DE102015016852A1

DE102015016852A1 - Method for controlling a refrigeration unit with several compressors and refrigeration unit

Info

Publication number: DE102015016852A1
Application number: DE102015016852.5A
Authority: DE
Inventors: Elisabeth Luchini; Martin Kozek; Filip Kitanoski; Florian Schilling
Original assignee: Liebherr Transportation Systems GmbH and Co KG
Current assignee: Liebherr Transportation Systems GmbH and Co KG
Priority date: 2015-12-23
Filing date: 2015-12-23
Publication date: 2017-06-29

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlaggregat mit mindestens zwei Kompressoren, die unabhängig voneinander in einen Ein-Zustand und einen Aus-Zustand versetzbar sind, wobei das Kühlaggregat umfasst: mindestens einen Kältekreis, mindestens ein Mittel zum Beeinflussen der Kälteleistung des Kühlaggregats, wobei das Mittel über einen Wertebereich einstellbar ist, und eine Regeleinheit zum Regeln einer vorbestimmten Kälteleistung durch Ansteuern der mindestens zwei Kompressoren und des mindestens einen Mittels zum Beeinflussen der Kälteleistung, wobei die vorbestimmte Kälteleistung durch mehrere Zustände der mindestens zwei Kompressoren und des mindestens einen Mittels zum Beeinflussen der Kälteleistung erreichbar ist, und die Regeleinheit die Wahl eines Zustands zum Erreichen der vorbestimmten Kälteleistung auf Grundlage eines zu optimierenden Kriteriums trifft.The present invention relates to a refrigeration unit having at least two compressors, which are independently in a on-state and an off-state displaceable, wherein the refrigeration unit comprises: at least one refrigerant circuit, at least one means for influencing the cooling capacity of the refrigeration unit, wherein the means a range of values is adjustable, and a control unit for controlling a predetermined cooling capacity by driving the at least two compressors and the at least one means for influencing the cooling capacity, wherein the predetermined cooling capacity achievable by a plurality of states of the at least two compressors and the at least one means for influencing the cooling capacity is, and the control unit makes the choice of a state for reaching the predetermined cooling capacity based on a criterion to be optimized.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Kühlaggregats mit mehreren Kompressoren sowie ein Kühlaggregat.The present invention relates to a method for controlling a cooling unit with a plurality of compressors and a cooling unit.

Es ist bekannt eine Kältemaschine mit mehreren Kompressoren zu betreiben. Je nachdem welche Kälteleistung benötigt wird, wird eine bestimmte Anzahl von Kompressoren ausgewählt, welche die benötigte Kälteleistung liefern kann. Nachteilhaft an dieser Lösung ist, dass durch Zuschalten von Kompressoren die Kälteleistung sprunghaft ansteigt, bzw. durch Abschalten von einzelnen Kompressoren diese sprunghaft absinkt. Es ist deswegen nur in Ausnahmefällen möglich, die exakt notwendige Kälteleistung zu liefern. Im Ergebnis kann somit die Kälteleistung nur auf diskrete Werte eingestellt werden, was im Regelfall zu einem erhöhten Energieverbrauch des Kälteaggregats führt.It is known to operate a chiller with multiple compressors. Depending on which cooling capacity is required, a certain number of compressors is selected, which can supply the required cooling capacity. The disadvantage of this solution is that by connecting compressors, the cooling capacity increases suddenly, or by switching off individual compressors it drops abruptly. It is therefore possible only in exceptional cases, to deliver the exact necessary cooling capacity. As a result, the cooling capacity can thus only be set to discrete values, which as a rule leads to an increased energy consumption of the refrigeration unit.

Der vorbeschriebene Gegenstand wird beispielsweise durch die US 4,384,462 offenbart.The above-described object is exemplified by the US 4,384,462 disclosed.

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu überwinden und ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Regelung von Kühlaggregaten sowie ein Kühlaggregat an sich zu schaffen, welches bei genauer Lieferung einer vorgegebenen Kälteleistung bei gleichzeitiger Optimierung von Energieverbrauch, Verschleiß oder Geräuschentwicklung, betrieben werden kann.It is the object of the present invention to overcome the known from the prior art drawbacks and to provide a method and apparatus for controlling cooling units and a refrigeration unit per se, which with accurate delivery of a given cooling capacity while optimizing energy consumption, wear or noise, can be operated.

Dies gelingt mit einem Kühlaggregat, das die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst. Hierbei wird ein Kühlaggregat mit mindestens einem Kältekreis beschrieben, wobei das Kühlaggregat mindestens zwei Kompressoren, die unabhängig voneinander in einen Ein-Zustand und einen Aus-Zustand versetzbar sind, und mindestens ein Mittel zur Beeinflussung der Kälteleistung des Kühlaggregats, wobei das Mittel über einen Wertebereich diskret oder stufenlos einstellbar ist, und eine Regeleinheit zum Regeln einer vorbestimmten Kälteleistung durch Ansteuern der mindestens zwei Kompressoren und des Mittels zur Beeinflussung der Kälteleistung umfasst. Das Kühlaggregat ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmt Kälteleistung durch mehrere Zustände oder Zustandskombinationen der mindestens zwei Kompressoren und des Mittels zur Beeinflussung der Kälteleistung erreichbar ist, und die Regeleinheit die Wahl eines Zustands zum Erreichen der vorbestimmten Kälteleistung auf Grundlage eines zu optimierenden Kriteriums trifft. Stufenlose Einstellung bedeutet hier im Gesamtkontext auch fein gestuft, d. h. quasi stufenlos.This is achieved with a cooling unit comprising the features of claim 1. In this case, a refrigeration unit is described with at least one refrigerant circuit, wherein the cooling unit at least two compressors which are independently displaceable in an on state and an off state, and at least one means for influencing the cooling capacity of the refrigeration unit, wherein the means over a range of values is discretely or continuously adjustable, and a control unit for regulating a predetermined cooling capacity by driving the at least two compressors and the means for influencing the cooling capacity comprises. The refrigeration unit is further characterized in that the predetermined refrigeration capacity can be achieved by a plurality of states or combinations of states of the at least two compressors and the means for influencing the refrigeration capacity, and the control unit makes the selection of a state for reaching the predetermined refrigeration capacity on the basis of a criterion to be optimized. Infinite adjustment here also means finely graded in the overall context, d. H. almost stepless.

Dadurch ist es möglich, die vorbestimmte Kälteleistung zur Verfügung zu stellen und gleichzeitig die Kälteleistung mit Hinblick auf das zu optimierende Kriterium zu erfüllen.This makes it possible to provide the predetermined cooling capacity and at the same time to meet the cooling capacity with regard to the criterion to be optimized.

Nach einer optionalen Fortbildung der Erfindung sind die mindestens zwei Kompressoren parallel in einen gemeinsamen Kältekreislauf und/oder in voneinander separaten Kältekreisläufen angeordnet. Zudem ist möglich, dass das Mittel zur Beeinflussung der Kälteleistung des Kühlaggregats in nur einem Kältekreislauf oder jeweils in sämtlichen Kältekreisläufen des Kühlaggregats vorhanden ist.According to an optional further development of the invention, the at least two compressors are arranged in parallel in a common refrigeration circuit and / or in separate refrigeration circuits. It is also possible that the means for influencing the cooling capacity of the cooling unit is present in only one refrigeration cycle or in each case in all refrigeration circuits of the refrigeration unit.

Vorzugsweise ist das Mittel zur stufenlosen Beeinflussung der Kälteleistung des Kühlaggregats ein regelbares Expansionsventil, ein drehzahlvariabler Antrieb für jeden der mindestens zwei Kompressoren und/oder ein drehzahlvariabler Lüfter, wobei vorzugsweise der drehzahlvariable Lüfter bei einem Kondensator und/oder einem Verdampfer angeordnet sein kann.Preferably, the means for continuously influencing the cooling capacity of the cooling unit is a controllable expansion valve, a variable speed drive for each of the at least two compressors and / or a variable speed fan, wherein preferably the variable speed fan can be arranged at a condenser and / or an evaporator.

Durch das Mittel zur stufenlosen Beeinflussung der Kälteleistung des Kühlaggregats ist im Unterschied zur Zu- bzw. Abschaltung eines Kompressors eine stufenlose Feineinstellung der Kälteleistung möglich. Von daher wird das Mittel zur stufenlosen Beeinflussung der Kälteleistung im Verlauf dieser Offenbarung auch als kontinuierliche Variable bezeichnet, wohingegen das Zu- bzw. Abschalten von Kompressoren und/oder ganzen Kältekreisen als diskrete Variable bezeichnet wird.By the means for continuously influencing the cooling capacity of the cooling unit, in contrast to the connection or disconnection of a compressor, a stepless fine adjustment of the cooling capacity is possible. Therefore, in the course of this disclosure, the means for steplessly influencing the refrigerating capacity is also referred to as a continuous variable, whereas the switching on and off of compressors and / or entire refrigerating circuits is referred to as a discrete variable.

Eine weitere optionale Modifikation der Erfindung ist das Merkmal, nach dem das Kälteaggregat mehrere Kältekreisläufe mit je mindestens einem Mittel zur stufenlosen Beeinflussung der Kälteleistung des Kühlaggregats in Form eines regelbaren Expansionsventils umfasst.Another optional modification of the invention is the feature according to which the refrigeration unit comprises a plurality of refrigeration circuits each having at least one means for steplessly influencing the refrigeration capacity of the refrigeration unit in the form of a controllable expansion valve.

Dabei ist möglich, dass jeder vorhandene Kältekreis mindestens ein separates Expansionsventil umfasst.It is possible that each existing cooling circuit comprises at least one separate expansion valve.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Kälteaggregat einen Verbrennungsmotor, der dazu ausgelegt ist, einen Generator zum Bereitstellen der Antriebsleistung der mindestens zwei Kompressoren, sowie der weiteren elektrischen Verbraucher anzutreiben.According to a further embodiment, the refrigeration unit according to the invention comprises an internal combustion engine which is designed to drive a generator for providing the drive power of the at least two compressors, as well as the further electrical consumers.

Zudem ist möglich, dass das Kälteaggregat eine Energiequelle zum Bereitstellen der Antriebsleistung der mindestens zwei Kompressoren in Form von Batterien, einer Brennstoffzelle und/oder Solarzellen umfasst.It is also possible that the refrigeration unit comprises an energy source for providing the drive power of the at least two compressors in the form of batteries, a fuel cell and / or solar cells.

Vorzugsweise ist das zu optimierende Kriterium, auf dessen Grundlage die Regeleinheit die Wahl eines Zustands zum Erreichen der vorgegebenen Kälteleistung trifft, die Einschalthäufigkeit der Kompressoren oder Lüfter (bzw. prinzipiell aller Aktuatoren), eine Verbrauchsminimierung der Antriebsenergie des Kälteaggregats, eine Geräuschminimierung, die gleichmäßige Auslastung der verschiedenen Kompressoren oder Kältekreise entsprechend einem Verschleißzustand oder eine beliebige Kombination der vorgenannten Kriterien.Preferably, the criterion to be optimized, on the basis of which the control unit makes the selection of a state for reaching the predetermined cooling capacity, is the switch-on frequency of Compressors or fans (or in principle all actuators), a reduction in consumption of the drive energy of the refrigeration unit, a noise minimization, the uniform utilization of the various compressors or refrigerant circuits corresponding to a state of wear or any combination of the aforementioned criteria.

Dadurch wird gewährleistet, dass je nach gewähltem Kriterium beim Betreiben des beanspruchten Kälteaggregats dieses hinsichtlich des gewählten Kriteriums optimal geregelt wird. Ist es z. B. gewünscht, den Verbrauch des Kälteaggregats zu minimieren, wird entsprechend nach diesem Kriterium geregelt. Soll hingegen die Gesamtlebensdauer des Kälteaggregats als Kriterium gewählt werden, erfolgt eine entsprechend andere Regelung des Aggregats, die unter Umständen zu einem nicht energieeffizienten Betrieb führt. Dabei kann die Wahl des Kriteriums, nach dem geregelt werden soll auch während des Betreibens des Kühlaggregats geändert werden.This ensures that, depending on the selected criterion when operating the claimed refrigeration unit this is optimally regulated with respect to the selected criterion. Is it z. B. desired to minimize the consumption of the refrigeration unit, is regulated according to this criterion. If, on the other hand, the overall service life of the refrigeration unit is to be selected as a criterion, a correspondingly different regulation of the unit takes place, which under certain circumstances leads to a non-energy-efficient operation. In this case, the choice of the criterion to be regulated according to also be changed during operation of the cooling unit.

Darüber hinaus ist möglich, dass das zu optimierende Kriterium eine Kombination mehrerer Kriterien, die durch Gewichtungsfaktoren gewichtet sind, ist. Dadurch lassen sich auch normalerweise nicht gleichzeitig zu erreichender Kriterien in einem vernünftigen Verhältnis berücksichtigen und bevorzugte Kriterienabwägungen definieren.Moreover, it is possible that the criterion to be optimized is a combination of several criteria that are weighted by weighting factors. As a result, criteria that are not normally achievable at the same time can be reasonably taken into account and define preferred criteria considerations.

Vorzugsweise ist durch das unabhängige Versetzen der mindestens zwei Kompressoren in einen Ein-Zustand und einen Aus-Zustand die Kälteleistung des Kühlaggregats in Stufen einstellbar, und durch das Einstellen des Mittels zur Beeinflussung der Kälteleistung des Kühlaggregats die Kälteleistung des Kühlaggregats stufenlos einstellbar. Durch die Kombination der in Stufen einstellbaren und der stufenlos einstellbaren Kälteleistung gibt es verschiedene Variationen von Einstellmöglichkeiten, mit denen dieselbe Kälteleistung erreicht werden kann. So ist beispielsweise möglich, dass bei Betrieb von zwei Kompressoren in einem Kältekreis und einem sehr gering eingestellten stufenlos regelbaren Mittel zur Beeinflussung der Kälteleistung des Kühlaggregats bzw. des entsprechenden Kältekreises dieselbe Kälteleistung erreicht wird, die mit dem Betrieb von genau einem Kompressor und einem sehr hoch eingestellten Mittel zur stufenlosen Beeinflussung der Kälteleistung des Kühlaggregats bzw. des entsprechenden Kältekreises erzielt wird.Preferably, by the independent displacement of the at least two compressors in an on-state and an off-state, the cooling capacity of the cooling unit in stages adjustable, and by adjusting the means for influencing the cooling capacity of the cooling unit, the cooling capacity of the cooling unit continuously adjustable. The combination of the adjustable and infinitely adjustable cooling capacities offers different variations of adjustment options, which allow the same cooling capacity to be achieved. Thus, for example, it is possible that when operating two compressors in a refrigeration circuit and a very small set infinitely variable means for influencing the cooling capacity of the cooling unit or the corresponding refrigeration circuit the same cooling capacity is achieved with the operation of exactly one compressor and a very high set means for continuously influencing the cooling capacity of the cooling unit or the corresponding cooling circuit is achieved.

Zudem beschreibt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Regeln eines Kühlaggregats das mindestens einem Kältekreis, mindestens zwei Kompressoren, die unabhängig voneinander in einen Ein-Zustand und einen Aus-Zustand versetzbar sind und ein Mittel zur stufenlosen Beeinflussung der Kälteleistung des Kühlaggregats umfasst, wobei in dem Verfahren eine vorbestimmte Kälteleistung durch Ansteuern der mindestens zwei Kompressoren und des Mittels zur Beeinflussung der Kälteleistung erreicht wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Kälteleistung durch mehrere Zustände der mindestens zwei Kompressoren und des Mittels zur Beeinflussung der Kälteleistung erreichbar ist und die Wahl eines Zustands zum Erreichen der vorbestimmten Kälteleistung auf Grundlage eines zu optimierenden Kriteriums getroffen wird.In addition, the present invention describes a method for controlling a refrigeration unit, the at least one refrigeration circuit, at least two compressors, which are independently displaceable in an on-state and an off-state and a means for continuously influencing the cooling capacity of the refrigeration unit, wherein in the Method a predetermined cooling capacity is achieved by driving the at least two compressors and the means for influencing the cooling capacity. The method is characterized in that the predetermined cooling capacity can be achieved by a plurality of states of the at least two compressors and the means for influencing the cooling capacity and the choice of a state for reaching the predetermined cooling capacity is made on the basis of a criterion to be optimized.

Vorzugsweise stellen bei der Betrachtung bzw. Regelung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren oder der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Ein- und Aus-Zustände der mindestens zwei Kompressoren eine diskrete Variable und das Mittel zum stufenlosen Beeinflussen der Kälteleistung eine kontinuierliche Variable dar, bei deren Kombination die vorbestimmte Kälteleistung mit verschiedenen Zuständen der diskreten Variable und der kontinuierlichen Variable erreichbar ist.Preferably, in the consideration or regulation of the inventive method or apparatus according to the invention, the on and off states of the at least two compressors a discrete variable and the means for continuously influencing the cooling capacity is a continuous variable, in the combination of the predetermined cooling capacity with different states of the discrete variable and the continuous variable.

Dadurch, dass es mehrere Möglichkeiten gibt, die vorbestimmte Kälteleistung zu erreichen, gibt es einen Freiheitsgrad der gemäß einem Kriterium optimiert werden kann.There are several ways to achieve the predetermined cooling capacity, there is a degree of freedom that can be optimized according to a criterion.

Vorzugsweise ist das zu optimierende Kriterium, auf dessen Grundlage die Wahl eines Zustand zum Erreichen der vorbestimmten Kälteleistung getroffen wird, die Ein-/Ausschalthäufigkeit der Kompressoren, eine Verbrauchsminimierung einer Antriebsenergie des Kälteaggregats, eine Geräuschminimierung, die gleichmäßige Auslastung der verschiedenen Kompressoren entsprechend einem Verschleißzustand oder eine beliebige Kombination der vorgenannten Kriterien, wobei ein Kriterium auch eine Kombination mehrerer Kriterien sein kann, die mit einem Gewichtungsfaktor gewichtet werden.Preferably, the criterion to be optimized on the basis of which the selection of a state for reaching the predetermined refrigeration capacity is made, the on / off frequency of the compressors, a consumption minimization of a drive energy of the refrigeration unit, a noise minimization, the uniform utilization of the various compressors according to a state of wear or any combination of the aforementioned criteria, where a criterion may also be a combination of several criteria weighted by a weighting factor.

Nach einer optionalen Weiterbildung der Erfindung wird die Wahl eines Zustands zum Erreichen der vorbestimmten Kälteleistung aufgrund eines zu optimierenden Kriteriums mit Hilfe von drei hierarchischen Schritten erreicht.According to an optional development of the invention, the selection of a state for achieving the predetermined cooling capacity is achieved on the basis of a criterion to be optimized by means of three hierarchical steps.

Zuerst wird eine geeignete Variante aus den möglichen Kombinationen ausgewählt, die sich aus einer Anzahl der mindestens zwei Kompressoren ergibt, die in einem gemeinsamen und/oder in voneinander separaten Kältekreisen angeordnet sein können, und dabei die vorbestimmte Kälteleistung erzielen können.First, a suitable variant is selected from the possible combinations that result from a number of the at least two compressors, which may be arranged in a common and / or separate cooling circuits, and thereby achieve the predetermined cooling capacity.

Danach wird das Mittel zur stufenlosen Beeinflussung der Kälteleistung des Kühlaggregats für jeden der mindestens einen Kältekreisläufe eingestellt, wobei vorzugsweise jeder Kältekreislauf mindestens eines dieser Mittel umfasst.Thereafter, the means for continuously influencing the cooling capacity of the cooling unit is set for each of the at least one refrigeration cycle, wherein preferably each refrigeration cycle comprises at least one of these means.

Nach Abschluss dieses Schritts werden nun die spezifischen Kompressoren für das Erfüllen der gewählten Variante ausgesucht. Upon completion of this step, the specific compressors will be selected to meet the chosen variant.

Nach einer vorteilhaften Gestaltung der Erfindung kann jeder der drei Schritte (Auswahl der Variante, Auswahl der Ventilstellung, Auswahl der Kompressoren für die gewünschte Variante) nach einem jeweiligen Kriterium entschieden werden. Dabei kann das Kriterium bei den Schritten gleich oder unterschiedlich sein.According to an advantageous embodiment of the invention, each of the three steps (selection of the variant, selection of the valve position, selection of the compressors for the desired variant) can be decided according to a respective criterion. The criterion for the steps may be the same or different.

Die Erfindung umfasst zudem ein Kälteaggregat nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, das nach einem der vorstehend beschriebenen Verfahren betrieben wird.The invention also includes a refrigeration unit according to one of the embodiments described above, which is operated according to one of the methods described above.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand einer Beschreibung der nachfolgenden Figuren erläutert. Es zeigen:Further advantages and features of the present invention will be explained with reference to a description of the following figures. Show it:

1: Die Darstellung von zwei oder mehreren parallelen Kältekreisen mit jeweils zwei oder mehreren parallel angeordneten Kompressoren, 1 : The representation of two or more parallel refrigeration circuits, each with two or more compressors arranged in parallel,

2: ein Schaubild zur Darstellung der verschiedenen Varianten anhand von drei Kältekreisläufen mit jeweils zwei Kompressoren gleicher Leistung, 2 : a diagram illustrating the different variants based on three refrigeration cycles with two compressors of the same power,

3: ein Diagramm der möglichen Kälteleistungen eines Kälteaggregats mit drei Kältekreisen, die jeweils zwei Kompressoren aufweisen, durch Variation des Mittels, 3 FIG. 2: a diagram of the possible cooling capacities of a cooling unit with three cooling circuits, each having two compressors, by variation of the means, FIG.

4: ein Diagramm zur Darstellung eines Kälteleistungsbereichs eines Kältekreislaufs, der genau ein Mittel zur stufenlosen Beeinflussung der Kälteleistung umfasst. 4 : A diagram illustrating a refrigeration capacity of a refrigeration cycle, which includes exactly one means for continuously influencing the refrigerating capacity.

5: eine Darstellung der Kälteleistung über einen Wertebereich der Mittel zur Beeinflussung der Kälteleistung, in der auch ein Optimierungskriterium eingetragen ist, 5 a representation of the cooling capacity over a range of values of the means for influencing the cooling capacity, in which an optimization criterion is also entered,

6: ein Schaubild zur grafischen Darstellung welcher Kompressor aus der aus 2 bekannten Konfiguration unter der Prämisse, dass genau ein Kompressor benötigt wird, gewählt werden kann, und 6 : a graph to graph which compressor out of the 2 known configuration under the premise that exactly one compressor is needed, and can be chosen

7: eine Darstellung zur Illustration welcher der spezifischen Kompressoren bei einer bereits gewählten Variante unter Beachtung eines bestimmten Kriteriums gewählt wird. 7 : A representation for the illustration of which of the specific compressors is selected in a variant already selected taking into account a certain criterion.

1 zeigt drei von beliebig vielen parallelen Kältekreisen 4 für ein Kühlaggregat 1. Jeder der Kältekreise 4 umfasst mindestens zwei Kompressoren 2 und zeigt beispielhaft ein Mittel 3 zur Beeinflussung der Kälteleistung des Kühlaggregats 1. 1 shows three of any number of parallel cooling circuits 4 for a refrigeration unit 1 , Each of the refrigeration circuits 4 includes at least two compressors 2 and shows by way of example a means 3 for influencing the cooling capacity of the cooling unit 1 ,

Durch die vorliegende Erfindung gelingt es, eine benötigte oder vorbestimmte Kälteleistung bei unterschiedlichen Bedingungen zur Verfügung zu stellen. Dafür stehen ein oder mehrere parallele Kältekreise 4 zur Verfügung. Jeder Kältekreis 4 verfügt über einen oder mehrere Kompressoren 2, die über eine variable Drehzahl angesteuert werden können. Zudem können die Kompressoren 2 unabhängig voneinander gestartet werden. In der 1 ist das Mittel 3 zur Beeinflussung der Kälteleistung ein Expansionsventil, das kontinuierlich gesteuert werden kann und dazu geeignet ist, die Kälteleistung stufenlos einzustellen.By the present invention, it is possible to provide a required or predetermined cooling capacity under different conditions. There are one or more parallel cooling circuits 4 to disposal. Every refrigeration circuit 4 has one or more compressors 2 , which can be controlled via a variable speed. In addition, the compressors 2 be started independently of each other. In the 1 is the means 3 to influence the refrigeration capacity, an expansion valve, which can be continuously controlled and is suitable for infinitely variable adjustment of the refrigerating capacity.

Durch das Regulieren des Massenstroms am Ventil 3 können verschiedene Kälteleistungen kontinuierlich variiert werden. Je mehr Kompressoren 2 im selben Kältekreislauf 4 parallel laufen, desto größer ist die Kälteleistung. Durch die Verwendung von mehreren Kältekreisläufen 4 mit mehreren parallelen Kompressoren 2 ergeben sich unterschiedliche Varianten für die Realisierung der Kälteleistung, was im Teillastbetrieb von Vorteil ist.By regulating the mass flow at the valve 3, different refrigerating capacities can be continuously varied. The more compressors 2 in the same refrigeration cycle 4 run parallel, the greater the cooling capacity. By using multiple refrigeration circuits 4 with several parallel compressors 2 There are different variants for the realization of the cooling capacity, which is advantageous in part-load operation.

Durch die mögliche Anzahl und die Kombination der vorhandenen Kompressoren 2, die variiert werden können, ergeben sich verschiedene Varianten, welche abhängig von der kontinuierlichen Ventilstellung verschiedene Kälteleistungsbereiche ermöglichen. Darüber hinaus hängen die Kälteleistungsbereiche noch von weiteren Einflussgrößen wie beispielsweise der Umgebungstemperatur, der Raumtemperatur, dem Volumenstrom oder ähnlichem ab.By the possible number and the combination of existing compressors 2 , which can be varied, there are different variants, which allow different cooling capacity ranges depending on the continuous valve position. In addition, the refrigeration capacity ranges depend on other factors such as the ambient temperature, the room temperature, the flow rate or the like.

Als Basis für alle möglichen Varianten, welche sich durch die Anzahl der verfügbaren Kompressoren 2 ergeben, werden die realisierbaren Kälteleistungsbereiche festgelegt. Ein solches Diagramm ist in 3 abgebildet. Dieses Diagramm wird als Grundentscheidung für die Wahl der Variante für ein bestimmtes Optimierungskriterium verwendet.As a basis for all possible variants, which are characterized by the number of available compressors 2 result, the achievable cooling capacity ranges are set. Such a diagram is in 3 displayed. This diagram is used as the basic decision for choosing the variant for a specific optimization criterion.

2 zeigt alle möglichen Varianten bei der Verwendung von drei Kältekreisläufen 4 mit jeweils zwei Kompressoren 2 gleicher Leistung. Man erkennt, dass durch diese Anordnung insgesamt zehn unterschiedliche Varianten möglich sind, die jeweils zehn verschiedene Kälteleistungsbereiche abdecken, vgl. 3. Dabei werden mit KK1, KK2 und KK3 die drei vorhandenen Kältekreisläufe bezeichnet, wobei die Varianten nicht ausschließlich mit den abgebildeten Ein-CMPs verwendet werden, sondern die Entscheidung, welche CMMPs die Variante abbilden, abhängig vom Optimierungskriterium festgelegt wird. Ein entsprechendes Beispiel ist in 6 dargestellt. Wie bereits vorstehend gesagt, weist jeder der Kreisläufe zwei parallel angeordnete Kompressoren auf. 2 shows all possible variants when using three refrigeration cycles 4 each with two compressors 2 same power. It can be seen that a total of ten different variants are possible by this arrangement, each covering ten different cooling capacity ranges, see. 3 , KK1, KK2 and KK3 are used to describe the three existing refrigeration cycles, whereby the variants are not used exclusively with the one-CMPs depicted, but the decision as to which CMMPs map the variant depends on the optimization criterion. A corresponding example is in 6 shown. As already stated above, each of the circuits has two compressors arranged in parallel.

In 3 erkennt man die Kälteleistungsbereiche der verschiedenen in 2 dargestellten Varianten. Durch das Verändern der Einflussgrößen, wie bspw. das Mittel (3) zur Beeinflussung der Kälteleistung, verändern sich die Kälteleistungen im Diagramm entsprechend. Entlang der X-Achse ist die Kälteleistung aufgetragen, wohingegen entlang der Y-Achse die elektrische Antriebsleistung dargestellt ist. Jede einzelne dieser Linien entspricht dabei einer Variante. In 3 you can see the cooling capacity ranges of the different in 2 variants shown. By changing the influencing variables, such as the means ( 3 ) for influencing the cooling capacity, the cooling capacities in the diagram change accordingly. Along the X-axis, the cooling capacity is plotted, whereas along the Y-axis, the electrical drive power is shown. Each of these lines corresponds to a variant.

Der Startpunkt und Endpunkt der Linien entsprechen jeweils der kleinsten bzw. der größten Stellung des Mittels zur stufenlosen Beeinflussung der Kälteleistung des Kühlaggregats. Im vorgenannten Ausführungsbeispiel kann dies eine Ventilstellung eines Expansionventils sein. Dabei kann es von Vorteil sein, die Ventilstellung bzw. den Bereich, in dem das Mittel zur Beeinflussung der Kälteleistung variierbar ist, in einem eingeschränkten Bereich zu definieren, um die Robustheit der Methode zu gewährleisten. Wie man aus 3 entnehmen kann, kommt es zu Überlappungen der einzelnen Kälteleistungsbereiche in der Kälteleistung. Dieser Freiheitsgrad bei der Auswahl der Kombination wird genutzt, um verschiedene Kriterien zu erfüllen. Diese Kriterien können die Lebensdauer, der Verbrauch-, die Geräuschminimierung oder dergleichen sein. Auch eine Kombination mehrerer Kriterien durch Gewichtungsfaktoren kann realisiert werden.The starting point and end point of the lines respectively correspond to the smallest and the largest position of the means for continuously influencing the cooling capacity of the cooling unit. In the aforementioned embodiment, this may be a valve position of an expansion valve. It may be advantageous to define the valve position or the region in which the means for influencing the cooling capacity can be varied within a restricted range in order to ensure the robustness of the method. How to get out 3 can take, it comes to overlaps of the individual cooling capacity ranges in the cooling capacity. This degree of freedom in selecting the combination is used to meet various criteria. These criteria may be life, consumption, noise minimization or the like. A combination of several criteria by weighting factors can be realized.

Ist bspw. eine Kälteleistung erforderlich, die in 3 mit A gekennzeichnet ist, kommt als Variante die 110 oder die 200 in Frage. Die Variante 110 beschreibt dabei die Konfiguration, in der jeweils genau ein Kompressor in zwei von insgesamt 3 Kältekreisen in einem Ein-Zustand befindlich ist. Die Variante 200 beschreibt die Konfiguration, in der der Betrieb von genau zwei Kompressoren in einem Kältekreis dargestellt ist, wobei die beiden Kompressoren in einem Ein-Zustand befindlich sind. Somit hat man bereits bei der Bestimmung der Variante einen gewissen Freiheitsgrad, dessen Auflösung nach einem Kriterium erfolgt.Is, for example, a cooling capacity required in 3 is marked with A, comes as a variant of the 110 or 200 in question. Variant 110 describes the configuration in which exactly one compressor in each case is located in two of a total of three cooling circuits in an on-state. Variation 200 describes the configuration which illustrates the operation of exactly two compressors in a refrigeration circuit, with the two compressors in an on state. Thus, one already has a certain degree of freedom when determining the variant, the resolution of which is based on a criterion.

Zusätzlich kann das in 3 dargestellte Diagramm durch Verschmutzung des Verdampfers/Kondensators, Verschleiß am Kompressor, Kältemittelverlust oder dergleichen durch Adaption jeder Zeit angepasst werden.In addition, the in 3 Diagram shown by contamination of the evaporator / condenser, wear on the compressor, loss of refrigerant or the like can be adjusted by adapting each time.

Nach Auswahl der Variante, die vorzugsweise auf Grundlage eines Kriterium getroffen worden ist und die für die vorbestimmte Kälteleistung geeignet ist und entsprechend einem gewünschten Kriterium gewählt worden ist, wird die Stellung des Mittels zum stufenlosen Beeinflussen der Kälteleistung des Kühlaggregats bestimmt. Der mögliche Kälteleistungsbereich wird durch diese kontinuierliche Stellgröße (in 1 ist dies das Expansionsventil 3) definiert. So entspricht bei Verwendung von nur einem Kältekreis jede Kälteleistung genau einer Ventilstellung eines Expansionsventils, wodurch diese eindeutig festgelegt ist. Eine solche Konfiguration ist in 4 grafisch dargestellt. Hierbei ist auf der X-Achse die Ventilstellung aufgetragen, auf der Y-Achse die Kälteleistung.After selecting the variant, which has preferably been made on the basis of a criterion and which is suitable for the predetermined cooling capacity and has been selected according to a desired criterion, the position of the means for continuously influencing the cooling capacity of the cooling unit is determined. The possible cooling capacity range is determined by this continuous control value (in 1 this is the expansion valve 3) defined. Thus, when using only one refrigerant circuit, each refrigeration capacity corresponds exactly to a valve position of an expansion valve, whereby this is clearly defined. Such a configuration is in 4 shown graphically. Here, the valve position is plotted on the X-axis, and the cooling capacity on the Y-axis.

Wenn jedoch mehrere Kältekreisläufe in Betrieb genommen werden, gibt es eine Vielzahl von verschiedenen Einstellungen des stufenlos einstellbaren Mittels zur Beeinflussung der Kälteleistung (z. B. Expansionsventil), die eingestellt werden müssen. Trägt man beispielsweise die Kälteleistung über die Ventilstellungen auf, erkennt man, wie in 5 dargestellt, dass mehrere Ventilstellungskombinationen dieselbe Kälteleistung liefern. Um die optimalen Ventilstellungen zu bestimmen, kann beispielsweise der so genannte „COP” (Coefficient of Perfomance) der Kälteanlage herangezogen werden. In dem COP sind die Ventilstellungen des ersten Kühlkreises und des zweiten Kühlkreises so eingestellt, dass das Verhältnis von erzeugter Kälteleistung zur eingesetzten elektrischen Leistung der Kompressoren optimal aufeinander abgestimmt ist. Um eine möglichst effiziente Ventilstellung zu verwenden, werden jene Stellungen mit dem größten COP verwendet.However, when multiple refrigeration circuits are put into operation, there are a variety of different settings of the infinitely variable refrigerant flow control means (eg, expansion valve) that need to be adjusted. If, for example, you apply the cooling capacity via the valve positions, you can see how in 5 shown that several valve position combinations provide the same cooling capacity. In order to determine the optimal valve positions, for example, the so-called "COP" (coefficient of performance) of the refrigeration system can be used. In the COP, the valve positions of the first cooling circuit and the second cooling circuit are set so that the ratio of generated cooling capacity to the electrical power of the compressors used optimally matched. In order to use the most efficient valve position, those positions with the largest COP are used.

In 5 kennzeichnet die X-Achse und die Y-Achse die Ventilstellungen von zwei Kältekreisläufen bei der Variante 120. Die durchgezogenen Geraden zeigen Höhenschichtlinien konstanter Kälteleistung, wohingegen die gestrichelten Linien Höhenschichtlinien mit konstanten COP darstellen. Dabei ist von Vorteil, wenn jene Ventilstellungen verwendet werden, welche für die gegebene Kälteleistung den größten COP aufweisen. Um diese Kombination zu bestimmten, wird ein Optimierungsproblem mit Nebenbedingungen und Beschränkungen gelöst. Das Optimierungsproblem kann offline für alle möglichen Kombinationen durchgeführt und abgespeichert werden, wodurch keine CPU-Leistung während des Betriebs des Kälteaggregats benötigt wird.In 5 the X-axis and the Y-axis indicate the valve positions of two refrigeration cycles in variant 120. The solid lines show height-layer lines of constant refrigeration power, whereas the dashed lines represent height-layer lines with constant COP. It is advantageous if those valve positions are used, which have the largest COP for the given cooling capacity. To determine this combination, an optimization problem with constraints and constraints is resolved. The optimization problem can be performed and stored offline for all possible combinations, thus requiring no CPU power during operation of the refrigeration unit.

Nachdem die Variante und die dazugehörige Ventilstellung hinsichtlich eines gemeinsamen Kriteriums oder verschiedener Kriterien bestimmt worden sind, muss nun noch bestimmt werden, mit welchen spezifischen Kompressoren die Variante gefahren werden soll. Für das bereits oben näher erwähnte Beispiel mit drei Kältekreisläufen und jeweils zwei Kompressoren ergeben sich für die Kombination 100, gemäß der genau ein Kompressor in genau einem Kältekreis in einem Ein-Zustand befindlich sein soll, sechs verschiedene Möglichkeiten. 6 gibt eine Übersicht der verschiedenen Möglichkeiten in grafischer Form. Für die in 2 dargestellten Varianten ergeben sich insgesamt 64 verschiedene Möglichkeiten.After the variant and the associated valve position have been determined with regard to a common criterion or various criteria, it now has to be determined with which specific compressors the variant is to be driven. For the example mentioned above in more detail with three refrigeration circuits and two compressors in each case, there are six different possibilities for the combination 100 according to which exactly one compressor should be located in exactly one refrigeration circuit in an on-state. 6 gives an overview of the different possibilities in graphic form. For the in 2 shown variants result in a total of 64 different possibilities.

Oberstes Kriterium bei der Auswahl der spezifischen Kompressoren kann beispielsweise das Minimieren der Ein- und Ausschaltzyklen aller Kompressoren sein. Sollten verschiedene Kombinationen zur selben Anzahl von Schaltzyklen führen, wird unter Berücksichtigung der Latenzzeiten versucht, die Betriebsstunden der einzelnen Kompressoren auszugleichen. Unter Latenzzeiten sind die Mindesteinschaltzeit und die Mindeststillstandzeit der Kompressoren gemeint. The top criterion in the selection of specific compressors may be, for example, minimizing the on and off cycles of all compressors. If different combinations lead to the same number of switching cycles, the latency times will be used to compensate for the operating hours of the individual compressors. Latency times are the minimum on-time and the minimum downtime of the compressors.

Ein Beispiel für dieses Kriterium ist in 7 angegebenen. Die obere Zeile stellt dabei zwei verschiedene Ausgangszustände dar. Links oben läuft kein Kompressor, rechts oben läuft der zweite Kompressor des ersten Kältekreislaufs KK1.An example of this criterion is in 7 specified. The upper line represents two different output states. No compressor runs on the top left, the second compressor of the first refrigeration circuit KK1 runs on the top right.

Ist als neuer Zustand gefordert bzw. ergab die Wahl der Variante, dass zwei Kompressoren in unterschiedlichen Kältekreisläufen laufen sollen, wird im linken Fall der zweite Kompressor vom zweiten Kältekreislauf und der erste Kompressor von dritten Kältekreislauf eingeschaltet, was durch die schraffierte Darstellung der jeweiligen Balken grafisch ersichtlich wird. Damit ist die notwendige Bedingung erfüllt, die die getroffene Variante vorgegeben hat. Es werden demnach nämlich zwei Kompressoren aus zwei verschiedenen Kältekreisläufen gefordert. Zudem werden jene Kompressoren der Kältekreisläufe eingeschaltet, die die wenigsten Betriebsstunden aufweisen, um die Betriebsdauer der einzelnen Kompressoren aneinander anzugleichen (Balancing).Is required as a new state or gave the choice of the variant that two compressors should run in different refrigeration circuits, in the left case, the second compressor of the second refrigeration circuit and the first compressor of the third refrigeration cycle is turned on, which graphically by the hatched representation of the respective bars becomes apparent. This fulfills the necessary condition which predefines the chosen variant. Accordingly, two compressors from two different refrigeration circuits are required. In addition, those compressors of the refrigeration circuits are switched on, which have the fewest operating hours to equalize the operating time of the individual compressors to one another (balancing).

Im auf der rechten Seite dargestellten Szenario läuft bereits ein Kompressor, der daher auch weiter betrieben wird. Dies ergibt sich aus dem Kriterium, möglichst wenige Schaltzyklen von Kompressoren zu erzeugen. Daher wird bei einer Variante, die ebenfalls zwei Kompressoren in unterschiedlichen Kühlkreisläufen fordert, derjenige Kompressor der beiden andere Kühlkreisläufe hinzugeschaltet, der die wenigsten Betriebsstunden aufweist. Im vorgenannten Beispiel ist dies der zweite Kompressor des zweiten Kühlkreislaufs KK2.In the scenario shown on the right side is already running a compressor, which therefore continues to operate. This results from the criterion of generating as few switching cycles of compressors. Therefore, in one variant, which also requires two compressors in different cooling circuits, one compressor of the other two cooling circuits connected, which has the fewest operating hours. In the aforementioned example, this is the second compressor of the second cooling circuit KK2.

Durch das ständige Durchlaufen dieser drei Schritte (Auswahl der Variante, Auswahl der Ventilstellung und Auswahl der Kompressoren für die gewünschte Variante) wird eine optimale Regelung des Kühlaggregats nach einem definierten Optimierungsziel sichergestellt.By constantly going through these three steps (selection of the variant, selection of the valve position and selection of the compressors for the desired variant), an optimal control of the cooling unit is ensured according to a defined optimization target.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 4384462 [0003]

Claims

Cooling unit ( 1 ) with at least two compressors ( 2 ) which are independently displaceable in an on-state and an off-state, wherein the refrigeration unit ( 1 ) comprises: at least one cooling circuit ( 4 ), at least one means ( 3 ) for influencing the cooling capacity of the cooling unit ( 1 ), where the means ( 3 ) is continuously adjustable over a range of values, and a control unit for regulating a predetermined cooling capacity by controlling at least one of the at least two compressors ( 2 ) and the agent ( 3 ) for influencing the cooling capacity, characterized in that the predetermined cooling capacity is provided by a plurality of states of the at least two compressors ( 2 ) and the agent ( 3 ) is achievable for influencing the cooling capacity, and the control unit makes the selection of an operating state for achieving the predetermined cooling capacity based on a criterion to be optimized.

Apparatus according to claim 1, wherein the at least two compressors ( 2 ) in parallel in a common refrigeration cycle ( 4 ) and / or in separate refrigeration cycles ( 4 ) are arranged.

Device according to one of the preceding claims, wherein the means ( 3 ) for continuously influencing the cooling capacity of the cooling unit ( 1 ) an adjustable expansion valve, a variable speed drive for each of the at least two compressors ( 2 ) and / or a variable-speed fan, wherein the variable-speed fan is preferably arranged at a condenser and / or an evaporator.

Device according to one of the preceding claims, wherein the refrigeration unit a plurality of refrigeration cycles ( 4 ) with at least one agent ( 3 ) for continuously influencing the cooling capacity of the cooling unit ( 1 ) in the form of a controllable expansion valve.

Device according to one of the preceding claims, wherein the refrigeration unit comprises an internal combustion engine which is adapted to a generator for providing the driving power of the at least two compressors ( 2 ) and / or wherein the refrigeration unit is an energy source for providing the drive power of the at least two compressors ( 2 ) in the form of batteries, a fuel cell and / or solar cells.

Device according to one of the preceding claims, wherein the criterion to be optimized, on the basis of which the control unit makes the selection of an operating state for reaching the predetermined refrigerating capacity, the switch-on frequency of the compressors ( 2 ), a minimization of the drive energy of the refrigeration unit, a noise minimization, the total operating hours of the various compressors ( 2 ) or any combination of the aforementioned criteria.

Apparatus according to claim 6, wherein the criterion to be optimized may also be a combination of several criteria by weighting factors.

Device according to one of the preceding claims, wherein by the independent displacement of the at least two compressors ( 2 ) in an on-state and an off-state, the cooling capacity of the cooling unit ( 1 ) is adjustable in steps and by adjusting the means ( 3 ) for influencing the cooling capacity of the cooling unit ( 1 ) the cooling capacity of the refrigeration unit ( 1 ) is infinitely adjustable.

Method for controlling a refrigeration unit ( 1 ) with at least two compressors ( 2 ) which are independently displaceable in an on-state and an off-state, wherein the refrigeration unit ( 1 ) at least one refrigerant circuit ( 4 and at least one means ( 3 ) for continuously influencing the cooling capacity of the cooling unit ( 1 ), wherein in the method: a predetermined cooling capacity by driving at least one of the at least two compressors ( 2 ) and the agent ( 3 ) is achieved for influencing the cooling capacity, characterized in that the predetermined cooling capacity by a plurality of states of the at least two compressors ( 2 ) and the agent ( 3 ) for influencing the refrigerating capacity, and the selection of a state for attaining the predetermined refrigerating capacity is made on the basis of a criterion to be optimized.

Method according to claim 9, wherein the on and off states of the at least two compressors ( 2 ) represent a discrete variable, and the means ( 3 ) for continuously influencing the refrigerating capacity represents a continuous variable, in the combination of which the predetermined refrigerating capacity can be achieved with different states of the discrete variable and the continuous variable.

The method of claim 10, wherein the possibility of achieving a predetermined cooling capacity over a plurality of combinations of the discrete variable and the continuous variable, a degree of freedom arises, whereby the predetermined cooling capacity can be optimized according to a criterion.

Method according to one of claims 9 to 11, wherein the criterion to be optimized, on the basis of which the choice of an operating state to achieve the predetermined cooling capacity the starting frequency of the compressors ( 2 ), a reduction in the consumption of a drive energy of the refrigeration unit, a noise minimization, the total operating hours of the various compressors ( 2 ) or any combination of the aforementioned criteria, preferably also a combination of several criteria by weighting factors.

Method according to one of claims 9 to 12, in which the selection of a state for achieving the predetermined cooling capacity on the basis of a criterion to be optimized comprises the following three hierarchical steps: selecting a suitable variant from the possible combinations consisting of the number of at least two Compressors ( 2 ) in a common and / or separate refrigeration circuit ( 4 ) can be arranged, and which allow reaching the predetermined cooling capacity, adjusting the means ( 3 ) for continuously influencing the cooling capacity of the cooling unit ( 1 ) for each of the at least one refrigeration cycle ( 4 ), wherein preferably each refrigeration cycle ( 4 ) at least one means ( 3 ) for steplessly influencing the refrigerating capacity, selecting the specific compressors ( 2 ) for fulfilling the chosen variant.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the influence of aging of the evaporator / condenser, wear on the compressor or loss of refrigerant by adaptation is always considered.

Refrigeration unit ( 1 ) according to one of claims 1 to 9 which is operated according to one of the methods 9 to 14.