DE19802008C2

DE19802008C2 - Gefrierverfahren und Wärmetauscher zur Kondensation

Info

Publication number: DE19802008C2
Application number: DE19802008A
Authority: DE
Inventors: Takao Hara
Original assignee: Green Cross Japan Foundation
Current assignee: Green Cross Japan Foundation
Priority date: 1997-01-20
Filing date: 1998-01-20
Publication date: 2001-03-08
Anticipated expiration: 2018-01-21
Also published as: KR100300779B1; US6021645A; GB2321296A; KR19980070621A; JP2835325B2; FR2758617B1; GB9800433D0; DE19802008A1; HK1015446A1; GB2321296B; FR2758617A1; JPH10259958A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein neues Gefrier verfahren und eine Wärmetauschervorrichtung zur Kon densation, die vorzugsweise in diesem Gefrierverfahren verwendet wird. Das in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung definierte Gefriersystem ist gesamtheitlich als ein Kühlsystem in verschiedenen Arten von Geräten, wie z. B. einem Gefriergerät, einem Kühlschrank und einem Kühlgerät oder ähnlichem definiert, wo das gekühlte Objekt während eines Zyklusprozesses gekühlt wird, der durch eine Veränderung des Drucks, der Temperatur und der Phase des Kältemittels oder Kühlmittels (wie z. B. Kälte mittel aus Fluorkohlenstoff oder Fluorcarbon bzw. Fluor kohlenwasserstoff oder ähnlichem) begleitet wird.

Wie in Fig. 4 gezeigt, wird das Gefriersystem, welches allgemein in der Technik verwendet wird, derart betrie ben, daß kondensierendes gasförmiges Kältemittel, wie beispielsweise eingeschlossenes Fluorcarbon-Kältemittel während eines Gefrierzyklus in gasförmiges Kältemittel von hoher Temperatur und hohem Druck durch einen Kompres sor 21 umgewandelt wird, daß Wärme mit Luft (oder Kühl wasser) durch einen Kondensator 22 ausgetauscht wird, dann kondensiert und verflüssigt, um seine Phase in eine flüssige Phase umzuwandeln, deren Temperatur nahe der Normaltemperatur ist, danach wird das flüssige Kälte mittel bezüglich seines Druckes durch ein Expansions ventil 23 reduziert und dort expandiert, um flüssiges Kältemittel von niedriger Temperatur und niedrigem Druck zu ergeben, das flüssige Kältemittel wird an einen Kühler (Verdampfer) 24 gesandt, und Wärme wird entweder mit Luft oder mit Kühlwasser ausgetauscht, um zu bewirken, daß es verdampft und gasartig wird, was wiederum die Erzeugung von gasförmigem Kältemittel von niedriger Temperatur und niedrigem Druck zur Folge hat, entweder Luft oder Kühl wasser wird gekühlt, um zu ermöglichen, daß es als eine Quelle von kalter Aufheizung für einen Gefrier- und Kühl vorgang verwendet wird, und das gasförmige Kältemittel von niedriger Temperatur und niedrigem Druck wird zurück zum Kompressor 21 geleitet. In diesem Fall ist es in der Technik wohl bekannt, daß als der Wärmetauscher 22 ein Kreuzfinnen-Wärmetauscher exklusiv zur Verarbeitung von Luft verwendet wird, und wiederum ein Schalen- bzw. Mantelwärmetauscher exklusiv zur Verarbeitung von Kühl wasser verwendet wird. In Fig. 4 bezeichnet das Bezugs zeichen 25 einen Ventilator für einen Kühler 24, und das Bezugszeichen 28 bezeichnet das Gehäuse einer innen liegenden Vorrichtung, wo jeder der zuvor erwähnten innenliegenden Vorrichtungen 21, 23, 24 und 25 darin aufgenommen sind.

Bei einem solchen Gefriersystem des Standes der Technik, wie oben beschrieben, kann es nicht vermieden werden, daß der Kondensator 22 als der Wärmetauscher wirkt, wenn die Wärmequelle bezüglich der Größe groß ist, und zwar im Vergleich zu dem Kühler 24, der als ein Wärmetauscher auf einer Gebrauchsseite wirkt, was zur Folge hat, daß ver schiedene Arten von Studien angewandt worden sind, um zu bewirken, daß der Kondensator 22 klein an Größe wird, um eine kompakt bemessene Vorrichtung herzustellen. Jedoch ist es bei bestehenden Gefriersystemen technisch schwierig, eine wesentliche Verringerung der Wärmeaus tauschfläche vorzunehmen, die beim Kondensieren und Ver flüssigen des Kältemittels erforderlich ist, und somit wird der groß bemessene Kondensator 22 immer noch zum Betrieb angewandt.

Mit Bezug auf ein Beispiel einer Klimaanlage des Standes der Technik für ein Automobil (eine Kühlklimaanlage) wird der Stand der Technik beschrieben, wobei es dort einige Fälle gab, in denen ein luftgekühlter Kondensator mit einer großen Wärmeaustauschfläche an einem Vorderseiten raum einer Heizung (Radiator) eingebaut wurde, was zur Folge hatte, daß eine ursprüngliche Fähigkeit der Heizung merklich verringert wurde und eine zusätzliche Brenn stoffmenge verbraucht wurde, wodurch Kohlendioxid verur sacht wird, welches gezwungen ausgelassen wird, und wei terhin gab es ein Problem dahingehend, daß eine Wärmeaus tauschmenge des Kondensators zum Zeitpunkt einer hohen Temperatur der umgebenden Atmosphäre in der Sommerzeit fehlte, und daß eine Klimaanlage oft in ihrem Betrieb angehalten wurde.

Weiter wurden bei der Kühlmaschine des Standes der Tech nik und dem Kühler für die industrielle Anwendung die Rohrlege- und Elektroverkabelungsvorgänge groß ausgelegt, und es war nicht möglich, einige wirtschaftliche Nachtei le zu vermeiden, daß nicht nur das Arbeitsaufkommen ver größert wurde, sondern auch die Arbeitsperiode in eine lange Zeitperiode ausgedehnt wurde, da der Einbauraum einer außenliegenden Vorrichtung insbesondere groß war.

Die US-PS 4 406 134 zeigt eine Dampfkompressionszyklus vorrichtung mit zwei Kapillarrohren, nämlich einer Hauptkapillare und einer zweiten Trimmkapillare, die zwischen dem Auslaßanschluß des Kondensators und einem mit dem Verdampfer verbundenen Rohr verbunden sind. Die Kältemittelmenge, die in den Kapillaren fließt, ändert sich entsprechend der Menge an flüssigem Kältemittel, die im Kondensator oder im Rohr vorhanden ist. Der Konden sator umfaßt einen Wärmetauscher nach herkömmlichem Muster.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Probleme zu eliminieren, die bei Gefriersystemen des Standes der Technik zu finden sind, und es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Gefrierverfahren und einen Wärmetauscher für einen Kondensationsbetrieb vorzusehen, die fähig sind, einen klein bemessenen Wärmetauscher für einen Kondensationsbetrieb zu erreichen, was die Kosten der Vorrichtung des Gefriersystems verringert, was die Energieeinsparung begünstigt, und weiter bewirkt, daß die Vorrichtung als Mittel zur Erhaltung einer globalen Umwelt wirkt.

Um den zuvor erwähnten Zweck zu erreichen, ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein Gefrierverfahren gemäß Anspruch 1 und ein Wärmetauscher gemäß Anspruch 2 vorgesehen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung gibt es ein Merkmal, bei dem ein Wärmeaustauschzustand in einer Kondensationsstufe in dem Gefriersystem ziemlich unterschiedlich von dem des bestehenden Gefriersystems ist, und im Grunde genommen besteht der Kern der vorliegenden Erfindung in der Tat sache, daß fast eine Wärmequelle zur Anwendung bei der Ausführung eines Kondensations- und Verflüssigungs vorgangs durch das zirkulierende Kältemittel selbst erreicht wird, und zwar durch Anwendung davon an der Kondensationsstufe im Gefrierzyklus, so daß eine merkliche Phasenveränderung und Temperaturveränderung in der Stufe erzeugt wird, und zwar zur Steigerung der Ge schwindigkeit und zur Reduzierung des Druckes mit Bezug auf das kondensierende gasförmige Kältemittel.

Das heißt, obwohl die Kondensationsstufe in dem beste henden Gefriersystem ein System ist, bei dem das konden sierende gasförmige Kältemittel von hoher Temperatur und hohem Druck, welches aus dem Kompressor ausgelassen wird, mit der umgebenden Atmosphäre oder mit Wasser gekühlt wird, um kondensiert und verflüssigt zu werden, wobei das neue System der vorliegenden Erfindung dadurch gekenn zeichnet ist, daß selbiges aus einem Kondensationssystem besteht, bei dem es nicht notwendig ist, eine große Menge an Kühlströmungsmittel, wie beispielsweise Luft oder Wasser oder ähnliches, als eine Kühlwärmequelle zur Anwendung beim Kondensations- und Verflüssigungsvorgang anzuwenden, wobei ein Teil des kondensierenden gas förmigen Kältemittels von hoher Temperatur und hohem Druck aufgeteilt wird, um in die Kapillarspule 8 zu fließen, die fähig ist, den Druck zu verringern, während eine Fließgeschwindigkeit des darin fließenden Kälte mittels gesteigert wird, wodurch seine Wärme kraftvoll abgestrahlt wird, um einen verflüssigten Zustand zu ergeben, und gleichzeitig wird sein Druck reduziert, um seine Phase in flüssiges Kältemittel von niedriger Tem peratur zu verändern, welches eine Kühlfähigkeit besitzt, wobei das kondensierende gasförmige Kältemittel von hoher Temperatur und hohem Druck, welches aus dem Kompressor ausgelassen wird, mit diesem flüssigen Kältemittel von niedriger Temperatur gekühlt und verflüssigt wird.

Die Anwendung des zuvor erwähnten neuen Systems ermög licht es, daß die vorliegende Erfindung eine klein bemes sene Vorrichtung mit einer Reduktion von ungefähr 1/20 bezüglich ihres Einbauraums erreicht, und zwar im Ver gleich zu der eines Kondensators des Standes der Technik mit äquivalenter Gefrier- und Kühlfähigkeit, und es ist in anderen Worten möglich, eine Kondensationsfähigkeit von ungefähr viermal mit der gleichen Größe herauszu ziehen, wodurch die Vorrichtungskosten des Gefriersystems verringert werden können, und wobei eine Energieeinspa rung bei dem Gefriersystem erreicht werden kann.

Die vorliegende Erfindung wird in einer Form ausgeführt, die oben beschrieben wird, und besitzt die folgenden Ef fekte. Das heißt, gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Kondensationswärmeaustauschfläche merklich verringert werden, und zwar auf der Basis einer Vollendung eines neuen Gefrier- und Kühlzyklus im Hinblick auf die Tat sache, daß eine groß bemessene Kondensationswärmeaus tauschfläche ein Hauptgrund zur Herstellung eines groß bemessenen Systems ist, was eine Struktur des Gefrier systems zur Folge hat, die kompakt an Größe gemacht werden kann, wobei ein übermäßiger Energieverbrauch für die Industrieanwendung verringert wird, wobei ein hoch effizienter Betrieb eines Automobilmotors verwirklicht wird, um zu ermöglichen, daß eine in die Umgebungsatmos phäre ausgelassene Menge an Kohlendioxid verringert wird, und die vorliegende Erfindung kann einen ziemlich großen Beitrag zu der Industrie bieten.

Fig. 1 ist ein Gefrierschaltungsdiagramm für ein Gefriersystem in einem bevorzugten Ausführungs beispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist eine Systemkonfigurationsansicht für eine industrielle Kühlvorrichtung in einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 ist eine Systemkonfigurationsansicht für eine Klimaanlage für ein Automobil in einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 ist eine Systemkonfigurationsansicht für das Gefriersystem des Standes der Technik.

Mit Bezug auf die Begleitzeichnungen werden einige be vorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung wie folgt beschrieben. In Fig. 1 ist eine Gefrierschal tung eines Gefriersystems des bevorzugten Ausführungs beispiels der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Das in Fig. 1 gezeigte Gefriersystem besteht aus folgenden Zusammensetzungsvorrichtungen: einem Kompressor 1, einer Kondensationswärmetauschervorrichtung 2, einem Expan sionsventil 3 und einem Kühler 4, wobei diese Vorrichtun gen in einer Zirkulationsweise durch ein Kältemittelrohr verbunden sind, um eine Gefrier- und Kühlvorrichtung zu bilden.

Da der Kompressor 1, das Expansionsventil 3 und der Küh ler 4 im Grunde genommen die gleiche Struktur und Funk tion besitzen, wie jene in der bestehenden Gefrier- und Kühlvorrichtung, wird ihre detaillierte Beschreibung weggelassen, und ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers 2 für den Kondensationsbetrieb, welcher ein Komponentenelement des Merkmals der vorliegenden Erfindung ist, wird wie folgt beschrieben.

Der zuvor erwähnte Wärmetauscher 2 für einen Kondensa tionsvorgang besitzt als seine Zusammensetzungsglieder folgendes: einen Kondensator 5, eine Kapillarspule 8, und ein Flüssigkeitsrohr 9, wobei der Kondensator 5 aus einem Innengehäuse 6 und einem Außengehäuse 7 besteht, welches das Innengehäuse 6 an seinem gesamten Umfang umschließt, und als ein Umfangswandmaterial des Innengehäuses 6 ein Plattenglied aus einer Materialqualität mit einer überle genen Wärmeübertragungsleistung, wie beispielsweise eine Kupferplatte oder ähnliches, wodurch ein Doppelgehäuse- Wärmetauscher gebildet wird, der einen wirkungsvollen Wärmeaustauschbetrieb zwischen den Gehäusen 6 und 7 aus führen kann. Das Innengehäuse 6 und das Außengehäuse 7 besitzen jeweils einen Kältemitteleinlaß und einen Kälte mittelauslaß jeweils am Außenwandabschnitt. Mit dem Kältemitteleinlaß des Innengehäuses 6 ist ein Ausflußende eines Hochdruck-Gasrohrs 10 verbunden, und mit dem Kälte mittelauslaß des Innengehäuses 6 ist ein Einflußende des Flüssigkeitsrohrs 9 verbunden. Wiederum wird der Kälte mitteleinlaß des Außengehäuses 7 mit einem Ausflußende des Flüssigkeitsrohrs 14 verbunden, und mit dem Kälte mittelauslaß des Außengehäuses 7 ist ein Einflußende des Gasrohrs 13 verbunden.

Die Kapillarspule 8 besteht aus einem Spulenrohr, in dem ein Wärmeübertragungsrohr mit feinem Durchmesser mit einer überlegenen Wärmeübertragungsleistung von vorbe stimmter Länge von mehreren Metern, beispielsweise ein Kupferrohr mit einem Durchmesser von 3,12 mm (1/8 inch), beispielsweise in Schraubenform gewickelt ist, und in dem Beispiel der vorliegenden Erfindung wird es in einem feinen langgestreckten Gehäuse 17 aufgenommen, wobei Um gebungsatmosphäre in das Gehäuse 17 durch einen beigefüg ten Ventilator 16 geblasen wird, um den Kühlvorgang zu begünstigen. Diese Kapillarspule 8 besitzt ein Merkmal dahingehend, daß ein Druck des Kältemittels gleichzeitig mit der Steigerung der Geschwindigkeit der Fließgeschwin digkeit des darin fließenden Kältemittels verringert werden kann, wobei ein Ausflußende eines angeschlossenen bzw. gezweigten Gasrohrs 12, welches an das Hochdruck- Gasrohr 10 verzweigt und angeschlossen bzw. damit ver bunden ist, mit seinem Einflußende verbunden ist, und wiederum ist ein Einflußende des Flüssigkeitsrohrs 14 mit dem Ausflußende verbunden.

Das Flüssigkeitsrohr 9 ist ein Rohrdurchlaß zur Anwendung beim Fließen bzw. Leiten des flüssigen Kältemittels, wel ches am Innengehäuse 6 kondensiert und verflüssigt worden ist, zum Expansionsventil 3, wobei das schraubenförmige Wärmeübertragungsrohr 9A an einem Teil oder gesamt am Rohrdurchlaß eingebaut ist, und wobei sein Herausflußende mit einem Einlaß des Expansionsventils 3 verbunden ist. Zusätzlich besteht ein Grund, warum das Flüssigkeitsrohr 9 mit dem schraubenförmigen Wärmeübertragungsrohr 9A vor gesehen wird, in der Tatsache, daß ein Wirbelstrom störungs- oder -verzerrungsfluß (eddy current disturbance flow) positiv am flüssigen Kältemittel erzeugt wird, welches in das Wärmeübertragungsrohr fließt, um einen sicheren Abstand zu erhalten, und gleichzeitig wird die Fließgeschwindigkeit davon gesteigert, um eine Unter kühlung (super-cooling) und eine Druckreduzierung zu be günstigen, wodurch ein Druck am Einlaßanschluß des Expan sionsventils 3 wirkungsvoll verringert wird, um eine sanfte Reduktion des Druckes auszuführen, und eine Ex pansion zum Erreichen eines flüssigen Kältemittels mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur.

Das Gefriersystem, welches mit einer Kondensationswärme tauschervorrichtung 2 versehen ist, die wie oben be schrieben konstruiert ist, wird derart hergestellt, daß ein Niederdruck-Seitenauslaßanschluß des Expansions ventils 3 mit einem Kältemitteleinlaß des Kühlers 4 durch das Flüssigkeitsrohr verbunden wird, der Kältemittel einlaß dieses Kühlers 4 wird mit einem Ansauganschluß des Kompressors 1 durch ein Niederdruck-Ansauggasrohr 11 verbunden, eine Einflußseite des Hochdruck-Gasrohrs 10 wird mit einem Auslaßanschluß des Kompressors 1 ver bunden, und gleichzeitig wird das Ausflußende des Gas rohrs 13 verzweigt und mit einem Mittelteil des Nieder druck-Gasrohrs 11 verbunden, um eine geschlossene Zirku lationsschaltung zur Kondensation von gasförmigem Kältemittel zu bilden.

Ein Betriebszustand dieses Gefriersystems wird mit Bezug auf einen Fall der Vorrichtung beschrieben, bei dem bei spielsweise Fluorcarbon-Kältemittel R12 als ein konden sierendes gasförmiges Kältemittel angewandt wird, wobei ein kondensierendes gasförmiges Kältemittel (a) von hoher Temperatur und hohem Druck, welches aus dem Auslaß anschluß des Kompressors 1 ausgelassen wird, verzweigt wird, und zwar in seine Menge über der Hälfte, um in ein Hochdruck-Gasrohr 10 zu fließen, und es wird bezüglich seiner Restmenge verzweigt, und zwar zum verzweigten Gasrohr 12, und das kondensierende gasförmige Kältemittel der Menge über der Hälfte von beispielsweise 60% wird in das Innengehäuse des Kondensators 5 geleitet. Wiederum wird das kondensierende gasförmige Kältemittel der Rest menge von beispielsweise 40% in die Kapillarspule 8 ge leitet, wird kondensiert und dort verflüssigt, danach wird sein Druck reduziert, so daß es flüssiges Kälte mittel (b) von niedriger Temperatur wird, und dann wird das Kältemittel in das Außengehäuse 7 des Kondensators 5 geleitet.

Das gasförmige Kältemittel mit hoher Temperatur und hohem Druck innerhalb des Innengehäuses 6 und das flüssige Kältemittel von niedriger Temperatur und niedrigem Druck im Außengehäuse 7 tauschen miteinander Wärme aus, das gasförmige Kältemittel von hoher Temperatur und hohem Druck im Innengehäuse 6 strahlt latente Kondensations wärme ab, das Kältemittel wird verflüssigt, um flüssiges Kältemittel (c) von hohem Druck zu werden, das flüssige Kältemittel von niedriger Temperatur und niedrigem Druck im Außengehäuse 7 nimmt eine verdampfende bzw. austre tende latente Wärme auf, und zwar vergast, um gasförmiges Kältemittel von niedrigem Druck zu werden (d). Das flüssige Kältemittel mit hohem Druck, welches in dem Innengehäuse 6 gesammelt oder akkumuliert ist, wird bezüglich seines Druckes reduziert, während es durch das Flüssigkeitsrohr 9 läuft, um flüssiges Kältemittel von mittlerem Druck (e) zu werden. Dieses flüssige Kälte mittel von mittlerem Druck (e) erreicht das Expansions ventil 3, wird in seinem reduzierten Druck expandiert, um flüssiges Kältemittel (f) von niedrigem Druck und niedriger Temperatur zu werden, danach wird das Kältemittel in den Kühler 4 eingespeist, es wird Wärme mit der verdampfenden bzw. austretenden latenten Wärme dazwischen und mit Luft ausgetauscht, die von dem Ventilator 15 erzeugt wird, um verdampft und vergast zu werden. Das gasförmige Kältemittel (g) von niedrigem Druck, welches im Kühler 4 verdampft und vergast worden ist, wird mit gasförmigem Kältemittel (d) von niedrigem Druck vermischt, welches im Außengehäuse 7 vergast und verdampft worden ist, danach wird das vermischte Kältemittel in den Kompressor 1 gesaugt, und der zuvor erwähnte Gefrierzyklus wird gebildet. Die von dem Venti lator 15 geblasene Luft wird mit dem Kühler 4 in diesem Gefrierzyklus gekühlt, und dann kann eine kalte Wärmequelle zum Gefrier- und Kühlvorgang erreicht werden.

Obwohl bezüglich jedes der Zustände, wie beispielsweise der Materialqualität des zu verwendenden Metalls, einer Länge und eines Durchmessers des Rohrs, eines Durchmes sers, einer Steigung und der Wicklungsrichtung eines spiralförmigen Teils der Kapillarspule 8, die als ein wichtiges Zusammensetzungselement der vorliegenden Er findung wirken kann, es zufriedenstellend ist, ein Wär meübertragungsrohr mit feinem Durchmesser mit geeigneten Zuständen vorzubereiten, nach Wiederholung von verschie denen Arten von Test ausgewählt werden kann, ist es in diesem Fall möglich, die geeignetsten ansprechend auf jeden der Zustände der Anwendung einzustellen, wie bei spielsweise die Art des Kältemittels, den Druck und die Temperatur des gasförmigen Kältemittels am Einlaßanschluß und dem Druck und der Temperatur des flüssigen Kälte mittels am Auslaßanschluß, und weiterhin ist es natürlich möglich, als das Kapillarrohr ein Wärmeübertragungsrohr mit feinem Durchmesser zu verwenden, welches eine vorbe stimmte Größe besitzt, die zu einem schraubenförmigen Rohr oder Glied bearbeitet ist, welches zwei in Reihe verbundene schraubenförmige Wärmeübertragungsrohre mit feinem Durchmesser mit unterschiedlicher Wicklungsrich tung besitzt, und wenn die Kapillarspule mit einem Zustand, fähig zur Ausführung einer effizienten Steige rung der Geschwindigkeit und einer Senkung des Druckes optional ausgewählt wird. Zusätzlich können sie in Reihe mit dem Expansionsventil verbunden werden, welches in der Kapillarspule 8 verwendet wird.

In Fig. 2 ist eine Systemkonfigurationsfigur einer indu striellen Kühlvorrichtung gemäß des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung veran schaulicht. Die in dieser Figur gezeigte Kühlvorrichtung gehört normalerweise zu der Bauart, die eine luftgekühlte Packungsbauart genannt wird, wobei ein Kompressor 1, ein Kondensationswärmetauscher 2, ein Expansionsventil 3, ein Kühler 4 und ein Ventilator 15 für den Kühler gebildet aus einem Walzenventilator insgesamt in einem Gehäuse 18 aufgenommen sind, welches innerhalb eines innenliegenden Bereiches angeordnet ist. In diesem Fall ist der Konden sationswärmetauscher 2, der aus einem Kondensator 5, einer Kapillarspule 8 und einem Flüssigkeitsrohr 9 be steht, ziemlich klein an Größe im Vergleich mit dem eines luftgekühlten Kondensators 22 (siehe Fig. 4) des Systems des Standes der Technik, und die Umgebungsatmosphäre wird nicht als eine Hauptkühlwärmequelle verwendet, so daß es möglich ist, sie in einem engen Raum im Gehäuse 18 einzu bauen, und zwar mit einer überlegenen Belüftungscharakte ristik, und entsprechend kann das Gasrohr und das Flüs sigkeitsrohr, welches dazwischen eine Verbindung her stellt, und der Kondensator 22, der in einem außenliegen den Gebiet eingebaut ist, eliminiert werden, und die Ko sten der Vorrichtung genauso wie der Aufwand an Einbau arbeit oder ähnlichem kann verringert werden.

Zusätzlich sah der luftgekühlte Kondensator 22 des Stan des der Technik einen Kondensations- und Verflüssigungs prozeß durch gezwungene Luftströmung der umgebenden At mosphäre mit einer Temperatur von ungefähr 25 bis 60°C vor, was die groß bemessene Kühlwärmetauscherfläche zur Folge hatte, die erforderlich war. Im Gegenteil verwendet der Kondensator 5 des Kondensationswärmetauschers 2 der vorliegenden Erfindung Kältemittel, welches bei einer niedrigen Temperatur verflüssigt ist, und zwar geringer als ein Vereisungspunkt von -20°C oder ähnlich, so daß eine ähnliche Kühlfähigkeit mit einer Wärmetauscherfläche von weniger als 1/20 bezüglich des Kondensators des Standes der Technik für Luft erreicht werden kann.

In dem zuvor erwähnten ersten bevorzugten Ausführungs beispiel werden die Zustände des Druckes und der Tempera tur des Kältemittels an jedem der Abschnitte in der praktisch verkörperten Vorrichtung mit Fluorcarbon R22, welches als kondensierendes gasförmiges Kältemittel eingesetzt wird, wie folgt mit Bezug auf Fig. 2: Ein kondensierendes gasförmiges Kältemittel von hoher Tem peratur und hohem Druck (a): 15 kg/cm², 85°C, flüssiges Kältemittel von niedriger Temperatur und mittlerem Druck (g): 7 kg/cm², 12°C, flüssiges Kältemittel von niedriger Temperatur und niedrigem Druck (b): -50 mm (Quecksilber säule), -20°C, flüssiges Kältemittel von hohem Druck (c): 14 kg/cm², 35°C, gasförmiges Kältemittel von niedrigem Druck (d): -50 mm (Quecksilbersäule), -20°C, flüssiges Kältemittel von mittlerem Druck (e): 0 kg/cm², -5°C, flüssiges Kältemittel von niedrigem Druck und niedriger Temperatur (f): -50 mm (Quecksilbersäule), -20°C, gas förmiges Kältemittel von niedriger Temperatur (g): -50 mm (Quecksilbersäule), -20°C.

In Fig. 3 ist eine Systemkonfigurationsfigur für eine Klimaanlage für ein Automobil des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die in dieser Figur gezeigte Kühlvorrichtung ist derart aufgebaut, daß ein Kompressor 1, ein Kondensationswär metauscher 2 und ein Expansionsventil 3 kompakt in einem Motorraum mit einem darin eingebauten Motor 19 und einem Radiator bzw. einer Heizung 20 aufgenommen werden, und daß dann ein Kühler 4 in einem Abteil befestigt wird, wobei der Kondensationswärmetauscher 2 ziemlich klein bemessen ist, und die Umgebungsatmosphäre nicht als eine positive Kühlwärmequelle aufgebracht wird, so daß es möglich ist, ihn innerhalb eines engen Raums zu befesti gen, und zwar mit einer überlegenen Belüftungscharakteri stik, und zwar innerhalb des Motorraums, wie in der Figur gezeigt, und im Vergleich mit dem System, in dem die Kli maanlage des Standes der Technik für ein Automobil an einer vorderen Stromaufwärtsseite der Heizung 20 einge baut ist, wie durch eine gestrichelte Linie in Fig. 3 angezeigt, kann die ursprüngliche Kapazität ausreichend herausgezogen werden, bezüglich der Heizung 20, und eine Leistung des Motors des Automobils kann verbessert werden.

In dem zuvor erwähnten zweiten bevorzugten Ausführungs beispiel werden bezüglich der in der Praxis ausgeführten Vorrichtung unter Verwendung des Fluorcarbon-Kältemittels 12, welches als das kondensierende gasförmige Kältemittel angewandt wird, die Zustände des Druckes und der Tempera tur wie folgt mit Bezug auf Fig. 3: ein kondensierendes gasförmiges Kältemittel von hoher Temperatur und hohem Druck (a): 15 kg/cm², 80°C, flüssiges Kältemittel von niedriger Temperatur und niedrigem Druck (b): -250 mm (Quecksilbersäule), -20°C, flüssiges Kältemittel von hohem Druck (c): 15 kg/cm², 60°C, gasförmiges Kältemittel von niedrigem Druck (d): -250 mm (Quecksilbersäule), 2°C, flüssiges Kältemittel von mittlerem Druck (e): 2 kg/cm², -5°C, flüssiges Kältemittel von niedrigem Druck und niedriger Temperatur (f): -250 mm (Quecksilbersäule), -20°C, gasförmiges Kältemittel von niedrigem Druck (g): -250 mm (Quecksilbersäule), 2°C.

Claims

1. Gefrierverfahren, wobei ein Gefrierzyklus derart gebildet wird, daß
kondensierendes gasförmiges Kältemittel von hoher Temperatur und hohem Druck, welches aus einem Kom pressor (1) ausgelassen wird, in eine Menge von mehr als der Hälfte und eine Restmenge aufgeteilt wird, wobei die Menge von mehr als der Hälfte des konden sierenden gasförmigen Kältemittels in ein Innen gehäuse (6) eines Kondensators (5) geleitet wird, der aus einem Doppelgehäuse-Wärmetauscher mit dem Innengehäuse (6) und einem das Innengehäuse (6) umschließenden Außengehäuse (7) besteht,
wobei eine Restmenge des kondensierenden gasförmigen Kältemittels zu einer Kapillarspule (8) geleitet wird, die dahingehend wirkt, daß sie die Geschwin digkeit des darin fließenden Kältemittels steigert und den Druck desselben senkt,
wobei flüssiges Kältemittel von niedriger Temperatur und niedrigem Druck, das durch Kondensation, Druck verminderung, und Expansion an der Kapillarspule (8) erreicht wird, an das Außengehäuse (7) des Konden sators (5) gesandt wird, um einen Wärmeaustausch vorgang zwischen ihm und dem kondensierenden gas förmigen Kältemittel im Innengehäuse (6) auszuführen,
wodurch das kondensierende gasförmige Kältemittel im Innengehäuse (6) kondensiert und verflüssigt wird, und das flüssige Kältemittel seinerseits im Außen gehäuse (7) verdampft und vergast wird,
wobei dann das flüssige Kältemittel von hohem Druck in dem Innengehäuse (6) zu einem Expansionsventil (3) geleitet wird, und zwar durch ein Flüssigkeits rohr (9), welches mit einem schraubenförmigen Wärme übertragungsrohr (9A) versehen ist zur Erzeugung einer Verwirbelung des flüssigen Kältemittels, um den Druck des Kältemittels zu verringern und das Kältemittel zu expandieren,
wobei danach das Kältemittel zu einem Kühler (4) geleitet wird, um einen Wärmeaustauschvorgang auf grund latenter Wärme zwischen dem Kältemittel und entweder der Luft oder einem Kühlwasser auszuführen, wodurch das Kältemittel verdampft und vergast wird, wobei das kondensierende gasförmige Kältemittel von niedrigem Druck, das am Kühler (4) verdampft und vergast wurde, mit kondensierendem gasförmigem Kältemittel von niedrigem Druck, das am Außengehäuse (7) verdampft und vergast wurde, vermischt wird,
wobei dann das Kältemittel zurück zum Kompressor (1) geleitet wird, wodurch Kühlung zur Anwendung beim Gefriervorgang am Kühler (4) erhalten wird.

2. Wärmetauscher für einen Kondensationsbetrieb, mit einem Kondensator (5), der einen Doppelgehäusewärme tauscher aufweist, und zwar mit einem Innengehäuse (6) und einem Außengehäuse (7), welches das Innen gehäuse (6) umschließt;
einer Kapillarspule (8), die ein schraubenförmiges feines Wärmeübertragungsrohr aufweist, welches die Geschwindigkeit des im Kondensator fließenden Kälte mittels steigert und den Druck desselben reduziert, und ferner mit einem Rohrauslaß, der mit einem Kältemitteleinlaß des Außengehäuses (7) verbunden ist; und
einem Flüssigkeitsrohr (9), welches mit einem schraubenförmigen Wärmeübertragungsrohr (9A) ver sehen ist, um eine Verwirbelung des darin fließenden Kältemittels zu erzeugen, wobei der Rohreinlaß mit dem Kältemittelauslaß des Innengehäuses (6) verbunden ist,
wobei eine Menge von mehr als der Hälfte des kon densierenden gasförmigen Kältemittels von hoher Temperatur und hohem Druck aus einem Kompressor (1) ausgelassen und in das Innengehäuse (6) gespeist wird,
wobei eine Restmenge des kondensierenden gasförmigen Kältemittels von hoher Temperatur und hohem Druck, die aus dem Kompressor (1) ausgelassen und von der Menge von mehr als der Hälfte abgezweigt wird, in die Kapillarspule (8) gespeist wird,
wobei das gasförmige Kältemittel im Außengehäuse (7), welches durch einen Wärmetauschvorgang ver dampft wurde, zurück zur Ansaugseite des Kompressors (1) geleitet wird,
wobei das flüssige Kältemittel im Innengehäuse (6), das durch einen Wärmetauschvorgang verdampft wurde, durch das Flüssigkeitsrohr (9) zu einem Expansions ventil (3) geleitet wird, wodurch eine Kondensa tionsstufe im Gefrierzyklus von dieser Vorrichtung ausgeführt wird.