-
Stand der Technik
-
Es ist bereits ein Verfahren zum Betrieb einer Kraftwärmemaschine, wobei in zumindest einem Verfahrensschritt eine Sauggasüberhitzung in Abhängigkeit von einem Sauggasüberhitzungssollwert eingestellt wird, vorgeschlagen worden.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betrieb einer Kraftwärmemaschine, wobei in zumindest einem Verfahrensschritt des Verfahrens eine Sauggasüberhitzung in Abhängigkeit von einem Sauggasüberhitzungssollwert eingestellt wird.
-
Es wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt des Verfahrens der Sauggasüberhitzungssollwert in Abhängigkeit von zumindest einem Betriebsparameter der Kraftwärmemaschine ermittelt wird. Die Kraftwärmemaschine kann als Wärmepumpe oder als Kältemaschine ausgebildet sein. Die Kraftwärmemaschine umfasst vorzugsweise einen Kältemittelkreislauf, innerhalb dessen bei einem Betrieb der Kraftwärmemaschine ein Kältemittel umgewälzt wird. Die Kraftwärmemaschine ist bevorzugt als Kompressionskraftwärmemaschine ausgebildet. Der Kältemittelkreislauf umfasst vorzugsweise zumindest einen Kompressor, zumindest einen Kondensator, zumindest ein Expansionsorgan und zumindest einen Verdampfer. Vorzugsweise umfasst die Kraftwärmemaschine eine Steuer- oder Regelvorrichtung, welche die Sauggasüberhitzung in Abhängigkeit von dem Sauggasüberhitzungssollwert einstellt, insbesondere regelt. Die Sauggasüberhitzung, insbesondere ein Istwert der Sauggasüberhitzung, wird von der Steuer- oder Regelvorrichtung vorzugsweise als Temperaturdifferenz zwischen einer Eingangstemperatur des Kältemittels und einer Sättigungsdampftemperatur des Kältemittels an einem Kältemitteleinlass des Kompressors ermittelt. Ein Istwert der Eingangstemperatur und/oder der Sättigungsdampftemperatur wird vorzugsweise mittels zumindest einer Sensoreinheit der Kraftwärmemaschine erfasst. Besonders bevorzugt umfasst die Sensoreinheit zumindest einen Eingangstemperatursensor an oder stromaufwärts des Kältemitteleinlasses des Kompressors, welcher die Eingangstemperatur des Kältemittels erfasst. Vorzugsweise umfasst die Sensoreinheit zumindest einen Eingangsdrucksensor an oder stromaufwärts des Kältemitteleinlasses des Kompressors, welcher einen Eingangsdruck des Kältemittels erfasst, um in Abhängigkeit davon die Sättigungsdampftemperatur zu bestimmen. Vorzugsweise gleicht die Steuer- oder Regelvorrichtung den Istwert der Sauggasüberhitzung an den Sauggasüberhitzungssollwert an, insbesondere durch Ansteuern des Expansionsorgans. Das Expansionsorgan ist vorzugsweise ein, insbesondere stetig oder stufenweise, einstellbares Ventil.
-
Die Steuer- oder Regelvorrichtung legt vorzugsweise den Sauggasüberhitzungssollwert in Abhängigkeit von dem zumindest einen Betriebsparameter der Kraftwärmepumpe fest. Der Betriebsparameter wird vorzugsweise von der Sensoreinheit oder einem externen Sensor während eines Betriebs der Kraftwärmemaschine erfasst und an die Steuer- oder Regelvorrichtung übermittelt. Der Betriebsparameter quantifiziert oder charakterisiert vorzugsweise einen Wärmeverlust der Kraftwärmemaschine an eine Umgebung der Kraftwärmemaschine, insbesondere relativ zu einem Wärmeeintrag in den Kältemittelkreislauf aufgrund eines Betriebs der Kraftwärmemaschine. Der Betriebsparameter kann die Ursache des Wärmeverlusts, beispielsweise eine Umgebungstemperatur, eine Auswirkung des Wärmeverlusts auf den Kältemittelkreislauf, beispielsweise ein Druckabfall über einer Komponente des Kältemittelkreislaufs, oder den Wärmeeintrag, insbesondere ein Kompressorleistungsparameter des Kompressors, beschreiben. Vorzugsweise wechselt die Steuer- oder Regelvorrichtung zumindest zwischen zwei verschiedenen Werten des Sauggasüberhitzungssollwerts in Abhängigkeit von dem zumindest einen Betriebsparameter. Unterschiedliche Werte des Sauggasüberhitzungssollwerts sowie eine Zuordnung zu unterschiedlichen Werten des zumindest einen Betriebsparameters können explizit, insbesondere tabellarisch, oder als Rechenvorschrift in einem Speicher der Steuer- oder Regelvorrichtung hinterlegt sein.
-
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann vorteilhaft auf unterschiedliche Betriebsbedingungen der Kraftwärmemaschine reagiert werden. Insbesondere kann zwischen günstigen und ungünstigen Werten des zumindest einen Betriebsparameters unterschieden werden und in Abhängigkeit davon unterschiedliche Sauggasüberhitzungen eingestellt werden. Es kann, insbesondere bei günstigen Werten des Betriebsparameters, ein vorteilhaft effizienter Betrieb, insbesondere mit relativ niedriger Sauggasüberhitzung, der Kraftwärmepumpe erreicht werden. Es kann, insbesondere bei ungünstigen Werten des Betriebsparameters, ein vorteilhaft verschleißarmer Betrieb, insbesondere mit relativ hoher Sauggasüberhitzung, der Kraftwärmepumpe erreicht werden.
-
Weiter wird vorgeschlagen, dass der Sauggasüberhitzungssollwert in Abhängigkeit von einer Umgebungstemperatur ermittelt wird. Vorzugsweise umfasst die Sensoreinheit zumindest einen Umgebungstemperatursensor, welcher die Umgebungstemperatur als Betriebsparameter erfasst. Die Umgebungstemperatur beschreibt vorzugsweise eine Temperatur eines Wärmereservoirs, aus welchem oder in welches die Kraftwärmemaschine Wärme mittels des Kältemittelkreislaufs transportiert. Das Wärmereservoir wird von der Kraftwärmepumpe fluidtechnisch von dem Kältemittel getrennt beispielsweise durch den Kondensator, insbesondere bei einem Betrieb der Kraftwärmemaschine als Kältemaschine, oder den Verdampfer, insbesondere bei einem Betrieb der Kraftwärmemaschine als Wärmepumpe, gefördert. Das Wärmereservoir kann insbesondere Umgebungsluft, Wasser oder Erdreich sein. Besonders bevorzugt ist die Umgebungstemperatur eine Außentemperatur von Luft außerhalb eines von der Kraftwärmemaschine temperierten Gebäudes. Bei einer Innenaufstellung der Kraftwärmemaschine ist die Umgebungstemperatur vorzugsweise eine Raumlufttemperatur eines Einsatzorts der Kraftwärmemaschine. Vorzugsweise ermittelt die Steuer- oder Regelvorrichtung einen umgebungstemperaturabhängigen Mindestsollwert des Sauggasüberhitzungssollwerts in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur. Ist der Sauggasüberhitzungssollwert zum Zeitpunkt der Ermittlung des umgebungstemperaturabhängigen Mindestsollwerts kleiner als der umgebungstemperaturabhängige Mindestsollwert, setzt die Steuer- oder Regelvorrichtung den Sauggasüberhitzungssollwert vorzugsweise auf den umgebungstemperaturabhängigen Mindestsollwert fest. Ist der Sauggasüberhitzungssollwert zum Zeitpunkt der Ermittlung des umgebungstemperaturabhängigen Mindestsollwerts größer als der umgebungstemperaturabhängige Mindestsollwert, belässt die Steuer- oder Regelvorrichtung den Sauggasüberhitzungssollwert vorzugsweise unverändert. Vorzugsweise setzt die Steuer- oder Regelvorrichtung den umgebungstemperaturabhängigen Mindestsollwert auf einen Minimalwert fest, wenn die erfasste Umgebungstemperatur oberhalb eines Temperaturschwellenwerts liegt. Vorzugsweise setzt die Steuer- oder Regelvorrichtung den umgebungstemperaturabhängigen Mindestsollwert auf einen umgebungstemperaturbedingten Maximalwert fest, wenn die erfasste Umgebungstemperatur unterhalb eines, insbesondere von dem Temperaturschwellenwert unterschiedlichen, weiteren Temperaturschwellenwerts liegt. Liegt die erfasste Umgebungstemperatur zwischen den Temperaturschwellenwerten, setzt die Steuer- oder Regelvorrichtung den umgebungstemperaturabhängigen Mindestsollwert vorzugsweise auf einen Zwischenwert fest, der zwischen dem umgebungstemperaturbedingten Maximalwert und dem Minimalwert liegt. Der Zwischenwert wird beispielsweise mittels, insbesondere linearer, sigmoider oder trigonometrischer, Interpolation basierend auf dem umgebungstemperaturbedingten Maximalwert und dem Minimalwert ermittelt. Die Abhängigkeit des umgebungstemperaturabhängigen Mindestsollwerts von der Umgebungstemperatur kann beispielsweise als Tabelle oder als Rechenvorschrift in dem Speicher der Steuer- oder Regelvorrichtung hinterlegt sein. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann die Sauggasüberhitzung vorteilhaft an Witterungsbedingungen angepasst werden.
-
Weiter wird vorgeschlagen, dass der Sauggasüberhitzungssollwert in Abhängigkeit von einem Druckverhältnis an einem Kompressor der Kraftwärmemaschine ermittelt wird. Die Steuer- oder Regelvorrichtung ermittelt als Betriebsparameter das Druckverhältnis vorzugsweise in Abhängigkeit von dem Eingangsdruck des Kältemittels und einem Ausgangsdruck des Kältemittels. Das Druckverhältnis kann als Differenz oder als Quotient von dem Eingangsdruck und dem Ausgangsdruck gebildet werden. Die Sensoreinheit umfasst vorzugsweise zumindest einen Ausgangsdrucksensor, welcher einen Ausgangsdruck des Kältemittels an oder stromabwärts des Kältemittelauslasses des Kompressors erfasst. Alternativ umfasst die Sensoreinheit einen Differenzdrucksensor, welcher eine Druckdifferenz zwischen dem Kältemitteleinlass und dem Kältemittelauslass unmittelbar erfasst. Vorzugsweise ermittelt die Steuer- oder Regelvorrichtung einen druckabhängigen Mindestsollwert des Sauggasüberhitzungssollwerts in Abhängigkeit von dem Druckverhältnis. Ist der Sauggasüberhitzungssollwert zum Zeitpunkt der Ermittlung des druckabhängigen Mindestsollwerts kleiner als der druckabhängige Mindestsollwert, setzt die Steuer- oder Regelvorrichtung den Sauggasüberhitzungssollwert vorzugsweise auf den druckabhängigen Mindestsollwert fest. Ist der Sauggasüberhitzungssollwert zum Zeitpunkt der Ermittlung des druckabhängigen Mindestsollwerts größer als der druckabhängige Mindestsollwert, belässt die Steuer- oder Regelvorrichtung den Sauggasüberhitzungssollwert vorzugsweise unverändert. Vorzugsweise setzt die Steuer- oder Regelvorrichtung den druckabhängigen Mindestsollwert auf einen, insbesondere den gleichen wie für den umgebungstemperaturabhängigen Mindestsollwert, Minimalwert fest, wenn das erfasste oder ermittelte Druckverhältnis oberhalb eines Druckschwellenwerts liegt. Vorzugsweise setzt die Steuer- oder Regelvorrichtung den druckabhängigen Mindestsollwert auf einen druckbedingten Maximalwert fest, wenn das erfasste oder ermittelte Druckverhältnis unterhalb eines, insbesondere von dem Druckschwellenwert unterschiedlichen, weiteren Druckschwellenwerts liegt. Liegt das erfasste oder ermittelte Druckverhältnis zwischen den Druckschwellenwerten, setzt die Steuer- oder Regelvorrichtung den druckabhängigen Mindestsollwert vorzugsweise auf einen Zwischenwert fest, der zwischen dem druckbedingten Maximalwert und dem Minimalwert liegt. Der Zwischenwert wird beispielsweise mittels, insbesondere linearer, sigmoider oder trigonometrischer, Interpolation basierend auf dem druckbedingten Maximalwert und dem Minimalwert ermittelt. Die Abhängigkeit des druckabhängigen Mindestsollwerts von dem Druckverhältnis kann beispielsweise als Tabelle oder als Rechenvorschrift in dem Speicher der Steuer- oder Regelvorrichtung hinterlegt sein. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann die Sauggasüberhitzung vorteilhaft an einen Zustand des Kältemittels angepasst werden.
-
Weiter wird vorgeschlagen, dass der Sauggasüberhitzungssollwert in Abhängigkeit von einem Kompressorleistungsparameter, insbesondere einer Drehzahl, eines Kompressors der Kraftwärmemaschine ermittelt wird. Der Kompressorleistungsparameter kann als Betriebsparameter beispielsweise als Drehzahl des Kompressors, als elektrische Leistungsaufnahme des Kompressors, als Auslastungsgrad des Kompressors oder dergleichen erfasst werden. Der Kompressor umfasst optional ein Sensorelement zur Erfassung des Kompressorleistungsparameter. Alternativ leitet die Steuer- oder Regelvorrichtung den Kompressorleistungsparameter aus einem Steuer- oder Regelparameter zur Einstellung des Kompressors ab. Vorzugsweise ermittelt die Steuer- oder Regelvorrichtung einen leistungsabhängigen Mindestsollwert des Sauggasüberhitzungssollwerts in Abhängigkeit von dem Kompressorleistungsparameter. Ist der Sauggasüberhitzungssollwert zum Zeitpunkt der Ermittlung des leistungsabhängigen Mindestsollwerts kleiner als der leistungsabhängige Mindestsollwert, setzt die Steuer- oder Regelvorrichtung den Sauggasüberhitzungssollwert vorzugsweise auf den leistungsabhängigen Mindestsollwert fest. Ist der Sauggasüberhitzungssollwert zum Zeitpunkt der Ermittlung des leistungsabhängigen Mindestsollwerts größer als der leistungsabhängige Mindestsollwert, belässt die Steuer- oder Regelvorrichtung den Sauggasüberhitzungssollwert vorzugsweise unverändert. Vorzugsweise setzt die Steuer- oder Regelvorrichtung den leistungsabhängigen Mindestsollwert auf einen, insbesondere den gleichen wie für den umgebungstemperaturabhängigen und/oder den druckabhängigen Mindestsollwert, Minimalwert fest, wenn der erfasste oder ermittelte Kompressorleistungsparameter oberhalb eines Leistungsschwellenwerts liegt. Vorzugsweise setzt die Steuer- oder Regelvorrichtung den leistungsabhängigen Mindestsollwert auf einen leistungsbedingten Maximalwert fest, wenn der erfasste oder ermittelte Kompressorleistungsparameter unterhalb eines, insbesondere von dem Leistungsschwellenwert unterschiedlichen, weiteren Leistungsschwellenwerts liegt. Liegt der erfasste oder ermittelte Kompressorleistungsparameter zwischen den Leistungsschwellenwerten, setzt die Steuer- oder Regelvorrichtung den leistungsabhängigen Mindestsollwert vorzugsweise auf einen Zwischenwert fest, der zwischen dem leistungsbedingten Maximalwert und dem Minimalwert liegt. Der Zwischenwert wird beispielsweise mittels, insbesondere linearer, sigmoider oder trigonometrischer, Interpolation basierend auf dem leistungsbedingten Maximalwert und dem Minimalwert ermittelt. Die Abhängigkeit des leistungsabhängigen Mindestsollwerts von dem Kompressorleistungsparameter kann beispielsweise als Tabelle oder als Rechenvorschrift in dem Speicher der Steuer- oder Regelvorrichtung hinterlegt sein. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann die Sauggasüberhitzung vorteilhaft an einen Betriebszustand des Kompressors angepasst werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass der Sauggasüberhitzungssollwert in Abhängigkeit von einer Sauggastemperatur der Kraftwärmemaschine ermittelt wird. Die Sauggastemperatur ist vorzugsweise gleich der bereits erwähnten Eingangstemperatur des Kältemittels und wird vorzugsweise von dem Eingangstemperatursensor erfasst. Vorzugsweise ermittelt die Steuer- oder Regelvorrichtung einen sauggastemperaturabhängigen Mindestsollwert des Sauggasüberhitzungssollwerts in Abhängigkeit von der Eingangstemperatur. Ist der Sauggasüberhitzungssollwert zum Zeitpunkt der Ermittlung des sauggastemperaturabhängigen Mindestsollwerts kleiner als der sauggastemperaturabhängigen Mindestsollwert, setzt die Steuer- oder Regelvorrichtung den Sauggasüberhitzungssollwert vorzugsweise auf den sauggastemperaturabhängigen Mindestsollwert fest. Ist der Sauggasüberhitzungssollwert zum Zeitpunkt der Ermittlung des sauggastemperaturabhängigen Mindestsollwerts größer als der sauggastemperaturabhängigen Mindestsollwert, belässt die Steuer- oder Regelvorrichtung den Sauggasüberhitzungssollwert vorzugsweise unverändert. Vorzugsweise setzt die Steuer- oder Regelvorrichtung den sauggastemperaturabhängigen Mindestsollwert auf einen, insbesondere den gleichen wie für den umgebungstemperaturabhängigen, den leistungsabhängigen und/oder den druckabhängigen Mindestsollwert, Minimalwert fest, wenn die erfasste Eingangstemperatur unterhalb eines Sauggastemperaturschwellenwerts liegt. Vorzugsweise setzt die Steuer- oder Regelvorrichtung den sauggastemperaturabhängigen Mindestsollwert auf einen sauggastemperaturbedingten Maximalwert fest, wenn die erfasste Eingangstemperatur oberhalb eines, insbesondere von dem Sauggastemperaturschwellenwert unterschiedlichen, weiteren Sauggastemperaturschwellenwerts liegt. Liegt die erfasste Eingangstemperatur zwischen den Sauggastemperaturschwellenwert, setzt die Steuer- oder Regelvorrichtung den sauggasabhängigen Mindestsollwert vorzugsweise auf einen Zwischenwert fest, der zwischen dem sauggastemperaturbedingten Maximalwert und dem Minimalwert liegt. Der Zwischenwert wird beispielsweise mittels, insbesondere linearer, sigmoider oder trigonometrischer, Interpolation basierend auf dem sauggastemperaturbedingten Maximalwert und dem Minimalwert ermittelt. Die Abhängigkeit des sauggastemperaturabhängigen Mindestsollwerts von der Eingangstemperatur kann beispielsweise als Tabelle oder als Rechenvorschrift in dem Speicher der Steuer- oder Regelvorrichtung hinterlegt sein. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann die Sauggasüberhitzung vorteilhaft in Abhängigkeit einer Auswirkung relativ hoher Umgebungstemperaturen und deren Auswirkung auf den Kältemittelkreislauf eingestellt werden.
-
Weiter wird vorgeschlagen, dass zumindest ein Mindestsollwert in Abhängigkeit von dem Betriebsparameter und zumindest ein weiterer Mindestsollwert in Abhängigkeit von einem weiteren Betriebsparameter der Kraftwärmemaschine ermittelt wird, wobei der Sauggasüberhitzungssollwert als Maximum der ermittelten Mindestsollwerte festgelegt wird. Vorzugsweise ermittelt die Steuer- oder Regelvorrichtung den umgebungstemperaturabhängigen Mindestsollwert, den druckabhängigen Mindestsollwert, den sauggastemperaturabhängigen Mindestsollwert und/oder den leistungsabhängigen Mindestsollwert. Vorzugsweise ermittelt die Steuer- oder Regelvorrichtung, welcher der ermittelten Mindestsollwerte bei den zuletzt erfassten oder ermittelten Istwerten der Betriebsparameter den größten Wert annimmt und setzt den Sauggasüberhitzungssollwert auf diesen größten Wert der Mindestsollwerte. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine Abhängigkeit des Sauggasüberhitzungssollwerts von den Betriebsparametern vorteilhaft einfach, insbesondere eindimensional, ermittelt bzw. festgelegt werden. Ferner können unterschiedliche Kombinationen mehrerer Betriebsparameter bei einer Festlegung der Sauggasüberhitzung berücksichtigt werden, insbesondere auch ohne explizite Identifizierung dieser Kombinationen.
-
Weiter wird vorgeschlagen, dass der Sauggasüberhitzungssollwert anhand einer negativen Korrelation mit dem Betriebsparameter ermittelt wird. Vorzugsweise weisen die Mindestsollwerte eine negative Korrelation mit dem jeweiligen Betriebsparameter auf. Insbesondere nehmen die Mindestsollwerte den jeweiligen Maximalwert bei einem niedrigeren Wert des jeweiligen Betriebsparameters an als den Minimalwert. Vorzugsweise sind die Mindestsollwerte monoton, besonders bevorzugt jedoch nicht streng-monoton, fallend mit dem jeweiligen Betriebsparameter ausgebildet. Vorzugsweise nimmt der Sauggasüberhitzungssollwert den Minimalwert an, wenn die Umgebungstemperatur, die Druckdifferenz und der Kompressorleistungsparameter oberhalb des jeweiligen Schwellenwerts liegen. Vorzugsweise nimmt der Sauggasüberhitzungssollwert einen höheren Wert als den Minimalwert an, wenn die Umgebungstemperatur, die Druckdifferenz und/oder der Kompressorleistungsparameter unterhalb des jeweiligen Schwellenwerts und/oder unterhalb des jeweiligen weiteren Schwellenwerts liegt. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann vorteilhaft zuverlässig zwischen günstigen und ungünstigen Betriebsbedingungen unterschieden werden.
-
Weiter wird vorgeschlagen, dass ein Maximalwert des Sauggasüberhitzungssollwerts in Abhängigkeit von einem weiteren Überhitzungssollwert festgelegt wird. Der Maximalwert des Sauggasüberhitzungssollwerts ist insbesondere gleich zumindest einem der Maximalwerte der Mindestsollwerte. Die Maximalwerte der Mindestsollwerte werden vorzugsweise in Abhängigkeit von dem weiteren Überhitzungssollwert festgelegt. Der weitere Überhitzungssollwert ist beispielsweise ein Sollwert einer Druckgasüberhitzung oder einer Kompressorkörperüberhitzung. Die Druckgasüberhitzung, insbesondere ein Istwert der Druckgasüberhitzung, wird von der Steuer- oder Regelvorrichtung vorzugsweise als Temperaturdifferenz zwischen der Ausgangstemperatur des Kältemittels und der Sättigungsdampftemperatur des Kältemittels an dem Kältemittelauslass des Kompressors ermittelt. Die Kompressorkörperüberhitzung, insbesondere ein Istwert der Kompressorkörperüberhitzung, wird von der Steuer- oder Regelvorrichtung vorzugsweise als Temperaturdifferenz zwischen einer Kompressorgehäusetemperatur des Kompressors und der Sättigungsdampftemperatur des Kältemittels an dem Kältemitteleinlass des Kompressors ermittelt. Der Sauggasüberhitzungssollwert, insbesondere der Maximalwert der Sauggasüberhitzung, wird vorzugsweise so gewählt, dass der weitere Überhitzungssollwert bei jedem Wert innerhalb einer vorgesehenen Wertespanne der Betriebsparameter innerhalb eines einstellbaren Parameterraums der Kraftwärmemaschine liegt. Der weitere Überhitzungssollwert ist vorzugsweise in dem Speicher der Steuer- oder Regelvorrichtung, beispielsweise von einem Hersteller der Kraftwärmemaschine, hinterlegt, insbesondere um einen Verschleiß der Kraftwärmemaschine vorteilhaft niedrig zu halten. Der Maximalwert des Sauggasüberhitzungssollwerts ist vorzugsweise größer als 5 K, besonders bevorzugt größer 9 K, besonders bevorzugt größer als 12 K, optional größer als 20 K. Der Maximalwert des Sauggasüberhitzungssollwerts ist vorzugsweise kleiner als 30 K, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 25 K, optional kleiner oder gleich 15 K. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann der weitere Überhitzungssollwert vorteilhaft zuverlässig bei jedem Wert innerhalb der vorgesehenen Wertespanne der Betriebsparameter eingestellt werden. Insbesondere kann ein Verschleiß der Kraftwärmepumpe vorteilhaft niedrig gehalten werden. Insbesondere kann eine vorteilhaft lange Lebensdauer der Kraftwärmemaschine vorteilhaft unabhängig von den vorherrschenden Betriebsparametern erreicht werden.
-
Weiter wird vorgeschlagen, dass ein Minimalwert des Sauggasüberhitzungssollwerts durch Effizienzoptimierung des Betriebs der Kraftwärmemaschine festgelegt wird. Der Minimalwert des Sauggasüberhitzungssollwerts ist vorzugsweise identisch mit dem Minimalwert der Mindestsollwerte. Der Minimalwert ist vorzugsweise positiv, um zu gewährleisten, dass das Kältemittel bei Eintritt in den Kompressor gasförmig ist. Der Minimalwert wird vorzugsweise so gewählt, dass die Kraftwärmemaschine mit größtmöglicher Effizienz arbeitet. Die Effizienz bemisst sich vorzugsweise in Abhängigkeit von einer von der Kraftwärmemaschine transportierten Wärmemenge und in Abhängigkeit von einer von der Kraftwärmemaschine aufgenommenen elektrischen Leistung. Die Effizienz kann beispielsweise bezogen auf eine Leistungszahl, auf einen Wirkungsgrad oder auf einen Gütegrad der Kraftwärmemaschine optimiert werden, um den Minimalwert zu bestimmen. Der Minimalwert ist vorzugsweise zumindest größer 0 K, bevorzugt größer 1 K, besonders bevorzugt größer oder gleich 3 K. Der Minimalwert ist vorzugsweise kleiner 10 K, bevorzugt kleiner 7 K, besonders bevorzugt kleiner 6 K, überaus bevorzugt kleiner oder gleich 5 K. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann die Kraftwärmemaschine zumindest bei günstigen Betriebsparametern vorteilhaft effizient betrieben werden.
-
Weiter wird eine Steuer- oder Regelvorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen. Die Steuer- oder Regelvorrichtung umfasst zumindest eine Steuerelektronik. Unter einer „Steuerelektronik“ soll insbesondere eine Einheit mit einer Prozessoreinheit und mit einem Speicher sowie mit einem in der Speichereinheit gespeicherten Betriebsprogramm verstanden werden. Die Steuer- oder Regelvorrichtung ist vorzugsweise speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet, um das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Die Steuer- oder Regelvorrichtung umfasst vorzugsweise zumindest einen Signalausgang zu einer Einstellung des Kompressors, insbesondere in Abhängigkeit von einem extern vorgegebenen Temperierungsbedarf, und/oder des Expansionsorgans, insbesondere in Abhängigkeit des Sauggasüberhitzungssollwerts. Die Steuer- oder Regelvorrichtung umfasst vorzugsweise zumindest einen Signaleingang zu einem Empfang von Sensordaten von der Sensoreinheit. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine Steuer- oder Regelvorrichtung bereitgestellt werden, mit welcher eine Wärmepumpe abhängig von Betriebsbedingungen vorteilhaft verschleißarm und/oder vorteilhaft effizient betrieben werden kann.
-
Weiter wird eine Kraftwärmemaschine mit einem Kältemittelkreislauf und mit einer erfindungsgemäßen Steuer- oder Regelvorrichtung vorgeschlagen. Der Kältemittelkreislauf umfasst insbesondere den Kompressor, das Expansionsorgan, den Verdampfer und den Verdichter. Die Kraftwärmemaschine umfasst vorzugsweise die Sensoreinheit. Die Kraftwärmemaschine kann als Kältemaschine oder als Wärmepumpe ausgebildet sein oder eine Stelleinheit, insbesondere ein Vierwegeventil, umfassen, mit welcher/m zwischen einem Wärmepumpenbetrieb und einem Kältemaschinenbetrieb der Kraftwärmemaschine gewechselt werden kann. Die Kraftwärmemaschine ist vorzugsweise als Gebäudeheizung und/oder Gebäudeklimaanlage ausgelegt. Die Kraftwärmemaschine kann als Split-Kraftwärmemaschine oder als Einzelgerät ausgebildet sein. Die Kraftwärmemaschine kann zu einer Außenaufstellung oder einer Innenaufstellung vorgesehen sein. Besonders bevorzugt ist die Kraftwärmemaschine als Luft/Wasser-Kraftwärmemaschine ausgebildet. Alternativ ist die Kraftwärmemaschine als Fahrzeugheizung und/oder Fahrzeugklimaanlage ausgelegt. Alternativ ist die Kraftwärmemaschine als mobile Heizung und/oder mobile Klimaanlage ausgelegt, insbesondere zur Temperierung von fliegenden Bauten. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine vorteilhaft effiziente und verschleißarme Kraftwärmemaschine bereitgestellt werden.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren, die erfindungsgemäße Steuer- oder Regelvorrichtung und/oder die erfindungsgemäße Kraftwärmemaschine sollen/soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere können/kann das erfindungsgemäße Verfahren, die erfindungsgemäße Steuer- oder Regelvorrichtung und/oder die erfindungsgemäße Kraftwärmemaschine zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten sowie Verfahrensschritten abweichende Anzahl aufweisen. Zudem sollen bei den in dieser Offenbarung angegebenen Wertebereichen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als offenbart und als beliebig einsetzbar gelten.
-
Zeichnungen
-
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
-
Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäße Kraftwärmemaschine,
- 2 ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Flussdiagramms,
- 3 ein schematisches Diagramm eines Mindestsollwerts einer Sauggasüberhitzung in Abhängigkeit von einem Kompressorleistungsparameter als Betriebsparameter,
- 4 ein schematisches Diagramm eines Mindestsollwerts einer Sauggasüberhitzung in Abhängigkeit von einem Druckverhältnis als Betriebsparameter und
- 5 ein schematisches Diagramm eines Mindestsollwerts einer Sauggasüberhitzung in Abhängigkeit von einer Umgebungstemperatur als Betriebsparameter.
-
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
-
1 zeigt eine Kraftwärmemaschine 12. Die Kraftwärmemaschine 12 umfasst einen Kältemittelkreislauf 44. Der Kältemittelkreislauf 44 umfasst vorzugsweise einen Kompressor 24 zu einem Verdichten eines Kältemittels. Der Kältemittelkreislauf 44 umfasst vorzugsweise ein Expansionsorgan 46 zu einem Entspannen des Kältemittels. Der Kältemittelkreislauf 44 umfasst vorzugsweise zumindest zwei Wärmeübertrager 48, 50, von denen zumindest einer als Kondensator und zumindest einer als Verdampfer betreibbar ist. Die Kraftwärmemaschine 12 kann als Wärmepumpe und/oder als Kältemaschine ausgebildet sein. Optional umfasst die Kraftwärmemaschine 12 eine Stelleinheit, insbesondere ein Vierwegeventil, zu einem Wechsel zwischen einem Wärmepumpenbetrieb und einem Kältemaschinenbetrieb der Kraftwärmemaschine 12.
-
Die Kraftwärmemaschine 12 umfasst vorzugsweise eine Sensoreinheit zu einer Erfassung zumindest eines Betriebsparameters 14, 16, 18 der Kraftwärmemaschine 12. Die Sensoreinheit umfasst vorzugsweise zumindest einen Eingangstemperatursensor 54 an oder stromaufwärts eines Kältemitteleinlasses des Kompressors 24 zur Erfassung einer Eingangstemperatur des Kältemittels. Die Sensoreinheit umfasst vorzugsweise zumindest einen Ausgangstemperatursensor 62 an oder stromabwärts eines Kältemittelauslasses des Kompressors 24 zur Erfassung einer Ausgangstemperatur des Kältemittels. Die Sensoreinheit umfasst vorzugsweise zumindest einen Gehäusetemperatursensor 58 an oder in einem Gehäuse des Kompressors 24 zur Erfassung einer Gehäusetemperatur des Kompressors 24. Die Sensoreinheit umfasst vorzugsweise zumindest einen Umgebungstemperatursensor 52 außerhalb des Kältemittelkreislaufs 44, zu einer Erfassung einer Umgebungstemperatur 20. Die Sensoreinheit umfasst vorzugsweise zumindest einen Eingangsdrucksensor 56 an oder stromaufwärts des Kältemitteleinlasses des Kompressors 24 zur Erfassung eines Eingangsdrucks des Kältemittels. Die Sensoreinheit umfasst vorzugsweise zumindest einen Ausgangsdrucksensor 60 an oder stromabwärts des Kältemittelauslasses des Kompressors 24 zur Erfassung eines Ausgangsdrucks des Kältemittels.
-
Die Kraftwärmemaschine 12 umfasst eine Steuer- oder Regelvorrichtung 42. Die Steuer- oder Regelvorrichtung 42 ist zur Durchführung eines Verfahrens 10 vorgesehen, das in 2 näher erläutert wird.
-
2 zeigt ein Flussdiagramm des Verfahrens 10 zum Betrieb der Kraftwärmemaschine 12. Das Verfahren 10 umfasst vorzugsweise einen Betriebsparametererfassungsschritt 64. Das Verfahren 10 umfasst vorzugsweise einen Mindestsollwertermittlungsschritt 66. Das Verfahren 10 umfasst vorzugsweise einen Überhitzungssollwertermittlungsschritt 68. Das Verfahren 10 umfasst vorzugsweise einen Überhitzungseinstellschritt 70.
-
In dem Betriebsparametererfassungsschritt 64 erfasst die Sensoreinheit vorzugsweise den zumindest einen Betriebsparameter 14, 18 und/oder Sensordaten zur Ermittlung des zumindest einen Betriebsparameters 16. Vorzugsweise erfasst die Sensoreinheit in dem Betriebsparametererfassungsschritt 64 einen Kompressorleistungsparameter 26 (vgl. 3), besonders bevorzugt eine Drehzahl des Kompressors 24, als Betriebsparameter 14. Vorzugsweise erfasst die Sensoreinheit in dem Betriebsparametererfassungsschritt 64 einen Eingangsdruck und einen Ausgangsdruck des Kältemittels bei einem Eintritt beziehungsweise einem Austritt des Kältemittels aus dem Kompressor 24. Vorzugsweise bildet die Steuer- oder Regelvorrichtung 42 aus dem Ausgangsdruck und dem Eingangsdruck ein Druckverhältnis 22 (vgl. 4) als weiteren Betriebsparameter 16. Vorzugsweise erfasst die Sensoreinheit in dem Betriebsparametererfassungsschritt 64 die Umgebungstemperatur 20 (vgl. 5) als zusätzlichen Betriebsparameter 18. Vorzugsweise erfasst die Sensoreinheit in dem Betriebsparametererfassungsschritt 64 die Eingangstemperatur des Kältemittels als weiteren zusätzlichen Betriebsparameter.
-
In dem Mindestsollwertermittlungsschritt 66 ermittelt die Steuer- oder Regelvorrichtung 42 vorzugsweise einen leistungsabhängigen Mindestsollwert 28 (vgl. 3) in Abhängigkeit von dem Kompressorleistungsparameter 26. In dem Mindestsollwertermittlungsschritt 66 ermittelt die Steuer- oder Regelvorrichtung 42 vorzugsweise einen druckabhängigen Mindestsollwert 30 (vgl. 4) in Abhängigkeit von dem Druckverhältnis 22. In dem Mindestsollwertermittlungsschritt 66 ermittelt die Steuer- oder Regelvorrichtung 42 vorzugsweise einen umgebungstemperaturabhängigen Mindestsollwert 32 (vgl. 5) in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur 20. In dem Mindestsollwertermittlungsschritt 66 ermittelt die Steuer- oder Regelvorrichtung 42 vorzugsweise einen sauggastemperaturabhängigen Mindestsollwert in Abhängigkeit von der Eingangstemperatur.
-
In dem Überhitzungssollwertermittlungsschritt 68 ermittelt die Steuer- oder Regelvorrichtung 42 vorzugsweise den Sauggasüberhitzungssollwert. Die Steuer- oder Regelvorrichtung 42 legt den Sauggasüberhitzungssollwert als Maximum der ermittelten Mindestsollwerte 28, 30, 32 fest. Insbesondere dadurch wird der Sauggasüberhitzungssollwert in Abhängigkeit von dem zumindest einen Betriebsparameter 14, 16, 18 der Kraftwärmemaschine 12 ermittelt.
-
In dem Überhitzungseinstellschritt 70 wird eine Sauggasüberhitzung der Kraftwärmemaschine 12 in Abhängigkeit von dem Sauggasüberhitzungssollwert eingestellt, insbesondere geregelt. Vorzugsweise ermittelt die Steuer- oder Regelvorrichtung 42 einen Istwert der Sauggasüberhitzung als Differenz aus der mittels der Sensoreinheit erfassten Eingangstemperatur des Kältemittels und einer von dem Eingangsdruck abhängigen Sättigungsdampftemperatur des Kältemittels. Vorzugsweise gleicht die Steuer- oder Regelvorrichtung 42 den Istwert der Sauggasüberhitzung durch Einstellen des Expansionsorgans 46 an den Sauggasüberhitzungssollwert an.
-
3 zeigt den leistungsabhängigen Mindestsollwert 28 in Abhängigkeit von dem Kompressorleistungsparameter 26. Der leistungsabhängige Mindestsollwert 28 weist eine negative Korrelation mit dem Kompressorleistungsparameter 26 auf. Oberhalb eines Schwellenwerts des Kompressorleistungsparameters 26, hier beispielsweise bei einer Drehzahl von mehr 25 Umdrehung pro Sekunde, nimmt der leistungsabhängige Mindestsollwert 28 vorzugsweise einen Minimalwert 40 an. Der Minimalwert 40 wird durch Effizienzoptimierung des Betriebs der Kraftwärmemaschine 12 festgelegt. Der Minimalwert 40 beträgt hier beispielsweise 5 K. Bevorzugt nimmt der leistungsabhängige Mindestsollwert 28 unterhalb eines weiteren Schwellenwerts des Kompressorleistungsparameters 26, hier beispielhaft bei einer Drehzahl von weniger als 20 Umdrehungen pro Sekunde, einen leistungsbedingten Maximalwert 34 an. Der leistungsbedingte Maximalwert 34 wird vorzugsweise in Abhängigkeit von einem weiteren Überhitzungssollwert, beispielsweise einem Sollwert einer Druckgasüberhitzung und/oder einem Sollwert einer Kompressorkörperüberhitzung, festgelegt. Der leistungsbedingte Maximalwert 34 beträgt hier beispielsweise 15 K. Zwischen den Schwellwerten des Kompressorleistungsparameters 26 fällt der leistungsabhängige Mindestsollwert 28 vorzugsweise linear von dem leistungsbedingten Maximalwert 34 zu dem Minimalwert 40 ab.
-
4 zeigt den druckabhängigen Mindestsollwert 30 in Abhängigkeit von der Druckdifferenz. Der druckabhängige Mindestsollwert 30 weist eine negative Korrelation mit dem Druckverhältnis 22 auf. Oberhalb eines Schwellenwerts des Druckverhältnisses 22, hier beispielsweise bei einem Quotienten von mehr als drei, nimmt der druckabhängige Mindestsollwert 30 vorzugsweise den Minimalwert 40 an. Bevorzugt nimmt der druckabhängige Mindestsollwert 30 unterhalb eines weiteren Schwellenwerts des Druckverhältnisses 22, hier beispielhaft bei einem Quotienten von weniger als zwei, einen druckbedingten Maximalwert 36 an. Der druckbedingte Maximalwert 36 wird vorzugsweise in Abhängigkeit von einem weiteren Überhitzungssollwert, beispielsweise dem Sollwert der Druckgasüberhitzung und/oder dem Sollwert der Kompressorkörperüberhitzung, festgelegt. Der druckbedingte Maximalwert 36 ist vorzugsweise kleiner als der leistungsbedingte Maximalwert 34 und beträgt hier beispielsweise 10 K. Zwischen den Schwellenwerten des Druckverhältnisses 22 fällt der druckabhängige Mindestsollwert 30 vorzugsweise linear von dem druckbedingten Maximalwert 36 zu dem Minimalwert 40 ab.
-
5 zeigt den umgebungstemperaturabhängigen Mindestsollwert 32 in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur 20. Der umgebungstemperaturabhängige Mindestsollwert 32 weist eine negative Korrelation mit der Umgebungstemperatur 20 auf. Oberhalb eines Schwellenwerts der Umgebungstemperatur 20, hier beispielsweise bei einem Wert von mehr als -10°C, nimmt der umgebungstemperaturabhängige Mindestsollwert 32 vorzugsweise den Minimalwert 40 an. Bevorzugt nimmt der umgebungstemperaturabhängige Mindestsollwert 32 unterhalb eines weiteren Schwellenwerts der Umgebungstemperatur 20, hier beispielhaft bei einem Wert von weniger als -20°C, einen temperaturbedingten Maximalwert 38 an. Der temperaturbedingte Maximalwert 38 wird vorzugsweise in Abhängigkeit von einem weiteren Überhitzungssollwert, beispielsweise dem Sollwert der Druckgasüberhitzung und/oder dem Sollwert der Kompressorkörperüberhitzung, festgelegt. Der temperaturbedingte Maximalwert 38 ist vorzugsweise kleiner als der leistungsbedingte Maximalwert 34 und/oder kleiner als der druckbedingte Maximalwert 36 und beträgt hier beispielsweise 8 K. Zwischen den Schwellenwerten der Umgebungstemperatur 20 fällt der umgebungstemperaturabhängige Mindestsollwert 32 vorzugsweise linear von dem temperaturbedingten Maximalwert 38 zu dem Minimalwert 40 ab.
