DE60031565T2

DE60031565T2 - Dampfkompressionssystem und verfahren zur steuerung der umgebungsverhältnisse

Info

Publication number: DE60031565T2
Application number: DE60031565T
Authority: DE
Inventors: A. David Prospect Heights WIGHTMAN
Original assignee: XDX Technology Arlington Heights LLC; XDX Tech LLC
Current assignee: XDX Technology Arlington Heights LLC; XDX Tech LLC
Priority date: 1999-11-02
Filing date: 2000-05-26
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2020-05-27
Also published as: JP2004500533A; EP1226393A1; NZ516784A; CA2389695C; DE60031565D1; US7225627B2; WO2001033147A1; CA2389695A1; HK1048658A1; AU777895B2; ATE343770T1; HK1048658B; HN2001000288A; US20050257564A1; MXPA02004397A; AU5168500A; EP1226393B1; US20070220911A1

Description

HINTERGRUND
In einem Dampf-Kompressions-Zyklus mit geschlossener Schleife ändert ein Wärmeübertragungsfluid seinen Zustand von Dampf zu Flüssigkeit in einem Kondensator, unter Abgabe von Wärme, und ändert seinen Zustand von einer Flüssigkeit zu Dampf in einem Verdampfer, unter Absorbieren von Wärme während der Verdampfung. Ein typisches Dampf-Kompressions-System umfasst einen Kompressor, um ein Wärmeübertragungsfluid, wie beispielsweise Freon, zu einem Kondensator zu pumpen, wo Wärme abgegeben wird, wenn Dampf zu einer Flüssigkeit kondensiert. Die Flüssigkeit fließt durch eine Flüssigkeitsleitung zu einem thermostatischen Expansionsventil, wo das Wärmeübertragungsfluid einer volumetrischen Expansion unterliegt. Das Wärmeübertragungsfluid, das das thermostatische Expansionsventil verlässt, ist eine Flüssigkeits-Dampf-Mischung mit niedriger Qualität. So, wie er hier verwendet wird, bezieht sich der Ausdruck "Flüssigkeits-Dampf-Mischung" mit niedriger Qualität auf ein Niederdruck-Wärmeübertragungsfluid in einem flüssigen Zustand mit einem kleinen Anteil an Flash-Gas (Entspannungsgas), das das verbleibende Wärmeübertragungsfluid abkühlt, wenn das Wärmeübertragungsfluid in einem unterkühlten Zustand fortfährt. Das expandierte Wärmeübertragungsfluid fließt dann in einen Verdampfer, wo das flüssige Kältemittel bei einem niedrigen Druck, unter Absorbieren von Wärme, verdampft wird, während es einer Änderung im Zustand von einer Flüssigkeit zu einem Dampf unterliegt. Das Wärmeübertragungsfluid, nun in dem Dampf-Zustand, fließt durch eine Saugleitung zurück zu dem Kompressor. Manchmal verlässt das Wärmeübertragungsfluid den Verdampfer nicht in einem Dampf-Zustand, sondern in einem überhitzten Dampf-Zustand.
Unter einem Aspekt hängt die Effektivität des Dampf-Kompressions-Zyklus von der Fähigkeit des Dampf-Kompressions-Systems ab, das Wärmeübertragungsfluid als eine Hochdruck-Flüssigkeit unter Verlassen des Kondensators beizubehalten. Die gekühlte Hochdruck-Flüssigkeit muss in dem flüssigen Zustand über die langen Kältemittelleitungen, die sich zwischen dem Kondensator und dem thermostatischen Expansionsventil erstrecken, verbleiben. Die geeignete Betriebsweise des thermostatischen Expansionsventils hängt von einem bestimmten Volumen des flüssigen Wärmeübertragungsfluids, das durch das Ventil hindurchführt, ab. Wenn die Hochdruck-Flüssigkeit durch eine Öffnung in dem thermostatischen Expansionsventil hindurchführt, unterliegt das Fluid einem Druckabfall, wenn das Fluid durch das Ventil expandiert. Unter dem niedrigeren Druck kühlt das Fluid einen zusätzlichen Betrag ab, wenn sich eine kleine Menge des Flash-Gases bildet, und kühlt den Großteil des Wärmeübertragungsfluids, das in flüssiger Form vorliegt, ab. So, wie er hier verwendet wird, wird der Ausdruck "Flash-Gas" dazu verwendet, den Druckabfall in einer Expansionsvorrichtung, wie beispielsweise einem thermostatischen Expansionsventil, zu beschreiben, wenn einiges der Flüssigkeit, die durch das Ventil hindurchführt, schnell zu Gas hin geändert wird, und das verbleibende Wärmeübertragungsfluid, das in einer flüssigen Form vorliegt, auf die entsprechende Temperatur kühlt.
Diese Flüssigkeits-Dampf-Mischung mit niedriger Qualität führt in den Anfangsbereich von Kühlwendeln innerhalb des Verdampfers. Wenn das Fluid durch die Wendeln fortschreitet, absorbiert es zu Anfang eine kleine Menge an Wärme, während es sich erwärmt und dem Punkt annähert, wo es eine Flüssigkeits-Dampf-Mischung mit hoher Qualität wird. So, wie er hier verwendet wird, bezieht sich der Ausdruck "Flüssigkeits-Dampf-Mischung mit hoher Qualität" auf ein Wärmeübertragungsfluid, das in sowohl einem flüssigen Zustand als auch in einem Dampf-Zustand mit einer angepassten Enthalpie vorliegt, was anzeigt, dass Druck und Temperatur des Wärmeübertragungsfluids in Korrelation zueinander stehen. Eine Flüssigkeits-Dampf-Mischung mit hoher Qualität ist in der Lage, Wärme sehr effizient zu absorbieren, da es in einer Änderung eines Zustands vorliegt. Das Wärmeübertragungsfluid absorbiert dann Wärme von den umgebenden Umgebungen und beginnt zu sieden. Der Siede-Vorgang innerhalb der Verdampfer-Wendeln erzeugt einen gesättigten Dampf innerhalb der Wendeln, der fortfährt, Wärme von den umgebenden Umgebungen zu absorbieren. Das Fluid tritt, wenn es einmal vollständig zum Sieden ge bracht ist, durch die Endstufen der Kühlwendel als kalter Dampf aus. Das Fluid absorbiert, wenn es einmal vollständig zu einem kalten Dampf umgewandelt wird, sehr wenig Wärme. Während der Endstufen der Kühlwendel tritt das Wärmeübertragungsfluid in einen überhitzten Dampf-Zustand ein und wird ein überhitzter Heißdampf. So, wie es hier definiert ist, wird das Wärmeübertragungsfluid ein "überhitzter Heißdampf", wenn minimale Wärme zu dem Wärmeübertragungsfluid, während es sich in dem Dampf-Zustand befindet, hinzugefügt wird, was demzufolge die Temperatur des Wärmeübertragungsfluids oberhalb des Punkts anhebt, an dem es in den Dampf-Zustand eintritt, während noch ein ähnlicher Druck beibehalten wird. Der überhitzte Heißdampf wird dann durch eine Saugleitung zu dem Kompressor zurückgeführt, wo der Dampf-Kompressions-Zyklus fortfährt.
Für einen hoch effizienten Betrieb sollte das Wärmeübertragungsfluid seinen Zustand von einer Flüssigkeit zu einem Dampf in einem großen Bereich der Kühlwendeln innerhalb des Verdampfers ändern. Wenn das Wärmeübertragungsfluid seinen Zustand von einer Flüssigkeit zu einem Dampf ändert, absorbiert es einen großen Anteil an Energie, da sich die Moleküle von einer Flüssigkeit zu einem Gas, eine latente Wärme der Verdampfung absorbierend, ändern. Im Gegensatz dazu wird relativ wenig Wärme absorbiert, während sich das Fluid in dem flüssigen Zustand befindet, oder während sich das Fluid in dem Dampf-Zustand befindet. Demzufolge hängt eine optimale Kühl-Effektivität von der präzisen Kontrolle des Wärmeübertragungsfluids durch das thermostatische Expansionsventil ab, um sicherzustellen, dass das Fluid einer Änderung im Zustand in einer Länge der Kühlwendel solange wie möglich unterliegt. Wenn das Wärmeübertragungsfluid in den Verdampfer in einem gekühlten, flüssigen Zustand eintritt und den Verdampfer in einem Dampf-Zustand oder einem überhitzten Heißdampf-Zustand verlässt, wird die Kühl-Effektivität des Verdampfers herabgesetzt, da ein wesentlicher Anteil des Verdampfers Fluid enthält, das in einem Zustand vorliegt, der nur sehr wenig Wärme absorbiert. Für eine optimale Kühl-Effektivität sollte ein wesentlicher Bereich, oder ein gesamter Bereich, des Verdampfers Fluid enthalten, das in sowohl einem flüssigen Zustand als auch in einem Dampf-Zustand vorliegt. Um eine optimale Kühl-Effektivität sicherzustellen, sollte das Wärmeübertragungsfluid, das in den Verdampfer eintritt und diesen verlässt, eine Flüssigkeits-Dampf-Mischung mit hoher Qualität sein.
Das thermostatische Expansionsventil spielt eine wichtige Rolle beim Regulieren der Strömung eines Wärmeübertragungsfluids durch das System mit geschlossener Schleife. Bevor irgendein Kühl-Effekt in dem Verdampfer erzeugt werden kann, muss das Wärmeübertragungsfluid von der Flüssigkeit unter hoher Temperatur, die den Kondensator verlässt, auf einen Bereich, der für eine Verdampfungstemperatur geeignet ist, durch einen Abfall im Druck gekühlt werden. Die Strömung der Flüssigkeit unter niedrigem Druck zu dem Verdampfer wird durch das thermostatische Expansionsventil bei einem Versuch dosiert, die maximale Kühl-Effektivität in dem Verdampfer beizubehalten. Typischerweise reguliert, wenn sich einmal der Betrieb stabilisiert hat, ein mechanisches, thermostatisches Expansionsventil die Strömung des Wärmeübertragungsfluids durch Überwachen der Temperatur des Wärmeübertragungsfluids in der Saugleitung nahe dem Auslass des Verdampfers. Das Wärmeübertragungsfluid liegt, unter Verlassen des thermostatischen Expansionsventils, in der Form einer Flüssigkeit unter niedrigem Druck vor, die eine kleine Menge an Flash-Gas besitzt. Das Vorhandensein von Flash-Gas liefert einen Kühl-Effekt unter der Balance des Wärmeübertragungsfluids in seinem flüssigen Zustand, was demzufolge eine Flüssigkeits-Dampf-Mischung mit niedriger Qualität erzeugt. Ein Temperatursensor ist an der Saugleitung befestigt, um den Umfang einer Überhitzung, der durch das Wärmeübertragungsfluid erfahren wird, wenn es von dem Verdampfer austritt, zu messen. Eine Überhitzung ist die Menge an Wärme, die zu dem Dampf hinzugefügt wird, nachdem das Wärmeübertragungsfluid vollständig zum Sieden gebracht ist und Flüssigkeit nicht länger in der Saugleitung verbleibt. Da nur sehr wenig Wärme durch den überhitzten Dampf absorbiert wird, dosiert das thermostatische Expansionsventil den Fluss des Wärmeübertragungsfluids, um die Menge an überhitztem Heißdampf, gebildet in dem Verdampfer, zu minimieren. Dementsprechend bestimmt das thermostatische Expansionsventil die Menge an Flüssigkeit unter niedrigem Druck, die in den Verdampfer fließt, indem der Grad einer Überhitzung des Dampfs, der den Verdampfer verlässt, überwacht wird.
Zusätzlich zu dem Erfordernis, die Strömung des Wärmeübertragungsfluids durch das System mit geschlossener Schleife zu regulieren, hängt die optimale Betriebseffektivität des Dampf-Kompressions-Systems von dem periodischen Enteisen des Verdampfers ab. Ein periodisches Enteisen des Verdampfers wird benötigt, um eine Vereisung zu entfernen, die an den Verdampfer-Wendeln während des Betriebs entsteht. Wenn Eis oder Reif auf dem Verdampfer entsteht, beeinträchtigt dies den Durchgang von Luft über die Verdampfer-Wendeln, was die Wärmeübertragungs-Effektivität verringert. In einem kommerziellen System, wie beispielsweise einem gekühlten Verkaufsschrank, kann der Aufbau von Reif die Rate einer Luftströmung in einem solchen Umfang verringern, dass sich kein Luftvorhang in dem Verkaufsschrank bilden kann. In kommerziellen Systemen, wie beispielsweise Anlagen für Nahrungsmittel, und dergleichen, ist es oftmals notwendig, den Verdampfer alle paar Stunden zu enteisen. Verschiedene Enteisungsverfahren sind vorhanden, wie beispielsweise Off-Zyklus-Verfahren, wo der Kältezyklus unterbrochen wird und der Verdampfer durch Luft unter Umgebungs-Temperaturen enteist wird. Zusätzlich werden elektrische Enteisungs-Off-Zyklus-Verfahren verwendet, wo elektrische Heizelemente um den Verdampfer herum vorgesehen sind und elektrischer Strom durch die Heizwendel hindurchgeführt wird, um den Reif zu schmelzen.
Zusätzlich zu Off-Zyklus-Enteisungssystemen sind Dampf-Kompressions-Systeme entwikkelt worden, die auf einer relativ hohen Temperatur des Wärmeübertragungsfluids, das den Kompressor verlässt, um den Verdampfer zu enteisen, beruhen. Bei diesen Techniken wird der Dampf unter hoher Temperatur direkt von dem Kompressor zu dem Verdampfer geleitet. In einer Technik wird die Strömung des Dampfs unter hoher Temperatur in die Saugleitung geleitet und das Dampf-Kompressions-System ist im Wesentlichen umgekehrt. In anderen Techniken wird der Dampf unter hoher Temperatur in eine zugeordnete Leitung gepumpt, die direkt von dem Kompressor zu dem Verdampfer für den alleinigen Zweck gepumpt wird, den Dampf unter hoher Temperatur zu befördern, um periodisch den Verdampfer zu enteisen. Zusätzlich sind andere komplexe Verfahren entwikkelt worden, die auf zahlreichen Vorrichtungen innerhalb des Dampf-Kompressions-Systems, wie beispielsweise Bypass-Ventile, Bypass-Leitungen, Wärmetauscher, und dergleichen, beruhen.
Es ist aus der US 2,112,039 bekannt, ein System zum Kühlen und Entfeuchten der Luft innerhalb einer Umhüllung zu schaffen. Das System umfasst eine Kühlwendel und eine Vielzahl von Ventilen zum Kontrollieren der Abgabe des Kühl-Mediums an die Wendel, und besitzt eine Anordnung, um irgendeines der Ventile in Abhängigkeit von der gewünschten, effektiven Oberfläche der Wendel, wie sie durch die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit der Luft in der Umhüllung bestimmt ist, auszuwählen.
Es ist weiterhin aus der US 4,742,694 bekannt, eine Kühlvorrichtung zu schaffen, die einen Kompressor, einen Kondensator, eine erste Expansionsventileinrichtung, einen Gas-Flüssigkeits-Separator, ein zweites Expansionsventil und einen Verdampfer besitzt. Der Kompressor besitzt eine Mehrzahl von Kammern, wobei ein Teil davon mit dem Bereich des Gas-Flüssigkeits-Separators verbunden ist, wobei der andere Bereich davon mit dem Verdampfer so verbunden ist, dass die Kühl-Kapazität des flüssigen Kühlmittels innerhalb des Gas-Flüssigkeits-Separators erhöht wird.
Eine Vorrichtung zum Erhöhen der Wärmeübertragung und zum Verringern mitgeführten Dampfs innerhalb eines Fluids ist aus der Internationalen Veröffentlichung No. WO-A-98/03827 bekannt. Die Vorrichtung umfasst ein Hauptgehäuse, das mindestens ein Paar Kanäle besitzt, die in eine Verbindung mit einer Fluid- oder Kältemittelleitung positionierbar sind. Ein sich drehendes Turbulenz-Vorlaufrad (Inducer) bewegt das Fluid, wenn es das Hauptgehäuse verlässt, um eine Wärmeübertragung zwischen dem Fluid und dem Kanal zu erhöhen.
Die US 2,944,411 bezieht sich auf eine Steuerung eines Kältesystems, wobei der Betrieb des Systems zwischen vorgegebenen Grenzen einer Verdampfer-Temperatur gesteuert wird.
Es ist weiterhin aus der US 4,543,802 bekannt, eine Verdampfer-Vorrichtung zu schaffen, die eine Verdampfer-Anordnung vorsieht, bei der ein Kühlmittel durch ein Expansionsventil und eine Strömungs-Erzeugungsvorrichtung zugeführt wird. Die Verbindungseinrichtung zwischen dem Expansionsventil und dem Strömungsteiler ist mit mindestens einer Biegung versehen, die einen nicht-homogenen Kühlmittel-Strömungsteiler bildet, was zu einer ungleichmäßigen Verteilung von gasförmigem und flüssigem Kühlmittel durch die einzelnen Verdampfer-Rohrteile führt.
Es ist darüber hinaus aus der US 5,839,505 bekannt, ein S-förmiges Wärme-Austauschrohr mit einem Quartett aus Eintrittsvertiefungen in einem ersten Segment des Rohrs benachbart einem Einlass des Rohrs, eine erste Reihe von Vertiefungs-Paaren in einem zweiten Segment des Rohrs und eine zweite Reihe von Vertiefungs-Paaren in einem dritten Segment des Rohrs vorzusehen.
Bei einem Versuch, eine bessere Betriebseffektivität gegenüber herkömmlichen Dampf-Kompressions-Systemen zu erhalten, entwickelt die Kälte-Industrie Systeme mit zunehmender Komplexität. Anspruchsvolle, mittels Computer gesteuerte, thermostatische Expansionsventile sind bei einem Versuch entwickelt worden, eine bessere Kontrolle des Wärmeübertragungsfluids durch den Verdampfer zu erreichen. Zusätzlich sind komplexe Ventile und Rohrleitungssysteme entwickelt worden, um leichter den Verdampfer zu enteisen, um hohe Wärmeübertragungsraten beizubehalten. Während diese Systeme sich variierende Niveaus eines Erfolgs erreicht haben, steigen die Kosten des Dampf-Kompressions-Systems sehr stark an, wenn die Komplexität des Dampf-Kompressions-Systems zunimmt. Dementsprechend besteht ein Bedarf nach einem effektiven Dampf-Kompressions-System, das unter niedrigen Kosten installiert und mit einer hohen Effektivität betrieben werden kann.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Koaleszieren der Flüssigkeit, die in einer Flüssigkeits-Dampf-Mischung vorhanden ist, wie sie in Anspruch 1 angegeben ist. Die Erfindung schafft auch eine Strömungs-Dosiervorrichtung, wie sie in Anspruch 12 angegeben ist. Die Erfindung schafft weiterhin ein Dampf-Kompressions-System und ein Verfahren, um dieses zu betreiben, wie es in Anspruch 13 und Anspruch 28 angegeben ist. Wie nachfolgend beschrieben ist, wird ein Dampf-Kompressions-System geschaffen, das eine hohe Betriebseffektivität beibehält, indem ein gesättigter Dampf in den Einlass eines Verdampfers zugeführt wird. So, wie er hier verwendet wird, bezieht sich der Ausdruck "gesättigter Dampf" auf ein Wärmeübertragungsfluid, das in sowohl einem flüssigen Zustand als auch einem Dampf-Zustand mit einer angepassten Enthalpie vorliegt, die anzeigt, dass der Druck und die Temperatur des Wärmeübertragungsfluids in Korrelation zueinander stehen. Gesättigter Dampf ist eine Flüssigkeits-Dampf-Mischung mit hoher Qualität. Durch Zuführen von gesättigtem Dampf zu dem Verdampfer tritt Wärmeübertragungsfluid in sowohl einem flüssigen als auch einem dampfförmigen Zustand in die Verdampfer-Wendel ein. Demzufolge wird das Wärmeübertragungsfluid zu dem Verdampfer in einem physikalischen Zustand zugeführt, in dem eine maximale Wärme durch das Fluid absorbiert werden kann. Zusätzlich zu einem Betrieb unter hoher Effektivität des Verdampfers schafft, in einer bevorzugten Anordnung, das Dampf-Kompressions-System ei ne einfache Einrichtung, um den Verdampfer zu enteisen. Ein multifunktionales Ventil wird eingesetzt, das getrennte Durchgangswege enthält, die in eine gemeinsame Kammer führen. Im Betrieb kann das multifunktionale Ventil entweder einen gesättigten Dampf, zum Kühlen, oder einen Dampf unter hoher Temperatur, zum Enteisen, zu dem Verdampfer übertragen.
In einer Form umfasst das Dampf-Kompressions-System einen Verdampfer, um ein Wärmeübertragungsfluid zu verdampfen, einen Kompressor, um das Wärmeübertragungsfluid auf eine relativ hohe Temperatur und einen hohen Druck zu komprimieren, und einen Kondensator, um das Wärmeübertragungsfluid zu kondensieren. Eine Leitung für gesättigten Dampf ist von einem Expansionsventil zu dem Verdampfer verbunden. In einer Anordnung sind der Durchmesser und die Länge der Leitung für den gesättigten Dampf ausreichend, um eine wesentliche Umwandlung des Wärmeübertragungsfluids in einen gesättigten Dampf sicherzustellen, bevor das Fluid zu dem Verdampfer zugeführt wird. In einer Anordnung wird eine Wärmequelle auf das Wärmeübertragungsfluid in der Leitung für den gesättigten Dampf angewandt, ausreichend, um einen Teil des Wärmeübertragungsfluids zu verdampfen, bevor das Wärmeübertragungsfluid in den Verdampfer eintritt. In einer Anordnung wird eine Wärmequelle auf das Wärmeübertragungsfluid angewandt, nachdem das Wärmeübertragungsfluid durch das Expansionsventil hindurchführt und bevor das Wärmeübertragungsfluid in den Verdampfer eintritt. Die Wärmequelle wandelt das Wärmeübertragungsfluid von einer Flüssigkeits-Dampf-Mischung mit niedriger Qualität in eine Flüssigkeits-Dampf-Mischung mit hoher Qualität, oder einen gesättigten Dampf, um. Typischerweise wird mindestens ungefähr 5% des Wärmeübertragungsfluids verdampft, bevor es in den Verdampfer eintritt.
In einer Anordnung ist das Expansionsventil innerhalb eines multifunktionalen Ventils vorhanden, das einen ersten Einlass zum Aufnehmen des Wärmeübertragungsfluids in dem flüssigen Zustand und einen zweiten Einlass zum Aufnehmen des Wärmeübertragungsfluids in dem dampfförmigen Zustand umfasst. Das multifunktionale Ventil umfasst weiterhin Durchgangswege, die den ersten und den zweiten Einlass mit einer gemeinsamen Kammer verbinden. Absperrventile, die innerhalb der Durchgangswege positioniert sind, ermöglichen, dass die Strömung des Wärmeübertragungsfluids unabhängig in jedem Durchgangsweg unterbrochen werden kann. Die Fähigkeit, unabhängig die Strömung des gesättigten Dampfs und des Dampfs unter hoher Temperatur durch das Dampf-Kompressions-System zu kontrollieren, ergibt eine hohe Betriebseffektivität durch sowohl erhöhte Wärmeübertragungsraten an dem Verdampfer als auch ein schnelles Enteisen des Verdampfers. Die erhöhte Betriebseffektivität ermöglicht, dass das Dampf-Kompressions-System mit relativ kleinen Mengen an Wärmeübertragungsfluid befüllt werden muss, das Dampf-Kompressions-System allerdings dennoch relativ große, thermische Belastungen handhaben kann.
In einer noch anderen Anordnung tritt das Wärmeübertragungsfluid in die gemeinsame Kammer des multifunktionalen Ventils als eine Flüssigkeits-Dampf-Mischung ein und folgt allgemein einer Strömungsrichtung. Durch Kontrollieren der Strömungsrate des Wärmeübertragungsfluids und der Form der gemeinsamen Kammer ist es möglich, eine wesentliche Menge der Flüssigkeits-Dampf-Mischung in Flüssigkeit und Dampf so zu separieren, dass das Wärmeübertragungsfluid die gemeinsame Kammer durch einen Auslass als Flüssigkeit und Dampf verlässt, wobei eine wesentliche Menge der Flüssigkeit von einer wesentlichen Menge des Dampfs getrennt und entfernt ist.
In einer bevorzugten Anordnung umfasst das Dampf-Kompressions-System einen Kompressor, einen Kondensator, einen Verdampfer, ein XDX-Ventil und ein Expansionsventil. Entsprechend dieser Anordnung kann die Strömung des Wärmeübertragungsfluids von dem Kondensator zu dem Verdampfer so umgeschaltet werden, um durch entweder das XDX-Ventil oder das Expansionsventil zu führen. Vorzugsweise umfasst das Dampf-Kompressions-System einen Sensor, der die Zustände der umgebenden Umgebungen misst, das bedeutet des Bereichs oder des Raums, in dem die Zustände, wie beispielsweise Temperatur und Luftfeuchtigkeit, durch das Dampf-Kompressions-System kontrolliert oder geändert werden. Unter Bestimmen der Bedingungen der Umgebungen der umgebenden System-Umgebungen entscheidet der Sensor dann, ob die Strömung des Wärmeübertragungsfluids zu entweder dem XDX-Ventil oder dem Expansionsventil zu richten ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird nun im Detail, anhand nur eines Beispiels, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, beschrieben. Es sollte angemerkt werden, dass die 1 bis 10 keine Ausführungsformen darstellen, die innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche fallen, sondern zur Vollständigkeit vorgesehen sind, und um die Erfindung in einen Zusammenhang zu setzen. Die 11 bis 22 stellen Ausführungsformen der Erfindung dar.
1 zeigt eine schematische Zeichnung eines Dampf-Kompressions-Systems, das entsprechend einer Anordnung aufgebaut ist;
2 zeigt eine Seitenansicht, in einem Teilquerschnitt, einer ersten Seite eines multifunktionalen Ventils gemäß einer Anordnung;
3 zeigt eine Seitenansicht, in einem Teilquerschnitt, einer zweiten Seite eines multifunktionalen Ventils, dargestellt in 2;
4 zeigt eine Explosionsansicht eines multifunktionalen Ventils gemäß einer Anordnung;
5 zeigt eine schematische Ansicht eines Dampf-Kompressions-Systems gemäß einer anderen Anordnung;
6 zeigt eine Explosionsansicht des multifunktionalen Ventils gemäß einer anderen Anordnung;
7 zeigt eine schematische Ansicht eines Dampf-Kompressions-Systems gemäß einer noch anderen Anordnung;
8 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Bereichs des Dampf-Kompressions-Systems, dargestellt in 7;
9 zeigt eine schematische Ansicht, teilweise im Querschnitt, eines Rückgewinnungsventils gemäß einer Anordnung;
10 zeigt eine schematische Ansicht, in einem Teilquerschnitt, eines Rückgewinnungsventils gemäß einer noch anderen Anordnung;
11 zeigt eine Draufsicht, teilweise im Schnitt, eines Ventilkörpers für ein multifunktionales Ventil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
12 zeigt eine Seitenaufrissansicht des Ventilkörpers für das multifunktionale Ventil, dargestellt in 11;
13 zeigt eine Explosionsansicht, teilweise im Schnitt, des multifunktionalen Ventils, dargestellt in den 11 und 12;
14 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs des multifunktionalen Ventils, dargestellt in 12;
15 zeigt eine Draufsicht, teilweise im Schnitt, eines Ventilkörpers für ein multifunktionales Ventil gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
16 zeigt eine schematische Zeichnung eines Dampf-Kompressions-Systems, angeordnet gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
17 zeigt eine Querschnittsansicht eines Ventilkörpers für ein multifunktionales Ventil gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
18 zeigt eine Querschnittsansicht eines Ventilkörpers für ein multifunktionales Ventil gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
19 zeigt eine Querschnittsansicht eines Ventilkörpers für ein multifunktionales Ventil gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
20 zeigt eine schematische Zeichnung eines Dampf-Kompressions-Systems, das gemäß einer anderen Anordnung der vorliegenden Erfindung angeordnet ist;
21 zeigt eine Seitenansicht eines schnell wirkenden Kapillarrohrs gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
22 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Bereichs der Dampf-Kompression gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Wie vorstehend erwähnt ist, zeigen die 1 bis 10 keine Ausführungsformen, die innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche fallen, sondern sind zur Vollständigkeit, und um die Erfindung in einen Zusammenhang zu setzen, angegeben. Die 11 bis 22 stellen Ausführungsformen der Erfindung dar.
Ein Dampf-Kompressions-System 10 ist in 1 dargestellt. Das Dampf-Kompressions-System 10 umfasst einen Kompressor 12, einen Kondensator 14, einen Verdampfer 16 und ein multifunktionales Ventil 18. Der Kompressor 12 ist mit dem Kondensator 14 über eine Auslassleitung 20 verbunden. Das multifunktionale Ventil 18 ist mit dem Kondensator 14 durch eine Flüssigkeitsleitung, die mit einem ersten Einlass 24 des multifunktionalen Ventils 18 verbunden ist, verbunden. Zusätzlich ist das multifunktionale Ventil 18 mit einer Auslassleitung 20 an einem zweiten Einlass 26 verbunden. Eine Leitung 28 für gesättigten Dampf verbindet das multifunktionale Ventil 18 mit dem Verdampfer 16 und eine Saugleitung 30 verbindet den Auslass des Verdampfers 16 mit dem Einlass des Kompressors 12. Ein Temperatur-Sensor 32 ist mit einer Saugleitung 30 befestigt und ist betriebsmäßig mit dem multifunktionalen Ventil 18 verbunden. Gemäß der Erfindung sind der Kompressor 12, der Kondensator 14, das multifunktionale Ventil 18 und der Temperatur-Sensor 32 innerhalb einer Steuereinheit 34 angeordnet.
Entsprechend ist der Verdampfer 16 innerhalb eines Kühlgehäuses 36 angeordnet. In einer bevorzugten Anordnung sind der Kompressor 12, der Kondensator 14, das multifunktionale Ventil 18, der Temperatur-Sensor 32 und der Verdampfer 16 innerhalb eines Kühlgehäuses 26 angeordnet. In einer anderen bevorzugten Anordnung weist das Dampf-Kompressions-System eine Steuereinheit 34 und ein Kühlgehäuse 36 auf, wobei der Kompressor 12 und der Kondensator 14 innerhalb der Steuereinheit 34 angeordnet sind und wobei der Verdampfer 16, das multifunktionale Ventil 18 und der Temperatur-Sensor 32 innerhalb des Kühlgehäuses 36 angeordnet sind.
Das Dampf-Kompressions-System kann im Wesentlichen irgendein kommerziell erhältliches Wärmeübertragungsfluid, das Kältemittel umfasst, wie, zum Beispiel, Chlorofluor-Kohlenstoffe, wie beispielsweise R-12, das ein Dichlordifluormethan ist, R-22, das ein Monochlorodifluoromethan ist, R-500, das ein azeotropisches Kältemittel ist, das aus R-12 und R-152a besteht, R-503, das ein azeotropisches Kältemittel ist, das aus R-23 und R-13 besteht, und R-502, das ein azeotropisches Kältemittel ist, das aus R-22 und R-115 besteht, umfassen. Das Dampf-Kompressions-System der vorliegenden Erfindung kann auch Kältemittel, wie zum Beispiel, allerdings nicht darauf beschränkt, Kältemittel R-13, R-113, 141b, 123a, 123, R-114 und R-11, verwenden. Zusätzlich kann das Dampf-Kompressions-System der vorliegenden Erfindung Kältemittel, wie, zum Beispiel, Hydrochlorofluoro-Kohlenstoffe, wie beispielsweise 141b, 123a, 123 und 124, Hydrofluoro-Kohlenstoffe, wie beispielsweise R-134a, 134, 152, 143a, 125, 32, 23, und azeotropische HFCs, wie beispielsweise AZ-20 und AZ-50 (das allgemein als R-507 bekannt ist), verwenden. Gemischte Kältemittel, wie beispielsweise MP-39, HP-80, FC-14, R-717 und HP-62 (allgemein bekannt als R-404a), können auch als Kältemittel in dem Dampf-Kompressions-System verwendet werden.
Dementsprechend sollte ersichtlich sein, dass das bestimmte Kältemittel oder eine Kombination der Kältemittel, verwendet in der vorliegenden Erfindung, nicht dahingehend angesehen werden, dass sie für die Betriebsweise der vorliegenden Erfindung kritisch sind, da von dieser Erfindung erwartet wird, dass sie mit einer größeren System-Effektivität mit praktisch allen Kältemitteln arbeitet, als dies durch irgendein zuvor bekanntes Dampf-Kompressions-System, das dasselbe Kältemittel verwendet, erreichbar ist.
Im Betrieb komprimiert der Kompressor 12 das Wärmeübertragungsfluid auf einen relativ hohen Druck und eine hohe Temperatur. Die Temperatur und der Druck, auf die das Wärmeübertragungsfluid durch den Kompressor 12 komprimiert wird, wird von der bestimmten Größe des Dampf-Kompressions-Systems 10 und den Kühllast-Erfordernissen des Dampf-Kompressions-Systems abhängen. Der Kompressor 12 pumpt das Wärmeübertragungsfluid in die Auslassleitung 20 und in den Kondensator 14 hinein. Wie in weiterem Detail nachfolgend beschrieben werden wird, ist, während der Kühlvorgänge, der zweite Einlass 26 geschlossen und der gesamte Auslass des Kompressors 12 wird durch den Kondensator 14 gepumpt.
In dem Kondensator 14 wird ein Medium, wie beispielsweise Luft, Wasser, oder ein sekundäres Kältemittel, hinter die Wendel innerhalb des Kondensators 14 geblasen, was bewirkt, dass sich das unter Druck stehende Wärmeübertragungsfluid zu dem flüssigen Zustand ändert. Die Temperatur des Wärmeübertragungsfluids fällt ungefähr 10 bis 40°F (5,6 bis 22,2°C), in Abhängigkeit von dem bestimmten Wärmeübertragungsfluid, oder Glykol, oder dergleichen, ab, wenn die latente Wärme innerhalb des Fluids, während des Kondensations-Prozesses, ausgestoßen wird. Der Kondensator 14 gibt das verflüssigte Wärmeübertragungsfluid zu der Flüssigkeitsleitung 22 ab. Wie in 1 dargestellt ist, gibt die Flüssigkeitsleitung 22 unmittelbar in das multifunktionale Ventil 18 ab. Da die Flüssigkeitsleitung 22 relativ kurz ist, erhöht sich das unter Druck stehende Fluid, das durch die Flüssigkeitsleitung 22 geführt wird, nicht wesentlich in der Temperatur, wenn es von dem Kondensator 14 zu dem multifunktionalen Ventil 18 führt. Durch Anordnen des Dampf-Kompressions-Systems 10 so, dass es eine kurze Flüssigkeitsleitung 22 besitzt, liefert das Dampf-Kompressions-System 10 in vorteilhafter Weise wesentliche Mengen des Wärmeübertragungsfluids zu dem multifunktionalen Ventil 18 unter einer niedrigen Temperatur und einem hohen Druck. Da das Wärmeübertragungsfluid nicht einen großen Weg läuft, wenn es einmal zu einer Flüssigkeit unter hohem Druck umgewandelt ist, geht nur eine geringe Wärme-Absorptions-Fähigkeit durch ein nachteiliges Erwärmen der Flüssigkeit, bevor sie in das multifunktionale Ventil 18 eintritt, oder durch einen Verlust in dem Flüssigkeitsdruck, verloren. Während in den vorstehenden Ausführungsformen der Erfindung das Dampf-Kompressions-System eine relativ kurze Flüssigkeitsleitung 22 verwendet, ist es möglich, die Vorteile der Erfindung in einem Dampf-Kompressions-System zu erreichen, das eine relativ lange Flüssigkeitsleitung 22 verwendet, wie dies nachfolgend beschrieben ist. Das Wärmeübertragungsfluid, abgegeben durch den Kondensator 14, tritt in das multifunktionale Ventil 18 an einem ersten Einlass 24 ein und unterliegt einer Volumen-Expansion unter einer Rate, die durch die Temperatur der Saugleitung 30 an dem Temperatur-Sensor 32 bestimmt ist.
Das multifunktionale Ventil 18 gibt das Wärmeübertragungsfluid als einen gesättigten Dampf in die Leitung 28 für gesättigten Dampf ab. Der Temperatur-Sensor 32 leitet Temperatur-Informationen über eine Steuerleitung 33 zu dem multifunktionalen Ventil 18 weiter. Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet werden erkennen, dass das Dampf-Kompressions-System 10 in einer breiten Vielfalt von Anwendungen zum Kontrollieren der Temperatur einer Umhüllung, wie beispielsweise einem Kühlgehäuse, in dem verderbliche Nahrungsmittel aufbewahrt werden, verwendet werden kann. Zum Beispiel gibt dort, wo das Dampf-Kompressions-System 10 eingesetzt wird, um die Temperatur eines Kühlgehäuses zu steuern, das eine Kühllast von ungefähr 12.000 Btu/hr (34 g cal/s) besitzt, der Kompressor 12 ungefähr 3 bis 5 lbs/min (1,36 bis 2,27 kg/min) an R12 bei einer Tempe ratur von ungefähr 110°F (43,3°C) bis ungefähr 120°F (48,9°C) und einem Druck von ungefähr 150 lbs/in2 (1,03 10⁵ N/m²) bis ungefähr 180 lbs/in.2 (1,25 10⁵ N/m²) ab.
Entsprechend einer bevorzugten Anordnung ist die Leitung 28 für gesättigten Dampf in einer solchen Art und Weise dimensioniert, dass sich das Fluid unter niedrigem Druck, abgegeben in die Leitung 28 für gesättigten Dampf, im Wesentlichen in einen gesättigten Dampf umwandelt, wenn es durch die Leitung 28 für gesättigten Dampf führt. In einer Anordnung ist die Leitung 28 für gesättigten Dampf so dimensioniert, um ungefähr 2550 ft/min (76 m/min) bis 3700 ft/min (1128 m/min) eines Wärmeübertragungsfluids, wie beispielsweise R 12, und dergleichen, zu behandeln und besitzt einen Durchmesser von ungefähr 0,5 bis 1,0 Inch (1,27 bis 2,54 cm) und eine Länge von ungefähr 90 bis 100 Feet (27 bis 30,5 m). Wie in weiterem Detail nachfolgend beschrieben ist, umfasst das multifunktionale Ventil 18 eine gemeinsame Kammer unmittelbar vor dem Auslass. Das Wärmeübertragungsfluid unterliegt einer zusätzlichen Volumen-Expansion, wenn es in die gemeinsame Kammer eintritt. Die zusätzliche Volumen-Expansion des Wärmeübertragungsfluids in der gemeinsamen Kammer des multifunktionalen Ventils 18 ist äquivalent zu einer effektiven Erhöhung in der Leitungsgröße der Leitung 28 für gesättigten Dampf um ungefähr 225%.
Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet werden erkennen, dass sich die Positionierung eines Ventils für eine Volumen-Expansion des Wärmeübertragungsfluids in enger Nähe zu dem Kondensator, und die relativ große Länge der Fluidleitung zwischen dem Punkt einer Volumen-Expansion und dem Verdampfer, wesentlich von Systemen des Stands der Technik unterscheiden. In einem typischen System nach dem Stand der Technik ist ein Expansionsventil unmittelbar benachbart zu dem Einlass des Verdampfers angeordnet, und wenn eine Temperatur-Erfassungsvorrichtung verwendet wird, wird die Vorrichtung in enger Nähe zu dem Auslass des Verdampfers befestigt. Wie zuvor beschrieben ist, kann das System unter einer schlechten Effektivität leiden, da wesentliche Teile des Verdampfers eine Flüssigkeit, im Gegensatz zu einem gesättigten Dampf, führen. Fluktuationen auf der Seite des hohen Drucks, der Flüssigkeits-Temperatur, der Wärmebelastung oder anderen Zuständen können nachteilig die Effektivität des Verdampfers beeinflussen.
Im Gegensatz zu dem Stand der Technik positioniert das erfindungsgemäße Dampf-Kompressions-System, das hier beschrieben ist, eine Leitung für gesättigten Dampf zwischen dem Punkt der Volumen-Expansion und dem Einlass des Verdampfers so, dass Teile des Wärmeübertragungsfluids in einen gesättigten Dampf umgewandelt werden, bevor das Wärmeübertragungsfluid in den Verdampfer eintritt. Durch Befüllen des Verdampfers 16 mit gesättigtem Dampf wird die Kühl-Effektivität stark erhöht. Durch Erhöhen der Kühl-Effektivität eines Verdampfers, wie beispielsweise des Verdampfers 16, werden zahlreiche Vorteile durch das Dampf-Kompressions-System realisiert. Zum Beispiel wird weniger Wärmeübertragungsfluid benötigt, um die Luft-Temperatur des Kühlgehäuses 36 auf einem erwünschten Niveau zu halten. Zusätzlich wird weniger Elektrizität benötigt, um den Kompressor 12 zu betreiben, was zu niedrigeren Betriebskosten führt. Weiterhin kann der Kompressor 12 als ein System nach dem Stand der Technik dimensioniert werden, das so arbeitet, um eine ähnliche Kühllast zu handhaben. Weiterhin vermeidet, in einer bevorzugten Anordnung, das Dampf-Kompressions-System das Anordnen zahlreicher Bauteile in der Nähe des Verdampfers. Durch Beschränken der Anordnung der Komponenten innerhalb des Kühlgehäuses 36 auf eine minimale Anzahl wird die thermische Belastung des Kühlgehäuses 36 minimiert.
Weil in den vorstehenden Anordnungen das multifunktionale Ventil 18 in enger Nähe zu dem Kondensator 14 angeordnet ist, was demzufolge eine relativ kurze Flüssigkeitsleitung 22 und eine relativ lange Leitung 28 für gesättigten Dampf ergibt, ist es möglich, die Vorteile, die beschrieben sind, gerade dann zu erreichen, wenn das multifunktionale Ventil 18 unmittelbar benachbart zu dem Einlass des Verdampfers 16 positioniert ist, was demzufolge eine relativ lange Flüssigkeitsleitung 22 und eine relativ kurze Leitung 28 für gesättigten Dampf ergibt. Zum Beispiel ist, in einer bevorzugten Anordnung, das multifunktionale Ventil 18 unmittelbar benachbart zu dem Einlass des Verdampfers 16 positioniert, was demzufolge eine relativ lange Flüssigkeitsleitung 22 und eine relativ kurze Leitung 28 für gesättigten Dampf ergibt, wie dies in 7 dargestellt ist. Um sicherzustellen, dass das Wärmeübertragungsfluid, das in den Verdampfer 16 eintritt, gesättigter Dampf ist, wird eine Wärmequelle 25 bei der Leitung 28 für den gesättigten Dampf angewandt, wie dies in den 7–8 dargestellt ist. Ein Temperatur-Sensor 32 ist an der Saugleitung 30 befestigt und betriebsmäßig mit dem multifunktionalen Ventil 18 verbunden, wobei die Wärmequelle 25 von einer ausreichenden Intensität ist, um einen Teil des Wärmeübertragungsfluids zu verdampfen, bevor das Wärmeübertragungsfluid in den Verdampfer 16 eintritt. Das Wärmeübertragungsfluid, das in den Verdampfer 16 eintritt, wird in einen gesättigten Dampf umgewandelt, wobei ein Teil des Wärmeübertragungsfluids in einem flüssigen Zustand 29 austritt und ein anderer Teil des Wärmeübertragungsfluids in einem Dampf-Zustand 31 austritt, wie dies in 8 dargestellt ist.
Bevorzugt weist die Wärmequelle 25, die dazu verwendet wird, einen Teil des Wärmeübertragungsfluids zu verdampfen, Wärme, übertragen auf die umgebenden Umgebungen von dem Kondensator 14, auf, allerdings kann die Wärmequelle 25 irgendeine externe oder interne Wärmequelle, die für einen Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet bekannt ist, aufweisen, wie, zum Beispiel, Wärme, die auf die umgebenden Umgebungen von der Auslassleitung 20 übertragen ist, Wärme, die auf die umgebenden Umgebungen von einem Kompressor übertragen ist, Wärme, die durch einen Kompressor erzeugt ist, Wärme, die von einer elektrischen Heizquelle erzeugt ist, Wärme, die unter Verwendung von verbrennbaren Materialien erzeugt ist, Wärme, die unter Verwendung von Solarenergie erzeugt ist, oder irgendeine andere Wärmequelle. Die Wärmequelle 25 kann auch eine aktive Wärmequelle aufweisen, das bedeutet irgendeine Wärmequelle, die absichtlich bei einem Teil des Dampf-Kompressions-Systems 10 angewandt wird, wie beispielsweise die Leitung 28 für gesättigten Dampf. Eine aktive Wärmequelle umfasst, ist allerdings nicht darauf beschränkt, eine Quelle für Wärme, wie beispielsweise Wärme, die von einer elektrischen Wärmequelle erzeugt ist, Wärme, die unter Verwendung von verbrennbaren Materialien erzeugt ist, Wärme, die unter Verwendung von Solarenergie erzeugt ist, oder irgendeine andere Quelle für Wärme, die absichtlich und aktiv auf irgendeinen Teil des Dampf-Kompressions-Systems 10 angewandt ist. Eine Wärmequelle, die Wärme aufweist, die unbeabsichtigt in einen anderen Teil des Dampf-Kompressions-Systems 10 leckagemäßig eintritt, oder Wärme, die unbeabsichtigt oder in Unkenntnis in irgendeinem Teil des Dampf-Kompressions-Systems 10 absorbiert wird, entweder aufgrund einer schlechten Isolation oder aus anderen Gründen, ist keine aktive Wärmequelle.
In einer bevorzugten Ausführungsform überwacht ein Temperatur-Sensor 32 das Wärmeübertragungsfluid, das den Verdampfer 16 verlässt, um sicherzustellen, dass ein Teil des Wärmeübertragungsfluids in einem flüssigen Zustand 29 unter Verlassen des Verdamp fers 16 vorliegt, wie dies in 8 dargestellt ist. In einer bevorzugten Anordnung wird mindestens ungefähr 5% des Wärmeübertragungsfluids verdampft, bevor das Wärmeübertragungsfluid in den Verdampfer eintritt, und mindestens ungefähr 1 % des Wärmeübertragungsfluids befindet sich in einem flüssigen Zustand unter Verlassen des Verdampfers. Indem sichergestellt wird, dass ein Teil des Wärmeübertragungsfluids in einem flüssigen Zustand 29 und in einem Dampf-Zustand 31 unter Eintreten und Verlassen des Verdampfers vorliegt, ermöglicht das Dampf-Kompressions-System, dass der Verdampfer 16 mit einer maximalen Effektivität arbeitet. In einer bevorzugten Anordnung befindet sich das Wärmeübertragungsfluid in zumindest ungefähr einem 1 % überhitzten Zustand unter Verlassen des Verdampfers 16. In einer bevorzugten Anordnung liegt das Wärmeübertragungsfluid zwischen ungefähr einem 1 % Flüssigkeits-Zustand und einem ungefähr 1 % überhitzten Dampf-Zustand unter Verlassen des Verdampfers 16 vor. Während die vorstehenden Anordnungen auf einer Wärmequelle 25 oder den Dimensionen und der Länge der Leitung 28 für gesättigten Dampf beruhen, um sicherzustellen, dass das Wärmeübertragungsfluid in den Verdampfer 16 als ein gesättigter Dampf eintritt, können irgendwelche Einrichtungen, die für einen Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet bekannt sind, die das Wärmeübertragungsfluid in einen gesättigten Dampf unter Eintreten in den Verdampfer 16 umwandeln können, verwendet werden. Zusätzlich kann, während die vorstehenden Anordnungen einen Temperatur-Sensor 32 verwenden, um den Zustand des Wärmeübertragungsfluids, das den Verdampfer verlässt, zu überwachen, irgendeine Dosiervorrichtung, die für einen Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet bekannt sind, die den Zustand des Wärmeübertragungsfluids unter Verlassen des Verdampfers bestimmen kann, verwendet werden, wird beispielsweise ein Drucksensor, oder ein Sensor, der die Dichte des Fluids misst. Zusätzlich kann, während in den vorstehenden Anordnungen die Dosiervorrichtung den Zustand des Wärmeübertragungsfluids, das den Verdampfer 16 verlässt, überwacht, die Dosiervorrichtung an irgendeinem Punkt in oder um den Verdampfer 16 herum angeordnet werden, um den Zustand des Wärmeübertragungsfluids an irgendeinem Punkt in dem Verdampfer 16 oder um ihn herum zu überwachen. In 2 ist eine Seitenansicht, in einem Teilquerschnitt, eines multifunktionalen Ventils 18 dargestellt. Wärmeübertragungsfluid tritt in einen ersten Einlass 24 ein und durchquert einen ersten Durchgangsweg 38 zu einer gemeinsamen Kammer 40 hin. Ein Expansionsventil 42 ist in dem ersten Durchgangsweg 38 nahe dem ersten Einlass 24 positioniert. Das Expansionsventil 42 dosiert die Strömung des Wärmeübertragungsfluids durch den ersten Durchgangsweg 38 mittels eines Diaphragmas (nicht dargestellt), das innerhalb eines oberen Ventil-Gehäuses 44 aufgenommen ist. Das Expansionsventil 42 kann irgendeine Dosiereinheit sein, die für einen Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet bekannt ist, die dazu verwendet werden kann, die Strömung des Wärmeübertragungsfluids zu dosieren, wie beispielsweise ein thermostatisches Expansionsventil, eine Kapillarröhre oder eine Drucksteuerung. In einer bevorzugten Anordnung ist das Expansionsventil 42 eine schnell wirkende Kapillarröhre 500, wie sie in 21 dargestellt ist. Die schnell wirkende Kapillarröhre 500 umfasst einen Einlass 505, einen Auslass 510, eine Expansionsleitung 515 und ein Absperrventil 520. Das Wärmeübertragungsfluid tritt in die schnell wirkende Kapillarröhre 500 an einem Einlass 505 ein und führt durch die Expansionsleitung 515. Die Expansionsleitung 515 ist mit einer Länge und einem Durchmesser so dimensioniert, dass dem Wärmeübertragungsfluid ermöglicht wird, innerhalb der Expansionsleitung 515 zu expandieren. In einer bevorzugten Anordnung tritt das Wärmeübertragungsfluid in die Expansionsleitung 515 als eine Flüssigkeit ein und die Expansionsleitung 515 ist so dimensioniert, dass das Wärmeübertragungsfluid von einer Flüssigkeit zu einer Flüssigkeits-Dampf-Mischung mit niedriger Qualität expandiert. Vorzugsweise expandiert das Wärmeübertragungsfluid von einer Flüssigkeit zu einer Flüssigkeits-Dampf-Mischung mit hoher Qualität innerhalb der Expansionsleitung 515. Unter Hindurchführen durch die Expansionsleitung 515 verlässt das Wärmeübertragungsfluid die schnell wirkende Kapillarröhre 500 an einem Auslass 510. Das Absperrventil 520 ist mit dem Auslass 510 verbunden und steuert bzw. regelt den Fluss des Wärmeübertragungsfluids durch die schnell wirkende Kapillarröhre 500.
Vorzugsweise ist das Absperrventil 520 ein Solenoid-Ventil, das dazu geeignet ist, die Strömung des Wärmeübertragungsfluids durch einen Durchgangsweg, wie beispielsweise eine Expansionsleitung 515, in Abhängigkeit eines elektrischen Signals zu beenden. Allerdings kann das Absperrventil 520 irgendein Ventil sein, das dazu geeignet ist, die Strömung des Wärmeübertragungsfluids durch einen Durchgangsweg zu unterbrechen, das für einen Fachmann bekannt ist, wie beispielsweise ein Ventil, das mechanisch betätigt wird. Wenn ein Dampf-Kompressions-System, wie beispielsweise das Dampf-Kompressions-System 10, in Betrieb ist, wird das Wärmeübertragungsfluid durch die schnell wirkende Kapillarröhre 500 von dem Einlass 505 zu dem Auslass 510 gepumpt, und das Absperrventil 520 wird geöffnet, um zu ermöglichen, dass das Wärmeübertragungsfluid aus der schnell wirkenden Kapillarröhre 500 austritt. Wenn ein Dampf-Kompressions-System seinen Betrieb beendet hat, oder zyklisch abgeschaltet hat, wird das Absperrventil 520 geschlossen, um zu ermöglichen, dass Wärmeübertragungsfluid die schnell wirkende Kapillarröhre 500 auffüllt. Indem ermöglicht wird, dass sich die schnell wirkende Kapillarröhre 500 mit Wärmeübertragungsfluid auffüllt, ist die schnell wirkende Kapillarröhre 500 in der Lage, unmittelbar eine Einheit, wie beispielsweise einen Verdampfer, mit einem Zugang des Wärmeübertragungsfluids in einem flüssigen Zustand, zu versorgen. Indem man in der Lage ist, eine Einheit, wie beispielsweise einen Verdampfer, mit einer großen Menge an Wärmeübertragungsfluid in einem flüssigen Zustand schnell zu befüllen, ermöglicht die schnell wirkende Kapillarröhre 500, dass sich das Dampf-Kompressions-System zyklisch einschaltet, oder schnell seinen Betrieb beginnt.
Die Steuerleitung 33 ist mit einem Eingang 62, angeordnet an dem oberen Ventil-Gehäuse 44, verbunden. Signale, die über die Steuerleitung 33 weitergeleitet werden, aktivieren das Diaphragma innerhalb des oberen Ventil-Gehäuses 44. Das Diaphragma betätigt eine Ventil-Anordnung 54 (in 4 dargestellt), um die Menge an Wärmeübertragungsfluid, die in einer Expansionskammer 52 (dargestellt in 4) von dem ersten Einlass 24 eintritt, zu kontrollieren. Ein Absperrventil 46 ist in einem ersten Durchgangsweg 38 nahe der gemeinsamen Kammer 40 positioniert. In einer bevorzugten Anordnung ist das Absperrventil 46 ein Solenoid-Ventil, das dazu geeignet ist, die Strömung des Wärmeübertragungsfluids durch den ersten Durchgangsweg 38 in Abhängigkeit eines elektrischen Signals zu beenden.
In 3 ist eine Seitenansicht, teilweise im Querschnitt, einer zweiten Seite des multifunktionalen Ventils 18 dargestellt. Ein zweiter Durchgangsweg 48 verbindet den zweiten Einlass 26 mit der gemeinsamen Kammer 40. Ein Absperrventil 50 ist in einem zweiten Durchgangsweg 48 nahe der gemeinsamen Kammer 40 positioniert. In einer bevorzugten Anordnung ist das Absperrventil 50 ein Solenoid-Ventil, das dazu geeignet ist, die Strömung des Wärmeübertragungsfluids durch den zweiten Durchgangsweg 48 unter Empfangen eines elektrischen Signals zu beenden. Die gemeinsame Kammer 40 gibt das Wärmeübertragungsfluid von dem multifunktionalen Ventil 18 über einen Auslass 41 ab.
Eine perspektivische Explosionsansicht des multifunktionalen Ventils 18 ist in 4 dargestellt. Das Expansionsventil 42 ist so gezeigt, dass es eine Expansionskammer 52 benachbart dem ersten Einlass 24, eine Ventil-Anordnung 54 und ein oberes Ventil-Gehäuse 44 umfasst. Die Ventil-Anordnung 54 wird durch ein Diaphragma (nicht dargestellt), enthalten innerhalb des oberen Ventil-Gehäuses 44, betätigt. Die erste und die zweite Röhre 56 und 58 sind zwischen einer Expansionskammer 52 und einem Ventil-Körper 60 angeordnet. Absperrventile 46 und 50 sind an dem Ventil-Körper bzw. Ventil-Gehäuse 60 befestigt. Entsprechend der Erfindung kann das Dampf-Kompressions-System 10 in einem Enteisungs-Modus durch Schließen des Absperrventils 46 und Öffnen des Absperrventils 50 betrieben werden. In dem Enteisungs-Modus tritt Wärmeübertragungsfluid unter hoher Temperatur in den zweiten Einlass 26 ein und durchquert den zweiten Durchgangsweg 48 und tritt in die gemeinsame Kammer 40 ein. Die Dämpfe unter hoher Temperatur werden über den Auslass 41 ausgegeben und durchqueren die Leitung 28 für gesättigten Dampf zu dem Verdampfer 16 hin. Der Dampf unter hoher Temperatur besitzt eine Temperatur, die ausreichend ist, um die Temperatur des Verdampfers 16 um ungefähr 50 bis 120°F (27,8° bis 66,7°C) anzuheben. Der Temperaturanstieg ist ausreichend, um Reif von dem Verdampfer 16 zu entfernen und die Wärmeübertragungsrate auf die gewünschten Betriebs-Niveaus zurückzusetzen.
Während die vorstehenden Anordnungen ein multifunktionales Ventil 18 zum Expandieren des Wärmeübertragungsfluids, bevor es in den Verdampfer 16 eintritt, verwenden, können irgendein thermostatisches Expansionsventil oder ein Drosselventil, wie beispielsweise ein Expansionsventil 42 oder sogar ein Rückgewinnungsventil 19, verwendet werden, um Wärmeübertragungsfluid vor Eintreten in den Verdampfer 16 zu expandieren.
In einer bevorzugten Anordnung wird eine Wärmequelle 25 auf das Wärmeübertragungsfluid angewandt, nachdem das Wärmeübertragungsfluid durch das Expansionsventil 42 hindurchführt und bevor das Wärmeübertragungsfluid in den Einlass des Verdampfers 16 eintritt, um das Wärmeübertragungsfluid von einer Flüssigkeits-Dampf-Mischung niedriger Qualität zu einer Flüssigkeits-Dampf-Mischung hoher Qualität, oder einem gesättigten Dampf, umzuwandeln. In einer bevorzugten Anordnung wird die Wärmequelle 25 auf ein multifunktionales Ventil 18 angewandt. In einer anderen, bevorzugten Anordnung wird die Wärmequelle 25 innerhalb des Rückgewinnungsventils 19 angewandt, wie es in 9 dargestellt ist. Das Rückgewinnungsventil 19 weist einen ersten Einlass 124, verwendet mit der Flüssigkeitsleitung 22, und einen ersten Auslass 159, verbunden mit der Leitung 28, für gesättigten Dampf, auf.
Das Wärmeübertragungsfluid tritt in den ersten Einlass 124 des Rückgewinnungsventils 19 zu der gemeinsamen Kammer 140 ein. Ein Expansionsventil 142 ist nahe dem ersten Einlass 124 positioniert, um das Wärmeübertragungsfluid, das in den ersten Einlass 124 eintritt, von einem flüssigen Zustand zu einer Flüssigkeits-Dampf-Mischung mit niedriger Qualität zu expandieren. Der zweite Einlass 127 ist mit der Auslassleitung 20 verbunden und nimmt Wärmeübertragungsfluid unter einer hohen Temperatur, das den Kompressor 12 verlässt, auf. Das Wärmeübertragungsfluid unter hoher Temperatur, das den Kompressor 12 verlässt, tritt in den zweiten Einlass 127 ein und durchquert den zweiten Durchgangsweg 123. Der zweite Durchgangsweg 123 ist mit dem zweiten Einlass 127 und dem zweiten Auslass 130 verbunden. Ein Teil des zweiten Durchgangswegs 123 ist angrenzend an die gemeinsame Kammer 140 angeordnet.
Wenn sich das Wärmeübertragungsfluid unter hoher Temperatur der gemeinsamen Kammer 140 nähert, wird Wärme von dem Wärmeübertragungsfluid unter hoher Temperatur von dem zweiten Durchgangsweg 123 zu der gemeinsamen Kammer 140 in der Form der Wärmequelle 125 übertragen.
Durch Aufbringen von Wärme von der Wärmequelle 125 auf das Wärmeübertragungsfluid in der gemeinsamen Kammer 140 wird das Wärmeübertragungsfluid in der gemeinsamen Kammer 140 von einer Flüssigkeits-Dampf-Mischung mit niedriger Qualität zu einer Flüssigkeits-Dampf-Mischung mit hoher Qualität, oder gesättigten Dampf, umgewandelt, wenn das Wärmeübertragungsfluid durch die gemeinsame Kammer 140 fließt. Zusätzlich wird das Wärmeübertragungsfluid unter hoher Temperatur in dem zweiten Durchgangsweg 123 gekühlt, wenn das Wärmeübertragungsfluid mit hoher Temperatur nahe der gemeinsamen Kammer 140 hindurchführt. Unter Durchqueren des zweiten Durchgangswegs 123 verlässt das gekühlte Hochtemperatur-Wärmeübertragungsfluid den zweiten Auslass 130 und tritt in den Kondensator 14 ein. Das Wärmeübertragungsfluid in der gemeinsamen Kammer 140 verlässt das Rückgewinnungsventil 19 an dem ersten Auslass 159 in die Leitung 28 für gesättigten Dampf als eine Flüssigkeits-Dampf-Mischung mit hoher Qualität, oder als gesättigter Dampf.
Während in der vorstehenden Anordnung die Wärmequelle 125 Wärme, übertragen auf die umgebenden Umgebungen von einem Kompressor, aufweist, kann die Wärmequelle 125 irgendeine externe oder interne Quelle für Wärme, die für einen Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet bekannt ist, wie, zum Beispiel, Wärme, die von einer elektrischen Wärmequelle erzeugt ist, Wärme, die unter Verwendung von verbrennbaren Materialien erzeugt ist, Wärme, die unter Verwendung von Solarenergie erzeugt ist, oder irgendeine andere Quelle für Wärme sein. Die Wärmequelle 125 kann auch irgendeine Wärmequelle 25 und irgendeine aktive Wärmequelle aufweisen, wie sie zuvor definiert ist.
In einer bevorzugten Anordnung weist das Rückgewinnungsventil 19 einen dritten Durchgangsweg 148 und einen dritten Einlass 126 auf. Der dritte Einlass 126 ist mit der Auslassleitung 20 verbunden und nimmt Hochtemperatur-Wärmeübertragungsfluid, das den Kompressor 12 verlässt, auf. Ein erstes Absperrventil (nicht dargestellt), das dazu geeignet ist, die Strömung des Wärmeübertragungsfluids durch die gemeinsame Kammer 140 zu beenden, ist nahe dem ersten Einlass 124 der gemeinsamen Kammer 140 positioniert. Der dritte Durchgangsweg 148 verbindet den dritten Einlass 126 mit der gemeinsamen Kammer 140. Ein zweites Absperrventil (nicht dargestellt) ist in dem dritten Durchgangsweg 148 nahe der gemeinsamen Kammer 140 positioniert. In einer bevorzugten Anordnung ist das zweite Absperrventil ein Solenoid-Ventil, das dazu geeignet ist, die Strömung des Wärmeübertragungsfluids durch den dritten Durchgangsweg 148 unter Empfangen eines elektrischen Signals zu beenden.
Das Dampf-Kompressions-System 10 kann in einem Enteisungs-Modus durch Schließen des ersten Absperrventils, angeordnet nahe dem ersten Einlass 124 der gemeinsamen Kammer 140, und Öffnen des zweiten Absperrventils, positioniert in dem dritten Durchgangsweg 148 nahe der gemeinsamen Kammer 140, betrieben werden. In dem Enteisungs-Modus tritt Wärmeübertragungsfluid unter hoher Temperatur von dem Kompressor 12 in den dritten Einlass 126 ein und durchquert den dritten Durchgangsweg 148 und tritt in die gemeinsame Kammer 140 ein. Das Wärmeübertragungsfluid unter hoher Temperatur wird über einen ersten Auslass 159 des Rückgewinnungsventils 19 abgegeben und durchquert die Leitung 28 für gesättigten Dampf zu dem Verdampfer 16. Das Wärmeübertragungsfluid unter hoher Temperatur besitzt eine Temperatur, die ausreichend ist, um die Temperatur des Verdampfers 16 um ungefähr 50 bis 120°F (27,8 bis 66,7°C) anzuheben. Der Temperaturanstieg ist ausreichend, um Reif von dem Verdampfer 16 zu entfernen und die Wärmeübertragungsrate auf die erwünschten Betriebs-Niveaus zurückzusetzen.
Während des Enteisungs-Zyklus werden irgendwelche Öltaschen, die in dem Dampf-Kompressions-System eingefangen sind, erwärmt werden und werden in derselben Strömungsrichtung wie das Wärmeübertragungsfluid mitgeführt werden. Durch Drücken von heißem Gas durch das Dampf-Kompressions-System in einer Vorwärts-Strömungsrichtung wird das eingefangene Öl zu dem Kompressor letztendlich zurückgeführt werden. Das heiße Gas wird durch das Dampf-Kompressions-System unter einer relativ hohen Geschwindigkeit laufen, was dem Gas weniger Zeit gibt, um sich abzukühlen, um dadurch die Enteisungs-Effektivität zu verbessern. Das Enteisungs-Verfahren mit Vorwärts-Strömung der Erfindung bietet zahlreiche Vorteile gegenüber einem Enteisungs-Verfahren mit Rückwärts-Strömung. Zum Beispiel setzen Enteisungs-Systeme mit Rückwärts-Strömung ein Absperrventil mit kleinem Durchmesser nahe dem Einlass des Verdampfers ein. Das Absperrventil begrenzt die Strömung des heißen Gases in der Rückwärts-Richtung, was seine Geschwindigkeit und demzufolge seine Enteisungs-Effektivität verringert. Weiterhin vermeidet das Enteisungs-Verfahren mit Vorwärts-Strömung der Erfindung einen Druckaufbau in dem Dampf-Kompressions-System während des Betriebs des Enteisungs-Systems. Zusätzlich tendieren Verfahren mit Rückwärts-Strömung dazu, Öl, das in dem Dampf-Kompressions-System eingefangen ist, zurück in das Expansionsventil zu drücken. Dies ist nicht erwünscht, da übermäßiges Öl in dem Expansionsventil eine Gummierung bzw. Verkokung verursachen kann, was den Betrieb des Expansionsventils einschränkt. Auch wird, mit der Vorwärts-Enteisung, der Druck der Flüssigkeitsleitung nicht in irgendwelchen zusätzlichen Kältekreisen, die zusätzlich zu dem Enteisungskreis betrieben werden, verringert.
Es wird für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet ersichtlich werden, dass ein Dampf-Kompressions-System, das so angeordnet ist, wie dies vorstehend beschrieben ist, mit weniger Wärmeübertragungsfluid als solche vergleichbar dimensionierten Systeme nach dem Stand der Technik betrieben werden kann. Durch Anordnen des multifunktionalen Ventils nahe dem Kondensator, im Gegensatz dazu, es nahe zu dem Verdampfer anzuordnen, wird die Leitung für gesättigten Dampf mit einem Dampf relativ niedriger Dichte, im Gegensatz zu einer Flüssigkeit mit relativ hoher Dichte, gefüllt. Alternativ wird durch Anwenden einer Wärmequelle bei der Leitung für gesättigten Dampf, die Leitung für gesättigten Dampf auch mit einem Dampf mit relativ niedriger Dichte, im Gegensatz zu einer Flüssigkeit mit relativ hoher Dichte, gefüllt.
Zusätzlich kompensieren Systeme nach dem Stand der Technik Betriebe unter niedriger Umgebungs-Temperatur (z.B. in der Winterzeit) durch Fluten des Verdampfers, um eine geeignete Druckhöhe an dem Expansionsventil zu verstärken. In einer bevorzugten Anordnung kann der Wärmedruck des Dampf-Kompressions-Systems einfacher bei kaltem Wetter beibehalten werden, da das multifunktionale Ventil in enger Nähe zu dem Kondensator positioniert ist.
Die Enteisungs-Fähigkeit mit Vorwärts-Strömung bietet auch zahlreiche Betriebsvorteile als eine Folge einer verbesserten Enteisungs-Effektivität. Zum Beispiel wird, durch Drücken von eingefangenem Öl zurück in den Kompressor, ein Flüssigkeits-Schlagen vermieden, was den Effekt hat, die nutzbare Lebensdauer des Geräts zu erhöhen. Weiterhin werden verringerte Betriebskosten realisiert, da weniger Zeit erforderlich ist, um das Dampf-Kompressions-System zu enteisen. Da die Strömung des heißen Gases schnell beendet werden kann, kann das Dampf-Kompressions-System schnell zu einem normalen Kühlbetrieb zurückgesetzt werden. Wenn Reif von dem Verdampfer 16 entfernt wird, erfasst der Temperatur-Sensor 32 eine Temperatur-Zunahme in dem Wärmeübertragungsfluid in der Saugleitung 30. Wenn die Temperatur auf einen gegebenen Sollpunkt ansteigt, werden das Absperrventil 50 und das multifunktionale Ventil 18 geschlossen. Wenn einmal die Strömung des Wärmeübertragungsfluids durch den ersten Durchgangsweg 38 wieder aufgenommen wird, führt kalter, gesättigter Dampf schnell zu dem Verdampfer 16 zurück, um den Kühlbetrieb wieder aufzunehmen.
Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet werden erkennen, dass zahlreiche Modifikationen vorgenommen werden können, um zu ermöglichen, dass das Dampf-Kompressions-System, das beschrieben ist, für eine Vielzahl von Anwendungen zugäng lich ist. Zum Beispiel umfassen, Dampf-Kompressions-Systeme, die in Einzelhandels-Nahrungsmittelläden arbeiten, typischerweise eine Anzahl von Kälteschränken bzw. -truhen, die durch ein gemeinsames Kompressorsystem versorgt werden können. Auch können in Anwendungen, die Kühl-Betriebsweisen mit hohen, thermischen Belastungen erfordern, mehrere Kompressoren verwendet werden, um die Kühl-Kapazität des Dampf-Kompressions-Systems zu erhöhen.
Ein Dampf-Kompressions-System 64 gemäß einer anderen Anordnung, das mehrere Verdampfer und mehrere Kompressoren umfasst, ist in 5 dargestellt. Um die Betriebseffektivität und die Vorteile niedriger Kosten der Erfindung beizubehalten, sind die mehreren Kompressoren, der Kondensator und die mehreren, multifunktionalen Ventile innerhalb einer Steuereinheit 66 enthalten. Leitungen 68 und 70 für gesättigten Dampf führen gesättigten Dampf von der Steuereinheit 66 zu Verdampfern 72 und 74, jeweils, zu. Der Verdampfer 72 ist in einem ersten Kühlgehäuse 76 angeordnet, und der Verdampfer 74 ist in einem zweiten Kühlgehäuse 78 angeordnet. Das erste und das zweite Kühlgehäuse 76 und 78 können benachbart zueinander angeordnet sein, oder können, alternativ, unter einem relativ großen Abstand zueinander angeordnet sein. Der exakte Ort wird von der bestimmten Anwendung abhängen. Zum Beispiel sind in einem Einzelhandels-Nahrungsmittelladen Kühltruhen bzw. -schränke typischerweise benachbart zu oder aneinander angrenzend entlang eines Durchgangswegs angeordnet. Es ist wichtig, dass das Dampf-Kompressions-System der Erfindung an eine breite Vielfalt von Betriebs-Umgebungen anpassbar ist. Dieser Vorteil wird teilweise dadurch erhalten, dass die Anzahl von Komponenten innerhalb des Kühlgehäuses minimal ist. In einer bevorzugten Anordnung kann, durch Vermeiden des Erfordernisses, zahlreiche System-Komponenten in der Nähe des Verdampfers anzuordnen, das Dampf-Kompressions-System verwendet werden, bei dem Raum minimal ist. Dies ist ein besonderer Vorteil bei Betrieben in einem Einzelhandelsladen, wo der flächenmäßige Raum oftmals begrenzt ist.
Im Betrieb führen die mehreren Kompressoren 80 Wärmeübertragungsfluid in einen Auslassverteiler 82 zu, der mit einer Auslassleitung 84 verbunden ist. Die Auslassleitung 84 versorgt einen Kondensator 86 und besitzt eine erste Verzweigungsleitung 88, die zu einem ersten multifunktionalen Ventil 90 führt, und eine zweite Verzweigungsleitung 92, die zu einem zweiten multifunktionalen Ventil 94 führt. Eine verzweigte Flüssigkeitsleitung 96 führt Wärmeübertragungsfluid von dem Kondensator 86 zu einem ersten und einem zweiten multifunktionalen Ventil 90 und 94 zu. Eine Leitung 68 für gesättigten Dampf verbindet das erste multifunktionale Ventil 90 mit dem Verdampfer 72 und eine Leitung 70 für gesättigten Dampf verbindet das zweite multifunktionale Ventil 94 mit dem Verdampfer 74. Eine verzweigte Saugleitung 98 verbindet die Verdampfer 72 und 74 mit einem Sammelverteiler 100, der mehrere Kompressoren 80 versorgt. Ein Temperatur-Sensor 102 ist an einem ersten Segment 104 der verzweigten Saugleitung 98 angeordnet und führt Signale zu dem ersten multifunktionalen Ventil 90 zu. Ein Temperatur-Sensor 106 ist an einem zweiten Segment 108 der gegabelten Saugleitung 98 angeordnet und führt Signale zu dem zweiten multifunktionalen Ventil 94 zu. In einer bevorzugten Anordnung kann eine Wärmequelle, wie beispielsweise eine Wärmequelle 25, bei den Leitungen 68 und 70 für gesättigten Dampf angewandt werden, um sicherzustellen, dass das Wärmeübertragungsfluid in den Verdampfer 72 und 74 als ein gesättigter Dampf eintritt.
Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet werden erkennen, dass zahlreiche Modifikationen und Variationen des Dampf-Kompressions-Systems 64 vorgenommen werden können, um sich unterschiedlichen Kühlanwendungen zuzuwenden. Zum Beispiel können mehr als zwei Verdampfer zu dem Dampf-Kompressions-System entsprechend dem allgemeinen Verfahren, das in 5 dargestellt ist, hinzugefügt werden. Zusätzlich können mehr Kondensatoren und mehr Kompressoren in das Dampf-Kompressions-System eingeschlossen werden, um weiterhin die Kühl-Fähigkeit zu erhöhen.
Ein multifunktionales Ventil 110, das gemäß einer anderen Anordnung angeordnet ist, ist in 6 dargestellt. Ähnlich zu der vorherigen Anordnung des multifunktionalen Ventils tritt das Wärmeübertragungsfluid, das den Kondensator in dem flüssigen Zustand verlässt, in einen ersten Einlass 122 ein und expandiert in der Expansionskammer 152. Die Strömung des Wärmeübertragungsfluids wird durch die Ventil-Anordnung 154 dosiert. In der vorliegenden Anordnung besitzt ein Solenoid-Ventil 112 einen Anker 114, der sich in einen gemeinsamen Sitzbereich 116 hinein erstreckt. In einem Kühl-Modus erstreckt sich der Anker 114 bis zu dem Boden eines gemeinsamen Sitzbereichs 116 und das kalte Kältemittel fließt durch einen Durchgangsweg 118 zu einer gemeinsamen Kammer 140, dann zu einem Auslass 120. In dem Enteisungs-Modus tritt heißer Dampf in den zweiten Einlass 126 ein und läuft durch den gemeinsamen Sitzbereich 116 zu der gemeinsamen Kammer 140, dann zu dem Auslass 120. Das multifunktionale Ventil 110 umfasst eine verringerte Anzahl von Bauteilen, da das Design so ist, um zu ermöglichen, dass ein einzelnes Absperrventil die Strömung des heißen Dampfes und des kalten Dampfes durch das multifunktionale Ventil 110 steuert.
In einer noch anderen Anordnung kann die Strömung des verflüssigten Wärmeübertragungsfluids von der Flüssigkeitsleitung durch das multifunktionale Ventil durch ein Absperrventil, das in dem ersten Durchgangsweg positioniert ist, kontrolliert werden, um die Strömung des verflüssigten Wärmeübertragungsfluids in die Leitung für gesättigten Dampf abzusperren. Die Strömung des Wärmeübertragungsfluids durch das Dampf-Kompressions-System wird durch ein Druckventil, angeordnet in der Saugleitung in der Nähe des Einlasses des Kompressors, kontrolliert. Dementsprechend können die verschiedenen Funktionen eines multifunktionalen Ventils, das beschrieben ist, durch getrennte Bauteile, die an unterschiedlichen Stellen innerhalb des Dampf-Kompressions-Systems angeordnet sind, durchgeführt werden. Alle solche Variationen und Modifikationen sind durch die vorliegende Erfindung vorgesehen.
Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet werden erkennen, dass das Dampf-Kompressions-System und das -Verfahren, die hier beschrieben sind, in einer Vielzahl von Anordnungen ausgeführt werden können. Zum Beispiel können der Kompressor, der Kondensator, das multifunktionale Ventil und der Verdampfer alle in einer einzelnen Einheit untergebracht werden und können in einem Gang in dem Kühler angeordnet werden. In dieser Anwendung steht der Kondensator durch die Wand des Gangs in dem Kühler vor und die Umgebungsluft außerhalb des Kühlers wird dazu verwendet, das Wärmeübertragungsfluid zu kondensieren.
In einer anderen Anwendung können das Dampf-Kompressions-System und das -Verfahren, die hier beschrieben sind, für eine Luft-Klimatisierung in einem Haus oder einem Büro bzw. Geschäft konfiguriert sein. In dieser Anordnung ist ein Enteisungs-Zyklus nicht notwendig, da eine Vereisung des Verdampfers gewöhnlich kein Problem ist.
In einer noch anderen Anwendung können das Dampf-Kompressions-System und das -Verfahren, die beschrieben sind, dazu verwendet werden, Wasser zu entspannen. In dieser Anwendung ist der Verdampfer in Wasser, um entspannt zu werden, eingetaucht. Alternativ kann Wasser durch Rohre gepumpt werden, die mit den Verdampfer-Wendeln vernetzt sind. In einer weiteren Anwendung können das Dampf-Kompressions-System und das -Verfahren, die beschrieben sind, zusammen mit einem anderen System, um extrem niedrige Kühl-Temperaturen zu erreichen, kaskadiert sein. Zum Beispiel können zwei Systeme, die unterschiedliche Wärmeübertragungsfluide verwenden, miteinander gekoppelt sein, so dass der Verdampfer eines ersten Systems eine Umgebung niedriger Temperatur erzielt. Ein Kondensator des zweiten Systems ist in der Umgebung mit niedriger Temperatur angeordnet und wird dazu verwendet, das Wärmeübertragungsfluid in dem zweiten System zu kondensieren.
Eine Ausführungsform eines multifunktionalen Ventils 225 ist in den 11–14 dargestellt und ist allgemein mit dem Bezugszeichen 225 bezeichnet. Diese Ausführungsform ist funktional ähnlich zu derjenigen, die in den 2–4 und 6 beschrieben ist, die allgemein mit dem Bezugszeichen 18 bezeichnet wurde. Wie dargestellt ist, umfasst diese Ausführungsform einen Hauptkörper oder ein Hauptgehäuse 226, das vorzugsweise als eine einzelne, einteilige Struktur aufgebaut ist, die ein Paar von Gewindevorsprüngen 227, 228 besitzt, die ein Paar Absperrventile und Manschetten-Anordnungen aufnehmen, wobei eine davon in 13 dargestellt ist und mit dem Bezugszeichen 229 bezeichnet ist. Diese Anordnung umfasst eine Gewinde-Manschette 230, eine Dichtung 231 und ein mittels Solenoid betätigtes Absperrventil, das ein Element 232 aufnimmt, das eine zentrale Bohrung 233 besitzt, die einen sich hin- und herbewegbaren Ventilstift 234 aufnimmt, der eine Feder 235 und ein Nadel-Ventilelement 236 umfasst, das über eine Bohrung 237 eines Ventil-Sitzelements 238 aufgenommen ist, das eine elastische Dichtung 239 besitzt, die so dimensioniert ist, um dichtend in einem Loch 240 des Gehäuses 226 aufgenommen zu werden. Ein Ventil-Sitzelement 241 ist eng passend in einer Vertiefung 242 des Ventil-Sitzelements 238 aufgenommen. Das Ventil-Sitzelement 241 umfasst eine Bohrung 243, die mit dem Nadel-Ventilelement 236 zusammenwirkt, um die Strömung des Wärmeübertragungsfluids dort hindurch zu regulieren.
Ein erster Einlass 244 (entsprechend zu einem ersten Einlass 24 in der zuvor beschriebenen Anordnung) nimmt Flüssigkeit, die ein Wärmeübertragungsfluid zuführt, von dem Expansionsventil 42 auf, und ein zweiter Einlass 245 (entsprechend zu dem zweiten Einlass 26 der zuvor beschriebenen Anordnung) nimmt heißes Gas von dem Kompressor 12 wäh rend eines Enteisungs-Zyklus auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das multifunktionale Ventil 225 einen ersten Einlass 244, einen Auslass 248, eine gemeinsame Kammer 246 und ein Expansionsventil 42, wie dies in 6 dargestellt ist, auf. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Expansionsventil 42 mit einem ersten Einlass 244 verbunden. Der Ventil-Körper 226 umfasst eine gemeinsame Kammer 246 (entsprechend zu der gemeinsamen Kammer 40 in der zuvor beschriebenen Anordnung). Das Expansionsventil 42 nimmt Wärmeübertragungsfluid von dem Kondensator 14 auf, das dann durch den Einlass 244 in eine halbkreisförmige Vertiefung 247 führt, die, wenn das Absperrventil 229 offen ist, dann in die gemeinsame Kammer 246 eintritt und diese von dem multifunktionalen Ventil 225 über den Auslass 248 (entsprechend zu dem Auslass 41 in der zuvor beschriebenen Anordnung) verlässt.
Wie am besten in 11 dargestellt ist, umfasst der Ventil-Körper 226 einen ersten Durchgangsweg 249 (entsprechend zu dem ersten Durchgangsweg 38 der zuvor beschriebenen Anordnung), der mit dem ersten Einlass 244 der gemeinsamen Kammer 246 in Verbindung steht. In einer ähnlichen Art und Weise steht ein zweiter Durchgangsweg 250 (entsprechend zu einem zweiten Durchgangsweg 48 der zuvor beschriebenen Anordnung) mit dem zweiten Einlass 245 der gemeinsamen Kammer 246 in Verbindung.
Insoweit der Betrieb des multifunktionalen Ventils 225 betroffen ist, wird Bezug auf die zuvor beschriebene Anordnung genommen, da die Bauteile davon in derselben Art und Weise während des Kühl- und Enteisungs-Zyklus arbeiten. In einer bevorzugten Ausführungsform führt das Wärmeübertragungsfluid, das den Kondensator 14 in dem flüssigen Zustand verlässt, durch das Expansionsventil 42. Wenn das Wärmeübertragungsfluid durch das Expansionsventil 42 hindurchführt, ändert sich das Wärmeübertragungsfluid von einer Flüssigkeit zu einer Flüssigkeits-Dampf-Mischung, wobei das Wärmeübertragungsfluid in sowohl einem flüssigen Zustand als auch einem Dampf-Zustand vorliegt. Das Wärmeübertragungsfluid tritt in den ersten Einlass 244 als eine Flüssigkeits-Dampf-Mischung ein und expandiert in der gemeinsamen Kammer 246.
In einer bevorzugten Ausführungsform expandiert das Wärmeübertragungsfluid in einer Richtung von der allgemeinen Strömung des Wärmeübertragungsfluids weg. Wenn das Wärmeübertragungsfluid in der gemeinsamen Kammer 246 expandiert, trennt sich die Flüssigkeit von dem Dampf in dem Wärmeübertragungsfluid. Das Wärmeübertragungsfluid verlässt dann die gemeinsame Kammer 246. Das Wärmeübertragungsfluid verlässt die gemeinsame Kammer 246 als eine Flüssigkeit und ein Dampf, wobei eine wesentliche Menge der Flüssigkeit von einer wesentlichen Menge des Dampfs getrennt und davon entfernt ist. Das Wärmeübertragungsfluid führt dann durch den Auslass 248 hindurch und läuft durch die Leitung 28 für gesättigten Dampf zu dem Verdampfer 16. In einer bevorzugten Ausführungsform führt das Wärmeübertragungsfluid dann durch den Auslass 248 und tritt in den Verdampfer 16 an einer ersten Verdampfungsleitung 328 ein, wie dies in weiterem Detail nachfolgend beschrieben ist. Vorzugsweise läuft das Wärmeübertragungsfluid von dem Auslass 248 zu dem Einlass des Verdampfers 16 als eine Flüssigkeit und ein Dampf, wobei eine wesentliche Menge der Flüssigkeit von einer wesentlichen Menge des Dampfs getrennt und davon entfernt ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann ein Paar Absperrventile 229 verwendet werden, um die Strömung des Wärmeübertragungsfluids oder des heißen Dampfes in die gemeinsame Kammer 246 hinein zu kontrollieren. In einem Kühl- bzw. Gefrier-Modus wird ein erstes Absperrventil 229 geöffnet, um zu ermöglichen, dass Wärmeübertragungsfluid durch den ersten Einlass 244 und in die gemeinsame Kammer 246 hinein und dann zu dem Auslass 248 fließt. In einem Enteisungs-Modus ist ein zweites Absperrventil 229 geöffnet, um zu ermöglichen, dass heißer Dampf durch den zweiten Einlass 245 und in die gemeinsame Kammer 246 hinein und dann zu dem Auslass 248 fließt. Während in den vorstehenden Ausführungsformen das multifunktionale Ventil 225 so beschrieben ist, dass es mehrere Absperrventile 229 besitzt, kann das multifunktionale Ventil 225 mit nur einem Absperrventil ausgestattet sein. Zusätzlich ist das multifunktionale Ventil 225 so beschrieben worden, dass es einen zweiten Einlass 245 besitzt, um zu ermöglichen, dass heißer Dampf während des Enteisungs-Modes hindurchfließt, wobei das multifunktionale Ventil 225 nur mit einem ersten Einlass 244 ausgestattet sein kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das multifunktionale Ventil 225 eine Entlüftungsleitung 251 auf, wie dies in 15 dargestellt ist. Die Entlüftungsleitung 251 ist mit der gemeinsamen Kammer 246 verbunden und ermöglicht, dass Wärmeübertragungsfluid, das in der gemeinsamen Kammer 246 vorhanden ist, zu der Leitung 28 für gesättigten Dampf oder der ersten Verdampfungsleitung 228 läuft. In einer bevorzugten Ausfüh rungsform ermöglicht die Entlüftungsleitung 251, dass die Flüssigkeit, die von der Flüssigkeits-Dampf-Mischung entfernt ist, in die gemeinsame Kammer 246 eintritt, um zu der Leitung 28 für gesättigten Dampf oder der ersten Verdampfungsleitung 328 zu laufen. Vorzugsweise ist die Entlüftungsleitung 251 mit der Bodenfläche 252 der gemeinsamen Kammer 246 verbunden, wobei die Bodenfläche 252 die Fläche der gemeinsamen Kammer 246 ist, die am nächsten zu dem Boden angeordnet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das multifunktionale Ventil 225 so dimensioniert, wie dies nachfolgend in Tabelle A spezifiziert ist und wie dies in den 11–14 dargestellt ist. Die Länge der gemeinsamen Kammer 246 wird als der Abstand von dem Auslass 248 zu der Rückwand 253 definiert. Die Länge der gemeinsamen Kammer 246 ist durch den Buchstaben G angegeben, wie dies in 11 dargestellt ist. Die gemeinsame Kammer 246 besitzt einen ersten Bereich benachbart zu einem zweiten Bereich, wobei der erste Bereich an dem Auslass 248 beginnt und der zweite Bereich an der Rückwand 253 endet, wie dies in 11 dargestellt ist. Der erste Einlass 244 und der Auslass 248 sind beide mit dem ersten Bereich verbunden. Das Wärmeübertragungsfluid tritt in die gemeinsame Kammer 246 über den ersten Einlass 244 und innerhalb des ersten Bereichs der gemeinsamen Kammer 246 ein. In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt der erste Bereich eine Länge von nicht mehr als 75% der Länge der gemeinsamen Kammer 246. Noch bevorzugter besitzt der erste Bereich eine Länge nicht mehr als ungefähr 35% der Länge der gemeinsamen Kammer 246.
TABELLE A DIMENSIONEN DES MULTIFUNKTIONALEN VENTILS
In einer bevorzugten Ausführungsform tritt das Wärmeübertragungsfluid in die gemeinsame Kammer 246 über den ersten Einlass 244 als eine Flüssigkeits-Dampf-Mischung 270 mit niedriger Qualität ein. Die Flüssigkeits-Dampf-Mischung 270 liegt in sowohl einem flüssigen Zustand als auch in einem Dampf-Zustand vor, wobei die Flüssigkeit innerhalb des Dampfes suspendiert ist. So, wie es hier verwendet wird, wird das Wärmeübertragungsfluid, das sich in einem flüssigen Zustand befindet, als eine Flüssigkeit 280 bezeichnet werden, und das Wärmeübertragungsfluid, das in einem Dampf-Zustand vorliegt, wird als Dampf 285 bezeichnet werden. Wenn das Wärmeübertragungsfluid von dem Einlass 244 der gemeinsamen Kammer 246 zu dem Auslass 248 der gemeinsamen Kammer 246 führt, koalesziert ein Teil der Flüssigkeit 280. So, wie er hier verwendet wird, bedeutet der Ausdruck "koalesziert" die Vereinigung oder die Verschmelzung miteinander. Deshalb bedeutet, wenn der Ausdruck "ein Bereich der Flüssigkeit 280 koalesziert" verwendet wird, dies, dass ein Teil der Flüssigkeit 280 mit einem anderen Teil der Flüssigkeit 280 vereint oder verschmolzen wird. Wenn das Wärmeübertragungsfluid in die gemeinsame Kammer 246 eintritt, ist die Flüssigkeit 280 mit der Flüssigkeits-Dampf-Mischung 270 als Flüssigkeits-Tröpfchen, suspendiert in Dampf 285, zusammengesetzt. Nachdem das Wärmeübertragungsfluid in die gemeinsame Kammer 246 als eine Flüssigkeits-Dampf-Mischung 270 eintritt, beginnt die sich langsamer bewegende Flüssigkeit 280 damit, zu koaleszieren und sich an der Bodenfläche 252 der gemeinsamen Kammer 246 abzusetzen, während der sich schneller bewegende Dampf 285 durch den Auslass 248 gedrückt wird, wie dies in den 17–19 dargestellt ist. Wärme wird, indem zugelassen wird, dass die Flüssigkeit 280 koalesziert und sich von dem Dampf 285 trennt, von der Flüssigkeits-Dampf-Mischung 270 freigegeben, was ermöglicht, dass sich die Flüssigkeit 280 abkühlt. Das Abkühlen der Flüssigkeit 280 verringert die Enthalpie der Flüssigkeits-Dampf-Mischung 270, was das Wärmeübertragungsfluid in der gemeinsamen Kammer 246 von einer Flüssigkeits-Dampf-Mischung mit niedriger Qualität zu einer Flüssigkeits-Dampf-Mischung mit hoher Qualität, oder einem gesättigten Dampf, umwandelt.
In einer bevorzugten Ausführungsform koalesziert, wenn das Wärmeübertragungsfluid durch die gemeinsame Kammer 246 läuft, ein Teil der Flüssigkeit 280 innerhalb der Flüssigkeits-Dampf-Mischung 270 in größere Tröpfchen, die durch den Auslass 248, zusammen mit Dampf 285, austreten. In einer bevorzugten Ausführungsform koaleszieren die größeren Tröpfchen der Flüssigkeit 280 in einen Strom aus Flüssigkeit 280, wobei der Strom der Flüssigkeit 280 den Auslass 248 zusammen mit dem Strom aus Dampf 285 verlässt, wie dies in den 17–19 dargestellt ist. Bevorzugt koalesziert mindestens 10% der Flüssigkeit 280 in größere Tröpfchen der Flüssigkeit 280 oder einen Strom der Flüssigkeit 280. Noch bevorzugter koalesziert mindestens 35% der Flüssigkeit 280 in größere Tröpfchen der Flüssigkeit 280 oder einen Strom der Flüssigkeit 280.
Die gemeinsame Kammer 246 ist in einen ersten Bereich 290 und in einen zweiten Bereich 295 unterteilt. Der erste Bereich 290 umfasst einen ersten Einlass 244 und einen Auslass 248. Durch Einschließen des ersten Einlasses 244 und des Auslasses 248 ist der erste Bereich auch der Bereich für die gemeinsame Kammer 246, wodurch das Wärmeübertragungsfluid unter Eintreten in die gemeinsame Kammer 246 fließen muss, und deshalb der Bereich der gemeinsamen Kammer 246, wo die Strömungsrichtung 265 allgemein vorhanden ist. Die Strömungsrichtung 265 ist die allgemeine Richtung, die das Wärmeübertragungsfluid fließt, wenn das Wärmeübertragungsfluid von dem ersten Einlass 244 zu dem Auslass 248 fließt, wie dies durch Pfeile in den 17–19 dargestellt ist. Der zweite Bereich 295 ist in der gemeinsamen Kammer 246 angeordnet und ermöglicht, dass ein Teil des Wärmeübertragungsfluids koalesziert. Der zweite Bereich 295 ist von der Strömungsrichtung 265 weg angeordnet, wie dies in den 17–19 dargestellt ist. Durch Anordnen des zweiten Bereichs 295 von der Strömungsrichtung 265 weg wird der sich langsamer bewegenden Flüssigkeit 280 ermöglicht, sich in dem zweiten Bereich 295 anzusammeln und zu koaleszieren, und es ist möglich, dass der sich schneller bewegende Dampf 285 von der Flüssigkeit 280 trennt, wie dies in den 17–19 dargestellt ist. Das Wärmeübertragungsfluid verlässt die gemeinsame Kammer 246 über den Auslass 248 als eine Flüssigkeits-Dampf-Mischung mit hoher Qualität, wobei die Flüssigkeit 280 koalesziert ist und im Wesentlichen von dem Dampf 285 getrennt und entfernt ist, wie dies in den 17–19 dargestellt ist. Unter Verlassen der gemeinsamen Kammer 246 an dem Auslass 248 führt das Wärmeübertragungsfluid dann durch die Leitung 28 für gesättigten Dampf zu dem Verdampfer 16 hindurch.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Strömung des Wärmeübertragungsfluids in einem turbulenten Zustand unter Eintritt in den ersten Einlass 244 vor, so dass ein Teil des Dampfes 285 in einem zweiten Bereich 295 eingefangen wird, was einen Wirbel 275 in der gemeinsamen Kammer 246, und noch bevorzugter in einem zweiten Bereich 295 der gemeinsamen Kammer 246, erzeugt. Der Wirbel 275 ist ein Strom des Wärmeübertragungsfluids, der in einer im Wesentlichen kreisförmigen Richtung fließt, wie dies in den 17–19 dargestellt ist. Der Wirbel 275 hilft dabei, dass die Flüssigkeit 280 koalesziert. In einer bevorzugten Ausführungsform tritt das Wärmeübertragungsfluid in den ersten Einlass 244 in einen turbulenten Zustand ein und erzeugt mindestens einen Wirbel bzw. Strudel 276 in der gemeinsamen Kammer 246, und tritt noch bevorzugter in einen zweiten Bereich 295 der gemeinsamen Kammer 246 ein. Der Wirbel 276, wie er hier definiert ist, ist eine Masse des Wärmeübertragungsfluids, das eine Verwirbelung oder eine kreisförmige Bewegung besitzt, die einen Hohlraum oder ein Vakuum in der Mitte des Kreises bildet und die zu deren Hohlraum oder Vakuum-Körper anzieht, die dieser Wirkung unterworfen werden. Zum Beispiel bildet sich, wenn ein Wirbel 276 innerhalb der gemeinsamen Kammer 246 gebildet ist, ein Hohlraum oder ein Vakuum in der Mitte des Wirbels 276, der dazu tendiert, Dampf 285 von der Flüssigkeits-Dampf-Mischung 270 wegzuziehen. Auf diese Art und Weise kann die Flüssigkeit 280 von dem Dampf 285 in eine Flüssigkeits-Dampf-Mischung 270 getrennt werden.
Die gemeinsame Kammer 246 kann irgendeine einer Vielzahl von geometrischen Anordnungen haben, die ermöglichen, einen Teil der Flüssigkeit 280 innerhalb der gemeinsamen Kammer 246 zu koaleszieren und von der Flüssigkeit 280 zu trennen. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt der erste Einlass 244 um einen Abstand N1 von dem Auslass 248 und um einen Abstand N2 von der Rückwand 243 weg, wobei die Summe von N1 und N2 gleich zu der Länge der gemeinsamen Kammer 246 ist, wie dies in 17 dargestellt ist. Vorzugsweise reicht N1 irgendwo von ungefähr 5% bis ungefähr 75% der Länge der gemeinsamen Kammer 246. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die gemeinsame Kammer 246 ein Reservoir 305, das entlang der Bodenfläche 252 der gemeinsamen Kammer 246 angeordnet ist, wie dies in 17 dargestellt ist. Das Reservoir 305 fängt einen Teil des Wärmeübertragungsfluids innerhalb der gemeinsamen Kammer 246 ein, was bewirkt, dass die Flüssigkeit 280 koalesziert.
In einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich der Einlass 244 benachbart zu der Rückwand 253 und die Bodenfläche 252 ist um einen Abstand N3 von dem Auslass 248 und um einen Abstand N4 von dem Einlass 244 beabstandet, wie dies in den 18–19 dargestellt ist. N3 reicht irgendwo von ungefähr 25% bis ungefähr 95% der Länge von N4. In dieser Anordnung ist der zweite Bereich 295 in der Lage, einen Teil des Wärmeübertragungsfluids innerhalb der gemeinsamen Kammer 246 einzuschließen, was bewirkt, dass die Flüssigkeit 280 koalesziert. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die gemeinsame Kammer 246 eine Einkerbung 300 zwischen dem ersten Einlass 244 und dem Auslass 248, wie dies in 19 dargestellt ist. Die Einkerbung 300 verringert die Menge an Wärmeübertragungsfluid, die die gemeinsame Kammer 246 über den Auslass 248 verlassen kann. Durch Verringern der Menge des Wärmeübertragungsfluids, die die gemeinsame Kammer 246 verlassen kann, fördert die Einkerbung 300 die schnellere Bewegung des Dampfes 285, um ihn von der sich langsamer bewegenden Flüssigkeit 280 zu trennen, was bewirkt, dass die Flüssigkeit 280 koalesziert. Vorzugsweise besitzt die Einkerbung 300 eine Höhe N5 und der Auslass 248 besitzt einen Durchmesser N6, wobei N5 irgendwo von ungefähr 15% bis ungefähr 95% von N6 reicht. Die Ausführungsformen der gemeinsamen Kammer 246, die vorstehend diskutiert sind, und wie sie in den 17–19 dargestellt sind, sind nur für die Erfindung erläuternd und sind nicht dazu vorgesehen, den Schutzumfang in irgendeiner Weise, wie auch immer, einzuschränken.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Strömungsrate, unter der das Wärmeübertragungsfluid durch den ersten Einlass 244 gedrückt wird, erhöht, um die Trennung der Flüssigkeit 280 von dem Dampf 285 in der Flüssigkeits-Dampf-Mischung 270 zu erleichtern, was bewirkt, dass die Flüssigkeit 280 koalesziert. Zum Beispiel wird sich, in einem Dampf-Kompressions-System, das einen Kompressor der Größe X, einen Kondensator der Größe Y, einen Verdampfer der Größe Z und einen ersten Einlass 244, der einen Durchmesser von D besitzt, umfasst, wenn die Strömungsrate von A zu B erhöht wird, die Flüssigkeit 280 leichter von dem Dampf 285 trennen und koaleszieren. Vorzugsweise wird die Strömungsrate des Wärmeübertragungsfluids so erhöht, dass das Wärmeübertragungsfluid, das in die gemeinsame Kammer 246 eintritt, in einer turbulenten Strömung vorliegt. Noch bevorzugter wird die Strömungsrate des Wärmeübertragungsfluids so erhöht, dass das Wärmeübertragungsfluid, das in die gemeinsame Kammer 246 eintritt, unter einer solchen Rate vorliegt, dass sich ein Wirbel 275 innerhalb der gemeinsamen Kammer 246 bildet, wie dies in den 17–19 dargestellt ist. In einer bevorzugten Ausführungsform führt das Wärmeübertragungsfluid durch das Expansionsventil 42 hindurch und tritt dann in den Einlass des Verdampfers 16 ein, wie dies in 16 dargestellt ist. In dieser Ausführungsform weist der Verdampfer 16 eine erste Verdampfungsleitung 328, eine Verdampfer-Wendel 21 und eine zweite Verdampferleitung 330 auf. Die erste Verdampfungsleitung 328 ist zwischen dem Auslass 248 und der Verdampfer-Wendel 21 positioniert, wie dies in 16 dargestellt ist. Die zweite Verdampfungsleitung 330 ist zwischen der Verdampferwendel 21 und dem Temperatursensor 32 positioniert. Die Verdampferwendel 21 ist irgendeine herkömmliche Wendel, die Wärme absorbiert. Das multifunktionale Ventil 225 ist vorzugsweise mit einem Verdampfer 16 verbunden und liegt benachbart dazu. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Verdampfer 16 einen Teil eines multifunktionalen Ventils 225, wie beispielsweise einen ersten Einlass 244, einen Auslass 248 und die gemeinsame Kammer 246 auf, wie dies in 16 dargestellt ist. Vorzugsweise ist das Expansionsventil 42 benachbart dem Verdampfer 16 positioniert. Wärmeübertragungsfluid verlässt das Expansionsventil 42 und tritt dann direkt in den Verdampfer 16 an dem Einlass 244 ein. Wenn das Wärmeübertragungsfluid das Expansionsventil 42 verlässt und in den Verdampfer 16 an dem Einlass 244 eintritt, befindet sich die Temperatur des Wärmeübertragungsfluids auf einer Verdampfungstemperatur, das bedeutet das Wärmeübertragungsfluid beginnt damit, Wärme unter Hindurchführen durch das Expansionsventil 42 zu absorbieren.
Das Wärmeübertragungsfluid tritt, unter Hindurchführen durch den Einlass 244, die gemeinsame Kammer 246 und den Auslass 248, in die erste Verdampfungsleitung 328 ein. Vorzugsweise ist die erste Verdampfungsleitung 328 isoliert. Das Wärmeübertragungsfluid verlässt dann die erste Verdampfungsleitung 328 und tritt in die Verdampfer-Wendel 21 ein. Unter Verlassen der Verdampfer-Wendel 21 tritt das Wärmeübertragungsfluid in die zweite Verdampfungsleitung 330 ein. Das Wärmeübertragungsfluid verlässt die zweite Verdampfungsleitung 330 und den Verdampfer 16 an dem Temperatur-Sensor 32.
Vorzugsweise absorbiert jedes Element innerhalb des Verdampfers 16, wie beispielsweise die Leitung 28 für gesättigten Dampf, das multifunktionale Ventil 225 und die Verdampfer-Wendel 21, Wärme. In einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich, wenn das Wärmeübertragungsfluid durch das Expansionsventil 42 hindurchführt, das Wärmeübertragungsfluid auf einer Temperatur innerhalb von 20°F der Temperatur des Wärmeübertragungsfluids innerhalb der Verdampfer-Wendel 21. In einer anderen, bevorzugten Ausfüh rungsform befindet sich die Temperatur des Wärmeübertragungsfluids in irgendeinem Element innerhalb des Verdampfers 16, wie beispielsweise der Leitung 28 für gesättigten Dampf, dem multifunktionalen Ventil 225 und der Verdampfer-Wendel 21 innerhalb von 11°C (20°F) der Temperatur des Wärmeübertragungsfluids in irgendeinem anderen Element innerhalb des Verdampfers 16. Während die vorstehenden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf das multifunktionale Ventil 225 beschrieben wurden, kann irgendein multifunktionales Ventil, das hier beschrieben ist, ebenso verwendet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Dampf-Kompressions-System 410 einen Kompressor 412, einen Kondensator 414, einen Verdampfer 416, eine Strömungs-Dosiervorrichtung 418 und eine Dosiereinheit 449, wie dies in 20 dargestellt ist.
Der Kompressor 412 ist mit dem Kondensator 414 über eine Auslassleitung 420 verbunden. Das XDX-Ventil 418 umfasst einen ersten Einlass 461, einen zweiten Einlass 462 und einen Auslass 463. Die Dosiereinheit 449 umfasst einen Einlass 464 und einen Auslass 465. Der erste Einlass 461 des XDX-Ventils 418 und der Einlass 464 der Dosiereinheit 449 sind mit dem Kondensator 414 über eine verzweigte bzw. gegabelte Flüssigkeitsleitung 422 verbunden.
Eine Leitung 428 für gesättigten Dampf verbindet den Auslass 463 des XDX-Ventils 418 mit dem Einlass 455 des Verdampfers 416 und eine Saugleitung 430 verbindet den Auslass des Verdampfers 416 mit dem Einlass des Kompressors 412. Eine Kältemittelleitung 456 verbindet den Auslass 465 der Dosiereinheit 449 mit dem Einlass 455 des Verdampfers 416. Ein Temperatur-Sensor 432 ist mit der Saugleitung 430 verbunden und ist betriebsmäßig mit dem XDX-Ventil 418 und der Dosiereinheit 449 verbunden. Der Temperatur-Sensor 432 führt Temperatur-Informationen über eine Steuerleitung 433 zu dem XDX-Ventil 418 und über eine zweite Steuerleitung 434 zu der Dosiereinheit 449 zu.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Strömung des Wärmeübertragungsfluids von dem Kondensator 414 zu dem Verdampfer 416 so gerichtet werden, um durch entweder das XDX-Ventil 418 oder die Dosiereinheit 449 zu führen. Vorzugsweise kann die Strömung des Wärmeübertragungsfluids von dem Kondensator 414 zu dem Verdampfer 416 so gerichtet werden, um durch entweder das XDX-Ventil 418 oder die Dosiereinheit 449, basierend auf den Zuständen der umgebenden Umgebungen 470, zu ge hen. Die umgebenden Umgebungen 470 sind der Bereich oder der Raum, in dem die Bedingungen, wie beispielsweise die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit, durch das Dampf-Kompressions-System 410 kontrolliert oder geändert werden. Zum Beispiel würden, wenn das Dampf-Kompressions-System 410 eine Klimaeinheit wäre, die umgebenden Umgebungen 470 durch den Bereich innerhalb eines Gebäudes oder eines Hauses, der durch die Klimaeinheit gekühlt werden soll, definiert werden. Weiterhin würde, wenn das Dampf-Kompressions-System 410 eine Gefriereinheit wäre, zum Beispiel dann die umgebenden Umgebungen 270 der Bereich innerhalb eines Kühlschranks oder einer Gefriereinrichtung sein, der durch die Gefriereinheit gekühlt werden soll.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Sensor 460 innerhalb umgebender Umgebungen 470 angeordnet und misst die Zustände der umgebenden Umgebungen 470. Der Sensor 460 ist irgendeine Dosiervorrichtung, die für einen Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet bekannt ist, die die Zustände der umgebenden Umgebungen 470 messen kann, wie beispielsweise ein Druck-Sensor, ein Temperatur-Sensor oder ein Sensor, der die Dichte des Fluids misst. Der Sensor 460 leitet Informationen über eine Steuerleitung 481 zu der Dosiereinheit 449 und über eine zweite Steuerleitung 483 zu dem XDX-Ventil 418 weiter. Auf diese Art und Weise ist der Sensor 460 in der Lage, das Wärmeübertragungsfluid so zu führen, um entweder durch das XDX-Ventil 418 oder die Dosiereinheit 449, basierend auf den Bedingungen der umgebenden Umgebungen 470, zu laufen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Sensor 460 in umgebenden Umgebungen 470 angeordnet und misst die Luftfeuchtigkeit der umgebenden Umgebungen 470. Ein gewünschtes Luftfeuchtigkeits-Niveau wird in den Sensor 460 einprogrammiert. Unter Bestimmung der Luftfeuchtigkeit der umgebenden Umgebungen 470 entscheidet dann der Sensor 460, ob die Strömung des Wärmeübertragungsfluids zu entweder dem XDX-Ventil 418 oder der Dosiereinheit 449, basierend auf dem erwünschten Niveau der Luftfeuchtigkeit, das in den Sensor 460 einprogrammiert ist, gerichtet werden soll. Falls das erwünschte Luftfeuchtigkeits-Niveau geringer als die tatsächliche Luftfeuchtigkeit der umgebenden Umgebungen 470 ist, richtet der Sensor 460 die Strömung des Wärmeübertragungsfluids so, um durch die Dosiereinheit 449 zu fließen, indem der erste Einlass 461 geschlossen wird und der Einlass 464 geöffnet wird. Indem das Wärmeübertragungsfluid so gerichtet wird, um durch die Dosiereinheit 449 zu fließen, arbeitet das Dampf- Kompressions-System 410 in einer Art und Weise, die als ein herkömmlicher Kühl-Zyklus bezeichnet wird. Wenn das Dampf-Kompressions-System 410 in einem herkömmlichen Kühl-Zyklus arbeitet, wird die Menge an Luftfeuchtigkeit in den umgebenden Umgebungen 470 verringert. Wenn das erwünschte Luftfeuchtigkeits-Niveau größer als die tatsächliche Luftfeuchtigkeit der umgebenden Umgebungen 470 ist, richtet der Sensor 460 die Strömung des Wärmeübertragungsfluids so, um durch das XDX-Ventil 418 durch Öffnen des ersten Einlasses 461 und durch Schließen des Einlasses 464 zu fließen. In dem das Wärmeübertragungsfluid so gerichtet wird, um durch das XDX-Ventil 418 zu fließen, arbeitet das Dampf-Kompressions-System 410 in einer Art, die als ein XDX-Zyklus bezeichnet wird. Wenn das Dampf-Kompressions-System 410 in einem XDX-Zyklus arbeitet, erhöht sich der Umfang der Luftfeuchtigkeit in den umgebenden Umgebungen 470.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Absperrventile 471 und 474 an einem ersten Einlass 461 und einem Einlass 464 jeweils, wie dies in 20 dargestellt ist, angeordnet. Vorzugsweise sind die Absperrventile 471 und 474 Solenoid-Ventile, die dazu geeignet sind, die Strömung des Wärmeübertragungsfluids durch einen Durchgangsweg, wie beispielsweise die Flüssigkeitsleitung 422, auf ein elektrisches Signal hin zu beenden. Allerdings können die Absperrventile irgendein Ventil sein, das dazu geeignet ist, die Strömung des Wärmeübertragungsfluids durch einen Durchgangsweg zu beenden, das für einen Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet bekannt ist, wie beispielsweise ein Ventil, das mechanisch betätigt wird. Die Absperrventile 471 und 474 können dazu verwendet werden, den ersten Einlass 461 und den Einlass 464 zu irgendeinem Zeitpunkt entweder mechanisch oder in Abhängigkeit eines elektrischen Signals zu öffnen oder zu schließen.
In einer bevorzugten Ausführungsform entscheidet der Sensor 460, ob die Strömung des Wärmeübertragungsfluids zu entweder dem XDX-Ventil 418 oder der Dosiereinheit 449, basierend auf der Temperatur der umgebenden Umgebungen 470, gerichtet werden soll. Ein erwünschtes Temperatur-Niveau für die umgebenden Umgebungen 470 muss zuerst in den Sensor 460 einprogrammiert werden. Der Sensor 460 richtet die Strömung des Wärmeübertragungsfluids so, um durch die Dosiereinheit 449 zu fließen, indem der erste Einlass 461 geschlossen wird und der Einlass 464 geöffnet wird. Indem das Wärmeübertragungsfluid so gerichtet wird, um durch die Dosiereinheit 449 zu fließen, arbeitet das Dampf-Kompressions-System 410 in einer Art, die als ein herkömmlicher Kühl-Zyklus bezeichnet wird. Wenn das Dampf-Kompressions-System 410 in einem herkömmlichen Kühl-Zyklus arbeitet, wird die Last-Kapazität des Dampf-Kompressions-Systems 410 verringert. Wenn das erwünschte Temperatur-Niveau nicht nach einem vorgegebenen Zeitintervall erreicht werden kann, dann richtet der Sensor 460 die Strömung des Wärmeübertragungsfluids so, um durch das XDX-Ventil 418 zu fließen, indem der erste Einlass 461 geöffnet wird und der Einlass 464 geschlossen wird. Indem das Wärmeübertragungsfluid so gerichtet wird, um durch das XDX-Ventil 418 zu fließen, arbeitet das Dampf-Kompressions-System 410 in einer Art, die als ein XDX-Zyklus bezeichnet wird. Wenn das Dampf-Kompressions-System 410 in einem XDX-Zyklus arbeitet, wird die Last-Kapazität des Dampf-Kompressions-Systems 410 erhöht.
Ein Variieren der Last-Kapazität des Dampf-Kompressions-Systems 410 ermöglicht, dass das Dampf-Kompressions-System 410 genauer zum Kühlen von umgebenden Umgebungen 470 dimensioniert werden kann. Zum Beispiel muss, wenn die umgebenden Umgebungen 470 in einem Bereich gekühlt werden müssen, der von einem durchschnittlichen Wert °C bis zu einem maximalen Wert °C variiert, das Dampf-Kompressions-System 410 so dimensioniert werden, um umgebende Umgebungen 470 mit mindestens dem maximalen Wert von °C zu kühlen, so das das Dampf-Kompressions-System 410 das erwünschte Temperatur-Niveau auch dann erreichen kann, wenn die Differenz zwischen dem Temperatur-Niveau der umgebenden Umgebungen 470 und dem erwünschten Temperatur-Niveau der maximale Betrag von °C ist. Allerdings bedeutet dies, dass das Dampf-Kompressions-System 410 größer als erforderlich dimensioniert werden muss, da das Dampf-Kompressions-System 410 die umgebenden Umgebungen mit dem durchschnittlichen Wert von °C eher öftres als nicht kühlen muss. Allerdings kann, durch Variieren der Last-Kapazität des Dampf-Kompressions-Systems 410, wie dies vorstehend beschrieben ist, das Dampf-Kompressions-System 410 so dimensioniert werden, dass es umgebende Umgebungen durch den durchschnittlichen Betrag von °C kühlt, wenn das Dampf-Kompressions-System 410 in einem herkömmlichen Kühl-Zyklus arbeitet, und bis zu dem maximalen Betrag von °C kühlt, wenn das Dampf-Kompressions-System 410 in einem XDX-Zyklus arbeitet.
Während die vorstehende Benutzung des Sensors 460 so, um die Strömung des Wärmeübertragungsfluids zu entweder dem XDX-Ventil 418 oder der Dosiereinheit 449 zu richten, dahingehend beschrieben worden ist, dass sie von dem Niveau der Luftfeuchtigkeit oder dem Niveau der Temperatur der umgebenden Umgebungen abhängt, kann der Sensor 460 die Strömung des Wärmeübertragungsfluids zu entweder dem XDX-Ventil 418 oder der Dosiereinheit 449 in Abhängigkeit irgendeiner Variablen oder eines Zustands richten. Weiterhin kann, während die vorstehende Verwendung des Dampf-Kompressions-Systems 410 einen Sensor 460 erfordert hat, um die Strömung des Wärmeübertragungsfluids zu entweder dem XDX-Ventil 418 oder der Dosiereinheit 449 zu richten, die Strömung manuell zu entweder dem XDX-Ventil 418 oder der Dosiereinheit 449 gerichtet werden oder kann entweder zu dem XDX-Ventil 418 oder der Dosiereinheit 449 in irgendeiner Anzahl von Arten und Weisen, die für einen Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet bekannt sind, aus irgendeinem Grund, gerichtet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Auslassleitung 420 mit sowohl dem zweiten Einlass 462 des XDX-Ventils 418 als auch dem Kondensator 414 verbunden, um das Enteisen des Verdampfers 416 zu erleichtern. Vorzugsweise ist die Auslassleitung 420 gegabelt, um so zu ermöglichen, dass die Auslassleitung 420 gleichzeitig mit sowohl dem zweiten Einlass 462 des XDX-Ventils 418 als auch dem Kondensator 414 verbunden werden kann, wie dies in 20 dargestellt ist. Das Absperrventil 472 ist an dem zweiten Einlass 462 so angeordnet, um die Strömung des Wärmeübertragungsfluids von dem Kompressor 412 zu dem zweiten Einlass 462 zu kontrollieren. Um die Wendel des Verdampfers 416 zu enteisen, werden die Absperrventile 472 geöffnet und die Absperrventile 471 und 474 werden geschlossen, um zu ermöglichen, dass das Wärmeübertragungsfluid von dem Kompressor 412 in den Verdampfer 416 und in den Enteisungs-Verdampfer 416 eintritt.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Dampf-Kompressions-System 10 eine turbulente Leitung 600 vor dem Einlass des Verdampfers 16, wie dies in 22 dargestellt ist. Die turbulente Leitung 600 umfasst einen Einlass 634, einen Auslass 645 und einen Durchgangsweg 630, der den Einlass 634 mit dem Auslass 635 verbindet. Die turbulente Leitung 600 umfasst auch Vertiefungen 605, die auf der Innenfläche 615 eines Durchgangswegs 630 der turbulenten Leitung 600 angeordnet sind. Die Vertiefungen 605 wandeln die Strömung des Wärmeübertragungsfluids von einer laminaren Strömung in eine turbulente Strömung um. Durch Umwandeln des Wärmeübertragungsfluids in eine turbulente Strömung, bevor das Wärmeübertragungsfluid in den Verdampfer 16 eintritt, wird die Effektivität des Verdampfers 16 erhöht. Die Vertiefungen 605 können entweder Erhöhungen 610 sein, die nach innen zu der Strömung 625 des Wärmeübertragungsfluids vorstehen, oder Erhebungen 620, die nach außen von der Strömung 625 des Wärmeübertragungsfluids weg vorstehen, wie dies in 22 dargestellt ist.
Vorzugsweise ist die turbulente Leitung 600 zwischen der Dosiereinheit, dem XDX-Ventil 418, verwendet dazu, die Strömung des Wärmeübertragungsfluids unter Eintreten in den Verdampfer zu dosieren, positioniert. Die Anordnung, die Größe und die Beabstandung der Erhöhungen 610, um eine turbulente Strömung zu erzeugen, hängen von dem Durchmesser und der Länge der turbulenten Leitung 600, zusammen mit der Strömungsrate des Wärmeübertragungsfluids und dem Typ des Wärmeübertragungsfluids, das verwendet wird, ab, wobei dies alles Faktoren sind, die durch einen Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet bestimmt werden können. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Leitung, die die Dosiereinheit mit dem Einlass des Verdampfers 16 verbindet, die hier als entweder die Leitung für gesättigten Dampf oder die Kühlmittelleitung bezeichnet ist, die turbulente Leitung 600. Vorzugsweise umfasst ein Teil der Leitung für gesättigten Dampf oder der Leitung für Kältemittel die turbulente Leitung 600.
Wie für einen Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet bekannt ist, kann jedes Element des Dampf-Kompressions-Systems 10, das vorstehend beschrieben ist, wie beispielsweise der Verdampfer 16, die Flüssigkeitsleitung 22 und die Saugleitung 30, so skaliert und dimensioniert werden, um eine Vielzahl von Last-Erfordernissen zu erfüllen. Zusätzlich kann die Kältemittel-Befüllung des Wärmeübertragungsfluids in dem Dampf-Kompressions-System 10 gleich zu oder größer als die Kältemittel-Befüllung eines herkömmlichen Systems sein.
Es wird angenommen, dass ein Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet, unter Verwendung der vorstehenden Beschreibung, ohne weitere, ausführliche Darstellungen, die Erfindung. in ihrem vollen Umfang verwenden kann. Die nachfolgenden Beispiele sind nur für die Erfindung erläuternd und sind nicht dazu vorgesehen, den Schutzumfang in irgendeiner Weise einzuschränken.
Beispiel 1
Ein 5-ft (1,52 m) Tyler Chest Freezer wurde mit einem multifunktionalen Ventil in einem Kältekreis ausgestattet und ein Standard-Expansionsventil wurde in eine Bypassleitung so eingelötet, dass der Kältekreis wie ein herkömmliches Dampf-Kompressions-System und wie ein XDX-Kältesystem, angeordnet gemäß der vorliegenden Erfindung, betrieben werden konnte. Der Kältekreis, der vorstehend beschrieben ist, wurde mit einer Leitung für gesättigten Dampf ausgestattet, die einen Außenrohr-Durchmesser von ungefähr 0,375 Inch (0,953 cm) und eine effektive Rohrlänge von ungefähr 10 ft (3,048 m) besaß. Der Kältekreis wurde durch einen hermetischen Kompressor Copeland, der eine Kapazität von ungefähr 1/3 Tonnen (338 kg) an Kältemittel besaß, betrieben. Ein Messkolben wurde an der Saugleitung, ungefähr 18 Inch von dem Kompressor, befestigt. Der Kreis wurde mit ungefähr 28 oz. (792 g) eines Kältemittels R-12, erhältlich von der DuPont Company, befüllt. Der Kältekreis wurde auch mit einer Bypassleitung ausgestattet, die sich von der Kompressor-Auslassleitung zu der Leitung für gesättigten Dampf für eine Enteisung mit Vorwärts-Strömung erstreckte, (siehe 1). Alle Messungen der gekühlten Umgebungsluft-Temperatur wurden unter Verwendung eines "CPS Date Logger" von CPS Temperatur-Sensors, angeordnet in der Mitte des Kühlgehäuses, ungefähr 4 Inch (10 cm) oberhalb des Bodens, vorgenommen.
XDX-System – Betrieb unter mittlerer Temperatur
Die nominale Betriebstemperatur des Verdampfers war 20°F (–6,7°C) und die nominale Betriebstemperatur des Kondensators war 120°F (48,9°C). Der Verdampfer schaffte eine Kühllast von ungefähr 3000 Btu/hr (21 g cal/s). Das multifunktionale Ventil dosierte Kältemittel in die Leitung für gesättigten Dampf bei einer Temperatur von ungefähr 20°F (–6,7°C). Der Messkolben wurde so eingestellt, um ungefähr 25°F (13,9°C) einer Überhitzung des Dampfs, der in der Saugleitung floss, beizubehalten. Der Kompressor gab unter Druck gesetztes Kältemittel in die Auslassleitung bei einer Kondensier-Temperatur von ungefähr 120°F (48,9°C) und bei einem Druck von ungefähr 172 lbs/in² (118.560 N/m²) ab.
XDX-System – Betrieb bei niedriger Temperatur
Die nominale Betriebstemperatur des Verdampfers war –5°F (–20,5°C) und die nominale Betriebstemperatur des Kondensators war 115°F (46,1°C). Der Verdampfer schaffte eine Kühllast von ungefähr 3000 Btu/hr (21 g cal/s). Das multifunktionale Ventil dosierte ungefähr 2975 ft/min (907 km/min) an Kältemittel in die Leitung für gesättigten Dampf bei einer Temperatur von ungefähr –5°F (–20,5°C). Der Messkolben wurde so eingestellt, um ungefähr 20°F (11,1°C) einer Überhitzung des Dampfs, der in der Saugleitung floss, beizubehalten. Der Kompressor gab ungefähr 2299 ft/min (701 m/min) des unter Druck gesetzten Kältemittels in die Auslassleitung bei einer Kondensier-Temperatur von ungefähr 115°F (46,1°C) und einem Druck von ungefähr 161 lbs/in² (110.977 N/m²) ab. Das XDX-System wurde im Wesentlichen im Betrieb unter niedriger Temperatur wie bei dem Betrieb unter mittlerer Temperatur mit der Ausnahme betrieben, dass die Lüfter in dem Tyler Chest Freezer für 4 Minuten, einem Enteisen folgend, verzögert wurden, um Wärme von der Verdampfer-Wendel zu entfernen und zu ermöglichen, dass Wasser von der Wendel abläuft.
Das XDX-Kältesystem wurde für eine Dauer von ungefähr 24 Stunden bei einem Betrieb unter mittlerer Temperatur und ungefähr 18 Stunden bei einem Betrieb unter niedriger Temperatur betrieben. Die Temperatur der Umgebungsluft innerhalb des Tyler Chest Freezer wurde ungefähr jede Minute während der Test-Periode von 23 Stunden gemessen. Die Luft-Temperatur wurde kontinuierlich während der Test-Periode gemessen, während das Dampf-Kompressions-System sowohl in dem Kühl- bzw. Gefrier-Modus als auch in dem Enteisungs-Modus betrieben wurde. Während der Enteisungs-Zyklen wurde der Kältekreis in einem Enteisungs-Modus betrieben, bis die Temperatur des Messkolbens ungefähr 50°F (10°C) erreichte. Die Temperatur-Messungs-Statistiken sind in Tabelle 1 nachfolgend angegeben.
Herkömmliches System – Betrieb bei mittlerer Temperatur mit elektrischer Enteisung
Der Tyler Chest Freezer, der vorstehend beschrieben ist, wurde mit einer Bypassleitung ausgestattet, die sich zwischen der Kompressor-Auslassleitung und der Saugleitung zum Enteisen erstreckte. Die Bypassleitung war mit einem Solenoid-Ventil ausgestattet, um die Strömung des Kältemittels unter hoher Temperatur in der Leitung abzusperren. Ein elek trisches Heizelement wurde mit Strom anstelle des Solenoids während dieses Tests versorgt. Ein Standard-Expansionsventil wurde unmittelbar benachbart dem Verdampfer-Einlass installiert und der Temperatur-Erfassungskolben wurde an der Saugleitung unmittelbar benachbart dem Verdampfer-Auslass befestigt. Der Erfassungskolben wurde so eingestellt, um ungefähr 6°F (3,33°C) einer Überhitzung des Dampfes, der in der Saugleitung floss, beizubehalten. Vor dem Betrieb wurde das Dampf-Kompressions-System mit ungefähr 48 oz. (1,36 kg) eines Kältemittels R-12 befüllt.
Das herkömmliche Dampf-Kompressions-System wurde für eine Dauer von ungefähr 24 Stunden bei einem Betrieb unter mittlerer Temperatur betrieben. Die Temperatur der Umgebungsluft innerhalb des Tyler Chest Freezers wurde ungefähr jede Minute während der Test-Periode von 24 Stunden gemessen. Die Luft-Temperatur wurde kontinuierlich während der Test-Periode gemessen, während der das Dampf-Kompressions-System in sowohl dem Kälte-Modus bzw. Gefrier-Modus als auch in dem Enteisungs-Modus mit umgekehrter Strömung betrieben wurde. Während der Enteisungs-Zyklen wurde der Kältekreis in dem Enteisungs-Modus betrieben, bis die Temperatur des Erfassungskolbens ungefähr 50°F (10°C) erreichte. Die Temperatur-Messungs-Statistiken sind in Tabelle 1 nachfolgend angegeben.
Herkömmliches System – Betrieb bei mittlerer Temperatur mit Luft-Enteisung
Der Tyler Chest Freezer, der vorstehend beschrieben ist, wurde mit einem Empfänger ausgestattet, um eine geeignete Flüssigkeits-Zuführung zu dem Expansionsventil zu erzielen, und eine Flüssigkeitsleitung-Trocknungseinrichtung wurde installiert, um eine zusätzliche Kältemittel-Umkehr zu ermöglichen. Das Expansionsventil und der Messkolben wurden an denselben Stellen wie in dem Enteisungs-System mit Rückwärts-Strömung, beschrieben vorstehend, positioniert. Der Erfassungskolben wurde so eingestellt, um ungefähr 8°F (4,4°C) einer Überhitzung des Dampfes, der in der Saugleitung floss, beizubehalten. Vor einem Betrieb wurde das Dampf-Kompressions-System mit ungefähr 34 oz. (0,966 kg) eines Kältemittels R-12 befüllt.
Das herkömmliche Dampf-Kompressions-System wurde für eine Dauer von ungefähr 24½ Stunden unter einem Betrieb bei mittlerer Temperatur betrieben. Die Temperatur der Umgebungsluft innerhalb des Tyler Chest Freezer wurde ungefähr jede Minute während der Test-Periode von 24½ Stunden gemessen. Die Luft-Temperatur wurde kontinuierlich während der Test-Periode gemessen, während der das Dampf-Kompressions-System in sowohl dem Kälte- bzw. Gefrier-Modus als auch in dem Luft-Enteisungs-Modus betrieben wurde. Entsprechend der herkömmlichen Praxis wurden vier Enteisungs-Zyklen programmiert, wobei jeder davon ungefähr 36 bis 40 Minuten dauerte. Die Temperatur-Messungs-Statistiken sind in Tabelle 1 nachfolgend angegeben. TABELLE I KÄLTEMITTEL-TEMPERATUREN (°F/°C)

1) ein Enteisungs-Zyklus während einer Test-Periode von 23 Stunden
2) drei Enteisungs-Zyklen währen einer Test-Periode von 24 Stunden

Wie vorstehend dargestellt ist, behält das XDX-Kältesystem, das entsprechend der Erfindung angeordnet ist, eine erwünschte Temperatur innerhalb des Chest-Freezers mit einer geringeren Temperatur-Variation als die herkömmlichen Systeme bei. Die Standard-Abweichung, die Abweichung und der Bereich der Temperatur-Messungen, die während der Test-Periode vorgenommen wurden, sind im Wesentlichen geringer als bei den herkömmlichen Systemen. Dieses Ergebnis gilt für den Betrieb des XBX-Systems bei sowohl mittleren als auch niedrigen Temperaturen.
Während der Enteisungs-Zyklen wurde der Temperatur-Anstieg in dem Chest-Freezer überwacht, um die maximale Temperatur innerhalb der Gefriereinrichtung zu bestimmen. Diese Temperatur sollte so nahe zu der Betriebskälte-Temperatur wie möglich liegen, um ein Verderben der Nahrungsprodukte, die in der Gefriereinrichtung aufbewahrt sind, zu vermeiden. Die maximale Enteisungs-Temperatur für das XDX-System und für die herkömmlichen Systeme ist in Tabelle II nachfolgend dargestellt.
TABELLE II MAXIMALE ENTEISUNGS-TEMPERATUR (°F/°C)
BEISPIEL II
Der Tyler Chest Freezer wurde so konfiguriert, wie es vorstehend beschrieben ist, und wurde weiterhin mit elektrischen Enteisungs-Kreisen ausgestattet. Der Betriebstest bei niedriger Temperatur wurde so ausgeführt, wie dies vorstehend beschrieben ist, und die Zeit, die für die Gefriereinheit benötigt wurde, um zu der Gefrierbetriebs-Temperatur zurückzukehren, wurde gemessen. Ein gesonderter Test wurde dann unter Verwendung des elektrischen Enteisungs-Kreises durchgeführt, um den Verdampfer zu enteisen. Die Zeit, die für das XDX-System und ein elektrisches Enteisungs-System benötigt wurde, um eine Enteisung abzuschließen, und zu dem Betriebs-Sollpunkt von 5°F (–15°C) zurückzukehren, sind in Tabelle III nachfolgend angegeben.

Claims

Vorrichtung zum Koaleszieren der Flüssigkeit, die in einer Flüssigkeit-Dampf-Mischung vorhanden ist, wobei die Vorrichtung aufweist: einen Vorrichtungseinlass (244); einen Vorrichtungsauslass (248); und eine gemeinsame Kammer (246) in einer Strömungsverbindung mit dem Vorrichtungseinlass und dem Vorrichtungsauslass und mit einem ersten Bereich (290), der sich von dem Vorrichtungseinlass zu dem Vorrichtungsauslass erstreckt und einen allgemeinen Strömungsweg von dem Vorrichtungseinlass zu dem Vorrichtungsauslass definiert, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Kammer weiterhin einen zweiten Bereich (295) benachbart dem ersten Bereich und von dem allgemeinen Strömungsweg weg von dem Vorrichtungseinlass zu dem Vorrichtungsauslass aufweist, wobei ein Teil der Flüssigkeit innerhalb der Flüssigkeit-Dampf-Mischung innerhalb des zweiten Bereichs (295) koalesziert und wobei die Flüssigkeit-Dampf-Mischung die gemeinsame Kammer durch den Vorrichtungsauslass (248) als eine Flüssigkeit und ein Dampf, der eine wesentliche Menge der Flüssigkeit getrennt und entfernt von einer wesentlichen Menge des Dampfs besitzt, verlässt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die gemeinsame Kammer eine Breite besitzt, die größer als die Breite des Vorrichtungseinlasses oder des Vorrichtungsauslasses ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vorrichtung weiterhin eine Dosiereinheit (229), positioniert benachbart zu dem Vorrichtungseinlass, aufweist, wobei die Dosiereinheit eine Ventilanordnung zum Regulieren der Strömung des verflüssigten Wärmeübertragungsfluids in die gemeinsame Kammer hinein besitzt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vorrichtung weiterhin einen zweiten Vorrichtungseinlass, verbunden mit der gemeinsamen Kammer, aufweist, wobei der zweite Vorrichtungseinlass so angeordnet ist, um Dampf unter hohem Druck aufzunehmen und den Dampf unter hohem Druck zu der gemeinsamen Kammer zu überführen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die weiterhin eine Dosiereinheit (229), verbunden mit dem Vorrichtungseinlass, aufweist, wobei die Dosiereinheit das Wärmeübertragungsfluid in die gemeinsame Kammer hinein volumetrisch expandiert.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die weiterhin ein Reservoir (305) innerhalb des zweiten Bereichs aufweist, wobei das Reservoir einen Teil des Wärmeübertragungsfluids innerhalb der gemeinsamen Kammer einschließt, um zu ermöglichen, dass die Flüssigkeit koalesziert.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die weiterhin eine Einkerbung (300) benachbart dem Auslass aufweist, wobei die Einkerbung die Menge an Wärmeübertragungsfluid verringert, die die gemeinsame Kammer durch den Vorrichtungsauslass verlassen kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die weiterhin einen zweiten Vorrichtungseinlass (245) aufweist, der einen Fluidzugang für ein heißes Gas schafft, um in die gemeinsame Kammer einzutreten.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vorrichtung einen Teil eines multifunktionalen Ventils (225) bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Bereich eine Länge von nicht mehr als 75% der Länge der gemeinsamen Kammer besitzt.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der erste Bereich eine Länge von nicht mehr als 35% der Länge der gemeinsamen Kammer besitzt.
Strömungsdosiervorrichtung (418), die einen ersten Einlass (461) und einen Auslass (463) besitzt und die Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 aufweist, wobei der Vorrichtungseinlass mit dem ersten Einlass (461) der Strömungsdosiervorrichtung verbunden ist und der Vorrichtungsauslass mit dem Auslass (248) der Strömungsdosiervorrichtung verbunden ist.
Dampfkompressionssystem (410), das aufweist: einen Kompressor (412) zum Erhöhen des Drucks und der Temperatur des Wärmeübertragungsfluids; einen Kondensator (414) zum Verflüssigen des Wärmeübertragungsfluids; einen Verdampfer (416) zum Übertragen von Wärme von der Umgebung, die das Wärmeübertragungsfluid umgibt, wobei der Verdampfer einen Einlass (455) besitzt; die Strömungsdosiervorrichtung nach Anspruch 12; eine Dosiereinheit (449), die einen Einlass (464) und einen Auslass (465) besitzt; eine Leitung für gesättigten Dampf, die den Auslass der Strömungsdosiervorrichtung mit dem Einlass des Verdampfers verbindet; eine Kältemittel-Leitung (456), die den Auslass der Dosiereinheit mit dem Einlass des Verdampfers verbindet; eine gegabelte Flüssigkeitsleitung (422), die den Kondensator mit dem ersten Einlass der Strömungsdosiervorrichtung und dem Einlass der Dosiereinheit verbindet; eine Auslassleitung (420), die den Kompressor mit dem Einlass des Kondensators verbindet; und eine Saugleitung (430), die den Verdampfer mit dem Kompressor verbindet, wobei die Strömung des Wärmeübertragungsfluids von dem Kondensator zu dem Verdampfer so gerichtet ist, um durch entweder die Strömungsdosiervorrichtung oder die Dosiereinheit zu gehen.
Dampfkompressionssystem nach Anspruch 13, das weiterhin einen Temperatursensor (432), befestigt an der Saugleitung und betriebsmäßig mit der Strömungsdosiervorrichtung und der Dosiereinheit verbunden, aufweist.
Dampfkompressionssystem nach Anspruch 14, wobei die Strömungsdosiervorrichtung weiterhin aufweist: einen ersten Durchgangsweg, der mit dem ersten Einlass verbunden ist, wobei der erste Durchgangsweg durch ein erstes Solenoid-Ventil versperrt ist; und ein mechanisches Dosierventil, das in dem ersten Durchgangsweg positioniert ist und durch den Temperatursensor aktiviert wird.
Dampfkompressionssystem nach Anspruch 13 oder 14, das weiterhin einen Sensor (460) zum Überwachen der Zustände der umgebenden Bereiche aufweist.
Dampfkompressionssystem nach Anspruch 16, wobei der erste Einlass der Strömungsdosiervorrichtung durch ein erstes Absperrventil (471) abgesperrt ist, wobei der Einlass der Dosiereinheit durch ein zweites Absperrventil (474) abgesperrt ist, und wobei der Sensor betriebsmäßig mit dem ersten Absperrventil und dem zweiten Absperrventil verbunden ist.
Dampfkompressionssystem nach Anspruch 17, wobei das erste Absperrventil die Strömung des Wärmeübertragungsfluids durch die Strömungsdosiervorrichtung unter Empfangen eines Signals von dem Sensor beendet und das zweite Absperrventil die Strömung des Wärmeübertragungsfluids durch die Dosiereinheit unter Empfang eines Signals von dem Sensor beendet.
Dampfkompressionssystem nach Anspruch 13 oder 14, das weiterhin aufweist: eine Mehrzahl Verdampfer; eine Mehrzahl Strömungsdosiervorrichtungen; eine Mehrzahl Leitungen für gesättigten Dampf, wobei jede Leitung für gesättigten Dampf eine der Mehrzahl der Strömungsdosiervorrichtungen mit einem der Mehrzahl der Verdampfer verbindet; eine Mehrzahl Saugleitungen, wobei jede Saugleitung eine der Mehrzahl der Verdampfer mit dem Kompressor verbindet, wobei jede der Mehrzahl der Saugleitungen einen Temperatursensor, der daran befestigt ist, um ein Signal zu einer ausgewählten einen der Mehrzahl der Strömungsdosiervorrichtungen weiterzuleiten, besitzt.
Dampfkompressionssystem nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei ein Teil der Leitung für gesättigten Dampf eine turbulente Leitung (600) ist, die Vertiefungen (605) auf der Innenfläche der turbulenten Leitung besitzt.
Dampfkompressionssystem nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei ein Teil der Leitung für gesättigten Dampf eine turbulente Leitung ist, um die Strömung des Wärmeübertragungsfluids zu einer turbulenten Strömung umzuwandeln, wobei die turbulente Leitung mindestens eine Vertiefung (605), angeordnet auf der Innenfläche der turbulenten Leitung, aufweist, wobei die mindestens eine Vertiefung dahingehend wirkt, die Strömung des Wärmeübertragungsfluids zu einer turbulenten Strömung umzuwandeln.
Dampfkompressionssystem nach Anspruch 21, wobei ein Auslass der turbulenten Leitung mit dem Einlass eines Verdampfers verbunden ist.
Dampfkompressionssystem nach Anspruch 21, wobei die mindestens eine Vertiefung eine Erhöhung ist, die nach innen zu der Strömung des Wärmeübertragungsfluids vorsteht.
Dampfkompressionssystem nach Anspruch 15, wobei das mechanische Dosierventil eine schnell wirkende Kapillarröhre (500) ist.
Dampfkompressionssystem nach Anspruch 24, wobei die schnell wirkende Kapillarröhre aufweist: einen Einlass, der einen Fluidzugang für ein Wärmeübertragungsfluid zu einer Expansionsleitung bildet, wobei das Wärmeübertragungsfluid in die Expansionsleitung als eine Flüssigkeit eintritt; einen Auslass, der einen Fluidabgang für das Wärmeübertragungsfluid von der Expansionsleitung bildet, wobei das Wärmeübertragungsfluid die Expansionsleitung als eine Flüssigkeit-Dampf-Mischung verlässt; und ein Absperrventil, das mit dem Auslass so verbunden ist, um die Strömung des Wärmeübertragungsfluids durch die schnell wirkende Kapillarröhre zu kontrollieren.
Dampfkompressionssystem nach Anspruch 25, wobei das Absperrventil ein Solenoidventil ist.
Dampfkompressionssystem nach Anspruch 25, wobei das Absperrventil mit dem Einlass des Verdampfers verbunden ist.
Verfahren zum Betreiben eines Dampfkompressionssystems (410), wobei das Verfahren aufweist: Komprimieren eines Wärmeübertragungsfluids auf eine relativ hohe Temperatur und einen hohen Druck in einem Kompressor (412); Fließenlassen des komprimierten Wärmeübertragungsfluids durch eine Auslassleitung zu einem Kondensator (414); Verflüssigen des Wärmeübertragungsfluids in dem Kondensator; Fließenlassen des Wärmeübertragungsfluids von dem Kondensator durch eine gegabelte Flüssigkeitsleitung (422) zu einem ersten Einlass einer Dosiereinheit (449) und dem ersten Einlass der Strömungsdosiervorrichtung (418) nach Anspruch 12; Richten des Wärmeübertragungsfluids so, um durch den Einlass entweder der Dosiereinheit (449) oder der Strömungsdosiervorrichtung (418) zu fließen; Fließenlassen des Wärmeübertragungsfluids von einem Auslass entweder der Dosiereinheit oder der Strömungsdosiervorrichtung zu einem Einlass eines Verdampfers (416); Aufnehmen des Wärmeübertragungsfluids an dem Einlass des Verdampfers; und Zurückführen des Wärmeübertragungsfluids zu dem Kompressor über eine Saugleitung.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei das Verfahren so arbeitet, um die Zustände der umgebenden Umgebungen zu kontrollieren.
Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, wobei das Wärmeübertragungsfluid, das durch den Verdampfer aufgenommen ist, gesättigter Dampf ist.
Verfahren nach Anspruch 29 oder 30, das weiterhin ein Vorsehen eines Sensors (460) in den umgebenden Umgebungen aufweist, um die Zustände der umgebenden Umgebungen zu messen, wobei das Wärmeübertragungsfluid so gerichtet wird, um durch den Einlass entweder der Dosiereinheit oder der Strömungsdosiervorrichtung in Abhängigkeit eines Signals von dem Sensor zu fließen.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei der Sensor die Luftfeuchtigkeit in den umgebenden Umgebungen erfasst.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei das Wärmeübertragungsfluid, das aus der Strömungsdosiervorrichtung austritt, eine Flüssigkeit-Dampf-Mischung mit hoher Qualität bildet, bevor das Wärmeübertragungsfluid in den Verdampfer eintritt.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei das Wärmeübertragungsfluid, das aus der Strömungsdosiervorrichtung austritt, in einem turbulenten Zustand vorliegt, bevor das Wärmeübertragungsfluid in den Verdampfer eintritt.
Verfahren nach Anspruch 34, wobei der gesättigte Dampf im Wesentlichen den Verdampfer füllt und Wärme auf den gesättigten Dampf von den umgebenden Umgebungen übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 34, wobei der gesättigte Dampf im Wesentlichen den Verdampfer füllt.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei das Wärmeübertragungsfluid in den Verdampfer als eine turbulente Strömung eintritt.
Verfahren nach Anspruch 28, das weiterhin aufweist: Fließenlassen des Wärmeübertragungsfluids von dem Auslass der Strömungsdosiervorrichtung durch eine turbulente Leitung (600) zu dem Einlass eines Verdampfers, wobei die turbulente Leitung von einer ausreichenden Länge und einem ausreichenden Durchmesser ist und eine ausreichende Menge an Vertiefungen (605) besitzt, so dass das Wärmeübertragungsfluid in den Verdampfer in einem turbulenten Zustand eintritt.
Verfahren nach Anspruch 28, das weiterhin aufweist: Fließenlassen des Wärmeübertragungsfluids von dem Auslass der Strömungsdosiervorrichtung durch eine turbulente Leitung (600) zu dem Einlass eines Verdampfers, wobei die turbulente Leitung eine Reihe von Vertiefungen (605) aufweist, die ausreichend sind, um die Strömung des Wärmeübertragungsfluids in eine turbulente Strömung zu überführen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der zweite Bereich (i) sich von dem Vorrichtungseinlass (244) zu einer Rückwand (253) der gemeinsamen Kammer hin erstreckt, oder (ii) ein Reservoir (305) aufweist, das entlang einer Bodenfläche der gemeinsamen Kammer angeordnet ist.