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Kühlanlage Die Erfindung betrifft eine Kühlanlage mit einem Verdichter, einem Kondensator, einem Behälter für flüssiges Kältemittel sowie einem Verdampfer. In bekannten Anlagen dieser Art ist zwischen dem Behälter und dem Verdampfer ein Drosselglied angeordnet. Bei der Drucksenkung während des Durchganges des flüssigen Kältemittels durch das Drosselglied erfolgt eine gewisse Verdampfung des flüssigen Kältemittels, dessen Temperatur gleichzeitig fällt. Diese Verdampfung bedeutet einen gewissen Verlust, da infolge derselben nur eine geringere Menge flüssigen Kältemittels zur Aufnahme von Wärme im Verdampfer zur Verfügung steht.
Dieser Verlust kann bis zu etwa 20% oder noch mehr betragen.
Bei den bekannten Anlagen erfolgt die Regelung in Abhängigkeit von dem Druck oder der Temperatur auf der Niederdruckseite der Anlage unter Verwendung eines automatischen oder thermostatischen Ausdehnungsventils, oder aber es erfolgt die Kältemittelzufuhr zum Verdampfer in Abhängigkeit vom Druckunterschied zwischen Hochdruckseite und Niederdruckseite, wobei beispielsweise Kapillarröhrchen als Drosselglieder dienen können.
Ein Nachteil der bekannten Kälteanlagen besteht darin, dass die Entfernung von auf dem Verdampfer gebildeten Eis entweder mechanisch erfolgen muss, was zeitraubend und umständlich ist, oder aber auch durch Erwärmung, die jedoch eine schädliche Erwärmung der Umgebung des Verdampfers zur Folge haben kann und ausserdem die Durchschnittsleistung der Anlage herabsetzt.
Auch die vorliegende Erfindung wird der erwähnte Nachteil infolge der Eisbildung vermieden. Die Anlage nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Behälter für flüssiges Kältemittel und dem Verdampfer ein Ventil angeordnet ist, das bei Überschreitung eines bestimmten Druckes im Behälter öffnet und bei Unterschreitung eines bestimmten niedrigeren Druckes im Behälter wieder schliesst. Die Zufuhr von Kältemittel zum Verdampfer erfolgt somit absatzweise. Eine Drosselung ist nicht erforderlich.
Anstatt besondere Wärmeenergie zum Schmelzen des Eises, das sich auf der Aussenseite des Verdampfers im Zeitraum zwischen zwei Öffnungsperioden des Ventils bildet, zu opfern, kann die Schmelzwärme des Eises zum Senken der Temperatur des flüssigen Kältemittels ausgenutzt werden. Diese Temperatursenkung erfolgt in bekannten Anlagen bei der adiabatischen Zustandsänderung im Drosselglied.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben. Fig. 1 zeigt ein Schema einer gemäss der Erfindung ausgebildeten Kühlanlage, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines für die Anlage geeigneten Verdampfers und Fig. 3 die Anordnung eines Verdampfers beispielsweise in einem gekühlten Ladentisch. Fig.4 veranschaulicht eine abgeänderte Ausführungsform der Anlage nach Fig. 1.
Die in Fig. 1 gezeigte Anlage arbeitet mit einem Kältemittel bekannter Art, z. B. Freon. Das gasförmige Kältemittel gelangt nach Verdichtung im Verdichter 1 in den beispielsweise luftgekühlten Kondensator 2, in dem das Kältemittel kondensiert wird, worauf es in den Behälter 3 hinabrinnt.
Vom unteren Teil des Behälters 3 erstreckt sich ein Rohr 4 nach oben, in dem ein Ventil 5 eingesetzt ist. Das Rohr 4 geht in einen schematisch angedeuteten Verdampfer 6 über, der oben in ein Sammelgefäss 7 mündet.
Vom Boden des Sammelgefässes 7 geht eine Rücklaufleitung 8 zurück zum Rohr 4 an einer Stelle zwischen dem Ventil 5 und dem Verdampfer 6. Die Rücklaufleitung 8 hat ein Rückschlagventil 9,
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das eine Strömung von Kältemittel von der Leitung 4 zum Sammelgefäss 7 verhindert, aber eine Strömung in entgegengesetzter Richtung gestattet.
Vom oberen Teil des Sammelgefässes 7 führt eine Leitung 10 verdampftes Kältemittel zurück zur Saugseite des Verdichters 1.
Das Ventil 5 ist ein Zweidruckventil, das beim Überschreiten eines bestimmten Druckes im Behälter 3 öffnet und bei Unterschreitung eines bestimmten niedrigeren Druckes im Behälter 3 wieder schliesst. Die Anlage arbeitet in folgender Weise: Wenn das Ventil 5 geschlossen ist, wird der Behälter 3 allmählich mit vom Kondensator 2 herab- rinnendem flüssigem Kältemittel gefüllt. Dieses steigt schliesslich in den oberhalb des Behälters 3 befindlichen Kondensator 2 hinauf, so dass dieser anfängt, sich nach und nach mit flüssigem Kältemittel zu füllen. Dadurch wird die Kühlfläche im Kondensator verkleinert, die dem gasförmigen Kältemittel zur Verfügung steht.
Die Kondensation des gasförmigen Kältemittels geht also langsamer vor sich, so dass der Druck im Kondensator und im Behälter 3 ansteigt.
Wenn der Druck im Behälter 3 einen vorbestimmten Höchstwert erreicht, öffnet das Ventil 5 gänzlich und flüssiges Kältemittel strömt rasch durch das Rohr 4 nach oben in den Verdampfer 6. Da das flüssige Kältemittel etwa Raumtemperatur hat, wird der Eisbelag auf dem Verdampfer 6 geschmolzen und gleichzeitig sinkt die Temperatur des flüssigen Kältemittels. Dieses dringt auch nach oben in das Sammel- gefäss 7 hinein. Nach sehr kurzer Zeit fällt der Druck im Behälter 3 auf einen vorbestimmten Mindestwert, worauf das Ventil 5 wieder schliesst.
Der Verdichter 1 arbeitet kontinuierlich und saugt verdampftes Kältemittel aus dem Gefäss 7 durch die Leitung 10 an, und das verdichtete Kältemittel wird dann wieder in normaler Weise im Kondensator 2 kondensiert. Auch die Verdampfung im Verdampfer 6 erfolgt in normaler Weise. Falls der Flüssigkeitsspiegel im Verdampfer 6 die Neigung zeigt, zu sinken, erfolgt eine Nachfüllung am unteren Teil des Verdampfers über die Rücklaufleitung 8, so dass der Verdampfer stets mit flüssigem Kältemittel gefüllt bleibt.
Der Behälter 3 und das Gefäss 7 sind im Verhältnis zueinander so bemessen, dass die Füllung des Kondensators 2 mit flüssigem Kältemittel schon beginnt, ehe das Gefäss 7 vollständig entleert ist. Ferner ist der Höchstdruck im Behälter 3 so gewählt, dass das Ventil ungefähr dann öffnet, wenn das Gefäss 7 im Begriffe steht, vollständig entleert zu werden, so dass der Verdampfer 6 stets mit flüssigem Kältemittel gefüllt ist.
Durch Bemessung des Behälters 3 und des Gefässes 7 unter Berücksichtigung der Leistungsfähigkeit des Verdichters 1 ist es auch möglich, den Zeitraum zwischen zwei aufeinanderfolgenden öff- nungsperioden des Ventils 5 zu bestimmen, die so abzustimmen sind, dass der Eisbelag auf dem Verdampfer 6 durch die Flüssigkeitswärme des Kältemittels unter gleichzeitiger Abkühlung desselben auf etwa 0 C vollständig geschmolzen wird.
Bei richtiger Bemessung der Anlage lässt sich sicherstellen, dass sie mit im wesentlichen stets eisfreien Verdampferoberflächen arbeitet, wodurch sich eine sehr günstige Wärmeübertragung von der Umgebung auf den Verdampfer 6 ergibt. Da die Anlage keine Drosselglieder enthält, ist sie praktisch unempfindlich gegen die grössten Feinde der üblichen Kühlanlagen, nämlich Feuchtigkeit, Verschmutzung und Luft. Die Enteisungsperioden sind verhältnismässig kurz und belaufen sich auf beispielsweise 30 bis 60 Sekunden.
Infolge der hohen Geschwindigkeit des Kältemittels im Verdampfer 6 ist die ölrückfuhr zum Verdichter 1 sichergestellt, und die Innenflächen des Verdampfers 6 werden stets ölfrei gehalten, wodurch sich eine gute Wärmeübertragung ergibt.
Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Einbaus eines Verdampfers in einem mit strichpunktierten Linien angedeuteten Kühlraum. Gemäss Fig.2 besteht der Verdampfer 6 aus einer ebenen Rohrschlange mit lotrechten Schleifen, die oberhalb des nach oben geneigten Zufuhrrohres 4 für das flüssige Kältemittel angeordnet sind. Beim Schmelzen der Eisschicht rinnt das Schmelzwasser an den Rohrwindungen herab und dann längs des geneigten Zufuhrrohres 4 aus dem Kühlraum hinaus und kann dann beispielsweise unterhalb eines in Fig. 2 mit 11 bezeichneten Verteilerrohres gesammelt werden, das für mehrere Verdampfer 6 gemeinsam ist.
Fig. 3 zeigt die Anordnung eines Verdampfers 6 in einem gekühlten Ladentisch innerhalb eines gelochten Schirmes 12, der sich in verhältnismässig kurzem Abstand vom Verdampfer 6 befinden kann, da auf diesem sich keine dicke Eisschicht bildet. Der Schirm 12 verhindert eine direkte Berührung von im Ladentisch befindlichen Waren mit dem Verdampfer 6 und somit ein Festfrieren der Waren.
In der Ausführungsform gemäss Fig.4 ist das Rohr 4 mit dem Verdampfer 6 an einer Stelle zwischen den Enden des letzteren verbunden, wobei das eine dieser Enden mit dem Gefäss 7 in Verbindung steht. Der untere Teil des Verdampfers 6 bietet einen gewissen Widerstand gegenüber dem Kältemittelstrom, so dass ein Rückschlagventil unnötig ist.
Das Ventil 5 wird von einer Leitung 13 von verhältnismässig kleinem Durchströmquerschnitt umgangen, durch welche ein ununterbrochener Kältemittelstrom stattfindet. Die durch diese Umgehungsleitung strömende Kältemittelmenge ist kleiner als diejenige, die vom Verdichter 1 gefördert wird. Durch diese Anordnung werden die Pausen zwischen den Öffnungsperioden des Ventils 5 verlängert, da der Verdichter 1 längere Zeit braucht, um den Druck im Behälter 3 auf Grund des ununterbrochenen Lek- kens durch die Leitung 13 zu erhöhen. Diese enge Leitung 13 kann selbstverständlich durch eine breitere Leitung mit einem Drosselorgan ersetzt werden.
Der Kondensator 2 wird durch eine Leitung 14 umgangen. Normalerweise fliesst das Kältemittel durch den Kondensator 2, aber nach Öffnen des Ventils 5 und Ausblasen des flüssigen Kältemittels
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aus dem Gefäss 3 strömt gasförmiges Kältemittel verhältnismässig hoher Temperatur direkt über die Leitung 14 und aufwärts durch den Verdampfer 6 hinreichend lange, um den Eisbelag zu schmelzen. Das Schliessen des Ventils 5 kann verzögert werden, damit das Kondenswasser vom Verdampfer abtropfen kann. Diese Anordnung ist in Anlagen mit grosser Eisbildung vorzuziehen.
Bei allen Ausführungsbeispielen liegt der Kondensator 2 so im Verhältnis zum Behälter 3, dass seine Füllung beginnt, sobald der Flüssigkeitsspiegel im Behälter 3 eine bestimmte Lage erreicht oder der Behälter 3 ganz gefüllt ist. Das Sammelgefäss 7 braucht nicht oberhalb des Verdampfers 6 zu liegen, soll jedoch so angebracht sein, dass der Rücklauf flüssigen Kältemittels durch die Rücklaufleitung 8 zum unteren Ende des Verdampfers 6 gesichert ist. Das Ventil 5 wird von den Druckverhältnissen auf der Hochdruckseite gesteuert. Da eine Drucksteigerung eine Erhöhung der Temperatur im Kondensator 2 mit sich führt, könnte das Ventil 5 auch durch die Konden- satortemperatur gesteuert werden. Ferner ist reine Zeitkontrolle möglich.