zu einem einen einzelnen Verdampfer und einen einzelnen Kompressor aufweisenden Zyklus mit dem gleichen Kühlvermögen. Die Vorteile bezüglich des Wirkungsgrades beruhen auf der Tatsache, daß das Gas, das den eine höhere Temperatur aufweisenden Verdampfer verläßt, von einem Zwischendruck komprimiert wird, anstatt von dem tieferen Druck des Gases, das den eine tiefere Temperatur aufweisenden Verdampfer verläßt. Weiterhin trägt zu dem verbesserten Wirkungsgrad die Kühlung des aus dem ersten Kompressor austretenden Gases durch die Hinzufügung von Gas bei, das von dem Phasenseparator auf Sättigungstemperatur abgekühlt ist. Die Kühlung des in den zweiten Kompressor eintretenden Gases verkleinert den Bedarf mechanischer Energie des zweiten Kompressors.
Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Figur 4 gezeigt. Das System enthält die gleichen Komponenten, die in Figur 2 verwendet sind und die in der gleichen Weise miteinander verbunden sind, abgesehen von einer Kapillarröhre 51, die anstelle des Expansionsventils 11 in Figur 2 verwendet ist. Die Kapillarröhre 51 ist in einer Kältemittelströmungsrelation zwischen die Flüssigkeits-Auslaßöffnung des Phasenseparators und den Einlaß zu dem ersten Verdampfer verbunden, wie es in Figur 2 gezeigt ist, sie ist aber auch in einer Wärmeübertragungsrelation mit der Kältemittelleitung angeordnet, die den ersten Verdampfer 13 verläßt. Die Kapillarröhre 51 ist vorzugsweise in einer Gegenströmungsanordnung an der den ersten Verdampfer verlassenden Leitung angelötet. Die Kapillarröhre 23 ist an demjenigen Abschnitt der den ersten Verdampfer verlassenden Leitung angelötet, der näher zum Einlaß der ersten Kompressorstufe 15 liegt als wo der Teilabschnitt der Kapillarröhre 51 angelötet ist.
Im Betrieb wird ein Teil der Kapillarröhre 23 zunächst durch den Kontakt mit der Dampfleitung gekühlt, die sich von dem Phasenseparator zu dem Eingang der zweiten Kompressorstufe erstreckt. Nach der Kühlung durch den Kontakt mit dieser Dampfleitung ist die erste Kapillarröhre 23 immer noch wärmer als die zweite Kapillarröhre 51, bevor die zweite Kapillarröhre die Auslaßleitung aus dem ersten Verdampfer berührt. Deshalb berührt die zweite Kapillarröhre 51 einen von dem ersten Verdampfer zu dem Einlaß der ersten Verdichterstufe führenden Abschnitt der Leitung, der nicht durch die erste Kapillarröhre erwärmt worden ist. Wenn die Kapillarröhre 23 den Abschnitt der Leitung, der dem Verdampfer am nächsten gelegen ist, berühren würde, würde die Temperatur der Leitung genügend erhöht werden, um eine Kühlung der Kapillarröhre 51 durch den Kontakt mit der Leitung zu verhindern. Die Kapillarröhre 51 bewirkt, daß das dem ersten Verdampfer zugeführte Kältemittel kälter und das der Verdichterstufe zugeführte Kältemittel wärmer ist als es sein würden, wenn die Kapillarröhre 51 nicht in einer Wärmeübertragungsrelation mit dem Auslaß des ersten Verdampfers wäre. Die Verwendung der Kapillarröhre 51 in einer Wärmeübertragungsrelation vergrößert den Gesamtwirkungsgrad weiterhin, aber nicht um einen so großen Betrag wie die Verbesserung, die durch Saugleitungserwärmung herbeigeführt wird, die durch die Kapillarröhre 23 geliefert wird, denn die Temperaturdifferenz zwischen der Kapillarröhre 51 und der Saugleitung der ersten Kompressorstufe ist kleiner als diejenige zwischen der Kapillarröhre 23 und den Saugleitungen, mit denen sie in Kontakt ist.
Wenn Kältemittel R-12 verwendet wird, sind die relativen Kompressorgrößen (Förderleistungen) in den zwei Verdampfer aufweisenden zweistufigen Zyklen von sowohl Figur 2 als auch 4 die ersten und zweiten Kompressorstufen 0,27 und 0,45 im Vergleich zu einer Kompressorgröße von 1 für den einfachen Dampfkompressionszyklus für das gleiche Gesamtkühlvermögen.
In den Ausführungsbeispielen gemäß in den Figuren 2 und 4 können die Kompressoren hin- und hergehende Typen mit hermetisch gekapselten Motoren oder Drehtypen mit hermetisch gekapselten Motoren oder irgendwelche anderen Verdrängertypen mit hermetisch gekapselten Motoren sein. Der erste Kompressor kann, wenn Kältemittel R-12 verwendet wird, sehr klein sein und arbeitet gegen ein Druckverhältnis von nur 2, was die Verwendung von beispielsweise einem billigen Membrankompressor gestatten würde. Ein verbesserter Wirkungsgrad kann erzielt werden, wenn beide Kompressoren von einem einzigen Motor betrieben werden. Denn ein großer Motor kann effizienter sein als zwei kleinere Motoren, die die gleiche Gesamtleistung liefern.
Es folgen nun Leistungsberechnungen für die Zyklen gemäß Figur 1 und Figur 2. Für alle Zyklen wurde angenommen, daß R-12 Kältemittel verwendet wird, und das gesamte Kühlvermögen von jedem Zyklus wurde mit 2,931 x 10² W (1000 Btu/hr) angenommen. Weiterhin wurde angenommen, daß alle Zyklen Drehkompressoren mit hermetisch gekapselten Motoren verwenden, die durch Kältemittel bei dem Ausgangsdruck des Kompressors gekühlt werden. Für den bekannten Zyklus gemäß Figur 1 wurde die Sättigungstemperatur am Verdampferausgang mit -23,3ºC (-10ºF) und mit einem Druckabfall von 0,07 kg/cm² (1 psi) und einer Ausgangsüberhitzung von -17,8ºC (0ºF) angenommen. Der adiabatische Wirkungsgrad des Verdichters wurde mit 0,61 angenommen, der Motorwirkungsgrad mit 0,8 und eine zusätzliche Erwärmung des Sauggases aufgrund von Wärmeübertragung auf den Kompressormantel mit 6,1ºC (43ºF). Die Wärmeübertragung der Kapillarröhre auf die Saugleitung des Kompressors hat eine Sauggaserwärmung auf 36,7ºC (98ºF) zur Folge. Die Kondensoreingangs-Sättigungstemperatur wird mit 54,4ºC (130ºF), der Druckabfall mit 0,7 kg/cm² (10 psi) und die Ausgangsunterkühlung mit 150ºC (5ºF) angenommen.
Auf der Basis dieser Parameter wurden die Motorausgangstemperaturen mit 220,5ºC (429ºF), die Kältemittelströmungsgeschwindigkeit mit 8,4 kg/h (18,6 lbm/hr), die Kompressorleistung mit 270 Watt und der Leistungskoeffizient mit 1,09 berechnet.
Für den Zyklus gemäß Figur 2 wurde angenommen, daß der erste Verdampfer eine Ausgangssättigungstemperatur von 23,3ºC (-10ºF) mit einem Druckabfall von 1 psi und einer Ausgangsüberhitzung von -17,8ºC (0ºF) hat. Der zweite Verdampfer wird mit einer Ausgangstemperatur von -3,9ºC (25ºF) und einem Druckabfall von 0 kg/cm² (psi) angenommen. Die ersten und zweiten Kompressoren haben einen adiabatischen Wirkungsgrad von 0,7 und einen Motorwirkungsgrad von 0,8. Der erste Kompressor erzeugt eine zusätzliche Überhitzung des Sauggases aufgrund von Wärmeübertragung von dem Kompressormantel von -15ºC (5ºF). Der zweite Kompressor hat eine zusätzliche Überhitzung des Sauggases von -12,2ºC (10ºF). Der Kondensor hat eine Eingangssättigungstemperatur von 54,4ºC (130ºF), einen Druckabfall von 0,7 kg/cm² (10 psi) und eine Ausgangsunterkühlung von -15ºC (5ºF). Das Kühlvermögen von 2,931 x 10²W (1000 Btu/hr) wird zwischen den zwei Verdampfern gleich aufgeteilt.
Die berechneten Ergebnisse aus den vorstehenden Parametern für den Zyklus in Figur 2 sind eine Ausgangsgastemperatur des zweiten Kompressors von 97,8ºC (208ºF) und eine Austrittsgastemperatur der ersten Verdichterstufe von 18,9ºC (66ºF). Die Kompressorströmungsgeschwindigkeiten der ersten und zweiten Kompressoren sind 3,6 kg/h (8,0 lbm/hr) bzw. 11,2 kg/h (24,7 lbm/hr). Der Leistungsverbrauch der ersten und zweiten Kompressoren beträgt 22,4 bzw. 164 Watt. Der Leistungskoeffizient ist 1,58. Mit der Saugleitungserwärmung der ersten und zweiten Stufe, wenn die halbe Kapillarröhrelänge an den jeweiligen Saugleitungen der Kompressorstufen angelötet ist, wird die Saugleitungstemperatur der ersten Stufe mit 13,9ºC (57ºF) und die Saugleitungstemperatur der zweiten Stufe mit 34,4ºC (94º) errechnet. Der Leistungskoeffizient errechnet dahingehend, daß er sich um 2,5 Prozent verbessert im Vergleich zu dem gleichen Zyklus ohne Saugleitungserwärmung auf einen Leistungskoeffizient von 1,62.
Die Berechnungen wurden zwar für eine Verwendung eines Kältemittels, das Chlorfluorkohlenstoffe enthält, durchgeführt, es können aber auch andere Kältemitteltypen mit ähnlichen Vorteilen im Vergleich zu den gegenwärtig verwendeten Zyklen verwendet werden.
Vorstehend wurde eine Kälteanlage mit dualen Verdampfern beschrieben, die für eine Verwendung mit Haushalts- Gefriereinrichtungen geeignet ist und die einen verbesserten thermodynamischen Wirkungsgrad hat.
Ausführungsbeispiele der Erfindung können auch eine Kälteanlage schaffen, die für eine Verwendung in Haushalts-Gefriereinrichtungen geeignet ist und die die Gastemperatur an den Kompressorausgangsöffnungen senkt, und/oder eine Kälteanlage schaffen, bei der keine Feuchtigkeit aus der Luft auf den Kompressor-Saugleitungen kondensiert.

Claims

1. Kälteanlage unter Verwendung eines zweiphasigen Kältemittels zur Verwendung in einer Kühleinrichtung mit einer Gefrierkammer und einer Frischgemüsekammer, enthaltend:

eine Kältemittelströmungs-Steuereinrichtung (11),

einen ersten Verdampfer (13) für eine Kühlung der Gefrierkammer,

einen zweistufigen Kompressor (14,15,17),

einen Kondensor (21),

eine Kapillarröhre (23),

einen zweiten Verdampfer (25) für eine Kühlung der Frischgemüsekammer,

Leitungsmittel (26) zum Verbinden aller genannten Elemente in Reihe in der angegebenen Reihenfolge in einer Kältemittel-Strömungsanordnung und

einen Phasenseparator (27) mit einem Einlaß (33) und zwei Auslässen (37,35), wobei der erste Auslaß (35) die flüssige Phase des Kältemittels liefert, der zweite Auslaß (37) die gasförmige Phase des Kältemittels liefert, der Phasenseparator an seinem Einlaß (33) mit dem zweiten Verdampfer (25) und an seinem ersten Auslaß (35) durch die Leitungsmittel (26) mit der Kältemittelströmungs-Steuereinrichtung (11) verbunden ist, der zweite Auslaß (37) des Phasenseparators mit einer Stelle zwischen den ersten (15) und zweiten (17) Stufen des Kompressors verbunden ist, wobei ein erster Teil der Kapillarröhre (23) in einer Wärmeübertragungsrelation mit den Leitungsmitteln ist, die den zweiten Auslaß (37) des Phasenseparators mit einer Stelle zwischen den ersten und zweiten Stufen (15, 17) des Kompressors (14) verbinden und ein zweiter Teil der Kapillarröhre (23) in einer Wärmeübertragungsrelation mit den Leitungsmitteln ist, die den ersten Verdampfer (13) mit der Saugseite der ersten Stufe (15) des Kompressors verbinden.

2. Kälteanlage nach Anspruch 1, wobei die Wärmeübertragungsrelation eine Gegenstrom-Wärmeübertragungsrelation mit dem Äußeren der Kapillarröhre (23) aufweist, die an dem Äußeren der Leitungsmittel (26) angelötet ist.

3. Kälteanlage nach Anspruch 1, wobei die Kältemittelströmungs-Steuereinrichtung eine weitere Kapillarröhre (51) aufweist.

4. Kälteanlage nach Anspruch 3, wobei die weitere Kapillarröhre (51) in einer Wärmeübertragungsrelation mit einem Abschnitt der Leitungsmittel ist, der den ersten Verdampfer (13) mit der Saugseite der ersten Kompressorstufe (15) verbindet, wobei der Abschnitt zwischen dem ersten Verdampfer (13) und einer Stelle angeordnet ist, wo der zweite Teil der ersten Kapillarröhre (23) in Wärmeübertragungsrelation mit den Leitungsmitteln (26) ist.

5. Kälteanlage nach Anspruch 4, wobei die Wärmeübertragungsrelationen eine Gegenstrom-Wärmeübertragungsrelation mit dem Äußeren der Kapillarröhren (23,51) aufweisen, die an dem Äußeren der Leitungsmittel (26) angelötet sind.

6. Kälteanlage nach Anspruch 1, wobei die Strömungs- Steuereinrichtung (11) ein Entspannungsventil (11) aufweist.