DE102021211280B4 - Method and device for monitoring a refrigerant system - Google Patents

Method and device for monitoring a refrigerant system Download PDF

Info

Publication number
DE102021211280B4
DE102021211280B4 DE102021211280.3A DE102021211280A DE102021211280B4 DE 102021211280 B4 DE102021211280 B4 DE 102021211280B4 DE 102021211280 A DE102021211280 A DE 102021211280A DE 102021211280 B4 DE102021211280 B4 DE 102021211280B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
compressor
actual
efficiency
gas temperature
refrigerant
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.)
Active
Application number
DE102021211280.3A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102021211280A1 (en
Inventor
Kai Götz
Sebastian Kuboth
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.)
Glen Dimplex Deutschland GmbH
Original Assignee
Glen Dimplex Deutschland GmbH
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 Glen Dimplex Deutschland GmbH filed Critical Glen Dimplex Deutschland GmbH
Priority to DE102021211280.3A priority Critical patent/DE102021211280B4/en
Publication of DE102021211280A1 publication Critical patent/DE102021211280A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102021211280B4 publication Critical patent/DE102021211280B4/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2500/00Problems to be solved
    • F25B2500/19Calculation of parameters
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/15Power, e.g. by voltage or current
    • F25B2700/151Power, e.g. by voltage or current of the compressor motor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/19Pressures
    • F25B2700/193Pressures of the compressor
    • F25B2700/1931Discharge pressures
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/19Pressures
    • F25B2700/193Pressures of the compressor
    • F25B2700/1933Suction pressures
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/21Temperatures
    • F25B2700/2115Temperatures of a compressor or the drive means therefor
    • F25B2700/21151Temperatures of a compressor or the drive means therefor at the suction side of the compressor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/21Temperatures
    • F25B2700/2115Temperatures of a compressor or the drive means therefor
    • F25B2700/21152Temperatures of a compressor or the drive means therefor at the discharge side of the compressor

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 sowie eine Vorrichtung zur Überwachung einer Kältemittel-Anlage (2) mit einem Kreislauf, in dem ein Kältemittel mittels eines Verdichters (4) umgewälzt wird, wobei der Verdichter (4) eine momentane elektrische Leistungsaufnahme (Pel) aufweist und einen momentanen Massenstrom (n) der Kältemittels fördert, wobei weiterhin das Kältemittel an einer Saugseite des Verdichters (4) einen Niederdruck (pein) und eine Sauggastemperatur (Tein) und an einer Druckseite einen Hochdruck (paus) und eine Heißgastemperatur (Taus) aufweist, und Leistungsaufnahme (Pel), Massenstrom (m), Niederdruck (pein), Sauggastemperatur (Tein), Hochdruck (paus) und Heißgastemperatur (Taus) Betriebsparameter darstellen und zumindest einige dieser Betriebsparameter während des Betriebs erfasst werden. Aus den gemessenen Werten dieser Betriebsparameter wird der momentane isentrope Ist-Wirkungsgrad (ηis) des Verdichters (4) ermittelt und hieraus oder aus einer hieraus abgeleiteten Ist-Größe wird auf einen momentanen Ist-Zustand des Verdichters (4) geschlossen. Hierdurch ist mit einem geringen Aufwand eine Ermittlung des Ist-Zustands des Verdichters (4) ermöglicht.The invention relates to a method and a device for monitoring a refrigerant system (2) with a circuit in which a refrigerant is circulated by means of a compressor (4), the compressor (4) having an instantaneous electrical power consumption (Pel) and a momentary mass flow (n) of the refrigerant, the refrigerant also having a low pressure (pein) and a suction gas temperature (Tein) on a suction side of the compressor (4) and a high pressure (poff) and a hot gas temperature (Toff) on a pressure side, and Power consumption (Pel), mass flow (m), low pressure (pein), suction gas temperature (Tein), high pressure (paus) and hot gas temperature (Toff) represent operating parameters and at least some of these operating parameters are recorded during operation. The momentary isentropic actual efficiency (ηis) of the compressor (4) is determined from the measured values of these operating parameters and a momentary actual state of the compressor (4) is concluded from this or from an actual variable derived therefrom. This makes it possible to determine the actual state of the compressor (4) with little effort.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Überwachung einer Kältemittel-Anlage mit einem Kreislauf, in dem ein Kältemittel mittels eines Verdichters gefördert wird.The invention relates to a method and a device for monitoring a refrigerant system with a circuit in which a refrigerant is conveyed by means of a compressor.

Der Verdichter ist bei einer Kältemittel-Anlage eine der zentralen Komponenten und bestimmt maßgeblich die Effizienz der Kältemittel-Anlage. Aufgrund seiner beweglichen Komponenten unterliegt er insbesondere auch einem Verschleiß. Es besteht daher grundsätzlich ein Bedarf, den Verdichter im Hinblick auf seine Effizienz und Funktionsfähigkeit zu überprüfen.The compressor is one of the central components in a refrigeration system and largely determines the efficiency of the refrigeration system. Due to its moving components, it is also subject to wear and tear. There is therefore a fundamental need to check the compressor with regard to its efficiency and functionality.

Aus der WO 2004/099683 A ist ein Condition Monitoring System für ein Kältemittelsystem beschrieben. Unter anderem ist hieraus auch die Bestimmung eines Ist-Zustands des Verdichters auf Basis der Messung der saugseitigen sowie druckseitigen Druck- und Temperaturwerte zu entnehmen. Hierbei werden jeweils aus drei gemessenen Parametern der vierte errechnet und mit einem theoretischen Sollwert verglichen. Speziell wird die druckseitige Temperatur, auch als Heißgastemperatur bezeichnet, aus den übrigen Werten ermittelt und mit einer Soll-Heißgastemperatur verglichen. Die rechnerische Ermittlung der Heißgastemperatur ist teilweise schwierig, u.A. da die Heißgastemperatur im Betrieb erheblichen Schwankungen unterliegen kann.From the WO 2004/099683 A describes a condition monitoring system for a refrigerant system. Among other things, the determination of an actual condition of the compressor based on the measurement of the suction-side and pressure-side pressure and temperature values can also be derived from this. Here, the fourth is calculated from three measured parameters and compared with a theoretical target value. In particular, the temperature on the pressure side, also known as the hot gas temperature, is determined from the other values and compared with a setpoint hot gas temperature. The mathematical determination of the hot gas temperature is sometimes difficult, among other things because the hot gas temperature can be subject to considerable fluctuations during operation.

Aus der EP 3450 880 B1 ist die vorausschauende Wartung eines Verdichters einer Klimaanlage bei einem Schienenfahrzeug zu entnehmen. Hierzu wird ein sogenannter Gesundheitsindex bestimmt, in den ein isentroper Wirkungsgrad eingeht.From the EP 3450 880 B1 is the predictive maintenance of a compressor of an air conditioning system in a rail vehicle. For this purpose, a so-called health index is determined, which includes an isentropic efficiency.

Aus der JP 2012 - 172 957 A ist die Überwachung eines Verdichters zu entnehmen, bei der Druck- und Temperaturwerte ausgewertet werden.From the JP 2012 - 172 957 A the monitoring of a compressor can be found in which pressure and temperature values are evaluated.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Überwachung einer Kältemittel-Anlage, speziell eines Verdichters einer solchen Kältemittel-Anlage in einfacher Weise zu ermöglichen.Proceeding from this, the invention is based on the object of enabling monitoring of a refrigeration system, specifically a compressor of such a refrigeration system, in a simple manner.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Verfahren sowie durch eine Vorrichtung zur Überwachung einer Kältemittel-Anlage, welche einen Kreislauf aufweist, in dem im Betrieb ein Kältemittel mittels eines Verdichters gefördert wird. Der Verdichter weist im Betrieb eine momentane elektrische Leistungsaufnahme sowie eine momentane Drehzahl auf und fördert einen momentanen Massenstrom. Das Kältemittel weist weiterhin an einer Einlass- oder Saugseite des Verdichters einen Niederdruck sowie eine Sauggastemperatur und an einer Auslass- oder Druckseite einen Hochdruck und eine Heißgastemperatur auf. Diese Parameter, nämlich Leistungsaufnahme, Drehzahl, Massenstrom, Niederdruck, Hochdruck, Sauggastemperatur und Heißgastemperatur bilden Betriebsparameter des Verdichters. Zumindest einige dieser Betriebsparameter werden während des Betriebes erfasst. Entweder sie werden direkt gemessen oder sie werden aus Messwerten abgeleitet. Speziell werden die Drücke und die Temperaturen mittels Drucksensoren und Temperatursensoren direkt gemessen. Die elektrische Leistungsaufnahme wird - sofern sie herangezogen wird - typischerweise aus einem Strom-Messwert und gegebenenfalls ergänzt um einen Spannungs-Messwert ermittelt. Alternativ wird sie aus - z.B. vom Hersteller des Verdichters - hinterlegten Tabellen oder Kurven in Abhängigkeit von Drücken, Temperaturen und / oder der Drehzahl ermittelt. Für den Massenstrom, sofern dieser herangezogen wird, wird typischerweise ein Massenstrom-Zähler eingesetzt. Bevorzugt wird jedoch kein Massenstrom gemessen. Vielmehr wird dieser im Bedarfsfall anderweitig bestimmt.The object is achieved according to the invention by a method and by a device for monitoring a refrigerant system which has a circuit in which a refrigerant is conveyed by means of a compressor during operation. During operation, the compressor has an instantaneous electrical power consumption and an instantaneous speed and delivers an instantaneous mass flow. The refrigerant also has a low pressure and a suction gas temperature on an inlet or suction side of the compressor and a high pressure and a hot gas temperature on an outlet or pressure side. These parameters, namely power consumption, speed, mass flow, low pressure, high pressure, suction gas temperature and hot gas temperature form the operating parameters of the compressor. At least some of these operating parameters are recorded during operation. Either they are measured directly or they are derived from measured values. In particular, the pressures and the temperatures are directly measured by means of pressure sensors and temperature sensors. The electrical power consumption—insofar as it is used—is typically determined from a measured current value and optionally supplemented by a measured voltage value. Alternatively, it is determined from tables or curves stored - e.g. by the manufacturer of the compressor - depending on pressures, temperatures and / or the speed. A mass flow meter is typically used for the mass flow, if this is used. However, no mass flow is preferably measured. Rather, this is determined otherwise if necessary.

Aus den während des Betriebs erfassten Werten für die Betriebsparameter wird der isentrope Ist-Wirkungsgrad des Verdichters ermittelt. Hieraus oder aus einer daraus abgeleiteten Ist-Größe wird auf einen momentanen Ist-Zustand des Verdichters geschlossen. Im einfachsten Fall wird der Ist-Wirkungsgrad des Verdichters unmittelbar als Maß für den Ist-Zustand herangezogen.The isentropic actual efficiency of the compressor is determined from the values recorded during operation for the operating parameters. From this or from an actual variable derived therefrom, a current actual state of the compressor is inferred. In the simplest case, the actual efficiency of the compressor is used directly as a measure of the actual state.

Der Begriff „momentan“ bezeichnet eine jeweils aktuelle Betriebssituation. Die entsprechenden momentanen Parameter / Parameterwerte / Größen werden auch als Ist-Parameter / Ist-Parameterwerte oder Ist-Größen bezeichnet.The term "currently" refers to a current operating situation. The corresponding instantaneous parameters/parameter values/variables are also referred to as actual parameters/actual parameter values or actual variables.

Der Ist-Zustand wird allgemein in Relation zu einem Soll-Zustand gesetzt und mit diesem verglichen. Der Soll-Zustand, speziell der Wert des isentropen Soll-Wirkungsgrads ist typischerweise in Abhängigkeit von den momentanen Betriebsbedingungen bekannt und ist beispielsweise für den eingesetzten Verdichter vorgegeben, speziell vom Hersteller des Verdichters. Alternativ wird der Soll-Zustand aus den z.B. herstellerseitig mitgeteilten oder berechneten Werten zu Massenstrom und Leistungsaufnahme sowie den Druck-/ und Temperaturwerten ermittelt. Aus diesem Vergleich werden Rückschlüsse auf den allgemeinen Zustand des Verdichters gezogen. Bei einer unzulässigen Abweichung erfolgt ein Hinweis, beispielsweise eine Handlungsempfehlung.The actual state is generally set in relation to a target state and compared with it. The target state, specifically the value of the isentropic target efficiency, is typically known as a function of the current operating conditions and is specified, for example, for the compressor used, specifically by the manufacturer of the compressor. Alternatively, the target state is determined from the values for mass flow and power consumption provided or calculated by the manufacturer, for example, as well as the pressure and temperature values. This comparison is used to draw conclusions about the general condition of the compressor. In the event of an impermissible deviation, a note is issued, for example a recommendation for action.

Der besondere Vorteil der Ermittlung des isentropen Ist-Wirkungsgrades, speziell im Vergleich zu der aus dem Stand der Technik bekannten Gegenüberstellung zwischen der aus den Betriebsparametern errechneten Heißgastemperatur und einer theoretischen Heißgastemperatur, ist darin zu sehen, dass die Heißgastemperatur einer hohen Schwankungsbreite unterliegt sowie eine hohe Sensitivität in Abhängigkeit der gemessenen Druck- und Temperaturwerte aufweist und somit insgesamt fehleranfällig ist. Demgegenüber ist eine Ableitung des Verdichterzustandes auf Basis des ermittelten isentropen Wirkungsgrades weniger sensitiv und bietet daher für unterschiedliche Randbedingungen eine gleichermaßen einsetzbare Vergleichsgröße. Insgesamt gestaltet sich der Aufwand für die Berechnung und Auswertung einfacher.The particular advantage of determining the isentropic actual efficiency, especially in comparison to that known from the prior art A comparison between the hot-gas temperature calculated from the operating parameters and a theoretical hot-gas temperature shows that the hot-gas temperature is subject to a wide range of fluctuation and is highly sensitive as a function of the measured pressure and temperature values, making it error-prone overall. In contrast, a derivation of the compressor status based on the determined isentropic efficiency is less sensitive and therefore offers a comparable value that can be used in the same way for different boundary conditions. Overall, the effort for the calculation and evaluation is simpler.

Der isentrope Wirkungsgrad gibt das Verhältnis an zwischen der realen Ist-Verdichterarbeit und einer theoretischen Verdichterarbeit unter isentropen Bedingungen. Für den Wirkungsgrad gilt folgende Beziehung: η i s = h i s h e i n h a u s h e i n

Figure DE102021211280B4_0001

mit
ηis = isentroper Wirkungsgrad des Verdichters (des Verdichtungsprozesses)
his = spezifische Enthalpie des Kältemittels ausgangsseitig eines isentropen Verdichtungsprozesses,
hein = spezifische momentane Enthalpie des Kältemittels am Eingang des Verdichters im Betrieb,
haus = spezifische momentane Enthalpie des Kältemittels am Ausgang des Verdichters im Betrieb.The isentropic efficiency indicates the relationship between the real actual compressor work and a theoretical compressor work under isentropic conditions. The following relationship applies to the efficiency: n i s = H i s H e i n H a and s H e i n
Figure DE102021211280B4_0001

with
η is = isentropic efficiency of the compressor (of the compression process)
h is = specific enthalpy of the refrigerant on the outlet side of an isentropic compression process,
h in = specific instantaneous enthalpy of the refrigerant at the compressor inlet during operation,
h out = specific momentary enthalpy of the refrigerant at the outlet of the compressor during operation.

In bevorzugter Ausgestaltung wird der Ist-Wirkungsgrad aus den ermittelten momentanen Werten für den Niederdruck, den Hochdruck, der Sauggastemperatur und der Heißgastemperatur ermittelt. Aus diesen ermittelten Werten werden für die Bestimmung des Ist-Wirkungsgrades gemäß obiger Formel die spezifische momentane Enthalpie des Kältemittels am Eingang und am Ausgang des Verdichters sowie die spezifische Enthalpie des eingesetzten Kältemittels ausgangsseitig eines isentropen Verdichtungsprozesses ermittelt. Hierzu werden aus den momentanen (gemessenen) Werten für den Niederdruck, Hochdruck sowie für die Sauggastemperatur und für die Heißgastemperatur die entsprechenden spezifischen Enthalpien mit Hilfe von Tabellen oder bekannten Funktionen ermittelt. Die spezifischen Enthalpie ist dabei eine von dem Druck und der Temperatur abhängige Größe. Die spezifische Enthalpie hängt insbesondere auch von dem eingesetzten Kältemittel ab. So wird die spezifische Enthalpie beispielsweise anhand von für das eingesetzte Kältemittel bekannten p, h-Diagrammen / Tabellen ermittelt. Für die Ermittlung der spezifischen Enthalpien werden look-up Tabellen oder eine geeignete Berechnungsfunktion hinterlegt.In a preferred embodiment, the actual efficiency is determined from the instantaneous values determined for the low pressure, the high pressure, the suction gas temperature and the hot gas temperature. From these determined values, the specific instantaneous enthalpy of the refrigerant at the inlet and outlet of the compressor and the specific enthalpy of the refrigerant used on the outlet side of an isentropic compression process are determined for determining the actual efficiency according to the above formula. For this purpose, the corresponding specific enthalpies are determined from the instantaneous (measured) values for the low pressure, high pressure as well as for the suction gas temperature and for the hot gas temperature with the help of tables or known functions. The specific enthalpy is a variable dependent on pressure and temperature. The specific enthalpy also depends in particular on the refrigerant used. For example, the specific enthalpy is determined using p, h diagrams/tables known for the refrigerant used. Look-up tables or a suitable calculation function are stored to determine the specific enthalpies.

Die Bestimmung des Ist-Wirkungsgrades auf Basis der eingangs- sowie ausgangsseitigen Temperaturwerte sowie Druckwerte ist die bevorzugte Variante, da diese Werte typischerweise regelmäßig auch bereits bei bestehenden Anlagen erfasst werden. Insofern kann das hier vorgeschlagene Verfahren problemlos auch bei bestehenden Anlagen beispielsweise durch ein geeignetes Software-Update nachgerüstet werden.Determining the actual efficiency on the basis of the temperature values and pressure values on the input and output side is the preferred variant, since these values are typically also regularly recorded in existing systems. In this respect, the method proposed here can also be easily retrofitted to existing systems, for example by means of a suitable software update.

In zweckdienlicher Ausgestaltung wird der Ist-Wirkungsgrad, wie er insbesondere gemäß obiger Gleichung (1) bestimmt wird, mit einem Soll-Wirkungsgrad verglichen. Bei einer Abweichung des Ist-Wirkungsgrades von dem Soll-Wirkungsgrad um einen vorgegebenen Schwellwert wird auf einen unzulässigen, mangelhaften Zustand des Verdichters, im Folgenden als „Schlecht-Zustand“ bezeichnet, geschlossen und es wird eine Fehlerwarnung ausgegeben. Der Schwellwert ist entweder herstellerseitig fest vorgegeben oder durch den Nutzer parametrisierbar. So wird beispielsweise eine Fehlerwarnung bei einer Abweichung von mehr als 5 % oder auch von mehr als 10 % abgegeben.In an expedient embodiment, the actual efficiency, as determined in particular according to equation (1) above, is compared with a target efficiency. If the actual efficiency deviates from the setpoint efficiency by a predetermined threshold value, an impermissible, defective condition of the compressor, hereinafter referred to as “bad condition”, is concluded and an error warning is issued. The threshold value is either fixed by the manufacturer or can be parameterized by the user. For example, an error warning is issued if there is a deviation of more than 5% or more than 10%.

Für den Soll-Wirkungsgrad wird gemäß einer ersten Variante auf bekannte Werte für den eingesetzten Verdichter zurückgegriffen. Häufig wird der Soll-Wirkungsgrad vom Hersteller des Verdichters z.B. in Form von Tabellen, Diagrammen angegeben.According to a first variant, known values for the compressor used are used for the setpoint efficiency. The target efficiency is often specified by the compressor manufacturer, e.g. in the form of tables or diagrams.

Insbesondere falls solche Werte nicht vorliegen, wird gemäß einer bevorzugten Variante der Soll-Wirkungsgrad speziell rechnerisch ermittelt. Dies erfolgt insbesondere mit Hilfe der nachfolgenden Formeln und auf Basis eines Massenstroms und einer elektrischen Leistungsaufnahme. Der Massenstrom und die Leistungsaufnahme werden dabei vorzugsweise nicht gemessen. Die erforderlichen Daten für den Massenstrom und der elektrischen Leistungsaufnahme werden bevorzugt aus Tabellen, z.B. des Herstellers des Verdichters berechnet oder entnommen und sind damit Verdichter-spezifisch. Sie sind typischerweise unter anderem abhängig von den momentanen eingangsseitigen Druck- und Temperaturwerten des Kältemittels. Für die Bestimmung (Berechnung) des Soll-Wirkungsgrades wird in guter Näherung von einem adiabatischen Verdichter ausgegangen.In particular, if such values are not available, according to a preferred variant, the target efficiency is determined specifically by calculation. This is done in particular with the help of the following formulas and on the basis of a mass flow and an electrical power consumption. The mass flow and the power consumption are preferably not measured. The required data for the mass flow and the electrical power consumption are preferably calculated or taken from tables, e.g. from the manufacturer of the compressor, and are therefore compressor-specific. They are typically dependent, among other things, on the instantaneous pressure and temperature values of the refrigerant on the inlet side. An adiabatic compressor is used as a good approximation to determine (calculate) the target efficiency.

Der Soll-Wirkungsgrad wird insbesondere gemäß folgenden Formeln bestimmt: h a u s , s o l l = h e i n + P e l , b e r m b e r

Figure DE102021211280B4_0002
η i s , s o l l = h i s h e i n h a u s , s o l l h e i n
Figure DE102021211280B4_0003
The target efficiency is determined in particular according to the following formulas: H a and s , s O l l = H e i n + P e l , b e right m b e right
Figure DE102021211280B4_0002
n i s , s O l l = H i s H e i n H a and s , s O l l H e i n
Figure DE102021211280B4_0003

Hierbei sind:

  • haus, soll = die ermittelte / berechnete spezifische momentane Soll-Enthalpie am Ausgang des Verdichters,
  • hein = die spezifische momentane Enthalpie des Kältemittels am Eingang des Verdichters im Betrieb,
  • his = die spezifische Enthalpie des Kältemittels ausgangsseitig eines isentropen Verdichtungsprozesses,
  • ηis,soll = der isentrope Soll-Wirkungsgrad des Verdichters (des Verdichtungsprozesses)
  • Pel. ber = der aus den (Hersteller-) Angaben ermittelte / berechnete elektrische Wirkungsgrad,
  • mber = der aus den (Hersteller-) Angaben ermittelte / berechnete Massenstrom.
Here are:
  • h out, target = the determined / calculated specific instantaneous target enthalpy at the outlet of the compressor,
  • h on = the specific instantaneous enthalpy of the refrigerant at the inlet of the compressor during operation,
  • h is = the specific enthalpy of the refrigerant on the outlet side of an isentropic compression process,
  • η is,soll = the isentropic desired efficiency of the compressor (of the compression process)
  • P el. ber = the electrical efficiency determined / calculated from the (manufacturer) information,
  • m ber = the mass flow determined / calculated from the (manufacturer) information.

Die Werte für die elektrische Leistungsaufnahme und für den Massenstrom können alternativ auch gemessen werden. Dies ist jedoch aufwändig. Daher werden die Werte - wie oben ausgeführt - bevorzugt nicht gemessen, sondern insbesondere anhand von Angaben vom Hersteller des Verdichters - in Abhängigkeit der momentanen Drücke / Temperaturen / Verdichterdrehzahl - ermittelt, beispielsweise anhand von Tabellen / Diagrammen / Funktionen entnommen und/oder z.B. durch Interpolation oder Extrapolation berechnet.Alternatively, the values for the electrical power consumption and for the mass flow can also be measured. However, this is laborious. Therefore, the values - as explained above - are preferably not measured, but determined in particular using information from the manufacturer of the compressor - depending on the current pressures / temperatures / compressor speed - taken, for example, using tables / diagrams / functions and/or e.g. by interpolation or extrapolation calculated.

Alternativ zur Bestimmung eines Verdichter-spezifischen Soll-Wirkungsgrades ist der Soll-Wirkungsgrad unabhängig von dem tatsächlich in der Kältemittel-Anlage eingesetzten Verdichter definierbar. Speziell ist daher der Soll-Wirkungsgrad unabhängig von spezifischen Soll-Daten des real eingesetzten Verdichters. Bei dieser Ausgestaltung wird daher von einem fixen Soll-Wirkungsgrad von z.B. zumindest 55 % ausgegangen. Eine Berechnung und/oder ein Rückgriff auf z.B. Herstellerangaben ist daher nicht erforderlich.As an alternative to determining a compressor-specific setpoint efficiency, the setpoint efficiency can be defined independently of the compressor actually used in the refrigerant system. In particular, the target efficiency is therefore independent of specific target data of the compressor actually used. In this embodiment, a fixed target efficiency of at least 55%, for example, is assumed. A calculation and/or recourse to e.g. manufacturer information is therefore not necessary.

Dies beruht auf der Überlegung, dass die heutzutage eingesetzten Verdichter regelmäßig eine ausreichend hohe Qualität aufweisen und zumindest im Ausgangszustand einen isentropen Wirkungsgrad aufweisen, welcher verdichterunabhängig in einem engen Wirkungsgrad-Fenster liegt. Weiterhin geht dieser Ansatz davon aus, dass bei einem Unterschreiten des unabhängig von dem Verdichter vorgegebenen Wertes für den Wirkungsgrad der Verdichter nicht akzeptabel ist und allgemein zu einem zu hohen Energieverbrauch führt.This is based on the consideration that the compressors used today regularly have a sufficiently high quality and, at least in the initial state, have an isentropic efficiency which, independent of the compressor, lies within a narrow efficiency window. Furthermore, this approach assumes that if the value for the efficiency of the compressor falls below the value specified independently of the compressor, this is unacceptable and generally leads to excessive energy consumption.

Auf diese Weise können beispielsweise auch mangelhafte Verdichter, die bereits im Ausgangszustand - ggf. nach einer Einlaufzeit nach der Inbetriebnahme - einen zu geringen Wirkungsgrad zeigen, erkannt und ausgetauscht werden. Das Identifizieren eines bereits im Ausgangszustand mangelhaften Verdichters ist allgemein möglich und nicht auf diese Variante mit dem fest vorgegebenen Wert für den Wirkungsgrad beschränkt.In this way, for example, defective compressors that already show insufficient efficiency in the initial state - possibly after a run-in period after commissioning - can be identified and replaced. It is generally possible to identify a compressor that is already defective in the initial state and is not limited to this variant with the fixed value for the efficiency.

Erfindungsgemäß wird aus dem ermittelten Ist-Wirkungsgrad auf den momentanen elektrischen Ist-Leistungsbedarf zurückgeschlossen. Durch Vergleich mit einer elektrischen Soll-Leistungsaufnahme wird dann auf den Ist-Zustand zurückgeschlossen. Bei dem Ist-Leistungsbedarf handelt sich daher um eine abgeleitete Ist-Größe. Durch diese Maßnahme kann daher direkt ein erhöhter Energiebedarf identifiziert werden. Ein erhöhter Energiebedarf deutet dabei auf Verschleiß und/oder mangelnde Funktionsfähigkeit oder sonstige Fehler hin. Aus dem Ist-Leistungsbedarf, insbesondere aus einer zeitlichen Veränderung wird insbesondere auch eine Prognose für eine Rest-Lebensdauer abgeleitet und als Information ausgegeben oder abgespeichert. Alternativ erfolgt eine Handlungsempfehlung direkt auf Basis des ermittelten Ist-Leistungsbedarfs, ohne dass eine Rest-Lebensdauer ermittelt wird.According to the invention, the instantaneous actual electrical power requirement is inferred from the determined actual efficiency. The actual state is then deduced from a comparison with a target electrical power consumption. The actual power requirement is therefore a derived actual variable. This measure can therefore directly identify an increased energy requirement. An increased energy requirement indicates wear and/or a lack of functionality or other errors. In particular, a prognosis for a remaining service life is also derived from the actual power requirement, in particular from a change over time, and is output or stored as information. Alternatively, a recommendation for action is made directly on the basis of the determined actual power requirement, without a remaining service life being determined.

Die Ermittlung des Ist-Leistungsbedarfs erfolgt insbesondere gemäß folgender Formel: P e l = m b e r ( h i s h e i n ) η i s

Figure DE102021211280B4_0004
The determination of the actual power requirement is carried out in particular according to the following formula: P e l = m b e right ( H i s H e i n ) n i s
Figure DE102021211280B4_0004

Durch Umstellen der obigen Gleichung (2) h a u s , s o l l h e i n = P e i , b e r m b e r

Figure DE102021211280B4_0005
und Einsetzen in Gleichung (3) erhält man η i s , s o l l = m b e r ( h i s h e i n ) P e l , b e r
Figure DE102021211280B4_0006
analog zu Gleichung (4). Pel ist die momentane elektrische Leistungsaufnahme. Dabei wird insbesondere angenommen, dass der Massenstrom auch bei Verschleiß konstant bleibt.By rearranging equation (2) above H a and s , s O l l H e i n = P e i , b e right m b e right
Figure DE102021211280B4_0005
and substituting into equation (3) one obtains n i s , s O l l = m b e right ( H i s H e i n ) P e l , b e right
Figure DE102021211280B4_0006
analogous to equation (4). P el is the instantaneous electrical power consumption. In particular, it is assumed that the mass flow remains constant even with wear.

In bevorzugter Ausgestaltung ist das hier vorgestellte Verfahren im Rahmen eines Condition Monitoring Systems eingesetzt und dient insbesondere auch zur Abschätzung oder Ermittlung einer Restlebensdauer des Verdichters. Hierzu wird allgemein insbesondere der zeitliche Verlauf der ermittelten Ist-Wirkungsgrade oder der zeitliche Ablauf der hieraus abgeleiteten Ist-Größe, wie beispielsweise der Ist-Leistungsbedarf ausgewertet.In a preferred embodiment, the method presented here is used as part of a condition monitoring system and is also used in particular to estimate or determine a remaining service life of the compressor. For this purpose, in particular the time profile of the determined actual efficiencies or the time profile of the actual variable derived therefrom, such as the actual power requirement, is generally evaluated.

Alternativ hierzu wird in bevorzugter Ausgestaltung auf die Ermittlung einer Rest-Lebensdauer verzichtet und eine Handlungsanweisung ergeht unmittelbar.As an alternative to this, in a preferred embodiment, the remaining service life is not determined and instructions for action are issued immediately.

Die Ermittlung des Ist-Wirkungsgrades sowie des Ist-Zustands des Verdichters werden in bevorzugter Ausgestaltung mittels einer dezentralen Auswerteeinheit ausgeführt, die Teil der Kältemittel-Anlage ist. Die Auswertung erfolgt daher unmittelbar innerhalb der Kältemittel-Anlage selbst. Die Auswerteeinheit ist dabei beispielsweise in einer Steuereinheit integriert, die den Betrieb und insbesondere den Kreislauf der Kältemittel-Anlage steuert.In a preferred embodiment, the actual efficiency and the actual state of the compressor are determined by means of a decentralized evaluation unit that is part of the refrigerant system. The evaluation therefore takes place directly within the refrigeration system itself. The evaluation unit is integrated, for example, in a control unit that controls the operation and in particular the circuit of the refrigeration system.

Alternativ hierzu erfolgt die Ermittlung des Ist-Zustands des Verdichters sowie bei Bedarf ergänzend auch die Ermittlung des Ist-Wirkungsgrades in einer bezüglich der Kältemittel-Anlage entfernten zentralen Auswerteeinheit. Diese zentrale Auswerteeinheit befindet sich beispielsweise an einem anderen Ort als die Kältemittel-Anlage und ist beispielsweise Teil einer Cloud-Lösung und / oder Teil eines zentralen Servers des Kälteanlagen-Herstellers. Alternativ ist die zentrale Auswerteeinheit für mehrere Anlagen/Kältemittel-Anlagen innerhalb eines Gebäudes zuständig. Sie ist beispielsweise Teil eines Smart-Home Systems.As an alternative to this, the actual state of the compressor is determined and, if necessary, the actual efficiency is also determined in a central evaluation unit that is remote from the refrigerant system. This central evaluation unit is, for example, at a different location than the refrigerant system and is, for example, part of a cloud solution and/or part of a central server of the refrigeration system manufacturer. Alternatively, the central evaluation unit is responsible for several systems/refrigerant systems within a building. For example, it is part of a smart home system.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der einzigen Figur näher erläutert. Diese zeigt in einer stark vereinfachten Darstellung einen Ausschnitt aus einer Kältemittel-Anlage.An embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the single figure. This shows a section of a refrigerant system in a greatly simplified representation.

Die ausschnittsweise dargestellte Kältemittel-Anlage 2 weist einen Verdichter 4 auf, welcher in einem Kältemittel-Kreislauf 6 angeordnet ist und in diesem zur Verdichtung und Umwälzung eines Kältemittels dient. Ein solcher Kältemittel-Kreislauf 6 ist grundsätzlich bekannt und umfasst neben dem Verdichter 4 als weitere Hauptkomponenten, die vorliegend nicht dargestellt sind, einen Kondensator, ein Drosselorgan sowie einen Verdampfer, die in Strömungsrichtung des Kältemittels in dieser Reihenfolge dem Verdichter nachgeschaltet sind.The refrigerant system 2 shown in detail has a compressor 4, which is arranged in a refrigerant circuit 6 and is used in this for compressing and circulating a refrigerant. Such a refrigerant circuit 6 is known in principle and, in addition to the compressor 4, comprises a condenser, a throttling element and an evaporator, which are arranged downstream of the compressor in the flow direction of the refrigerant, as further main components which are not shown here.

Die Kältemittel-Anlage 2 umfasst weiterhin Drucksensoren 8 sowie Temperatursensoren 10, die jeweils saugseitig und druckseitig am Einlass sowie am Auslass des Verdichters 4 angeordnet sind. Über diese Sensoren 8,10 wird einlassseitig eine momentane Sauggastemperatur Tein sowie ein Niederdruck pein und auslassseitig eine momentane Heißgastemperatur Taus sowie ein Hochdruck paus vorzugsweise durch Messen ermittelt. Die gemessenen momentanen Werte (= Ist-Werte) dieser Betriebsparameter werden an eine Auswerteeinheit 12 übermittelt, welche beispielsweise Teil der Kältemittel-Anlage 2 ist und in dieser als dezentrale Auswerteeinheit integriert ist. Alternativ ist sie außerhalb der Kältemittel-Anlage 2 ausgebildet und steht mit dieser lediglich in Kommunikationsverbindung und ist als eine zentrale Auswerteeinheit ausgebildet.The refrigerant system 2 also includes pressure sensors 8 and temperature sensors 10, which are each arranged on the suction side and pressure side at the inlet and at the outlet of the compressor 4. These sensors 8, 10 are used to determine a current intake gas temperature T in and a low pressure p in on the inlet side and a current hot gas temperature T out and a high pressure p out on the outlet side, preferably by measuring. The measured instantaneous values (=actual values) of these operating parameters are transmitted to an evaluation unit 12, which is part of the refrigerant system 2, for example, and is integrated into it as a decentralized evaluation unit. Alternatively, it is embodied outside of the refrigerant system 2 and is only in communication with it and is embodied as a central evaluation unit.

Innerhalb der Auswerteeinheit 12 ist eine Recheneinheit 14 enthalten, die aus den momentanen Werten der Betriebsparameter den isentropen Ist-Wirkungsgrad ηis ermittelt. Weiterhin ist eine Vergleichseinheit 16 integriert, innerhalb derer der Ist-Wirkungsgrad ηis mit einem Soll-Wirkungsgrad ηsoll abgeglichen wird. In Abhängigkeit des Vergleiches werden bevorzugt weitere Aktionen veranlasst, wie beispielsweise die Herausgabe einer Meldung zum Ist-Zustand des Verdichters 4 oder auch eine Handlungsempfehlung, wie beispielsweise für eine Wartung oder Austausch des Verdichters 4.The evaluation unit 12 contains a computing unit 14 which determines the isentropic actual efficiency η is from the instantaneous values of the operating parameters. Furthermore, a comparison unit 16 is integrated, within which the actual efficiency η is is compared with a setpoint efficiency η setpoint. Depending on the comparison, further actions are preferably initiated, such as issuing a report on the current state of the compressor 4 or a recommendation for action, such as maintenance or replacement of the compressor 4.

Weiterhin ist in einer bevorzugten Ausgestaltung die Auswerteeinheit 12 auf Basis des ermittelten Ist-Zustands auch zur Vorhersage einer verbleibenden Rest-Lebensdauer des Verdichters 4 ausgebildet. Hierzu werden insbesondere auch die im Laufe der Zeit ermittelten Ist-Wirkungsgrade ηis sowie gegebenenfalls hieraus abgeleitete Ist-Größen mit ihrem zeitlichen Verlauf gespeichert und ausgewertet.Furthermore, in a preferred embodiment, the evaluation unit 12 is also designed to predict a remaining service life of the compressor 4 on the basis of the determined actual state. For this purpose, in particular, the actual degrees of efficiency η is determined over time and any actual variables derived therefrom are stored and evaluated with their progression over time.

Die Überprüfung des Verdichters 4 durch die Berechnung oder Ermittlung des Ist-Wirkungsgrades ηis erfolgt beispielsweise in vorgegebenen zeitlichen Intervallen und damit quasi laufend während des Betriebs. Speziell erfolgt die Durchführung der Überprüfung zumindest immer dann, wenn der Verdichter 4 aktiviert wird und sich insbesondere in einem näherungsweise stationären Betriebszustand befindet.The compressor 4 is checked by calculating or determining the actual efficiency η is , for example, at predetermined time intervals and thus more or less continuously during operation. In particular, the check is carried out at least whenever the compressor 4 is activated and, in particular, is in an approximately stationary operating state.

Alternativ zu der Auswertung der angegebenen Temperaturen T und Drücke p besteht auch die Möglichkeit, einen Massenstrom m des Kältemittels sowie eine momentane elektrische Leistungsaufnahme Pel zu ermitteln und hieraus den Ist-Wirkungsgrad ηis zu ermitteln. Die momentane elektrische Leistungsaufnahme Pel definiert zugleich den momentanen elektrischen Leistungsbedarf. Der Massenstrom wird an einer geeigneten Stelle im Kreisprozess gemessen, beispielsweise nach dem Kondensator, da dort gute Voraussetzungen für eine Messung des Massenstroms m vorliegen. Alternativ wird der Massenstrom m im Bereich des Verdichters, speziell am Eintritt des Verdichters gemessen.As an alternative to evaluating the specified temperatures T and pressures p, there is also the possibility of determining a mass flow m of the refrigerant and an instantaneous electrical power consumption P el and of determining the actual efficiency η is from this. The instantaneous electrical power consumption P el also defines the instantaneous electrical power requirement. The mass flow is measured at a suitable point in the cycle, for example after the condenser, since there are good conditions for measuring the mass flow m. Alternatively, the mass flow m is measured in the area of the compressor, specifically at the compressor inlet.

Für die Vergleichseinheit 16 werden ergänzend von einer Dateneinheit 18 Daten zur Verfügung gestellt, die entweder unmittelbar die Soll-Daten sind, wie beispielsweise ein Soll-Daten für einen eingesetzten Verdichtertyp, speziell ein Typ-spezifischer Soll-Wirkungsgrad ηis,soll. Hierbei kann vorgesehen sein, dass derartige Soll-Wirkungsgrade ηis,soll in einer Tabelle oder durch Polynome vorgehalten sind und zwar für unterschiedliche eingangsseitige sowie ausgangseitige Temperaturen und Drücke und / oder in Tabellen bzw. Polynomen für unterschiedliche Drehzahlen des Verdichters.A data unit 18 additionally provides data for the comparison unit 16, which are either directly the desired data, such as, for example, desired data for a compressor type used, specifically a type-specific desired efficiency η is,soll . It can be provided that such setpoint efficiencies η is, setpoint are stored in a table or by polynomials, namely for different temperatures and pressures on the inlet and outlet side and/or in tables or polynomials for different speeds of the compressor.

Alternativ oder ergänzend enthält die Dateneinheit 18 auch Daten über den tatsächlich eingesetzten Verdichter 4, beispielsweise Leistungsdaten, wie einen vom Hersteller angegebenen isentropen Wirkungsgrad.Alternatively or additionally, the data unit 18 also contains data about the compressor 4 actually used, for example performance data such as an isentropic efficiency specified by the manufacturer.

Der Soll-Wirkungsgrad ηis, soll kann ergänzend oder alternativ auch ermittelt werden aus dem momentanen Massenstrom m und einer theoretischen Verdichterleistung, wie sie beispielsweise seitens des Herstellers des Verdichters 4 angegeben ist.The setpoint efficiency η is, soll can additionally or alternatively also be determined from the instantaneous mass flow m and a theoretical compressor output, as specified, for example, by the manufacturer of the compressor 4 .

Ergibt der Abgleich zwischen dem ermittelten Ist-Wirkungsgrad ηis und dem theoretischen Soll-Wirkungsgrad ηis, soll eine Abweichung, die beispielsweise über einen festgelegten Grenzwert g liegt (ηis, soll - ηis > g) so wird auf eine mangelnde Funktionsfähigkeit als Ist-Zustand des Verdichters 4 zurückgeschlossen und es besteht die Gefahr, dass der Verdichter 4 künftig ausfallen kann. Über eine entsprechende Fehlermitteilung kann dann ein präventiver Austausch des Verdichters 4 vorgeschlagen werden, um einen Ausfall der Kältemittel-Anlage 2 zu vermeiden.If the comparison between the determined actual efficiency η is and the theoretical target efficiency η is shows a deviation that is, for example, above a specified limit value g (η is, target - η is > g), then a lack of functionality is considered to be Actual state of the compressor 4 closed and there is a risk that the compressor 4 can fail in the future. A preventive replacement of the compressor 4 can then be proposed via a corresponding error message in order to avoid a failure of the refrigerant system 2 .

Ein besonderer Vorteil des hier beschriebenen Verfahrens und der hier beschriebenen Anlage ist darin zu sehen, dass nur eine geringe Anzahl an Sensoren erforderlich ist, welche typischerweise sowieso bereits zur Verfügung stehen (Druck- und Temperatursensor 8,10). Auch reicht eine nur geringe Rechenkapazität aus, da im Wesentlichen nur die momentanen Werte oder auch nur wenige Werte betrachtet werden, wobei die wenigen Werte bevorzugt nicht fortlaufend, sondern nur in regelmäßigen Zeitabständen erfasst werden. Die Berücksichtigung von (weiteren) Umgebungsparametern ist nicht erforderlich und bevorzugt auch nicht vorgesehen.A particular advantage of the method described here and the system described here can be seen in the fact that only a small number of sensors are required, which are typically already available anyway (pressure and temperature sensors 8, 10). A low computing capacity is also sufficient, since essentially only the instantaneous values or also only a few values are considered, with the few values preferably not being recorded continuously, but rather only at regular time intervals. It is not necessary to take (further) environmental parameters into account, and it is preferably not provided either.

Im Vergleich zu dem Konzept, bei dem aufgrund eines Heißgas-Temperaturvergleichs zwischen einer errechneten und einer theoretischen Heißgastemperatur auf einen Ist-Zustand des Verdichters 4 zurückgeschlossen wird, ergeben sich mehrere wesentliche Vorteile. Zum einen ist bei der hier beschriebenen Variante eine Abschätzung und Ermittlung des Ist-Zustands des Verdichters ohne spezielle Kenntnis über Leistungsparameter des eingesetzten Verdichters möglich und damit insbesondere ohne spezifische Herstellerangaben möglich. Der ermittelte Ist-Wirkungsgrad ηis weist vielmehr unmittelbar auf den Ist-Zustand des Verdichters 4 hin.In comparison to the concept in which an actual state of the compressor 4 is deduced based on a hot gas temperature comparison between a calculated and a theoretical hot gas temperature, there are several significant advantages. On the one hand, in the variant described here, an assessment and determination of the actual state of the compressor is possible without special knowledge of the performance parameters of the compressor used and is therefore possible in particular without specific manufacturer information. Rather, the ascertained actual efficiency η is directly indicates the actual state of the compressor 4 .

Die Auswertung auf Grundlage der Heißgastemperatur ist grundsätzlich auch deutlich schwieriger, da diese im Betrieb in Abhängigkeit der aktuellen Betriebssituation deutlichen Schwankungen unterliegt. So kann die Heißgastemperatur beispielsweise - je nach Bauart des Verdichters, der Drehzahl und des eingesetzten Kältemittels - bei einer Anlage zwischen 65 °C und 120 °C variieren. Demgegenüber ist bei dem Wirkungsgrad ηis allenfalls mit einer Varianz im Bereich von beispielsweise 60 %-74 % zu rechnen. Allgemein wird davon ausgegangen, dass der Ist-Wirkungsgrad ηis allgemein über 65 % sein soll.The evaluation based on the hot gas temperature is also fundamentally much more difficult, as this is subject to significant fluctuations during operation depending on the current operating situation. For example, the hot gas temperature in a system can vary between 65 °C and 120 °C, depending on the design of the compressor, the speed and the refrigerant used. In contrast, a variance in the range of, for example, 60%-74% can be expected for the efficiency η is at most. It is generally assumed that the actual efficiency η is should generally be over 65%.

Ein weiterer Vorteil der Ermittlung des Ist-Wirkungsgrads ηis ist schließlich darin zu sehen, dass dieser direkt einen Rückschluss auf den elektrischen Leistungsbedarf des Verdichters 4 insbesondere in Relation zu einem optimalen Zustand des Verdichters 4 gibt. Bevorzugt wird daher aus dem Ist-Wirkungsgrad ηis auch direkt der momentane elektrischen Leistungsbedarf des Verdichters 4 ermittelt. Hierzu sind keine speziellen, aufwendigen Berechnungen erforderlich. Zwischen dem Ist-Wirkungsgrad ηis und der elektrischen momentanen Leistungsaufnahme besteht eine vorgegebene Korrelation, sodass also aus einem Abfall des Ist-Wirkungsgrades ηis gleichzeitig auf einen höheren Leistungsbedarf geschlossen werden kann. Finally, a further advantage of determining the actual efficiency η is is that it gives a direct indication of the electrical power requirement of the compressor 4 , in particular in relation to an optimal state of the compressor 4 . The instantaneous electrical power requirement of the compressor 4 is therefore preferably also determined directly from the actual efficiency η is . No special, complex calculations are required for this. There is a predetermined correlation between the actual efficiency η is and the instantaneous electrical power consumption, so that a drop in the actual efficiency η is can simultaneously indicate a higher power requirement.

Speziell ist auch keine direkte Messung der Leistungsaufnahme des Verdichters vorgesehen. Hierzu wären entsprechende Messgeräte, beispielsweise zur Strommessung des eingangsseitigen Verdichter-Stroms erforderlich. Bei einigen Anlagen, speziell bei Anlagen mit geringerer Leistung z.B. bis 6 kW oder bis 9 kW Heizleistung der Kältemittel-Anlage, sind solche Messgeräte nicht vorgesehen und würden zu zusätzlichen Kosten führen.In particular, no direct measurement of the power consumption of the compressor is provided. Appropriate measuring devices would be required for this purpose, for example for measuring the current of the compressor current on the input side. In some systems, especially in systems with a lower capacity, e.g. up to 6 kW or up to 9 kW heating capacity of the refrigerant system, such measuring devices are not provided and would lead to additional costs.

Die Bestimmung des momentanen Leistungsbedarfs erlaubt eine unmittelbare Aussage, ob ein Austausch des Verdichters 4 erfolgen sollte. Eine Kenntnis oder eine Korrelation zu einer Restlebensdauer, die erst ermittelt werden müsste, ist nicht erforderlich und wird vorzugsweise nicht ausgeführt. Vielmehr wird anhand des ermittelten elektrischen Leistungsbedarfs direkt abgeschätzt, ob der eingesetzte Verdichter 4 ungenügend ist und beispielsweise zu einem nicht zumutbaren hohen Verbrauch führen würde.Determining the instantaneous power requirement allows an immediate statement as to whether the compressor 4 should be replaced. A knowledge or a correlation to a remaining service life, which would first have to be determined, is not required and is preferably not carried out. Rather, based on the electrical power requirement determined, it is directly estimated whether the compressor 4 used is insufficient and would, for example, lead to an unreasonably high consumption.

Insgesamt ist durch das hier beschriebene Verfahren eine einfache Bestimmung des Ist-Zustands des Verdichters 4 erreicht und es wird hieraus eine Handlungsempfehlung abgeleitet, falls sich zeigt, dass der Verdichter 4 eine mangelnde Leistung aufweist.Overall, the method described here achieves a simple determination of the actual state of the compressor 4 and a recommendation for action is derived from this if it is found that the compressor 4 has a poor performance.

BezugszeichenlisteReference List

22
Kältemittel-Anlagerefrigerant system
44
Verdichtercompressor
66
Kreislaufcycle
88th
Drucksensorpressure sensor
1010
Temperatursensortemperature sensor
1212
Auswerteeinheitevaluation unit
1414
Recheneinheitunit of account
1616
Vergleichseinheitcomparison unit
1818
Dateneinheit data unit
Teinthein
Sauggastemperatursuction gas temperature
Tausdew
Heißgastemperaturhot gas temperature
peinpain
Niederdrucklow pressure
pauspause
Hochdruckhigh pressure
mm
Massenstrommass flow
PelPel
elektrische Leistungsaufnahmeelectric power consumption
ηisηis
isentroper Ist-Wirkungsgradisentropic actual efficiency
ηis,sollηis,should
isentroper Soll-Wirkungsgradisentropic target efficiency
gG
Schwellwertthreshold

Claims (10)

Verfahren zur Überwachung einer Kältemittel-Anlage (2) mit einem Kreislauf, in dem ein Kältemittel mittels eines Verdichters (4) gefördert wird, wobei der Verdichter (4) eine momentane elektrische Leistungsaufnahme (Pel) aufweist und einen momentanen Massenstrom (n) des Kältemittels fördert, wobei weiterhin das Kältemittel an einer Saugseite des Verdichters (4) einen Niederdruck (pein) und eine Sauggastemperatur (Tein) und an einer Druckseite einen Hochdruck (paus) und eine Heißgastemperatur (Taus) aufweist, und Leistungsaufnahme (Pel), Massenstrom (n), Niederdruck (pein), Sauggastemperatur (Tein), Hochdruck (paus) und Heißgastemperatur (Taus) Betriebsparameter darstellen und zumindest einige dieser Betriebsparameter während des Betriebs erfasst werden, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Werten dieser Betriebsparameter der momentane isentrope Ist-Wirkungsgrad (ηis) des Verdichters (4) ermittelt wird und hieraus oder aus einer hieraus abgeleiteten Ist-Größe auf einen momentanen Ist-Zustand des Verdichters (4) geschlossen wird, wobei aus dem Ist-Wirkungsgrad (ηis) auf den elektrischen Ist-Leistungsbedarf als abgeleitete Ist-Größe rückgeschlossen wird und durch einen Vergleich mit einem elektrischen Soll-Leistungsbedarf auf den Ist-Zustand geschlossen wird.Method for monitoring a refrigerant system (2) with a circuit in which a refrigerant is pumped by means of a compressor (4), the compressor (4) having an instantaneous electrical power consumption (P el ) and an instantaneous mass flow (n) of the Promotes the refrigerant, the refrigerant also having a low pressure (p in ) and a suction gas temperature (T in ) on a suction side of the compressor (4) and a high pressure (p off ) and a hot gas temperature (T off ) on a pressure side, and power consumption ( P el ), mass flow (n), low pressure (p in ), suction gas temperature (T in ), high pressure (p out ) and hot gas temperature (T out ) represent operating parameters and at least some of these operating parameters are recorded during operation, characterized in that from the values of these operating parameters determine the current isentropic actual efficiency (η is ) of the compressor (4) and from this or from an actual variable derived therefrom a current actual state of the compressor (4) is concluded, with the actual Efficiency (η is ) the actual electrical power requirement is inferred as a derived actual variable and the actual state is inferred by a comparison with a target electrical power requirement. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ist-Wirkungsgrad (ηis) aus Niederdruck (pein), Sauggastemperatur (Tein), Hochdruck (paus) und Heißgastemperatur (Taus) ermittelt wird.procedure after claim 1 , characterized in that the actual efficiency (η is ) from low pressure (p in ), suction gas temperature (T in ), high pressure (p out ) and hot gas temperature (T out ) is determined. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ist-Wirkungsgrad (ηis) mit einem Soll-Wirkungsgrad (ηis,soll) verglichen und bei einer Abweichung um einen vorgegebenen Schwellwert (g) von beispielsweise 5 % auf einen Schlecht-Zustand des Verdichters (4) geschlossen wird und eine Fehlerwarnung abgegeben wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the actual efficiency (η is ) is compared with a setpoint efficiency (η is,setpoint ) and, if there is a deviation by a predetermined threshold value (g) of, for example, 5%, indicates a bad state of the compressor (4) is closed and an error warning is issued. Verfahren nach dem Anspruch 3, bei dem der Soll-Wirkungsgrad (ηis,soll) ermittelt wird, insbesondere auf Basis eines Massenstroms (m) sowie der elektrischen Leistungsaufnahme (Pel) des Verdichters (4).procedure after claim 3 , in which the desired efficiency (η is,soll ) is determined, in particular on the basis of a mass flow (m) and the electrical power consumption (P el ) of the compressor (4). Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Wirkungsgrad (ηis,soll) unabhängig ist von dem eingesetzten Verdichter (4).procedure after claim 3 , characterized in that the desired efficiency (η is,soll ) is independent of the compressor (4) used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des Ist-Wirkungsgrades (ηis) oder der hieraus abgeleiteten Ist-Größe wie z.B. Ist-Leistungsbedarf auf eine Restlebensdauer des Verdichters (4) geschlossen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the remaining service life of the compressor (4) is determined on the basis of the actual efficiency (η is ) or the actual variable derived therefrom, such as the actual power requirement. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des ermittelten Ist-Zustands auf eine Restlebensdauer des Verdichters (4) zurückgeschlossen wird und hierzu insbesondere der zeitliche Verlauf der ermittelten Ist-Wirkungsgrade (ηis) oder der hieraus abgeleiteten Ist- Größe berücksichtigt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the determined actual state is used to deduce a remaining service life of the compressor (4) and for this purpose in particular the time profile of the determined actual efficiencies (η is ) or the actual variable derived therefrom is taken into account becomes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Ist-Wirkungsgrades (ηis) sowie des Ist-Zustandes des Verdichters (4) mittels einer dezentralen Auswerteeinheit (12) als Teil der Kältemittel-Anlage (2) erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the actual efficiency (η is ) and the actual state of the compressor (4) are determined by means of a decentralized evaluation unit (12) as part of the refrigerant system (2). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Ist-Zustandes des Verdichters (4) sowie bei Bedarf ergänzend auch die Ermittlung des Ist-Wirkungsgrades (ηis) innerhalb einer - zur Kältemittel-Anlage (2) entfernten - zentralen Auswerteeinheit (12) erfolgt.Procedure according to one of Claims 1 until 7 , characterized in that the determination of the actual state of the compressor (4) and, if necessary, also the determination of the actual efficiency (η is ) within a central evaluation unit (12) that is remote from the refrigerant system (2). Vorrichtung zur Überwachung einer Kältemittel-Anlage (2), die einen Kreislauf aufweist, in dem im Betrieb ein Kältemittel mittels eines Verdichters (4) umgewälzt wird, wobei im Betrieb der Verdichter (4) eine momentane elektrische Leistungsaufnahme (Pel) aufweist und einen momentanen Massenstrom (n) des Kältemittels fördert und wobei weiterhin im Betrieb das Kältemittel an einer Saugseite des Verdichters (4) einen Niederdruck (pein) und eine Sauggastemperatur (Tein) und an einer Druckseite des Verdichters (4) einen Hochdruck (paus) und eine Heißgastemperatur (Taus) aufweist, und Leistungsaufnahme (Pel), Massenstrom (m), Niederdruck (pein), Sauggastemperatur (Tein), Hochdruck (paus) und Heißgastemperatur (Taus) Betriebsparameter darstellen und die Kältemittel-Anlage (2) Einrichtungen aufweist zur Erfassung zumindest einiger dieser Betriebsparameter während des Betriebs, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinheit (12) vorgesehen ist, die derart eingerichtet ist, dass sie aus den Werten dieser Betriebsparameter den momentanen isentropen Ist-Wirkungsgrad (ηis) des Verdichters (4) ermittelt und hieraus oder einer hieraus abgeleiteten Ist-Größe auf einen momentanen Ist-Zustand des Verdichters (4) schließt, wobei aus dem Ist-Wirkungsgrad (ηis) auf den elektrischen Ist-Leistungsbedarf als abgeleitete Ist-Größe rückgeschlossen wird und durch einen Vergleich mit einem elektrischen Soll-Leistungsbedarf auf den Ist-Zustand geschlossen wird.Device for monitoring a refrigerant system (2), which has a circuit in which a refrigerant is circulated by means of a compressor (4) during operation, wherein during operation the compressor (4) has an instantaneous electrical power consumption (P el ) and a momentary mass flow (n) of the refrigerant and, furthermore, during operation, the refrigerant has a low pressure (p in ) and a suction gas temperature (T in ) on a suction side of the compressor (4) and a high pressure (p off ) on a pressure side of the compressor (4). ) and a Hot gas temperature (T out ) and power consumption (P el ), mass flow (m), low pressure (p in ), suction gas temperature (T in ), high pressure (p out ) and hot gas temperature (T out ) represent operating parameters and the refrigerant system ( 2) has devices for detecting at least some of these operating parameters during operation, characterized in that an evaluation unit (12) is provided, which is set up in such a way that it calculates the current isentropic actual efficiency (η is ) of the compressor from the values of these operating parameters (4) determined and from this or from an actual variable derived therefrom a current actual state of the compressor (4) is concluded, the actual efficiency (η is ) being used to infer the actual electrical power requirement as a derived actual variable and the actual state is inferred by a comparison with a target electrical power requirement.
DE102021211280.3A 2021-10-06 2021-10-06 Method and device for monitoring a refrigerant system Active DE102021211280B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021211280.3A DE102021211280B4 (en) 2021-10-06 2021-10-06 Method and device for monitoring a refrigerant system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021211280.3A DE102021211280B4 (en) 2021-10-06 2021-10-06 Method and device for monitoring a refrigerant system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102021211280A1 DE102021211280A1 (en) 2023-04-06
DE102021211280B4 true DE102021211280B4 (en) 2023-05-04

Family

ID=85570956

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021211280.3A Active DE102021211280B4 (en) 2021-10-06 2021-10-06 Method and device for monitoring a refrigerant system

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102021211280B4 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004099683A2 (en) 2003-04-30 2004-11-18 Emerson Retail Services Inc. Predictive maintainance and equipment monitoring for a refrigeration system
JP2012172957A (en) 2011-02-24 2012-09-10 Yanmar Co Ltd Refrigerant circuit with anomaly detection function for compressor
EP3450880B1 (en) 2017-09-05 2020-02-12 ALSTOM Transport Technologies Method for supervising an air-conditioning system for a railway vehicle and railway vehicle comprising an air-conditioning system implementing this method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004099683A2 (en) 2003-04-30 2004-11-18 Emerson Retail Services Inc. Predictive maintainance and equipment monitoring for a refrigeration system
JP2012172957A (en) 2011-02-24 2012-09-10 Yanmar Co Ltd Refrigerant circuit with anomaly detection function for compressor
EP3450880B1 (en) 2017-09-05 2020-02-12 ALSTOM Transport Technologies Method for supervising an air-conditioning system for a railway vehicle and railway vehicle comprising an air-conditioning system implementing this method

Also Published As

Publication number Publication date
DE102021211280A1 (en) 2023-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3640476B1 (en) Electronic control device for a component of compressed air generation, compressed air conditioning, compressed air storage and / or compressed air distribution
EP0895197B1 (en) Method for monitoring installations with mechanical components
DE602005002723T2 (en) Method for testing the energy performance of an industrial unit
DE102019117820B4 (en) Method and device for monitoring the condition of a hydraulic pump
DE112015001924T5 (en) Motor controller
WO2020216530A1 (en) Method for determining remaining useful life cycles, remaining useful life cycle determination circuit, and remaining useful life cycle determination apparatus
EP2093644B1 (en) Method and device for influencing a temperature measurement at the entry of a heating regulator
EP2039939B1 (en) Method for monitoring an energy conversion device
EP2971768B2 (en) Development of a superior model for controlling and/or supervising a compressor system
WO2021244869A1 (en) Method for operating a monitoring device for monitoring a heating system, monitoring device, and heating system having the monitoring device
DE102021211280B4 (en) Method and device for monitoring a refrigerant system
CH700963A2 (en) A method for automatic detection and representation of the operation, and the work and functioning of building services and / or technical production plants in terms of their energy efficiency.
DE102021006682A1 (en) Method and device for monitoring a refrigerant system
EP3242035A1 (en) Method for operating at least one pump unit of a plurality of pump units
DE102020200051A1 (en) Method for determining remaining usage cycles, remaining usage cycle determining circuit, remaining usage cycle determining device
DE102019105618B3 (en) Method for recognizing a glow plug change
DE102012218359A1 (en) Programmable control device for controlling e.g. display device, has microprocessor finding ratio of number of components of input and output circuits in switch-on state, where circuit evaluation is performed based on average value
DE102015212543A1 (en) Method, air conditioning device and system
EP2214071A1 (en) Method and device for monitoring the heating curve of a heating assembly
DE102014109949A1 (en) Computer-implemented method for evaluating an energy-efficient and / or functional operation of a technical installation
DE102016119735A1 (en) Method for determining and / or monitoring the efficiency of a compressed air system
WO1999041650A1 (en) Process and installation diagnostic method
DE102017124739B4 (en) Method for operating a climate chamber and climate chamber
EP4198420A1 (en) Method for monitoring a fill quantity of a working medium in a heat pump system, method for controlling a heat pump system and heat pump system
DE102016223612A1 (en) Method for analyzing and / or diagnosing at least one heat generator of a heating system, control unit and heating system for this purpose

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R130 Divisional application to

Ref document number: 102021006682

Country of ref document: DE

R020 Patent grant now final