DE3220420A1

DE3220420A1 - Verfahren zur regelung eines elektrisch ansteuerbaren expansionsventils

Info

Publication number: DE3220420A1
Application number: DE19823220420
Authority: DE
Inventors: Robert Dipl.-Ing. 4600 Dortmund Isermann
Original assignee: WESTFAEL ELEKT WERKE
Current assignee: WESTFAEL ELEKT WERKE
Priority date: 1982-05-29
Filing date: 1982-05-29
Publication date: 1983-12-15

Description

Bezeichnung : "Verfahren zur Regelung eines elektrisch an-
steuerbaren Expansionsventiles" Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Regelung eines elektrisch ansteuerbaren Expansionsventiles, insbesondere in einer Kälte- und/oder Wärmepumpenanlage, mit einer Regelung des Ventiles über die Messung von physikalischen Größen innerhalb der Anlage.
Bei der Regelung der z.B. im Verdampfer einer Wärmepumpenanlage eingespritzten Kältemittelmenge von Kälte- und/oder Wärmepumpenanlagen, ist es bekannt, sogenannte thermostatische Expansionsventile mit Druckausgleich einzusetzen.
Die dabei eingesetzten Regler sind reine Proportional-Regler mit dem diesen Reglern anhaftenden Nachteil einer bleibenden Regelabweichung.
Diese bekannte Regelung (Aufsatz J. Reichelt, VDI-Berichte Nr. 343, 1979) hat den entscheidenden Nachteil, daß mit dieser Regelungsart die Einstellung einer freien Kennlinie nicht möglich ist, ebensowenig daß bei Wahl einer anderen Kennlinie der Regelung als derjenigen, diek.B. vom Herstellerwerk der Regler vorgenommen ist, nur von Hand möglich ist. Das Andern derartiger Kennlinien ist aber, je nach Optimierungsgrad des Regelvorganges, möglichst automatisch vorzunehmen, insbesondere bei Temperaturschwankungen in der Umgebung, wie sie in Mitteleuropa allein durch den Jahreszeitenwechsel hervorgerufen werden.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer Lösung, mit der insbesondere in sogenannten monovalenten Wärmepumpenanlagen bei schwankenden Temperaturverhältnissen die Regelung der Expansionsventile optimiert wird, insbesondere die freie Einstellbarkeit einer Kennlinie jederzeit automatisch möglich ist.
Die Erfindung wird bei einem Regelverfahren der eingangs bezeichneten Art dadurch gelöst, daß dem Regelkreis des Expansionsventiles zu dessen Regelung ein Mikrorechner zugeordnet ist, daß der Verdampfungsdruck gemessen und darüber im Mikrorechner die Verdampfungstemperatur berechnet wird, daß die Temperatur des Kältemittels am Verdampferausgang gemessen und die gemessenen Daten in einen Regelalgorythmus eingegeben werden.
Dieses Regelverfahren ermöglicht das vollautomatische Anpassen der Regelung der Expansionsventile an die jeweiligen Umfeldbedingungen, ohne daß es eines Eingriffes von Hand bedarf, wodurch sich eine enorme Steigerung der Wirtschaftlichkeit derartiger Kälte- und/oder Wärmepumpenanlagen erreichen läßt.
In Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, daß die Verdampfuqçtemperatur im Mikrorechner nach einem Polynom im Zwei-Phasengebiet des jeweiligen Kältemittels gebildet wird und/oder daß als Regelgröße die Uberhitzungstemperatur als Differenz zwischen Temperatur des Kältemittels am Verdampferausgang und der berechneten Verdampfungstemperatur gebildet wird.
Der Vorteil liegt darin, als Regelgröße die gebildete Uberhitzungstemperatur heranzuziehen, die aus der Messung der Temperatur des überhitzten Kältemittels # K am Verdampferaus gang und der Verdampfungstemperatur #0 als Funktion des dazugehörigen Verdampfungsdruckes P0 gebildet wird, nach der Gleichung Zweckmäßig ist es, wenn dem Mikrorechner als Festwerte eine Sollwertkennlinie eingegeben ist, als Funktion der Laststufe und der Verdampfungstemperatur, wobei der Rechner zur Regelung die aus dem Regelalgorythmus gewonnenen Werte mit den Werten der Sollwertkennlinie vergleicht, was die Erfindung ebenfalls vorsieht.
Als Beispiel eines Regelalgorythmusses dient die folgende Formel : y = 100 (x + TV . dX + T . #x) xp T TN mit Xp = Proportionalbereich x = Regelabweichung X = Regelgröße T = Abfragezeit (sec) TN = Nachstellzeit des I-Anteils (sec) TV = Vorhaltzeit des D-Anteils (sec) Durch die Erfindung wird aus einer reinen proportionalen Regelung ein modifiziertes PID-Regelverhalten ohne bleibende Regelabweichung erreicht.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aufgrund der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in der einzigen Figur ein Funktionsschaubild einer Wärmepumpenanlage, in der die Lage der zur Regelung notwendigen Organe angedeutet ist.
In einer allgemein mit 1 bezeichneten Wärmepumpenanlage läuft ein Kältemittel, wie bekannt, um. Dabei wird es von einem Zwischenwärmetauscher 2 kommend in einem Verdichter 3 verdichtet, gelangt als Heizgas in den Kondensator 4, wo es seine Wärme, z.B. an Wasser einer Heizanlage, abgibt.
Von dieser Heizanlage ist nur der Rücklauf 5 und der Vorlauf 6 dargestellt.
Das kondensierte Kältemittel durchströmt dann den Zwischenwärmetauscher 2 und gelangt über das für die Erfindung wesentliche Expansionsventil 7 in den mit einer Abtauheizung 8 versehenen und von einem Ventilator 9 beaufschlagten Verdampfer 10. Das Heizgas niedrigen Druckes verläßt dann den Verdampfer 10 und wird durch den Zwischenwarmetauscher 2 dem Kompressor 3 wiederum zugeführt.
Zur thermoelektrischen Regelung des Expansionsventiles 7 werden einem Mikrocomputer 11 Analogwerte eingegeben, und zwar einmal #VA als gemessene Temperatur des Kältemittels am Verdampferausgang und #o als aus einer Druckmessung am Verdampferausgang berechnete Verdampfungstemperatur. Der Mikrocomputer 11 bestimmt Y als Regelgröße für das Expansionsventil mittels des Regelalgorithmusses V als Funktion von "x" und "X", wobei "x" die Regelabweichung vom Sollwert und "X" der Sollwert der Regelgröße ist.

Claims

Ansprüche 0 Verfahren zur Regelung eines elektrisch ansteuerbaren Expansionsventiles, insbesondere in einer Kälte- und/oder Wärmepumpenanlage, mit einer Regelung des Ventiles über die Messung von physikalischen Größen innerhalb der Anlage, dadurch gekennzeichnet, daß dem Regelkreis des Expansionsventiles zu dessen Regelung ein Mikrorechner zugeordnet ist, daß der Verdampfungsdruck (PO) gemessen und darüber im Mikrorechner die Verdampfungstemperatur ( berechnet wird, daß die Temperatur des Kältemittels am Verdampferausgang grK) gemessen und die gemessenen Daten in einen Regelalgorythmus eingegeben werden.
2. Regelverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfungstemperatur (4h0) im Mikrorechner nach einem Polynom in. Zwei-Phasengebiet des jeweiligen Kältemittels gebildet wird.
3. Regelverfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Regelgröße die Uberhitzungstemperatur ( als Differenz zwischen Temperatur des Kältemittels am Verdampferausgang (2K) und der berechneten Verdampfungstemperatur (t0) gebildet wird.
4. Regelverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Mikrorechner als Festwerte eine Sollwertkennlinie eingegeben ist, als Funktion der Laststufe und der Verdampfungstemperatur, wobei der Rechner zur Regelung die aus dem Regelalgorythmus gewonnenen Werte mit den Werten der Sollwertkennlinie vergleicht.