DE2758153A1

DE2758153A1 - Multistage refrigeration control system - connects compressors which have been idle longest, to comply with rising load

Info

Publication number: DE2758153A1
Application number: DE19772758153
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Hoener
Original assignee: BBC YORK KAELTE KLIMA; BROWN BOVERI - YORK KAELTE- und KLIMATECHNIK GmbH
Current assignee: York Deutschland GmbH
Priority date: 1977-12-27
Filing date: 1977-12-27
Publication date: 1979-07-12
Also published as: DE2758153C2

Abstract

The system controls the operation of compressors in a multi-stage refrigeration system, cutting individual ones in and out depending on requirements. As refrigeration demand rises, based on a set desired value of temp. or pressure, the compressors which have been standing idle for longest are cut in one after the other, while as it falls those which have been running longest are cut out one after the other. This is so arranged that each time a different compressor carries the base load and another one the peak load in successive periods.

Description

Steuerungsverfahren für eine Verbund-Kälteanlage Control method for a compound refrigeration system

Die Erfindung betrifft ein Verfaliren zur Steuerung von Kompressoren, insbesondere einer Verbund-Kälteanlage, bzw. einzelner Kompressorstufen je nach Energie- bzw.The invention relates to a method for controlling compressors, in particular a compound refrigeration system or individual compressor stages depending on Energy resp.

Kältebedarf.Cooling demand.

Bei Verbund-Kälteanlagen werden die einzelnen Verdichter in der Regel druck- oder temperaturabhängig über einen Stufenschalter ein- oder ausgeschaltet, wobei üblicherweise zwischen die einzelnen Schaltstufen feste oder verstellbare Verzögerungszeiten gelegt werden.In the case of compound refrigeration systems, the individual compressors are usually Switched on or off depending on pressure or temperature via a step switch, usually fixed or adjustable between the individual switching stages Delay times can be set.

Dabei ergibt sich bei einer 4-stufigen Verbund-Kälteanlage z.B. folgende Schaltfolge: Vorlauf (Einschaltung): O - 1 - 2 - 3 - 4 Rücklauf (Abschaltung): 4 - 3 - 2 - 1 - 0.In the case of a 4-stage compound refrigeration system, the following results, for example Switching sequence: Forward (switch on): O - 1 - 2 - 3 - 4 Reverse (switch off): 4 - 3 - 2 - 1 - 0.

Bei dieser Schaltfolge verbleibt jeder Verdichter in der ihm zugeordneten Stufe, d.h. der Grundlastverdichter bleibt stets Grundlastverdichter und der letzte Verdichter in der Reihenfolge bleibt stets der Spitzenlastverdichter. Dadurch ergibt sich zwangsläufig eine ungleiche Verteilung der Belastung. Weil der Spitzenlastverdichter nur bei extremem Leistungsbedarf gefordert wird, ergeben sich für ihn kurze Laufzeiten und lange Standzeiten. Beides ist für einen Kälteverdichter schädlich und wirkt sich nachteilig auf die Lebensdauer aus.With this switching sequence, each compressor remains in the one assigned to it 2nd stage, i.e. the base load compressor always remains the base load compressor and the last one The compressor in the sequence always remains the peak load compressor. This results in inevitably an uneven distribution of the burden. Because the peak load compressor is only required with extreme power requirements, it results in short running times and long service life. Both are harmful and have an effect on a refrigeration compressor adversely affect the service life.

Ferner ergeben sich bei der Ansteuerung des Sollwertes stets Über- und Unterschreitungen des Sollwertes, die einen Kurzzeitbetrieb des zuletzt eingeschalteten Verdichters zur Folge haben, weil die Kälteleistung nur abgestuft und nicht proportional zum tatsächlichen Kältebedarf zur Verfügung steht.Furthermore, when controlling the setpoint, there are always over- and falling below the setpoint, which results in a short-term operation of the last switched on Compressor, because the cooling capacity is only graduated and not proportional is available for the actual cooling demand.

Selbst wenn dafür gesorgt wird, daß mit Hilfe eines Zusatzgcrätes einer sogenannten Grundlastumschaltung, also einer Schaltvcrrichtung, die nach einer festgelegten Zeitspanne jeweils einen anderen Verdichter als Grundlastverdichter ansteuert, ist wegen des zeitlich stark unterschiedlichen Kältebedarfs eine gleichmäßige Verteilung der Laufzeit auf die einzelnen Verdichter nicht erreichbar.Even if it is ensured that with the help of an additional device a so-called base load switchover, i.e. a switching device which, after a a different compressor as the base load compressor is a uniform one because of the greatly varying cooling requirements over time Distribution of the running time to the individual compressors cannot be achieved.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerungsverfahren bzw. eine Steuerungsfolge bei einer Anlage der eingangs bezeiciineten Gattung anzugeben, mit dem in einfacher Weise die Nachteile der bekannten Steuerungsverfahren überwunden werden und bei der alle Kompressoren bzw. Kompressorstufen eine möglichst gleichmäßige Betriebsbelastung erfahren.The invention is based on the object of a control method or to specify a control sequence for a system of the type specified at the beginning, with which the disadvantages of the known control method are overcome in a simple manner and in which all compressors or compressor stages are as uniform as possible Experience operational load.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß bei steigendem Kältebedarf, bezogen auf einen eingestellten Temperatur-oder Druck-Sollwert, der bzw. die Kompressoren mit der längsten Stillstandszeit nacheinander eingeschaltet und bei fallendem Kältebedarf der bzw. die Kompressoren mit der längsten Betriebszeit nacheinander ausgeschaltet werden, derart daß jeweils ein anderer Kompressor den Grundlastbedarf und jeweils ein anderer Kompressor den Spitzenlastbedarf in aufeinanderfolgenden Zeiteinheiten deckt.According to the invention, this is achieved by the fact that when the refrigeration requirement increases, based on a set temperature or pressure setpoint value, the compressor (s) switched on one after the other with the longest downtime and when the cooling demand falls the compressor or compressors with the longest operating time are switched off one after the other be, so that each a different compressor the base load requirement and each another compressor the peak load demand in successive time units covers.

Hiermit wird erreicht, daß alle Kompressoren annähernd gleichmäßig an der Kälteerzeugung beteiligt sind und dadurch der Kurzzeitbetrieb bei der Ansteuerung des Sollwert es vermieden wird.This ensures that all compressors are approximately uniform are involved in the generation of cold and thus short-term operation during control of the setpoint it is avoided.

Nachfolgend ist ein Durchführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand beiliegender Zeichnungen näher beschrieben.The following is an example of how the method according to the invention is carried out described in more detail with reference to the accompanying drawings.

Es zeigen: Fig. 1 einen schematischen Stufenschalter zur Schaltung von vier Kompressoren bzw. vier Kompressorstufen nach der herkömmlichen Schaltweise; Fig. 2 ein Grundlastumschaltungsschema als Ergänzung der herkömmlichen Schaltweise; Fig. 3 einen schematischen Stufenschalter zur Kompressorschaltung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren; Fig. 4 ein Kompressor-Schaltfolge-Diagramm für vier Kompressoren bzw. Kompressorstufen.1 shows a schematic step switch for switching of four compressors or four compressor stages according to the conventional switching method; 2 shows a basic load switching scheme as a supplement to the conventional switching method; 3 shows a schematic step switch for the compressor circuit according to the invention Procedure; 4 shows a compressor switching sequence diagram for four compressors or Compressor stages.

Bei dem in Fig. 1 schematisch gezeigten Schalter für die herkömmliche Schaltung von z.B. vier Kompressoren oder vier Kompressorstufen ist die Schaltfolge dieser Stufen erkennbar. Die Ziffern 1 - 4 bezeichnen die Kompressoren bzw. Kompressorstufen. Bei steigendem Kältebedarf wird der Schalter entgegen dem Uhrzeigersinn entsprechend dem Pfeil "Vorlauf' gedreht, womit nacheinander die Stufen bzw.In the switch shown schematically in Fig. 1 for the conventional The switching sequence is the switching of e.g. four compressors or four compressor stages of these stages recognizable. The numbers 1 - 4 designate the compressors or compressor stages. If the demand for cooling increases, the switch turns counterclockwise accordingly Turned the arrow "Forward", with which the steps resp.

Kompressoren 1 - 2 - 3 - 4 eingeschaltet werden. Bei der Schalterdrehnung im Uhrzeigersinn entsprechend dem Pfeil "Rücklauf" erfolgt die Abschaltung der Kompressoren bzw. -stufen infolge sinkenden Kältebedarfs in der umgekehrten Reihenfolge: 4 - 3 - 2 - 1. Das bedeutet aber, daß immer ein und derselbe Kompressor bzw. -stufe, nämlich die vierte Stufe, den Spitzenlastbedarf und der erste Kompressor stets den Grundlastbedarf zu decken haben.Compressors 1 - 2 - 3 - 4 are switched on. When the switch is turned clockwise according to the arrow "return" the compressors are switched off or levels as a result of falling cooling demand in the reverse order: 4 - 3 - 2 - 1. This means, however, that one and the same compressor or stage, namely the fourth stage, the peak load requirement and the first compressor always the Have to cover base load requirements.

Dies hat aber die bereits eingangs erwähnten Nachteile zur Folge.However, this has the disadvantages already mentioned at the beginning.

Bei dem in Fig. 2 schematisch dargestellten, herkömmlichen Grundlastumschaltungsschema wird mit dem Schalter in Fig. 1 beispielsweise bei einem 24-Stunden-Umlauf bei Forderung der Kompressorstufe 1 in den ersten 6 Stunden (Zeitspanne a) der Verdichter 1, in den folgenden 6 Stunden (Zeitspanne b) der Verdichter 2, in den anschließenden 6 Stunden (Zeitspanne c) der Verdichter 3 und in den restlichen 6 Stunden (Zeitspanne d) der Verdichter 4 angesteuert. Auch bei dieser Schaltfolge kann jedoch eine annähernd gleichmäßige Verteilung der Verdichter-Betriebsstunden nicht erreicht werden, weil der Kältebedarf innerhalb 24 Stunden sehr stark schwankt.In the conventional base load switching scheme shown schematically in FIG. 2 is activated with the switch in Fig. 1, for example, for a 24-hour cycle when requested of compressor stage 1 in the first 6 hours (period a) of compressor 1, in the following 6 hours (period b) the compressor 2, in the subsequent 6 Hours (period c) of compressors 3 and in the remaining 6 hours (period d) the compressor 4 is activated. Even with this switching sequence, however, an approximate even distribution of the compressor operating hours cannot be achieved because the cooling requirement fluctuates very strongly within 24 hours.

Fig. 3 zeigt schematisch einen Stufenschalter für die erfindungsgemäße Schaltfolge der Kompressoren einer z.B. aus vier Stufen bestehenden Verbund-Kälteanlage. Durch Drehung des äußeren Schalterringes entgegen dem Uhrzeigersinn, entsprechend dem Pfeil "Vorlauf", werden bei steigendem Kältebedarf nacheinander die Kompressoren bzw. Kompressorstufen 1 - 2 - 3 - 4 eingeschaltet. Bei sinkendem Kältebedarf werden durch Drehung des inneren Schalterringes ebenfalls entgegen dem Uhrzeigersinn, entsprechend dem Pfeil rücklauf, nacheinander die Kompressoren bzw. -stufen 1 - 2 - 3 - 4 ausgeschaltet. Die Ziffern 1 - 4 auf dem Schaterschema bezeichnen die Kompressoren bzw. Kompressorstufen 1 - 4. Die Abschalt-Reihenfolge ist also die gleiche wie die Einschalt-Reihenfoge,womit, wie vorerwähnt, stets der Verdichter zuerst abgeschaltet wird, der die längste Zeit in Betrieb war, und bei Zuschaltung, derjenige Verdichter mit der längsten Stillstandszeit zuerst gefordert wird. Durch diese rotierende Sc,laltfolge wird eine annähernd gleichmäßige Belastung aller Kompressoren erreicht.Fig. 3 shows schematically a tap changer for the inventive Switching sequence of the compressors of a compound refrigeration system consisting of four stages, for example. By turning the outer switch ring counterclockwise, accordingly the arrow "flow", the compressors are switched on one after the other when the demand for cooling increases or compressor stages 1 - 2 - 3 - 4 switched on. When the refrigeration requirement falls by turning the inner switch ring counterclockwise, accordingly the arrow return, the compressors or levels 1 - 2 - 3 - 4 switched off one after the other. The numbers 1 - 4 on the schematic designate the compressors or compressor stages 1 - 4. The switch-off sequence is the same as the switch-on sequence, with which, As mentioned above, the compressor is always switched off first, which lasts the longest was in operation, and when switched on, the compressor with the longest downtime is required first. As a result of this rotating sequence of switching operations, an approximately uniform one is achieved Load of all compressors reached.

Fig. 4 zeigt anhand eines Diagramms ein Beispiel, bei dem während eines beliebigen Zeitraums "A" der Sollwert bei einer Kälteleistung zwischen 50 und 75 % erreicht wird.FIG. 4 shows, using a diagram, an example in which during any period "A" is the setpoint with a cooling capacity between 50 and 75% is achieved.

Da in diesem Fall die Kälteleistung nicht exakt dem Kältebedarf angepaßt werden kann, würde sich bei der vorbeschriebenen, herkömmlichen Steuerung für den Verdichter 3 ein unerwünschter Kurzzeitbetrieb ergeben, da der Spitzenlastbedarf immer von diesem einen Verdichter gedeckt werden müßte.Because in this case the cooling capacity is not exactly matched to the cooling requirement can be, would be in the above-described, conventional control for the Compressor 3 result in an undesirable short-term operation, since the peak load requirement would always have to be covered by this one compressor.

Fig. 4 zeigt Jedoch, wie bei der erflinauigsgemäßen Steuerung, und zwar durch den stetigen Wechsel zwischen den Leistungsstufen L2 und L3, die Verdichter-Schaltfolge derart abläuft, daß alle vier Verdichter annähernd gleichmäßig an der Kälteerzeugung teilnehmen. However, Fig. 4 shows how in the proper control, and through the constant change between the output levels L2 and L3, the compressor switching sequence takes place in such a way that all four compressors produce almost the same amount of cold take part.

Während des Zeitraumes "A" werden acht Schaltvorgänge ausgelöst, wobei sich für Jeden der vier Verdichter in unterschiedlicher Reihenfolge vier Betriebsphasen "B" und vier Stillstandsphasen "S" ergeben. Die in Fig. 4 eingetragenen Betriebsphasen "B" und Stillstandsphasen "S" beziehen sich auf den Verdichter V4. Die Betriebsphasen und Stillstandsphasen der anderen Verdichter V1, V2 und V3 laufen, wie vorerwähnt und aus dem Diagramm ersichtlich, in entsprechend gestaffelter Folge nacheinander ab.During the period "A" eight switching processes are triggered, whereby There are four operating phases for each of the four compressors in a different order "B" and four standstill phases "S" result. The operating phases shown in FIG "B" and standstill phases "S" refer to the compressor V4. The operational phases and standstill phases of the other compressors V1, V2 and V3 are running, as mentioned above and can be seen from the diagram, one after the other in a correspondingly staggered sequence away.

Auf der rechten Seite der Fig. 4 ist die der jeweils in Betrieb befindlichen Leistungsstufe L2 oder L3 entsprechende prozentuale Kälteleistung aufgetragen. Bei der Leistungsstufe L2 sind zwei Verdichter, und bei der Leistungsstufe L3 sind drei Verdichter, von insgesamt vier Verdichtern im Betrieb.On the right-hand side of FIG. 4 is that of the respectively in operation Performance level L2 or L3 corresponding percentage cooling capacity plotted. at capacity level L2 has two compressors, and capacity level L3 has three Compressor, of a total of four compressors in operation.

Die Ein- oder Ausschaltung der Kompressoren bzw. -stufen nach der beschriebenen Verfahrensweise geschieht mit den erforderlichen, in der Technik bekannten Elementen, die 3edoch nicht mehr zum Gegenstand der Erfindung gehören. Switching the compressors or stages on or off after the procedure described is done with the necessary, known in the art Elements that no longer belong to the subject matter of the invention.

Claims

Claim: 9 method for controlling compressors, in particular a compound refrigeration system or individual compressor stages depending on the energy or Cooling demand, it is not shown that with increasing cooling demand, based on a set temperature or pressure setpoint, the compressor (s) switched on one after the other with the longest downtime and when the cooling demand falls the compressor or compressors with the longest operating time are switched off one after the other be, so that each a different compressor the base load requirement and each Another compressor needs the peak load + in successive time units covers.