DE3910988C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Regelverfahren für Wärmepumpen, die mittels einer Kältemaschine Wärme aus einem strömenden Medium entziehen und sie einem weiteren strömenden Medium zuführen, wobei die Kältemaschine mit einem gesteuert eisfrei gehaltenen Kältemittelverdampfer die Wärme aus dem mittels steuerbarer Fördermaschine strömenden Medium entzieht, das verdampfte Kältemittel mittels Kompressors verdichtet und die beim Verdampfen in das Kältemittel aufgenommene Wärme mittels eines Kondensators an das weitere, mittels steuerbarer Fördermaschine strömende Medium abgibt und beide Medien vor Erreichen des Verdampfers bzw. Kondensators durch einen Wärmetauscher geführt sind.

In einem Aufsatz von Dipl.-Wirtsch.-Ing. Andreas Ney, Mühlheim/Ruhr, mit der Überschrift "Wärme aus Abwasser", abgedruckt in der Zeitschrift: "HLH", Band 36, Nr. 3 (März 1985), Seite 149 bis 153, ist zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit von Wärmerückgewinnungs-Maßnahmen insbesondere aus warmem Duschabwasser, das bei Hallenbädern, Sportstätten und Therapiezentren in größeren Mengen anfällt, ein Wärmepumpen-Rekuperator-System mit automatischer Wärmetauscher-Reinigung beschrieben.

Für den Betrieb dieser Anlage ist es erforderlich, daß die angegebenen Temperaturen des Duschab- und des Frischwassers im wesentlichen konstant sind. Schwanken die Temperaturen, so ist auch hier kein eisfreier Verdampfer zu erreichen.

Die Kältemaschine ist als zuverlässige, praktikable Wärmepumpe in großem Umfang und für kleinste bis größte Leistungen im Einsatz. Dabei ist es üblich in der elektrischen Zuleitung zum Kompressor-Motor Steuerschalter anzuordnen, die abhängig von bedarfsgerecht angeordneten und eingestellten Fernthermometern oder Thermostaten dafür sorgen, daß der Kompressormotor so ein- und ausgeschaltet wird, daß eine bestimmte Temperatur innerhalb bestimmter Grenzwerte eingehalten wird.

Wenn es um die Wärmerückgewinnung aus strömungsfähigen Medien geht, ist Voraussetzung, daß die Medien-Ströme eine gewisse Mindest-Temperatur-Differenz haben. In einem Wärmetauscher werden die Medien zwar streng voneinander getrennt strömend aber wärmeleitend verbunden, aneinander vorbeigeführt. Das wärmere Medium wird dabei gekühlt, das kältere Medium wird dabei erwärmt. Es findet eine Wärmeübertragung statt, so daß die Kältemaschine die Restwärme aus dem Medium entzieht und dann meistens kälter an die Umwelt abgibt als bezogen wurde, d. h. Wärmegewinnung.

Es ist bekannt, daß die Verdampfer von Kältemaschinen "vereisen". Verdampfer und Kondensator einer Kältemaschine sind Wärmetauscher, durch die einerseits jeweils eines der beiden Strömungsmedien fließt und andererseits das Kältemittel, das im Verdampfer expandiert, dem vorbeiströmenden Medium Wärme entzieht und im Kondensator kondensiert und das vorbeiströmende Medium erwärmt.

Unter "Vereisen" sei jede Art kältebedingter Behinderung oder gar Unterbrechung der Strömung des Mediums verstanden, dem im Verdampfer Wärme entzogen wird.

So können flüssige Strömungsmedien bei tiefen Temperaturen hoch-viskos oder gar fest werden, d. h. "einfrieren". Bei Gasen oder Luft besteht zumindest durch die enthaltene Feuchte die Gefahr des Kondensierens und Vereisens, wodurch die Strömungswege verengt und schließlich verstopft werden. Bei solchen Zuständen ist eine Wärmeübertragung weitgehend ausgeschlossen, denn dazu ist Strömung des Mediums unerläßlich.

Deshalb haben Kältemaschinen, die als Wärmepumpen arbeiten Regelverfahren und Regelvorrichtungen der eingangs genannten Art um den Verdampfer "abzutauen". In den meisten Fällen sind diese Kältemaschinen aufwendig gebaut; sie haben z. B. eine sogenannte Heißgas-Abtauung, die Ventile, Schaltelemente usw. benötigt und außerdem Energie zum Abtauen verbraucht. Dadurch verschlechtert sich der Wärmewirkungsgrad als Wärmepumpe, und der Anschaffungspreis sowie die Störanfälligkeit und Wartungsbedürftigkeit werden unerwünscht hoch.

Es gibt Verfahren und Vorrichtungen, bei denen periodisch, in bestimmten Zeitabständen abgetaut wird. Dieses Vorgehen ist wenig flexibel gegenüber schwankenden Temperaturen. Sinkt etwa die Temperatur des "Frischmediums", das nach Passieren des Wärmetauschers im Kondensator erwärmt werden soll unverhofft und unvorhergesehen tief ab, dann wird das andere Medium im Wärmetauscher entsprechend stark abgekühlt, und der Verdampfer vereist früher als vorgesehen. Wird vorsichtshalber in kürzeren Abständen abgetaut, so ist zu diesen frühen Zeitpunkten unter Umständen noch gar keine Vereisung entstanden und es wird nutzlos Energie verschwendet. Dabei ist auch noch zu berücksichtigen, daß die Fördermaschinen während des Abtauens entweder ganz abgestellt oder auf sehr kleine Leistung geschaltet werden, und daß es während des Abtauens keine Wärmepumpenfunktion gibt. Um so häufiger abgetaut wird, um so geringer wird folglich der Wärmewirkungsgrad.

Andere Kältemaschinen arbeiten mit einem automatisch arbeitendem Expansionsventil, das den Kühlmitteldurchsatz durch den Verdampfer abhängig von einem Temperaturfühler regelt. Auch diese Regelung schützt nicht vor einem Vereisen des Verdampfers, da diese Ventile keinen Nullabschluß haben. Ferner gibt es keine Position, an der der Temperaturfühler verbindliche Temperaturüberwachungen im Verdampfer abgeben kann. Ist der Temperaturfühler an der Stelle des Verdampfers angeordnet, an welcher das vom Wärmetauscher kommende Medium in den Verdampfer einströmt, dann mißt er "zu warme" Temperaturen, und der Verdampfer vereist von der Austrittsseite des Mediums aus. Wird der Temperaturfühler am Austrittsbereich des Mediums aus dem Verdampfer angeordnet, dann mißt er "zu kalte" Temperaturen. Dadurch drosselt das Expansionsventil zu stark und es wird "zu wenig" Wärme aus dem Medium entzogen. Der Wärmewirkungsgrad wird schlecht. Auch in der Mitte angeordnet, würde der Temperaturfühler nicht zuverlässig arbeiten; denn ein wesentlicher Faktor für den Eintritt des Vereisens ist die Temperatur mit welcher das Medium aus dem Verdampfer ausströmt. Diese Temperatur ist aber keine gute Führgröße zur Regelung der Fördermaschinen.

Somit muß auch bei dieser Regelung, die vom Aufwand her ebenfalls teuer ist, ein Vereisen und damit ein Abtauen z. B. auf vorbeschriebene Art, in Kauf genommen werden. Auf Abtau-Einrichtungen kann also nicht verzichtet werden. Der Wärmewirkungsgrad derart geregelter Wärmepumpen bleibt daher ständig mehr oder weniger weit unter dem Wert, der bei eisfrei bleibendem Verdampfer erzielt werden könnte.

Ausgehend von diesem bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Regelverfahren und eine Regelvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche den Verdampfer ohne Zuhilfenahme von Abtaueinrichtungen ständig eisfrei hält bzw. eine unvorhersehbar plötzlich eingetretene Vereisung ohne Abtaubetrieb der Kältemaschine beseitigt.

Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe kennzeichnet sich das Regelverfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch, daß als Führgröße für die Regelung die Abweichung der Leistungs-, bzw. Stromaufnahme des Kompressormotors von einem system- und zweckabhängig bestimmten Sollstrom gemessen wird, daß bei Erreichen einer system- und zweckabhängig bestimmten Stromabweichung ein Stellglied, bei Stromabfall in der einen, bei Stromanstieg in der entgegengesetzten Richtung in Betrieb gesetzt wird, daß mit dem Stellglied ein Spannungsregler betätigt wird, daß bei Betätigung des Stellglieds mit dem Spannungsregler bei abfallendem Strom des Kompressormotors dem Motor der Fördermaschine, die Medium durch den Verdampfer treibt, eine zunehmend steigende Betriebsspannung, und dem Motor der Fördermaschine, die Medium durch den Kondensator treibt eine abnehmende Betriebsspannung zugeführt wird und umgekehrt, und daß die Summe der jeweiligen Betriebsspannungen beider Motoren beider Fördermaschinen während jeglichen Betriebszustandes konstant gehalten wird und den Motoren beider Fördermaschinen bei abgeschaltetem Kompressormotor jeweils diejenige Betriebsspannung weiter zugeführt wird, die z. Zt. des Abschaltens am Spannungsregler eingestellt war.

Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe kennzeichnet sich außerdem die eingangs genannte Regelvorrichtung erfindungsgemäß dadurch, daß in der Stromzuleitung zum Kompressormotor in Reihe mit Steuerschaltern ein Schaltgerät angeordnet ist, welches als Strommeßgerät ausgebildet ist, das beiderseits einer wählbaren Stromanzeigestelle je ein, in wählbarem Abstand angeordnetes Schaltkontaktstück aufweist, daß ein Stellmotor vorgesehen ist, dessen Abtriebswelle mit einem Betätigungsglied eines Spannungsreglers verbunden ist und in einem und in dem entgegengesetztem Drehsinn antreibbar ist, daß je ein Schaltkontaktstück des Schaltgerätes mit je einem Anschlußkontaktstück des Stellmotors verbunden ist, daß der Spannungsregler ein bewegbares Regelglied mit Regelkontaktstück aufweist, daß die beiden Fördermaschinen Antriebs-Elektromotoren aufweisen, welche jeweils mit einem ihrer Eingangsklemmen mit dem Regelkontaktstück verbunden sind, und daß das bei niedrigerer Stromstärke betätigte Schaltkontaktstück des Schaltgerätes mit demjenigen Anschlußkontaktstück des Stellmotores verbunden ist, welches durch die Drehrichtung des Stellmotors das Regelglied und dessen Regelkontaktstück in Richtung steigender Spannung für denjenigen Antriebs-Elektromotor verstellt, welcher strömendes Medium durch den Verdampfer treibt.

Die Regelung gemäß der Erfindung geht von der Beobachtung aus, daß die Leistung des Kompressormotors einer Kältemaschine, d. h. die Stromaufnahme des Kompressormotors, absinkt, wenn das temperaturgesteuerte Expansionsventil drosselt und der Wärmeübergang zwischen dem strömenden Medium und dem verdampfenden Kältemittel im Verdampfer nachläßt, d. h., wenn die Verdampferoberflächen zu vereisen beginnen. Solche Änderungen der Stromaufnahme des Kompressormotors können prozentual zum Nennstrom außerordentlich klein sein, sie sind dennoch meßbar. Sie sind aber im Gegensatz zu bisherigen Führgrößen für eine Regelung, etwa die bekannte Temperaturmessung des Temperaturfühlers, zuverlässig und verbindlich. In der beginnenden Vereisung des Verdampfers äußern sich Temperaturänderungen der beiden strömenden Medien wie auch Änderungen der Wärmeabgabe im Kondensator, sie ist eine Reaktion auf sämtliche veränderliche Einflußgrößen der Wärmepumpe. Die daraus resultierende Änderung der Stromaufnahme des Kompressormotors spiegelt daher die Summenwirkung aller genannter veränderlichen Größen auf die Kältemaschine wider.

Mit der Wahl der "Änderungen" der Stromaufnahme des Kompressormotors steht zwar eine zuverlässige, rechtzeitig vor einer Vereisung des Verdampfers erfaßbare Führgröße zur Verfügung, aber eine Vereisung wäre nicht vermeidbar bzw. die Beseitigung einer Vereisung ohne Abtauen wäre noch nicht möglich.

Diese Aufgabe löst ein weiterer Schritt der Erfindung, die sogenannte "Differentialregelung" der Leistung der Fördermaschinen.

Die Fördermaschinen haben spannungsregelbare Antriebs-Elektromotore, die gemeinsam von einem Spannungsregler mit veränderbarer Spannung versorgt werden. Der Spannungsregler arbeitet so, daß eine feste Summenspannung in zwei Teilspannungen zerlegt wird, deren Verhältnis zueinander stufenlos veränderlich ist. Je größer die eine Teilspannung ist umso kleiner ist die andere Teilspannung, und die Summe beider Spannungen ist immer konstant.

Die Veränderung der Spannungsaufteilung wird von einem gegensinnig drehbaren Stellmotor vorgenommen, der mit sehr langsamer Abtriebsdrehzahl arbeitet. Ein Schaltgerät, das die Stromaufnahme des Kompressormotors überwacht kann auf zwei Schaltpunkte eingestellt werden. Ein Schaltpunkt liegt unter dem Nennstrom, der zweite über dem Nennstrom. Geregelt wird so, daß der Stellmotor dann, wenn der untere Schaltpunkt arbeitet, den Spannungsregler so verstellt, daß die Fördermaschine, die Medium durch den Verdampfer treibt, eine höhere Spannung bekommt und die andere Fördermaschine eine entsprechend geringere Spannung.

Dadurch ändert sich auch die Förderleistung der beiden Fördermaschinen zueinander gegensinnig. Die Förderleistung der "kälteres Frischmedium" fördernden Fördermaschine wird kleiner, die der anderen, wärmeres Medium fördernden Fördermaschinen wird größer. Das hat zur Folge, daß ständig mehr wärmeres Medium und entsprechend weniger kälteres Medium strömt. Die Mengenverhältnisse verändern sich bis zu bestimmten Grenzwerten in diesem Sinne solange der Stellmotor arbeitet.

Viel wärmeres Medium kann von wenig kälterem Medium im Wärmetauscher nicht stark abgekühlt werden, sondern kommt relativ "warm" im Verdampfer an und beseitigt beginnende Vereisungen. Dies geschieht aufgrund der steigenden Strömungsgeschwindigkeit bis hin zur Austrittsseite des Mediums aus dem Verdampfer. Es wird also mit Hilfe der "Differentialregelung" eine gegensinnige Veränderung der Strömungsgeschwindigkeiten und -Mengen der beiden Medien erreicht und so der Verdampfer eisfrei gehalten.

Während dieses Regelvorganges arbeitet die Kältemaschine kontinuierlich weiter, es gibt keine Betriebsunterbrechung zum Abtauen.

Während Kältemaschinen mit Abtau-Automatik, z. B. mit Heißgas-Abtauung, außer der Betriebsunterbrechung auch noch Abtauenergie verbrauchen, tritt erfindungsgemäß keine Steigerung der Energieaufnahme der Wärmepumpe ein, denn die Summenspannung der Fördermaschinenspannungen bleibt konstant und die "Enteisungswärme" wird dem strömenden Medium entnommen.

Der Fluß der strömenden Medien wird erfindungsgemäß allen veränderlichen Größen der Temperaturen und Feuchtigkeiten, d. h. der Dichte, und den schwankenden Widerständen im System angepaßt. Die Wärmerückgewinnung wird niemals aufgehoben, sondern so optimal wie möglich verändert.

Versuche haben ergeben, daß die Regelung gemäß der Erfindung selbst eine plötzlich entstandene Vereisung wieder beseitigt.

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß die beschriebene Regelung ebenso wie zur Vermeidung einer Vereisung, in entgegengesetztem Sinne auch bei der Vermeidung von Überhitzungen, die sich durch steigende Stromaufnahme des Kompressormotors ankündigen, arbeitet. Auf den Einbau des Sicherheitsschalters "Pressostat" kann nach optimaler Einstellung verzichtet werden.

Durch die Erfindung gibt es kontinuierlichen Fluß beider Medien und einen hohen Wärmewirkungsgrad.

Der Anschaffungspreis und die Wartungskosten von Wärmepumpen mit erfindungsgemäß ausgebildeter Regelung sind geringer als bisher; denn der gesamte, auf Relaistechnik beruhende Abtau-Regel- und Abtau-Einrichtungsaufwand ist entbehrlich.

Die Regelung nach der Erfindung eignet sich auch zur Nach- oder Umrüstung vorhandener Wärmepumpen. Vorhandene, zeitgesteuerte Abtaueinrichtungen können stillgelegt werden, Kältemaschinen können auch mit festeingestellten Expansionsventilen betrieben werden.

Die Weiterbildung des Regelverfahrens gemäß Anspruch 2 empfiehlt sich, wenn das elektrische Versorgungsnetz Spannungsschwankungen hat, kurze Stromänderungen lösen dadurch keine "Flatterschaltungen" aus.

Mit der Weiterbildung nach Anspruch 3 wird zum Ausdruck gebracht, daß die Wärmepumpen wie üblich von Temperaturfühlern gesteuert werden können, um bestimmte Temperaturen einzustellen oder zu halten, ohne daß die Regelung nach der Erfindung beeinträchtigt wird.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird das Regelverfahren und die Regelvorrichtung gemäß Anspruch 4 bzw. 7 zur Regelung der Wärmepumpe einer Klima-Anlage besonders vorteilhaft eingesetzt.

Neben den vielen, aus dem Vorstehenden bereits entnehmbaren Vorteilen, sind bei Klima-Anlagen erfindungsgemäß z. B. die Probleme der Kondensat- und insbesondere Abtauwasser- und Eisbeseitigung bekannter Anlagen auf geringe Mengen Kondenswasser reduziert worden.

Die bisher nicht erwähnten Ansprüche betreffen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Regelverfahrens und der Regelvorrichtung nach der Erfindung.

Ausführungsbeispiele erfindungsgemäß ausgebildeter Regelvorrichtungen sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine Schemadarstellung einer Wärmepumpe, für die die Regelung nach der Erfindung anwendbar ist,

Fig. 2 die Schemaansicht einer Wärmepumpe einer Klima-Anlage für die die Regelung nach der Erfindung geeignet ist,

Fig. 3 ein elektrisches Schaltschema zur Erläuterung des Aufbaus der Regelvorrichtung nach der Erfindung.

Die Fig. 1 zeigt eine Wärmepumpe. Ein durch eine strichpunktierte Linie 1 markierter Strömungskanal 2 und ein durch eine gestrichelte Systemlinie 3 markierter Strömungskanal 4 führen zwei strömungsfähige Medien, die unterschiedliche Temperatur haben. Eine Fördermaschine 5 bewegt das Medium im Strömungskanal 2, eine Fördermaschine 6 bewegt das andere Medium im Strömungskanal 4. Mit Hilfe der Wärmepumpe soll das längs der Linie 1 strömende, kühle Medium erwärmt werden, indem Wärme aus dem längs der Linie 3 strömenden "warmen" Medium entzogen wird.

Der erste Wärmeübergang kann in einem Kreuzstrom- Wärmetauscher 7 stattfinden. In diesem kreuzen sich die Strömungskanäle 4, ohne daß eine Vermischung der Medien möglich ist.

Zur weiteren Wärmeübertragung dient eine Kältemaschine, die aus einem Kompressor 8, einem Verdampfer 9 und einem Kondensator 10 besteht.

Vom Kompressor 8 verdichtetes Kältemittel expandiert im Verdampfer 9 und entzieht die Entspannungswärme dem längs der Linie 3 aus dem Wärmetauscher 7 kommenden Medium.

Im Kondensator 10 verflüssigt sich das Kältemittel und gibt dabei die im Verdampfer 9 aufgenommene Entspannungswärme an das längs der Linie 1 aus dem Wärmetauscher 7 kommende Medium ab.

Wenn das längs der Linie 3 strömende Medium den Wärmetauscher 7 mit relativ geringer Temperatur verläßt, kann der weitere Wärmeentzug im Verdampfer 9 zum Verdicken oder Verfestigen bei flüssigem Medium oder zum "Ausfrieren" der Feuchte bei gasförmigem Medium führen. Der Verdampfer 9 "vereist". Die Strömung des Mediums wird dadurch stark gehemmt oder blockiert, und der Wärmeentzug wird geringer und hört schließlich auf.

Sobald dieser Vorgang einsetzt, tritt bereits ein schlechter Wärmeentzug ein, auf den der Kompressor 8 mit geringerer Stromaufnahme seines Motors 11 reagiert.

Ein als Strommesser ausgebildetes Schaltgerät 12, kann auf einen Motornennstrom eingestellt werden. Beiderseits dieses Meßpunktes können Schaltkontaktstücke 13, 14 für wählbar große Abweichungen vom Nennstrom eingestellt werden. Hat die Stromänderung, z. B. die Verringerung der Größe, die dem Schaltpunkt 13 entspricht, erreicht, so schaltet dieses Kontaktstück 13 einen Stellmotor 15 in einer Drehrichtung ein. Würde das Kontaktstück 14 schalten, so würde der Stellmotor 15 in entgegengesetzter Stellrichtung laufen. Mit der Abtriebswelle des Stellmotors 15, die sehr langsam, z. B. mit 0,5 U/h läuft, wird ein Stellglied 16 eines als Ringkern-Reglers ausgebildeten Spannungsreglers 17 bewegt.

Der Spannungsregler 17 teilt eine konstante Gesamt- oder Summenspannung stufenlos in zwei Teilspannungen derart auf, daß die Summe der Teilspannungen gleich der Gesamtspannung ist. Wenn also eine Teilspannung steigt, muß die andere entsprechend kleiner werden.

Mit den stufenlos geregelten Teilspannungen werden spannungsregelbare Antriebselektromotore 18 der Fördermaschinen 5 und 6 gespeist.

Wenn das Kontaktstück 13 schaltet, bekommt der Motor 18 der Fördermaschine 6 höhere, der Motor 18 der Fördermaschine 5 niedrigere Spannung. Infolgedessen fließt mehr "wärmeres" Medium längs der Linie 3 und weniger kälteres Medium längs der Linie 1 durch den eventuellen Wärmetauscher 7. Die Abkühlung des Mediums längs der Linie 3 wird geringer, und schließlich tritt so warmes Medium durch den Verdampfer 9, daß die drohende "Vereisung" verhindert oder eine durch widrige Umstände bereits eingetretene "Vereisung" beseitigt wird.

Während des beschriebenen Regelvorganges läuft die Kältemaschine ununterbrochen weiter, der Wärmeaustausch findet statt, die Medien strömen.

Im Falle steigenden Stromes des Kompressormotors 11 schaltet das Kontaktstück 14, der Stellmotor 15 dreht entgegengesetzt, und durch den Spannungsregler 17 steigt die Leistung der Fördermaschine 5, und die Leistung der Fördermaschine 6 nimmt ab.

Der Spannungsregler 17 kann Endschalter für jeweils größte oder/und kleinste Spannungsaufteilung haben. Er bleibt bei Klima- und Lüftungsanlagen ständig an Spannung, und zwar unabhängig davon, ob der Kompressor 8 arbeitet oder der Stellmotor 15 in Betrieb ist. Die Fördermaschinen 5 und 6 laufen mit der Leistung weiter, die beim letzten Regelvorgang eingestellt wurde.

Das Schaltgerät 12 hat für seine Schaltkontaktstücke 13 und 14 einstellbare Schaltverzögerungen, damit netzbedingte Spannungsschwankungen keine Regelvorgänge oder Fehlschaltungen auslösen können. Außerdem kann ein Temperaturkompensator vorgesehen sein, der Stromänderungen infolge schwankender Umgebungstemperaturen ausgleicht.

Die Fig. 2 zeigt eine Wärmepumpe für eine Raumklimaanlage, jedoch ohne die Regelvorrichtung gemäß Fig. 1.

Die Fördermaschine 5 ist ein Zuluft-Ventilator, die Fördermaschine 6 ein Abluft-Ventilator, beide sind als Radial-Lüfter ausgebildet. Vor dem Wärmetauscher 7 sind Filter 19 in die Strömungskanäle 2 und 4 eingesetzt.

Kalte Frischluft strömt bei 20 in den Kanal 2 und verläßt ihn bei 21 als warme Zuluft. Warme Raumluft tritt bei 22 in den Kanal 4 und verläßt ihn bei 23 als abgekühlte Fortluft.

Nicht gezeigt ist z. B. wenigstens ein Fernthermometer oder Thermostat, der das Ein- oder Ausschalten der Kältemaschine, bzw. des Kompressors 8 steuert. Die Fig. 2 zeigt, daß vor dem Verdampfer 9 ein temperaturgesteuertes Expansionsventil 24 eingebaut sein kann.

Das vorzugsweise für die Regelvorrichtung einer Raumklima-Anlage konzipierte Schaltschema gemäß Fig. 3, zeigt, daß in einer Zuleitung 25 zum Kompressormotor 11, in Reihe mit dem Schaltgerät 12, noch weitere Steuereinrichtungen 26 vorgesehen sind, die zur Steuerung der Klimaanlage d. h. Raumtemperatur beitragen.

Im gleichen Stromkreis, aber hinter dem Schaltgerät 12, liegt ein Pressostat 27, das bei guter Geräte-Qualität des Schaltgerätes 12 und richtiger Einstellung der Regelung, entfallen kann.

Bestimmte Daten anzugeben ist überflüssig, denn Stromnennwerte, Leistungen usw. sind zweck- und systemabhängige Größen.

Die beschriebene Regelvorrichtung arbeitet zuverlässig mit hohem Wärmewirkungsgrad und ist durch Einsparung zahlreicher, bisheriger teurer Bauteile, einfach und preiswert.

Der Schutzumfang der Erfindung erstreckt sich nicht nur auf die Merkmale der einzelnen Ansprüche, sondern auch auf deren Kombination sowie auf Änderungen im technischen Fortschritt, die z. B. eine Differential-Regelung der Fördermaschinen auf elektronischem Wege mit entsprechendem Zeitverhalten, d. h., ohne Stellmotor und Ringkernregler, möglich machen. Ferner erstreckt sich der Schutz nicht nur auf die Führungsgröße, Kompressorleistung oder dessen Strom, sondern auch auf eine Differential-Regelung der Fördermaschinen, wenn irgendwelche Temperaturen oder Drücke und deren Kombination zur Steuerung und Regelung herangezogen würden.

Claims (7)

1. Regelverfahren für Wärmepumpen, die mittels einer Kältemaschine Wärme aus einem strömenden Medium entziehen und sie einem weiteren strömenden Medium zuführen, wobei die Kältemaschine mit einem gesteuert eisfrei gehaltenen Kältemittelverdampfer die Wärme aus dem mittels steuerbarer Fördermaschine strömenden Medium entzieht, das verdampfte Kältemittel mittels Kompressors verdichtet und die beim Verdampfen in das Kältemittel aufgenommene Wärme mittels eines Kondensators an das weitere, mittels steuerbarer Fördermaschine strömende Medium abgibt und beide Medien vor Erreichen des Verdampfers bzw. Kondensators durch einen Wärmetauscher geführt sind, dadurch gekennzeichnet,
daß als Führgröße für die Regelung die Abweichung der Leistungs-, bzw. Stromaufnahme des Kompressormotors von einem system- und zweckabhängig bestimmten Sollstrom gemessen wird,
daß bei Erreichen einer system- und zweckabhängig bestimmten Stromabweichung ein Stellglied, bei Stromabfall in der einen, bei Stromanstieg in der entgegengesetzten Richtung in Betrieb gesetzt wird,
daß mit dem Stellmotor ein Spannungsregler betätigt wird,
daß bei Betätigung des Stellglieds mit dem Spannungsregler bei abfallendem Strom des Kompressormotors dem Motor der Fördermaschine, die Medium durch den Verdampfer treibt, eine zunehmend steigende Betriebsspannung, und dem Motor der Fördermaschine, die Medium durch den Kondensator treibt, eine abnehmende Betriebsspannung zugeführt wird und umgekehrt,
und daß die Summe der jeweiligen Betriebsspannungen beider Motoren beider Fördermaschinen während jeglichen Betriebszustandes konstant gehalten wird und den Motoren beider Fördermaschinen bei abgeschaltetem Kompressormotor jeweils diejenige Betriebsspannung weiter zugeführt wird, die z. Zt. des Abschaltens am Spannungsregler eingestellt war.

2. Regelverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor nach Eintritt der bestimmten, einen Regelvorgang auslösenden, Stromabweichung des Kompressormotors mit einer wählbar großen Verzögerung in oder/und außer Betrieb gesetzt wird.

3. Regelverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ein- oder Ausschalten des Kompressormotors in Abhängigkeit von den Signalen wenigstens eines entfernt angeordneten Temperaturfühlers durchgeführt wird.

4. Regelverfahren für Wärmepumpen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das in Verbindung mit einer Raumklimaanlage eingesetzt wird, bei der mit der einen Fördermaschine Frischluft durch den Kreuzstrom-Wärmetauscher und durch den Kondensator geblasen und als warme Zuluft in den Raum, bzw. die Räume abgegeben wird, während die andere Fördermaschine warme Abluft aus dem Raum, bzw. den Räumen entzieht, durch den Kreuzstrom-Wärmetauscher, danach durch den Verdampfer treibt und als Fortluft ins Freie abgibt, dadurch gekennzeichnet,
daß die mit Beginn einer drohenden Vereisung des Verdampfers abfallende Stromaufnahme des Kompressormotors gemessen,
daß ab einer bestimmten Größe des Abfallens der Stromaufnahme, langsam und kontinuierlich die Betriebsspannungen der Fördermaschinen, und damit deren Drehzahl, gegensinnig verändert werden, wobei die Frischluftzufuhr verringert und der Durchsatz von Abluft durch den Verdampfer, dessen Vereisung vermeidend, vergrößert wird,
und daß bei ansteigender Stromaufnahme des Kompressormotors in umgekehrtem Sinne geregelt wird.

5. Regelvorrichtung für Wärmepumpen, die eine Kältemaschine mit Kompressor, Verdampfer und Kondensator aufweisen sowie mit zwei getrennt steuerbaren Fördermaschinen für strömende Medien ausgerüstet sind, wobei zwei getrennte Strömungswege für die Medien ausgebildet sind und wobei die Medien vor Erreichen des Verdampfers bzw. des Kondensators durch einen Wärmetauscher geführt sind, zur Ausübung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß in der Stromzuleitung (25) zum Kompressormotor (11) in Reihe mit Steuerschaltern (26) ein Schaltgerät (12) angeordnet ist, welches als Strommeßgerät ausgebildet ist, das beiderseits einer wählbaren Stromanzeigestelle je ein, in wählbarem Abstand angeordnetes Schaltkontaktstück (13, 14) aufweist,
daß ein Stellmotor (15) vorgesehen ist, dessen Abtriebswelle mit einem Betätigungsglied (16) eines Spannungsreglers (17) verbunden ist und in einem und in dem entgegengesetzten Drehsinn antreibbar ist,
daß je ein Schaltkontaktstück (13, 14) des Schaltgerätes (12) mit je einem Anschlußkontaktstück des Stellmotors (15) verbunden ist,
daß der Spannungsregler (17) ein bewegbares Regelglied mit Betätigungsglied (16) aufweist,
daß die beiden Fördermaschinen (5, 6) Antriebs-Elektromotoren (18) aufweisen, welche jeweils mit einem ihrer Eingangsklemmen mit dem Betätigungsglied (16) verbunden sind,
und daß das bei niedrigerer Stromstärke betätigte Schaltkontaktstück (13) des Schaltgerätes (12) mit demjenigen Anschlußkontakt des Stellmotores (15) verbunden ist, welche durch die Drehrichtung des Stellmotors (15) das Regelglied und dessen Betätigungsglied (16) in Richtung steigender Spannung für denjenigen Antriebs-Elektromotor (18) verstellt, welcher strömendes Medium durch den Verdampfer (9) treibt.

6. Regelvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsregler (17) als Ringkern-Regler ausgebildet ist.

7. Regelvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4 für die Wärmepumpe einer Raumklima-Anlage, die eine Kältemaschine mit Kompressor, Verdampfer und Kondensator aufweist, und die mit zwei getrennten, sich in einem Kreuzstrom-Wärmetauscher kreuzenden Luftströmungskanälen versehen ist, von denen der eine an einer Frischluft-Eintrittsöffnung beginnt, als Fördermaschine einen Zuluft-Ventilator aufweist und mit einer Zuluft-Austrittsöffnung endet, während der andere mit einer Abluft-Eintrittsöffnung beginnt, einen Abluft-Ventilator als Fördermaschine aufweist und mit einer Fortluft-Austrittsöffnung endet, wobei der Verdampfer der Kältemaschine zwischen der Fortluft-Austrittsöffnung und dem Kreuzstrom-Wärmetauscher in dem einen Luftströmungskanal und der Kondensator zwischen der Zuluft-Austrittsöffnung und dem Kreuzstrom-Wärmeaustauscher in dem anderen Luftströmungskanal angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß als Sensor zum Verhindern und/oder Beseitigen bevorstehender oder bereits vorhandener Vereisungen des Verdampfers (9) das als Strommesser ausgebildete Schaltgerät (12) in der Stromzuleitung (25) zum Kompressormotor (11) vorgesehen ist,
daß die Fördermaschine (6) bei absinkendem Kompressorstrom mittels des Schaltgerätes (12), des Stellmotors (15) und Ringkernreglers (17) auf höhere Leistung, die Fördermaschine (5) synchron und proportional auf kleinere Leistung regelbar ist,
und daß bei steigendem Kompressorstrom die Fördermaschine (5) auf höhere, die Fördermaschine (6) auf geringere Leistung regelbar ist.