DE102005019146A1 - Verfahren zum Betreiben einer Kältemaschine - Google Patents

Verfahren zum Betreiben einer Kältemaschine Download PDF

Info

Publication number
DE102005019146A1
DE102005019146A1 DE102005019146A DE102005019146A DE102005019146A1 DE 102005019146 A1 DE102005019146 A1 DE 102005019146A1 DE 102005019146 A DE102005019146 A DE 102005019146A DE 102005019146 A DE102005019146 A DE 102005019146A DE 102005019146 A1 DE102005019146 A1 DE 102005019146A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
compressor
refrigerant
control
overheating
compressed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE102005019146A
Other languages
English (en)
Inventor
Hans-Werner Weiring
Ali R. Nejad
Peter Aue
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Copeland Europe GmbH
Original Assignee
Emerson Electric GmbH and Co OHG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Emerson Electric GmbH and Co OHG filed Critical Emerson Electric GmbH and Co OHG
Priority to DE102005019146A priority Critical patent/DE102005019146A1/de
Priority to PCT/EP2006/003717 priority patent/WO2006114246A1/de
Publication of DE102005019146A1 publication Critical patent/DE102005019146A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • F25B1/04—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle with compressor of rotary type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/30—Expansion means; Dispositions thereof
    • F25B41/31—Expansion valves
    • F25B41/34—Expansion valves with the valve member being actuated by electric means, e.g. by piezoelectric actuators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00—Control issues
    • F25B2600/02—Compressor control
    • F25B2600/025—Compressor control by controlling speed
    • F25B2600/0251—Compressor control by controlling speed with on-off operation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00—Control issues
    • F25B2600/02—Compressor control
    • F25B2600/026—Compressor control by controlling unloaders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00—Control issues
    • F25B2600/21—Refrigerant outlet evaporator temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00—Control issues
    • F25B2600/25—Control of valves
    • F25B2600/2513—Expansion valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00—Control issues
    • F25B2600/25—Control of valves
    • F25B2600/2521—On-off valves controlled by pulse signals
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/70—Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Air Conditioning Control Device (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Kältemaschine, insbesondere einer Wärmepumpe, die einen ein Kältemittel aufweisenden geschlossenen Kreislauf umfasst, in dem nacheinander ein Verdampfer, ein Verdichter, ein Verflüssiger und ein elektronisch gesteuertes Expansionsventil angeordnet sind, bei welchem Verfahren der Verdichter abwechselnd zwischen einem Verdichtungszustand, in dem das Kältemittel verdichtet wird, und einem Leerlaufzustand umgeschaltet wird, in dem das Kältemittel nicht verdichtet wird. Die Erfindung betrifft auch eine entsprechende Kältemaschine.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Kältemaschine, insbesondere einer Wärmepumpe, die einen ein Kältemittel aufweisenden geschlossenen Kreislauf umfasst, in dem nacheinander ein Verdampfer, ein Verdichter, ein Verflüssiger und ein elektronisch gesteuertes Expansionsventil angeordnet sind, sowie eine entsprechende Kältemaschine.
  • Grundsätzlich sind ein Verfahren und eine Kältemaschine der eingangs genannten Art bekannt. In dem Verdampfer wird das Kältemittel verdampft und überhitzt, d.h. über seine Sättigungstemperatur hinaus erwärmt. Die Überhitzung ist definiert als die Differenz zwischen der tatsächlichen Temperatur des Kältemittels, z.B. im Bereich des Verdampferausgangs, und der Verdampfungstemperatur bzw. Sättigungstemperatur des Kältemittels. Die Überhitzung des Kältemittels bedeutet mit anderen Worten also eine Erhöhung der Kältemitteltemperatur bei konstantem Druck über seine Sättigungstemperatur hinaus.
  • Üblicherweise wird ein vorbestimmter Wert für die Überhitzung des Kältemittels vorgegeben und die Überhitzung so geregelt, dass sie von dem vorgegebenen Wert nicht wesentlich abweicht, um einerseits einen optimalen Wirkungsgrad der Kältemaschine zu erreichen und andererseits eine vollständige Verdampfung des Kältemittels sicherzustellen. Ein typischer Wert für die Überhitzung liegt im Bereich von 6 K bis 10 K.
  • Zur Regelung der Überhitzung werden der Druck und die Temperatur des Kältemittels im Bereich des Verdampferausgangs gemessen und das Expansionsventil entsprechend gesteuert, z.B. weiter geöffnet oder geschlossen. Dabei liegen typische Schaltzeiten bekannter elektronischer Expansionsventile im Bereich von 0,5 s bis mehrere Sekunden und die Zeitkonstanten bekannter Überhitzungsregelkreise im Bereich von mehreren Millisekunden bis wenigen Sekunden.
  • Solange der Verdichter kontinuierlich arbeitet, d.h. das Kältemittel über einen Zeitraum von mehreren Stunden oder länger im Wesentlichen gleichförmig verdichtet wird, ist die Überhitzung mittels bekannter Überhitzungsregelungen zuverlässig regelbar.
  • Als problematisch erweist sich die Regelung der Überhitzung jedoch, wenn anstelle eines kontinuierlich verdichtenden Kompressors ein nicht kontinuierlich arbeitender, beispielsweise gepulster, Verdichter verwendet wird, der in vergleichsweise kurzen Zeitabständen zwischen einem Verdichtungszustand, in dem das Kältemittel verdichtet wird, und einem Leerlaufzustand hin- und hergeschaltet wird, in dem das Kältemittel nicht verdichtet wird, da der Wechsel zwischen Verdichtungszustand und Leerlaufzustand des Verdichters zu erheblichen Druckschwankungen in der so genannten Saugleitung führt, d.h. in der Leitung, welche den Verdichter mit dem Verdampfer verbindet.
  • Die Überhitzungsregelung gestaltet sich umso schwieriger, je schneller der Wechsel zwischen Verdichtungszustand und Leerlaufzustand erfolgt und insbesondere je kürzer der Verdichtungszustand andauert, d.h. je geringer die Breite eines Verdichtungspulses ist. Wenn das Kältemittel stets nur während einer Zeitdauer von jeweils wenigen Sekunden verdichtet wird, z.B. mit einer Verdichtungspulsbreite von etwa 2 Sekunden, entsprechen die Schaltzeit des Expansionsventils und die Zeitkonstante des Regelkreises zusammengenommen etwa der Länge eines Verdichtungspulses, so dass eine gezielte Regelung der Überhitzung praktisch unmöglich wird.
  • Grundsätzlich wäre eine ausreichend schnelle Überhitzungsregelung unter Verwendung von thermischen Expansionsventilen möglich. Die ständigen Druckschwankungen in der Sauggasleitung bedeuten jedoch eine erhebliche mechanische Belastung für die Membran des thermischen Expansionsventils, die zu einer vergleichsweise frühzeitigen Beschädigung der Membran und somit zu einem Versagen des Expansionsventils führt. Die zu erwartende Lebensdauer eines thermischen Expansionsventils bei einem nicht kontinuierlichen Betrieb des Verdichters liegt deshalb im Bereich von mehreren Wochen bis zu mehreren Monaten, weshalb thermische Expansionsventile für eine Kältemaschine mit gepulster Verdichtung in der Praxis nicht in Frage kommen.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Kältemaschine zu schaffen, welches eine zuverlässige Regelung der Überhitzung selbst dann sicherstellt, wenn der Verdichter nicht kontinuierlich betrieben wird.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und insbesondere dadurch gelöst, dass die Regelung der Überhitzung des Kältemittels mit dem Umschalten des Verdichters zwischen dem Verdichtungszustand, in dem das Kältemittel verdichtet wird, und dem Leerlaufzustand, in dem das Kältemittel nicht verdichtet wird, synchronisiert wird.
  • Durch die Synchronisation der Überhitzungsregelung mit dem Umschalten des Verdichters wird der Betrieb der Überhitzungsregelung an den Arbeitszyklus des Verdichters angepasst, d.h. die Regelung der Überhitzung erfolgt unter Berücksichtigung des Arbeitszyklus des Verdichters. Auf diese Weise kann die Überhitzungsregelung ohne Beeinträchtigung durch den nicht kontinuierlichen Betrieb des Verdichters und die daraus resultierenden Druckschwankungen in der Saugleitung durchgeführt werden. Dies ermöglicht eine zuverlässige und genaue Regelung der Überhitzung auch dann, wenn das Kältemittel immer nur während eines Zeitraums von wenigen Sekunden verdichtet wird.
  • Erfindungsgemäß erfolgt die Regelung der Überhitzung mittels eines elektronisch gesteuerten Expansionsventils, da dieses im Gegensatz zu einem thermischen Expansionsventil im Wesentlichen unempfindlich gegenüber häufigen Druckschwankungen ist und daher eine erheblich höhere Lebensdauer aufweist. Das elektronisch gesteuerte Expansionsventil eignet sich deshalb besonders gut für den Einsatz in einer Kältemaschine mit nicht kontinuierlicher Verdichtung.
  • Vorteilhafte Ausbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Überhitzungsregelung in Abhängigkeit von dem Wechsel zwischen Verdichtungs- und Leerlaufzustand des Verdichters aktiviert und deaktiviert. Die Überhitzung wird also nicht kontinuierlich geregelt, sondern es wechseln sich Zustände, in denen aktiv geregelt wird, und Zustände ab, in denen die Überhitzung nicht geregelt wird. Dabei sind die Zustände der aktivierten und deaktivierten Regelung an den Arbeitszyklus des Verdichters angepasst, d.h. auf die Verdichtungs- bzw. Leerlaufzustände des Verdichters abgestimmt.
  • So kann die Überhitzung beispielsweise immer dann aktiv geregelt werden, wenn sich der Verdichter im Verdichtungszustand befindet, während die Überhitzungsregelung deaktiviert wird, sobald keine Verdichtung des Kältemittels mehr erfolgt. Auf diese Weise ist die tatsächliche Regelung der Überhitzung auf die Zeiträume beschränkt, in denen eine Verdichtung des Kältemittels stattfindet. Die Regelung der Überhitzung erfolgt mit anderen Worten stets unter im Wesentlichen gleich bleibenden Druckbedingungen, wodurch die Genauigkeit der Regelung der Überhitzung noch weiter erhöht ist.
  • Vorteilhafterweise steht der Wechsel zwischen einem aktivierten und einem deaktivierten Zustand der Überhitzungsregelung in einem vorbestimmten Phasenverhältnis zu dem Wechsel zwischen Verdichtungs- und Leerlaufzustand des Verdichters. Dadurch kann der Betrieb der Überhitzungsregelung noch besser an den nicht kontinuierlichen Betrieb des Verdichters angepasst und somit letztlich ein noch besseres Regelungsergebnis erreicht werden.
  • Die Zeiträume, während denen die Überhitzungsregelung aktiviert ist bzw. deaktiviert ist müssen nicht notwendigerweise mit den Zeiträumen, in denen eine Verdichtung des Kältemittels erfolgt bzw. nicht erfolgt, de ckungsgleich sein, sondern es sind auch Überlappungen dieser Zeiträume denkbar. Ferner ist es möglich, die Überhitzungsregelung lediglich während jedes n-ten Verdichtungspulses zu aktivieren, wobei n eine natürliche Zahl größer als 1 ist. Der Verdichter wird in diesem Fall also n-mal so oft zwischen Verdichtungszustand und Leerlaufzustand hin- und hergeschaltet, wie die Überhitzungsregelung aktiviert bzw. deaktiviert wird.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Überhitzungsregelung mit einem vorbestimmten Phasenverhältnis zu dem Verdichtungszustand des Verdichters aktiviert. Die Aktivierung der Überhitzungsregelung wird also unmittelbar auf den Verdichtungszustand des Verdichters abgestimmt.
  • Alternativ oder zusätzlich wird die Überhitzungsregelung mit einem vorbestimmten Phasenverhältnis zu dem Leerlaufzustand des Verdichters deaktiviert. Die Deaktivierung der Überhitzungsregelung richtet sich mit anderen Worten unmittelbar nach dem Leerlaufzustand des Verdichters.
  • In allen Fällen kann ein voreingestellter Wert des Phasenverhältnisses konstant beibehalten werden. Dies stellt eine besonders einfache Form des Betriebs der Überhitzungsregelung dar.
  • Bevorzugt wird das Phasenverhältnis jedoch in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen der Kältemaschine variiert. Das Phasenverhältnis bildet mit anderen Worten einen zusätzlichen verstellbaren Parameter und ermöglicht somit eine noch zuverlässigere und genauere Regelung der Überhitzung. Das Phasenverhältnis kann z.B. an die Betriebsbedingungen der Kältemaschine angepasst werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Öffnungsgrad des Expansionsventils bei deaktivierter Überhitzungsregelung beibehalten. Während die Überhitzungsregelung deaktiviert ist, weist das Expansionsventil also genau diejenige Öffnungsstellung auf, in der sich das Expansionsventil bei der Deaktivierung der Überhitzungsregelung befand. Solange die Überhitzungsregelung deaktiviert ist, strömt bei konstantem Druck in der Sauggasleitung somit eine gleich bleibende Menge von Kältemittel in den Verdampfer ein.
  • Alternativ kann der Öffnungsgrad des Expansionsventils bei deaktivierter Überhitzungsregelung in Abhängigkeit von der Zeit variiert werden. Beispielsweise kann der Kältemittelfluss in den Verdampfer durch eine entsprechende Schließbewegung des Expansionsventils zunehmend reduziert werden oder durch eine entsprechende Öffnung des Expansionsventils zunehmend vergrößert werden.
  • Vorteilhafterweise wird der Öffnungsgrad des Expansionsventils bei deaktivierter Überhitzungsregelung in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen der Kältemaschine eingestellt. So kann die Menge von Kältemittel, die bei deaktivierter Überhitzungsregelung in den Verdampfer einströmt, beispielsweise unter Berücksichtigung der Betriebsbedingungen der Kältemaschine eingestellt werden. Durch eine entsprechende Steuerung des Expansionsventils und somit der Kältemittelzufuhr lassen sich auf diese Weise z.B. geringere Saug- und Hochdruckschwankungen und somit bessere Betriebsbedingungen der Kältemaschine erzielen.
  • Zwischen dem Verdichtungszustand und dem Leerlaufzustand des Verdichters wird bevorzugt periodisch umgeschaltet.
  • Dabei kann die Periodenlänge, d.h. die Summe der Zeitdauern von Verdichtungszustand und Leerlaufzustand, im Bereich von einigen 10 s liegen und beispielsweise 20 s betragen. Die Länge des Verdichtungszustandes, d.h. die Breite des Verdichtungspulses, kann sich im Bereich weniger Sekunden bewegen, z.B. zwischen 2 s bis 20 s. Die Länge des Leerlaufzustands entspricht umgekehrt der Differenz zwischen der Periodenlänge und der Verdichtungspulsbreite.
  • Vorteilhaft ist es ferner, wenn das Umschalten zwischen Verdichtungs- und Leerlaufzustand des Verdichters pulsbreitenmoduliert erfolgt. Die Pulsbreitenmodulation des Umschaltvorgangs, insbesondere eine Modulation der Breite des Verdichtungspulses, ermöglicht eine exakte Anpassung der Verdichterleistung an die jeweiligen Betriebsbedingungen der Kältemaschine. Dadurch wird der Energieverbrauch reduziert, die Wirtschaftlichkeit der Kältemaschine erhöht und das Absinken des Saugdrucks unter einen minimal zulässigen Wert verhindert.
  • Weiterer Gegenstand der Erfindung ist außerdem eine Kältemaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 15. Mittels der erfindungsgemäßen Kältemaschine lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren durchführen und lassen sich die voranstehend beschriebenen Vorteile erreichen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Kältemaschine ist der Verdichter ein, insbesondere pulsbreitenmoduliert betriebener, Scrollverdichter. Ein Scrollverdichter lässt sich besonders schnell zwischen dem Verdichtungszustand und dem Leerlaufzustand hin- und herschalten und eignet sich deshalb besonders gut für eine nicht kontinuierliche, insbesondere gepulste, Verdichtung von Kältemittel.
  • Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kältemaschine; und
  • 2 den zeitlichen Verlauf (A) der Kältemittelverdichtung und (B) des Betriebs einer Überhitzungsregelung der Kältemaschine von 1.
    •
  • Die in 1 dargestellte erfindungsgemäße Kältemaschine umfasst einen geschlossenen Kreislauf 10, der ein Kältemittel aufweist. In dem Kältemittelkreislauf sind nacheinander ein Verdampfer 12, ein Verdichter 14, ein Verflüssiger 16 und ein elektronisch gesteuertes Expansionsventil 18 angeordnet.
  • Der Verdampfer 12 und der Verdichter 14 sind durch eine Sauggasleitung 20 miteinander verbunden. Da der Verdichter 14 für eine Verdichtung ausschließlich von verdampftem Kältemittel ausgelegt ist und durch ein unbeabsichtigtes Eindringen von flüssigem Kältemittel beschädigt würde, kann dem Verdichter 14 ein in der Sauggasleitung 20 angeordneter, nicht gezeigter Flüssigkeitsabscheider vorgeschaltet sein, der im Verdampfer 12 nicht vollständig verdampftes und/oder in der Sauggasleitung 20 konden siertes flüssiges Kältemittel aus dem Kältemittelstrom entfernt und sammelt.
  • Bei dem Verdichter 14 des dargestellten Ausführungsbeispiels handelt es sich um einen so genannten Scrollverdichter. Grundsätzlich können aber auch andere Typen von Kompressoren verwendet werden.
  • Durch eine Verdichtersteuerungseinheit 22 wird ein Steuerventil 23 des Verdichters 14 derart gesteuert, dass das Kältemittel durch den Verdichter 14 nicht kontinuierlich, sondern gepulst verdichtet wird. Zur Eingabe einer gewünschten Kälteleistung der Kältemaschine weist die Verdichtersteuerungseinheit 22 einen Steuereingang 21 auf.
  • Der Pulsbetrieb des Verdichters 14 wird auch als "digitaler Modus" bezeichnet, da der Verdichter 14 regelmäßig zwischen einem Verdichtungszustand, in dem das Kältemittel verdichtet wird, und einem Leerlaufzustand wechselt, in dem keine Verdichtung erfolgt.
  • Wie in 2A dargestellt ist, erfolgt die Umschaltung zwischen dem Verdichtungszustand und dem Leerlaufzustand periodisch, wobei die Periodenlänge im Bereich von einigen 10 Sekunden liegen kann.
  • Die exakte Einstellung der Verdichtungsleistung des Verdichters 14 erfolgt durch eine Pulsbreitenmodulation des Umschaltens zwischen Verdichtungs- und Leerlaufzustand, d.h. durch eine Änderung der Länge des Verdichtungszustandes im Vergleich zur Länge des Leerlaufzustandes, mit anderen Worten also durch eine Modulation der Breite des Verdichtungspulses 24. Je größer die Breite des Verdichtungspulses 24 dabei ist, desto kürzer dauert der Leerlaufzustand an und desto stärker nimmt die Verdichtungsleistung des Verdichters 14 zu.
  • Bei einer Periodenlänge von 20 Sekunden nimmt die Breite des Verdichtungspulses 24 vorzugsweise Werte zwischen etwa 2 s und 18 s an. Eine Breite des Verdichtungspulses 24 von 20 s würde bei einer Periodenlänge von 20 Sekunden einem kontinuierlichen Betrieb des Verdichters 14 entsprechen.
  • In 2A sind Verdichtungspulse 24 mit einer Breite von etwa 2 s bei einer Periodenlänge von 20 s dargestellt.
  • Um einerseits einen optimalen Wirkungsgrad der Kältemaschine zu erreichen und andererseits eine vollständige Verdampfung des Kältemittels sicherzustellen, wird das in dem Verdampfer 12 verdampfte Kältemittel überhitzt. Durch eine Überhitzungsregeleinheit 26 wird die Überhitzung des Kältemittels auf einen vorbestimmten Wert geregelt, der typischerweise im Bereich von 6 K bis 10 K liegt.
  • Die Ermittlung der Überhitzung des Kältemittels erfolgt durch die Bestimmung der Temperatur und des Drucks im Ausgangsbereich des Verdichters 14. Zu diesem Zweck sind ein Temperatursensor 28 und ein Drucksensor 30 in der Sauggasleitung 20 vorgesehen und mit der Überhitzungsregeleinheit 26 verbunden.
  • Die gewünschte Überhitzung des Kältemittels ist durch eine entsprechende Betätigung des elektronischen Expansionsventils 18 einstellbar, welches zu diesem Zweck mit der Überhitzungsregeleinheit 26 verbunden ist.
  • Eine Erhöhung der Kältemittelströmung durch das Expansionsventil, d.h. eine Öffnung des Expansionsventils 18, führt zu einer Verringerung der Überhitzung, während umgekehrt das Schließen des Expansionsventils 18 die Kältemittelströmung verringert und in einer Erhöhung der Erhitzung resultiert.
  • Die Schaltzeit des elektronischen Expansionsventils 18 liegt im Bereich von 0,5 s bis mehrere Sekunden, während die Überhitzungsregelung eine Zeitkonstante im Bereich von 100 ms bis einige Sekunden aufweist.
  • Die gepulste Verdichtung des Kältemittels führt zu erheblichen Druckschwankungen in der Sauggasleitung 20. Bei einer Breite des Verdichtungspulses 24 von 2 s ändern sich die durch den Drucksensor 30 erfassten und an die Überhitzungsregeleinheit 26 übermittelten Druckverhältnisse dabei in der gleichen zeitlichen Größenordnung wie die Schaltzeit des Expansionsventils 18 und die Zeitkonstante des Regelkreises zusammen genommen.
  • Um trotz dieser kurzzeitigen Druckschwankungen eine exakte Steuerung des Expansionsventils 18 und somit eine zuverlässige und genaue Regelung der Überhitzung sicherzustellen, wird die Überhitzungsregelung mit dem Pulsbetrieb des Verdichters 14 synchronisiert. Die Überhitzungsregelungseinheit 26 ist zu diesem Zweck über eine Leitung 32 mit der Verdichtersteuerungseinheit 22 verbunden. Dabei können die Überhitzungsregeleinheit 26 und die Verdichtersteuerungseinheit 22 als separate Einheiten ausgebildet oder in einer zentralen Recheneinheit zusammengefasst sein.
  • Wie in 2B gezeigt ist, wird die Überhitzungsregelung zur Synchronisation mit der Verdichtung in Abhängigkeit von dem Wechsel zwischen Verdichtungs- und Leerlaufzustand des Verdichters 14 aktiviert bzw. deaktiviert. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Überhitzungsregelung immer dann aktiv, wenn Kältemittel verdichtet wird, d.h. während der Dauer eines Verdichtungspulses 24. Umgekehrt wird die Überhitzungsregelung deaktiviert, sobald der Verdichter 14 in den Leerlaufzustand umschaltet.
  • Denkbar ist auch eine Überlappung des aktivierten Zustands der Überhitzungsregelung mit dem Leerlaufzustand des Verdichters 14 oder eine Aktivierung der Überhitzungsregelung nur während jedes n-ten Verdichtungspulses 24, wobei n eine natürliche Zahl größer als 1 ist.
  • In jedem Fall ist es vorteilhaft, die Überhitzungsregelung in einem vorbestimmten Phasenverhältnis zu dem Verdichtungszustand des Verdichters 14 zu aktivieren. Dabei kann ein voreingestellter Wert des Phasenverhältnisses konstant beibehalten werden oder das Phasenverhältnis in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen der Kältemaschine variiert werden.
  • Während der Deaktivierung der Überhitzungsregelung kann auf unterschiedliche Weise mit dem Expansionsventil 18 verfahren werden. Beispielsweise kann die Öffnungsstellung des Expansionsventils 18 bei nicht aktivierter Überhitzungsregelung in der Position gehalten werden, in der sich das Expansionsventil 18 bei der Deaktivierung der Überhitzungsregelung befand. Alternativ kann das Expansionsventil 18 im deaktivierten Zustand der Überhitzungsregelung auch langsam geöffnet oder geschlossen werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Öffnungsgrad des Expansionsventils 18 in Abhängigkeit von ausgewählten Betriebsbedingungen der Kältemaschine variiert wird, da auf diese Weise z.B. die Genauigkeit der Regelung verbessert werden kann.
    • 10
    Kreislauf
    12
    Verdampfer
    14
    Verdichter
    16
    Verflüssiger
    18
    Expansionsventil
    20
    Sauggasleitung
    21
    Steuereingang
    22
    Verdichtersteuerungseinheit
    23
    Steuerventil
    24
    Verdichtungspuls
    26
    Überhitzungsregeleinheit
    28
    Temperatursensor
    30
    Drucksensor
    32
    Leitung

Claims (12)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Kältemaschine, insbesondere einer Wärmepumpe, die einen ein Kältemittel aufweisenden geschlossenen Kreislauf (10) umfasst, in dem nacheinander ein Verdampfer (12), ein Verdichter (14), ein Verflüssiger (16) und ein elektronisch gesteuertes Expansionsventil (18) angeordnet sind, bei welchem Verfahren der Verdichter (14) abwechselnd zwischen einem Verdichtungszustand, in dem das Kältemittel verdichtet wird, und einem Leerlaufzustand umgeschaltet wird, in dem das Kältemittel nicht verdichtet wird, und eine Regelung der Überhitzung des Kältemittels mit dem Umschalten des Verdichters (14) synchronisiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überhitzungsregelung in Abhängigkeit von dem Wechsel zwischen Verdichtungs- und Leerlaufzustand des Verdichters (14) aktiviert und deaktiviert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechsel zwischen einem aktivierten und einem deaktivierten Zustand der Überhitzungsregelung in einem vorbestimmten Phasenverhältnis zu dem Wechsel zwischen Verdichtungs- und Leerlaufzustand des Verdichters steht.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überhitzungsregelung mit einem vorbestimmten Phasenverhältnis zu dem Verdichtungszustand des Verdichters (14) aktiviert wird.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überhitzungsregelung mit einem vorbestimmten Phasenverhältnis zu dem Leerlaufzustand des Verdichters (14) deaktiviert wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein voreingestellter Wert des Phasenverhältnisses konstant beibehalten wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenverhältnis in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen der Kältemaschine variiert wird.
  8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Öffnungsstellung des Expansionsventils (18) bei deaktivierter Überhitzungsregelung beibehalten wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsstellung des Expansionsventils (18) bei deaktivierter Überhitzungsregelung in Abhängigkeit von der Zeit variiert wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsstellung des Expansionsventils (18) bei deaktivierter Überhitzungsregelung in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen der Kältemaschine eingestellt wird.
  11. Kältemaschine, insbesondere Wärmepumpe, mit einem ein Kältemittel aufweisenden geschlossenen Kreislauf (10), in dem nacheinander ein Verdampfer (12), ein Verdichter (14) ein Verflüssiger (16) und ein elektronisch gesteuertes Expansionsventil (18) angeordnet sind, einer Verdichtersteuerungseinheit (22), um den Verdichter abwechselnd in einen Verdichtungszustand, in dem das Kältemittel verdichtet wird, und einem Leerlaufzustand zu schalten, in dem das Kältemittel nicht verdichtet wird, und einer Überhitzungsregeleinheit (26), die mit der Verdichtersteuerungseinheit (22) verbunden ist, um die Regelung der Überhitzung des Kältemittels mit dem Umschalten des Verdichters (14) zu synchronisieren.
  12. Kältemaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (14) ein, insbesondere pulsbreitenmoduliert betriebener, Scrollverdichter ist.
DE102005019146A 2005-04-25 2005-04-25 Verfahren zum Betreiben einer Kältemaschine Ceased DE102005019146A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005019146A DE102005019146A1 (de) 2005-04-25 2005-04-25 Verfahren zum Betreiben einer Kältemaschine
PCT/EP2006/003717 WO2006114246A1 (de) 2005-04-25 2006-04-21 Verfahren zum betreiben einer kältemaschine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005019146A DE102005019146A1 (de) 2005-04-25 2005-04-25 Verfahren zum Betreiben einer Kältemaschine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102005019146A1 true DE102005019146A1 (de) 2006-10-26

Family

ID=36608635

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102005019146A Ceased DE102005019146A1 (de) 2005-04-25 2005-04-25 Verfahren zum Betreiben einer Kältemaschine

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102005019146A1 (de)
WO (1) WO2006114246A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014016170B4 (de) 2014-11-03 2021-10-28 Audi Ag Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeugklimaanlage

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102538315A (zh) * 2010-12-14 2012-07-04 昆山台佳机电有限公司 一种冷水及热泵机组
CN116642278B (zh) * 2023-04-19 2024-03-19 江森自控日立万宝空调(广州)有限公司 一种电子膨胀阀的控制方法、装置及存储介质

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2618440A1 (de) * 1976-04-27 1977-11-10 Sullair Europ Corp Verfahren und vorrichtung zur steuerung des betriebs eines verdichters
DE3419666C2 (de) * 1984-05-25 1989-07-27 Emerson Electric Co., St. Louis, Mo., Us
WO1999017066A1 (en) * 1997-09-29 1999-04-08 Copeland Corporation An adaptive control for a refrigeration system using pulse width modulated duty cycle scroll compressor
US6769264B2 (en) * 2000-06-07 2004-08-03 Samsung Electronics Co., Ltd. Control system of degree of superheat of air conditioner and control method thereof

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3577743A (en) * 1969-06-10 1971-05-04 Vilter Manufacturing Corp Control for refrigeration systems
DE3335837A1 (de) * 1983-10-01 1985-04-11 Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim Kaelteanlage
JPS6192377A (ja) * 1984-10-12 1986-05-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd 空気調和機の電動式膨張弁制御装置
DE3713869A1 (de) * 1987-04-25 1988-11-03 Danfoss As Regelgeraet fuer die ueberhitzungstemperatur des verdampfers einer kaelte- oder waermepumpanlage
DE3832226A1 (de) * 1988-09-22 1990-04-12 Danfoss As Kaelteanlage und verfahren zur steuerung einer kaelteanlage
JPH06213515A (ja) * 1993-01-18 1994-08-02 Kobe Steel Ltd スクリュー式冷凍機の冷媒制御装置
US5303562A (en) * 1993-01-25 1994-04-19 Copeland Corporation Control system for heat pump/air-conditioning system for improved cyclic performance
US5419146A (en) * 1994-04-28 1995-05-30 American Standard Inc. Evaporator water temperature control for a chiller system
US5632154A (en) * 1995-02-28 1997-05-27 American Standard Inc. Feed forward control of expansion valve
US5502970A (en) * 1995-05-05 1996-04-02 Copeland Corporation Refrigeration control using fluctuating superheat
US5867998A (en) * 1997-02-10 1999-02-09 Eil Instruments Inc. Controlling refrigeration
US6266968B1 (en) * 2000-07-14 2001-07-31 Robert Walter Redlich Multiple evaporator refrigerator with expansion valve
JP2004144462A (ja) * 2002-08-26 2004-05-20 Tgk Co Ltd 冷凍サイクルの運転方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2618440A1 (de) * 1976-04-27 1977-11-10 Sullair Europ Corp Verfahren und vorrichtung zur steuerung des betriebs eines verdichters
DE3419666C2 (de) * 1984-05-25 1989-07-27 Emerson Electric Co., St. Louis, Mo., Us
WO1999017066A1 (en) * 1997-09-29 1999-04-08 Copeland Corporation An adaptive control for a refrigeration system using pulse width modulated duty cycle scroll compressor
US6769264B2 (en) * 2000-06-07 2004-08-03 Samsung Electronics Co., Ltd. Control system of degree of superheat of air conditioner and control method thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014016170B4 (de) 2014-11-03 2021-10-28 Audi Ag Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeugklimaanlage

Also Published As

Publication number Publication date
WO2006114246A1 (de) 2006-11-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0229942B1 (de) Regelverfahren für den Kältemittelzustrom zum Verdampfer von Kälteanlagen oder Wärmepumpen
DE4010770C1 (de)
DE4242848C2 (de) Kälteanlage und Verfahren zur Steuerung einer Kälteanlage
DE3517219C2 (de)
EP1771689B1 (de) Kältemaschine und verfahren zum betreiben einer kältemaschine
DE102006040380A1 (de) Kältemaschine und Betriebsverfahren dafür
WO2014023694A2 (de) Verfahren zur regelung eines verdichters einer kälteanlage sowie eine kälteanlage
DE69107010T2 (de) Methode und Vorrichtung zur Mengenregelung eines Kompressors.
EP2645018A2 (de) Kühl- und/oder Gefriergerät
DE102005019146A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Kältemaschine
EP0727628B1 (de) Regeleinrichtung und Verfahren zur Temperaturregelung in Kühlgeräten
DE102009026942B4 (de) Verfahren zum Regeln von Wärmepumpen- und Kälteanlagen
EP1355207A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Kompressionskälteanlage und Kompressionskälteanlage
DE102007010645B4 (de) Verfahren zum Steuern einer Kompressionskälteanlage und eine Kompressionskälteanlage
EP3330644B1 (de) Kälteanlage und verfahren zur regelung einer kälteanlage
DE60106377T2 (de) Verfahren zur Reduzierung des Verbrauchs einer Kältemaschine und eine danach arbeitende Kältemaschine
DE102004048940A1 (de) Verfahren zur Regelung der Leistung eines Kälteanlagen-Verdichters und Kälteanlagen-Verdichter
DE102012214117A1 (de) Kältegerät und Betriebsverfahren dafür
EP3183516B1 (de) Verfahren zum betreiben einer kälteanlage
EP2335128B1 (de) Kühl- und/oder gefriergerät sowie verfahren zur regelung eines solchen kühl- und/oder gefriergerätes
EP2587190A2 (de) Kühl- und/oder Gefriergerät
DE102005026689A1 (de) Kühl- und/oder Gefriergerät sowie Verfahren zu seiner Steuerung und/oder Regelung
DE102012107183B4 (de) Verfahren zur Regelung eines Verdichters einer Kälteanlage sowie eine Kälteanlage
DE102012108983A1 (de) Verfahren zur Regelung eines Verdichters einer Kälteanlage sowie eine Kälteanlage
EP4311990A1 (de) Prozesskühlaggregat und verfahren zur regelung eines prozesskühlaggregats

Legal Events

Date Code Title Description
OM8 Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
8110 Request for examination paragraph 44
R082 Change of representative

Representative=s name: MANITZ, FINSTERWALD & PARTNER GBR, DE

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: EMERSON CLIMATE TECHNOLOGIES GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: EMERSON ELECTRIC GMBH & CO. OHG, 71332 WAIBLINGEN, DE

Effective date: 20120919

R082 Change of representative

Representative=s name: MANITZ FINSTERWALD PATENTANWAELTE PARTMBB, DE

Effective date: 20120919

Representative=s name: MANITZ, FINSTERWALD & PARTNER GBR, DE

Effective date: 20120919

R016 Response to examination communication
R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final