DE2652888A1

DE2652888A1 - Kaeltemaschine

Info

Publication number: DE2652888A1
Application number: DE19762652888
Authority: DE
Inventors: Folke Roger Boberg; Carl-Eric Valter Rundberg
Original assignee: Stal Refrigeration AB
Current assignee: Stal Refrigeration AB
Priority date: 1975-11-28
Filing date: 1976-11-20
Publication date: 1977-06-08
Also published as: DE2652888C2; NL182431C; DK150251C; DK535176A; SE7513418L; NL7613220A; DK150251B; SE402345C; GB1506999A; NL182431B; FR2333210A1; SE402345B; FR2333210B1

Description

Kältemaschine

Die Erfindung betrifft eine Kältemaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Gewöhnlich ist das Expansionsventil ein thermostatisches. Es mißt einen Druck, der mit der Überhitzungstemperatur des Kühlmittels im Zusammenhang steht, und vergleicht diesen Druck mit dem Sättigungsdruck des Kühlmittels im Verdampfer. Das thermostatische Expansionsventil ist bestrebt, die Differenz zwischen diesen Drücken konstant zu halten, was zur Folge haben sollte, daß das Ausmaß der Überhitzung des Kühlmittels konstant ist. Es hat sich jedoch, gezeigt, daß eine solche Anordnung nicht imstande ist, den Grad der Überhitzung in ausreichender Weise konstant zu halten. Es besteht im Gegenteil die Gefahr, daß flüssiges Kühlmittel den Kompressor erreicht. Ein solches "Überkochen" kann insbesondere dann auftreten, wenn der Kühlbedarf des zu kühlenden Raumes gering ist.

daß eine Kältemaschine, Ein Grund, der zu diesem Verhalten beiträgt, besteht darin/ die mit einem Regelkreis versehen ist, zu der ein thermostatisches Expansionsventil gehört, auf einen relativ engen Arbeitsbereich beschränkt ist. Das Expansionsventil muß für die kleinste vorkommende

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Druckdifferenz bemessen sein, d.h. die kleinste Differenz zwischen dem Druck des Kühlmittels vor dem Expansionsventil, also im wesentlichen dem Kondensatordruck, und dem Druck hinter dem Expansionsventil, also im wesentlichen dem Verdampferdruck. Diese Druckdifferenz ist gewöhnlich im Winter am kleinsten. Im Sommer ist die Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten des Expansionsventils größer. Dies bedeutet, daß das Ventil überdimensioniert sein muß, was die für thermische Expansionsventile typische geringe Regelgenauigkeit zur Folge hat.

Das obengenannte Überkochen des Kühlmittels kann an sich dadurch verhindert werden, daß zwischen den Verdampfer und den Kompressor ein Wärmeaustauscher oder ein Flüssigkeitsausscheider eingefügt wird. Ein solches Aggregat ist jedoch teuer und trägt für die eigentliche Funktion der Kältemaschine nichts bei.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kältemaschine der eingangs genannten Art zu entwickeln, die von den obengenannten Nachteilen im wesentlichen befreit ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Kältemaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale aufweist. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

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Der erste Temperaturmeßpunkt ist vorzugsweise so zu lokalisieren, daß er die Temperatur des Kühlmittels im gesättigten Zustand im Verdampfer mißt. Der zweite Temperaturmeßpunkt ist "bei direkten Kühlsystemen vorzugsweise im zu kühlenden Raum, z.B. einem Gefrierraum, zu lokalisieren. Bei indirekten Kühlsystemen ist der zweite Meßpunkt vorzugsweise im Kreis des Kälteträgers zu lokalisieren. Wenn der zweite Temperaturmeßpunkt im zu kühlenden Raum liegt, dann ist eine Voraussetzung für eine sichere Arbeitsweise des zweiten Regelkreises, daß die Luft zirkuliert wird. Geschieht dies nicht, so ist der Temperaturmeßwert nicht relevant.

In einer weiterentwickelten Ausführungsform gemäß der Erfindung gehören zu dem zweiten Regelkreis Temperaturmeßglieder, welche ihre Meßwerte einem Regler zuführen, der seinerseits einen Motor steuert, der das Expansionsventil öffnet "bzw. schließt.

Der Regler kann elektrischer oder pneumatischer Art sein; die erstgenannte Art ist besonders geeignet. Wenn der Regelkreis einen elektrischen Regler enthält, so läßt sich der Regelkreis leicht weiterentwickeln, um zusätzliche Vorteile gegenüber den bekannten Anordnungen zu erzielen. So kann der Regelkreis dafür verwendet werden, den Wirkungsgrad der Kältemaschine bei Teillast zu verbessern, also dann, wenn der Kühlbedarf des zu kühlenden Raumes herabgesetzt ist. In einem solchen Falle ist es ferner möglich, einen weiteren Regelkreis einzuführen, welcher das Eindringen von flüssigem Kühlmittel in den Kompressor verhindert.

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Wenn der Kompressor in einer Kältemaschine mit einem bestimmten Kühlmittel bei Vollast arbeitet bei einer bestimmten Temperatur außerhalb des Kondensators und einer vorgegebenen Temperatur in dem Strom des Kälteträgers zum zu kühlenden Raum, dann herrscht ein bestimmtes Verhältnis zwischen dem Druck vor und hinter dem Kompressor. Wenn der Kühlbedarf des zu kühlenden Raumes zurückgeht, dann wird die Leistung des Kompressors entsprechend herabgesteuert. Man kann an sich bei diesem neuen Betriebsfall dieselbe Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlmittel im gesättigten Zustand im Verdampfer und dem Kälteträger beibehalten, die als Sollwert im Regler vorgegeben ist und die der Regler aufrechtzuerhalten versucht. Indem man jedoch diese Temperaturdifferenz herabsetzt,(d.h. in der Praxis die Sättigungstemperatur des Kühlmittels im Verdampfer erhöht, da man bestrebt ist, die Temperatur des zum zu kühlenden Raum fließenden Kälteträgers konstant zu hal-

/kann man

ten) eine höhere Verdampfungstemperatur erzielen, was eine Herabsetzung des spezifischen Energieverbrauchs des Kompressors bedeutet. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Kältemaschine bei Teillast verbessert.

Um dies in der Praxis zu erreichen, sind im Kompressor Mittel vorgesehen, welche den vorgegebenen Sollwert im Regler in Abhängigkeit der jeweiligen Leistung des Kompressors verändern. Der günstigste funktionale Zusammenhang zwischen der jeweiligen Kompressorleistung und dem Sollwert im Regler muß im voraus ermittelt werden.

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Der vorgeschlagene besondere Regelkreis zur Verhinderung des Eindringens von flüssigem Kühlmittel In den Kompressor kann in der Weise aufgebaut sein, daß die Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlmittel im gesättigten Zustand im Verdampfer und an einer Stelle zwischen dem Verdampfer und dem Kompressor gemessen wird. Wenn diese Temperaturdifferenz unter einen "bestimmten Wert sinkt, wird eine zusätzliche Betätigung des Motors, der das Expansionsventil verstellt, im schließenden Sinne veranlaßt. Mit Rücksicht auf die Trägheit der geregelten Kältemaschine ist es zweckmäßig, eine Verzögerung einzuführen, deren Größe von der Zeltkonstante der Kältemaschine abhängt.

Anhand des in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles einer Kältemaschine gemäß der Erfindung soll die Erfindung näher erläutert werden. Die Kältemaschine enthält einen Regelkreis mit einem geführten Sollwert im Regler und einen Sicherheitsregelkreis mit einer zusätzlichen (übergreifenden) Funktion.

In der Zeichnung bezeichnet 1 einen Kompressor, 2 einen Kondensator, 3 ein Expansionsventil (Drosselventil), welches von einem Motor gesteuert wird, und 4 einen Verdampfer. Die genannten Aggregate sind über Leitungen 5 bis 8 zu einem Kreis zusammengeschlossen und führen ein Kältemittel.

Der Verdampf er' arbeitet als Wärmeaustauscher, dem Wärme von einem zu kühlenden Raum, z.B. einem Gefrierraum, durch einen Kälteträger zugeführt wird, der mit konstantem Fluß (konstante Geschwindigkeit)

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in einem geschlossenen Kreislauf strömt. Der Kälteträger tritt durch den Einlaß 9 in den Verdampfer ein und verläßt diesen durch den Auslaß 10. Die Temperatur des den Verdampfer verlassenden Kälteträgers wird mittels einem Temperaturmeßglied 11 gemessen, welches Signale an den Regelkreis für die Leistung des Kompressors liefert. Das Ziel besteht darin, die Temperatur des vom Verdampfer kommenden Kälteträgers konstant zu halten, was bedeutet, daß die Leistung des Kompressors in Abhängigkeit des Kühlbedarfes des zu kühlenden Raumes gesteuert werden muß. Wenn der Kühlbedarf zurückgeht, so sinkt die Temperatur des Kälteträgers, was zur Folge hat, daß das Temperaturmeßglied 11 die Einstellung des Leistungsregelkreises im Sinne einer Herabsetzung der Leistung des Kompressors verändert. Dies hat zur Folge, daß die Temperatur des Kälteträgers wieder den gewünschten Wert annimmt.

Der vorzugsweise elektrisch arbeitende Regler ist mit 12 bezeichnet. Er empfängt Signale sowohl von dem Temperaturmeßglied 11 als auch von einem ähnlichen Meßglied 13, welches die Temperatur des Kältemittels im gesättigten Zustand im Verdampfer mißt. Der Regler vergleicht die Differenz zwischen diesen beiden Temperaturmeßwerten mit einem im Regler eingestellten Wert. Wenn eine Regelabweichung vorliegt, dann veranlaßt der Regler eine Verstellung des verstellbaren Expansionsventils 3 im Sinne einer weiteren Öffnung oder Schließung, so daß die gewünschte Temperaturdifferenz konstant gehalten wird. Der Antrieb des Expansionsventils besteht im Ausführungsbeispiel aus einem elektrischen Rotor.

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Der Regler kann von mehr oder weniger hochentwickelter Art sein und kann eine P-,PI-,PD-oder PID-Charakteristik haben. Er kann eine innere Rückführung (simulierte Rückführung) haben oder ihm kann ein Rückführungssignal von dem Expansionsventil zugeführt werden, welches Signal durch einen ohmschen ,kapazitiven oder induktiven Geber erzeugt werden kann, v/elcher an das Expansionsventil angeschlossen ist.

Die gezeigte Ausführungsform ist noch in weiterer Hinsicht fortentwickelt. Die Regelanordnung für die Leistung des Kompressors enthält einen Geber, welcher dem Regler 12 Meßwerte über die Leistung des Kompressors zuführt. Diese Meßwerte dienen dazu, den eingestellten Wert für die genannte Temperaturdifferenz zu steuern, und zwar gemäß einem vorgegebenen funktionalen Zusammenhang, nach welchem zu einer kleiner werdenden Leistung eine verkleinerte Temperaturdifferenz gehört. Wie oben erwähnt, ist es das Ziel der Anordnung, den Wirkungsgrad des Kompressors bei Teillast zu verbessern, d.h. __t wenn der Kühlbedarf des gekühlten Raumes unterhalb seines Maximums liegt.

Ein Temperaturmeßglied. 15 mißt die Temperatur in der Leitung 5 zwischen dem Verdampfer und dem Kompressor. Der Zweck dieser Messung besteht darin, das Eindringen von flüssigem Kühlmittel in den Kompressor zu verhindern. Die Meßwerte des Temperaturmeßgliedes werden dem Regler 12 zugeführt, welcher diese Temperatur mit der Temperatur vergleicht, die von dem Temperaturmeßglied 13 gemessen

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wird, d.h. mit der Temperatur des Kältemittels im gesättigten Zustand. Wenn die Differenz zwischen diesen Temperaturen kleiner ist als der vorgegebene Wert im Regler 12, dann liefert der Regler ein überschießendes Signal zur Betätigung des Expansionsventils im schließenden Sinne, weil die Gefahr "besteht, daß flüssiges Kühlmittel durch die Leitung 5 zum Kompressor gelangen und diesen beschädigen könnte.

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Claims

Patentansprüche:

!Kältemaschine, bestehend aus einem geschlossenen Kreis mit einem Kompressor, einem Kondensator, einem Expansionsventil und einem Verdampfer, in welchem Kreis ein Kühlmittel fließt und dem die Wärme von einem zu kühlenden Raum über den Verdampfer zugeführt wird, und zwar vorzugsweise durch den konstanten Fluß eines zirkulierenden Kälteträgers, mit einem ersten Regelkreis zur Regelung der Kompressorleistung in Abhängigkeit vom Kühlbedarf des zu kühlenden Raumes, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Regelkreis vorhanden ist mit Mitteln(i3,11) zur Messung der Differenz zwischen der Temperatur des Kühlmittels im gesättigten Zustand im Verdampfer (4) (erster Temperaturmeßpunkt) und der Temperatur im zu kühlenden Raum oder des Kälteträgers (zweiter Temperaturmeßpunkt) und daß Mittel vorhanden sind zur Verstellung des Expansionsventils (3) in dem Sinne, daß die genannte Temperaturdifferenz konstant gehalten wird.
2. Kältemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Temperaturmeßpunkt (13) nahe dem Auslaß für das Kühlmittel aus dem Verdampfer (4) liegt.
3. Kältemaschine nach Anspruch 1oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Regelkreis ein erstes (13) und ein zweites (11) Temperaturmeßglied enthält, deren.Meßwertausgänge an einen Regler (12)

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angeschlossen sind, und daß der Regler (12) einen Motor steuert, welcher das Expansionsventil (3) öffnet bzw. schließt.
4. Kältemaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (12) den Motor in Abhängigkeit der Abweichung zwischen der Temperaturdifferenz, die von den Temperaturmeßgliedern (13,11) gemessen wird, und einem vorgegebenen, im Regler (12) eingestellten Wert steuert.
5. Kältemaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (12) an den Kompressor (1) angeschlossen ist und den im Anspruch 4 genannten vorgegebenen, im Regler eingestellten Wert in Abhängigkeit der eingestellten Leistung des Kompressors verändert.
6. Kältemaschine nach einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Regler (12) zugeführten Signale von den Temperaturmeßgliedern (13,11) elektrischer Art sind und das Stellglied für das Expansionsventil (3) ein elektrischer Motor ist.

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