DE4100749A1 - Regeleinrichtung fuer eine kuehlanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für eine Kühlanlage, die einen Kompressor, einen Kondensator und wenigstens zwei Verdampfer aufweist, mit steuerbaren Einspritzventilen auf der Eingangsseite der Verdampfer und mit einem Regler für die Überhitzungstemperatur der Verdampfer, bei dem der Überhitzungstemperatur-Soll­ wert der Verdampfer in Abhängigkeit von einer physikali­ schen Größe der Kühlanlage selbsttätig einstellbar ist.

Bei einer bekannten Regeleinrichtung dieser Art (DE 33 29 661 A1) ist jedem Verdampfer ein eigener Regel­ kreis zur Regelung einer Überhitzungstemperatur zuge­ ordnet, wobei bei wenigstens einem Verdampfer als Maß für die Überhitzungstemperatur die Differenz zwischen Ein- und Ausgangstemperatur des Verdampfers gemessen wird. Bei niedriger Kältebelastung, beispielsweise nur 10% der Nennleistung oder weniger, sind die Temperatur­ differenzen an den Verdampfern jedoch sehr gering, ins­ besondere wenn die gesamte Kühlleistung durch Saugdruck- oder Leistungsregelung des Kompressors eingestellt wer­ den kann. Derart kleine Temperaturdifferenzen stellen hohe Anforderungen an die Genauigkeit der Einspritzrege­ lung, insbesondere wenn mit großen Kältemittelfüllungen in der Kühlanlage gearbeitet wird. So besteht bei ge­ ringer Belastung die Gefahr, daß ein Verdampfer die gesamte Kühlleistung übernimmt und der oder die anderen Verdampfer außer Betrieb sind. Die Folge davon ist eine ungleichmäßige Temperaturverteilung in einem Raum, der durch die Verdampfer gekühlt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regel­ einrichtung der gattungsgemäßen Art anzugeben, die bei geringer Kältelast eine weitgehend gleichmäßige Tempera­ turverteilung in dem gekühlten Raum sicherstellt.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jeder Verdampfer jeweils in einem eigenen einem zu küh­ lenden Raum zugeführten Luftstrom und in jedem Luftstrom stromunterhalb jedes Verdampfers jeweils ein Lufttempera­ turfühler angeordnet ist, und daß durch den Regler die Überhitzungstemperatur-Sollwerte der Verdampfer in Abhän­ gigkeit von den Meßsignalen der Lufttemperaturfühler so einstellbar sind, daß die Kühlleistung aller Verdamp­ fer weitgehend gleich bleibt.

Eine gleichmäßige Verteilung der Verdampfer in dem zu kühlenden Raum vorausgesetzt, wird sich auf diese Weise im Beharrungszustand der Temperaturregelung eine weit­ gehend gleichmäßige Temperaturverteilung einstellen.

Im einzelnen kann dies dadurch erreicht werden, daß der Überhitzungstemperatur-Sollwert für einen Verdampfer herabsetzbar ist, wenn die von dem ihm zugeordneten Lufttemperaturfühler gemessene Lufttemperatur höher als bei dem oder den anderen ist. Hierbei wird das Ein­ spritzventil des betreffenden Verdampfers gezwungen zu öffnen, so daß alle Verdampfer in Betrieb gehalten werden.

Sodann kann dafür gesorgt sein, daß der Überhitzungs­ temperatur-Sollwert für den oder die wärmsten Verdamp­ fer herab- und für den oder die kältesten Verdampfer heraufsetzbar ist, und zwar unter Einhaltung einer Min­ deststabilität der Meßsignale der Überhitzungstempera­ tur. Hierbei ergibt sich eine Anpassung der Kältemittel­ temperatur an die Verdampfungstemperatur, so daß sich die Kältemitteltemperaturen dem gleichen Wert nähern und eine gleichmäßigere Temperaturverteilung erreicht wird.

Ferner ist es günstig, wenn in dem zu kühlenden Raum ein Raumtemperaturfühler angeordnet ist, in Abhängigkeit von dessen Meßsignal die Kühlleistung der Kühlanlage durch den Regler dem Bedarf anpaßbar ist. Dies ermög­ licht eine bessere Regelung der Überhitzungstemperatur der Verdampfer, da Belastungsschwankungen nunmehr nicht allein durch die Einspritzregelung ausgeglichen werden müssen.

Der Unterschied zwischen der Raumtemperatur und der für den Kühlraum gewünschten Temperatur stellt ein Maß für den Kältebedarf dar. Wenn der Kompressor weniger Kältemittel pumpt, steigt der Verdampfungsdruck, und die Kühlleistung sinkt.

Vorzugsweise setzt daher die Einstellung der Überhit­ zungstemperatur-Sollwerte frühestens dann ein, wenn eine Herabsetzung der Kühlleistung der Kälteanlage be­ ginnt. Da der Fall, daß ein oder mehrere Verdampfer außer Betrieb sind, nur bei Teillast auftritt, kann hierbei die Kühlleistungsregelung als Indikator für das Auftreten von Teillast zur Auslösung der erfindungs­ gemäßen Anpassung der Überhitzungs-Sollwerte verwendet werden, so daß diese erst dann einsetzt, wenn eine Herab­ setzung der Kühlleistung der Kühlanlage beginnt. Durch diese Überhitzung der normalen Überhitzungsregelung wird eine Begrenzung der Kühlleistung der Kälteanlage während einer Abkühlphase nach Inbetriebsetzung, bei der mit maximaler Kühlleistung gearbeitet wird, vermie­ den.

Im einzelnen kann zur Anpassung der Kühlleistung der Kühlanlage an den Bedarf die Leistung des Kompressors in Abhängigkeit von der Raumtemperatur einstellbar sein.

Alternativ kann die Kühlleistung durch eine Regelung des Verdampferdrucks einstellbar sein, z. B. dadurch, daß in der Saugleitung des Kompressors ein druckabhängig gesteuertes Ventil angeordnet ist.

In einfacher Weise kann die Kühlleistung durch Flächen­ steuerung des wirksamen Teils der Verdampfer durch Über­ steuerung der normalen Überhitzungsregelung durch direkte Modulierung der Einspritzventile erreicht werden, wobei die gleichmäßige Regelung der Verdampfer durch die Luft­ temperaturfühler überwacht wird.

Sodann kann die Regelung der Kühlleistung durch Auf/Zu- Steuerung der beiden Einspritzventile erfolgen, wobei das Tastverhältnis der Leistung entspricht und die Über­ hitzung durch Modulation des wirksamen Impulsteils gere­ gelt wird.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachste­ hend anhand der Zeichnung bevorzugter Ausführungsbei­ spiele näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Kälteanlage mit einer erfindungsgemäßen Regeleinrichtung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Kälteanlage mit einer abgewandelten erfindungsgemäßen Regel­ einrichtung und

Fig. 3 die Kühlleistungs/Überhitzungstemperatur-Grenz­ kurve für das kleinste stabile Überhitzungstempe­ ratur-Meßsignal, wobei ein links von der Grenze liegendes Signal instabil (schwankend) und ein rechts davon liegendes Signal stabil ist.

Die Kühlanlage nach Fig. 1 enthält einen Kühlkreislauf mit einem Kompressor 1, einem diesem nachgeschalteten, durch ein Gebläse gekühlten Kondensator 2, einem dem Kondensator 2 nachgeschalteten Sammler 3 und zwei sich an den Sammler 3 anschließenden parallelen Zweigen, die jeweils ein elektronisch gesteuertes Einspritzventil 4 (auch Expansionsventil genannt) und einen Verdampfer 5 in Reihe enthalten. Ausgangsseitig sind die Verdampfer S mit der Saugleitung 6 des Kompressors 1 verbunden.

Ferner enthält die Kühlanlage eine Regeleinrichtung mit einem Regler 7, auf der Eingangsseite der Verdampfer 5 angeordneten elektronischen Temperaturfühlern 8, auf der Ausgangsseite der Verdampfer 5 angeordneten elek­ tronischen Temperaturfühlern 9, jeweils in einem Luft­ strom eines von zwei jeweils einem der Verdampfer 5 zugeordneten Gebläsen 10 stromunterhalb der Verdampfer 5 angeordneten elektronischen Lufttemperaturfühlern 11, einem Raumtemperaturfühler 12 und Stellgliedern 13 für die Einspritzventile 4. Bei dem Regler 7 handelt es sich um einen Mikroprozessor mit entsprechenden Analog/- Digital- bzw. Digital/Analog-Umsetzern für die Meß- bzw. Stellsignale und einem programmierbaren Sollwert­ speicher.

Die Verdampfer 5 sind in einem zu kühlenden Raum 14 gleichmäßig verteilt angeordnet.

Die Temperaturfühler 8 und 9 messen die Ein- und Aus­ gangstemperatur der Verdampfer 5 und führen die Meßsig­ nale dem Regler 7 zu. Der Regler 7 bildet die Differenz der Meßsignale der Ein- und Ausgangstemperaturen der Verdampfer 5 zur Ermittlung der jeweiligen Istwerte der Überhitzungstemperatur jedes Verdampfers 5. Sodann vergleicht der Regler 7 (mittels eines internen Verglei­ chers) die jeweilige Differenz bzw. Überhitzungstempera­ tur mit einem Überhitzungstemperatur-Sollwert und stellt die Einspritzventile 4 über die Stellglieder 13 in Abhän­ gigkeit von einer der ermittelten Differenz entsprechen­ den Regelabweichung im Sinne einer Reduzierung der Regel­ abweichung nach. Außerdem verändert der Regler 7 den Überhitzungstemperatur-Sollwert selbsttätig in Abhängig­ keit von der Höhe und Änderungsgeschwindigkeit des Ist­ wertes der Überhitzungstemperatur der Verdampfer 5 der­ art, daß sowohl Schwingungen als auch Überschwingungen der Überhitzungstemperatur unter den Sollwert hinaus weitgehend vermieden werden. Auf diese Weise sorgt der Regler 7 selbsttätig für eine optimale Regelgüte, ins­ besondere dafür, daß örtliche Schwankungen des Endpunkts der Verdampfung des Kältemittels in den Verdampfern 5 (d. h. örtliche Schwankungen der Lage der Grenze zwi­ schen flüssigem und gasförmigem Kältemittel) weitgehend vermieden und innerhalb der Verdampfer 5 bleiben.

Die Meßsignale der Lufttemperaturfühler 11 werden eben­ falls dem Regler 7 zugeführt und darin verglichen. Wenn die von dem einen Lufttemperaturfühler 11 gemessene Temperatur und damit die Temperatur des einen Verdamp­ fers 5 höher als die von dem anderen Lufttemperaturfüh­ ler 11 gemessene Temperatur bzw. die Temperatur des anderen Verdampfers ist und die Überhitzungstemperatur des einen Verdampfers 5 die Mindeststabilität nicht überschritten hat, wird der Überhitzungstemperatur-Soll­ wert für den einen Verdampfer im Regler 7 selbsttätig herabgesetzt, während der Überhitzungstemperatur-Soll­ wert für den anderen Verdampfer 5 selbsttätig heraufge­ setzt wird. Auf diese Weise wird die Kältebelastung der Verdampfer 5 gleichmäßig auf die Verdampfer 5 ver­ teilt und verhindert, daß einer der Verdampfer 5 in solchen Belastungsbereichen, in denen die Kältebelastung durch den Raum 14 von einem Verdampfer 5 allein über­ nommen werden könnte, außer Betrieb gesetzt wird und sich eine ungleichmäßige Temperaturverteilung im Raum 14 einstellt.

Das Meßsignal des Raumtemperaturfühlers 12 wird eben­ falls dem Regler 7 zugeführt, der in Abhängigkeit von diesem die Kühlleistung der Kühlanlage dem augenblick­ lichen Bedarf anpaßt, indem er über eine Steuerleitung 15 die Leistung des Kompressors 1 entsprechend einstellt, z. B. bei einem aus mehreren Stufen (parallel arbeitenden Kompressoren) bestehenden Kompressor 1 die passende Anzahl der Stufen auswählt, oder die Drehzahl des Kom­ pressors 1 entsprechend verstellt.

Fig. 2 zeigt eine Abwandlung der Kühlanlage nach Fig. 1. Bei dieser Abwandlung ist anstelle der eingangsseitigen Temperaturfühler 8 nach Fig. 1 an der den Verdampfern 5 gemeinsamen Saugleitung 16 ein Druckfühler 17 angeord­ net, dessen Meßsignal ebenfalls dem Regler 7 zugeführt wird. Darüber hinaus wird die Überhitzungstemperatur-Re­ gelung in Abhängigkeit von den Meßsignalen der Tempera­ turfühler 9 und des Druckfühlers 17 bewirkt. In Abhängig­ keit von dem Raumtemperaturfühler 12 bewirkt der Regler 7 eine Verdampferdruckregelung über ein Stellglied 18 und ein von diesem gesteuertes Stellventil 19 in der Saugdruckleitung 6 des Kompressors 1 im Sinne einer Anpassung der Kühlleistung der Kühlanlage an die Bela­ stung, wobei es sich bei dem Stellventil 19 um ein tast­ verhältnisgesteuertes Schaltventil handelt.

Andere Abwandlungen sind ebenfalls möglich. So können mehr als zwei Verdampfer 5 vorgesehen sein, bei denen die Überhitzungstemperatur und die Kühlleistung ebenso wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 oder 2 gere­ gelt bzw. einander angeglichen werden. Ferner kann statt zweier Gebläse 10 nur ein Gebläse vorgesehen sein, dessen Luftstrom unter Verzweigung auf die Verdampfer 5 aufge­ teilt wird. Sodann können statt der Anordnung der Ver­ dampfer 5 in dem zugehörigen Raum 14 nur die über die Verdampfer 5 geleiteten Luftströme in den Raum 14 gelei­ tet werden.

Claims (10)

1. Regeleinrichtung für eine Kühlanlage, die einen Kom­ pressor (1), einen Kondensator (2) und wenigstens zwei Verdampfer (5) aufweist, mit steuerbaren Ein­ spritzventilen (4) auf der Eingangsseite der Verdamp­ fer (5) und mit einem Regler (7) für die Überhitzungs­ temperatur der Verdampfer (5), bei dem der Überhit­ zungstemperatur-Sollwert der Verdampfer (5) in Ab­ hängigkeit von einer physikalischen Größe der Kühl­ anlage selbsttätig einstellbar ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder Verdampfer (5) jeweils in einem eigenen einem zu kühlenden Raum (14) zugeführten Luftstrom und in jedem Luftstrom stromunterhalb jedes Verdampfers (5) jeweils ein Lufttemperaturfühler (11) angeordnet ist, dessen Meßsignal dem Regler (7) zuführbar ist, und daß durch den Regler (7) die Überhitzungstemperatur-Sollwerte der Verdampfer (5) in Abhängigkeit von den Meßsignalen der Lufttempera­ turfühler (11) so einstellbar sind, daß die Kühllei­ stung aller Verdampfer (5) weitgehend gleich bleibt.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Überhitzungstemperatur-Sollwert für einen Verdampfer (5) herabsetzbar ist, wenn die von dem ihm zugeordneten Lufttemperaturfühler (11) ge­ messene Lufttemperatur höher als bei dem oder den anderen ist.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Überhitzungstemperatur-Soll­ wert für den oder die wärmsten Verdampfer (5) herab- und für den oder die kältesten Verdampfer (5) herauf­ setzbar ist, und zwar unter Einhaltung einer Mindest­ stabilität der Meßsignale der Überhitzungstemperatur.

4. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zu kühlenden Raum (14) ein Raumtemperaturfühler (12) angeordnet ist, in Abhängigkeit von dessen Meßsignal die Kühlleistung der Kühlanlage durch den Regler (7) dem Bedarf anpaß­ bar ist.

5. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Über­ hitzungstemperatur-Sollwerte frühestens dann einsetzt, wenn eine Herabsetzung der Kühlleistung beginnt.

6. Regeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Anpassung der Kühlleistung der Kühlan­ lage an den Bedarf die Leistung des Kompressors (1) in Abhängigkeit von der Raumtemperatur einstellbar ist.

7. Regeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kühlleistung durch eine Regelung des Verdampferdrucks einstellbar ist.

8. Regeleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß in der Saugleitung (6) des Kompressors ein druckabhängig gesteuertes Ventil (19) angeordnet ist.

9. Regeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kühlleistung durch Flächensteuerung der Verdampfer durch Übersteuerung der normalen Über­ hitzungsregelung durch direkte Modulierung der Ein­ spritzventile bewirkt wird, wobei die gleichmäßige Regelung der Verdampfer (5) durch die Lufttemperatur­ fühler (11) überwacht wird.

10. Regeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Regelung der Kühlleistung durch Auf/Zu-Steuerung der Einspritzventile (4) erfolgt, wobei das Tastverhältnis der Leistung entspricht und die Überhitzung durch Modulation des wirksamen Impulsteils geregelt wird.