DE2637129A1

DE2637129A1 - Vorrichtung zum abtauen von verdampfern in kaeltemittelkreislaeufen, insbesondere von waermepumpen

Info

Publication number: DE2637129A1
Application number: DE19762637129
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl Ing Mendler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1976-08-18
Filing date: 1976-08-18
Publication date: 1978-02-23
Also published as: GB1569835A; SE7709276L; FR2362350A1; NL7709087A

Description

"1" 33 0 7

angebracht sind. Die beiden Meßwerte werden in ein Schaltwerk eingegeben, welches die das Abtauen des Verdampfers bewirkenden Mittel einschaltet, sobald die Differenz der beiden Meßwerte einen bestimmten Wert überschreitet. Ferner sind Mittel vorgesehen, welche den Ansprechzeitpunkt des Schaltwerkes derart der Umgebungstemperatur des Verdampfers anpassen, daß mit sinkender Umgebungstemperatur der Abtauvorgang bei geringeren Temperaturspreizungen zwischen den Meßpunkten der Meßwertgeber einsetzt und umgekehrt.

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Abtauen von Verdampfern nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine derartige Vorrichtung bekannt, bei welcher unabhängig von der jeweils herrschenden Umgebungstemperatur des Verdampfers das Schaltwerk bei einer fest eingestellten Temperaturspreizung zwischen den Meßpunkten der beiden Meßwertgeber die Abtaumittel einschaltet. Das hat den Nachteil, daß das Schaltwerk nur innerhalb eines verhältnismäßig eng begrenzten Bereiches der Umgebungstemperatur des Verdampfers die Abtauvorgänge zur richtigen Zeit, d.h. wenn die Eisschicht eine Dicke erreicht hat, bei der ein ordnungsgemäßes Arbeiten der Wärmepumpe nicht mehr gewährleistet ist, einleitet. Bei der bekannten Anordnung wird nämlich nicht berücksichtigt, daß die Temperaturspreizung zwischen der Umgebungstemperatur des Verdampfers und des Kältemittels im Verdampfer eine Funktion der Umgebungstemperatur selbst ist. Eingehende Versuche haben jedoch gezeigt, daß sich die Temperaturspreizung mit abnehmender Umgebungstemperatur verringert und umgekehrt, wobei noch zu beachten ist, daß der relative Feuchtigkeitsgehalt der Luft einen beträchtlichen Einfluß auf die Temperaturspreizung hat.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sich der Beginn des Abtauvorgangs über einen weiten Bereich der Umgebungstemperatur

809808/0217

. - * - 3 3 5 7

des Verdampfers so an die von der Umgebungstemperatur abhängige Temperaturspreizung zwischen der Kältemitteltemperatur im Verdampfer und dessen Umgebungstemperatur anpassen läßt, daß über den ganzen Anwendungsbereich der Wärmepumpe durch Eisansatz keine größeren als die für den geordneten und vorteilhaften Betrieb erforderlichen Schaltdifferenzen auftreten, weil vorher ein Abtauvorgang eingeleitet wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ist eine vorteilhafte Weiterbildung und Verbesserung der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kennlinie des korrigierten Differenzsignals der beiden Meßwertgeber über der Umgebungstemperatur des Verdampfers mindestens annähernd der Kennlinie der tatsächlichen Temperaturspreizung bei vollkommen trockener Luft entspricht.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachstehenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die Figuren 1 und 2 Kennlinienbilder zur Verdeutlichung der Erkenntnisse, die der Erfindung zugrunde liegen. Figur 3 zeigt das Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung.

In Figur 1 ist die Abhängigkeit der Kältemitteltemperatur t im Verdampfer von der Umgebungstsmperatur t» des Verdampfers einer Wärmepumpe dargestellt. Auf der Abszisse ist die Umgebungstemperatur t_A und auf der Ordinate die Kältemitteltemperatur t aufgetragen. Diese ist auch abhängig von dem relativen Feuchtigkeitsgehalt f der Umgebungsluft. Man erhält für die verschiedenen Feuchtigkeitsgehalte ein Bündel von Kennlinien-t » von denen in der Zeichnung nur die Grenzkennlinien für y =1,0 und sr = 0 dargestellt sind. Man erkennt, daß die Temperaturdifferenz At zwischen der Außentemperatur t_A und der Kältemitteltemperatur t von der Umgebungstemperatur un-I dem Feuchtigkeitsgehalt der Umgebungsluft abhängig ist.

80980870217

~ M* ~ ■? ο ί- 7

In Figur 2 ist diese Abhängigkeit über der Umgebungstemperatur t_A und für verschiedene relative Feuchtigkeitsgehalte der Luft dargestellt. Die vorwiegend auftretenden Spreizungen Λ t im Betrieb der Wärmepumpe liegen in dem in Figur 2 schraffierten Bereich, der durch die Punkte a bis d begrenzt ist. Die Punkte a und d liegen auf der Kennlinie Δί mit dem relativen Feuchtigkeitsgehalt tf = 0,3· In der Praxis wird dieser relative Feuchtigkeitsgehalt der Umgebungsluft kaum unterschritten.

Aus Figur 2 ist anschaulich zu erkennen, daß eine Abtauvorrichtung, die bei einer fest eingestellten Differenz der Meßwerte der beiden Meßwertgeber anspricht, nur innerhalb eines eng begrenzten Bereichs der Umgebungstemperatur t. des Verdampfers ordnungsgemäß arbeiten kann. Es sei angenommen, daß die Abtauvorrichtung bei einer fest eingestellten Meßwertdifferenz von 5° C anspricht. Diese Einstellung ist in Figur 2 durch die Linie e gekennzeichnet. Eine solche Abtauvorrichtung würde zwar am unteren Grenzbereich c-d des schraffierten Spreizungsbereichs die Abtauvorgänge zur richtigen Zeit einleiten, jedoch fast im ganzen übrigen Anwendungsbereich zu oft und vorzeitig auf Abtaubetrieb schalten und je nach Feuchtigkeitsgehalt zwischen Abtaubetrieb und Heizbetrieb pendeln, wodurch die Wärmeleistung der Wärmepumpe und die Lebensdauer der Schaltorgane beeinträchtigt würde. Wenn andererseits die Abtauvorrichtung so augelegt ist, daß sie auf eine Meßwertdifferenz von 9° C anspricht, was durch die Linie f in Figur 2 veranschaulicht ist, dann wird im Betriebspunkt c der Abtauvorgang erst dann eingeleitet,.wenn die Temperatur des Kältemittels im Verdampfer um über 6° C gegenüber der Temperatur abgesunken ist, die das Kältemittel bei nicht vereistem Verdampfer hätte.

Um diese Unzulänglichkeiten zu vermeiden, ist die erfindungsgemäße Abtauvorrichtung so ausgebildet, daß sich die im Schaltwerk eingestellte Schaltdifferenz abhängig von der Umgebungstemperatur t"_A automatisch an die von der Umgebungstemperatur sieh ändernde Spreizung Δ t derart anpaßt, daß über den ganzen Anwendungsbereich keine größeren als die für geordneten Betrieb erforderlichen Temperaturdifferenzen zwischen der Umgebungsluft und dem Kältemittel inrVer-

8.09808/0217

dämpfer auftreten. Die Anordnung ist so getroffen, daß die Schaltdifferenzj d.h. die Meßwertdifferenz, bei welcher die Abtauvorrichtung anspricht, über der Umgebungstemperatur t» nach der in Figur 2 strichpunktiert eingezeichneten Kennlinie g verläuft, die etwa der ^t-Kennlinie h für trockene Luft (^ = O) entspricht.

In Figur 3 ist die erfindungsgemäße Abtauvorrichtung schematisch dargestellt. Die Vorrichtung hat zwei Meßwertgeber, von denen ein jeder einen Fühler 11 bzw. 12 hat, der über eine Kapillare 13 bzw. Ik mit einer Membrandose 15 bzw. 16 verbunden ist. Beide Meßwertgeber sind mit einem Ausdehnungsmittel gefüllt. Der Fühler 11 des ersten Meßwertgebers ist außen am Gehäuse eines Verdampfers 18 mit gutem Wärmekontakt befestigt. Dieser Fühler mißt die Verdampfertemperatur bzw. die mit dieser praktisch übereinstimmende Verdampfungstemperatur des Kältemittels im Verdampfer. Der Fühler 12 des zweiten Meßwertgebers erfaßt die Temperatur der Luft, die ein Ventilator 19 im Betrieb der Wärmepumpe durch den Verdampfer 18 bläst, oder saugte

Beide Membrandosen 15 und 16 wirken im Gegensinn auf einen Schalthebel 22 ein, der bei 23 schwenkbar in einem Gehäuse 2k gelagert ist. Der Schalthebel 22 staht unter dem Einfluß einer als Justierfeder ausgebildeten Druckfeder 25, die ihn im Uhrzeigersinn zu verschwenken sucht. Die Feder 25 ist am freien Ende einer Bimetallfeder 26 abgestützt, deren anderes Ende am Gehäuse 24 befestigt ist. Die Bimetallfeder 26 ist infolge der Anordnung der Abtauvorrichtung in unmittelbarer Nähe des Verdampfers 18 ebenfalls der Umgebungstemperatur des Verdampfers ausgesetzt, wodurch sich die Vorspannung der Feder 25 mit der Umgebungstemperatur des Verdampfers 18 ändert. Anstelle der streifenförmigen Bimetallfeder 26 können auch mehrere hintereinanderliegende tellerförmige Bimtellfedern vorgesehen sein.

Am gegenüberliegenden Ende des Schalthebels 22 ist ein Stößel 27 befestigt, der über eine Schnappfedereinrichtung auf"einen Umschalter 28 im Gehäuse Zk einwirkt. Der bewegliche Kontakt des

8.0 9 808/0217

Umschalters 28 ist über eine Steckerzunge 30 an die Phase' R des Netzes anschließbar, während die beiden festen Gegenkontakte des Umschalters 28 über Steckerzungen 31 und 32 mit dem Ventilator 19 und einem Schütz 33 zur Steuerung der Abtaumittel des Verdampfers 18 verbindbar sind. Das Schütz 33 betätigt beim Ausführungsbeispiel ein nicht dargestelltes Mehrwegeventil, welches den Kältemxtteldurchfluß durch den Verdampfer und den Verflüssiger der Wärmepumpe umkehrt, wenn sich beim Verschwenken des Schalthebels 22 entgegen dem Uhrzeigersinn der bewegliche Kontakt des Umschalters 28 auf den mit der Steckerzunge 32 verbundenen Gegenkontakt auflegt. Dabei wird gleichzeitig der Ventilator 19 stillgesetzt, so daß der Verdampfer 18 während der Abtauphase keine unerwünschte ' Kühlung durch den Ventilator erfährt. In der dargestellten Lage liegt der Schalthebel 22 an einem gehäusefesten Anschlag 3*1 an. -

Die Abtaueinrichtung arbeitet wie folgt:

Die beiden Membrandosen 15 und 16 üben auf den Schalthebel 22 ein Differenzmoment aus, das den Schalthebel 22 entgegen dem Uhrzeigersinn zu verschwenken sucht. Diesem Differenzmoment wirkt das von der Druckfeder 25 auf den Schalthebel 22 ausgeübte Drehmoment entgegen. Im normalen Betrieb, d.h., wenn der Verdampfer 18 nicht vereist ist, überwiegt das Drehmoment der Druckfeder 25 das Differenzmoment und verschwenkt den Schalthebel 22 im Uhrzeigersinn, bis er zur Anlage am gehäusefesten Anschlag ~$k -kommt, der eine weitere Bewegung des Schalthebels 22 verhindert.

Mit zunehmender Temperaturdxfferenz zwischen den beiden Temperaturfühlern 11 und 12 der Meßwertgeber nimmt auch das von diesen auf den Schalthebel 22 ausgeübte Differenzmoment zu, bis es das Drehmoment der Druckfeder 25 überwindet und danach den Schalthebel 22 entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt. Dabei werden der Schalter 29 geöffnet und die obengeschilderten Maßnahmen zum Abtauen des Verdampfers eingeleitet.

Der Bimetallstreifen 26 ist so ausgebildet und angeordnet, daß er

BO98OSYO2 17

das von den beiden Meßwertgebern und der Druckfeder 25 auf den Schalthebel 22 ausgeübte resultierende Drehmoment im Sinne der Kennlinie g in Figur 2 mit sich verändernder Umgebungstemperatur korrigiert. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß der Abtauvorgang über einen weiten Anwendungsbereich der Wärmepumpe rechtzeitig dann erfolgt, wenn die Eisschicht am Verdampfer die Grenze des noch wirtschaftlicn tragbaren Maßes erreicht hat.

Die Mittel zur Korrektur des auf den Schalthebel 22 ausgeübten resultierenden Drehmoments könnten in- ÄDwandlung gegenüber dem Ausführungsbeispiel auch unmittelbar z.B. auf eine der beiden Membrandosen 15 bzw. 16 einwirken. Diese Mittel könnten im weiteren Sinne auch in einer unterschiedlichen Ausbildung der beiden Meßwertgeber bestehen. Ein Unterschied könnte, beispielsweise in der Verwendung von Ausdehnungsmedien mit unterschiedlichen Wärme-Ausdehnungskoeffizie:iten oder in der Verwendung von unterschiedlich großen Membrandruckdosen für die beiden Meßwertgeber bestehen. Auch ist es denkbar, daß der Meßwertgeber 12, 16 für die Umgebungstemperatur gleichzeitig auch das als mechanisches Stellglied ausgebildete Mittel zur Korrektur des Differenzmomentes ist. Dieser Meßwertgeber könnte auch beispielsweise auf ein Schaltgestänge zwischen dem anderen Meßwertgeber 11, 15 und den Abtaumitteln einwirken.

809-808/0217

-Jl λ -L e e r s β i \ e

Claims

1.j Vorrichtung zum Abtauen von Verdampfern in Kältemittelkreisläufen, insbesondere von Wärmepumpen, mit einem die Temperatur des Verdampfers erfassenden ersten Meßwertgeber, einem die Umgebungstemperatur des Verdampfers erfassenden zweiten Meßwertgeber, sowie miteinsm Schaltwerk, welches aus den beiden Meßwerten ein Differenzsignal bildet und die das Abtauen des Verdampfers bewirkenden f4ittel einschaltet, sobald das Differenzsignal einen vorbestimmten Wert überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltwerk (22) und/oder der eine bzw. beide Meßwertgeber (11, 15 bzw. 12, 16) von wärmeernpfindlichen Mitteln (26) zur Korrektur des Differenzsignals beeinflusst sind, die in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur des Verdampfers (18) das Differenzsignal gegenüber der tatsächlich vorhandenen Temperaturspreizung zwischen den Meßpunkten der Meßwertgeber derart verändern, daß mit sinkender Umgebungstemperatur der Abtauvorgang bei geringeren Temperaturspreizungen zwischen den Meßpunkten einsetzt und umgekehrt".

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem korrigierten Differenzsignal entsprechende Kennlinie (Linie g in Figur 2) über der Umgebungstemperatur (t.) des Verdampfers mindestens annähernd der Kennlinie der tatsächlichen Temperaturspreizung bei vollkommen trockener Luft (Linie h in Figur 2) entspricht*

809808/0 2-17

- % - 3 3 ü 7

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Korrektur des Differenzsignals als temperaturempfindliches Stellglied (26) ausgebildet sind und auf das Schaltwerk (22) bzw. auf Teile der Meßwertgeber (11, 15 bzw. 12 j 16) einwirken.

^l\. Vorrichtung nach Anspruch 3₃ dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltwerk einen schwenkbar gelagerten, die Abtaumittel steuernden Schalthebel (22) hat, auf den die beiden als Kraftgeber ausgebildeten Meßwertgeber (11, 15 bzw. 12, 16) im entgegengesetzten Schwenksinn einwirken, und der ferner von dem Stellglied (26) für die Korrektur des Differenzsignals beeinflußt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch ¹I, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (26) als Bimetallfeder ausgebildet ist, welche vorzugsweise die Spannung einer Justierfeder (25) des Schalthebels (22) beeinflußt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch'gekennzeichnet, daß die Mittel zur Korrektur des Differenzsignals lediglich in einer unterschiedlichen Ausbildung der beiden Meßwertgeber (11, 15 bzw. 12, l6) bestehen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, da^en Meßwertgeber ein sich bei Wärmeeinwirkung ausdehnendes Medium in einem kapseiförmigen Meßfühler haben, der über eine Kapillare mit einer Membran-

8098 0 8/0217

- 10 -

- ie - 3 ο : ■ ■'

'dose verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Medien als Mittel zur Korrektur des Differenzsignals . unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten haben.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, denen Meßwertgeber ein sich bei Wärmeeinwirkung ausdehnendes Medium in einem kapseiförmigen Meßfühler haben, der über eine Kapillare mit einer Membrandose verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Volumina der beiden Ausdehnungsmedien als Mittel zur Korrektur des Differenzsignals unterschiedlich groß sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertgeber (12_S 16) für die Umgebungstemperatur gleichzeitig das vorzugsweise als mechanisches Stellglied ausgebildete Mittel zur Korrektur des Differenzsignals ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertgeber (12, 16) für die Umgebungstemperatur und die Korrektur des Differenzsignals auf das Schaltgestänge zwischen dem anderen Meßwertgeber (11, 15)" und den Abtaumitteln einwirkt . ^:

80 9 8 08/0217