DE3606860A1 - Regelungseinrichtung zum entwaermen eines fluids mittels einer kompressor-kaeltemaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelungseinrichtung zum Entwärmen eines Fluids mittels einer Kompressor-Kältemaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es wird davon ausgegangen, daß es bereits bekannt ist, ein als Kühlmittel dienendes Fluid, zum Beispiel Wasser oder Luft mittels einer Kompressor-Kältemaschine zu entwärmen, wobei die Entwärmung jeweils geregelt erfolgt, um bestimmte Temperaturwerte des Fluids und/oder einer mit dem Fluid zu kühlenden Einrichtung einzuhalten.

Bei Kompressor-Kältemaschinen ist es auch bekannt, die Druckseite und die Saugseite des Kältemittelkreislaufes durch einen Heißgasbypaß zu verbinden, in dem ein Heißgasregler angeordnet ist. Der Heißgasregler enthält ein fest einstellbares Ventil, das sich abhängig vom Saugdruck einstellt. Mit der bekannten Einrichtung kann die Leistung der Kältemaschine an eine verminderte Wärmeaufnahme im Verdampfer angepaßt werden, ohne den Kompressor abstellen zu müssen. Die bekannte Einrichtung ist jedoch für sich nicht ausreichend, die sich verändernden Temperaturen des Fluids innerhalb eines vorgegebenen Bereichs mit einer Abweichung von höchstens ±0,5°K auf einem Wert zu halten, bei dem keine Taupunktsunterschreitung in der Umgebung der zu kühlenden Einrichtung eintritt.

Weiterhin ist es bekannt, bei einer Kompressor-Kältemaschine zwischen dem Verdampfer und dem Kompressor einen Verdampfungsdruckregler, bestehend aus einem Ventil, einem Ventilstellantrieb, einem Fühler und einem Proportional- Integralregler anzuordnen. Mit dem bekannten Verdampfungsdruckregler kann eine Kühlstellen-Temperatur, zum Beispiel ein Kühlraum, ein Kühlmöbel oder dergleichen mit einer Genauigkeit von ±5°K im Bereich von 10-100% der Ventilnennleistung ausgeregelt werden (Elektronische Verdampfungsdruckregelung für gewerbliche Kälteanlagen, Danfoss Handelsgesellschaft m.b.H., Carl-Legien-Str. 8, 6050 Offenbach/M., DE).

Zum Beispiel bei elektronischen Einrichtungen wie Rechnern oder dergleichen, genügt es jedoch nicht, allein so zu kühlen, daß ein bestimmter Temperaturbereich nicht verlasssen wird. Es ist vielmehr auch erforderlich, innerhalb des Temperaturbereichs so zu kühlen, daß der Taupunkt in der Umgebung der zu kühlenden Einrichtung nicht unterschritten wird. Das Unterschreiten des jeweiligen Taupunktes muß vermieden werden, um die elektronischen Einrichtungen vor dem Ansetzen von Kondensat zu schützen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Regeleinrichtung zum Entwärmen eines Fluids mittels einer Kompressor-Kältemaschine so auszubilden, daß das Fluid, bei unterschiedlich starken Aufheizungen der mit ihm zu kühlenden Einrichtung, einen bestimmten Temperaturbereich von zum Beispiel 17° bis 24°C nicht verläßt und zugleich innerhalb dieses Temperaturbereichs auf einer Temperatur gehalten wird, bei der eine Taupunktsunterschreitung in der Umgebung der zu kühlenden Einrichtung vermieden wird.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebene Ausbildung gelöst.

Zweckmäßige Aus- und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Ansprüchen 2 und 3 angegeben.

Mit der Regelungseinrichtung wird eine Leistungsregelung des Kompressors von 0-100% erreicht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung in einem Schema dargestellt.

In der Zeichnung ist mit 1 ein Kompressor einer Kältemaschine bezeichnet, die in ihrem Kältemittelkreislauf ferner einen Kondensator 2, eine Expansionseinrichtung 3 und einen Verdampfer 4 enthält.

Der Verdampfer 4 ist zum Entwärmen eines Fluids, zum Beispiel Wasser, ausgebildet, das in einer Rücklaufleitung 5 dem Verdampfer 4 zugeführt und in einer Vorlaufleitung 6 vom Verdampfer 4 weggeführt wird, im dargestellten Beispiel mittels einer Umwälzpumpe 7.

Die Leitungen 5, 6 und die Umwälzpumpe 7 sind Teil eines Kreislaufes, der zum Kühlen eines Rechners oder einer anderen zu kühlenden Einrichtung 8 ausgebildet ist. Die Einrichtung 8 ist in der Zeichnung strichpunktiert dargestellt.

Der Kältemittelkreislauf ist so geregelt, daß das in den Leitungen 5, 6 umströmende Fluid einerseits die Einrichtung 8 ausreichend kühlt und andererseits innerhalb eines für die Umgebung der zu kühlenden Einrichtung 8 zulässigen Temperaturbereichs auf einem Wert gehalten wird, bei dem eine Taupunktsunterschreitung ausgeschlossen ist. Der jeweilige Temperaturwert des Fluids ist in engen Grenzen zu halten.

Sind zum Beispiel in der Umgebung der Einrichtung 8 Temperaturen zwischen 15°C und 32°C zulässig, so muß die Temperatur des Fluids zwischen 17°C und 24°C mit einer Toleranz von ±0,5°C auf einen Wert gehalten werden, bei dem in der Umgebung der Einrichtung 8 keine Taupunktsunterschreitung erfolgt. Im vorliegenden Beispiel ist Luft als Umgebungsmedium der Einrichtung 8 vorgesehen. Es kann jedoch auch ein anderes Gas sein. Denkbar sind auch feste Stoffe in kompakter oder körniger Form. Die vorstehenden Werte gelten nur für einen bestimmten Feuchtigkeitsbereich der Luft.

Für die Regelung des Kältemittelkreislaufes ist ein Heißgasbypaß 9 vorgesehen, der von dem Abschnitt des Kältemittelkreislaufes ausgeht, der den Kompressor 1 mit dem Kondensotor 2 verbindet und in den Abschnitt des Kältemittelkreislaufes mündet, der die Expansionseinrichtung 3 mit dem Verdampfer 4 verbindet. Der Heißgasbypaß 10 enthält einen Heißgas-Regler 10, mit dem die Kälteleistung des Verdampfers 4 regelbar ist. Das Regelverhalten des Heißgas-Reglers 10 wird durch den Druck in einer Steuerkapillare 10 a bestimmt, die den Heißgas-Regler 10 mit dem Abschnitt des Kältemittelkreislaufes verbindet, der sich zwischen dem Verdampfer 4 und dem Kompressor 1 erstreckt. Wenn im Verdampfer 4 die größte Kühllast ansteht und somit der höchste Verdampfungsdruck herrscht, ist ein dem Heißgas-Regler 10 eigenes Ventil geschlossen und der Heißgasbypaß 9 gesperrt. Vermindert sich die Kühllast im Verdampfer 4, öffnet das Ventil des Heißgas-Reglers 10 proportional dem Kältemitteldruck im Verdampfer 4. Die Kühllast im Verdampfer 4 kann so zwischen 0 und 100% geregelt werden.

Mit der Leistungsregelung durch den Heißgas-Regler 10 alleine, sind jedoch die gestellten Forderungen nicht zu erfüllen. Daher ist neben dem als Leistungsregler arbeitenden Heißgas-Regler 10 ein Verdampfungsdruckregler 11 vorgesehen. Dieser besteht aus einem vom Kältemittel beaufschlagten Ventil 12, einem Ventil-Stellantrieb 13 und einem mit dem Stellantrieb 13 elektrisch verbundenen Proportional- Integralregler 14.

Mit einem Sensor 15 wird die Temperatur und/oder der Feuchtigkeitsgehalt der Umgebung der zu kühlenden Einrichtung 8 gemessen.

Der Sensor 15 ist mit einem Analogumsetzer 16 verbunden, in dem aus den von dem Sensor 15 erfaßten Werten und einer frei wählbaren Sollwertkurve ein Sollwert gebildet wird.

Der im Analogumsetzer 16 gewonnene Sollwert wird an einen Sollwert-Eingang des Proportional-Integralregler 14 abgegeben.

Ein Istwert-Eingang des Proportional-Integralreglers 14 ist mit einem weiteren Sensor 17 verbunden, mit dem die Vorlauftemperatur des Fluids ermittelt wird.

Im Proportional-Integralreglers 14 wird aus dem vom Analogumsetzer 16 kommenden Sollwert und aus dem vom weiteren Sensor 17 kommenden Istwert ein Differenzsignal gebildet, mit dem der Stellantrieb 13 des Ventils 12 erregbar ist.

Zweckmäßig ist zwischen dem Analogumsetzer 16 und dem Proportional- Integralregler 14 ein Dämpfungsglied 18 eingesetzt, mit dem eine zeitlich verzögerte Weitergabe der vom Proportional-Integralregler 14 ausgehenden Differenzsignale bewirkt wird.

Mit einem Regelglied 19 ist die Drehzahl eines den Kondensator 2 beaufschlagenden Ventilators 20 abhängig vom Kondensationsdruck in Stufen oder stufenlos regelbar.

Claims (4)

1. Regelungseinrichtung zum Entwärmen eines Fluids mittels einer Kompressor-Kältemaschine, mit den Merkmalen

• a) die Kältemaschine enthält in einem Kältemittelkreislauf neben dem Kompressor (1) einen Kondensator (2), eine Expansionseinrichtung (3) und einen Verdampfer (4);
• b) der Verdampfer (4) liegt in einem Kühlkreislauf (5, 6, 7) in dem das Fluid zur Kühlung einer Einrichtung (8) umströmt,

gekennzeichnet durch die Kombination aller Merkmale:

• c) zwischen der Druckseite und der Saugseite des Kältemittelkreislaufes erstreckt sich ein Heißgasbypaß (9), in dem ein Heißgasregler (10) (Proportionalregler) angeordnet ist;
• d) zwischen dem Verdampfer (4) und dem Kompressor (1) befindet sich im Kältemittelkreislauf ein Verdampfungsdruckregler (11), bestehend aus einem Ventil (12), einem Ventil-Stellantrieb (13) und einem mit dem Stellantrieb (13) elektrisch verbundenen Proportional-Integralregler (14);
• e) es ist ein Sensor (15) zum Erfassen der Temperatur und/oder Feuchte der Umgebung der zu kühlenden Einrichtung (8) vorgesehen;
• f) der Sensor (15) ist mit einem Analogumsetzer (16) verbunden, der mit einem Sollwert-Eingang des Proportional- Integralreglers (14) verbunden und zur Abgabe eines Sollwertes ausgebildet ist, der sich aus den vom Sensor (15) erfaßten Werten und Werten einer Sollwert-Kurve zusammensetzt;
• g) der Proportional-Integralregler (14) weist einen Istwert- Eingang auf, der mit einem zum Erfassen der Vorlauftemperatur des Fluids ausgebildeten weiteren Sensor (17) verbunden ist;
• h) der Proportional-Integralregler (14) ist zur Abgabe eines aus dem Sollwert und dem Istwert gebildeten Differenzsignals ausgebildet, mit dem der Stellantrieb (13) des Ventils (12) erregbar ist.

2. Regelungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dämpfungsglied (18) zur verzögerten Abgabe des Differenzsignals vorgesehen ist.

3. Regelungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Regelglied (19) die Drehzahl eines den Kondensator (2) beaufschlagenden Ventilators (20), abhängig vom Kondensationsdruck des Kältemittelkreislaufes, in Stufen oder stufenlos verstellbar ist.