DE2412614A1

DE2412614A1 - Temperaturregelung bei einem kuehlsystem

Info

Publication number: DE2412614A1
Application number: DE2412614A
Authority: DE
Inventors: Alan Arthur Matthies
Original assignee: Controls Company of America
Current assignee: Controls Company of America
Priority date: 1973-03-16
Filing date: 1974-03-15
Publication date: 1974-09-26
Also published as: CA989188A; DE7409165U; US3872685A; JPS49126149A; ES424317A1; GB1427455A; BR7401941D0; FR2221698B1; FR2221698A1; AU6655474A; IT1005656B

Description

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CONTROLS COMPANY O]? AMERICA

9655 West Soreng Avenue, Schiller Park, Illinois 60176, USA

Temperaturregelung bei einem Kühlsystem

Die Erfindung betrifft eine Temperaturregelung in einem, von einem Kühlsystem gekühlten Raum, insbesondere von einem Kühlsystem, das einen Kompressor, einon Kondensator, ein Expansionsventil und einen'Verdampfer enthält, wobei der Kompressor ein heißes verdichtetes Kühlmittel an den Kondensator liefert, wo es kondensiert, und der Kühlmittelstrom zum Verdampfer von dem Expansionsventil reguliert wird, wobei der Auslaß des Verdampfers mit dem Einlaß des Kompressors verbunden ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Temperaturregelung und insbesondere einer Temperaturregelung, die nicht zu arbeiten beginnt, bevor nicht die eingestellte Temperatur erreicht ist.

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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Temperaturregelung gekennzeichnet ist durch ein elektrisch betätigbares Steuerventil, das zwischen dem Verdampfer und dem Kompressor angeordnet und mittels eines Steuersignales zur Regelung des Verdampferdruckes betätigbar ist, durch einen als Temperaturfühler dienenden Thermistor, der in dem gekühlten Raum an der Stelle angeordnet ist, an der die Temperatur geregelt werden soll, durch eine elektrische Schaltung, die den Thermistor und das Steuerventil sowie eine elektrische Brückenschaltung einschließt, in deren einem Brückenzweig der Thermistor elektrisch angeschlossen ist, durch eine Einrichtung zur Justierung des Widerstandes dieses Brückenzweiges in Abhängigkeit von der am Thermistor aufrechtzuerhaltenden Temperatur und durch eine Einrichtung zur Lieferung eines Steuersignals an das Steuerventil, das vom Widerstand jenes Brückenzweiges abhängt.

Zwei Systeme, die die vorliegende Erfindung beinhalten, werden im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Regelsystem, bei dem der Strom vom Verdampfer zum Kompressor gedrosselt wird, wenn die Temperatur an einer gewünschten Stelle eine vorgewählte Solltemperatur erreicht,

Fig. 2 eine Einzelansicht eines Steuerventils, das für die Verwendung bei den vorliegenden Systemen geeignet ist,

Fig. 3 ein schematisches Schaltbild der Regelschaltung für die Regelung des Ventils,

Fig. Zf ein anderes System, bei dem der Verdampferdruck und die Temperatur durch Öffnen eines elektrisch

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betätigten Steuerventils geregelt werden, wenn die Solltemperatur erreicht ist, um auf einem Nebenweg heißes komprimiertes Gas in den Verdampfer oder den Ansaugteil des Kühlsystems zu leiten, und

Fig. 5 das System in Verwendung bei einer Schautruhe.

Bei dem System gemäß Fig. 1 liefert ein Kompressor 1o ein heißes komprimiertes Kühlmittel an ein Abflußleitu-ngsrohr 12, das zum Kondensator ~\k führt, wo das heiße Gas kondensiert wird. Der Kondensator-ausfluß liefert flüssiges Kühlmittel an das Leitungsrohr 16- das zu einem Expansionsventil 1δ führt, das den Fluß» zum Leitungsrohr 2o regelt, das zu dem Verdampfer 22 führt. Das Expansionsventil kann von jeglichem gewünschten Typ sein, seine Auswahl ist für das vorliegende System nicht kritisch. Der Verdampferauslaß ist mit der Rohrleitung Zk verbunden, die zu einem Steuerventil 26 führt, das den Fluß in die Kompressoreinsaugleitung 28 regelt. Das Steuerventil 26 ist normalerweise geöffnet und beginnt nicht, den Fluß zu drosseln*oder zu schließen, bevor nicht die Temperatur am Temperaturfühler (Thermistor) 3o eine vorgewählte Temperatur erreicht hat. Die vorgewählte Temperatur kann mittels des Drehknopfes 3k- an der Regelbox 32 auf die gewünschte Einstellung gebracht werden.

Der Temperaturfühler kann angeordnet werden, wo immer die Temperatur erfaßt werden soll, d.h. die Temperatur, die für das spezielle zu regelnde System am besten geeignet erscheint. Beispielsweise kann der Temperaturfühler in der Luft angeordnet werden, die den Verdampfer verläßt, oder in der Luft, die aus dem gekühlten Raum zurückkehrt, an einer Stelle, die in Strömungsrichtung

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eben vor der Spule liegt.

Der Thermistor 3o liegt in Reihe mit einem justierbaren Widerstand 26 in einem Zweig einer Wheatstone¹sehen Brücke in der Regelbox 32. Der Thermistor und der justierbare Widerstand sind damit zwischen den Punkten 38 und 40 der in Fig. 3 gezeigten Brückenschaltung angeschlossen. Die anderen drei Zweige der Brückenschaltung schließen Widerstände 42, 44, 46 ein. Die Steuersignale werden an den Verbindungspunkten 4o und 48 abgenommen, während die 24-Volt Versorgungswechselspannun3 bei den Verbindungspunkten 38 und 5o eingespeist wird, an die Leitungen 52, 54 von dem Ausgang eines Transformators 56 angeschlossen sind. Die Steuersignale an den Verbindungspunkten 48 und 40 werden über Leitungen 58, 60 dem Signalverstärker 62 zugeführt, dessen Ausgang mittels einer Leitung 66 mit einem Leistungsverstärker 64 verbunden ist. Ein Anschluß der Wechselspannungsversorgung vom Transformtor ist über die Leitung 68 ebenfalls auf den Leistungsverstärker 64 geführt. Der Ausgang des Leistungsverstärkers ist über die Leitung 7o mit dem Steuerventil 26 verbunden. Eine Leitung 72 geht von einem Anschluß des Transformators direkt an das Steuerventil 26. In dem Steuerventil 26 befindet sich eine Heizung 74» die mit einer Bimetallschichtanordnung 76 so verbunden ist, daß Hitze von der Heizung auf diese übertragen werden kann. Die Bimetallschichtanordnung 76 verbiegt sich, wenn sie erhitzt wird, wobei die Biegung proportional der zugeführten Hitze (Spannung) ist. Die Bimetallschichtanordnung setzt sich aus der erforderlichen Anzahl von Bimetallen zusammen, die so aufeinandergeschichtet sind, daß die Seiten hoher Ausdehnung zusammenliegen und die Seiten niedriger Ausdehnung zusammenliegen, damit ein erheblicher Betrag an Bewegung mit einer großen Kraft bei relativ wenig

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Hitzeeingang erzielt wird.

Der Ventilkörper besitzt einen Einlaß 78 und einen Auslaß 79. Ein fixiertes zylindrisches Glied 80 mit einer Vielzahl von axial im Abstand befindlichen Schlitzen 82 ist (aus Kalibrationszwecken) bei 8^ justierbar montiert, Ein Muffenventil 86 paßt über das zylindrische Glied 80 und wird von einer Feder 88 gegen einen Zapfen 90, der mit der Bimetallschichtanordnung in Eingriff steht, nach oben vorgespannt. Bei voller Hitzezuführung verbiegt sich die Bimetallschichtanordnung und die Teile 92 im Muffenventil 86 werden in Ausrichtung mit den Schlitzen 82 des zylindrischen Gliedes 80 gebracht, wodurch ein voller Durchfluß ermöglicht wird. Zu diesem Zeitpunkt stößt die Schulter 89 gegen die Oberkante des zylindrischen Gliedes 80. Dieser Ventiltyp gestattet eine empfindlichere oder genauere Anordnung der beweglichen Muffe und verbessert damit die Drosselcharakteristik der Regelung. Normalerweise ist das Ventil geöffnet (volle Hitzezufuhr); wenn jedoch die Temperatur an dem als Temperaturfühler dienenden Thermistor den eingestellten Wert erreicht, nimmt die der Heizung 7k zugeführte Spannung ab, worauf das Muffenventil anfängt, den Fluß vom Verdampfer zum Kompressor zu drosseln. Damit wird ein weiteres Abfallen von Verdampfer-Druck-Temperatur verhindert. Eine wünschenswerte Eigenschaft wäre, wenn das Regelsystem die angelegte Spannung ungefähr um 8 Volt pro" Grad ändert, um das die Temperatur unter dem eingestellten Wert liegt. Die Empfindlichkeit der Temperaturregelung kann so eingestellt werden, daß nahezu jegliches gewünschte Verhältnis von Spannungswechsel in Abhängigkeit vom Temperaturwechsel ermöglicht wird. Beispielsweise könnte ein Temperaturwechsel von lediglich o,o55°C (0,I⁰F) für das Auslösen des Spamrnngs-

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wechseis benutzt werden, um die Ventilregulierung einzuleiten.

Bei einem Muffenventil ist die Leckage eine Funktion des Durchmessers (und damit des Umfangs) des Muffenteiles. Eine gute Ventilausführung würde darum bedeuten, daß der Durchmesser des Muffenteiles minimal gehalten wird. Beim vorliegenden Ventiltyp, bei dem durch die Bimetallschichtanordnung ein großer Hub erzielt wird, kann der Bereich des Muffentiles auf maximaler Weite (Hub) und minimaler Länge (Umfang) gehalten werden. Obwohl das vorliegende hitzebetriebene Ventil, für die Aufgabe gut geeignet ist, ist die Erfindung doch nicht auf diesen speziellen Ventiltyp beschränkt.

Bei dem System von Fig. l\ gibt es mir zwei signifikante Unterschiede. Zum einen ist eine Nebenschlußleitung 94-vom Abflußleitungsrohr 12 des Kompressors zum Einlaß des Ventils 126 vorgesehen; der Auslaß des Ventils 126 ist über eine Leitung 96 mit der Kompressoransaugleitung 28 und dem Auslaß 2Zf des Verdampfers verbunden. Bei dieser Anordnung arbeitet das Ventil 126 im entgegengesetzten Sinne, d.h. in einem normalen Pull-down-Zustand ist das Ventil im Gegensatz zu dem von Fig. 1 geschlossen. Wenn der eingestellte Temperaturwert erreicht wird, wird das Ventil 126 jedoch betätigt und beginnt sich zu öffnen und heißes komponiertes Gas zur Verdampferseite des Expansionsventils zu leiten. Dieses Gas könnte in Strömungsrichtung vor oder hinter dem Verdampfer eingeführt werden, wichtig ist nur, daß es dadurch, daß es unter höherem Druck steht, notwendigerweise den Druck und die Temperatur innerhalb des Verdampfers anhebt und daß dadurch die Temperaturregelung erzielt wird. In Fig. 4 wird die Regelung dadurch erzielt, daß das

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heiße, komprimierte Gas auf der Verdampferseite des Systems eingeführt wird, während in Fig. 1 durch Drosseln des Flusses aus dem Verdampfer gerege]t wird. Der Nutzeffekt ist der gleiche; das System gemäß Fig.1 wird vorgezogen,· da es weniger Verbindungen und Rohrleitungen aufweist. In jedem Fall wirkt ein Ansteigen des Druckes im Verdampfer zurück auf das Expansionsventil mit der Wirkung, daß dieses gedrosselt wird.

Beide Systeme liefern eine genaue Temperaturregelung, die von jeglicher gewünschten Stelle aus eingestellt werden kann, da die Regelbox 32 überall angeordnet v/erden kann; es ist nur nötig, daß die Segelbox 32 mit dem Ventil und dem Temperaturfühler durch Drähte verbunden wird. Der Temperaturfühler kann genau an der Stelle angeordnet werden, an der die Temperatur geregelt werden soll.

Dieses System liefert einen weiteren Vorteil insofern, als das Pulldown maximalisiert wird, da keine Drosselung stattfindet, bevor nicht der eingestellte Temperaturwert erreicht wird. In diesem Moment wird gedrosselt und eine schnelle Regelung des Systeme erzielt«, Andere Systeme, die die Auslaßzustände des Verdampfers regeln, beginnen mit der Regelung einige Zeit vor dem Erreichen des gewünschten Zustandes (und verhindern damit das Pulldown).

Wenn das System bei einer Schautruhe 98 mit einem Luftvorhang verwendet wird, kann der Temperaturfühler 30 in der kalten Luft angeordnet werden, die den Ventilator I00 verläßt, der Luft über den Verdampfer 22 zieht und nach unten über die offene Front der Truhe zur Rückleitung 1o2 bläst, die zurück zum Verdampfer

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führt. Bei einer solchen Anordnung ward die Temperatur am Temperaturfühler 3o ohne Rücksicht auf die Verdampfer zustände geregelt. Wenn sich daher Eis am Verdampfer ablagert, was normalerweise einen Anstieg der Temperatur zur Folge hat, senkt die Regelung die Temperatur am Verdampfer, um den Einfluß der Eisbildung zu kompensieren, wodurch die erwünschte Temperatur am Temperaturfühler aufrechterhalten bleibt. Das System schließt einen Widerstand lok ein, der in Serie mit dem Thermistor in dessen Brückenzweig der Brückenschaltung liegt und mittels eines Schalters 1o6 kursgeschlossen v/erden kann. Der Schalter 1o6 kann manuell oder mittels einer Uhr betätigt werden. Dadurch wird eine einfache Verschiebung dos Temperatur-Sollwertes ermöglicht. Wenn der Laden geöffnet ist, wird der Inhalt der Schautruhe Strahlungshitze von der Ladenbeleuchtung ausgesetzt, und von den Kunden wird v/arme Luft in die Truhe verteilt. V/enn der Laden geschlossen ist, v/erden diese äußeren Hitzequellen entfernt und die Temperatur in der Truhe wird. - häufig unter die gewünschten optimalen Zustände fallen. Durch Verschiebung der Solltemperatur mittels Änderung des Widerstandes (Betätigen des Schalters 1o6) kann die Temperatur des Luftvorhangs um 1,5 bis 2.,^⁰C (3 - V³F) erhöht werden, um die Zustände in der Zeit, in der der Laden geschlossen ist, zu optimalisieren. Die Temperatur könnte auch erhöht werden, um ein Abtauen des Verdampfers zu bewirken.

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Claims

Patentansprüche

Temperaturregelung in einem von einem System gekühlten Raum, das einen Kompressor,, einen Kondensator, ein Expansionsventil und einen Verdampfer enthält, wobei der Kompressor ein heißes verdichtetes Kühlmittel an den Kondensator liefert, wo es kondensiert, und der KühlmittelstroiTi zum Verdampfen von dem lixpanc-ionsventil reguliert wird, wobei der Auslaß des Verdampfers mit dem Einlaß des Kompressors verbunden ist, gekennzeichnet durch ein elektrisch betätigbares Steuerventil (26, 126), das zwischen dem Verdampfer und dem Kompressor angeordnet und mittels eines Steuersignales zur Regelung des Verdarr.pferdruckes betätigbar ist, durch einen als Temperaturfühler dienenden Thermistor (3o), der in dem gekühltc-n Raum an dor Stelle angeordnet ist, an der die Temperatur geregelt werden soll, durch eine elektrische Schaltung, die den Thermistor und das Steuerventil so'.vie eine elektrische Brückenschaltung einschließt, in deren einem Brückenzweig der Thermistor elektrisch angeschlossen ist, durch eine Einrichtung (36) zur Justierung des Widerstandes dieses Brückenzweiges in Abhängigkeit von der am Thermistor aufrechtzuerhaltenden Temperatur und durch eine Einrichtung (62, 6^) zur Lieferung eines Steuersignals an das Steuerventil, das vom Widerstand jenes Brückenzweiges abhängt.

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2. Temperaturregelung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zweiten V/iderstand (1o^-), der in Serie mit jenem einen Brückenzweig der elektrischen Brückerischaltung liegt, und durch einen Schalter (1o6)

zur Überbrückung des zweiten Widerstandes.
3. Temperaturregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil geöffnet ist, bis
der ausgewählte Temperatur-Sollwert erreicht wird, worauf das Steuerventil den Fluß zum Kompressor
drosselt.

l+. Temperaturregelung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Nebenschlußleitung (9^f) von der· Auslaßseite des Kompressors (1o) zu einem in Strömungsrichtung hinter dem Expansionsventil (18) gelegenen Punkt, wobei das Steuerventil (126) in der Nebenschluß leitung angeordnet ist und geöffnet wird, wenn der ausgewählte Temperatur-Sollwert erreicht wird.

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