DE3422391A1

DE3422391A1 - Kaelte erzeugende vorrichtung

Info

Publication number: DE3422391A1
Application number: DE19843422391
Authority: DE
Inventors: Akira Atsumi; Kensaku Shimizu Oguni; Takao Ibaraki Senshu; Hirokiyo Shizuoka Terada; Kazuo Shimizu Yoshioka
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-06-17
Filing date: 1984-06-15
Publication date: 1984-12-20
Also published as: KR890000348B1; DE3422391C2; JPS60262A; KR850000647A; JPH0232547B2; US4551983A

Description

Kälte erzeugende Vorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Kälte erzeugende Vorrichtung zur Verwendung in einer Klimaanlage und insbesondere eine Kälte erzeugende Vorrichtung, welche eine Gaseinblasleitung hat.

Eine Kälte erzeugende Vorrichtung mit einer Gaseinblasleitung hat gewöhnlich einen Kältemittelkreislauf, der von einem Kompressor, einem Kondensator, einem ersten Druckminderer bzw. einer ersten Drossel, einem Gas-Flüssigkeits-Separator, einem zweiten Druckminderer bzw. einer zweiten Drossel und einem Verdampfer gebildet wird, die in Reihenschaltung einen geschlossenen Kältemittelkreislauf bilden. Die Gaseinblasleitung weist ein Rohr auf, welches an seinem einen Ende mit der Gasphasenseite des Gas-Flüssigkeits-Separators verbunden ist, während sein anderes Ende mit der Zylinderkammer bzw. Kompressionskammer des Kompressors während des Kompressionshubs verbunden ist.

Das gasförmige Kältemittel mit hohem Druck, das aus dem Kompressor abgeführt wird, wird in den Kondensator eingeführt und darin verflüssigt, so daß man ein flüssiges Kältemittel durch Wärmeaustausch mit einem Fluid, wie Luft oder Wasser, erhält, welches ebenfalls durch den Kondensator strömt. Das flüssige Kältemittel aus dem Kondensator wird dann auf einen Zwischendruck entspannt, wenn es durch den ersten Druckminderer bzw. die erste Drossel fließt, so daß ein Teil des Kältemittels in die Gasphase verdampft. Die gasförmige und die flüssige Phase des Kältemittels werden in den Gas-Flüssigkeits-Separator eingebracht und voneinander getrennt. Die flüssige Phase des Kältemittels wird von der Flüssigphasenseite des Separators abgeführt und in den Verdampfer eingebracht, nachdem eine Entspannung bzw. Expansion auf einen vorgegebenen niedrigen Druck durch den zweiten Druckminderer bzw. die zweite Drossel erfolgt ist. In dem Verdampfer wird

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das flüssige Kältemittel verdampft, wobei es Wärme von einem Fluid absorbiert, beispielsweise von Luft oder Wasser, das ebenfalls durch den Verdampfer strömt. Das verdampfte Kältemittel wird dann zum Kompressor zurückgeführt ι tJj.** Gasphase des Kältemittels, die von der flüssigen Phase getrennt und in dem oberen Teil des Gas-Flüssigkeits-Separators gespeichert worden ist, wird in die Kompressionskammer des Kompressors beim Kompressionshub über die Gaseinblasleitung eingeführt, wodurch die Heizleistung und Kühlleistung der Klimaanlage gesteigert werden kann, zu der die Kälte erzeugende Vorrichtung gehört.

Aus dem JP-GM 22 657/1983 ist bereits ein Kältemittelkreislauf der beschriebenen Art mit einer Gaseinblasleitung bekannt. Bei diesem Kältemittelkreislauf besteht jedoch das Problem, daß, wenn die Last geändert wird, um die Druckdifferenz zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite zu verringern, der Flüssigkeitspegel im Gas-Flüssigkeits-Separator ansteigt, so daß in unerwünschter Weise flüssiges Kältemittel in die Gaseinblasleitung gelangen kann, und zwar eines Teils, weil der Trocknungsgrad des Kältemittels, das in den Gas-Flüsslgkeits-Separator gelangt, verringert ist, und anderen Teils, weil der Durchsatz an Kältemittel durch den zweiten Druckminderer verringert wird. Demzufolge wird flüssiges Kältemittel in den Kompressor eingebracht, was zu Problemen führt, beispielsweise einem erhöhten Leistungsbedarf des Kompressors und schlimmstenfalls zu einem Ausfall des Kompressors. Der reduzierte Durchsatz an Kältemittel durch den zweiten Druckminderer erhöht in unerwünschter Weise den Überhitzungsgrad des Kältemittelgases am Verdampferauslaß, was zu einer Verringerung der Kühl- oder Heizleistung führt.

Bei manchen Klimaanlagen ist eine Außenraumeinheit mit Kompressor, Kondensator erstem Druckminderer und Gas-Flüssigkeits-Separator auf einem unteren Stockwerk eines Hauses

installiert, während eine Innenraumeinheit mit einem zweiten Druckminderer, einem Verdampfer usw. auf einem höheren Stockwerk installiert ist, wobei die beiden Einheiten durch Rohre mit beträchtlichen Längenerstreckungen verbunden sind. In diesem Fall wird der Kältemitteldruck am Einlaß des zweiten Druckminderers aufgrund des Druckabfalls längs der langen Rohre verringert, so daß der Durchsatz des Kältemittels in unerwünschtem Maße verringert wird. Da das flüssige Kältemittel in dem Gas-Flüssigkeits-Separator gesättigt ist, werden Blasen aus gasförmigem Kältemittel in das vom Gas-Flüssigkeits-Separator getrennten flüssigen Kältemittel infolge 'des erwähnten Druckabfalls eingemischt wobei dieser Druckabfall durch die Blasen des gasförmigen Kältemittels weiter ansteigt. Dadurch erhöht sich auch die Neigung bezüglich des Anstiegs des flüssigen Kältemittels im Gas-Flüssigkeits-Separator, wodurch in unerwünschter Weise das flüssige Kältemittel in den Kompressor durch die Gaseinblasleitung eingeblasen werden kann. Gleichzeitig wird der Kältemitteldurchsatz durch den Verdampfer verringert, was die Kälteleistung des Kälte erzeugenden Kreisprozesses verringert.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, eine Kälte erzeugende Vorrichtung zu schaffen, bei welcher der Pegel des flüssigen Kältemittels im Gas-Flüssigkeits-Separator im wesentlichen konstant gehalten wird, und zwar unabhängig von einer Laständerung, um so zu verhindern, daß flüssiges Kältemittel in die Kompressionskammer des Kompressors durch die Gaseinblasleitung gelangen kann, wobei der Kältemitteldurchsatz durch den zweiten Druck-So minderer optimal gestaltet werden soll, um eine Verringerung der Kühl- oder Heizleistung einer Klimaanlage zu verhindern, zu der die Kälte erzeugende Vorrichtung gehört„

Diese Aufgabe wird bei einer Kälte erzeugenden Vorrichtung, welche einen Kältemittelkreislauf, der von einem Kompressor,

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einem Kondensator, einem ersten Druckminderer, einem Gas-Flüssigkeits-Separator, einem zweiten Druckminderer und einem Verdampfer gebildet wird, die in Reihe zueinander geschaltet sind, und eine Gaseinblasleitung aufweist, die zwischen die Gasphasenseite des GasrFlüssigkeits-Separators und eine Kompressionskammer des Kompressors geschaltet ist, erfindungsgemäß durch einen Abzugskanal für flüssiges Kältemittel gelöst, der eine Verbindung zwischen einem Abschnitt des Gas-Flüssigkeits-Separators auf einem vorgegebenen Niveau und einem Abschnitt der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs bildet.

Die genannte Aufgabe wird weiterhin von einer Kälte erzeugenden Vorrichtung gelöst, die einen Kältemittelkreislauf mit einem Kältemittelkanal aufweist, der von einer Reihenschaltung eines Kompressors, eines Vierwegeventils, eines Außenraumwärmetauschers, eines zweiten Druckminderers für Heizen mit einem dazu parallel geschalteten ersten Rückschlagventil, eines ersten Wärmetauschers für Kühlen, eines ersten Druckminderers für Heizen, eines zweiten Druckminderers für Kühlen mit einem dazu parallel geschalteten zweiten Rückschlagventil und eines Innenraumwärmetauschers über Rohre gebildet wird. Die Vorrichtung hat weiterhin einen Gas-Flüssigkeits-Separator, der über ein Einlaßrohr mit dem Kanal zwischen dem ersten Druckminderer für Kühlen und dem ersten Druckminderer für Heizen geschaltet ist. Zur Vorrichtung gehören Rohre mit einem dritten und einem vierten Rückschlagventil, die vom Boden des Gas-Flüssigkeits-Separators zu einem Einlaßrohr für den zweiten Druckminderer für Kühlen bzw. zu einem Einlaßrohr für den zweiten Druckminderer für Heizen führen. Zwischen die Gasphasenseite des Gas-Flüssigkeits-Separators und eine Kompressionskammer des Kompressors ist eine Einblasleitung geschaltet. In dem Einlaßrohr zum Gas-Flüssigkeits-Separator ist eine Absperrventileinrichtung angeordnet, die geöffnet bzw. geschlossen werden kann, wenn eine Gaseinblasung in den Kompressor .

erfolgen soll oder nicht. Durch eine Unischalteinrichtung zum Umschalten des Vierwegeventils können die Forder- und Saugleitungen des Kompressors wahlweise mit dem Außenraumwärmetauscher bzw. dem Innenraumwärmetauscher derart verbunden werden, daß, wenn die Vorrichtung im Kühlbetrieb arbeitet, ein Kältemittelkanal gebildet wird, der die Auslaßseite des Außenraumwarmetauschers mit dem Gas-Flüssigkeits-Separator über das erste Rückschlagventil, den ersten Druckminderer für Kühlen und die Absperrventileinrichtung verbindet und weiterhin den Bodenabschnitt des Gas-Flüssigkeits-Separators mit dem zweiten Druckminderer für Kühlen über das dritte Rückschlagventil verbindet, während, wenn die Vorrichtung im Heizbetrieb arbeitet, ein Kältemittelkanal gebildet wird, um die Auslaßseite des Innenraumwärmetauschers mit dem Gas-Flüssigkeits-Separator über das zweite Rückschlagventil, den ersten Druckminderer für Heizen und die Absperrventileinrichtung zu verbinden und um weiterhin den Bodenabschnitt des Gas-Flüssigkeits-Separators mit dem aweiten Druckminderer für Heizen über das vierte Rückschlagventil zu verbinden. Dabei liegt im Kühlbetrieb der Vorrichtung ohne Gaseinblasung ein erster Umleitkanal vor, der den ersten Druckminderer für Kühlen direkt mit dem zweiten Druckminderer für Kühlen verbindet und den Gas-Flüssigkeits-Separator umgeht. Wenn die Vorrichtung im Heizbetrieb arbeitet, wird ein zweiter Umleitkanal gebildet, der den ersten Druckminderer für Heizen direkt mit dem zweiten Druckminderer für Heizen verbindet, wodurch der Gas-Flüssigkeits-Separator umgangen wird. Erfindungsgemäß wird bei dieser Anordnung ein Speicher im Saugrohr des Kompressors angeordnet, während ein Abzugskanal für flüssiges Kältemittel mit seinem einen Ende mit dem Gas-Flüssigkeits-Separator verbunden wird, so daß er auf einer vorgegebenen Höhe in den Gas-Flüssigkeits-Separator mündet und mit seinem, anderen Ende mit einem Abschnitt der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufes verbunden ist. Das von dem Bodenabschnitt des Gas-Flüssigkeits-Separators zum dritten und vierten Rück-

schlagventil führende Rohr ist in dem Speicher so angeordnet, daß Wärme zwischen dem Kältemittel, das durch das Rohr
strömt, welches von dem Bodenabschnitt des Gas-Flüssigkeits-Separators abführt, und dem Kältemittel im Speicher äü^getauscht wird.

Die erfindungsgemäße Kälte erzeugende Vorrichtung hat, wie erwähnt, einen Flüssigkeitsabzugkanal, der eine Verbindung zwischen einem Abschnitt des Gas-Flüssigkeits-Separators
auf einem vorgegebenen Niveau von seinem Boden aus und der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufes herstellt. Im normalen Betriebszustand, in welchem der Pegel des flüssigen Kältemittels in dem Gas-Flüssigkeits-Separator vergleichsweise niedrig ist, ist der Durchsatz an Kältemittel, das
durch den Flüssigkeitsabzugskanal strömt, extrem gering, da sich dieses Kältemittel in der gasförmigen Phase befindet.

Wenn der Kältemitteldruck am Einlaß des zweiten Druckminderers niedrig wird, beispielsweise aufgrund einer Lastverringerung, steigt der Flüssigkeitspegel im Gas-Flüssigkeits-Separator, so daß flüssiges Kältemittel durch den Flüssigkeitsabzugkanal zu strömen beginnt, wobei der Kältemitteldurchsatz in diesem Kanal um ein Mehrfaches von dem erhöht wird, der sich ergibt, wenn die Gasphase des Kältemittels durch den Kanal strömt. Das durch die Druckminderer bzw. die Drosseln entspannte Kältemittel wird vom Kompressor angesaugt, um jeden Anstieg des Flüssigkeitspegels im Gas-Flüssigkeits-Separator auszuschließen. Dadurch stellt sich eine übermäßige Steigerung des Überhitzungsgrades des Kältemittels am Verdampferauslaß ein.

Erfindungsgemäß ist es nun möglich, einen optimalen Flüssigkeitspegel im Gas-Flüssigkeits-Separator beizubehalten, und zwar unabhängig von Lastschwankungen, so daß jeder anomale Anstieg des Flüssigkeitspegels vermieden wird.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung, bei welcher das flüssige Kältemittel aus dem Gas-Flüssigkeits-Separator durch abgezogenes flüssiges Kältemittel unterkühlt wird, wird der Durchsatz an Kältemittel im zweiten Druckminderer gesteigert, da nur die flüssige Phase des Kältemittels durch diesen zweiten Druckminderer strömen kann. Demzufolge wird der Anstieg des Flüssigkeitspegels im Gas-Flüssigkeits-Separator weiter unterdrückt, wodurch in ihm ein optimaler Flüssigkeitspegel gewährleistet ist.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen :

Fig. 1' schematisch ein erstes Schaltbild eines Kältemittelkreislaufes für eine Kälte erzeugende Vorrichtung,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform des Kältemittelkreislaufes,

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform des Kältemittelkreislaufes,

Fig. 4 eine vierte Ausführungsform des Kältemittelkreislaufes,

Fig. 5 eine fünfte Ausführungsform des Kältemittelkreislaufes ,

Fig. 6 eine sechste Ausführungsform des Kältemittelkreislaufes,

Fig. 7 eine siebte Ausführungsform des Kältemittelkreislaufes,

Fig. 8 schematisch einen Wärmepumpen-Kältemittelkreislauf für eine Kälte erzeugende Vorrichtung und

Fig. 9 einen Teil der Kälte erzeugenden Vorrichtung gemäß Fig. 8.

Die in Fig. 1 gezeigte Kälte erzeugende Vorrichtung hat einen Kältemittelkreislauf mit einem Kompressor 1, der an b seiner Förder- bzw. Abgabeseite über ein Abgaberohr 2 mit einem Kondensator 3 verbunden ist. Der Kondensator 3 ist auf seiner Auslaßseite mit einem ersten Druckminderer 5, beispielsweise einem Kapillarrohr, über ein Rohr 4a und weiterhin mit der Gasphasenseite im oberen Abschnitt des Raums in einem Gas-Flüssigkeits-Separator 6 über ein Rohr 4b verbunden. Der Gas-Flüssigkeits-Separator 6 ist an seiner Auslaßseite mit einem zweiten Druckminderer 8, beispielsweise einem Kapillarrohr, über ein Rohr 7a und weiter mit einem Verdampfer 9 über ein Rohr 7b verbunden. Der Verdampfer 9 ist an seiner Auslaßseite mit dem Kompressor 1 über ein Saugrohr 1o verbunden. Mit seinem einen Ende ist ein Gaseinblasrohr oder eine Gasoinblasleitung 11 mit der Gasphasenseite des Gas-Flüssigkeits-Separators 6 verbunden, während sein anderes Ende mit einer Kompressionskammer verbunden ist, in der die Kompression gerade stattfindet. Ein Abzugsrohr 12 für flüssiges Kühlmittel mündet an seinem einen Ende an einem Abschnitt des Gas-Flüssigkeits-Separators 6 in einer vorgegebenen Zwischenhöhe vom Boden des Separators aus. Das andere Ende des Abzugsrohres 12 für flüssiges Kühlmittel ist mit dem Saugrohr 1o des Kompressors 1 über einen Druckminderer 13 verbunden.

Das unter Druck stehende gasförmige Kältemittel, das vorn Kompressor 1 gefördert wird strömt in den Kondensator 3 und wird dort zu einem flüssigen Kältemittel durch Wärmeaustausch mit einem Fluid, wie Luft oder Wasser, kondensiert, welches ebenfalls zum Kondensator 3 geführt wird. Das flüssige Kältemittel aus dem Kondensator 3 wird auf einen Zwischendruck durch einen ersten Druckminderer 5 bzw. eine erste Drossel entspannt, so daß ein Teil des Kältemittels verdampft wird.

Das Gemisch aus der gasförmigen und. flüssigen Phase des Kältemittels wird in den Gas-Flüssigkeits-separator 6 eingeführt, in welchem die beiden Phasen des Kältemittels voneinander getrennt werden. Die flüssige Phase des Kältemittels strömt dann von der Flüssigphasenseite des Gas-Flüssigkeits-Separators 6 ab und wird in den Verdampfer 9 nach einer Entspannung auf einen vorgegebenen niedrigen Druck mit Hilfe eines zweiten Druckminderers 8 bzw. einer zweiten Drossel 8 eingeführt. Das flüssige Kältemittel wird dann in dem Verdampfer zu gasförmigem Kältemittel durch Wärmeabsorption von einem. Fluid, wie Luft oder Wasser, verdampft, das dem Verdampfer 9 ebenfalls zugeführt wird. Das verdampfte Kältemittel wird dann zum Kompressor 1 zurückgeführt. Die von der flüssigen Phase getrennte gasförmige Phase des Kältemittels, die im oberen Teil des Gas-Flüssigkeits-Speichers 6 gespeichert ist, wird in die Kompressionskammer des Kompressors 1 über die Gaseinblasleitung 11 eingeblasen, wodurch die Heiz- oder Kühlleistung einer Klimaanlage gesteigert wird, zu der die Kälte erzeugende Vorrichtung gehört.

Im Normalbetrieb der Kälte erzeugenden Vorrichtung ist der Kältemitteldruck am Einlaß zum zweiten Druckminderer 8 ausreichend hoch. Der Flüssigkeitspegel im Gas-Flüssigkeits-Separator 6 ist niedrig. In diesem Zustand strömt nur die Gasphase des Kältemittels durch den Druckminderer 13, so daß der Durchsatz an Kältemittel im Druckminderer 13 extrem gering ist. Wird jedoch der Kältemitteldruck am Einlaß des zweiten Druckminderers 8 beispielsweise aufgrund einer Lastreduzierung abgesenkt, steigt der Flüssigkeitspegel im

3q Gas-Flüssigkeits-Separator 6 an, so daß flüssiges Kältemittel aus dem Gas-Flüssigkeits-Separator 6 zum Druckminderer 13 zu strömen beginnt. In diesem Zustand ist der Kältemitteldurchsatz im Druckminderer 13 um ein Mehrfaches größer als derjenige, der erreicht wird, wenn nur die Gasphase des Kältemittels in den Druckminderer 13 strömt. Das auf einen niedrigeren Druck vom Druckminderer 13 entspannte

Kältemittel sowie das gasförmige Kältemittel im Verdampferauslaß wird vom Kompressor 1 angesaugt, so daß der Flüssigkeitspegel im Gas-Flüssigkeits-Separator 6 nicht ansteigt und sich auch der Oberhitzungsgrad des Kältemittels am Kompressoreinlaß nicht erhöht.

Somit wird der Flüssigkeitspegel im Gas-Flüssigkeits-Separator im wesentlichen unverändert gehalten, und zwar trotz Lastschwankungen und Zustandsänderungen, wie einer Differenz der Montagehöhe zwischen einer Innenraumeinheit und einer Außenraumeinheit, die eine Änderung des Flüssigpegels herbeiführen kann, so daß ein im wesentlicher konstanter Überhitzungsgrad des Kältemittels am Kompressoreinlaß erhalten wird.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist das Ende des Abzugsrohr 14 für flüssiges Kältemittel angrenzend an den Verdampfer mit dem Einlaßrohr 7b des Verdampfers 9 verbunden. In diesem Fall nimmt der Durchsatz an Kältemittel in den? Verdampfer 9 zu, wodurch die absorbierte Wärmemenge gesteigert wird. Der übrige Aufbau der Anordnung entspricht der von Fig. 1.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform ist eine Vielzahl von Abzugsrohren für flüssiges Kältemittel in Form der Rohre 15a und 15b vorgesehen, die mit Abschnitten des Gas-Flüssigkeits-Separators 6 auf unterschiedlichen Höhen jeweils über Druckminderer 16a und 16b verbunden sind. Bei dieser Anordnung ist es möglich, die Genaugikeit der Steuerung des Flüssigkeitspegels im Gas-Flüssigkeits-Separators 6 zu erhöhen. Die übrige Anordnung entspricht der von Fig. 1.

Die Aus führung s form von Fig. 4 hat ein Expansionsventil 2o als Druckminderer in dem Abzugsrohr 18 für flüssiges Kältemittel, welches mit einem Ende mit der Einlaßseite des Verdampfers 9 verbunden ist. Das Expansionsventil 2o hat einen

Fühlkolben 21, der mit dem Auslaßrohr 1o des Verdampfers 9 verbunden ist, um die Temperatur des Kältemittels zu fühlen. Mit dieser Ausführungsform ist eine genaue Steuerung des Überhitzungsgrades des Kältemittels an der Auslaßseite des Verdampfers 9 erreichbar. Die übrige Anordnung entspricht der von Fig. 1.

Bei der Ausführungsform von Fig. 5 ist ein Schwimmerventil 23 als Druckminderer im Gas-Flüssigkeits-Separator 6 angeordnet. Mit dem Ventilabschnitt des Schwimmerventils 23 ist ein Rohr 24 verbunden. Mit dieser Ausführung läßt sich eine genaue Steuerung der Flüssigkeitshöhe im Gas-Flüssigkeits-Separator 6 erreichen, da die Flüssigkeitssteuerung durch direktes Fühlen des Flüssigkeitspegels ausgeführt wird. Die übrige Anordnung entspricht der von Fig. 1.

Bei der Ausführungsform von Fig. 6 wird das abgezogene flüssige Kältemittel dekomprimiert und expandiert, um Wärme aus dem flüssigen Kältemittel am Auslaß des Gas-Flüssigkeits-Separators 6 zu absorbieren. Für das Unterkühlen ist ein Wärmetauscher 32 in einem Abzugsrohr 3o für flüssiges Kältemittel stromab von einem Druckminderer 31 angeordnet. Der Wärmetauscher 32 für die Unterkühlung steht in Wärmeaustauschbeziehung mit dem Rohr 7a für flüssiges Kältemittel zwischen dem Auslaß des Gas-Flüssigkeits-Separators 6 und dem zweiten Druckminderer 8. Der Auslaß des Wärmetauschers 32 ist mit dem Kompressor 1 über ein Rohr 33 verbunden. Bei dieser Anordnung unterkühlt das durch den Druckminderer 32 entspannte Kältemittel das flüssige Kältemittel, das aus dom Gas-Flüssigkeits-Separator 6 kommt, so daß nur die flüssige |/{jaae durch den zweiten Druckminderer 8 strömt und der Durchsatz an Kältemittel in diesem Druckminderer erhöht wird. Gleichzeitig strömt die flüssige Phase des Kältemittels glatt aus dem Gas-Flüssigkeits-Separator 6 ab, so daß der Anstieg des Flüssigkeitspegels im Gas-Flüssigkeits-Separator 6 unterdrückt wird. Aufgrund der Unterkühlung des Kühlmittels wird zusätzlich die Erzeugung von Entspannungsgas auch dann

verhindert, wenn die Länge des Rohres zwischen dem Gas-Flüssigkeits-Separator 6 und dem Verdampfer 9 groß ist, so daß der Verdampfer mit flüssigem Kältemittel in ausreichend großer Menge bzw. Geschwindigkeit versorgt Werden kann. Der unterkühlende Wärmetauscher 32 kann von einem Doppelrohrwärmetauscher gebildet werden. Die übrige Anordnung entspricht der von Fig. 1.

Bei der Ausführungsform von Fig. 7 ist ein unterkühlender Wärmetauscher in einem Speicher angeordnet, während ein Abzugsrohr für flüssiges Kältemittel mit diesem Speicher verbunden ist. Dafür ist ein Speicher 35 an einem Zwischenabschnitt des Ansaugrohrs 1o des Kompressors 1 angeordnet, während ein Abzugsrohr 36 für flüssiges Kältemittel in dem Speicher 35 über einen Druckminderer 37 mündet. In de Speicher 35 ist ein unterkühlender Wärmetauscher 38 angeordnet. Der unterkühlende Wärmetauscher 38 ist mit dem unteren Endabschnitt des Speichers 35 verbunden, wo sich das flüssige Kältemittel ansammelt, und ist mit dem Flüssigphasenabschnitt, also dem unteren Abschnitt des Gas-Flüssigkeits-Separators 6, und mit dem zweiten Druckminderer 8 über Rohre 3 8 bzw. 4o verbunden. Bei dieser Ausführungsform wird das aus dem Gas-Flüssigkeits-Separator 6 kommende flüssige Kältemittel durch das flüssige Kältemittel im Speicher 35 unterkühlt. Das flüssige Kältemittel im Speicher 35 wird erwärmt und verdampft. Das entstehende gasförmige Kältemittel wird vom Kompressor 1 angesaugt.

Die Ausführungsform von Fig. 8 zeigt einen Wärmepumpen-Kältemittelkreislauf zum Kühlen oder Heizen. Das Förderrohr 52 eines Kompressors 51 ist dabei über ein Vierwegeventil 53 mit einem Rohr 54 verbunden, welches zu einem Außenraumwärmetauscher 55 führt. Ein weiteres, vom Vierwegeventil 53 wegführendes Rohr 56 ist mit einem Innenraumwärmetauscher verbunden. Ein drittes, vom Vierwegeventil 53 wegführendes Rohr 58a ist mit einem Speicher 59 verbunden, der seinerseits

über ein Rohr 58b mit der Ansaugseite des Kompressors 51 verbunden ist. Ein paralleler Kanal mit einem Rückschlagventil 61 und einem zweiten Druckminderer 62 für Heizen, die parallel zueinander geschaltet sind, ist mit seinem einen Ende mit dem Außenraumwarmetauseher 55 über ein Röhr 63 und mit dem anderen Ende mit einem Rohr 66 eines ersten Druckminderers 65 für Kühlen über ein Rohr 64 verbunden. Das andere Ende des Rohres 66 ist mit einem Einlaßrohr 68 zu einem Gas-Flüssigkeits-Separator 67 verbunden. Das Einlaßrohr 68 ist über ein Magnetventil 69 mit dem oberen Abschnitt eines Gas-Flüssigkeits-Separators 67 verbunden.

Ein anderer paralleler Kanal, der von einem Rückschlagventil 71 und einem zweiten Druckminderer 72 für Kühlen gebildet wird, die parallel zueinander geschaltet sind, ist mit seinem einen Ende mit dem Innenraumwärmetauscher 57 über ein Rohr 73 und mit dem anderen Ende über ein Rohr 74 mit einem Rohr 76 eines ersten Druckminderers 75 für Heizen verbunden. Das andere Ende des Rohres 76 ist mit dem Einlaßrohr 68 eines Magnetventils 69 verbunden. Ein an den Boden des Gas-Flüssigkeits-Separators 67 angeschlossenes Rohr 81 ist mit einem unterkühlenden Wärmetauscher 82 verbunden, der in einem Speicher 59 angeordnet ist, während der Auslaß aus dem Wärmetauscher 82 mit einem Rohr 83 verbunden ist. Das andere Ende des Rohres 83 ist in zwei Rohre aufgezweigt, nämlich ein Rohr 84a, welches über ein Rückschlagventil 85 mit einem Rohr 84b verbunden ist, das an das Rohr 74 angeschlossen ist, sowie ein Rohr 86a, welches über ein Rückschlagventil 87 mit einem Rohr 86b verbunden ist, das an das Rohr 64 angeschlossen ist.

Ein Gaseinblasrohr bzw. eine Gaseinblasleitung 9o mündet mit einem Ende in der Gasphasenseite im oberen Abschnitt des Gas-Flüssigkeits-Separators 67, während sein anderes Ende in eine Kompressionskammer des Kompressors 51 mündet.

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Ein Abzugsrohr 91 für flüssiges Kältemittel ist mit seinem einen Ende über einen Druckminderer 92 mit dem Gas-Flüssigkeits-Separator 67 so verbunden, daß es auf einer vorgegebenen zentralen Höhe des Gas-Flüssigkeits-Separators 67 mündet. Das andere Ende des Abzugsrohres 91 für flüssiges Kältemittel ist mit dem Einlaßrohr 58a zum Speicher 59 verbunden.

Diese Ausführungsform der Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:

'° Für den Kühlbetrieb des Kältemittelkreislaufes ist das Vierwegeventil 53 in die in Fig. 8 mit ausgezogenen Linien dargestellte Position gedreht, so daß das Kältemittel in Richtung der mit ausgezogenen Linien dargestellten Pfeile strömt. Wenn der Kältemittelkreislauf im Heizbetrieb ar-

1¹J hei teL, wird das Viorwegovent.il 53 in die durch gostrichelte Linien gezeigte Stellung gebracht, so daß das Kältemittel in Richtung der durch gestrichelte Linien dargestellten Pfeile strömt.

In Kühlbetrieb mit Gaseinblasung arbeitet die Vorrichtung folgendermaßen:

Das vom Kompressor 51 geförderte Kältemittel wird zum Kompressor über einen geschlossenen Kreislauf zurückgeführt, der von dem Vierwegeventil 53, dem Rohr 54, dem Außenraumwärmetauscher 55, dem Rohr 63, dem Rückschlagventil 61, dem Rohr 64, dem ersten Druckminderer 65 für Kühlen, dem Magnetventil 69, dem Gas-Flüssigkeits-Separator 67, dem Rohr 81, dem unterkühlenden Wärmetauscher 82, dem Rohr 83, dem Rohr 84a, dem Rückschlagventil 85, dem Rohr 84b, dem Rohr 74, dem zweiten Druckminderer 72 für Kühlen, dem Rohr 73, dem Innenraumwärmetauscher 57, dem Rohr 56, dem Vierwegeventil 53, dem Rohr 58a, dem Speicher 59 und dem Rohr 58b gebildet wird. Das Kältemittel ändert seine Phase vom Gas zur

Flüssigkeit und umgekehrt, während es diesen geschlossenen Kreis durchfließt, wodurch das Kühlen eines Fluids im Innenraumwarmetauscher 57 bewirkt wird. Bei dieser Arbeitsweise wird gasförmiges Kältemittel, das im Gas-Flüssigkeits-Separator 67 abgetrennt worden ist, in die Kompressionskammer des Kompressors 51 über die Gaseinblasleitung 90 eingeblasen, um die Kühlleistung des Kältemittelkreisprozesses 2u erhöhen. Das Kältemittel kann dabei nicht durch das Rohr 66 zum ersten Druckminderer 75 für Heizen aufgrund eines großen Widerstandes gegen diesen Kältemittelstrom fließen. Wenn in Betrieb der Flüssigkeitspegel 7 ο im Gas-Flüssigkeits-Separator 67 angestiegen ist, beispielsweise aufgrund einer Lastschwankung, wird flüssiges Kältemittel in den Speicher 59 über das Abzugsrohr 91 für flüssiges Kältemittel und den Druckminderer 92 abgeführt, wodurch der Flüssigkeitspegel im Gas-Flüssigkeits-Separator 67 stabilisiert wird. Das aus dem Gas-Flüssigkeits-Separator 67 durch das Rohr 81 strömende flüssige Kältemittel wird in dem unterkühlenden Wärmetauscher 82 in dem Speicher 59 durch einen Wärmeaustausch mit flüssigem Kältemittel im Speicher 59 unterkühlt. Demzufolge wird der Flüssigkeitspegel im Gas-Flüssigkeits-Separator 67 stabil gesteuert, während gleichzeitig die Kälteleistung des Kreisprozesses merklich erhöht wird.

Wenn keine Gaseinblasung erfolgen soll, wird das Magnetventil 69 geschlossen gehalten, so daß das Kältemittel nicht in den Gas-Flüssigkeits-Separator 67 strömen kann. Dadurch ergibt sich kein Anstieg des Flüssigkeitspegcls im Gas-Flüssigkeits-Separator 67. Da in diesem Fall das Magnetventil 69 geschlossen ist, strömt das Kältemittel vom ersten Druckminderer 65 für Kühlen zum Rohr 74 durch das Rohr 66, das Rohr 76, den ersten Druckminderer 75 für Heizen und das Rohr 76.

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Im Heizbetrieb mit Gaseinblasung arbeitet die Vorrichtung folgendermaßen:

Das vom Kompressor 51 geförderte Kältemittel wird diesem über einen Kältemittelkanal in Form eines geschlossenen Kreises zurückgeführt, der von dem Vierwegeventil 53, dem Rohr 56, dem Innenraumwärmetauscher 57, dem Rohr 73, dem Rückschlagventil 71, dem Rohr 74, dem ersten Druckminderer 75 für Heizen, dem Magnetventil 69, dem Gas-Flüssigkeits-Separator 67, dem Rohr 81, dem unterkühlenden Wärmetauscher 82, dem Rohr 83, dem Rohr 86a, dem Rückschlagventil 67, dem Rohr 86b, dem Rohr 64, dem zweiten Druckminderer 62 für Heizen, dem Rohr 63, dem Innenraumwärmetauscher 55, dem Rohr 54, dem Vierwegeventil 53, dem Rohr 58a, dem Speicher 59 und dem Rohr 58b gebildet wird. Das in diesem geschlossenen Kreis strömende Kältemittel macht eine Phasenänderung von Geis zu flüssig und umgekehrt durch, um ein Medium im Innenraumwärmetauscher 57 zu erwärmen. Bei dieser Arbeitsweise wird das im Gas-Flüssigkeits-Separator 67 getrennte Gas in die Kompressionskammer des Kompressors 51 durch die Gaseinblasleitung 9o eingeblasen, wodurch die Heizleistung des Kälte erzeugenden Kreisprozesses erhöht wird. Das Kältemittel kann nicht durch das Rohr 76 in den ersten Druckminderer 65 für Kühlen strömen, da der Widerstand gegen den Kältemittelstrom im Rohr 76 groß ist.

Wenn der Flüssigkeitspegel 7o im Gas-Flüssigkeits-Separator 67 aufgrund einer Lastschwankung ansteigt, wird das flüssige Kältemittel in den Speicher 59 über das Abzugsrohr 91 für flüssiges Kältemittel und den Druckminderer 9 2 abgegeben. Inzwischen wird das flüssige Kältemittel, welches aus dem Gas-Flüssigkeits-Separator 67 durch das Rohr 81 abströmt, in dem unterkühlenden Wärmetauscher 82 im Speicher 59 durch flüssiges Kältemittel im Speicher 59 unterkühlt. Demzufolge wird der Flüssigkeitspegel im Gas-Flüssigkeits-Separator 67 stabilisiert und der Wärmeaustausch im Außen-

raumwärmetauscher erhöht, wodurch die Heizleistung des Kälte erzeugenden Kreisprozesses im Wärmepumpenb trieb erhöht wird.

Wenn keine Gaseinblasung erfolgt, strömt das Kältemittel nicht in den Gas-Flüssigkeits-Separator 67, so daß der Flüssigkeitspegel nicht wesentlich verändert wird. Da in diesem Fall das Magnetventil 69 geschlossen ist, ströme das Kältemittel aus dem ersten Druckminderer 75 für Heizen zum Rohr 64 über das Rohr 76, das Rohr 66, den ersten Druckminderer 65 für Kühlen und das Rohr 66 .

Bei der in Fig. 9 gezeigten Ausführungsform ist der erste Druckminderer für Heizen in zwei in Reihe geschaltete Abschnitte unterteilt. Der erste Druckminderer für Heizen in dem Rohr 76 ist dabei in zwei Druckminderungsabschnitte 75a und 75b unterteilt, die hintereinander angeordnet sind. Parallel zu dem einen Druckminderungsabschnitt 75a der beiden Druckminderungsabschnitte ist ein Rückschlagventil 99 geschaltet.

Die übrige Anordnung entspricht der von Fig. 8. Bei der Ausführung von Fig. 9 strömt das Kältemittel durch den ersten Druckminderer für Heizen, der von der Reihenschaltung der Druckminderungsabschnitte 75a und 75b gebildet wird, immer dann, wenn der Kälte erzeugende Kreisprozess im Heizbetrieb arbeitet, unabhängig davon, ob eine Gaseinblasung ausgeführt wird oder nicht. Wenn der Kreisprozeß im Kühlbetrieb ohne Gaseinblasung arbeitet, ermöglicht das Rückschlagventil 99, daß Kältemittel hindurchströmt, so daß nur der Druckminderungsabschnitt 75b wirksam ist, um den KältemitteldrucK zu reduzieren. Demzufolge wird der Strömungswiderstand, der vom ersten Druckminderer während des Heizbetriebs erzeugt wird, sowie der Strömungswiderstand, der von dem Druckminderer während des Kühlbetriebs ohne Gaseinblasung aufgeprägt wird, auf ein Optimum gebracht. Wenn der Kälte

erzeugende Kreisprozeß im Kühlbetrieb ohne Gaseinblasung arbeitet, wird der von dem Druckminderer erzeugte Strömungswiderstand um einen Betrag verringert, der dem Widerstand entspricht, der von dem Druckminderungsab-* schnitt 75a erzeugt würde.

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Claims

V.FÜNER EBB'"I "Ν GHAUS FINCK

PATENTANWÄLTE EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

MARIAHILFPLATZ 2 & 3, MÜNCHEN 9O POSTADRESSE: POSTFACH 95 O1 60, D-8OOO MÖNCHEN 95 *■} A ? 7 ^ Q 1

. HITACHI, LTD. DEAC-31985.7

15. Juni 1984

Kälte erzeugende Vorrichtung

Patentansprüche

Γ 1.)Kälte erzeugende Vorrichtung mit einem Kältemittelkreislauf, der von einem Kompressor (1), einem Kondensator (3), einem ersten Druckminderer (5), einem Gas-Flüssigkeits-Separator (6), einem zweiten Druckminderer (8) und einem Verdampfer (9) gebildet wird, die hintereinandergeschaltet sind, und mit einer Gaseinblasleitung (11), die zwischen die Gasphasenseite des Gas-Flüssigkeits-Separators (6) und eine Kompressionskammer des Kompressors (1) geschaltet ist, gekennzeichnet durch einen Abzugskanal (12, 14, 15a, 15b, 18, 24, 3o, 36) für flüssiges Kühlmittel, der eine Verbin" dung zwischen einem Abschnitt des Gas-Flüssigkeits-Separators (6) auf einer vorgegebenen Höhe und einem Abschnitt der Niederdruckseite (1o) des Kältemittelkreislaufes herstellt.

_ ο —
2. Kälte erzeugende Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abzugskanal (12, 14, 15a, 15b, 18, 24, 3o, 36) für das flüssige Kältemittel einen Druckminderer (13, 16a, 16b, 2o, 23, 31»

37) aufweist.
3. Kälte erzeugende Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß eine Vielzahl von Abzugsrohren (15a, 15b) für flüssiges Kältemittel vorgesehen ist, die in den Gas-Flüssigkeits-Separator (6) auf verschiedenen Höhen münden.
4. Kälte erzeugende Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Druckminderer ein Expansionsventil (2o) aufweist, das gesteuert von einem Fühlkolben (21) arbeitet, der auf den Überhitzungsgrad des Kältemittels auf der Saugseite (1o) des Kompressors (1) anspricht.
5. Kälte erzeugende Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Druckminderer (13, 16a, 16b) ein Kapillarrohr aufweist.
6. Kälte erzeugende Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Druckminderer ein Schwimmerventil (23) aufweist, das in dem Gas-Flüssigkeits-Separator (6) angeordnet ist.
7. Kälte erzeugende Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Abzugskanal (3o) für das flüssige Kältemittel einen Druckminderer (31) und einen Unterkühler (32) für flüssiges Kältemittel aufweist, der auf der stromab gelegenen Seite des Druckminderers (31) angeordnet ist.
8. Kälte erzeugende Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Unterkühler ein Wärmetauscher (32) ist, der einen Wärmeaustausch zwischen dem flüssigen Kältemittel, das aus dem Gas-Flüssigkeits-Separator (6) abströmt, und einem Kältemittel ermöglicht, das durch den Abzugskanal (3o) für flüssiges Kältemittel strömt.
9. Kälte erzeugende Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Unterkühler ein Speicher (35) ist, der auf der Saugseite (1o) des Kompressors (1) angeordnet ist und einen Wärmeaustauschabschnitt (38) zum Unterkühlen des aus dem Gas-Flüssigkeits-Separators (6) abströmenden flüssigen Kältemittels durch das Kältemittel in dem Speicher (35) aufweist.
10. Kälte erzeugende Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Wärmetauscher (35) ein Doppelrohrwärmetauscher ist.
11. Kälte erzeugende Vorrichtung, welche einen Kältemittelkreislauf aufweist mit einem Kältemittelkanal, der in Hintereinanderschaltung von einem Kompressor (51), einem Vierwegeventil (53), einem Außenraumwärmetauscher (55), einem zweiten Druckminderer (62) für Heizen, zu dem ein erstes Rückschlagventil (61) parallel geschaltet ist, einem ersten Druckminderer (65) für Kühlen, einem ersten Druckminderer (75) für Heizen, einem zweiten Druckminderer (72) für Kühlen, zu dem ein zweites

1q Rückschlagventil (71) parallel geschaltet ist, und einem Innenraumwärmetauscher (57) mit Hilfe von Rohren gebildet wird, mit einem Gas-Flüssigkeits-Separator (67) , der über ein Einlaßrohr (68) mit dem Kanal (76) zwischen dem ersten Druckminderer (65) für Kühlen und dem ersten Druckminderer (75) für Heizen verbunden ist, mit Rohren (84a, 86a) mit einem dritten Rückschlagventil (85) und einem

vierten Rückschlagventil (87), die vom Boden des Gas-Flüssigkeits-Separators (67) zu einem Einlaßrohr (74) des zweiten Druckminderers (72) für Kühlen bzw. zu einem Einlaßrohr (64) des zweiten Druckminderers (62) für Heizen führen, und mit einer Einblasleitung (9o) , die zwischen die Gasphasenseite des Gas-Flüssigkeits-Separators (67) und eine Kompressionskammer des Kompressors (51) geschaltet ist, mit einer Sperrventileinrichtung (69) , die in dem Einlaßrohr (68) zum Gas-Flüssigkeits-Separator (67) angeordnet ist und geöffnet bzw. geschlossen wird, wenn eine Gaseinblasung in den Kompressor vorgenommen wird oder nicht, mit einer Umschalteinrichtung zum Umschalten des Vierwegeventils (53) derart, daß wahlweise das Förder- bzw. Saugrohr (54, 56) des Kompressors (1) mit dem Außenraumwärmetauscher (55) bzw. dem Innenraumwärmetauscher (57) derart verbunden wird, daß, wenn die Vorrichtung im Kühlbetrieb arbeitet, ein Kältemittelkanal gebildet wird, der die Auslaßseite (83) des Außenraumwärmetauschers (55) mit dem Gas-Flüssigkeits-Separator (67) über das erste Rückschlagventil (61), den ersten Druckminderer (65) für Kühlen und die Absperrventileinrichtung (69) verbindet und weiterhin der Bodenabschnitt des Gas-Flüssigkeits-Separators (67) mit dem zweiten Druckminderer (72) für Kühlen über das dritte Rückschlagventil (85) verbunden wird, während, wenn die Vorrichtung im Heizbetrieb arbeitet, ein Kältemittelkanal gebildet wird, der die Auslaßseite (73) des Innenraumwärmetauschers (57) mit dem Gas-Flüssigkeits-Separator (67) über das zweite Rückschlagventil (71), den ersten Druckminderer (75) für Heizen und die Absperrventileinrichtung (69) verbindet und weiterhin den Bodenabschnitt des Gas-Flüssigkeits-Separators (67; mit dem zweiten Druckminderer (62) für Heizen über das vierte Rückschlagventil (87) verbindet, mit einer ersten Umleitkanaleinrichtung, die, wenn die Vorrichtung im Kühlbetrieb ohne Gaseinblasung arbeitet,

einen Kanal (76, 75, 74) bildet, der den ersten Druckminderer (65) für Kühlen direkt mit dem zweiten Druck- minderer (72) für Kühlen verbindet und dadurch den Gas-Flüssigkeits-Separator (67) umgeht, und mit einer • zweiten Umleitkanaleinrichtung, die, wenn die Vorrichtung im Heizbetrieb arbeitet, einen Kanal (76, 66, 65, 64) bildet, der den ersten Druckminderer (75) für Heizen direkt mit dem zweiten Druckminderer (62) für Heizen verbindet und dadurch den Gas-Flüssigkeits-Separator (67) umgeht, gekennzeichnet durch einen Speicher (59), der in dem Ansaugrohr (58b) des Kompressors (51) angeordnet ist, und durch einen Abzugskanal (91) für flüssiges Kühlmittel, der mit seinem einen Ende mit dem Gas-Flüssigkeits-Separator (67) verbunden ist und auf einer vorgegebenen Höhe In den Gas-Flüssigkeits-Separator (67) mündet, und .der mit seinem anderen Ende mit einem Abschnitt der Niederdruckseite (58a) des Kältemittelkreislaufes verbunden ist, wobei das vom Bodenabschnitt des Gas-Flüssigkeits-Separators (67) zum dritten Rückschlagventil (65) und vierten Rückschlagventil (87) führende Rohr (81, 82) in dem Speicher (59) so angeordnet ist, daß Wärme zwischen dem Kältemittel, welches durch das Rohr (81, 82) strömt, das vom Bodenabschnitt des Gas-Flüssigkeits-Separators (67) wegführt, und dem Kältemittel in dem Speicher (59) ausgetauscht wird.
12. Kälte erzeugende Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß der Abzugskanal (91) für flüssiges Kältemittel einen Druckminderer (92) aufweist.
13. Kälte erzeugende Vorrichtung nach Anspruch Λ'λ, dadurch gekennzeichnet , daß der Druckminderer (9 2) ein Kapillarrohr aufweist.

* Kälte erzeugende Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Druckminderer für Heizen von zwei Druckminderungsabschnitten (75a, 75b) gebildet wird, die in Reihe geschaltöt sind, wobei ein Rückschlagventil (99) parallel zu dem einen Druckminderungsabschnitt (75a) geschaltet ist.