DE3346563A1

DE3346563A1 - Verfahren und vorrichtung zur ueberwachung und steuerung eines verdampfers

Info

Publication number: DE3346563A1
Application number: DE3346563A
Authority: DE
Inventors: Christian La Celle Saint Cloud Boussicault
Original assignee: Societe National Elf Aquitaine
Current assignee: Societe National Elf Aquitaine
Priority date: 1982-12-22
Filing date: 1983-12-22
Publication date: 1984-06-28
Also published as: GB2133130A; IT8324344A0; CH655781A5; SE8307021D0; IT1170050B; ES8406704A1; PT77872A; JPS59137772A; FR2538518A1; ES528223A0; SE8307021L; CA1216045A; FR2538518B1; PT77872B; GB2133130B; BE898505A; GB8333757D0; NL8304412A

Description

SOCIETE NATIONALE ELF AQUITAINE 924oo COURBEVOIE
Frankreich

Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung und Steuerung eines

Verdampfers

' Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung und Steuerung eines Verdampfers, um das Vorhandensein von Vereisungen auf dessen Oberfläche zu erfassen und deren Entfernung auszulösen. Sie betrifft insbesondere den Fall, in dem es sich um einen Verdampfer einer Wärmepumpe handelt.

Das Irinzip einer Wärmepumpe ist dem Fachmann hinreichend bekannt, und es wird nur daran erinnert, daß Wärmepumpen,die Luft als kalte Quelle verwenden, einen Verdampfer aufweisen,in .dem die Luft ihren Wärmeinhalt mit einem Kühlmittel, das im Inneren dieses Verdampfers " zirkuliert und dadurch verdampft wird, austauscht. Bei der Verwendung einer solchen Wärmepumpe zum Heizen wird als Kältequelle die außerhalb des zu heizenden Raums entnommene Luft benutzt. Unter gewissen Umständen kann die Verwendung dieser Außenluft zur Bildung von Vereisungen auf dem Verdampfer führen, was den Wirkungsgrad der Einrichtung durch die Verminderung des Wärmeaustauschs zwischen den beiden Fluiden verschlechtert und ein Enteisen erforderlich macht. Das Enteisen, das ein

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Anhalten der Wärmepumpe erforderlich macht, sollte nur bei gegebenem Anlaß ausgeführt werden, wenn der Wirkungsgrad der Einrichtung optimiert werden soll. Es sind daher in solchen Einrichtungen Vorrichtungen vorgesehen, die ermöglichen, das Vorhandensein von Vereisungen zu erfassen^und den Enteisungsvorgang auszulösen. Diese Vorrichtungen bestehen üblicherweise aus Meßfühlern, die den Druckverlust der Luft Während des Passierens über den Verdampfer, oder die Verdampfungstemperatur mittels einer direkten Messung auf der Oberfläche des Verdampfers messen können. Es können auch Schaltuhren verwendet werden, die den Enteisungsvorgang in vorbestimmten Intervallen auslösen. Dabei weisen diese Ausführungen den Nachteil auf, der damit zusammenhängt, daß all diese angestellten Messungen Absolutmessungen sind, die weder die Anfangs- und Funktionsbedingungen der Einrichtung, noch die äußeren Bedingungen und deren Änderung berücksichtigen. Unter ■den Außenbedingungen, die die Bildung von den Vereisungen beeinflussen, sind die Luftfeuchtigkeit und die Lufttemperatur zu nennen. Bei den Betriebsbedingungen der Einrichtung ist der Luftdurchsatz zu überwachen, der, wenn er für eine Einrichtung eingestellt ist, als konstant betrachtet werden kann und der sich von einer Einrichtung zur anderen ändert. All diese Bedingungen erfordern also eine Einstellung am Ort der Einrichtung.

Im Gegensatz dazu stellt die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung des Vorhandenseins von Vereisungen vor, bei denen diese Nachteile vermieden werden.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht also darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung und Steuerung eines Verdampfers vorzustellen, mit denen das Vorhandensein von Vereisungen auf dem Verdampfer erfaßt und ein Enteisungsvorgang ausgelöst wird, wobei das Funktionieren von den vorstehend beschriebenen veränderlichen Parametern der Außenluft und der Einrichtung unabhängig ist und die

XX)PY

Vorrichtung nicht in Abhängigkeit vom Unterbringungsort des Verdampfers eingestellt werden muB.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw.6 gelöst. In den Unteransprüchen sind weiterhin vorteilhafte Maßnahmen bzw. Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens 'bzw."der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß

der Enteisungsvorgang nur bei gegebenem Anlaß ausgelöst wird und daß der Bezugswert durch die erste Messung geliefert wird, wodurch das Verfahren unabhängig von den Außenbedingungen ist.

Mit den Maßnahmen nach Anspruch 2 wird

sichergestellt > daß die erste als Bezugswert genommene Messung nicht bei Vereisungen oder anderen störenden

Parametern vorgenommen wird, und daß der Enteisungsvorgang

mehrere Male wiederholt wird und die Einrichtung stillgesetzt wird, wenn nach einer gewissen Anzahl von Versuchen, z. B. von vier Versuchen, die Differenz δ Po nicht größer als der Bezugswert Co geworden ist.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Vorrichtung;
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die Fig. 1 zeigt schematisch den Verdampferteil einer Wärmepumpe, mit dem eine Vorrichtung zum Erfassen von Vereisungen verbunden ist.

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Der Verdampfer 1, in dem das Kühlmittel zirkuliert, ist in einem Luftstrom 2 angeordnet,der von einem Ventilator 3 erzeugt wird. Der Kühlmittel kreis weist einen Druckminderer35 auf. Er ist über die übrigen Teile der Wärmetauschereinrichtung der durch das Rechteck 5 dargestellten"Wärmepumpe geschlossen und weist insbesondere in üblicher Weise einen Kompressor und einen Kondensor auf. Der Kühlmittel kreis 4 weist e'ine Umgehungsleitung 6 auf, die ermöglicht, den Kondensator und den Druckminderer zu umgehen. Diese Leitung wird durch ein Dreiwegventil 7 gesteuert, das mit einem Servomotor 30 verbunden ist. Der Ventilator 3 ist mit einem elektromagnetischen Schalter 8 versehen. Zwei Temperaturfühler 8 und.9 sind im Luftstrom 2 angeordnet, der Fühler 9. stromaufwärts und der Fühler 10 stromabwärts relativ zum Verdampfer. Beide Fühler sind jweils über die Kabel 12 und 13 und über die Analog/Digital-Wandler 31 und 32 an einen Mikroprozessor 11 angeschlossen. <<~·ί · ■ ·. ■.- ■·..·. -. .

Die so aufgebaute Vorrichtung funktioniert folgendermaßen: Das System arbeitet normal, d. h. das Kühlmittel zirkuliert durch den Verdampfer, die Umgebungsleitung 6 ist geschlossen, der Ventilator saugt den Luftstrom 2 in Richtung zum Verdampfer 1 und durch diesen hindurch an, und der Verdampfer ist nicht vereist. Es sei angenommen, daß nach einer gewissen Zeit t₁ der stationäre Zustand erreicht ist.

An diesem Zeitpunkt t₁ beginnt der Überwachungs-Mikroprozessor zur arbeiten und bestimmt in regelmäßigen Zeitabständen die Größenordnung von einer Sekunde zu Zeitpunkten t^ die Differenz Δ Τ zwischen der von der Sonde 9 und der von der Sonde 10 gemessenen Temperaturen. Die erste Messung ^To wird als Referenzmessung genommen und gespeichert. Zu jedem Zeitpunkt t^ vergleicht der Mikroprozessor

A Ti mit-Δ To. Sobald ΛΤ. um einen konstanten Wert K größer als Δ To wird, erzeugt der Mikrozessor ein Signal, das den Schalter 8 des Ventilators betätigt. Das Signal wirkt auch auf den Servomotor 30, der das Dreiwegventil 7 so betätigt, daß das Kühlmittel in dem Umgehungs-

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kreis 6 zirkuliert. Gleichzeitig überwacht der Mikroprozessor die von dem relativ zum Verdampfer stromabwärts gelegenen Fühler 10 gemessene Temperatur. Sobald diese Temperatur größer als ein Grenzwert wird, erzeugt der Mikroprozessor ein neues Signal, das über die Betätigung des Schalters 8 und des Servomotors 30 das System in die normale Betriebsweise zurückführt, so daß der Zyklus wie vorher wieder aufgenommen wird.

Das System überwacht die Einrichtung auch am Arbeitsbeginn, wodurch der Fall berücksichtigt werden kann, daß der Verdampfer bereits bei der Messung von ΔΤο vereist, oder daß der Kühlmittelkreislauf gestört ist. Der Mikroprozessor vergleicht zu diesem Zweck das Tempera tür Intervall ΔΤο mit einem Grenzwert und löst den Enteisungsvorgang aus, wenn ATo größer als dieser Wert ist. In diesem Fall > wird angenommen, daß ein nur schlechter Wärmeaustausch stattfindet . und der Verdampfer vereist ist. Das Enteisen kann mehrere Male wiederholt werden, bis der normale Betrieb erreicht ist, der Mikroprozessor wird jedoch die ganze Einrichtung außer Betrieb setzen, wenn der normale Betrieb nicht nach einer bestimmten Anzahl von Enteisungsvorgängen, z. B. 4, wieder hergestellt ist. Diese Phase des Verfahrens erlaubt also sicherzustellen,daß der Wert ΔΤο, der während der gesamten Überwachung zugrundegelegt wird, dem normalen Zustand der Vorrichtung entspricht.

Die Fig. 2 zeigt eine Variante des Erfindungsgegenstandes, nach der di Temperaturen mit einer Vorrichtung gemessen werden, die zwei in Reihe mit zwei Eichwiderständen geschaltete Fühler, einen Multiplexer und einen Digital Signalerzeuger aufweist. Der Mikroprozessor berechnet die Temperaturen und überwacht den Enteisungsvorgang.

Die in Fig. 2 gezeigten Elemente, die mit denen aus Fig 1 Übereinstimmen, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen< Die Temperaturfühler 101 und 102 sind auf beiden Seiten des Verdampfers ange-

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ORIGINAL !NSPECTED

- ίο -

bracht und bestehen jeweils aus einem Thermowiderstand. Diese beiden Fühler sind mit zwei Eichwiderständen_; in Reihe geschaltet, die in einem Gehäuse 103 untergebracht sind, das außerdem die Anordnung Meßfühlerwiderstand-Eichwiderstand mit Gleichspannung versorgt. Die KabeJ 105 und 106 sind vieradrige Kabel, die die Reihenschaltung der Fühler und der Widerstände sowie die Messung der Spannung an den Thermowiderständen ermöglicht. Ein vieladriges Kabel 107 verbindet das Gehäuse 103 mit einem Multiplexer 109. Dieses Kabel ermöglicht den Eingangsbus des Multiplexers. 1.09r mit den an. den Anschlüssen der Thermowiderstände und der Eichwiderstände anliegenden· Spannungen zu versorgen. Der Ausgang des Multiplexers ist über einen- Verstärker an einen Analog-Digitalwandler 111; geschaltet» der an den Mikroprozessor. 112 angeschlossen. 1st, wobei, dieser wiederum über ein Befehlsübertragungskabel 120 mit- dem Multiplexer 109 verbunden ist.

Die Funktionsweise dieser Vorrichtung wird, im wesentlichen von dem Mikroprozessor 109 bestimmt,, der nicht nur die Adressierung des Multiplexers und den Dreisatz, mit der die Berechnung der Temperaturen ermöglicht wird, ausführt, sondern außerdem verschiedene Operationen ausführt, die zur Erfassung des Vorhandenseins von Vereisungen auf dem Verdampfer notwendig sind.

Der Analog-Digital-Wandler 111 ist eine Vorrichtung, die an ihrem Ausgang eine Frequenz liefert, die proportional zu der an ihrem Ausgang anliegenden Spannung ist.

Man kann auch einen Impulsbreitenmodulator verwenden, so daß der Mikroprozessor ab einer Periode arbeitet, indem er die Pulse zählt, deren Anzahl direkt proportional zur Periode ist.

Die Vorrichtung kann verschiedene Überwachungselemente aufweisen,

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die ζ. B. erlauben zu prüfen, ob der Ventilator in Betrieb ist, oder ob die Zufuhr von Außenluft nicht z. B. durch Laub od. dgl. behindert wird.

Die Vorrichtung ist besonders gut für die Überwachung des Verdampfers einer Wärmepumpe einer Heizungsanlage von Wohnhäusern oder industriellen Gebäuden geeignet.

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Claims

BEETZ & PARTNER .:...:.. ··· ·^:-PaterrtaVwolte 3346563

Steinsdorfstr. 10 · D-8000 München 22 European Patent Attorneys

Telefon (089) 227201 - 227244 - 295910 _Dj ., _{R BE£TZ sen}

Telex 522048 - Telegramm Allpat" München Dr-Ina R BEETZ iun

1o-35.685PC35.686H)

Priv.-Doz. Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. W. SCHMITT-FUMIAN Dipl.-lng. K. LAMPRECHT 11981

22. Dez. 1983

Patentansprüche

Verfahren zur Überwachung und Steuerung eines Verdampfers, um Vereisungen auf dem Verdampfer zu erfassen und zu beseitigen,

in dem ein erstes Fluid zirkuliert und der von einem

zweiten Fluid angeströmt wird, wobei

das zweite Fluid seinen Wärmeinhalt an das erste Fluid -'überträgt und dessen Verdampfung bewirkt,

t V .-_

gekennzeichnet durch

folgende Verfahrensschritte:

Messen

eines den Zustand des zweiten Fluids stromauf des Verdampfers kennzeichnenden Parameters P 1, eines den Zustand desselben zweiten Fluids stromab des Verdampfers kennzeichnenden Parameters P 2,

jeweils zu Zeitpunkten t. ausgehend von Anfangszeitpunkt t

einem

Bestimmen der Differenz Δ Pi zwischen den beiden Parametern P1 und P2, zu jedem Zeitpunkt t., Vergleichen zu jedem Zeitpunkt t. der Differenz ΔΡί mit der am Anfangszeitpunkt gemessenen Differenz A Po durch Subtraktion, deren Ergebnis ein Parameter ς$ ist und

- Anordnen des Enteisens des Verdampfers, wenn _c\ größer als ein Einstellwert C 1 ist.

710-4369-CMAl

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2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Differenz Δ Po mindestens einmal zum Zeitpunkt t mit einem Einstellwert Co verglichen wird und

.5 - das Enteisen angeordnet wird, wenn A Po größer als Cd ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch- gekennzeichnet,

daß das Enteisen unterbrochen wird, wenn der Parameter P2 größer als ein Einstellwert.C2 wird.

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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß der gemessene Parameter der Druck ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß der gemessene Parameter die Temperatur ist.
6. Vorrichtung zur Überwachung und Steuerung eines Verdampfers,

der an einen Kreislauf eines ersten Kühlmittelfluids angeschlossen ist,
- der von einem zweiten Fluid angeströmt wird,

gekennzeichnet durch

mindestens ein Paar Temperaturfühler (9, 10), die auf beiden Seiten des Verdampfers (1) in Kontakt mit dem zweiten Fluid angeordnet sind,

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- Signalverarbeitungsmittel (11) zur Bestimmung der Differenz zwischen den von den beiden Temperaturfühlern gemessenen Temperaturen, zum Vergleich dieser Temperaturdifferenz mit dem ursprünglichen Temperaturunterschied und zur Erhaltung eines Steuersignals, das eine Vorrichtung (7) zur Enteisung des Verdampfers -- in Betrieb setzt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Temperaturfühler (9, 10) ein für die Temperatur charakteristisches kontinuierliches Signal erzeugen und die Signalverarbeitungsmittel (11) einen Mikroprozessor (112) enthalten.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, j

dadurch gekennzeichnet, daß

die Temperaturfühler (101, 102) Thermowiderstände sind, die von einem grob regelbaren Strom durchflossen werden und die mit zwei Eichwiderständen in Reihe geschaltet sind,

- ein Multiplexer (109) mindestens vier Eingänge aufweist, von denen wenigstens zwei je ein analoges, für die an den Anschlüssen des Thermowiderstands anliegende Span-" nung charakteristisches Signal empfangen und zwei der übrigen Eingänge ie ein für die an den Anschlüssen der Eichwiderstände anliegende Spannung charakteristisches Signal empfangen, der Multiplexer (109) einen Ausgang und eine Auswahlvorrichtung aufweist, die einen der Eingänge auswählt und ihn mit dem Ausgang koppelt, und daß ein Wandler (111) vorgesehen ist, der die Ausgangssignale des Multiplexers (109) in Wechselspannungssignale umwandelt, welche direkt im Mikroprozessor U09) verarbeitet werden.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

daß der-Wandler (111) Wechselspannungssignale erzeugt, deren Periode proportional zur Spannung des zugehörigen Meßsignals ist.
10. Vor-richtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

daß der Wandler GM1) Wechselspannungssignale erzeugt, deren Frequenz proportional zur Spannung des dazugehörigen Signals ist.