DE2738728A1

DE2738728A1 - Verfahren zur regelung der kaelteleistung von kaeltekompressoren

Info

Publication number: DE2738728A1
Application number: DE19772738728
Authority: DE
Inventors: Peter J Dipl Ing Schelauske
Original assignee: Schelauske peter J dipl-Ing
Current assignee: Schelauske peter J dipl-Ing
Priority date: 1977-08-27
Filing date: 1977-08-27
Publication date: 1979-03-08

Description

Verfahren zur Regelung der Kälte leistung
von Kältekompressoren Verfahren zur Regelung der Kälteleistung von Kältekompressoren Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Kälteleistung von Kältekompressoren bei abnehmenden Temperaturen des Kältemittels, wobei der Kältekompressor vorzugsweise von einem Elektromotor angetrieben wird.
Beim Betrieb von Kältekompressoren zur Erzeugung verhältnismäßig niedriger Temperaturen am Verdampfer, wie -200C und weniger, zeigt sich, daß mit weiter abnehmenden Temperaturen auch die Kälteleistung zurückgeht. Das hat seinen Grund darin, daß die je Arbeitstakt oder Zeiteinheit durchgesetzte Masse an Kältemittel mit abnehmender Temperatur ebenfalls abnimmt. Dabei bleibt der Volumendurchsatz nahezu konstant; lediglich das spezifische Volumen des Kältemittels steigt bzw. sein spezifisches Gewicht fällt.
Dieses Phänomen läßt sich für ein einzelnes Kältemittel (R13 B1) wie folgt in einer Tabelle darstellen: Temperatur Spez. Vol. Spez. Gew. relativer Massendurchsatz (bezogen auf 20 C = 100%) (Oc) (1/kg) (g/1) (%) - 20 27,44 33,4 100 - 30 38,38 26,1 70 - 40 55,15 18,1 50 - 50 81,86 12,2 30 - 60 126 7,9 20 - 70 204 4,9 13 Beträgt demnach das spezifische Gewicht (die Wichte) bei -200C noch 33,4 g/l und wird der Massendurchsatz als 100% bezeichnet, so fallen bei -700C das spezifische Gewicht auf 4,9 g/l und der Massendurchsatz auf 13% ab.
Für einen kleinen, handelsüblichen Kolbenkompressor konnte in einer Versuchsreihe unter anderem die in nachfolgender Tabelle wiedergegebene Kälteleistung ermittelt werden, welche bei sinkenden Temperaturen des Kältemittels ebenfalls auf einen Bruchteilswert abfällt.
I II III Temperatur Kälte leistung relative Leistungsaufnahme des Motors 0 C) tW) (%) - 20 (1.100) 100 - 30 700 85 - 40 395 64 - 50 150 51 - 60 80 21 - 70 20 10 Dadurch wird deutlich, daß mit abnehmendem Massendurchsatz an Kältemittel je Arbeitstakt sich auch die Kälteleistung verringert und die Ausnutzung des Antriebsmotors.
Hier setzt nun die Erfindung an. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung der Kälteleistung von Kältekompressoren vorzuschlagen, welches das Leistungsvermögen von Kältekompressoren bei abnehmenden Temperaturen des Kältemittels besser ausnützt mit dem Ziel annähernd gleichbleibenden Massendurchsatzes! Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kälte leistung des Kältekompressors über die Drehzahl des Elektromotors mit Hilfe einer Regeleinrichtung derart geregelt wird, iß mit abnehmender Temperatur und abnehmendem Massendurchsatz des Kältemittels je Hub die Drehzahl des Elektromotors erhöht wird, so daß der Massendurchsatz wieder ansteigt.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei geringem Massendurchsatz an Kältemittel die Belastung des Elektromotors auch nur gering ist, da dieser nur ein geringes Drehmoment aufzubringen braucht. Da andererseits der Elektromotor üblicherweise so ausgelegt ist, daß er einen Kältekompressor auch bei höheren Verdampfertemperaturen antreiben kann, was beispielsweise für den Anlauf zustand von Wichtigkeit ist, kann tatsächlich bei vermindertem Massendurchsatz des Kältemittels je Arbeitshub bzw. je Arbeitstakt die Drehzahl des Elektromotors schadlos erhöht werden.
So läßt sich zu den zuvor wiedergegebenen Werten der Kälteleistung eines Kolbenkompressors die Leistungsaufnahme des Elektromotors beispielsweise wie folgt ermitteln: I II III Temperatur Kälteleistung Leistungsaufnahme des Motors (W) (W) - 20 1.100 570 - 30 700 480 - 40 395 365 - 50 150 290 - 60 80 120 - 70 20 100 Eine Uberlastung des Elektromotors gegenüber seiner Nennleistung wird insbesondere dann vermieden, wenn seine Drehzahl höchstens im umgekehrt proportionalen Verhältnis zur Abnahme des Massendurchsatzes an Kältemittel erhöht wird oder etwas anders ausgedrückt, wenn die Drehzahlerhöhung unter dem Wert bleibt, der dem Drehmomentabfall umgekehrt proportional ist.
Zweckmäßigerweise wird eine Regeleinrihtung verwendet, welche auf den Druck oder die Temperatur des Kältemittels auf der Saugseite des Kältekompressors anspricht. - Druck oder Temperatur des Kältemittels auf der Saugseite des Kältekompressors sind nämlich leicht zu erfassende Meßgrößen. Außerdem sind derartige Regeleinrichtungen für Kältekreisläufe leicht verfügbar.
Nach einem anderen Vorschlag soll eine Regeleinrichtung verwendet werden, welche auf die Stromaufnahme des Elektromotors anspricht. - Der besondere Vorteil besteht darin, daß der Anschluß an eine elektrische bzw. elektronische Regeleinrichtung besonders einfach ist.
Es kann aber auch zweckmäßig sein, eine Regeleinrichtung zu verwenden, welche auf andere, sekundäre physikalische Effekte, wie das Drehmoment, den Schlupf oder die Erwärmung des Elektromotors anspricht.
Vorteilhaft wird ein Elektromotor mit mindestens 2 Polpaaren verwendet und wird die Drehzahl durch Zu- oder Wegschalten von Polpaaren geregelt. - Diese Regelung, die als verhältnismäßig grob gelten muß, kommt in Betracht, da der Drehmoment- bzw. Leistungsabfall üblicherweise größer als 2 : 1 ist, nämlich bis 10 : 1, so daß beispielsweise die Drehzahl sprungartig im Verhältnis von 1 : 2 geändert werden kann, was beispielsweise bei einem üblichen 2- Polpaar-Elektromotor mit ca. 1450 U/min bei 50 Hertz durch Umschalten seiner Wicklungen in einen 1-Polpaar-Elektromotor geschieht. Diese Regelung ist besonders preisgünstig.
Nach einem anderen Vorschlag wird die Drehzahl des Elektromotors durch Frequenzumformung geregelt. Bei den am häufigsten eingesetzten 2-Polpaar-Elektromotoren ist eine Umformung der Frequenz von 50 in 60 Hertz in der Regel ohne weiteres möglich.
Es handelt sich dabei nämlich um Frequenzen, welche in vielen Ländern üblich sind und für die Elektromotoren üblicherweise bereits konzipiert sind. Die zunächst erzielbare Drehzahlerhöhung beträgt jedoch nur etwa 20 %, was im allgemeinen für eine wirksame Regelung nicht ausreicht. 3edoch bestehen noch weiterreichende technische Maßnahmen für eine stärkere Frequenzumformung zur Verfügung, so daß auch diese Methode grundsätzlich für eine weitere Drehzahlerhöhung in Betracht kommt.
Es kann auch zweckmäßig sein, die Drehzahl durch Phasenanschnitt zu regeln, was für einen l-Polpaar-Elektromotor bedeutet, daß die Drehzahl heruntergeregelt bleibt, wenn der Kältekompressor anläuft, und der Elektromotor weniger "gebremst" wird, je weiter der Anlaufzustand zurückliegt.
Nach einem anderen Vorschlag wird als Elektromotor ein Gleichstrom-Reihenschlußmotor verwendet und wird die Drehzahl durch Zu- oder Wegschalten von Vorwiderständen geregelt. -Zwar kommt ein Gleichstromantrieb selten zur Anwendung, doch läßt auch ein solcher Antrieb wirtschaftliche Lösungen mit Hilfe von Halbleiter-Gleichrichtern zu.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Regelung der Kälte leistung von Kältekompressoren bei abnehmenden Temperaturen des Kältemittels, wobei der Kältekompressor von einem Elektromotor angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kälte leistung des Kältekompressors über die Drehzahl des Elektromotors mit Hilfe einer Regeleinrichtung derart geregelt wird, daß mit abnehmender Temperatur und abnehmendem Massendurchsatz je Hub des Kältemittels die Drehzahl des Elektromotors erhöht wird und umgekehrt bei steigender Temperatur verringert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß de Drehzahl des Elektromotors höchstens im umgekehrt proportionalen Verhältnis zur Abnahme des Massendurchsatzes an Kältemittel erhöht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regeleinrichtung verwendet wird, welche auf den Druck oder die Temperatur des Kältemittels auf der Saugseite des Kältekompressors anspricht.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regeleinrichtung verwendet wird, welche auf die Stromaufnahme des Elektromotors anspricht.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regeleinrichtung verwendet wird, welche auf das Drehmoment, den Schlupf oder die Erwärmung des Elektromotors anspricht.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektromotor mit mindestens 2 Polpaaren verwendet wird und die Drehzahl durch Zu- oder Wegschalten von Polpaaren geregelt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Elektromotors durch Frequenzumformung geregelt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Elektromotors durch Phasenanschnitt geregelt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektromotor ein Gleichstrom-Reihenschlußmotor verwendet wird und die Drehzahl durch Zu- oder Wegschalten von Vorwiderständen geregelt wird.