Die Erfindung betrifft eine Kältemaschine oder Wärmepumpe gemäss dem Patentanspruch 1.
Das vorgeschlagene Leistungsregelventil wird in die Flüssigkeitsleitung zwischen Verflüssiger und Verdampfer, anstelle herkömmlicher Expansionsventile, eingebaut.
Herkömmliche Expansionsventile haben die Aufgabe, die Kältemittel-Flüssigkeit auf den im Verdampfer herrschenden Druck zu entspannen und den Verdampfer soweit mit Kältemittel zu füllen, dass sich eine gewünschte, wählbare Überhitzung des Sauggases einstellt.
Solche Expansionsventile weisen einige Nachteile auf. Thermostatische Expansionsventile sind nur als selbsttätige Regelorgane für die jeweils maximale Verdampferfüllung mit entsprechender Gasüberhitzung zu gebrauchen. Elektronische Expansionsventile können aufgrund ihrer Eigenschaften die Verdampferfüllung zusätzlich optimieren unter gleichzeitiger Minimierung der Gasüberhitzung. Fehlen bei beiden Verfahren weitere Vorkehrungen, z.B. Saugdrosselregelung, Heissgasbypassregelung, erzeugt die Kältemaschine dauernd ihre maximal mögliche Leistung, welche abhängig ist vom Fördervolumen des Verdichters, der Dimensionierung des Verdampfers und des Verflüssigers und der gerade herrschenden Temperatur- und Feuchteverhältnisse. Die hierbei durch die Kältemaschine erzeugte Leistung entspricht aber selten gerade dem tatsächlichen Bedarf an Kühlleistung.
Deshalb muss durch eine zusätzliche Regelung die Kälteleistung der Maschine auf den momentanen Bedarf abgestimmt werden.
Die Leistungsregelung ist grundsätzlich auf folgende zwei Arten möglich:
- Diskontinuierlich, d.h. schaltend: Lastabhängig wird der Ver dichter oder Teile davon ein- und ausgeschaltet. Diese Art der Leistungsregelung führt bisweilen zu stark schwankenden Temperaturen des zu kühlenden Mediums. Maschinentechnisch ist ein zu häufiges Ein- und Ausschalten aufgrund der Gefahr der übermässigen Motorerwärmung, nicht gewährleisteter Schmierung, der \lverlagerung und der schlechten \lrückführung zum Verdichter, nicht erwünscht.
- Kontinuierlich, d.h. stetig: Lastabhängig wird der zirkulierende Kältemittelstrom durch Drosselung oder Umlenkung beeinflusst. Es sind dafür zwei Verfahren bekannt: Die Saugdrosselregelung und die Heissgasbypass-Regelung. Beide Verfahren erlauben eine kontinuierliche, bedarfsgerechte Kühlung mit ausgeglichenem Temperaturverlauf des zu kühlenden Mediums.
Sie sind jedoch in der Regel recht aufwendig und im Betrieb eher unwirtschaftlich.
Die bekannten Expansionsventile sind damit Optimierungsorgane der Kältemaschine, aber nicht geeignete Instrumente der Leistungsregelung. Es müssen daher oft Hilfsorgane vorgesehen werden, die den in der Maschine zirkulierenden Kältemittelfluss bedarfsabhängig entweder drosseln oder umlenken. Wird hierbei die über das Expansionsventil strömende Kältemittelmenge stark reduziert, neigen thermostatische Expansionsventile zum unstabilen und damit ungenauen Regeln der Verdampferfüllung und Überhitzung.
Das hier vorgeschlagene Leistungsregelventil hebt sich vom bisher Bekannten durch folgende Punkte ab:
- Anstelle eines Expansionsventils (thermisch oder elektronisch positioniert) wird ein elektronisch betätigtes Regelventil vorgeschlagen, das durch eine Vielzahl von Regel- und Steuersignalen positioniert werden kann. Es regelt primär bedarfsabhängig die Kälteleistung.
- Die Überhitzung wird nicht auf einen konstanten Wert geregelt, sondern variiert lastabhängig.
- Das Leistungsregelventil wirkt als Stellglied mehrerer Regelkreise, jeweils bestehend aus einem oder mehreren Messwertgebern, Reglern und Regelstrecken. Das Ventil wird durch elektronische Regelsignale (Strom, Spannung) angesteuert.
- Stromlos ist das Leistungsregelventil geschlossen.
Es reduziert so die Kältemittelwanderung im System und erübrigt zusätzliche Absperrventile in der Flüssigkeitsleitung.
- Das Regelventil öffnet mit steigender Spannung kontinuierlich. Es vergrössert sich damit der Mengendurchfluss über das Regelventil. Die Kühlleistung der Maschine steigt. Sinkt hingegen das Regelsignal, schliesst das Regelventil kontinuierlich und drosselt so den Mengendurchsatz, entsprechend sinkt die Kühlleistung.
- Das Leistungsregelventil kann durch ein Bedarfssignal (Temperatur, Feuchte usf.) einer Leistungsregeleinrichtung positioniert werden. Das Ventil ist dann Stellglied der Leistungsregelung.
- Das Leistungsregelventil kann durch ein Regelsignal der Verdampferfüllregelung (Überhitzungsregelung) elektronisch positioniert werden.
Das Ventil ist dann Stellglied der Überhitzungsregelung.
- Das Leistungsregelventil kann durch ein Regelsignal einer Sauggastemperaturregelung elektronisch positioniert werden. Das Ventil ist dann Stellglied der Sauggastemperaturregelung. Die Sauggastemperaturregelung dient der Überwachung der Gastemperatur eingangs des Verdichters.
- Das Leistungsregelventil kann durch ein Regelsignal einer Saugdruckregelung positioniert werden. Das Ventil ist dann Stellglied der Saugdruckregelung. Die Saugdruckregelung dient der Überwachung des Saugdruckes eingangs des Verdichters. Sinkt beispielsweise der Saugdruck unter einen gewünschten Wert, wird das Leistungsregelventil soweit geöffnet, bis sich der Saugdruck auf einen wünschbaren Wert einstellt.
- Das Leistungsregelventil kann durch Steuersignale in eine Position gefahren werden, die das Leersaugen des Verdampfers gestattet.
The invention relates to a refrigerator or heat pump according to claim 1.
The proposed capacity control valve is installed in the liquid line between the condenser and the evaporator, instead of conventional expansion valves.
Conventional expansion valves have the task of releasing the refrigerant liquid to the pressure prevailing in the evaporator and filling the evaporator with refrigerant to such an extent that a desired, selectable overheating of the suction gas occurs.
Such expansion valves have several disadvantages. Thermostatic expansion valves can only be used as automatic control devices for the maximum evaporator charge with corresponding gas overheating. Due to their properties, electronic expansion valves can additionally optimize the evaporator charge while minimizing gas overheating. If both procedures are lacking, e.g. Suction throttle control, hot gas bypass control, the chiller continuously generates its maximum possible output, which depends on the delivery volume of the compressor, the dimensioning of the evaporator and the condenser and the prevailing temperature and humidity conditions. However, the power generated by the refrigeration machine rarely corresponds to the actual need for cooling power.
Therefore, the cooling capacity of the machine must be matched to the current demand by means of an additional control.
Power control is basically possible in the following two ways:
- discontinuous, i.e. switching: the compressor or parts of it are switched on and off depending on the load. This type of power control sometimes leads to strongly fluctuating temperatures of the medium to be cooled. From a mechanical point of view, too frequent switching on and off is undesirable due to the risk of excessive engine heating, unsure lubrication, oil displacement and poor oil return to the compressor.
- Continuous, i.e. Constant: Depending on the load, the circulating refrigerant flow is influenced by throttling or redirection. Two methods are known for this: the suction throttle control and the hot gas bypass control. Both processes allow continuous, needs-based cooling with a balanced temperature profile of the medium to be cooled.
However, they are usually quite complex and rather uneconomical in operation.
The known expansion valves are therefore optimization elements of the chiller, but are not suitable instruments for power control. Auxiliary devices must therefore often be provided which either restrict or redirect the refrigerant flow circulating in the machine as required. If the amount of refrigerant flowing through the expansion valve is greatly reduced, thermostatic expansion valves tend to regulate the evaporator charge and overheating unstably and therefore inaccurately.
The power control valve proposed here stands out from the previously known by the following points:
- Instead of an expansion valve (thermally or electronically positioned), an electronically operated control valve is proposed, which can be positioned by a variety of control and control signals. It primarily regulates the cooling capacity as required.
- The overheating is not regulated to a constant value, but varies depending on the load.
- The power control valve acts as an actuator of several control loops, each consisting of one or more sensors, controllers and control systems. The valve is controlled by electronic control signals (current, voltage).
- The power control valve is closed when de-energized.
It thus reduces the refrigerant migration in the system and eliminates the need for additional shut-off valves in the liquid line.
- The control valve opens continuously with increasing voltage. This increases the mass flow through the control valve. The machine's cooling capacity increases. If, on the other hand, the control signal drops, the control valve closes continuously and throttles the volume throughput, and the cooling capacity drops accordingly.
- The power control valve can be positioned by a demand signal (temperature, humidity, etc.) from a power control device. The valve is then the actuator of the power control.
- The power control valve can be positioned electronically using a control signal from the evaporator charge control (overheating control).
The valve is then the actuator of the overheating control.
- The power control valve can be electronically positioned using a control signal from a suction gas temperature control. The valve is then the actuator of the suction gas temperature control. The suction gas temperature control is used to monitor the gas temperature input to the compressor.
- The power control valve can be positioned by a control signal of a suction pressure control. The valve is then the actuator of the suction pressure control. The suction pressure control is used to monitor the suction pressure input of the compressor. If, for example, the suction pressure drops below a desired value, the power control valve is opened until the suction pressure is set to a desired value.
- The power control valve can be moved by control signals to a position that allows the evaporator to be drained.