DE3934801A1 - Verfahren und einrichtung zur regelung eines ventils fuer einen kaeltemittelverdampfer - Google Patents
Verfahren und einrichtung zur regelung eines ventils fuer einen kaeltemittelverdampferInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum
Regeln eines Ventils für die Zufuhr eines im wesentlichen flüs
sigen Kältemittelmassenstromes zu einem Kältemittelverdampfer.
Kältemittelverdampfer sind ein wesentlicher Bestandteil von
Kältemaschinen wie beispielsweise Kühlmaschinen und Wärmepumpen
sowie von Kälteanlagen und von Klimaanlagen, die Kältemaschinen
für Kühl- und/oder Heizbetrieb enthalten. Bei solchen Maschinen
und Anlagen wird einem zu kühlenden Stoff Wärme entzogen und
diese bei höherer Temperatur wieder an ein anderes Kühlmittel
abgegeben. Unter dem Begriff Kühlmittel sei in diesem Zusammen
hang jedes Wärme aufnehmende Medium zu verstehen. Bei Wärmepumpen
wäre die Abgabe an das andere Kühlmittel die beabsichtigte Nut
zung. Für diesen Kreislauf bedient man sich als Arbeitsmittel
eines Kältemittels oder eines Kältemittelmassenstromes, der in
einem geschlossenen Kreis hinter einander einen Kreisprozeß mit
zwei verschiedenen Drücken durchläuft, nämlich dem hohen Konden
sationsdruck und dem relativ niedrigen Verdampfungsdruck. Aktiver
Teil der Anlage ist ein Kompressor, der den im Kältemittelver
dampfer aus dem Kältemittelmassenstrom erzeugten Kältemitteldampf
ansaugt und auf den Kondensatordruck verdichtet. Im Kondensator
wird der verdichtete Dampf z. B. durch Kühlwasser oder Luft abge
kühlt und so wieder zum flüssigen Kältemittelmassenstrom ver
wandelt. Dieser im wesentlichen flüssige Kältemittelmassenstrom
strömt über ein Drosselventil, in dem es auf den niedrigen Ver
dampfungsdruck entspannt wird, in den Verdampfer. Hier verdampft
das flüssige Kältemittel und entzieht dadurch der Umgebung Wärme.
Das Drosselorgan kann für eine kleine Anlage als ein Kapillar-
Rohr ausgebildet sein. Bei größeren Maschinen oder Anlagen wird
meist ein einstellbares Ventil verwendet, z. B. ein thermosta
tisches Expansionsventil. Die Zufuhr des Kältemittelmassenstromes
zum Verdampfer soll durch das Ventil so eingestellt oder geregelt
werden, daß der Kältemittelverdampfer weder über- noch unterfüllt
wird. In beiden Fällen kann der Verdampfer seine Aufgabe nämlich
nicht optimal erfüllen, den seinem Eingang zugeführten, im wesent
lichen flüssigen Kältemittelmassenstrom in einen im wesentlichen
keine Flüssigkeit mehr enthaltenden Dampf umzuwandeln, der zu
gleich möglichst wenig überhitzt sein sollte. Dieser Dampf wird
wegen der Wirkung des Kompressors und wegen der erwünschten
Trockenheit des Dampfes auch als Sauggas bezeichnet. Eine opti
male Einstellung ist gegeben, wenn der Kältemittelmassenstrom ein
Maximum hat und zugleich keine Flüssigkeitstropfen des Kälte
mittels enthält.
Für die Dosierung der Zufuhr des Kältemittelmassenstromes zum
Verdampfer sind regelbare Ventile bekannt, die in Abhängigkeit
von der Temperaturdifferenz zwischen dem Eingang und dem Ausgang
des Kältemittelverdampfers geregelt werden. Die Regelung sollte
dabei derart eingestellt werden, daß möglichst gerade keine
flüssigen Bestandteile des Kältemittelmassenstromes in den Kom
pressor gelangen können. Das wird beim Stand der Technik zwar
angestrebt, aber nicht zufriedenstellend erreicht.
Bei einem bekannten Kältemittelverdampfersystem (DE A1 36 01 817)
wird ein zwischen Kondensator und Verdampfer angeordnetes Expan
sionsventil in Abhängigkeit von den mittels Fühlern gemessenen
Temperaturen von Verdampfer -Eingang und -Ausgang geregelt. Das
bekannte Meßverfahren kommt zwar dem gewünschten Ziel sehr nahe,
denn es mißt zwei für die Beurteilung der Füllung des Verdampfers
nützliche Werte. Es hat sich aber gezeigt, daß diese Werte eben
nicht immer ausreichen, zu beurteilen, ob nun das Sauggas tat
sächlich die gewünschte Trockenheit hat oder nicht und ob nun
Flüssigkeitstropfen noch im Sauggas enthalten sind oder nicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optimale Einstel
lung des maximalen Kältemittelmassenstromes und zugleich Freiheit
von Flüssigkeitstropfen des Kältemittels im Saugrohr des Kom
pressors zu erreichen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren und einer Einrichtung nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch die im Anspruch 1
gekennzeichnete Erfindung gelöst.
Weiterbildungen des Verfahrens und Weiterbildungen der Einrich
tung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Im Prinzip liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß die
indirekte Messung, basierend auf der Erfassung der Temperaturen
am Eingang und Ausgang des Verdampfers nicht ausreicht, die
gestellte Aufgabe zu lösen. Im Prinzip wird daher eine direkte
Detektion von im Saugrohr des Kompressors auftretenden Flüssig
keitstropfen des Kältemittels vorgenommen. Das wird dadurch
erreicht, daß im Weg des Sauggases ein Meßkörper wärmeisoliert
angeordnet wird, daß der Meßkörper auf eine solche Temperatur
aufgeheizt wird, daß die Temperatur des beheizbaren Meßkörper
beim Auftreffen von Flüssigkeitstropfen des Kältemittelmassen
stromes merkbar erniedrigt wird und daß der Meßkörper mit einem
Temperaturmeßgerät oder -Fühler eine solche Einheit bildet, daß
Flüssigkeitstropfen des Kältemittelmassenstromes im Sauggas durch
eine jähe Änderung der Temperatur des Meßkörpers detektiert
werden.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im folgenden mehrere
Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen be
schrieben. Diese zeigen in
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines geschlossenen Kältekrei
ses mit erfindungsgemäßer Detektion von Flüssigkeits
tropfen des Kältemittelmassenstromes,
Fig. 2 eine Abwandlung der in Fig. 1 gezeigten Anordnung,
Fig. 3 eine andere Abwandlung der Fig. 1,
Fig. 4 eine weitere Abwandlung der Fig. 1,
Fig. 5 eine Brückenschaltung für ein Beispiel gemäß Fig. 4.
Fig. 6 eine aus dem beheizbaren Meßkörper und dem Temperatur
fühler gebildete Einheit und einen separaten Temperatur
fühler in perspektivischer Darstellung.
In Fig. 1 ist ein Kältesystem 1 mit einem zu kühlenden Raum 2
dargestellt, z. B. einem Kühlschrank, dem Fahrgastraum eines
Fahrzeugs oder dergleichen, in dem ein Kältemittelverdampfer 3
für einen Kältemittelmassenstrom 4 vorgesehen ist. Der Kälte
mittelmassenstrom 4 durchläuft einen Kreislauf zwischen einem im
Verdampfer 3 wirksamen niedrigen Druck und einem im Kondensator 5
wirksamen hohen Druck. Ein Kompressor 6 saugt am Ausgang 7 des
Verdampfers 3 den zu einem sogenannten Sauggas verdampften Kälte
mittelmassenstrom 4 ab. Das Sauggas sollte am Eingang des Kom
pressors im wesentlichen flüssigkeitsfrei sein. Durch die Wirkung
des Kompressors 6 wird der am Ausgang des Verdampfers 3 abge
saugte Dampf zu hohem Druck komprimiert und im Kondensator 5 in
einen im wesentlichen flüssigen Kältemittelmassenstrom hohen
Drucks kondensiert, also verflüssigt. Um dem Verdampfer 3 den
Kältemittelmassenstrom mit dem für die Verdampfung erniedrigten
Druck zuführen zu können, ist in die Zuleitung zum Eingang 8 des
Verdampfers 3 ein Drosselventil 9 eingeschaltet. Dieses Drossel
ventil kann eine bekannte Konstruktion für ein elektrisch, elek
tronisch oder elektromagnetisch regelbares Ventil haben, mit dem
der Druck oder die Größe des Kältemittelmassenstromes auf einen
solchen erwünschten Wert herabgeregelt wird, daß der Verdampfer
weder überfüllt noch unterfüllt wird und der Kältemittelmassen
strom seine maximale Größe für das jeweilige Kältesystem 1 er
hält. Im einfachsten Fall kann das Drosselventil 9 ein Kapillar-
Rohr sein. Damit der Kältemittelmassenstrom des Kältesystems 1
diesen erwünschten Wert des Stromflusses erhält, ist in die
Leitung 71 zwischen Verdampfer 3 und Kompressor 6 ein Meßsystem
11-13 eingefügt, das eine Präsenz von Flüssigkeitstropfen im
Sauggas detektiert und zur Regelung des Drosselorgans 9 nutzt.
Das Meßsystem 11-13 enthält einen Meßkörper 11, der in den Innen
raum der Leitung 71 eingefügt ist und zwar wärmeisoliert gegen
die ortsfesten Teile seiner Umgebung wie z. B. gegen die Wandung
der Leitung 71. Die Leitung 71 ist zur besseren Kenntlichmachung
vergrößert dargestellt. Der Meßkörper ist ein Heizwiderstand, der
durch einen über eine Leitung 111 von außen zugeführten elek
trischen Strom auf eine vorbestimmte Temperatur aufheizbar ist.
Der Meßkörper 11 ist mit einem Temperaturfühler 12 zu einer
Einheit verbunden und meldet die jeweils gemessene Temperatur des
Meßkörpers über eine Leitung 121 ohne Verzögerung nach draußen.
Ein weiterer Temperaturfühler 13 ist getrennt von der Einheit
11,12 innerhalb der Leitung 71 angeordnet und wird wie diese vom
Sauggas umspült.
Der Meß- und Regelvorgang der soweit beschriebenen Anordnung
läuft wie folgt ab:
Der Meßkörper 11 wird ununterbrochen mit konstanter Leistung, konstantem Strom oder konstanter Spannung auf eine vorbestimmte Temperatur aufgeheizt, beispielsweise auf eine 30 K über der Temperatur des von Flüssigkeitstropfen des Kältemittels freien, also trockenen Sauggases. Die jeweilig erreichte Temperatur des Meßkörpers 11 wird von dem mit dem Meßkörper 11 zu einer Einheit verbundenen Temperaturfühler 12 direkt gemessen und ggf. ange zeigt. Der weitere Temperaturfühler 13 mißt ständig die direkte Temperatur des Sauggases selbst. Auch diese Temperatur wird ggf. angezeigt. Die direkt gemessene Temperatur des Meßkörpers 11 oder die Differenz beider Temperaturen wird als Maß für die optimale Grund-Einstellung des Drosselorgans 9 benutzt. Für die Einstel lung der durch Beheizung des Meßkörpers 11 vorbestimmten Tempera tur dieses Meßkörpers wird der Zustand genutzt, bei dem gerade noch kein Abfall der Meßtemperatur durch den Einfluß von Flüssig keitstropfen des Kältemittels im Sauggas eintritt. Für diese Einstellung des Drosselorgans 9 auf den Arbeitspunkt höchster Güte wird also der Meßwert ermittelt, bei dem der Temperatur fühler 12 die minimale Temperatur des Meßkörpers 11 für alle möglichen Einstellungen des Drosselorgans 9 mißt, ohne dabei auf das sehr niedrige Temperaturniveau bei Präsenz von Flüssigkeits tropfen des Kältemittels abzufallen, und das Drosselorgan ent sprechend justiert. Bei dieser Einstellung wird dann ein maxima ler Kältemittelmassenstrom 4 in den Verdampfer 3 fließen und aus dem Verdampfer ein gerade flüssigkeitstropfenfreies Sauggas austreten. Sobald nun Flüssikkeitstropfen des Kältemittels im Sauggas auftreten und auf den Meßkörper 11 auftreffen, wird die Temperatur dieses Meßkörpers 11 durch die Verdampfungswärme der Flüssigkeitstropfen des Kältemittels so stark abgekühlt, daß die vorher gemessene Temperatur des Meßkörpers 11 oder die Temperatur differenz zum Bezugs-Meßergebnis des Temperaturfühlers 13 merk lich abfällt. Das bedeutet aber, daß das Drosselorgan 9, das Expansionsventil, zu weit geöffnet ist und der Kältemittelver dampfer 3 nicht den ganzen ihm zugeführten Kältemittelmassenstrom 4 verdampfen kann. In diesem Fall kann der Kompressor zusätzlich zum Sauggas auch noch flüssiges Kältemittel ansaugen und dadurch evtl. beschädigt werden. Das Meßergebnis wird daher so ausgewer tet, daß über eine Regelung die Öffnung des Drosselorgans soweit verkleinert wird, bis das Meßergebnis wieder den höheren, vorbe stimmten Wert ergibt. Wegen der unverzögerten Lieferung des Meßergebnisses wird eine unerwünschte Überfüllung des Verdampfers 3 sofort nach ihrem Auftreten rückgängig gemacht und im Effekt vermieden. Es kann also auch kein Pendeln zwischen Überfüllung und Unterfüllung auftreten. Bei jeder falschen Öffnungsweite des Drosselorgans 9 wird die Regelung die hohe Temperatur des Meß körpers auf den vorbestimmten Wert einstellen. Durch die Detek tierung des optimalen Betriebspunktes bei dem gerade keine Flüssigkeitströpfchen detektiert werden, wird festgelegt, wie groß das Meßsignal sein sollte. Falls sich dieses Meßsignal infolge einer zu geringen Öffnungsweite des Drosselorgans 9 über eine vorgesehene Grenze hinaus vergrößert, muß die Öffnungsweite neu eingestellt oder justiert werden, weil der Verdampfer dann nämlich nicht mehr ausreichend gefüllt ist. Wird beispielsweise der Körper bzw. Fühler 11/12 bei konstanter Spannung geheizt, so ist bei optimaler Einstellung die gemessene Temperaturdifferenz der beiden Fühler 12 (geheizt) und 13 (ungeheizt) mit 30.0 K bemessen. Sobald nun die gemessene Temperaturdifferenz größer wird als 30,0 K, so ist der Verdampfer nicht optimal gefüllt und die neue Justierung erforderlich. Die Neujustierung muß meist nicht bei jeder Überschreitung der Grenze von 30,0 K erfolgen. Oft wird eine Toleranzgrenze berücksichtigt werden können, sodaß beispielsweise erst bei Überschreitung von z. B. 32,0 K das System neu justiert werden muß. Die Toleranzgrenze ist vom jeweils verwendeten Kältesystem abhängig. Bei einer fehlerhaften Ein stellung des Drosselorgans auf eine zu kleine Öffnungsweite verringert sich nun die Menge des Sauggases in der Leitung 71. Das hat zur Folge, daß der Kältemittelmassenstrom zu klein wird.
Der Meßkörper 11 wird ununterbrochen mit konstanter Leistung, konstantem Strom oder konstanter Spannung auf eine vorbestimmte Temperatur aufgeheizt, beispielsweise auf eine 30 K über der Temperatur des von Flüssigkeitstropfen des Kältemittels freien, also trockenen Sauggases. Die jeweilig erreichte Temperatur des Meßkörpers 11 wird von dem mit dem Meßkörper 11 zu einer Einheit verbundenen Temperaturfühler 12 direkt gemessen und ggf. ange zeigt. Der weitere Temperaturfühler 13 mißt ständig die direkte Temperatur des Sauggases selbst. Auch diese Temperatur wird ggf. angezeigt. Die direkt gemessene Temperatur des Meßkörpers 11 oder die Differenz beider Temperaturen wird als Maß für die optimale Grund-Einstellung des Drosselorgans 9 benutzt. Für die Einstel lung der durch Beheizung des Meßkörpers 11 vorbestimmten Tempera tur dieses Meßkörpers wird der Zustand genutzt, bei dem gerade noch kein Abfall der Meßtemperatur durch den Einfluß von Flüssig keitstropfen des Kältemittels im Sauggas eintritt. Für diese Einstellung des Drosselorgans 9 auf den Arbeitspunkt höchster Güte wird also der Meßwert ermittelt, bei dem der Temperatur fühler 12 die minimale Temperatur des Meßkörpers 11 für alle möglichen Einstellungen des Drosselorgans 9 mißt, ohne dabei auf das sehr niedrige Temperaturniveau bei Präsenz von Flüssigkeits tropfen des Kältemittels abzufallen, und das Drosselorgan ent sprechend justiert. Bei dieser Einstellung wird dann ein maxima ler Kältemittelmassenstrom 4 in den Verdampfer 3 fließen und aus dem Verdampfer ein gerade flüssigkeitstropfenfreies Sauggas austreten. Sobald nun Flüssikkeitstropfen des Kältemittels im Sauggas auftreten und auf den Meßkörper 11 auftreffen, wird die Temperatur dieses Meßkörpers 11 durch die Verdampfungswärme der Flüssigkeitstropfen des Kältemittels so stark abgekühlt, daß die vorher gemessene Temperatur des Meßkörpers 11 oder die Temperatur differenz zum Bezugs-Meßergebnis des Temperaturfühlers 13 merk lich abfällt. Das bedeutet aber, daß das Drosselorgan 9, das Expansionsventil, zu weit geöffnet ist und der Kältemittelver dampfer 3 nicht den ganzen ihm zugeführten Kältemittelmassenstrom 4 verdampfen kann. In diesem Fall kann der Kompressor zusätzlich zum Sauggas auch noch flüssiges Kältemittel ansaugen und dadurch evtl. beschädigt werden. Das Meßergebnis wird daher so ausgewer tet, daß über eine Regelung die Öffnung des Drosselorgans soweit verkleinert wird, bis das Meßergebnis wieder den höheren, vorbe stimmten Wert ergibt. Wegen der unverzögerten Lieferung des Meßergebnisses wird eine unerwünschte Überfüllung des Verdampfers 3 sofort nach ihrem Auftreten rückgängig gemacht und im Effekt vermieden. Es kann also auch kein Pendeln zwischen Überfüllung und Unterfüllung auftreten. Bei jeder falschen Öffnungsweite des Drosselorgans 9 wird die Regelung die hohe Temperatur des Meß körpers auf den vorbestimmten Wert einstellen. Durch die Detek tierung des optimalen Betriebspunktes bei dem gerade keine Flüssigkeitströpfchen detektiert werden, wird festgelegt, wie groß das Meßsignal sein sollte. Falls sich dieses Meßsignal infolge einer zu geringen Öffnungsweite des Drosselorgans 9 über eine vorgesehene Grenze hinaus vergrößert, muß die Öffnungsweite neu eingestellt oder justiert werden, weil der Verdampfer dann nämlich nicht mehr ausreichend gefüllt ist. Wird beispielsweise der Körper bzw. Fühler 11/12 bei konstanter Spannung geheizt, so ist bei optimaler Einstellung die gemessene Temperaturdifferenz der beiden Fühler 12 (geheizt) und 13 (ungeheizt) mit 30.0 K bemessen. Sobald nun die gemessene Temperaturdifferenz größer wird als 30,0 K, so ist der Verdampfer nicht optimal gefüllt und die neue Justierung erforderlich. Die Neujustierung muß meist nicht bei jeder Überschreitung der Grenze von 30,0 K erfolgen. Oft wird eine Toleranzgrenze berücksichtigt werden können, sodaß beispielsweise erst bei Überschreitung von z. B. 32,0 K das System neu justiert werden muß. Die Toleranzgrenze ist vom jeweils verwendeten Kältesystem abhängig. Bei einer fehlerhaften Ein stellung des Drosselorgans auf eine zu kleine Öffnungsweite verringert sich nun die Menge des Sauggases in der Leitung 71. Das hat zur Folge, daß der Kältemittelmassenstrom zu klein wird.
Fig. 2 zeigt eine Abwandlung des in Fig. 1 dargestellten Aus
führungsbeispieles. Der zur Feststellung und Justierung der
Temperatur des trockenen Sauggases (oder Dampfes) dienende Tempe
raturfühler 13 ist hier entfallen. Die Messung der Bezugstempe
ratur des trockenen Sauggases geschieht wie folgt:
Der beheizbare Körper 11 wird zunächst nicht beheizt. In diesem
Zustand mißt der mit dem Meßkörper 11 zu einer Einheit verbundene
Temperaturfühler 12 die Temperatur des Sauggases. Das Ergebnis
kann gespeichert werden. Anschließend wird der Meßkörper 11 mit
konstanter Leistung (oder Spannung oder Strom) beheizt, bis er
die vorbestimmte und vom selben Temperaturfühler 12 ermittelte
Temperatur angibt oder anzeigt. Diese Temperatur liegt dann
beispielsweise bei 30 K über der zuvor gemessenen Temperatur des
Sauggases, solange das Sauggas frei von Flüssigkeitstropfen des
Kältemittels ist. Die Differenz zwischen den vom Temperaturfühler
12 gemessenen Temperaturen im geheizten und ungeheizten Zustand
wird dann als Maß für die Grundeinstellung des Drosselorgans 9
benutzt. Sobald nun infolge einer zu großen Öffnungsweite des
Drosselorgans 9 Flüssigkeitstropfen des Kältemittels in die
Leitung 71 gelangen und auf dem Meßkörper niederschlagen, wird
die gemessene Temperaturdifferenz von ihrem hohen Wert auf einen
niedrigeren Wert abfallen. Diese Änderung der Temperaturdifferenz
wird zur Nachregelung des Drosselorgans 9 auf den vorbestimmten,
optimalen Arbeitspunkt benutzt.
Fig. 3 zeigt eine Abwandlung der Einrichtungen nach den Fig. 1
und 2. Bei dieser abgewandelten Einrichtung wird ein Körper 11
verwendet, der mit einem einzigen Widerstand zur Aufheizung des
Körpers 11 und zur Messung der jeweils vorhandenen Temperatur
verwendet wird. Bei dieser Einrichtung wird folgendes Verfahren
verwendet:
Der auf dem Körper 11 befindliche Widerstand wird solange mit konstanter Leistung (oder konstanter Spannung oder konstantem Strom) aufgeheizt, bis die vorbestimmte, stationäre Temperatur erreicht ist, die für einen vorbestimmten Kältemittelmassenstrom z. B. 30 K über der Sauggas-Temperatur liegt, solange das Sauggas frei von Flüssigkeitstropfen des Kältemittels ist. Anschließend wird die Heizung gestoppt und mittels desselben Widerstandes die Temperatur des Körpers 11 gemessen. Durch Rückwärts-Extrapolation kann die Temperatur des Körpers 11 im aufgeheizten Zustand, dem Beharrungszustand der stationären Temperatur, ermittelt werden.
Der auf dem Körper 11 befindliche Widerstand wird solange mit konstanter Leistung (oder konstanter Spannung oder konstantem Strom) aufgeheizt, bis die vorbestimmte, stationäre Temperatur erreicht ist, die für einen vorbestimmten Kältemittelmassenstrom z. B. 30 K über der Sauggas-Temperatur liegt, solange das Sauggas frei von Flüssigkeitstropfen des Kältemittels ist. Anschließend wird die Heizung gestoppt und mittels desselben Widerstandes die Temperatur des Körpers 11 gemessen. Durch Rückwärts-Extrapolation kann die Temperatur des Körpers 11 im aufgeheizten Zustand, dem Beharrungszustand der stationären Temperatur, ermittelt werden.
Nach hinreichend langer Abschaltung der Heizung zeigt der als
Meßfühler genutzte Widerstand auf dem Körper 11 die Sauggas-
Temperatur an. Die Differenz dieser Sauggas Temperatur und der
Temperatur des aufgeheizten Körpers 11 wird auch hier als Maß für
die optimale Grundeinstellung des Drosselorgans benutzt. Das
Auftreffen von Flüssigkeitstropfen des Kältemittels auf den
wiederum aufgeheizten und zugleich zur Messung benutzten Wider
stand auf dem Körper 11 bewirkt eine Änderung der Temperaturdif
ferenz, die auch hier zur Änderung der Einstellung des Drossel
organs genutzt wird.
In Fig. 4 ist eine Meßanordnung mit einem beheizbaren und mit
Meßwiderstand 12 ausgestattem Körper 11 und einem nur der Messung
dienenden Meßwiderstand 13 dargestellt, die beide zugleich als
Meßfühler ausgenutzt werden. Der Körper 11 und der Meßfühler 13
sind in der Leitung 71 so angeordnet, daß sie vom Sauggas um
strömt werden. Der Körper 11 ist z. B. dem Kompressor zugewandt,
der Meßfühler 13 dem Verdampfer. Beide können aber auch parallel
oder übereinander angeordnet sein. Der Meßfühler 13 ist so ange
ordnet, daß er von der Heizung des Körpers 11 nicht beeinflußt
wird. Die Anordnung nach Fig. 4 ist in einer Brückenschaltung
einsetzbar, die in Fig. 5 dargestellt ist.
Fig. 5 zeigt eine Brückenschaltung mit den Meßwiderständen 12 und
13 in je einem zwischen eine Betriebsschaltung und Masse einge
schalteten, jeweils mindestens einen weiteren Widerstand 14, 15
enthaltenden Brückenzweig. Die Verbindungspunkte 16, 17 der
Meßwiderstände 12 und 13 mit den zugehörigen beiden Widerständen
14, 15 sind mit den Eingängen eines Operationsvertärkers 18
verbunden. Der Heizstrom durch den Widerstand 12 wird so gere
gelt, daß die Temperatur zwischen den Meßwiderständen 12, 13 bei
allen Betriebsbedingungen konstant, z. B. 30 K über der Sauggas-
Temparatur, gehalten wird. Wenn bei der soweit beschriebenen
Schaltung die Heizleistung in der Brücke ansteigt, weil der
Widerstand 12 infolge Absinkens der Temperatur des Körpers 11
seinen Wert verringert, dann verschiebt sich das Brückengleich
gewicht und über den Verstärker 18 wird das Drosselorgan 9 nach
geregelt.
Von den in der Brückenschaltung dargestellten Widerstanden ist
nur der Meßwiderstand 12 heizbar. Der mit dem Meßwiderstand 13 in
Reihe geschaltete Widerstand 19 dient der Justierung auf die
gewünschte Temperaturdifferenz von z. B. 30 K.
Fig. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Körpers 11 mit
zwei darauf angeordneten Meßwiderständen 12 und 13. Der Körper 11
weist einen O-Ring 20 auf, mit dem er dicht in die Leitung 71
einsetzbar ist. Dabei ragt der Körper 11 mit den Meßwiderständen
in den Innenraum hinein und wird dort vom Sauggas umspült. Die
Sauggastemperatur kann mittels des dargestellten in der Leitung
71 angeordneten Fühlers 13 gemessen werden. Dieser Fühler 13 kann
auch außen auf der Sauggasleitung angebracht werden, muß also
nicht vom Sauggas umspült werden. Der Fühler 13 muß dabei einen
guten Wärmekontakt mit der Sauggasleitung 71 haben und gut wärme
isoliert sein, um Einflüsse von der Umgebung auf das Meßergebnis
zu vermeiden. Als konstante Heizwerte (Leistung, Spannung oder
Strom) sind auch solche Werte anzusehen, die solche Werte nur
kurzzeitig, also mit Unterbrechungen bewirken. Für die Steuerung
des Drosselorgans ist jede bekannte Einrichtung verwendbar, auch
solche mit elektrothermischen Stellantrieben, z. B. Druckdosen mit
leicht verdampfbaren Flüssigkeiten, die durch elektrische Heizung
mit den Regelgrößen verstellbar sind.
Das soweit beschriebene Verfahren ermöglicht auch eine neuartige
meßtechnische Erfassung der wesentlichen Daten der Anlage. Bei
korrekt dimensionierter Kältemaschine, insbesondere ihres Dros
selorgans oder Expansionsventils, und bei Füllung der Kältemaschine
mit der richtigen Kältemittelmenge kann eine Anzeige des
Meßergebnisses für jeden Betriebszustand der Kältemittelanlage
zur optimalen Füllung genutzt werden. Meßtechnisch bedeutet das,
daß es immer einen Öffenungsgrad für das Drosselorgan geben muß,
bei dem Flüssigkeitstropfen mit dem beschriebenen Sensor beob
achtet oder detektiert werden können. Kann das Drosselorgan
nicht mehr so eingestellt oder gesteuert werden, daß Flüssig
keitstropfen detektiert werden, dann muß eine Störung vorliegen,
die beispielsweise von der Elektronik oder einem Mikrorechner
ermittelt und angezeigt werden kann. Eine wichtige Ursache für
eine solche Störung wäre ein Kältemittelverlust. Feuchtigkeit,
Schmutz und Wachs wären weitere Ursachen. Sei korrekt eingestell
tem Drosselorgan (gerade keine Flüssigkeitstropfen im Sauggas)
kann der beschriebene Sensor zur Messung des Kältemittelstroms
geeicht werden. Mit gemessenem Kältemittelmassenstrom und zu
sätzlich gemessener Kondensationstemperatur sowie bei Kenntnis
von Sauggastemperatur und der Entalpiewerte des Kältemittels kann
auch die Kälteleistung des Verdampfers bestimmt werden.
Claims (22)
1. Verfahren zur Regelung der Öffnungsweite eines steuerbaren
Drosselorgans (9) für die Zufuhr eines im wesentlichen
flüssigen Kältemittelmassenstromes (4) zu einem Kältemittel
verdampfer (3) im geschlossenen Kreis einer Kältemaschine,
der den Kältemittelmassenstrom zu einem im wesentlichen
trockenen Sauggas verdampft, wobei durch Temperaturmessungen
in oder an der Sauggasleitung (71) Regelgrößen für die
Steuerung des Drosselorgans (9) gewonnen und verwendet
werden, dadurch gekennzeichnet, daß in die Sauggasleitung
(71) ein beheizbarer Körper (11) so eingesetzt wird, daß er
gegenüber benachbarten Bauteilen der Kälteeinrichtung wärme
isoliert ist, daß der Körper (11) vom Sauggas umspült wird,
daß der Körper (11) auf eine Temperatur oberhalb der Tempe
ratur des trockenen, keine Flüssigkeitstropfen des Kälte
mittels aufweisenden Sauggases aufgeheizt wird und daß das
Auftreffen von Flüssigkeitstropfen des Kältemittels auf den
Körper durch Messung der Änderung seiner Temperatur detek
tiert und das Meßergebnis für die Regelgröße genutzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Meßergebnis in Relation zu einem kontinuierlich, zeitweilig
oder gespeichert vorliegenden Meßergebnis der Temperatur des
trockenen Sauggases gesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßergebnisse in einem Mikrorechner verarbeitet
werden, der zugleich mit Betriebswerten der Kältemaschine
programmiert ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß der beheizbare Körper (11) mit konstanten
elektrischen Werten, nämlich konstanter Leistung, konstanter
Spannung oder konstantem Strom beheizt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß aus den Meßwerten der Temperaturen des beheiz
baren Körpers (11) und des trockenen Sauggases Differenz
werte gebildet werden, daß die Energiezufuhr zum beheizbaren
Körper (11) in Abhängigkeit von den Meßergebnissen so ver
änderbar ist, daß der vorbestimmte Differenzwert unter allen
Strömungsbedingungen des Sauggases im wesentlichen konstant
gehalten wird, und daß der Wert der dem beheizbaren Körper
(11) zugeführten Energie oder damit proportionaler Elek
trischer Größen direkt oder indirekt als Regelgröße für die
Steuerung der Öffnungsweite des Drosselorgans (9) verwendet
wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Temperatur des beheizbaren Körpers (11)
eine vorbestimmte Temperaturdifferenz höher bemessen wird
als die Temperatur des trockenen Sauggases.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß beide
Temperaturen zugleich oder sequentiell mit einem oder mit
zwei Meßfühlern (12, 13) gemessen werden.
8. Kältemaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1-7 mit einem geschlossenen Kreis für das Kälte
mittel, der einen Kompressor (6) für die Verdichtung des
Kältemittels in einem Kondensor (5) zu einem Kältemittel
massenstrom hohen Drucks, ein Drosselorgan (9) zur Anpassung
und Zuführung des Kältemittelmassenstroms herabgesetzten
Druckes zu einem Kältemittelverdampfer (3) und eine Leitung
(71) zwischen dem Ausgang (7) des Kältemittelverdampfers (3)
und dem Kompressor (6) zum Ansaugen des verdampften Kälte
mittelmassenstromes (Sauggas) durch den Kompressor (6)
enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der beheizte Körper
(11) so in die Leitung (71) eingesetzt ist, daß er vom
Sauggas umspült wird und evtl. im Sauggas enthaltene Flüssig
keitstropfen des Kältemittels auf den Körper (11) auftref
fen, und daß der Körper (11) zugleich Träger eines Tempera
turfühlers (12) für die Messung der Temperatur des Körpers
(11) ist.
9. Kältemaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
auf dem Körper (11) ein Heizwiderstand befestigt ist, der
mit einer außerhalb der Leitung (71) angeordneten Heiz
leistungsquelle verbunden ist.
10. Kältemaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
der Heizwiderstand (12) mit einer solchen elektrischen
Heizung betrieben wird, daß eine für die elektrische Heizung
maßgebliche Größe (Leistung, Spannung oder Strom) im wesent
lichen konstant ist.
11. Kältemaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
der Heizwiderstand (12) mit einer in Abhängigkeit von der
gemessenen Temperatur regelbaren Heizleistung zur Aufrecht
erhaltung einer vorbestimmten Temperaturdifferenz zwischen
Sauggastemperatur und Körpertemperatur betrieben wird.
12. Kältemaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch
gekennzeichnet daß die Größe der dem Körper 11 zugeführten
Heizleistung von einer Brückenschaltung geregelt wird, die
in zwei parallelen Brückenzweigen je einen in seiner Größe
von den Temperaturmeßwerten des Körpers (11) und des Saug
gases veränderbaren Widerstand enthält und bei der eine
Brückendiagonale zwischen zwei verschiedene Betriebsspannun
gen und die andere Brückendiagonale mit dem Eingang eines
Verstärkers verbunden ist.
13. Kältemaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß die Sauggastemperatur mit einem vom
Körper (11) in seiner Temperatur nicht direkt beinflußbaren
Temperaturfühler (13) gemessen wird.
14. Kältemaschine nach einem der Ansprüche 8-13, dadurch
gekennzeichnet, daß die Heizung des Körpers (11) für die
Messung der Temperatur des Körpers (11) kurzzeitig unter
brechbar ist.
15. Kältemaschine nach einem der Ansprüche 8-14, dadurch
gekennzeichnet, daß der Meßfühler (12, 13) ein Meßwiderstand
ist.
16. Kältemaschine nach einem der Ansprüche 8-15, dadurch
gekennzeichnet, daß der beheizbare Körper (11) durch einen
Widerstand aufgeheizt wird, der zugleich Meßfühler (12) ist,
daß die Aufheizzeit des Heizwiderstandes einstellbar ist,
daß der Heizwiderstand von Heizung auf Messung umschaltbar
ist, und daß die Meßwerte der Meßfühler (12, 13) und die
zugehörigen Meßzeiten einem Rechner zur Ermittlung der
Regelgröße zuführbar sind.
17. Kältemaschine nach einem der Ansprüche 8-16, dadurch gekenn
zeichnet, daß der die Sauggastemperatur messende Fühler (13)
auf der Außenseite der Sauggasleitung (71) angebracht ist.
18. Kältemaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Anzeigevorrichtung für die Detek
tion von Flüssigkeitstropfen im Sauggas vorgesehen ist.
19. Kältemaschine nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß
bei nicht mehr optimierbarer Einstellung des Drosselorgans
eine Störung angezeigt wird.
20. Kältemaschine nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeich
net, daß die Anzeigemittel auf die Messung des Kältemittel
massenstromes geeicht sind.
21. Kältemaschine nach einem der Ansprüche 18-20, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Mikrorechner vorgesehen ist, der aus
den Meßdaten und aus ggf. vorprogrammierten Werten wie den
Entalpiewerten des Kältemittels die Einstellungen und/oder
Anzeigen bewirkt.
22. Kältemaschine nach einem der Ansprüche 8-14, dadurch
gekennzeichnet, daß der Meßfühler (12, 13) Thermoelemente,
Thermistoren oder dergl. enthalten.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3934801A DE3934801A1 (de) | 1989-10-19 | 1989-10-19 | Verfahren und einrichtung zur regelung eines ventils fuer einen kaeltemittelverdampfer |
DE8915988U DE8915988U1 (de) | 1989-10-19 | 1989-10-19 | Einrichtung zur Regelung eines Ventils für einen Kältemittelverdampfer |
DE4006040A DE4006040A1 (de) | 1989-10-19 | 1990-02-26 | Kaelteanlage und verfahren zur kontrolle und regelung der funktion einer kaelteanlage |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE3934801A DE3934801A1 (de) | 1989-10-19 | 1989-10-19 | Verfahren und einrichtung zur regelung eines ventils fuer einen kaeltemittelverdampfer |
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Publication Number | Publication Date |
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DE3934801A1 true DE3934801A1 (de) | 1991-04-25 |
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ID=6391734
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE3934801A Ceased DE3934801A1 (de) | 1989-10-19 | 1989-10-19 | Verfahren und einrichtung zur regelung eines ventils fuer einen kaeltemittelverdampfer |
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Country | Link |
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