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EP2063201B1 - Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage - Google Patents

Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage Download PDF

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Publication number
EP2063201B1
EP2063201B1 EP09003503A EP09003503A EP2063201B1 EP 2063201 B1 EP2063201 B1 EP 2063201B1 EP 09003503 A EP09003503 A EP 09003503A EP 09003503 A EP09003503 A EP 09003503A EP 2063201 B1 EP2063201 B1 EP 2063201B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
injection valve
refrigerant
heat exchanger
temperature
refrigerant liquid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP09003503A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2063201A2 (de
EP2063201A3 (de
Inventor
Remo Meister
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Meister Remo
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP2063201A2 publication Critical patent/EP2063201A2/de
Publication of EP2063201A3 publication Critical patent/EP2063201A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2063201B1 publication Critical patent/EP2063201B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B5/00—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B40/00—Subcoolers, desuperheaters or superheaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B5/00—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity
    • F25B5/04—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity arranged in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00—Control issues
    • F25B2600/25—Control of valves
    • F25B2600/2513—Expansion valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/21—Temperatures
    • F25B2700/2103—Temperatures near a heat exchanger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/21—Temperatures
    • F25B2700/2115—Temperatures of a compressor or the drive means therefor
    • F25B2700/21151—Temperatures of a compressor or the drive means therefor at the suction side of the compressor

Definitions

  • Dry expansion systems have the advantage of simple design and small refrigerant contents.
  • the evaporator efficiency is essentially influenced by the smallest possible overheating of the evaporator.
  • Our innovation relates first to the dry expansion system (6) (1), to the dry expansion system (6) (1) with downstream IWT (2) (internal heat exchanger, ie with a heat exchange between the refrigerant liquid line before the expansion valve on the one hand and the suction steam after the evaporator on the other hand), to the two-stage evaporation system (6) (1 + 2) (a combination of dry expansion system and thermosyphon system, evaporator with IWT) and other refrigerators constructed on this basis.
  • IWT internal heat exchanger, ie with a heat exchange between the refrigerant liquid line before the expansion valve on the one hand and the suction steam after the evaporator on the other hand
  • the changed x-value (x-value) with the changed temperature of the refrigerant (A) is the value that indicates the proportion of the already evaporated refrigerant at the beginning of the evaporation process) of the refrigerant state in the injection valve (6) and the evaporator start (1), which affects the injection valve (6) and evaporator performance (1) and the control behavior of the injector (6) and its performance, respectively, has the promoted refrigerant mass flow and on the other hand in the suction steam at the inlet to the compressor (5), where the changed temperature (B), because of the respective temperature (and pressure) associated specific volume, an influence on the Delivery volume of the compressor (5), in turn, the funded mass flow, has.
  • the aim of the invention is to achieve a stable operation of the system in refrigeration / freezing systems, refrigerators for cooling and heating operation, refrigeration systems, refrigeration sets, heat pumps and all systems with the use of refrigerants and refrigerants, characterized in that the temperature of the refrigerant upstream of the injection valve (6) (A) is kept constant at a defined temperature value (A).
  • the refrigerant liquid temperature maintenance before the injection valve and possibly the pressure difference / level control of the injection valve lead to a stable operation of the refrigeration systems (even with large changes in performance).
  • this temperature difference can be smaller than when the refrigerant leaves the evaporator (1) "overheated" (P8 / T22) during dry expansion operation.
  • the medium used for keeping the refrigerant liquid temperature constant can be arbitrary in nature (gaseous, liquid, etc.).
  • the flow (D) of the medium to be cooled for example water, brine, etc., passed through a heat exchanger (4), in which on the second side of the heat exchanger, the refrigerant either in DC, cross or countercurrent, etc. is performed.
  • the refrigerant liquid temperature upstream of the injection valve (A) can also be regulated by the IWT (2) by means of mass flow control of the refrigerant liquid (9) by the IWT (2) (depending on the conditions, in some cases only partial mass flows flow through the IWT (2)).
  • New in the invention is that the refrigerant liquid temperature, especially in the two-stage evaporation process (1 + 2) before the injection valve (6) (A) at a very low value, near or on the left limit curve of the log (p), h diagram for refrigerant, (The refrigerant thus occurs liquid as in a thermosyphone system or with a minimum vapor content in the evaporator (1)) is kept constant.
  • the invention is based on the fact that the refrigerant liquid temperature upstream of the injection valve (A) is kept constant at an arbitrary value by appropriate measures (within the physically possible, however, as far as possible up to the physical limits).
  • the invention is based on the fact that by means of suitable measures a stable operation of cooling systems is achieved with small temperature differences of the media to be cooled and thus higher efficiencies (and thereby highly efficient evaporation in refrigeration systems).
  • the process of cooling is supplemented or changed to the effect that in addition to the controlled suction and high pressures in refrigeration systems, the temperature of the liquid refrigerant before the injection valve (A) is controlled, controlled and kept constant.
  • Controlling the refrigerant temperature upstream of the injection valve (A) results in defined states in the refrigerant mixture (liquid / vapor). These defined conditions in the refrigerant lead to stable conditions in the refrigeration cycle.
  • the temperature (A) and the associated refrigerant conditions can be controlled and stabilized in many possible ways.
  • the innovation is controlling the described refrigerant condition (A). It is thus possible to achieve the desired result only with the temperature control of the liquid refrigerant upstream of the injection valve (A).
  • the temperature in front of the injection valve is kept constant by means of suitable measures (as described above). This temperature maintenance of the liquid refrigerant before the injector is carried out with a built-in between the liquid line and the medium flow heat exchanger (4).
  • the medium can be passed through the exchanger at a regulated or uncontrolled temperature.
  • the proportion of already evaporated refrigerant in the evaporator can be optimized and adjusted with a corresponding temperature of the liquid refrigerant upstream of the injection valve (A) to the Verdampferbauart (1) and thus the efficiency for starting the evaporation process.
  • the refrigerant liquid inlet temperature in the second evaporator stage (IWT) (2) (F), for example by means of an external subcooler (3) be limited at high Kondensatioostemperaturen.
  • this embodiment does not fall within the scope of the claims.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
  • Air Conditioning Control Device (AREA)
  • Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)
  • Greenhouses (AREA)

Description

    Technisches Gebiet:
  • Kälteerzeugungsanlagen in Kühl- und Tiefkühlanlagen, Kältetechnik, Kältemaschine für Kühl- und Heizbetrieb, Kälteanlagen, Kältesätze, Wärmepumpen, Klimaanlagen und weitere.
    • Stand der Technik:
  • Bekannt in der Kältetechnik ist erstens der Trockenexpansionsbetrieb, bei dem das Kältemittel über ein Einspritzventil eine Druckreduktion erfährt und vom flüssigen Zustand in ein Flüssig/Dampfgemisch übergeht, um im Verdampfer vollständig zu verdampfen, um dann mit leicht überhitztem Dampf den Verdampfer zu verlassen und so durch Wärmeaufnahme ein zweites Medium herunterkühlt und zweitens, der Thermosyphonbetrieb, bei dem das Kältemittel über ein Ausgleichs- und Abscheidegefäss dem Verdampfer entweder mittels Schwerkraft oder mit Hilfe einer Pumpe flüssig zugeführt wird und wo beim Verdampferaustritt durchaus noch Flüssigkeitsanteile im Dampf enthalten sein können und so in der Regel keine Überhitzung des Kältemittels am Verdamoferaustritt entsteht.
    Das Dokument US 6 293 123 B1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. eine Kälteanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4.
  • Allen diesen Systemen haften unter Praxisbedingungen mehr oder weniger grosse Nachteile an, welche wir durch unsere Erfindung eliminieren und somit beträchtlich Energie- und Kosteneinsparungen erzielen.
  • Trockenexpansionssysteme haben den Vorteil einfacher Bauart und kleinen Kältemittelinhalten.
  • Der Verdampferwirkungsgrad wird im Wesentlichen beeinflusst durch eine möglichst kleine Verdampferüberhitzung.
  • Für den Verdichter ist dies aber von Nachteil und er verlangt eine entsprechend hohe Überhitzung (Liefergradverbesserung, Schmierung, etc.).
  • Der Schnittpunkt dieser beiden Forderungen (optimale Überhitzung für den Verdampfer und Verdichter, welche gegensätzlich optimal sind) gibt die maximale Anlagenkennlinie (wirtschaftlichster Betrieb).
  • Durch unsere Erfindung gelingt es erstmals, diese Abhängigkeit zwischen kleinster Überhitzung für den Verdampfer und grosser Überhitzung für den Verdichter zu durchbrechen.
  • Dabei wird erreicht, den Prozess für eine gegebene Kälteleistung Qo mit dem dafür benötigten kleinsten physikalisch möglichen Massenstrom zu fahren, was zu erheblichen wirtschaftlichen und energetischen Vorteilen führt.
  • Unsere Innovation bezieht sich erstens auf das Trockenexpansionssystem (6) (1), auf das Trockenexpansionssystem (6) (1) mit nachgeschaltetem IWT (2) (Interner Wärmeaustauscher, also mit einem Wärmeaustausch zwischen Kältemittelflüssigkeitsleitung vor dem Expansionsventil einerseits und dem Saugdampf nach dem Verdampfer andererseits), auf das Zweistufenverdampfungssystem (6) (1 + 2) (einer Kombination von Trockenexpansionsystem und Thermosyphonsystem, Verdampfer mit IWT) und weitere auf dieser Basis aufgebauter Kälteanlagen.
  • Allen diesen Systemen sind je nach Betriebsbedingungen relativ grosse Temperaturschwankungen kältemittelseitig vor dem Einspritzventil (6) (A) und vor dem Verdichter (5) (B) eigen.
  • Diese Temperaturen des Kältemittels (vor dem Einspritzventil (A) und vor dem Verdichter (B)) werden heute nicht konstant gehalten oder exakt geregelt.
  • Oft wird, wenn überhaupt, nur der Hoch- oder Saugdruck (Pc/Po) geregelt und/oder konstant gehalten.
  • Dies führt zu mehr oder weniger grossen Schwankungen und Rückkoppelungen (Aufschaukeln) des Kältesystems und somit zu Verlusten im Wirkungsgrad und unstabilen Regelkreisen.
  • Die hauptsächlichen Faktoren für diese Schwankungen sind einerseits der sich mit der veränderten Temperatur des Kältemittels (A) veränderte x-Wert (x-Wert ist der Wert, welcher den Anteil des bereits verdampften Kältemittels am Anfang des Verdampfungsprozesses angibt) des Kältemittelzustandes im Einspritzventil (6) und im Verdampferanfang (1), was Auswirkungen auf die Einspritzventil- (6) und Verdampferleistung (1) sowie das Regelverhalten des Einspritzventils (6) und dessen Leistung, respektive den geförderten Kältemittelmassenstrom hat und andererseits beim Saugdampf am Eintritt in den Verdichter (5), wo die veränderte Temperatur (B), wegen dem der jeweiligen Temperatur (und Druck) zugeordneten spezifischen Volumen, einen Einfluss auf das Fördervolumen des Verdichters (5), also wiederum des geförderten Massenstroms, hat.
  • Diese sich infolge von Temperaturänderungen ständig verändernden Massenströme bringen mehr oder weniger grosse Störfaktoren in den Regelkreis der Kälteanlage ein, was zu Schwankungen im Prozess und somit zu Leistungsverminderungen führt.
    • Detaillierte Darstellung der Erfindung:
  • Ziel der Erfindung ist es, bei Kühl-/Tiefkühlanlagen, Kältemaschinen für Kühl-und Heizbetrieb, Kälteanlagen, Kältesätzen, Wärmepumpen und allen Anlagen mit Einsatz von Kältemitteln und Kälteträgern einen stabilen Betrieb der Anlage dadurch zu erreichen, dass die Temperatur des Kältemittels vor dem Einspritzventil (6) (A) auf einen definierten Temperaturwert (A) konstant gehalten wird.
  • Die Kältemittelflüssigkeitstemperaturkonstanthaltung vor dem Einspritzventil und ggf. die Druckdifferenz/Niveauregelung des Einspritzventils führen zu einem stabilen Betrieb der Kälteanlagen (auch mit grossen Leistungsänderungen).
  • Kommt dabei ein Zweistufenverdampfer (1 + 2) zum Einsatz, können zusätzlich kleinste Temperaturdifferenzen zwischen dem zu kühlenden Medium einerseits (C/D) und der Verdampfungstemperatur to (Saugdruck) andererseits erzielt werden.
  • Diese Temperaturdifferenz kann in jedem Fall kleiner sein als wenn das Kältemittel bei Trockenexpansionsbetrieb den Verdampfer (1) "überhitzt" (P8/T22) verlässt.
  • Neu an unserer Erfindung ist, dass die Temperatur des flüssigen Kältemittels vor dem Einspritzventil auf einen vorgegebenen Wert (A) konstant gehalten wird.
  • Dieses Konstanthalten erfolgt mittels eines Wärmeaustauschers (4) in der Kältemittelflüssigkeitsleitung vor dem Einspritzventil, welcher durch ein zweites Medium die Austrittstemperatur des flüssigen Kältemittels konstant hält. Das zur Konstanthaltung der Kältemittelflüssigkeitstemperatur eingesetzte Medium kann dabei in seiner Art beliebig sein (gasförmig, flüssig, etc.).
  • Zur Konstanthaltung der Kältemittelflüssigkeitstemperatur vor dem Einspritzventil (A) wird der Vorlauf (D) des zu kühlenden Mediums, zum Beispiel Wasser, Sole, etc., durch einen Wärmeaustauscher (4) geleitet, bei dem auf der zweiten Seite des Wärmetauschers das Kältemittel entweder im Gleich-, Kreuz- oder Gegenstrom, etc. geführt wird.
  • Die Kältemittelflüssigkeitstemperatur vor dem Einspritzventil (A) kann auch mittels Massenstromregelung der Kältemittelflüssigkeit (9) durch den IWT (2) oder des Saugdampfes (12) durch den IWT (2) geregelt werden (es fliessen je nach Bedingungen zum Teil nur Teilmassenströme durch den IWT (2)).
  • Neu bei der Erfindung ist, dass die Kältemittelflüssigkeitstemperatur speziell beim Zweistufenverdampfungsprozess (1 + 2) vor dem Einspritzventil (6) (A) auf einem sehr tiefen Wert, nahe oder auf der linken Grenzkurve des log (p), h-Diagramms für Kältemittel, (das Kältemittel tritt also flüssig wie bei einem Thermosyphonsystem oder mit minimalem Dampfgehalt in den Verdampfer (1)) konstant gehalten wird.
  • Weiter gibt es Kältesysteme mit eingesetzten IWT's (2) (Zweistufenverdampfer, semigeflutete Systeme), welche das flüssige Kältemittel vor dem Einspritzventil (A) (und den Temperaturkonstanthaltungsmassnahmen) unterkühlen und den Saugdampf nach dem Verdampfer (1) (2) überhitzen (B).
  • Die Erfindung beruht darauf, dass durch geeignete Massnahmen die Kältemittelflüssigkeitstemperatur vor dem Einspritzventil (A) auf einem beliebigen Wert, (innerhalb des physikalisch Möglichen aber bei Bedarf bis an die physikalischen Grenzen gehend), konstant gehalten wird.
  • Durch die konstante Temperatur der Kältemittelflüssigkeit vor dem Einspritzventil (A) wird ein stabiler Betrieb und wenn gewünscht, kleinste Temperaturdifferenzen zwischen den zu kühlenden Medien (Ein-/ Austrittstemperatur (C/D) einerseits und Eintritts- und/oder Austrittstemperatur zur Verdampfungstemperatur (C/D zu to) andererseits) erreicht.
    • Aufzählung der Zeichnungen:
    • Fig. 1: Mögliche Lösungen zur Kontrolle der Kältemitteltemperaturen vor dem Einspritzventil und Verdichter.
    • Fig. 2: Mögliche Lösungen zur Kontrolle der Kältemitteltemperaturen vor dem Einspritzventil und Verdichter ohne Hilfspumpen im Sekundärkreislauf.
    • Fig. 3: Mögliche Lösungen zur Kontrolle der Kältemitteltemperaturen vor dem Einspritzventil und Verdichter bei Trockenexpansionsbetrieb ohne IWT
    • Fig. 4: Mögliche Lösungen zur Kontrolle der Kältemitteltemperaturen vor dem Einspritzventil und Verdichter bei Trockenexpansionsbetrieb mit IWT und oder Zweistufenverdampfung.
    • Fig. 5: Mögliche Lösungen zur Kontrolle der Kältemitteltemperaturen vor dem Einspritzventil und Verdichter bei Trockenexpansionsbetrieb mit IWT und oder Zweistufenverdampfung mit externem Unterkühler.
    • Fig. 6: log (p), h-Diagramm
  • Die Zeichnungen erläutern den Sinn und erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit.
    • Ausführung der Erfindung:
  • Die Erfindung beruht darauf, dass mittels geeigneter Massnahmen ein stabiler Betrieb von Kühlanlagen bei kleinen Temperaturdifferenzen der zu kühlenden Medien und somit höheren Wirkungsgraden (und dadurch hocheffiziente Verdampfung in Kälteanlagen) erzielt wird.
  • Das Verfahren der Kälteerzeugung wird dahingehend ergänzt oder geändert, dass neben den kontrollierten Saug- und Hochdrücken in Kältesystemen neu die Temperatur des flüssigen Kältemittels vor dem Einspritzventil (A) kontrolliert, geregelt und konstant gehalten wird.
  • Durch das Kontrollieren der Kältemitteltemperatur vor dem Einspritzventil (A) ergeben sich definierte Zustände im Kältemittelgemisch (Flüssig/Dampf). Diese definierten Zustände im Kältemittel führen zu stabilen Verhältnissen im Kältekreislauf.
  • Durch das Stabilisieren dieser Temperatur und des damit verbundenen jeweiligen Zustandes des jeweiligen Kältemittels an diesem Punkt im Kältekreislauf erzielen wir stabile Verhältnisse und verhindern Rückkoppelungen in der Regeltechnik und ein Aufschaukeln des Systems und somit weniger Störgrössen, was zu einem stabilen Regelkreis und somit zu einem stabilen Betrieb der Kälteanlagen und somit zu einer hocheffizienten Verdampfung führt.
  • Durch den gewonnenen stabiten Betrieb ergeben sich Energie- und Kostenersparnisse und es wird möglich, speziell in Kombination mit der Zweistufenverdampfungstechnik (1 + 2), Prozesse mit wesentlich kleineren Temperaturdifferenzen der zu kühlenden Medien zu den jeweiligen Verdampfungstemperaturen zu fahren.
  • Dadurch können Prozesse auf einfache und kostengünstige Weise gefahren werden, welche heute in dieser Art nicht möglich sind.
  • Die Temperatur (A) und die dazugehörenden Kältemittelzustände können auf viele mögliche Arten kontrolliert und stabilisiert werden.
  • Die Aufzählung der Möglichkeiten beschränkt sich in dieser Patentschrift sinngemäss auf einige wenige.
  • Die Innovation ist das Kontrollieren des beschriebenen Kältemittelzustandes (A). Es ist somit möglich, nur mit der Temperaturkontrolle des flüssigen Kältemittels vor dem Einspritzventil (A) zum gewünschten Ergebnis zu kommen.
  • Geeignete Massnahmen für die Temperaturkontrolle des Kältemittels vor dem Einspritzventil sind:
    1. 1. Die Temperatur des flüssigen Kältemittels vor dem Einspritzventil mit einem Sekundärmedium über einen Wärmeaustausch (4) konstant halten.
    2. 2. Die Temperatur des flüssigen Kältemittels vor dem Einspritzventil, speziell bei Verwendung eines IWT's oder der Anwendung des Zweistufenverdampfungsprozesses, mittels Einsatz eines Regelventils (9) konstant zu halten. Diese Regelung leitet nur einen bestimmten Massenstrom durch den IWT oder die zweite Stufe des Zweistufenverdampfers und den restlichen Massenstrom (E) direkt oder indirekt zum Einspritzventil, wobei der am IWT oder der zweiten Stufe des Zweistufenverdampfers vorbeigeleitete Massenstrom (E) gekühlt, erwärmt oder gleich gehalten werden kann.
  • Die Temperatur vor dem Einspritzventil wird mittels geeigneter Massnahmen (wie oben beschrieben) konstant gehalten. Diese Temperaturkonstanthaltung des flüssigen Kältemittels vor dem Einspritzventil erfolgt mit einem zwischen der Flüssigkeitsleitung und dem Mediumvorlauf eingebauten Wärmeaustauscher (4).
  • Durch den Wärmetauscher (4) wird ein Teil- oder der ganze Massenstrom des gekühlten Mediums im Gleich-, Gegen- oder Kreuzstrom, etc. zur Kältemittelflüssigkeit geführt (10/11).
  • Das Medium kann dabei mit einer geregelten oder ungeregelten Temperatur durch den Tauscher geführt werden.
  • Durch die richtige Dimensionierung des Wärmetauschers (4) findet eine Unterkühlung respektive Konstanthaltung der Kältemittelflüssigkeit vor dem Einspritzventil (A) auf einem beliebigen aber auf Wunsch auch auf einem sehr tiefen Temperaturniveau statt, was bedeutet, dass der Verdampfer (1) mit flüssigem oder nur geringem Anteil von bereits verdampftem Kältemittel gespiesen wird.
  • Der Anteil an bereits verdampftem Kältemittel in den Verdampfer kann mit einer entsprechenden Temperatur des flüssigen Kältemittels vor dem Einspritzventil (A) auf die Verdampferbauart (1) und somit den Wirkungsgrad zum Starten des Verdampfungsprozesses optimiert und eingestellt werden.
  • Alternativ zur Übersteuerung der Einspritzventilregelung durch die Sauggastemperatur durch Überfluten der zweiten Stufe des Zweistufenverdampfers bei zu hohen Saugdampftemperaturen vor dem Verdichter (T23) kann die Kältemittelflüssigkeitseintrittstemperatur in die zweite Verdampferstufe (IWT) (2) (F) zum Beispiel mittels eines externen Unterkühlers (3) bei hohen Kondensatioostemperaturen begrenzt werden. Dieses Ausführungsbeispiel fällt jedoch nicht unter den Schutzbereich der Ansprüche.
  • Alternativ zu dieser Begrenzung kann ein Teil des Kältemittelflüssigkeitsmassentroms (E), in Abhängigkeit der Saugdampftemperatur (B), an der zweiten Verdampferstufe (IWT) (2) vorbei geleitet werden.

Claims (4)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage, welche in einem Kältemittelkreislauf einen Verdichter (5), einen Kondensator, ein Einspritzventil (6) sowie einen Verdampfer (1) umfasst, der sekundärseitig von einem zu kühlenden Sekundärmedium durchströmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines zwischen der Kältemittelflüssigkeitsleitung zum Einspritzventil (6) und dem Vorlauf des sekundären Mediums arbeitenden Wärmetauschers (4) die Kältemitteiflüssigkeitstemperatur (A) vor dem Einspritzventil (6) konstant gehalten wird und durch das Konstanthalten der Kältemittelflüssigkeitstemperatur (A) vor dem Einspritzventil (6) stabile Verhältnisse im Regel- und Kältekreislauf erreicht werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Massenstrom des gekühlten Sekundärmediums ganz oder teilweise im Gleich-, Gegen- oder Kreuzstrom zur Kältemittelflüssigkeit durch den Wärmetauscher (4) geführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Einsatz eines Regelventils (9) zwischen der Kältemittelflüssigkeitsleitung zum Einspritzventil (6) und einem Internen Wärmetauscher (2), welcher der zweiten Verdampfungsstufe entspricht, nur ein bestimmter Teil des Massenstroms des Kältemittels durch den Internen Wärmetauscher (2) und der restliche Massenstrom direkt zum Einspritzventil (6) geleitet wird und dadurch die Kältemittelflüssigkeitstemperatur (A) vor dem Einspritzventil (6) zusätzlich konstant gehalten wird.
  4. Kälteanlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, welche Kälteanlage in einem Kältemittelkreislauf einen Verdichter (5), einen Kondensator, ein Einspritzventil (6) sowie einen Verdampfer (1) umfasst, der sekundärseitig von einem zu kühlenden Sekundärmedium durchströmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kältemittelflüssigkeitsleitung zum Einspritzventil (6) und dem Vorlauf des sekundären Mediums ein Wärmetauscher (4) angeordnet ist, welcher primärseitig von der Kältemittelflüssigkeit und sekundärseitig vom gekühlten Sekundärmedium durchströmt wird.
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ES (2) ES2322152T3 (de)
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