DE3517222C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitssteueranordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Kälteanlagen enthalten allgemein einen Verdampfer oder Küh­ ler, einen Kältemittelkompressor und einen Kondensator. Übli­ cherweise zirkuliert ein Wärmeübertragungsfluid durch die Rohrleitung in dem Verdampfer, um Wärme auf das Kältemittel in dem Verdampfer zu übertragen. Das Wärmeübertragungsfluid, das in der Rohrleitung in dem Verdampfer dabei abgekühlt wird, ist normalerweise Wasser, welches zu einem entfernten Ort geleitet wird, um einen Kältebedarf zu decken. Das Kälte­ mittel in dem Verdampfer verdampft, wenn es Wärme aus dem durch die Rohrleitung in dem Verdampfer strömenden Wasser aufnimmt, und der Kältemittelkompressor entnimmt diesen Käl­ temitteldampf, um ihn zu komprimieren und an den Kondensator abzugeben. In dem Kondensator wird der Kältemitteldampf kon­ densiert, welcher anschließend wieder zu dem Verdampfer ge­ leitet wird, wo der Kälteerzeugungszyklus wieder beginnt.

Normalerweise sind Sensoren in Kälteanlagen des oben be­ schriebenen Typs vorgesehen, um gewisse Betriebszustände wäh­ rend des normalen Betriebes abzufühlen. Die Sensorsignale werden an eine Sicherheitssteueranordnung abgegeben. Bei­ spielsweise kann ein Fluidströmungssensor vorgesehen sein, um die Strömung eines Wärmeübertragungsfluids durch die Rohrlei­ tung in dem Verdampfer abzufühlen. Die Sicherheitssteueran­ ordnung steuert die verschiedenen Betriebsparameter der Kälte­ anlage oder sorgt für verschiedene Sicherheitssteuermaßnahmen auf den abgefühlten Betriebszustand hin. Beispielsweise kann die Sicherheitssteueranordnung den Betrieb der Kälteanlage abschalten, um das Gefrieren des Wärmeübertragungsfluids in der Rohrleitung in dem Verdampfer zu verhindern, wenn durch den Fluidströmungssensor keine Strömung in der Rohrleitung in dem Verdampfer abgefühlt wird.

Betriebszustandssensoren in Kälteanlagen des oben beschriebe­ nen Typs müssen genaue, zuverässige Angaben über die abge­ fühlten Betriebszustände liefern, wenn die Kälteanlage rich­ tig arbeiten soll und nutzlose Abschaltungen der Kälteanlage aufgrund von fehlerhaften Sensoren oder fehlerhaften Sensor­ signalen vermieden werden sollen.

Die US-PS 42 83 921 beschreibt eine Sicherheitssteueranord­ nung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art. Ein Temperatursensor in einem Gefrierfach erzeugt Signa­ le bei Temperaturänderungen, und ein Mikrocomputer steuert ein Stromregelventil, um die Temperatur auf eine gewünschte Solltemperatur zwischen einer oberen Grenztemperatur und ei­ ner unteren Grenztemperatur zu bringen. Wenn die durch den Temperatursensor abgefühlte Temperatur die obere Grenze zu überschreiten beginnt, betätigt der Mikrocomputer das Ven­ til, um die Fluidströmung durch den Verdampfer so zu steuern, daß die Temperatur in dem Gefierfach gesenkt wird. Sollte die Anlage die Temperatur in dem Gefrierfach nicht richtig regeln, erzeugt der Mikrocomputer ein Alarmsignal, welches anzeigt, daß die Kälteleistung zur Deckung des Bedarfes nicht ausreicht. Diese bekannte Sicherheitssteueranordnung über­ wacht also die Leistung der Kälteanlagenkomponenten, bei­ spielsweise des Kompressors, des Verdampfers und des Konden­ sators, da jedes nicht richtige Arbeiten dieser Kälteanlagen­ komponenten dazu führen wird, daß der Temperatursensor eine Temperatur außerhalb der gewählten Grenzen abfühlt. Entspre­ chendes gilt für eine aus der DE-AS 22 50 091 bekannte Si­ cherheitssteueranordnung. Diese beiden bekannten Sicherheits­ steueranordnungen stellen das nicht richtige Arbeiten einer Kälteanlagenkomponente fest, sind aber nicht in der Lage, festzustellen, ob die Sensoren selbst richtig arbeiten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sicherheitssteueranordnung für einen elektrisch betriebenen Kältemittelkompressor zu schaffen, die bei defekten Betriebszustandssensoren den Käl­ temittelkompressor abschaltet.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnen­ den Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Sicherheitssteueranordnung nach der Erfindung überprüft das richtige Arbeiten der Betriebszustandssensoren selbst und bricht den Anlauf des Kältemittelkompressors ab oder schaltet den Betrieb des Kältemittelkompressors ab, wenn ein funk­ tionsgestörter Sensor ermittelt wird. Die Sicherheitssteuer­ anordnung nach der Erfindung bricht also den Anlauf oder schaltet den Anlagebetrieb nicht auf der Basis einer unrich­ tig arbeitenden Anlagenkomponente ab, sondern vielmehr auf der Basis eines fehlerhaft arbeitenden oder funktionsgestör­ ten Sensors. Gemäß der Erfindung werden die Betriebszu­ standssensoren vor dem Anlauf des Kältemittelkompressors überprüft, und ihr Arbeiten wird während des normalen Betrie­ bes des Kältemittelkompressors überprüft, um dadurch sicher­ zustellen, daß die Sensoren genaue und zuverlässige Angaben über die abgefühlten Betriebszustände liefern. Das führt zu einem verbesserten Betrieb der Kälteanlage durch Verhindern von nutzlosen Abschaltungen des Kälteanlagenkompressors auf­ grund von defekten Betriebszustandssensoren oder von anomalen Meßwerten, welche die Betriebszustandssensoren an die Sicher­ heitssteueranordnung abgeben.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden den Gegen­ stand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Zentrifugaldampfkompressionskälteanlage mit einer Sicher­ heitssteueranordnung für einen elektrisch betriebenen Kälte­ mittelkompressor.

Die Zeichnung zeigt eine Zentrifugaldampfkompressionskälte­ anlage 1 mit einer Sicherheitssteueranordnung 3 für deren elektrisch betriebenen Käl­ temittelkompressor 2. Gemäß der Darstellung in Fig. 1 enthält die Kälteanlage außer dem Kompressor 2 einen Kondensator 4, einen Verdampfer 5 und ein Expansionsventil 6. Im Betrieb wird komprimiertes gasförmiges Kältemittel von dem Kompressor 2 über eine Kom­ pressorauslaßleitung 7 an den Kondensator 4 abgegeben, in welchem das gasförmige Kältemittel durch ein relativ kaltes Wärmeübertragungsfluid, z. B. Wasser, welches durch eine Rohrleitung 8 in dem Kondensator 4 strömt, kondensiert wird. Das konden­ sierte flüssige Kältemittel aus dem Kondensator 4 geht durch eine Kältemittelleitung 9 und das Expansionsventil 6 zu dem Verdampfer 5. Das flüssige Kältemittel in dem Verdampfer 5 verdampft, um ein Wärmeübertragungsfluid, wie beispielsweise Wasser, zu kühlen, welches durch eine Rohrleitung 10 in dem Verdampfer 5 strömt. Dieses kalte Wärmeübertragungsfluid wird benutzt, um ein Gebäude zu kühlen, oder es wird für an­ dere derartige Zwecke benutzt. Das gasförmige Kältemittel aus dem Verdampfer 5 strömt durch eine Kompressorsaugleitung 11 zurück zu dem Kompressor 2 unter der Steuerung von Leitschaufeln 12. Das gasförmige Kältemittel, das in den Kompressor 2 über die Leitschaufeln 12 eintritt, wird durch den Kompressor 2 komprimiert und von dem Kom­ pressor 2 über die Kompressorauslaßleitung 7 abgegeben, wo­ durch der Kälteerzeugungszyklus abgeschlossen ist. Dieser Kälteerzeugungszyklus wird während des normalen Betriebes der Kälteanlage 1 ständig wiederholt.

Außerdem enthält gemäß der Darstellung in der Figur der Kompressor 2 der Kälteanlage 1 einen Elektromotor 25 zum Antreiben des Kompressors 2. Darüber hinaus werden die Kom­ pressoreinlaßleitschaufeln 12 durch einen Leitschaufelstell­ antrieb 14 geöffnet und geschlossen, der durch die Sicherheitssteuer­ anordnung 3 gesteuert wird.

Eine Sicherheitseinrichtung besteht aus einem Kompressormotoranlasser 22, einer Stromversorgung 23 und einer Anlagenschnittstellenkarte 16 ein Prozessor 17 ist mit dieser Sicherheitseinrichtung verbunden und steuert eine Sollwert- und Anzeige­ einrichtung 18 an. Ein Temperatursensor 13 zum Abfühlen der Tempera­ tur des den Verdampfer 5 über die Rohrleitung 10 verlassen­ den Wärmeübertragungsfluids ist durch eine elektrische Leitung 20 direkt mit dem Prozessor 17 verbunden. Außerdem ist ein Fluidströmungssensor 30 zum Abfühlen der Strömung des den Verdampfer 5 verlassenden Wärmeübertragungsfluids in der Rohrleitung 10 durch eine elektrische Leitung 31 direkt mit dem Prozessor 17 verbunden. Darüber hinaus ist ein weiterer Fluidströmungssensor 32 zum Abfühlen der Strömung des den Konden­ sator 4 über die Rohrleitung 8 verlassenden Wärmeübertra­ gungsfluids durch eine elektrische Leitung 33 direkt mit dem Prozessor 17 verbunden.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Temperatursensor 13 ein Thermistor, dessen Abfühlteil in dem den Verdampfer 5 ver­ lassenden Wärmeübertragungsfluid angeordnet ist und dessen Widerstand durch den Prozessor 17 überwacht wird. Bei den Fluidströmungssensoren 30, 32 handelt es sich um Schaufelströmungsschalter. Der Prozessor 17 ist hier ein Mikrocomputer.

Die Sollwert- und Anzeigeeinrichtung 18 ist eine Anzeige­ einrichtung mit Leuchtdioden- oder Flüssigkristallanzeigevorrichtungen, die unter der Steuerung des Prozessors 17 stehen. Außerdem enthält die Sollwert- und Anzeigeeinrichtung 18 ein Sollwertpotentiometer, mittels welchem an dem Prozessor 17 eine gewählte Solltemperatur für das den Verdampfer 5 über die Rohrleitung 10 verlassende Wärmeübertragungsfluid einstellbar ist.

Die Anlagenschnittstellenkarte 16 enthält Schaltvorrichtun­ gen, die unter der Steuerung des Prozessors 17 elektri­ schen Strom aus der Stromversorgung 23 über die elektrische Leitung 21 zu dem Leitschaufelstellantrieb 14 und über den Kompressormotoranlasser 22 zu dem den Kompressor 2 antreibenden Motor 25 leiten. Jede Schaltvorrichtung auf der Anlagenschnittstellenkarte 16 ist hier ein Triac-Schalter. Bei dem Kompressormotoranlasser 22 handelt es sich um einen Sterndreieck-Schütz.

Im Betrieb fühlt der Temperatursensor 13 die Temperatur des Wärmeübertragungsfluids in der Rohrleitung 10, das den Verdampfer 5 verläßt, ab und gibt ein Signal, das diese ab­ gefühlte Temperatur angibt, an den Prozessor 17 der Sicherheitssteueranordnung 3 ab. Außerdem werden Signale von den Fluidströ­ mungssensoren 30 und 32, welche die Wärmeübertragungsfluidströmung in der Rohrleitung 10 in dem Verdampfer 5 bzw. in der Rohrlei­ tung 8 in dem Kondensator 4 angeben, an den Prozessor 17 der Sicherheitssteueranordnung 3 abgegeben. Darüber hinaus wird das Signal, das die Solltemperatur angibt, von der Sollwert- und Anzeigeeinrichtung 18 an den Prozessor 17 abgegeben. Die­ se Solltemperatur ist eine durch die Bedienungsperson ge­ wählte Temperatur, auf welche das den Verdampfer 5 verlas­ sende Wärmeübertragungsfluid durch den Betrieb der Kältean­ lage 1 abgekühlt werden soll. Daher stellt die Temperatur, welche durch den Temperatursensor 13 abgefühlt wird, relativ zu der eingestellten Solltemperatur eine Kühllast dar, deren Bedarf durch den Betrieb der Kälteanlage 1 zu decken ist.

Der Prozessor 17 ist so programmiert, daß die durch den Temperatursensor 13 abgefühlte Temperatur mit der gewählten Solltemperatur verglichen wird. Wenn die durch den Temperatursensor 13 ab­ gefühlte Temperatur die Solltemperatur um ein vorbestimmtes Ausmaß übersteigt, er­ zeugt der Prozessor 17 Steuersignale, um die Kälteanla­ ge 1 einzuschalten. Als Teil des Einschaltens der Kälteanla­ ge 1 gibt der Prozessor 17 elektrische Steuersignale an die Anlagenschnittstellenkarte 16 ab, um die geeigneten Schalt­ vorrichtungen auf der Anlagenschnittstellenkarte zu schlie­ ßen, damit elektrischer Strom von der Stromversorgung 23 über die Anlagenschnittstellenkarte 16 zu dem Kompressormo­ toranlasser 22 fließen kann, welcher den Elektromotor 25 des Kompressors 2 in der Kälteanlage 1 anläßt und in Betrieb hält. Außerdem wird der elektrische Strom durch den Prozes­ sor 17 durch die Betätigung der geeigneten Schaltvor­ richtungen auf der Anlagenschnittstellenkarte 16 gesteuert, um elektrischen Strom aus der Stromversorgung 23 über die Anlagenschnittstellenkarte 16 dem Leitschaufelstellantrieb 14 zuzuführen, damit dieser die Leitschaufeln 12 nach Be­ darf entsprechend den durch die Sensoren abgefühlten Betriebszuständen der Kälteanlage 1 verstellt. Normalerweise werden die Leitschau­ feln 12 durch den Prozessor 17 in direktem Ansprechen auf die Belastung gesteuert, welcher die Kälteanlage 1 aus­ gesetzt ist.

Der Leitschaufelstellantrieb 14 ist in der Lage, die Leitschaufeln 12 in deren voll offene oder deren voll ge­ schlossene Stellung zu bewegen, und kann z. B. ein Elektromotor sein.

Gemäß der Erfindung überprüft vor dem Anlauf der Kälteanlage 1 der Prozessor 17, ob jeder Betriebszu­ standssensor, der in der Kälteanlage 1 benutzt wird, nämlich der Temperatursensor 13 und die Fluidströmungs­ sensoren 30 und 32, Ausgangssignale liefert, welche in einen ersten Betriebsbereich fallen. Beispielsweise prüft der Prozessor 17 den Temperatursensor 13, um festzustellen, ob dessen Ausgangssignal einem akzeptablen Temperaturwert entspricht. Das heißt, der Prozessor 17 stellt durch die Überprüfung fest, ob der Temperaturmeßwert des Temperatursensors 13 oberhalb eines oberen Grenzwertes oder unterhalb eines unteren Grenzwer­ tes ist, die jeweils einem Grenzwert entsprechen, der nur aufgrund einer Fehlfunktion des Temperatursensors 13 über­ schritten werden kann. Außerdem prüft der Prozessor 17 die Ausgangssignale, welche durch die Fluidströmungssensoren 30, 32 erzeugt werden, um festzustellen, ob diese Ausgangssigna­ le in den ersten Betriebsbereich fallen, vor dem Anlauf der Kälteanlage 1.

Wenn der Prozessor 17 feststellt, daß irgendeines der Ausgangssignale, welche an den Prozessor 17 von den Betriebszustandssensoren 13, 30, 32 abgegeben werden, nicht innerhalb seines erwarteten ersten Betriebsbereiches ist, unterbindert der Prozessor 17 an Anlauf der Kälteanla­ ge 1. Das erfolgt, indem der Prozessor 17 die entsprechen­ den Schaltvorrichtungen auf der Anlagenschnittstellenkarte 16 mittels eines ersten Alarmsignals öffnet, um die Betätigung des Kompressors 2 und der Leit­ schaufeln 12 zu verhindern. Der Prozessor 17 kann in diesem Fall au­ ßerdem auch andere geeignete Steuermaßnahmen ergreifen und andere Vorrichtungen (nicht dargestellt) in der Kälteanlage 1 ansteuern. Wenn der Anlauf der Kälteanlage 1 durch den Prozessor 17 unterbunden wird, weil festgestellt worden ist, daß einer der Betriebs­ zustandssensoren nicht innerhalb seines normalen Bereiches arbeitet, gibt darüber hinaus der Prozessor 17 das erste Alarmsignal an die Sollwert- und Anzeigeeinrichtung 18 ab, um die Ursache für den unterbundenen Anlauf einer Bedienungsperson der Kälte­ anlage 1 anzuzeigen. Das kann beispielsweise durch eine opti­ sche Anzeige erfolgen.

Erst nachdem der Prozessor 17 festgestellt hat, daß sämtliche Signale aus den Betriebszustandssensoren in den jeweiligen ersten Betriebsbereich fallen, wird die Kälteanlage 1 gestartet und in ihren normalen Betriebszustand versetzt. Während des Be­ triebes der Kälteanlage 1 überwacht dann der Prozessor 17 intermittierend die Signale, welche von den Betriebszu­ standssensoren an den Prozessor 17 abgegeben werden, um festzustellen, ob die Sensorsignale innerhalb eines dem jeweiligen Sensor zugeordneten zweiten Betriebsbereiches liegen. Wenn der Prozessor 17 feststellt, daß irgendeines der Signale, die aus den Betriebszustands­ sensoren empfangen werden, außerhalb dieses zweiten Betriebsbereiches ist, wird eine geeignete Steuermaßnahme durch den Prozessor 17 ergriffen. Der Prozessor 17 überprüft die Signale aus den Betriebszu­ standssensoren über einer vorgegebenen Zeitspanne, um festzustellen, ob eine vorgegebene Anzahl von aufeinander­ folgenden Sensorsignalen für die Dauer der vorgegebenen Zeitspanne außerhalb des zweiten Betriebsbereiches liegt. Der Prozessor 17 kann beispielshalber so programmiert sein, daß drei aufeinanderfolgende Sensorsignale, die außerhalb des zweiten Betriebsbereiches liegen, erfaßt werden müssen, bevor irgendeine Steuermaßnahme durch den Prozessor 17 eingeleitet wird.

Der Prozessor 17 kann die Steuer­ maßnahme abhängig davon ergreifen, welcher Be­ triebszustand als außerhalb des zweiten Bereiches liegend abgefühlt wird. Wenn beispielsweise der Fluidströmungssensor 30 ein Signal an den Prozessor 17 abgibt, welches zeigt, daß es keine Fluidströmung in der Rohrleitung 10 in dem Verdampfer 5 gibt, kann die Kälteanlage 1 abgeschaltet werden. Das erfolgt, indem der Prozessor 17 ein zweites Alarmsignal erzeugt, auf welches hin Wasserpumpen, Kühlturmgebläse und die elektri­ sche Stromversorgung des Kompressors 2 abgeschaltet werden. Beispielsweise kann der Prozessor 17 das zweite Alarmsignal an die Anlagenschnitt­ stellenkarte 16 ausgeben, um die entsprechende Schaltvorrich­ tung auf der Anlagenschnittstellenkarte 16 zu schließen, um dadurch das Fließen von elektrischem Strom aus der Stromver­ sorgung 23 über die Anlagenschnittstellenkarte 16 und den Kompressormotoranlasser 22 zu dem Motor 25 des Kompressors 2 zu verhindern und dadurch den Kompressor 2 ab­ zuschalten. Darüber hinaus kann der Prozessor 17 das zweite Alarmsignal an die Sollwert- und Anzeigeeinrichtung 18 ausgeben, um eine optische Anzeige zu aktivieren, welche die Ursache des Ab­ schaltens einer Bedienungsperson der Kälteanlage 1 anzeigt.

Claims (4)

1. Sicherheitssteueranordnung für einen elektrisch betriebe­ nen Kältemittelkompressor, mit wenigstens einem, den Be­ triebszustand der Kälteanlage an einen Prozessor meldenden Sensor, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale des Sensors (13, 30, 32) bei fehlerfrei arbei­ tendem Sensor (13, 30, 32) vor Anlauf des Kältemittelkompres­ sors (2) in einen ersten Betriebsbereich und während des Be­ triebes des Kältemittelskompressors (2) in einen zweiten Be­ triebsbereich fallen, daß der Prozessor (17) bei defektem Sensor (13, 30, 32) an eine Sicherheitseinrichtung (16, 22, 23) ein erstes Alarmsignal ausgibt, wenn er das Sensorsignal vor Anlauf des Kältemittelkompressors (2) außerhalb des ersten Betriebsbereiches registriert, und daß er an die Sicherheits­ einrichtung (16, 22, 23) ein zweites Alarmsignal dann ausgibt, wenn er während des Betriebes des Kältemittelkompressors (2) eine vorgebenene Anzahl von aufeinanderfolgenden Sensorsi­ gnalen für die Dauer einer vorgegebenen Zeitspanne außerhalb des zweiten Betriebsbereiches registriert, und daß die Sicherheitseinrichtung (16, 22, 23) den Kältemittelkompressor (2) beim Empfang eines dieser beiden Alarmsignale abschaltet.

2. Sicherheitssteueranordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit dem Prozessor (17) verbundene Anzeigeeinrich­ tung (18), die auf das erste Alarmsignal hin einen abgebroche­ nen Anlauf des Kältemittelkompressors (2) anzeigt.

3. Sicherheitssteueranordnung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (18) auf das zweite Alarmsignal hin die Abschaltung des Kältemittelkompressors (2) während des Betriebes anzeigt.

4. Sicherheitssteueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Sensor (13, 30, 32) ein Temperatursensor und/oder ein Fluidströmungssensor vorgesehen ist.