DE102017114082A1

DE102017114082A1 - Verfahren zur Heißgasabtauung in einer Transportkälteanlage und in einem Heißgasabtauungsmodus betreibbare Transportkälteanlage

Info

Publication number: DE102017114082A1
Application number: DE102017114082.4A
Authority: DE
Inventors: Franz Summerer; Sarah Buck
Original assignee: Valeo Thermal Commercial Vehicles Germany GmbH
Current assignee: Valeo Thermal Commercial Vehicles Germany GmbH
Priority date: 2017-06-26
Filing date: 2017-06-26
Publication date: 2018-12-27

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Heißgasabtauung in einer Transportkälteanlage (10) mit einem Kältemittelkreislauf vorgestellt. Der Kältemittelkreislauf der Transportkälteanlage (10) umfasst einen Verflüssiger (12) mit einem Lüfter (12a), einen Verdampfer (14) und einen Verdichter (16). Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Freigeben eines zusätzlichen Strömungswegs für das Kältemittel vom Verdichter (16) zu einer Heizeinrichtung (30) am Verdampfer (14) unter Umgehung des Verflüssigers (12); und Regeln der Drehzahl des Verflüssiger-Lüfters (12a), während der zusätzliche Strömungsweg freigegeben ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Heißgasabtauung in einer Transportkälteanlage. Die Erfindung betrifft ferner eine Transportkälteanlage, die in einem Heißgasabtauungsmodus betrieben werden kann.
Transportkälteanlagen dienen zur Klimatisierung von mobilen Laderäumen, insbesondere auf LKWs, in denen z. B. verderbliche Ware transportiert wird oder zwischengelagert ist. In der Regel müssen Transportkälteanlagen einen weiten Temperaturbereich im Inneren des Laderaums bereitstellen können. Meistens liegt dabei die Verdampfungstemperatur im Kältemittelkreislauf unter 0 °C, was zur Folge hat, dass die Lamellen des Verdampfers der Transportkälteanlage vereisen bzw. bereifen. Um die Kälteleistung der Transportkälteanlage zu halten, muss deshalb der Verdampfer von Zeit zu Zeit abgetaut werden.
Eine sehr verbreitete Abtaumethode ist die sogenannte Heißgasabtauung, bei der das aus dem Verdichter der Transportkälteanlage austretende heiße Gas zunächst entspannt wird, dann zum Verdampfer geführt wird und schließlich wieder zurück zum Verdichter gelangt. Dieser Prozess ist auch als „Dreiecksprozess“ bekannt und in 2, auf die später noch genauer eingegangen wird, in einem Druck-Enthalpie-Diagramm dargestellt.
Während der Abtauphase kann der Laderaum nicht gekühlt werden. Deshalb sollte die Abtauphase so kurz wie möglich gehalten werden. Um dies zu gewährleisten, sollte die zur Verfügung gestellte Abtauwärme möglichst groß sein. Eine Vergrößerung der Abtauwärme lässt sich durch eine Erhöhung des Verdichtungsenddrucks (Förderdruck) erreichen, d. h. es sollte ein möglichst hoher Verdichtungsenddruck angestrebt werden. Andererseits muss jedoch verhindert werden, dass der maximal zulässige Druck im Kältemittelkreislauf der Transportkälteanlage überschritten wird, da in diesem Fall ein Hochdruckschalter aus Sicherheitsgründen den Verdichter abschalten würde.
In herkömmlichen Transportkälteanlagen ist der Lüfter des Verflüssigers (Kondensators) während des Abtauens abgeschaltet. Auf diese Weise wird der Verflüssigungsdruck hoch gehalten, sodass die größtmögliche Wärme zum Abtauen des Verdampfers bereitgestellt werden kann. Da jedoch der Verdichtungsenddruck bei abgeschaltetem Verflüssiger-Lüfter nicht mehr beeinflusst werden kann, ist es möglich, dass der Verdichtungsenddruck den vorgegebenen Grenzwert des Systems überschreitet und der Hochdruckschalter den Verdichter abschaltet. Dies kann insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen und - im Falle von Verdichtern, die direkt vom Fahrzeugmotor angetrieben werden - bei hohen Motordrehzahlen und dadurch bedingter großer Verdichtungsleistung passieren. Solange der Verdichter abgeschaltet ist, kann der Abtauungsprozess nicht fortgesetzt werden. Somit erhöht sich durch die Unterbrechungen die Gesamtzeit, die für das Abtauen des Verdampfers benötigt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Abtauungsprozess bei einer Transportkälteanlage zu optimieren.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Heißgasabtauung in einer Transportkälteanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Transportkälteanlage, die in einem Heißgasabtauungsmodus betrieben werden kann, mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Transportkälteanlage sind in den zugehörigen Unteransprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Heißgasabtauung in einer Transportkälteanlage mit einem Kältemittelkreislauf. Der Kältemittelkreislauf der Transportkälteanlage umfasst einen Verflüssiger mit einem Lüfter, einen Verdampfer und einen Verdichter. Gemäß der Erfindung umfasst das Verfahren folgende Schritte: Freigeben eines zusätzlichen Strömungswegs für das Kältemittel vom Verdichter zu einer Heizeinrichtung am Verdampfer unter Umgehung des Verflüssigers; und Regeln der Drehzahl des Verflüssiger-Lüfters, während der zusätzliche Strömungsweg freigegeben ist.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass bei einer Heißgasabtauung in einer Transportkälteanlage die Wahrscheinlichkeit einer Zwangsabschaltung des Verdichters wegen Überdrucks relativ hoch ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, durch die Regelung der Drehzahl des Verflüssiger-Lüfters den Verdichtungsenddruck zu kontrollieren, sodass eine Abschaltung des Verdichters vermieden werden kann. Somit können Unterbrechungen des Abtauungsprozesses verhindert werden, sodass im Ergebnis die Heißgasabtauung insgesamt schneller und effektiver durchgeführt wird. Die Mehrkosten für die Regelung des Verflüssiger-Lüfters im Vergleich zu einem ungeregelten Verflüssiger-Lüfter werden durch die Vorteile kompensiert, die erfindungsgemäße Optimierung des Heißgasabtauungsprozesses bietet.
Es ist zu beachten, dass die erfindungsgemäße Regelung der Drehzahl des Verflüssiger-Lüfters grundsätzlich auch ein Abschalten des Verflüssiger-Lüfters einschließt (Drehzahl = 0). Im Unterschied zu herkömmlichen Heißgasabtauungsverfahren wird der Verflüssiger-Lüfter aber nicht bedingungslos abgeschaltet. Vielmehr schließt die Regelung das Abschalten als einen von mehreren möglichen Betriebszuständen des Verflüssiger-Lüfters ein. Je nach den aktuell vorliegenden Bedingungen entscheidet die Regelung, ob und ggf. mit welcher Drehzahl der Verflüssiger-Lüfter betrieben wird.
Gemäß einem besonders vorteilhaften Aspekt der Erfindung wird die Drehzahl des Verflüssiger-Lüfters in Abhängigkeit des vom Verdichter erzeugten Verdichtungsenddrucks geregelt. Das bedeutet, dass die Einstellung der Drehzahl des Verflüssiger-Lüfters in unmittelbarem Zusammenhang mit dem aktuell vorliegenden Verdichtungsenddruck steht. Die Regelung kann also direkt auf Veränderungen bzw. Schwankungen des Verdichtungsenddrucks reagieren.
Auf diese Weise lässt sich sicherstellen, dass der Verdichtungsenddruck einen vorgegebenen maximal zulässigen Druck, der zu einer Abschaltung des Verdichters führen würde, nicht überschreitet.
Wie eingangs erwähnt, ist ein möglichst hoher Verdichtungsenddruck erstrebenswert, solange dieser nicht den maximal zulässigen Höchstdruck überschreitet. Das erfindungsgemäße Heißgasabtauungsverfahren sieht deshalb bevorzugt eine automatische Einstellung der Drehzahl des Verflüssiger-Lüfters vor, bei der der Verdichtungsenddruck fortwährend knapp unter dem maximal zulässigen Höchstdruck gehalten wird. Mit einer solchen Regelung ist die Heißgasabtauung am effektivsten.
Solange der aktuell vorliegende Verdichtungsenddruck deutlich unter dem vorgegebenen maximal zulässigen Höchstdruck liegt, ist eine aktive Beeinflussung des Verdichtungsenddrucks nicht erforderlich. Für diesen Fall kann das erfindungsgemäße Verfahren deshalb vorsehen, dass der Verflüssiger-Lüfter abgeschaltet wird bzw. bleibt.
Die Erfindung schafft auch eine Transportkälteanlage mit einem Kältemittelkreislauf. Der Kältemittelkreislauf der Transportkälteanlage umfasst einen Verflüssiger mit einem Lüfter, einen Verdampfer und einen Verdichter. Die Transportkälteanlage kann in einem Heißgasabtauungsmodus betrieben werden und ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet.
Für die erfindungsgemäße Regelung ist vorzugsweise eine Steuereinrichtung vorgesehen, die die Drehzahl des Verflüssiger-Lüfters in Abhängigkeit des vom Verdichter erzeugten Verdichtungsenddrucks regeln kann.
Mit einer Steuereinrichtung, die so eingerichtet ist, dass sie die Drehzahl des Verflüssiger-Lüfters so einstellen kann, dass der Verdichtungsenddruck einen maximal zulässigen Druck nicht überschreitet, lässt sich eine maximal effektive Heißgasabtauung erreichen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

- 1 ein Schaltbild einer Transportkälteanlage; und
- 2 zwei Dreiecksprozesse in einem Druck-Enthalpie-Diagramm (Log-p-h-Diagramm).

In 1 ist beispielhaft ein Schaltbild einer herkömmlichen Transportkälteanlage 10 für den Laderaum eines LKW gezeigt. Die Transportkälteanlage 10 umfasst unter anderem einen Verflüssiger 12 (Kondensator), einen Verdampfer 14 und einen Verdichter 16 (Kompressor) sowie diverse Ventile und weitere Komponenten, die dem Fachmann geläufig sind. Der Verdichter 16 wird direkt vom Fahrzeugmotor angetrieben.
Die dick gezeichneten Leitungen sind in der Regel flexible Schlauchleitungen, während die dünner gezeichneten Leitungen in der Regel als Kupferrohre ausgebildet sind. Die Pfeile 18 zeigen den Strömungsverlauf des Kältemittels in einem Standby-Kühlbetrieb der Transportkälteanlage 10, in dem ein separater Standby-Verdichter 19 zum Einsatz kommt. Die Pfeile 20 beziehen sich auf den Kältemittelkreislauf bei bestimmungsgemäßem Transport-Kühlbetrieb der Transportkälteanlage 10 mit dem vom Fahrzeugmotor angetriebenen Verdichter 16. Die Pfeile 22 deuten die Ölrückführung an.
Von Interesse ist hier jedoch der Heißgasabtauungsmodus der Transportkälteanlage 10, den die Pfeile 24 repräsentieren. Nach herkömmlicher Betriebsart wird zum Abtauen des Verdampfers 14 ein Magnetventil 26 geöffnet, das eine zusätzliche Abtauleitung 28 freigibt. Die Abtauleitung 28 umgeht den Verflüssiger 12 im Kältemittelkreislauf und führt zu einer Heizeinrichtung 30 am Verdampfer 14. Dementsprechend wird das vom Verdichter 16 komprimierte heiße Kältemittel nicht im Verflüssiger 12 verflüssigt, sondern gelangt in gasförmigem, entspanntem Zustand zur Heizeinrichtung 30. Mittels der Heizeinrichtung 30 wird Wärme vom Kältemittel an den Verdampfer 14 abgegeben, bevor das Kältemittel wieder in den normalen Kreislauf eingespeist und zum Verdichter 16 befördert wird.
Während des Betriebs im Heißgasabtauungsmodus sind der Lüfter 12a des Verflüssigers 12 und der Lüfter 14a des Verdampfers 14 abgeschaltet, während der Verdichter 16 weiterläuft. Ein thermostatisches Expansionsventil 32 legt den maximal zulässigen Druck im Kältemittelkreislauf fest. Im normalen Transport-Kühlbetrieb wird mittels des thermostatischen Expansionsventils 32 die Menge des durch den Verdampfer 14 strömenden Kältemittels und dadurch der Ladedruck des Verdichters 16 begrenzt. Im Abtauungsmodus sorgen ein Drucksensor 34 und ein zugeordneter Schalter (Hochdruckschalter) dafür, dass bei übermäßigem Druck der Verdichter 16 abgeschaltet wird. Erst wenn der Druck wieder unter den zulässigen Höchstwert fällt, wird der Verdichter 16 wieder eingeschaltet, und der Abtauungsprozess kann fortgesetzt werden.
Im Gegensatz dazu ist die Transportkälteanlage 10 gemäß der Erfindung in einem besonderen Heißgasabtauungsmodus betreibbar, bei dem der Lüfter 12a des Verflüssigers 12 nicht zwingend abgeschaltet wird, sondern gegebenenfalls weiterläuft. Die Drehzahl des Verflüssiger-Lüfters 12 wird dann jedoch automatisch so eingestellt, dass der Verdichtungsenddruck immer möglichst knapp unter dem maximal zulässigen Höchstdruck gehalten wird. Hierzu ist eine entsprechende Steuereinrichtung zur Regelung der Drehzahl des Verflüssiger-Lüfters 12 vorgesehen. Die Drehzahl-Regelung des Verflüssiger-Lüfters 12 im Heißgasabtauungsmodus wird nachfolgend genauer beschrieben.
Zu Beginn des Heißgasabtauungsmodus wird - wie zuvor beschrieben - das Magnetventil 26 geöffnet, und die Lüfter 12a und 14a des Verflüssigers 12 bzw. des Verdampfers 14 werden abgeschaltet. Mittels des Drucksensors 34 wird der vom weiterlaufenden Verdichter 16 erzeugte Verdichtungsenddruck überwacht. Solange dieser Druck deutlich unter dem maximal zulässigen Höchstdruck liegt, können die Lüfter 12a und 14a abgeschaltet bleiben. Wenn sich aber der Verdichtungsenddruck dem maximal zulässigen Höchstdruck nähert, nimmt der Verflüssiger-Lüfter 12 den Betrieb auf, zunächst mit geringer Drehzahl. Bei weiter steigendem Verdichtungsenddruck wird die Drehzahl des Verflüssiger-Lüfters 12 erhöht, bei sinkendem Verdichtungsenddruck wird die Drehzahl verringert. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der Verdichtungsenddruck zwar hoch gehalten wird, aber nicht den maximal zulässigen Höchstdruck übersteigt. Somit kann der Verdichter 16 kontinuierlich laufen, d. h. ohne überdruckbedingte Zwangsabschaltung. Eine zwischenzeitliche Unterbrechung des Abtauungsprozesses findet nicht statt.
In 2 ist die Druckabhängigkeit der Wärmegewinnung im eingangs angesprochenen Dreiecksprozess während der Heißgasabtauung veranschaulicht. Der Dreiecksprozess ist in einem Druck-Enthalpie-Diagramm (Log-p-h-Diagramm) dargestellt, bei dem der Druck auf der Ordinatenachse logarithmisch skaliert ist.
Wie zuvor beschrieben wird das gasförmige Kältemittel vom Verdampfer 14 durch den Verdichter 16 von Punkt 1 im Diagramm auf Punkt 2 (Verdichtungsenddruck) verdichtet. Anschließend muss es wieder auf den Verdampfungsdruck (Punkt 3) entspannt werden, bevor es zurück zum Verdampfer 14 gelangt. Die für die Abtauung verfügbare Wärme ist dabei die Enthalpiedifferenz h2 - h1.
Wie aus dem Diagramm hervorgeht, kann durch eine Erhöhung des Verdichtungsenddrucks von Punkt 2 auf Punkt 2' mehr Abtauwärme zur Verfügung gestellt werden, nämlich h2'-h1. Um während des Abtauungsprozesses dauerhaft einen möglichst hohen Verdichtungsenddruck zu gewährleisten, der jedoch den maximal zulässigen Höchstdruck nicht überschreitet, ist die oben beschriebene erfindungsgemäße Regelung des Verflüssiger-Lüfters 12a vorgesehen.
Bezugszeichenliste

10: Transportkälteanlage
12: Verflüssiger
12a: Verflüssiger-Lüfter
14: Verdampfer
14a: Verdampfer-Lüfter
16: Verdichter
18: Kältemittelkreislauf im Standby-Betrieb
19: Standby-Verdichter
20: Kältemittelkreislauf im Transport-Betrieb
22: Ölrückführung
24: Kältemittelkreislauf im Heißgasabtauungsmodus
26: Magnetventil
28: Abtauleitung
30: Heizeinrichtung
32: thermostatisches Expansionsventil
34: Drucksensor

Claims

Verfahren zur Heißgasabtauung in einer Transportkälteanlage (10), die einen Kältemittelkreislauf mit einem Verflüssiger (12), der einen Lüfter (12a) aufweist, einem Verdampfer (14) und einem Verdichter (16) umfasst, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: - Freigeben eines zusätzlichen Strömungswegs für das Kältemittel vom Verdichter (16) zu einer Heizeinrichtung (30) am Verdampfer (14) unter Umgehung des Verflüssigers (12); und - Regeln der Drehzahl des Verflüssiger-Lüfters (12a), während der zusätzliche Strömungsweg freigegeben ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Verflüssiger-Lüfters (12a) in Abhängigkeit des vom Verdichter (16) erzeugten Verdichtungsenddrucks geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Verflüssiger-Lüfters (12a) so eingestellt wird, dass der Verdichtungsenddruck einen maximal zulässigen Druck nicht überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Verflüssiger-Lüfters (12a) so eingestellt wird, dass der Verdichtungsenddruck fortwährend knapp unter dem maximal zulässigen Höchstdruck gehalten wird
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verflüssiger-Lüfter (12a) abgeschaltet wird bzw. bleibt, solange der Verdichtungsenddruck deutlich unter dem maximal zulässigen Höchstdruck liegt.
Transportkälteanlage (10), umfassend einen Kältemittelkreislauf mit einem Verflüssiger (12), der einen Lüfter (12a) aufweist, einem Verdampfer (14) und einem Verdichter (16), wobei die Transportkälteanlage (10) in einem Heißgasabtauungsmodus betrieben werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportkälteanlage (10) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.
Transportkälteanlage (10) nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung zur Regelung der Drehzahl des Verflüssiger-Lüfters (12a) in Abhängigkeit des vom Verdichter (16) erzeugten Verdichtungsenddrucks.
Transportkälteanlage (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung so eingerichtet ist, dass sie die Drehzahl des Verflüssiger-Lüfters (12a) so einstellen kann, dass der Verdichtungsenddruck einen maximal zulässigen Druck nicht überschreitet.