DE3441912C2 - Abtausteuerung für eine Wärmepumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abtausteuerung für eine Wärmepumpe insbesondere einer verbrennungsmotorisch angetriebenen Wärme­ pumpe entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Mit der DE 32 35 642 A1 ist eine Einrichtung zur elektrischen Abtauregelung für den Verdampfer einer Kälteanlage bekannt. Dort wird der Abtauvorgang mit Mitteln zur Bestimmung des nächsten Abtauzeitpunktes in Abhängigkeit der vorangegangenen Abtauzeitdauer eingeleitet. Hierbei gehört zu den Mitteln die Temperaturdifferenz der Luft vor und nach dem Verdampfer, die relative Raumluftfeuchte sowie die Einschaltzeitpunkte und Einschaltzeitdauer des Verdichters, wobei Korrekturwerte für diese Mittel,- die zur Bestimmung des optimalen Abtauzeit­ punktes herangezogen werden, im Rechner eines Steuergerätes abgelegt sind.

Eine weitere Vorrichtung zum Abtauen des Reifansatzes am Ver­ dampfer bei Wärmepumpenanlagen wird in der DE 33 08 714 A1 be­ schrieben, wo der Zeitpunkt der Einleitung des Abtauvorgangs in Abhängigkeit von der Dicke des Reifansatzes bestimmt wird. Hierbei wird über ein rechnergestütztes Steuergerät die Dicke des Reifansatzes bestimmt, und zwar aus den Parametern: Lufttemperatur in unmittelbarer Nähe des Verdampfers, relative Luftfeuchte und Oberflächentemperatur der Verdampfer-Kühlschlange.

Zum Unterschied zur DE 32 35 642 A1 wird aus Gründen der Verein­ fachung vorgeschlagen, daß für die Temperaturdifferenz als Referenztemperatur die Oberflächentemperatur des Verdampfers und für den in der Regeleinrichtung abgelegten Sollwert die Verdichterdrehzahl und die Kondensator-Austrittstemperatur gewählt wird. Es werden Einsparungen nicht nur dadurch er­ zielt, daß der Sollwert der Differenztemperatur aus Luftein­ trittstemperatur und Verdampfertemperatur im Datenspeicher eines Rechners abgelegt ist und als Parameter über die Ver­ dichterdrehzahl den Kältemittelmassenstrom und über die Kon­ densator-Austrittstemperatur den Kondensatordruck enthält, sondern daß auch der Abtauvorgang alternativ bei Ablauf einer abgespeicherten Zeitspanne beendet werden kann. Der Abtauvor­ gang wird bei spezifischen Randbedingungen nur dann ausgelöst, wenn er tatsächlich auch erforderlich ist, wodurch Energie eingespart wird.

Die Aufgabe der Erfindung ist es mithin, ein funktionssicheres Abtauen bei einem minimalen Energieaufwand zu gewährleisten.

Die Lösung dieser Aufgabe wird aus der spezifischen, kombinatorischen Wirkung der Merkmale des Anspruchs 1 erzielt.

Anhand eines in Skizzen dargestellten Ausführungsbeispiels wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Wärmepumpenanlage in schematischer Darstellung,

Fig. 2 eine Wärmepumpenanlage gemäß Fig. 2, wobei in der zum Kondensator führenden Druckleitung ein Absperrventil angeordnet ist.

Die gemäß den Fig. 1 und 2 gezeigte Wärmepumpenanlage weist einen Kältemittelverdichter 1 auf, der von einem Antriebsmo­ tor 2, welcher vorzugsweise als Brennkraftmaschine ausgebildet ist, angetrieben wird. Die Druckseite des Kältemittelverdich­ ters 1 ist über eine Druckleitung 8 mit einem Kondensator 3 verbunden, wo die im Kältemittelmassenstrom enthaltene Wärme an einen Heizkreislauf abgegeben wird. Über eine Verbindungs­ leitung 7 steht der Kondensator 3 mit einem Verdampfer 4 in Verbindung, wobei das aus dem Kondensator 3 kommende, flüssige Kältemittel über ein Expansionsventil in den Verdampfer 4 strömt. Zum besseren Wärmeübergang des luftgekühlten Verdamp­ fers 4 ist ein Ventilator 5 angeordnet. Über eine Sauglei­ tung 18 steht der Ausgang des Verdampfers 4 mit der Saugseite des Verdichters 1 in Verbindung. Eine, die Druckleitung 8 verbindende Bypassleitung 6 mündet nach dem Expansionsventil in den Verdampfer 4. In dieser Bypassleitung 6 ist ein Ab­ sperrventil 9 vorgesehen, welches beispielsweise als Magnet­ ventil ausgebildet ist. Im Heizkreislauf ist eine Boilerlade­ pumpe 15 sowie eine Heizungsumlaufpumpe 16 angeordnet, welche bei Bedarf zugeschaltet werden können. Eine Regeleinrich­ tung 17 steht mit einem ersten Temperaturfühler 10 und einem zweiten Temperaturfühler 11, einem Drehzahlgeber 13 und einem dritten Temperaturfühler 14 in Verbindung. Der erste Tempera­ turfühler 10, der gleichzeitig als Außenfühler für die witte­ rungsgeführte Regelung der gesamten Heizungs- und Wärme­ pumpenanlage dient, sitzt in der Lufteintrittsseite des Ver­ dampfers 4 und ist gegen direkte Sonnenbestrahlung geschützt. Der zweite Temperaturfühler 11 ist in einem überhitzungsfreien Bereich am Ausgang des Verdampfers 4 angeordnet.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 unterscheidet sich von der nach Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß in der Druckleitung 8 nach der Abzweigung der Bypassleitung 6 ein weiteres Absperr­ ventil 19 vorgesehen ist. Außerdem ist anstelle des zweiten Temperaturfühlers 11 ein Saugdruckfühler 12 vorgesehen, dessen Meßwerte in der Regeleinrichtung 17 mit einem kennfeldabhängigen Sollwert verglichen werden.

Der Abtauvorgang des luftgekühlten Verdämpfers 4 wird von der Regeleinrichtung 17 über die Meßdaten des ersten Temperatur­ fühlers 10, des zweiten Temperaturfühlers 11, des Drehzahlge­ bers 13 und eines vierten Temperaturfühlers 20 am Kondensa­ torausgang gesteuert. Dabei enthält diese Regeleinrichtung 17 einen Rechner mit Programmspeicher, wobei die entsprechenden Grenzwerte für die Lufteintrittstemperatur, die Verdampfer­ temperatur, die Temperaturdifferenz zwischen Lufteintritts­ temperatur und Verdampfungstemperatur in Abhängigkeit des Kältemittelmassenstroms kennfeldmäßig abgelegt ist. Die Ab­ taueinleitung erfolgt bei Überschreiten der vorgegebenen Grenzwerte einzeln oder in deren Verknüpfung. Ist die vom ersten Temperaturfühler 10 gemessene Temperatur kleiner als 12°C oder die vom zweiten Temperaturfühler 11 gemessene Ver­ dampfertemperatur kleiner als 0°C, so wird der Abtauvorgang dann eingeleitet, wenn die vom ersten Temperaturfühler 10 und dem zweiten Temperaturfühler 11 ermittelte Temperaturdifferenz in Abhängigkeit von der durch den Drehzahlgeber 13 ermittelten Verdichterdrehzahl den kennfeldmäßig im Rechner abgespei­ cherten Sollwert überschreitet. Das Abtauende ist erreicht, wenn die vom zweiten Temperaturfühler 11 abgenommene Tempera­ tur des Verdampfers 4 größer als 13°C ist oder eine maximale Abtauzeit, die als Funktion der Rücklauftemperatur sowie der herrschenden Betriebszustände in der Regeleinrichtung 17 ein­ gespeichert ist, überschritten wird. Zum Einleiten des Abtau­ vorganges wird von der Regeleinrichtung 17 das Ventil 9 ge­ öffnet, so daß der vom Verdichter 1 geförderte heiße, gasför­ mige Kältemittelstrom über die Bypassleitung 6 durch den Ver­ dampfer 4 gefördert wird und über die Saugleitung 18 zum Ver­ dichter 1 gelangt.

Um zu vermeiden, daß dem Kondensator 3 eine größere Menge gasförmigen Kältemittels zugeführt wird, wird durch Zuschalten der Boilerladepumpe 15 und durch Abschalten der Heizungsum­ laufpumpe 16 das Temperaturniveau im Kondensator 3 angehoben, so daß in diesem Kondensator ein Mindestdruck für den Kälte­ mittelmassenstrom erhalten bleibt, wobei durch diesen Min­ destdruck das heiße, gasförmige Kältemittel im wesentlichen über die Bypassleitung 6 dem Verdampfer 4 zugeführt wird.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 wird während des Heiß­ gas-Abtauvorganges das weitere Absperrventil 19 über die Re­ geleinrichtung 17 geschlossen und wie oben beschrieben, das Absperrventil 9 geöffnet. Der Abtauvorgang verläuft dann wie dort beschrieben, wobei der dritte Temperaturfühler 14 am Kondensatoreingang keine Auswirkung auf den Abtauvorgang hat.

Zur Abtaueinleitung muß das Abtausignal über eine feste Zeitspanne bei laufender Wärmepumpe anstehen, z. B. zwei Minuten, um sicher­ zustellen, daß sporadisch auftretende Signale nicht zur Ab­ taueinleitung führen.

Bei Verdampfungstemperaturen größer als 0°C oder Lufttempera­ turen größer als 12°C ist eine Abtaueinleitung verboten. Ist die momentane Heizleistung der Wärmepumpe größer als der mo­ mentane Wärmebedarf, d. h. läuft die Wärmepumpe in taktendem Betrieb, so wird zusätzlich als vorbeugende Abtaumaßnahme eine Abtauung durch den Ventilator 5 eingeleitet. Diese Lüfterabtauung durch den Ventilator 5 ist nur im Falle des Stillstandes der Wärmepumpe und bei Temperaturen des Verdamp­ fers 4 von weniger als 0°C und bei Lufttemperaturen, die über 5°C liegen, zugelassen. Das Abschalten des Ventilators 5 er­ folgt, wenn die vom zweiten Temperaturfühler 11 gemessene Temperatur des Verdampfers 4 sich auf einen vorbestimmten Wert an die vom ersten Temperaturfühler 10 gemessene Temperatur des Lufteintritts angenähert hat oder die maximal vorgegebene Ab­ tauzeit überschritten wird. In Fig. 2 wird hierbei bei der vom Saugdruckfühler 12 gemessene Saugdruck als Bezugsgröße ver­ wendet, wobei die Verdampfungstemperatur durch den Saugdruck dargestellt werden kann.

Claims (5)

1. Abtausteuerung für eine Wärmepumpe,

• - welche einen Kältemittelverdichter (1) mit nachge­ schaltetem Kondensator (3), Expansionsventil und Ver­ dampfer (4) aufweist,
• - mit einem ersten Temperaturfühler (10) zur Messung der Lufteintrittstemperatur am Verdampfereingang sowie einem zweiten Temperaturfühler (11) am Verdampferausgang,
• - und mit einer Regeleinrichtung (17), welche die Tempe­ raturdifferenz der beiden Temperaturfühler (10, 11) am Verdampfer (4) bildet und eine Speichereinheit aufweist, in der der Zusammenhang zwischen der Temperaturdifferenz der beiden Temperaturfühler (10, 11) am Verdampfer (4) und der Verdichterbelastung in einem mehrdimensionalen Kennlinienfeld digital abgelegt ist, wobei die Regelein­ richtung (17),
• - einen Abtauvorgang auslöst, wenn die Temperaturdiffe­ renz der beiden Temperaturfühler (10, 11) am Verdamp­ fer (4) den durch das Kennlinienfeld vorgegebenen Wert überschreitet,
• - und den Abtauvorgang beendet, wenn die Temperaturdif­ ferenz der beiden Temperaturfühler (10, 11) am Verdamp­ fer (4) bis zu einem vorgegebenen Sollwert angestiegen oder eine vorgegebene Zeitdauer verstrichen ist, dadurch gekennzeichnet,
• - daß der zweite Temperaturfühler (11) am Verdampferaus­ gang die Temperatur der Verdampferschlange registriert,
• - daß am Kondensatoreingang ein dritter (14) und am Kon­ densatorausgang ein vierter (20) Temperaturfühler vorge­ sehen ist und die Regeleinrichtung (17) die Temperaturdifferenz des dritten (14) und des vierten (20) Temperaturfühlers am Kondensator (3) bildet,
• - daß die Verdichterbelastung als Verdichterdrehzahl und neben der Temperaturdifferenz der beiden Temperaturfüh­ ler (10, 11) am Verdampfer (4) auch die Temperaturdiffe­ renz der beiden Temperaturfühler (14, 20) am Kondensa­ tor (3) als Kennlinienfeld digital abgelegt sind,
• - und daß die Regeleinrichtung (17) den Abtauvorgang ab­ hängig von der Temperaturdifferenz am Verdampfer (4) so wie am Kondensator (3) und abhängig von der Verdichter­ drehzahl dann auslöst, wenn die Lufteintrittstemperatur am Verdampfereingang oder die Temperatur der Verdampfer­ schlange vorgegebene Werte unterschreitet und die Tempe­ raturdifferenz am Verdampfer (4) zugleich den zugehörigen Wert des Kennlinienfeldes überschreitet.

2. Abtausteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Druckleitung (8) des Verdichters (1) und dem Verdampfereingang eine Bypassleitung (6) mit einem Absperrventil (9) vorgesehen ist, das von der Regelein­ richtung (17) angesteuert und zu Beginn des Abtauvor­ ganges geöffnet und am Ende des Abtauvorganges ge­ schlossen wird.

3. Abtausteuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (17) den Kältemitteldruck im Kondensator (3) zu Beginn des Abtauvorganges erhöht und während des Abtauvorganges einen Mindestdruck im Konden­ sator (3) aufrecht erhält.

4. Abtausteuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der zum Kondensator (3) führenden Druckleitung (8) ein weiteres Absperrventil (19) vorgesehen ist, welches von der Regeleinrichtung (17) zu Beginn des Abtauvor­ ganges, beim Öffnen des die Druckleitung (8) des Ver­ dichters (1) mit dem Verdampfereingang verbindenden Ab­ sperrventils (9) geschlossen und am Ende des Abtauvorganges, beim Schließen diesem Absperrventils (9) wieder geöffnet wird.

5. Abtausteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (4) von einem Venti­ lator (5) mit Luft beaufschlagt ist und daß die Regel­ einrichtung (17) bei einem vorübergehenden Stillstand des Verdichters und bei einer Lufteintrittstemperatur ober­ halb 5°C oder einer Temperatur der Verdampferschlange oberhalb 3°C den Verdampfer (4) vermittels der Umge­ bungsluft über den Ventilator (5) abtaut.