DE2309337C3 - Anfahrregelung für Kaltdampfkältemaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anfahrregelung für Kaltdampfkältemaschinen mit Verdichter ohne eigene Leistungsregelung, insbesondere für Tieftemperaturstufen mehrstufiger Kaltdampfkältemaschinen, beispielsweise in Kaskadenschaltung.

Bei mittleren und großen Verdichtern ist es üblich, leistungsmindernde Einrichtungen vorzusehen, die der Anpassung an den Kältebedarf und ggf. auch als Anfahrregelung dienen können.

Für kleinere Verdichter ist dies bekanntlich nicht üblich. Da aber auch dort, z. B. beim Anfahren aus hohen Temoeraturbereichen in bestimmten Fällen, wie u. a. bei Kaltdampfkältemaschinen für tiefe Temperaturen, leistungsmindernde Mittel vorteilhaft sind, wurden einige Lösungen bekannt
Drehzahlregelungen durch elektrische oder mechanisehe Mittel sind aufwendig und haben sich nicht durchsetzen können.

Sehr verbreitet hingegen sind thermostatische Einspritzventile mit Druckbegrenzung. Bei ihrem Einsatz in mehrstufigein Kaltdampfkältemaschinen, so auch in

to Kaskadenschaltungen, lassen sich indessen nicht immer solche Betriebszustände vermeiden, bei denen in Teilkreisläufen unzulässig hohe Drücke auftreten.

Für eine Kaskadenkältemaschine wurde deshalb beispielsweise vorgeschlagen, im Tieftemperaturkreis-

lauf auf der Druckseite des Verdichters einen Oberdruckwächter vorzusehen, der keine Wiedereinschaltsperre besitzt Er sollte den Verdichter bei zu hohem Druck aus- und nach erfolgtem Druckabbau wieder einschalten. In der Praxis zeigt sich, daß ^e nach Auslegung und Betriebsweise der Anfahrvorgang viele Schaltzyklen mit den bekannten Nachteilen einer solchen verschleißbehafteten Betriebsweise umfassen kann. Noch schwieriger zu beherrschen sind u.U. mehrstufige Kaltdampfkältemaschinen, die für direkte und indirekte Kühlung ausgelegt sind. Diese haben bedeutende Vorteile, wenn z. B. automatisch mit direkter Kühlung der Raum auf sehr tiefe Temperaturen gehalten werden soll and mit derselben Kältemaschine, jedoch mit indirekter Kühlung mit hoher Genauigkeit im üblichen Bereich klimatisiert werden muß. Um hier die oben geschilderten Nachteile zu vermeiden, ist ein großer apparativer und regelungstechnischer Aufwand notwendig, wobei die Zuverlässigkeit zwangsläufig darunter leidet

Zweck der Erfindung ist es, die geschilderten Nachteile zu vermeiden oder zumindest weitgehend zu mindern.

Mit der Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, in Kaltdampfkältemaschinen bei Verdichtern ohne eigene Leistungsregelung beim Anfahren tjs Temperaturbereichen, die beträchtlich über den Auslegungstemperaturen liegen, einen Betrieb mit laufendem Ein- und Ausschalten des Verdichters zu vermeiden. Dies gilt insbesondere auch für Verdichter in den Tieftemperaturstufen mehrstufiger Kaltdampfkältemaschinen, beispielsweise in Kaskadenschaltung. Ein solcher verschleißbehafteter Betrieb soll auch in Kaltdampfkältemaschinen mit kombinierter direkter und indirekter Kühlung besonders dann vermieden werden, wenn von

so einem Zustand, bei dem der Wärmeträger in dem für seine Kühlung zuständigen Wärmeübertrager funktionsnotwendig (z. B. bei indirektem Kühlbetrieb) oder zwangsläufig (z. B. infolge einer im übrigen sehr vorteilhaften Schaltung) stark gekühlt wurde, anschließend mit direkter Betriebsweise gekühlt werden soll. Ferner sollen ein schonender Verdichterbetrieb und eine erhöhte Zuverlässigkeit erzielt werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst daß Verdichter ohne eigene Leistungsregelung in Kaltdampfkältemaschinen, insbesondere Verdichter in Tieftemperaturstufen mehrstufiger Kaltdampfkältema schinen, beispielsweise in Kaskadenschaltung, auf der Druckseite des Verdichters außer einem Oberdruckwächter einen zweiten Druckwächter besitzen, dessen oberer Schaltpunkt um einen bestimmten Betrag unter dem Schaltpunkt eingestellt ist, der im Oberdruckwächter den höchstzulässigen Betriebsdruck festlegt, daß beide Druckwächter ohne Wiedereinschaltsperre aus-

geführt sind und der Oberdruckwächter in an sich bekannter Weise mit dem Antriebsmotor des Verdichters, der zweite Druckwächter jedoch Ober Schaltgeräte mit leistungsmindernden Stellgliedern, z. B, Magnetventilen verbunden ist

Nach einem weiteren Erfindungsgedanken finden als solche je ein Magnetventil in einer Bypaßleitung zum Verdichter und/oder ein Magnetventil in einer Flüssigkeitsleitung zum Verdampfer der Tieftemperaturstufe einer Kaltdampflcältemaschine in Kaskadenschaltung Verwendung.

Ist im Falle eines Druckanstieges der obere Schaltivunkt des zweiten Druckwächters noch nicht erreicht, so ist das Magnetventil in der Flüssigkeitsleitung geöffnet und das in aer Bypaßleitung geschlossen. Wird dieser obere Schaltpunkt erreicht bzw. überschritten, so werden beide Magnetventile umgeschaltet Während des dadurch ausgelösten Druckabbaues bleiben die Magnetventile in ihrer Ventilstellung im Bereich der Schaltdifferenz des zweiten Druckwächters unverändert Sie werden erst dann wieder umgeschaltet, wenn der untere Schaitpunkt erreicht wird.

Schließlich kann auch ein Temperaturregler auf diesen Magnetventile einwirken, je nach anstehendem Regelsignal. Der zweite Druckwächter dominiert jedoch gegenüber dem Temperaturregler.

Anhand eines Ausführungsbeispieles soll nun die Wirkungsweise erläutert werden:

In der Zeichnung ist schematisch eine R 22/R 13-Kaltdampfkältemaschine in Kaskadenschaltung für direkte und indirekte Kühlung dargestellt

Mit 1 ist ein Verdichter, mit 2 ein Verflüssiger und mit 3 ein Einspritzorgan der R22Siule bezeichnet Das Kopplungselement zwischen der R 22- und der R13-Stufe ist ein Verdampferkondensator 4. Zur R 22-Stufe gehören dessen R 22-Raum S und ein R 22-Raum 6 eines Wärmeübertragers 7 für einen Wärmeträger sowie Verbindungsleitungen. Nach dem Wärmeübertrager 7 ist ein zum Einspritzorgan 3 gehörender Fühler 8 wärmeleitend mit der Verdichter-Saugleitung 9 verbunden. Zum Kreislauf des Wärmeträgers gehören im wesentlichen ein Wärmeträgerraum 10 des Wärmeübertragers 7, Kreislauf elemente 11 (ζ. Β weitere Wärmeübertrager als Kühlstellen, Armaturen usw.), sowie eine Pumpe 12 und Verbindungsleitungen. Der R 13-Kreislauf wird gebildet aus einem Verdichter 13, R 13-Raum 14 des Verdampferkondensators 4, Magnetventil 15 und Drosselstelle 16 in der Flüssigkeitsleitung 17, Verdampfer 18, Magnefentil 19 in der Bypaßleitung 20 und Druckausgleichbehälter 21 sowie den Verbindungsleitungen. Femer sind mit 22 ein Antriebsmotor für Verdichter 13, mit 23 ein Überdruckwächter, mit 24 ein zweiter Druckwächter, mit 25 ein Fühler eines Temperaturreglers und mit 26 eine komplette elektrische Schalt- und Regeleinrichtung bezeichnet die über eine Zuleitung 27 mit einem Drehstromnetz 28 verbunden ist

Wenn an den Kühlstellen der Kreislaufelemente 11 Wärme abgeführt werden soll, dann genügt es offensichtlich, den R 22- Kreislauf zu betreiben und den Wärmeträger in seinem Kreislauf durch die Pumpe 12 umzuwälzen. Die bei U aufgenommene Wärme wird im Wärmeübertrager 7 vom Wärmeträger an das Kältemittel R 22 abgegeben und in bekannter Weise über das Kühlwasser aus dem Verflüssiger 2 an die Umgebung geleitet Der Wärmeträger kann, falls erforderlich, auf relativ niedrige Temperaturen abgekühlt worden sein. Soll jetzt aber Wärme bei noch tieferen Temperaturen über den Verdampfer 18 abgeführt werden, so zeigt sich nach Anlauf des Verdichters 13, daß sich sehr schnell eine hoher Druck auf der R 13-Druckseite aufbaut Das liegt daran, daß das Einspritzorgan 3 von seinem Fühler 8 ein Signal erhält das nicht dem Zustand des R 22 am Austritt aus dem R 22-Raum 5 des Verdampferkondensators 4 entspricht sondern durch den noch kalten Wärmeträger im Wärmeübertrager 7 verfälscht wird. Das Einspritzorgan 3 reagiert deshalb wie auf das Fühlersignal »Überhitzung zu klein« und drosselt den Ä22-Flüssigkeitsstrom. Dadurch wird der Verdampferkondensator 4 zu wenig mit R 22 beaufschlagt und ist nicht in der Lage, die vom R 13-Kreislauf zugeführte Wärmemenge bei einer zulässigen Temperaturdifferenz an den R 22-Kreislauf zu übertragen.

Die Folge ist trotz ggf. druckbegreriztem thermostatischen Einspritzventil als Drosselstelle 16 der obenerwähnte Druckanstieg.

Bevor jedoch der Verdichter 13 om Überdruck wächter 23 aus- und nach Absinken des R J3 Druckes wieder eingeschaltet werden kann und, wie die Erfahrung zeigt ein relativ langanhaltender »Ein«- »Aus«-Betrieb des Verdichters 13 einsetzen Kann, spricht der zweite Druckwächter 24 an. Dieser öffnet wenn der R 13-Druck seinem oberen Schaltpunkt entspricht das Magnetventil 19 und schließt gleichzeitig das Magnetventil IS. Dadurch wird bei weiterlaufendem Verdichter 13 der Druck abgebaut bis der untere Schaltpunkt des Druckwächters 24 erreicht wird Jetzt werden die Magnetventile 15 und 19 wieder umgeschaltet Entsprechend dem Schaltrhythmus des zweiten Druckwächters wird die R 13-Verdichtungs- und zeitweise die Kondensationswärme im Verdampferkondensator 4 dem R 22- Kreislauf übertragen. Nach einer Reihe von Schaltzyklen ist der Wärmeträger im Wärmeübertrager 7 so weit erwärmt daß das Fühlersigna] etwa dem Austrittszustand am /?22-^v~aum 5 entspricht und der Normalbetrieb beginnt Auf die Magnetventile 15 und 19 wirkt von nun an wieder allein der ~emperaturregler und sein Fühler 25.

Das gleiche Verhalten zeigt sich auch, wenn nicht über den Wärmeträger gekühlt wurde, sondern mit dem Verdampfer 18, und zwar in Temperaturbereichen, bei denen nur kleine Kühleffekte benötigt werden. Auch dabei wird im Wärmeübertrager 7 der Wärmeträger zwangsläufig während des längeren Bypaßbetriebes abgekühlt was sich in gleicher Weise wie oben beschrieben auswirkt

Es wurde im übrigen gefunden, daß diese Anordnung auch beim Anfahren aus dem Normalzustand vorteilhaft ist indent die bei ökonomisch vertretbarer Auslegung und al'en vorhandenem Überdruckwächter 23 auftretenden mehrmaligen »Ein«-»Aus«-Schaltungen des Verdichters 13 durch geeignete Einstellung Jes zweiten Druckwächters 24 unterdrückt werden können.

Eingehende Betrachtungen haben ferner gezeigt, daß die vorgeschlagene Anordnung hinsichtlich des apparativen und regelungjtechnischen Aufwandes und damit auch bezüglich der Kosten den geringsten Aufwand gegenüber anderen Schaltungen aufweist DamH wird auch eine größere Zuverlässigkeit erreicht, zumal außerdem der Druck im R 13-Kreislauf durch zwei Druckwächter begrenzt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Anfahrregelung für Kaltdampfkältemaschinen mit Verdichter ohne eigene Leistungsregelung, insbesondere für Tieftemperaturstufen mehrstufiger Kaltdampfkältemaschinen, beispielsweise in Kaskadenschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter (13) auf seiner Druckseite außer einem Oberdruckwächter (23) einen zweiten Druckwächter (24) besitzt, dessen oberer Schaltpunkt um einen bestimmten Betrag unter dem Schaltpunkt eingestellt ist, der im Überdruckwächter (23) den hochstzulässigen Betriebsdruck festlegt, daß sowohl der Oberdruckwächter (23) als auch der zweite Drucbvächter (24) ohne Widereinschaltsperre ausgeführt sind und der Oberdruckwächter (23) in an sich bekannter Weise mit dem Antriebsmotor (22) des Verdichters (13), der zweite Druckwächter (24) jedoch über Schaltgeräte mit leistungsmindemden Stellglieder.i. z. B. Magnetventilen (15, 19) verbunden ist

2. Anfahrregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Magnetventil (19) in eine Bypaßleitung (20) zum Verdichter (13) und/oder ein Magnetventil (15) in eine Flüssigkeitsleitung (17) zum Verdampfer (18) der Tieftemperaturstufe einer Kaltdampfkältemaschine in Kaskadenschaltung eingebaut ist

3. Anfahrregelung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle eines Druckanstieges bei einem Dn;ck auf der Druckseite des Verdichters (13) kleiner als der obere Schaltpunkt des zweiten Druckwächters (24) das Magnetventil (15) in der Flüssigkeitsleitung (17) geöffnet und das Magnetventil (19) in der Bypaßleitung (.0) geschlossen ist, während das Magnetventil (15) in der Flüssigkeitsleitung (17) geschlossen und das Magnetventil (19) in der Bypaßleitung (20 geöffnet ist, sofern der obere Schaltpunkt des zweiten Druckwächters (24) erreicht bzw. überschritten ist und diese Stellung der Magnetventile (15,19) beim Druckabbau im Bereich der Schaltdifferenz des zweiten Druckwächters (241 unverändert bleibt

4. Anfahrregelung nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auch ein Temperaturregler mit seinem Fühler (25) in einer dem Kältebedarf entsprechenden Weise mit den gleichen Stellgliedern, z. B. den Magnetventilen (15,19) verbunden ist, der zweite Druckwächter (24) gegenüber dem Regelsignal des Temperaturreglers und seines Fühlers (25) jedoch eine Vorzugsschaltung besitzt.