DE3404327A1

DE3404327A1 - Verfahren zum steuern des abtauens von verdampfern von waermepumpen

Info

Publication number: DE3404327A1
Application number: DE19843404327
Authority: DE
Inventors: Martin 7120 Bietigheim-Bissingen Lang
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-02-08
Filing date: 1984-02-08
Publication date: 1985-08-08

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptannpruches. Bei einem bekannten Verfahren dinser Gattung wird der Abtauvorgang eingeleitet, wenn der durch Presostate ermittelte Druckabfall des vom Verdampfer durchströmenden primären Wärmeträgers eine vorgegebene Schwelle unterschreitet.

Wegen der geringen Druckänderungen ist die meßtechnische

Erfassung solcher Vorgänge jedoch problematisch. Außerdem

erfordern solche Verfahren einen relativ hohen technischen Aufwand.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren nach dem Hauptanspruch hat demgegenüber den Vorteil, daß es mit wenigen billigen elektronischen Bauelementen und einer einfachen elektronischen Schaltung realisiert werden kann. Außerdem läßt sich durch das erfindungsgemäße Verfahren das Verhältnis von den Heizzyklen zu den Abtauzyklen vergrößern und dadurch der Anlagenwirkungsgrad gegenüber dem in bisheriger Weise gesteuerten Wärmepumpen verbessern.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der Betrieb einer Wärmepumpe nur dann wirtschaftlich ist, wenn das Verhältnis der Heizleistung zur Verdichterleistung nicht zu klein wird. Als Maß für dieses Verhältnis sei der Faktor M eingeführt:

M c · (Ta-Te)

swobei c · (Ta-Te) die Heizleistung Te die Eintrittstemperatur des primären Wärmeträgers Ta die Austrittstemperatur des primären Wärmeträgers und P die Verdichterleistung darstellt.

Der Verlauf der in Figur 2 dargestellten M-Kurve, aufgetragen über dem Vereisungsgrad des Verdampfers zeigt, daß der M-Faktor nach anfänglichem Absacken bei einer bestimmten Eisdicke zunächst noch einmal ansteigt um dann erneut abzufallen. Durch die zwischenzeitlich weiter angewachsene Eisdicke am Verdampfer hat er danach einen nahezu waagerechten Verlauf. Das deutlich erkennbare Maximum der M-Kurve ist auf eine Vergrößerung der Lamellenoberfläche des Luftwärmetauschers durch Eisbesatz und

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damit einer größeren Wärmeübergangsfläche zurückzuführen. Aus dieser Kurve ergibt sich nun die Möglichkeit zur Festlegung einer optimalen Schwelle zum Abtauen. Der Abtauvorgang beginnt in einem Bereich, der in Figur 2 durch die 5trecke A*»B dargestellt wird. Die Endpunkte dieser Strecke sind so gewählt, daß sie mit Sicherheit unterhalb des ersten Minimums der M-Kurve liegt und zweitens mit Sicherheit oberhalb des geradlinigen Verlaufs der M-Kurve.

Außerdem werden durch die Auswertungsschaltung, dargestellt in Figur 3, noch folgende Faktoren für die Auslösung des Abtauvorgangs berücksichtigt. Die Außentemperatur muß unter +9 C liegen, damit überhaupt eine Vereisung des Wärmetauschers stattfinden kann. -Die Austrittstemperatur des primären.Wärmeträgers muß unter +30⁰C sein, da bei darüberliegenden Temperaturen noch eine gute Raumheizung möglich ist. Die Außentemperatur muß über -10⁰C liegen, weil bei tieferen Temperaturen der Wirkungsgrad auch ohne Vereisung zu stark absinkt.

Der Abtauvorgang wird beendet bei einer Austrittstemperatur des Kältemittels aus dem Verdampfer von +3 C. Damit wird zum frühest möglichen Zeitpunkt wieder auf Heizbetrieb umgeschaltet, bei dem es kein Eis mehr am Wärmetauscher gibt.

Durch die in den Unteransprüchen enthaltenen Merkmale wird eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens gemäß Hauptanspruch möglich.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Abtauvorgang bei einem Verhältnis M innerhalb des Bereiches A--B gemäß Fig. 2 eingeleitet wird. Dadurch ist es möglich, den Heizzyklus um bis zu einer 5tunde zu verlängern, bevor der Wärmetauscher enteist werden muß.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigsn Figur 1 den prinzipiellen Aufbau einer Wnrmnpiinippnnnlrage mit dmi LinnfiH qtnn Γιρπηογθπ.

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I1 ii 11IJ i IjU η I I 11 η η Vn ι π i tnnnjtiij ι nil« μ ilhb Weil Hifi I π üb ι I in ι ^ . I iyuj. 3 /eigt ein analoges Auaführungsbeispiel für die elektronische Auswertung der 5ensuren und Berechnung des Abtaubeginns. Figur 4 zeigt ein weiteres digital arbeitendes Ausführungsbeispiel .

Beschreibung des Ausführunqsbeispiels:

Das Ausführungsbeispiel nach Figur 1 zeigt das Verfahren mit dem primären Wärmeträger Luft. Die gleiche Anordnung kann jedoch auch für andere primäre Wärmeträger angewendet werden. Der elektrisch angetriebene und in Luftfördermenge konstant gehaltene Ventilator 1 bläst abgekühlte Luft durch die Lamellen des Verflüs'sigers 2. Die Temperatur der eintretenden Luft wird über den Sensor 3 erfaßt und einer Auswerteelektronik 4 zugeführt. Die über den Verflüssiger erwärmte Austrittsluft wird über einen weiteren Sensor 5 ebenfalls gemessen und der Auswerteelektronik zugeführt. Der dem Kompressor 6 antreibende Elektromotor 7 besitzt in seiner elektrischen Zuleitung einen Strom/Spannungswandler B, dessen Ausgangsspannung ein Maß für die aufgenommene elektrische Leistung ist. Die Temperatur des aus dem Verdampfer 9 austretenden Kältemittels wird durch einen weiteren Sensor 10 erfaßt. Zum Enteisen des Verdampfers 9 ist weiterhin ein Magnetventil 11 vorgesehen, das von der Auswerteelektronik 4 angesteuert wird. Ein weiterer 5ensor 12 erfaßt die Außentemperatur.

Figur 2 zeigt den prinzipiellen Verlauf des oben angeführten Faktor M. Mit wachsender Eisdicke am Verdampfer sinkt der Faktor M zunächst ab und erreicht danach ein Maximum, um dann erneut abzusinken. Bei vollständig zugesetzten Lamellenzwischenräumen mit Eis ist ein weiterer Wärmeübergang nicht mehr möglich und die Kurve verläuft waagerecht. Der oben angeführte Bereich A-B liegt zwischen dem Minimum und dem flachen Teil der Kurve. Für das optimale Auslösen des Abtauens sind Werte zwischen M_{1 un}d M₂ zu wählen.

In Figur 3 ist ein Beispiel für eine analoge Auswertung dargestellt. Über die Sensoren 3 und 5, welche die Ein- und Austrittstemperatur des primären Wärmeträgers erfassen,wird in einem Differenzverstärker 13 deren Differenz gebildet und dem Eingang einer Divisionsschaltung 14 zugeführt. Der den Verdichtermotor 7 durchfließende Betriebsstrom wird durch den Strom/Spannungswandler B erfaßt und nach Gleichrichtung und Verstärkung einem weiteren Eingang des Dividierers 14 zugeführt. 5eine Ausgangsspannung wird mit einer am Stellglied 18 wählbaren Schwelle (entsprechend Figur 2, M-) - M2) durch einen Komparator 19 verglichen. Das Ausgangssignal des Komparators wird dem Verknüpfungsglied 17 zugeführt. Als weitere Kriterien für das Auslösen des Abtauens werden die über.die Komparatoren und 16 aufbereiteten Signale der Sensoren 5 und 12 dem gleichen Verknüpfungsglied 17 zugeführt. Bei Überschreiten der oben beschriebenen Kriterien wird über einen Verstärker 21 das Magnetventil 11 zur Einleitung des Abtauens betätigt. Der 5ensor 10 erzeugt mit dem Komparator 20 ein Signal das über das Verknüpfungs glied 17 das Abtauen beendet.

Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel bei dem die erforderlichen Eingangssignale der Sensoren 3,5,8,10,12 durch einen A/D Wandler 22, der vom Mikrocomputer 23 sequentiell gesteuert wird, digital aufbereitet werden. Die erforderlichen Berechnungen und Verknüpfungen werden ebenfalls vom Mikrocomputer durchgeführt und über die Endstufe 21 das Magnetventil 11 entsprechend gesteuert.

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Claims

Ansprüche

Iy* Verfahren zum Steuern des Abtauens von Verdampfern von

Wärmepumpen, bei welchem der Abtauvorgang eingeleitet wird von der Differenz der am Eingang und Ausgang des Verdampfers gemessenen Vierte einer physikalischen GröGe des primären Wärrneträgers, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtauvorgang abhängig vom Verhältnis der, aus Temperaturdifferenz des primären Wärmeträgers am Ein- und Ausgang des Verdampfers errechneten Heizleistung und der gemessenen Verdichterleistung eingeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtauvorgang bei einem festgelegten Verhältnis der Heizleistung zur Verdichterleistung eingeleitet wird, das innerhalb eines Bereiches liegt, der einmal durch den Wert für das Minimum und zum anderen durch den Wert für den danach waagerecht verlaufenden Teil dieser, dieses Verhältnis beschreibenden Funktion begrenzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,daß zusätzlich zur Auslösung eines Abtauvorganges die Außentemperatur eine festgelegte Schwelle unterschreiten muß.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als weiteres Kriterium für die Auslösung des Abtauvorganges die Austrittstemperatur des primären Wärmeträgers eine festgelegte Schwelle unterschreiten muß.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz der physikalischen Größe des primären Wärmeträgers durch eine analog- oder digital arbeitende elektronische Schaltung gebildet wird und das Ergebnis durch die Verdichterleistung .in einer weiteren elektronischen Schaltung dividiert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das gemäß Anspruch 5 gewonnene Ausgangssignal mit einer festen Schwelle einer Komparatorstufe, gemäß Anspruch ?, verglichen wird und zusammen mit weiteren Ausgängen von Kompnratnrntufen, welche die anderen Kriterien erfassen, pincm Verknüpf ungsyl i nc! zugeführt wird, mit dessen Ausgengssignal der Abtauvnrqanq qnsteuert wird.