DE3340736C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für den Kältemittelkreislauf in einer Kältemaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Bei bekannten Regeleinrichtungen dieser Art (DE-OS 27 49 250; DE-OS 18 00 681) ist der eine Temperaturfühler im Einlaß des Kompressors und der andere am Ausgang des Verdampfers vorgesehen. Die Differenz der Ausgangssignale der beiden Temperaturfühler stellt die "Überhitzung" dar, welche das Kältemittel im Verdampfer erfährt. Mit Hilfe eines Reglers wird im Normalbetrieb die Öffnungsstellung des Expansionsventils so beeinflußt, daß eine gewünschte Überhitzungstemperatur annähernd konstant gehalten wird. Bei der Einrichtung nach der DE-OS 27 40 250 sorgt ein weiterer Temperaturfühler für die Einleitung eines Schließvorgangs des Expansionsventils bei einem plötzlichen Kältebedarf. In beiden Fällen bleiben Temperaturänderungen aufgrund des Druckabfalls im Verdampfer unberücksichtigt.

Es ist eine Anlage bekannt, bei der Kältemittel hoher Temperatur und hohen Druckes von der Auslaßseite des Kompressors in einen Kältemittelspeicher abzweigbar ist (US-PS 41 36 528).

Ferner gehört eine Regeleinrichtung für den Kältemittelkreislauf in einer Kältemaschine gemäß Fig. 1 zum Stand der Technik. In dieser Figur bezeichnen die Bezugszahlen 21 bis 24 Rückschlagventile und 25 einen Temperaturmeßumformer für das Expansionsventil. Zum Zeitpunkt des Abtauens bzw. Defrostens wird ein Kreislauf in Gang gesetzt, derart, daß das Kältemittel mit hohen Temperaturen und hohem Druck nach dem Auslassen aus dem Kompressor 1 über ein Vier-Wege-Ventil 2 zu einem Kondensator 3 außerhalb der Kühlkammer strömt, wo das Kältemittel einem Wärmeaustausch unterzogen wird, um in einen flüssigen Zustand bei hoher Temperatur und hohem Druck zu gelangen. Dann strömt die Flüssigkeit über Verteiler 4 a, 4 b und ein Rückschlagventil 21 zu einem Expansionsventil 5, wo sein Druck reduziert wird, worauf das Kältemittel wieder über das Rückschlagventil 24, einen Verdampfer 6 in der Kühlkammer, das Vier-Wege-Ventil 2, einen Kältemittelspeicher 7 und ein Einlaßrohr 8 in den Kompressor 1 gelangt.

Zu diesem Zeitpunkt wird ein Ventilator (nicht gezeigt) des Verdampfers 6 in der Kühlkammer zum Anhalten veranlaßt, weil während seines Laufes Kühlluft nach außen abgegeben wird. Infolgedessen wird das Kältemittel niederer Temperatur und niederen Druckes aufgrund der Druckreduzierung über das Expansionsventil 5 nicht vom Verdampfer 6 im Kühlkammerinneren einem Wärmeaustauschvorgang unterworfen sondern in den Kältemittelspeicher 7, so wie es ist, eingeleitet, wo das flüssige Kältemittel mit nachfolgendem Abnehmen des Umlaufstromes des Kältemittels sowie des Eingangstromes in den Kompressor stockt, um die Abtauzeit zu verlängern, wobei alle diese Vorgänge nachteilig für die korrekte Regelung des Kältemittelkreislaufes sind.

Während des normalen Betriebs der Regeleinrichtung wird andererseits das temperaturbetätigte Expansionsventil 5 eingesetzt, und der Temperaturmeßumformer wird am Einlaßrohr 8 des Kompressors 1 verwendet, um die Überhitzung zu regeln. In diesem Fall nimmt jedoch die Ansprechempfindlichkeit des Ventiles aufgrund der Tatsache, daß die vom Temperaturmeßumformer 25 gemessenen Temperaturänderungen in Druckänderungen gewandelt werden, in einer Weise ab, so daß das Ventil nicht einem abrupten Lastwechsel und Änderungen der Betriebskapazität des Kompressors folgen kann, so daß Rückstrom der Flüssigkeit, Schwingvorgänge und andere Erscheinungen auftreten und darüber hinaus wegen der nur indirekten Erfassung der Überhitzungstemperatur willkürliche Regelung des Kreislaufes nicht möglich ist, um den Kältemittelkreislauf optimal auf den Betriebszustand abzustimmen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Regeleinrichtung für den Kältemittelkreislauf einer Kältemaschine im Hinblick auf ihren Wirkungsgrad zu verbessern.

Mit einer Regeleinrichtung nach der Erfindung kann die Öffnung des Expansionsventils so geregelt werden, daß die Überhitzungstemperatur zur Zeit der Kapazitätsregelung des Kompressors nach Bedarf erfaßt und gesteuert wird, und es kann das Expansionsventil selbst dann gedrosselt werden, wenn die Strömungsrichtung des Kältemittels umgekehrt wird.

Mit der Regeleinrichtung nach der Erfindung läßt sich die Überhitzungstemperatur optimieren und der Kompressor vor unerwarteten Schwierigkeiten schützen, indem ein elektrisches Signal zur Regeleinrichtung derart abgegeben wird, daß das Schließen des elektrisch betätigten Expansionsventiles schneller und wirksamer als dessen Öffnen erzielbar ist, wobei außer dem Schutz des Kompressors eine Verbesserung der Betriebssicherheit und des Wirkungsgrades erzielt wird.

Schließlich läßt sich aufgrund der genaueren Betriebsregelung der Regeleinrichtung nach der Erfindung eine Verbesserung hinsichtlich des Komforts der klimatisierten Umgebung und außerdem eine Energieersparnis erzielen, indem das Öffnungsmaß des elektrisch betätigten Expansionsventils basierend auf der Überhitzungstemperatur des Kältemittels, das in den Kompressor zu überführen ist, geregelt wird und indem die Überhitzungstemperatur zum Zeitpunkt der Ventilregelung angehoben wird, wenn die Außentemperatur und ferner Druck und Temperatur auf der Niederdruckseite unterhalb vorbestimmter Werte liegen.

Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Regeleinrichtung für einen Kältemittelkreislauf nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Regeleinrichtung für einen Kältemittelkreislauf gemäß einer Ausführung der Erfindung;

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Ausführung eines elektrisch betätigbaren Expansionsventils gemäß der Erfindung;

Fig. 4 ein elektrisches Schaltbild eines Wechselrichters gemäß der Erfindung;

Fig. 5 ein elektrisches Schaltbild einer Ausführung einer Regeleinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 6 ein Diagramm, welches eine Zeit-/Druck-Kurve bei einem temperaturgesteuerten Expansionsventil nach dem Stand der Technik sowie eine Zeit-/Druck-Kurve bei einer Regeleinrichtung nach der Erfindung darstellt;

Fig. 7 in vergrößertem Maßstab einen Ausschnitt aus Fig. 2, in welchem das Gebiet um den Bypass der Regeleinrichtung nach der Erfindung dargestellt ist;

Fig. 8 ein Flußdiagramm zum Erläutern der Betriebsschritte und Bestimmungsfunktionen der Regeleinrichtung zum Steuern des elektrisch betätigten Expansionsventils in einem Kältemittelkreislauf gemäß der Erfindung;

Fig. 9 ein Flußdiagramm, welches die Betriebsschritte und Bestimmungsfunktionen bei einem anderen Ausführungsbeispiel einer Regeleinrichtung zum Regeln eines elektrisch betätigten Expansionsventils eines Kältemittelkreislaufes darstellt;

Fig. 10 ein Diagramm, in welchem die Beziehung zwischen den Außentemperaturen, der Überhitzungstemperatur und der Abtaukapazität dargestellt sind, und

Fig. 11 ein Flußdiagramm, welches die Betriebsschritte und Bestimmungsfunktionen eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Regeleinrichtung zum Regeln eines Elektromagnetventils darstellt.

Im folgenden ist eine Regeleinrichtung eines Kältemittelkreislaufs gemäß der Erfindung anhand eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels beschrieben, wobei die Regeleinrichtung in einer Luftklimatisierungsanlage vorgesehen ist.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild für den Kältemittelkreislauf gemäß der Erfindung. Bezugszahl 1 bezeichnet einen Kompressor der Bauart mit regelbarer Kapazität. Ein vom Kompressor 1 verdichtetes Kältemittel strömt durch ein Vier-Wege-Ventil 2, wird verflüssigt und in einem Wärmetauscher 3 außerhalb der Kühlkammer, der als Kondensator eingesetzt ist, kondensiert. Darauf wird das Kältemittel über Verteiler 4 a, 4 b zu einem elektrisch betätigbaren Expansionsventil 5 geleitet, worauf es in einem Verdampfer 6 innerhalb der Kühlkammer verdampft und vergast wird. Darauf gelangt das Kältemittel über das Vier-Wege-Ventil 2 in einen Kältemittelspeicher 7.

Der Kühlmittelkreislauf ist ferner so gestaltet, daß Kältemittel von der Hochdruckseite des elektrisch betätigbaren Expensionsventils 5 durch eine Kapillare 17 strömt, und darauf teils zur stromabwärts gelegenen Seite des Expansionsventils 5 über eine Kapillare 16 und teils über einen Bypass 18 und eine Kapillare 15 zum Verringern seines Druckes in eine Saugleitung 8 gelangt.

Temperaturfühler 14 und 13, die beide von Thermistoren bzw. Heißleitern gebildet sind, sind nahe der Saugleitung 8 im Bypass 18 bzw. in der Saugleitung selbst angeordnet. Die Ausgänge dieser beiden Temperaturfühler 13 und 14 sind einem Regler 12 zugeführt. Der Regler 12 ist wie in Fig. 5 gezeigt aufgebaut und mit einem Mikrocomputer M 8748 der Anmelderin mit einem einzigen Chip als Hauptbauteil ausgerüstet und regelt das Öffnungsmaß des elektrisch betätigbaren Expansionsventils 5.

Der Mikrocomputer hat ein einziges LSI einschließlich einer CPU zum Durchführen logischer Operationen, eines RAM zum zeitweiligen Speichern von Daten, eines ROM zum Speichern von Programmen, eines I/O-Anschlusses zum Austauschen digitaler Signale mit dem Mikrocomputer und eines A/D-Wandlers zum Wandeln analoger in digitale Signale.

Eingabedaten für den Mikrocomputer sind die Raumtemperatur, welche von einem Heißleiter 40 vorgegeben ist, eine an einem variablen Widerstand 41 vorgegebene Solltemperatur, welche die Kapazität des Kompressors, d. h. die Steuerfrequenz eines Wechselrichters 11 variiert, die von den Thermistoren 13, 14 erfaßte Überhitzungstemperatur und die Frequenz des Wechselrichters, welcher zum Steuern des elektrisch betätigbaren Expansionsventils 5 dient, sowie die vom Thermistor 14 übermittelte Sättigungstemperatur zum Steuern eines Elektromagnetventils 10 in einem Bypass 9. Alle mittels der genannten Elemente gemessenen Daten werden in den A/D-Wandler eingegeben, in digitale Signale umgewandelt und zeitweilig im RAM über den I/O-Anschluß gespeichert. Die CPU verarbeitet die Daten in dem RAM gemäß einem im ROM gespeicherten Programm zum Regeln der Zunahme und Abnahme der Frequenz des Inverters 11 abhängig von der Differenz zwischen der mittels des Thermistors 40 erfaßten Raumtemperatur und der mittels des variablen Widerstandes 41 vorgegebenen Solltemperatur, um das elektrisch betätigbare Expansionsventil 5 so zu öffnen und zu schließen, daß die Überhitzungstemperatur in einem vorbestimmten Bereich bleibt, und ferner das Elektromagnetventil 10 im Bypass 9 abhängig vom Vergleich zwischen der durch den Thermistor 14 erfaßten Sättigungstemperatur und der vom variablen Widerstand 41 vorgegebenen Solltemperatur zu regeln. Der Bypass 9 verbindet die Auslässe des Kompressors 1 und des Kältemittelspeichers 7.

Fig. 3 zeigt eine Konstruktion des elektrisch betätigbaren Expansionsventils 5 mit einer elektromagnetischen Wicklung 31, einem Anker 32 und einem Zylinder 33, der einen Schlitz 34 aufweist. Ferner sind ein Kolben 35, Federn 36 und 37, ein Kabel 38 und Rohre 39 und 40 für Kühlmittel vorgesehen.

Wenn elektrischer Strom in das Kabel 38 von dem Regler 12 eingespeist wird, wird eine Kraft erzeugt, welche den Anker 32 in Pfeilrichtung in Abhängigkeit von dem durch die Wicklung 31 geführten Strom bewegt. Der Anker 32 hält in einer Lage, in welcher die Kraft der Federn 36 und 37 gerade ausgeglichen wird. Wenn folglich der Stromfluß sich vergrößert, verlagert sich der Haltepunkt des Ankers 32 und des Kolbens in Pfeilrichtung, so daß sich eine Öffnungsfläche des Schlitzes 34 im Zylinder 33 vergrößert.

Da das elektrisch betätigte Ventil 5 wie oben beschrieben aufgebaut ist, arbeitet es in exakt gleicher Weise als Expansionsventil selbst dann, wenn sich die Strömungsrichtung des Kühlmediums umkehrt. Der Wechselrichter 11 ist gemäß Fig. 4 aufgebaut und arbeitet wie folgt.

Der Wechselrichter 11 ist von der als Frequenzumformer bekannten Bauart zum Schaffen einer Energiequelle mit einer Frequenz von wenigen Hertz bis zu zwischen 100 und 200 Hz aus einer Spannung von einer kommerziellen Spannungsquelle (50 Hz oder 60 Hz). Der Wechselrichter umfaßt allgemein einen Umformer (Konverter) 11 a zum Umformen eines Wechselstroms in einen Gleichstrom mit einer Brückenschaltung von Dioden, eine Filterschaltung 11 b zum Glätten des Stroms mit einer Spule und einem Kondensator, einen Inverter 11 c zum Rückformen des Gleichstroms in einen Wechselstrom mit sehr schnellen Hochleistungs-Schalttransistoren und einen Regler 11 d zum Regeln und Antreiben des Transistors. Bei einem so aufgebauten Wechselrichter wird ein Einphasen- oder Dreiphasen-Wechselstrom mittels des Umformers 11 a, welcher aus sechs Dioden mit einer Brückenschaltung zum Bilden eines pulsierenden Gleichstroms besteht, umgeformt. Der sich ergebende Gleichstrom wird einer Filterschaltung 11 b zugeführt, um die pulsierende Komponente zu entfernen, und anschließend zu drei Sätzen von Transistorgruppen gespeist, die je aus einer Reihenschaltung von zwei Transistoren bestehen, wobei drei Leitungen eines anzutreibenden Dreiphasen-Motors 1′ jeweils mit einem Anschluß der in Reihe geschalteten Transistoren verbunden ist. Der Steuerkreis 11 d läßt drei Impulswellen jeweils mit 120° Phasendifferenz nacheinander zu den Basen der Transistoren gelangen.

Im folgenden wird der Betrieb der Regeleinrichtung zum Steuern der Kapazität des Kühlkreislaufes anhand der oben erläuterten Konstruktion beschrieben. Zum Zeitpunkt des Abtauens befindet sich das Vier-Wege-Ventil 2 in einer Schaltstellung, bei der der Regler 12 ein Ausgangssignal maximaler Frequenz an den Wechselrichter 11 des Kompressors 1 und ferner ein Signal zum Öffnen des Elektromagnetventils 10 im Bypass 9 abgibt, wodurch der Durchfluß aus dem Auslaß des Kompressors 1 wächst.

Ferner strömt über den Bypass 9 Kältemittel hoher Temperatur und hohen Druckes in den Kältemittelspeicher 7 ein, wodurch das gasförmige Kältemittel niederen Druckes, welches in den Kältemittelspeicher 7 über das Vier-Wege-Ventil 2 aus dem Verdampfer 6 im Kühlkammerinneren gelangt ist, seinen Druck erhöht. Als Folge davon wird ein Zustand kleineren spezifischen Volumens und größerer umlaufender Strömungsmenge geschaffen, wodurch am Kondensator 3 außerhalb der Kühlkammer anhaftendes Eis in einem kurzen Zeitraum abgetaut werden kann.

Wenn die Verdampfungstemperatur Te mittels des Temperaturaufnehmers 14 gemessen werden kann und diese Verdampfungstemperatur Te niedriger als eine Solltemperatur T₁ wird, dann wird damit erfaßt, daß sich Eis auf dem Wärmetauscher ablagert. Um die Frosterscheinung bzw. den Niederschlag von Eis zu vermeiden, wird erneut ein Signal an das Elektromagnetventil 10 und den Inverter 11 von der Regeleinrichtung 12 abgegeben, wodurch das Elektromagnetventil 10 und damit der Bypass 9 sich öffnen und ein Teil des aus dem Kompressor abgelassenen Gases über den Bypass in den Kältemittelspeicher 7 zugemischt wird, wodurch die Wärmekapazität bei niedriger Temperatur erhöht werden kann.

Zum Zeitpunkt des Einschaltens des Kompressors befindet sich das Expansionsventil 5 in geschlossenem Zustand und öffnet mit einer Verzögerung einer bestimmten Zeit ts in Sekunden, wodurch sich das Anstiegsverhalten des Kältemittelkreislaufes gemäß Fig. 6 verbessert. Die Abszisse t in Fig. 6 bezeichnet die Zeit und die Ordinate P den Druck. Die Druckkurve P _1d zeigt die Schwankungen mit der Zeit in dem Ablaßdruck des konventionellen temperaturbetätigten Expansionsventiles an, während die Kurve P _1s den Einlaßdruck im Verlauf über der Zeit des konventionellen temperaturbetätigten Expansionsventils darstellt.

Demgegenüber bezeichnet P _2d einen Kurvenverlauf des Ablaßdruckes über der Zeit, wenn das elektrisch betätigte Expansionsventil 5 für eine bestimmte Zeitdauer Ts in Sekunden mittels der Regeleinrichtung 12 gemäß der Erfindung geschlossen gehalten wird und anschließend zu einem Zeitpunkt geöffnet wird, der später als der Einschaltzeitpunkt des Kompressors liegt, während P _2s den Kurvenverlauf des Eingangsdruckes über der Zeit darstellt.

Es liegt auf der Hand, daß mit dem temperaturbetätigten automatischen Expansionsventil nach dem Stand der Technik es nicht möglich ist, ein elektrisches Signal aus einem Wert für die Überhitzungstemperatur für das in den Kompressor einströmende gasförmige Kältemittel zu formen, was mit den Temperaturfühlern 13 und 14 gemäß der Erfindung möglich wird. Fig. 7 zeigt den Aufbau im einzelnen eines Ausschnittes im Gebiet des Bypasses 18 der Einrichtung nach Fig. 2.

In Fig. 7 sind Ph der Druck des unter hohem Druck stehenden flüssigen Kältemittels und Pi der Druck des unter niedrigem Druck stehenden flüssigen Kältemittels. Das Kältemittel strömt durch die Kapillaren 17 und 15 und senkt seinen Druck in Kammer 19 auf den Einlaßdruck Pi ab, so daß das Kältemittel in der Kammer 19 bezüglich des Einlaßdruckes Pi eine Sättigungstemperatur Ts haben muß. Durch Messen dieser Temperatur mittels des Temperaturfühlers 14 und der Temperatur des Kältemittels mittels des Temperaturfühlers 13 im Einlaßrohr 8 kann die Überhitzungstemperatur SH von dem Regeler 12 aus der Gleichung SH = Ti-Ts berechnet werden. Auf diese Weise kann die Überhitzungstemperatur stets genau gemessen werden, so auch dann, wenn der Kompressor seine Drehzahl ändert, wodurch der Kompressor vor unerwarteten Regellosigkeiten geschützt und gleichzeitig ein Betrieb mit hohem Wirkungsgrad des Kompressors ermöglicht werden können.

Im folgenden wird anhand des Flußdiagramms nach Fig. 8 eine Ausführung der Betriebs- und Diskriminierungsfunktionen in dem Regeler 12 erläutert. In Fig. 8 bedeuten Ti die Einlaßtemperatur des gasförmigen Kältemittels in den Kompressor 1, Ts die Sättigungstemperatur, SH eine Überhitzungstemperatur, SH 1 und SH 2 Werte der Überhitzungstemperatur, E ein Öffnungsmaß des elektrisch betätigten Expansionsventils zum Zeitpunkt der Messung, E* ein Öffnungsmaß des elektrisch betätigbaren Expansionsventils zum Zeitpunkt der nachfolgenden Eingabe, Δ E ein Öffnungsweitenschritt der Ventilöffnung und K eine Konstante.

Gemäß Fig. 8 werden die mittels des Temperaturaufnehmers 14 gemessene Sättigungstemperatur Ts und die mittels des Temperaturaufnehmers 13 gemessene Temperatur Ti des Kältemittels (gemäß Fig. 2) zu jeder Zeit Δ t eingelesen, was einem Schritt A entspricht.

Anschließend werden in einem Schritt B die Differenz zwischen der Temperatur Ti des Kältemittels und der Sättigungstemperatur Ts als die Überhitzungstemperatur SH errechnet.

Darauf wird im nachfolgenden Schritt C für den Fall, daß die berechnete Überhitzungstemperatur SH größer als der vorgegebene Wert SH 1 aber kleiner als der vorgegebene Wert SH 2 ist, zum Schritt A zurückgekehrt, wobei das Öffnungsmaß des elektrisch betätigbaren Expansionsventils 5 nach dem Zeitabschnitt Δ t gleich der Öffnungsweite E* des Ventils gemessen wird.

Wenn jedoch beim Schritt C die Überhitzungstemperatur größer als der vorgegebene Wert SH 2 wird, schaltet der Regelbetrieb vom Schritt C zum Schritt F, wodurch das Öffnungsmaß E* des Ventils 5 um das Signal Δ E für eine weitere Öffnung vergrößert wird. Wenn umgekehrt die errechnete Überhitzungstemperatur SH kleiner als der vorgegebene Wert SH 1 ist (Abfrage D), dann wird das Öffnungsmaß E* des Expansionsventils 5 um eine Größe -K · Δ E in Schließrichtung verändert.

Charakteristisch ist, daß das Erhöhungssignal Δ E zum Vergrößern der Öffnungsweite des Ventils 5 unterschiedlich vom Verkleinerungssignal -K · Δ E (K<1) für eine Veränderung in Schließrichtung des Ventils 5 ist, genauergesagt das Verkleinerungssignal größer als das Zuwachssignal ist. Dies ist so eingerichtet, um eine Verdichtung des flüssigen Kältemittels soweit möglich zum Schutz des Kompressors 1 zu vermeiden, wozu die Schließgeschwindigkeit des Ventils größer als die Öffnungsgeschwindigkeit gemacht wird.

Als nächstes wird anhand des Flußdiagramms nach Fig. 9 die Regelung der Überhitzung des elektrisch betätigbaren Expansionsventils 5 mit den von den Temperaturaufnehmern 13 und 14 stammenden Signalen her gemäß einer anderen Ausführung der Erfindung beschrieben.

In den Zeichnungen bedeuten Ti eine Einlaßtemperatur und Ts eine Sättigungstemperatur, wobei beide Temperaturen in bestimmten Zeitabständen gemessen und an den Regler 12 gegeben werden. Wenn diese beiden Signale an den Regler 12 im Schritt A gegeben werden, kann die Überhitzungstemperatur SH in dem Regler 12 im Schritt B nach der Gleichung SH = Ti-Ts berechnet werden.

Wenn im nachfolgenden Schritt C die Sättigungstemperatur Ts unterhalb eines bestimmten vorgegebenen Wertes T₀ liegt, entspricht sie einer niedrigen Temperatur in der Atmosphäre, und die Abtaukapazität muß steil abgefallen sein. In diesem Fall wird zum Durchführen eines die Abtaukapazität bevorzugenden Schrittes selbst unter dem Opfer von schlechter Energienutzung die Überhitzungstemperatur SH vorzugsweise auf einen Wert zwischen einem vorgegebenen Wert Ts und T₄ gebracht (im Schritt D). Wenn andererseits die Sättigungstemperatur Ts größer als der vorgegebene Wert T₀ ist, ist es wünschenswert, die Energienutzung begünstigende Schritte durchzuführen, anstatt diejenigen Schritte, welche die Abtaukapazität begünstigen.

Hinsichtlich des oben Beschriebenen ist besonders wichtig, daß wie es aus dem Diagramm gemäß Fig. 10 mit den Parametern Überhitzungstemperatur SH, Heizabtaukapazität Q und Außentemperatur (T₀₁<T₀₂) gezeigt ist, die Regeleinrichtung ihre Überhitzungstemperatur SH vergrößert, wenn die Außentemperatur niedriger, nämlich bei T₀₂, liegt, im Gegensatz zu dem Fall, wenn die Außentemperatur so groß wie T₀₁ ist. Hieraus ergibt sich, daß die Solltemperatur in dem Flußdiagramm nach Fig. 9 die Beziehung T₁<T₂<T₃<T₄ gemäß den Schritten G, H und I befriedigen sollte.

Wenn die Überhitzungstemperatur SH unterhalb des vorgegebenen Bereiches liegt, wird ein Signal abgegeben, um das Expansionsventil 5 weiter als die Öffnung E in Richtung +Δ E zu öffnen; wenn dagegen die Überhitzungstemperatur SH oberhalb des vorbestimmten Bereiches liegt, wird ein Signal abgegeben, um das Expansionsventil 5 aus der vorliegenden Öffnung E im Schritt F in Richtung -K · Δ E auf einen Wert E* zu verkleinern.

Eine Ausführung der Betriebs- und Diskriminierungs- Funktionsschritte in dem Regeler 12 und die Regelung des elektrisch betätigbaren Expansionsventils 5 wurden oben anhand des Flußdiagramms gemäß Fig. 8 beschrieben. Es soll nun eine Ausführung für die Regelung des Elektromagnetventils 10 des Wechselrichter-Bypasses in dem Regler 12 anhand des Flußdiagramms nach Fig. 11 beschrieben werden, wobei dieses Flußdiagramm den Abtaubetrieb beschreibt.

Ein Abtau-Vorgang startet nach Betätigen des Kompressors und wenn die Betriebszeit tc des Kompressors sechzig Minuten lang oder mehr gedauert hat und die vom Temperaturaufnehmer 14 gemessene Verdampfungstemperatur Te niedriger als -5° C ist. Dann gibt der Regler 12 an den Kompressor 1 ein Signal maximaler Frequenz sowie ein Signal zum Öffnen des Elektromagnetventils 10 im Bypass 9 ab. Wenn die Verdampfungstemperatur Te 8° C oder höher wird oder die Abtauzeit fünfzehn Minuten übersteigt, hört der Abtauvorgang auf, der Regler 12 erzeugt ein Signal zum Schließen des Magnetventils 10 im Bypass 9. Wenn andererseits die vom Temperaturaufnehmer 14 gemessene Verdampfungstemperatur Te niedriger als -5° C wird, kann eine Vereisungserscheinung auftreten. Um dies zu vermeiden, gibt der Regler 12 ein Signal maximaler Frequenz an den Kompressor ab sowie ein Signal zum Öffnen des Elektromagnetvetnils 10, so daß der Betrieb erneut gestartet wird. Wenn die Verdampfungstemperatur Te 1° C oder höher wird, was einer keine Vereisungserscheinung hervorrufenden Temperatur gleichkommt, wird erneut ein Signal zum Schließen des Elektromagnetventils 10 abgegeben. Die Betriebsfrequenz des Kompressors wird durch die vom Temperaturaufnehmer 40 zum Messen der Raumtemperatur erfaßte Temperatur T _R bestimmt, während der Ausgang Ts des variablen Widerstandes 4 eine Soll-Raumtemperatur gemäß Fig. 5 angibt. Ein Signal wird in der Weise erzeugt, daß die Frequenz bei Raumtemperatur in einem Bereich von Ts - 0,5° C≦T _R <Ts für zwei Minuten um einen vorbestimmten Wert angehoben wird, während bei Raumtemperatur T _R in einem Bereich Ts<T _R <Ts+0,5° C für zwei Minuten die Frequenz um einen vorbestimmten Wert abnimmt, so daß die Raumtemperatur nahe der Solltemperatur Ts kommt. In Fig. 11 repräsentiert das Symbol t die Zeit, und Δ t repräsentiert ein Meßzeitintervall zum Eingeben des Signals aus den Aufnehmern.

Wie vorstehend festgestellt ist das Überhitzungstemperatur- Meßsystem für einen Kältemittelkreislauf gemäß der Erfindung so aufgebaut, daß ein Bypass zwischen der Verbindung des elektrisch betätigten Expansionsventils und des Verdampfers im Kammerinneren und der Einlaßseite des Kompressors vorgesehen ist, durch den eine Richtwirkung auf eine Temperatur ausgeübt wird, welche einem Einlaßdruck des Kältemittels am offenen Ende dieses Bypasses entspricht, und auf eine Temperatur des in den Kompressor einzuleitenden Kältemittels, welches von dem Verdampfer im Kammerinneren in den Kältemittelspeicher eingeleitet und danach in den Kompressor eingelassen wird, worauf die Überhitzungstemperatur des in den Kompressor eingeleiteten Kältemittels mittels einer Regeleinrichtung auf der Basis der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Temperaturen berechnet wird, um dadurch das elektrisch betätigte Expansionsventil zu regeln. Bei einem solchen Aufbau des Überhitzungstemperatur-Meßsystems kann der absolute Wert der Überhitzungstemperatur gemessen werden, was ermöglicht, das elektrisch betätigte Expansionsventil genau zu regeln, selbst dann, wenn der Druckabfall im Abschnitt zwischen dem Einlaß und dem Auslaß des Verdampfers im Kammerinneren stattfindet, wodurch der Schutz und die Leistungsausbeute des Kompressors verbessert und ein energiesparender Betrieb in präziser Weise durchgeführt werden kann.

Das Überhitzungstemperatur-Meßsystem nach der Erfindung ist ferner so aufgebaut, daß das Öffnungsmaß des elektrisch betätigbaren, reversibel betreibbaren Expansionsventils durch die Überhitzungstemperatur geregelt, und das gasförmige Kältemittel hohen Druckes und hoher Temperatur, das vom Kompressor verdichtet worden ist, wird zur Zeit des Abtaubetriebes in den Verdampfer im Kammerinneren eingeführt, um das Kältemittel in den Flüssigzustand mit niedriger Temperatur und hohem Druck umzuformen und die Flüssigkeit aus der entgegengesetzten Richtung in das reversibel betreibbare Expansionsventil einzuleiten, so daß sie in ein Zwei-Phasen-Kältemittel hoher Temperatur und niedrigen Druckes umgewandelt wird. Folglich wird die Leistungsregelung der Regeleinrichtung hinsichtlich eines energiesparenden Betriebes und anderer Betriebsfaktoren verbessert, wobei auch der Grad an Komfort der klimatisierten Luft in Betracht gezogen ist.

Da ferner das Überhitzungstemperatur-Meßsystem nach der Erfindung so aufgebaut ist, daß das Öffnungsmaß des elektrisch betätigbaren Expansionsventils auf der Basis der Überhitzungstemperatur geregelt und vergrößert wird, wenn die Außentemperatur, der Druck auf der Niederdruckseite und die Temperatur auf der Niederdruckseite wahlweise unterhalb der Sollwerte liegen, kann die Regelung des Öffnungsmaßes des Expansionsventils in der bevorzugten Betriebsweise mit hoher Energienutzung bei Standard-Temperaturbedingungen vorgenommen werden, während eine Öffnungsregelung des Ventils in einer Betriebsweise, welche der Abtaufähigkeit den Vorzug gibt, durchgeführt werden kann, wenn die Abtaukapazität bei niedriger Temperatur unzureichend ist, wodurch eine genaue Regelung im Betrieb unter Berücksichtigung des Komforts der klimatisierten Luft und unter Berücksichtigung eines energiesparenden Betriebs erzielt werden kann.

Da ferner das Überhitzungstemperatur-Meßsystem gemäß der Erfindung so aufgebaut ist, daß durch die Regeleinrichtung externer Betrieb und externe Führung in solcher Weise durchgeführt werden, daß der Absolutwert der Überhitzungstemperatur während der Messung einen vorbestimmten Wert erreichen kann und daß das elektrisch betätigbare Expansionsventil durch die Regeleinrichtung betrieben und geregelt wird, sind die Vorteile gegeben, daß der Kompressor sicher geschützt werden kann, während die Überhitzung beibehalten wird, und daß Verläßlichkeit und Wirkungsgrad im Betrieb des Kältemittelkreislaufes verbessert sind.

Darüber hinaus ist das Überhitzungstemperatur-Meßsystem nach der Erfindung so aufgebaut, daß zur Zeit des Abtauens das vom Verdampfer auf der Seite des Kammerinneren abgegebene Kältemittel niederen Druckes und niederer Temperatur und das von dem Kompressor abgegebene Kältemittel hohen Druckes und hoher Temperatur in den Kältemittelspeicher über den Bypass zu einer Vermischung eingegeben werden, wonach das gemischte Gas in den Kompressor zurückgeführt wird. Dadurch wird das spezifische Volumen des in den Kompressor eingeleiteten gasförmigen Kältemittels klein und der zirkulierende Durchfluß des Kältemittels bleibt selbst nach Abzug des durch den Bypass strömenden Anteils reichlich, so daß der vereiste Wärmetauscher außerhalb der Kammer schnellstmöglich abgetaut werden kann. Somit besitzt die Regeleinrichtung nach der Erfindung den bedeutenden Vorteil, daß sie schnell den Abtauvorgang zur Zeit des Aufwärmbetriebes im Hinblick auf den Komfort im Innenraum beendet und danach wieder den Kühlbetrieb aufnimmt.

Zusammengefaßt kann mit der Regeleinrichtung für einen Kältemittelkreislauf nach der Erfindung die Überhitzungstemperatur wie gewünscht durch externe Signale geregelt werden; die Sättigungstemperatur entsprechend einem Sättigungsdruck kann unabhängig vom Druckverlust eines Kältemittels in einem Verdampfer und einer Rohrleitung gemessen werden; die Herstellkosten sind aufgrund der Verwendung von Temperaturkühlern niedrig; und der Aufbau der Einrichtung ist einfach, weil Einlaß und Auslaß eines linearen Expansionsventiles vertauschbar sind.

Claims (4)

1. Regeleinrichtung für den Kältemittelkreislauf in einer Kältemaschine,
welche einen Kompressor, einen Kondensator, ein elektrisch gesteuertes Expansionsventil und einen Verdampfer sowie zwei Temperaturfühler aufweist, die an der Saugleitung des Kompressors angeordnet sind, die Temperatur des Kältemitteldampfes in der Saugleitung registrieren und ihr Meßsignal an einen Regler ausgeben, welcher ein zu der Differenztemperatur proportionales, die Überhitzung darstellendes Differenzsignal bildet, die das Kältemittel im Verdampfer erfährt, und welcher mit diesem Differenzsignal den Öffnungsgrad des Expansionsventils derart regelt, daß die von den Temperaturfühlern registrierte Überhitzung des Kältemittels konstant gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß einer (14) der beiden Temperaturfühler (13, 14) an einem von der Saugleitung (8) abzweigenden Abzweigrohr (19) angeordnet ist und dort eine Referenztemperatur (Ts) des Kältemittels in dem Abzweigrohr (19) registriert, wobei dieses Abzweigrohr (19) zwischen dem Kompressoreinlaßstutzen und dem anderen Temperaturfühler (13) beginnt, die Saugleitung (8) über eine Kapillare (15) hinweg mit dem Verbindungspunkt zweier weiterer, paralleler Kapillaren (16, 17) verbindet, die ihrerseits mit dem Ausgang und mit dem Eingang des Expansionsventils (5) verbunden sind, und daß der Regler (12) abhängig von drei fest vorgegebenen Grenzsignalen (SH 1, T 1, T 3) und einer fest vorgegebenen Grenztemperatur (TO) im Abzweigrohr (19) den Öffnungsgrad des Expansionsventils (5) stufenweise um fest vorgegebene Anteile erhöht, wenn das Differenzsignal (SH) entweder das erste Grenzsignal (SH 1) überschreitet, oder wenn das Differenzsignal (SH) größer wird als das zweite Grenzsignal (T 1) im Falle von Referenztemperaturen Ts, die oberhalb der Grenztemperatur (TO) liegen, oder wenn es größer wird als das dritte Grenzsignal (T 3) im Falle von Referenztemperaturen (Ts), die unterhalb der Grenztemperatur (TO) liegen, und daß der Regler (12) den Öffnungsgrad des Expansionsventils (5) stufenweise um fest vorgegebene Beträge erniedrigt,
wenn das Differenzsignal (SH) entweder das erste Grenzsignal (SH 1) unterschreitet,
oder wenn das Differenzsignal (SH) kleiner wird als das zweite Grenzsignal (T 1) im Falle von Referenztemperaturen (Ts), die oberhalb der Grenztemperatur (TO) liegen, oder wenn es kleiner wird als das dritte Grenzsignal (T 3) im Falle von Referenztemperaturen (Ts), die unterhalb der Grenztemperatur (TO) liegen, wobei die Anteile, um die der Regler (12) den Öffnungsgrad des Expansionsventils (5) stufenweise erhöht, betragsmäßig kleiner sind als die Beträge, um die der Regler (12) den Öffnungsgrad des Expansionsventils (5) stufenweise erniedrigt.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor (1) von einem durch den Regler (12) angesteuerten Wechselrichter (11) mit Strom versorgt wird, dessen an den Kompressor (1) abgegebene Frequenz von dem Regler (12) derart geregelt wird, daß die Abweichung der Isttemperatur im Kühlraum von einer vorgegebenen Solltemperatur für den Kühlraum minimal wird.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vierwegeventil (2) vorgesehen ist, welches im Kühlbetrieb die Druckleitung des Kompressors (1) mit dem Eingang des Kondensators (3) und den Ausgang des Verdampfers (6) mit dem Eingang eines ausgangsseitig mit der Saugleitung (8) verbundenen Kältemittelspeichers (7) verbindet, im Abtaubetrieb dagegen die Druckleitung des Kompressors (1) auf den Ausgang des Verdampfers (6) und den Eingang des Kondensators (3) auf den Eingang des Kältemittelspeichers (7) umschaltet, und daß eine die Druckleitung des Kompressors (1) mit dem unteren Teil des Kältemittelspeichers (7) verbindende Bypassleitung (9) mit einem Absperrventil (10) vorgesehen ist, die im Abtaubetrieb eine zusätzliche Einleitung von komprimiertem Kältemitteldampf direkt in den Kältemittelspeicher (7) gestattet und dadurch eine verstärkte Austreibung des im Kühlbetrieb angesammelten Kältemittels ermöglicht, wobei der Regler (12) den Abtaubetrieb bei einer Referenztemperatur (Ts) unterhalb eines ersten vorgegebenen Temperaturwertes auslöst und zu Beginn des Abtaubetriebes den Kompressor (1) auf seine maximale Förderleistung schaltet und das während des Kühlbetriebes geschlossene Absperrventil (10) öffnet, und den Abtaubetrieb entweder eine vorgegebene Zeitspanne oder solange aufrecht erhält, bis die Referenztemperatur (Ts) einen zweiten vorgegebenen Temperaturwert überschreitet.

4. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (12) bei der Inbetriebnahme der Kälteanlage zunächst den Kompressor (1) einschaltet und das Expansionsventil (5) erst nach einer vorgegebenen Verzögerungszeit öffnet.