DE4100749C2 - - Google Patents

Description

Es ist 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 Reg­ ler für die Überhitzungstemperatur der Verdampfer be­ kannt (DE 33 29 661 A1).

Bei dieser bekannten Regeleinrichtung ist jedem Ver­ dampfer ein eigener Regelkreis zur Regelung einer Über­ hitzungstemperatur zugeordnet, wobei bei wenigstens einem Verdampfer als Maß für die Überhitzungstemperatur die Differenz zwischen Ein- und Ausgangstemperatur des Verdampfers gemessen wird. Bei niedriger Kältebe­ lastung, beispielsweise nur 10% der Nennleistung oder weniger, sind die Temperaturdifferenzen an den Verdamp­ fern jedoch sehr gering, insbesondere wenn die gesamte Kühlleistung durch Saugdruck- oder Leistungsregelung des Kompressors eingestellt werden kann. Derart kleine Temperaturdifferenzen stellen hohe Anforderungen an die Genauigkeit der Einspritzregelung, insbesondere wenn mit großen Kältemittelfüllungen in der Kühlanlage ge­ arbeitet wird. So besteht bei geringer 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 Ver­ dampfer gekühlt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regel­ einrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die bei geringer Kältelast eine weitgehend gleichmäßige Belastung der Verdampfer sicherstellt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung für eine Kühlanlage, die einen Kom­ pressor, einen Kondensator und wenigstens zwei Verdamp­ fer aufweist und mit steuerbaren Einspritzventilen auf der Eingangsseite der Verdampfer und mit einem Regler für die Überhitzungstemperatur der Verdampfer versehen ist, jedem Verdampfer jeweils in einem eigenen einem zu kühlenden Raum zugeführten Luftstrom und in jedem Luft­ strom stromunterhalb jedes Verdampfers jeweils ein Lufttemperaturfühler zugeordnet, dessen Meßsignal dem Regler zuführbar ist, wobei durch den Regler die Über­ hitzungstemperatur-Sollwerte der Verdampfer in Abhän­ gigkeit von den Meßsignalen der Lufttemperaturfühler selbsttätig so einstellbar sind, daß die Kühltemperatur aller Verdampfer untereinander 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 Verdampfer(n) ist. Hierbei wird das Einspritzventil 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 kältesten Verdamp­ fer herauf- und für den oder die wärmsten Verdampfer herabsetzbar ist. Hierbei ergibt sich eine Anpassung der Kältemitteltemperatur an die Verdampfungstempera­ tur, so daß sich die Kältemitteltemperaturen dem gleichen Wert nähern und eine gleichmäßigere Tempera­ turverteilung erreicht wird.

Ferner ist es günstig, wenn in dem zu kühlenden Raum ein Raumtemperaturfühler angeordnet ist, in Abhängig­ keit von dessen Meßsignal die Kühlleistung der Kühlan­ lage durch den Regler dem Bedarf anpaßbar ist. Dies ermöglicht eine bessere Regelung der Überhitzungstempe­ ratur 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 Kälte­ mittel 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 erfindungsge­ mäßen Anpassung der Überhitzungs-Sollwerte verwendet werden, so daß diese erst dann einsetzt, wenn eine Her­ absetzung der Kühlleistung der Kühlanlage beginnt. Durch diese Übersteuerung der normalen Überhitzungsre­ gelung wird eine Begrenzung der Kühlleistung der Kälte­ anlage während einer Abkühlphase nach Inbetriebsetzung, bei der mit maximaler Kühlleistung gearbeitet wird, vermieden.

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 druckabhän­ gig gesteuertes Ventil angeordnet ist.

Desgleichen kann zur Anpassung der Kühlleistung der Kühlanlage an die Belastung der Verdampferdruck über ein in der Saugleitung des Kompressors angeordnetes, in Abhängigkeit von der Raumtemperatur gesteuertes Ventil regelbar sein.

In einfacher Weise können hierbei die wirksamen Flächen der Verdampfer, unter Übersteuerung der normalen durch den Regler bewirkten Überhitzungsregelung, durch die Ansteuerung der Einspritzventile einstellbar sein.

Sodann kann die Regelung der Kühlleistung durch Auf/- Zu-Steuerung der beiden Einspritzventile erfolgen, wo­ bei das Tastverhältnis der Leistung entspricht und die Überhitzung durch Modulation der Öffnungsdauer geregelt 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 5 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 zu­ geordneten 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 Ana­ log/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- bzw. Aus­ gangstemperatur der Verdampfer 5 und führen die Meßsi­ gnale dem Regler 7 zu. Der Regler 7 bildet die Diffe­ renz 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 Ver­ gleichers) die jeweilige Differenz bzw. Überhitzungs­ temperatur mit einem Überhitzungstemperatur-Sollwert und stellt die Einspritzventile 4 über die Stellglieder 13 in Abhängigkeit von einer der ermittelten Differenz entsprechenden Regelabweichung im Sinne einer Reduzie­ rung der Regelabweichung nach. Außerdem verändert der Regler 7 den Überhitzungstemperatur-Sollwert selbsttä­ tig in Abhängigkeit von der Höhe und Änderungsgeschwin­ digkeit des Istwertes der Überhitzungstemperatur der Verdampfer 5 derart, 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, insbesondere dafür, daß örtliche Schwankun­ gen des Endpunkts der Verdampfung des Kältemittels in den Verdampfern 5 (d. h. örtliche Schwankungen der Lage der Grenze zwischen flüssigem und gasförmigem Kältemit­ tel) weitgehend vermieden werden und innerhalb der Ver­ dampfer 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- Sollwert für den einen Verdampfer im Regler 7 selbst­ tätig herabgesetzt, während der Überhitzungstempera­ tur-Sollwert für den anderen Verdampfer 5 selbsttätig heraufgesetzt wird. Auf diese Weise wird die Kältebela­ stung der Verdampfer 5 gleichmäßig auf die Verdampfer 5 verteilt und verhindert, daß einer der Verdampfer 5 in solchen Belastungsbereichen, in denen die Kältebe­ lastung durch den Raum 14 von einem Verdampfer 5 allein übernommen 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 ein­ stellt, z. B. bei einem aus mehreren Stufen (parallel arbeitenden Kompressoren) bestehenden Kompressor 1 die passende Anzahl der Stufen auswählt, oder die Drehzahl des Kompressors 1 entsprechend verstellt.

Fig. 2 zeigt eine Abwandlung der Kühlanlage nach Fig. 1. Bei dieser Abwandlung ist anstelle der eingangssei­ tigen Temperaturfühler 8 nach Fig. 1 an der den Ver­ dampfern 5 gemeinsamen Saugleitung 16 ein Druckfühler 17 angeordnet, dessen Meßsignal ebenfalls dem Regler 7 zugeführt wird. Darüber hinaus wird die Überhitzungs­ temperatur-Regelung in Abhängigkeit von den Meßsignalen der Temperaturfühler 9 und des Druckfühlers 17 bewirkt.

In Abhängigkeit von dem Raumtemperaturfühler 12 bewirkt der Regler 7 eine Verdampferdruckregelung über ein Stellglied 18 und ein von diesem gesteuertes Stellven­ til 19 in der Saugdruckleitung 6 des Kompressors 1 im Sinne einer Anpassung der Kühlleistung der Kühlanlage an die Belastung, wobei es sich bei dem Stellventil 19 um ein tastverhältnisgesteuertes Schaltventil handelt.

Andere Abwandlungen sind ebenfalls möglich. So können mehr als zwei Verdampfer 5 vorgesehen sein, bei denen die Überhitzungstemperatur und die Kühlleistung oder Kühltemperatur ebenso wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 oder 2 geregelt bzw. einander angeglichen werden. Ferner kann statt zweier Gebläse 10 nur ein Gebläse vorgesehen sein, dessen Luftstrom unter Ver­ zweigung auf die Verdampfer 5 aufgeteilt wird. Sodann können statt der Anordnung der Verdampfer 5 in dem zu­ gehörigen Raum 14 nur die über die Verdampfer 5 gelei­ teten Luftströme in den Raum 14 geleitet werden.

Claims (10)

1. Regeleinrichtung für eine Kühlanlage, die einen Kompressor (1), einen Kondensator (2) und wenig­ stens zwei Verdampfer (5) aufweist, mit steuerbaren Einspritzventilen (4) auf der Eingangsseite der Verdampfer (5) und mit einem Regler (7) für die Überhitzungstemperatur der Verdampfer (5), wobei jedem 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) zugeord­ net ist, dessen Meßsignal dem Regler (7) zuführbar ist, und wobei durch den Regler (7) die Überhit­ zungstemperatur-Sollwerte der Verdampfer (5) in Abhängigkeit von den Meßsignalen der Lufttempera­ turfühler (11) selbsttätig so einstellbar sind, daß die Kühltemperatur aller Verdampfer (5) untereinein­ ander weitgehend gleich bleibt.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Über­ hitzungstemperatur-Sollwert für einen Verdampfer (5) herabsetzbar ist, wenn die von dem ihm zugeord­ neten Lufttemperaturfühler (11) gemessene Lufttem­ peratur höher als bei dem oder den anderen Verdamp­ fer(n) ist.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Überhitzungstemperatur-Sollwert für den oder die kältesten Verdampfer (5) heraufsetzbar und für den oder die wärmsten Verdampfer (5) herabsetzbar ist.

4. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in dem zu kühlenden Raum (14) ein Raumtempe­ raturfühler (12) angeordnet ist, in Abhängigkeit von dessen Meßsignal die Kühlleistung der Kühlanla­ ge durch den Regler (7) dem Bedarf anpaßbar ist.

5. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Einstellung der Überhitzungstemperatur- Sollwerte frühestens dann einsetzt, wenn eine Her­ absetzung der Kühlleistung beginnt.

6. Regeleinrichtung nach Anspruch 4, wobei zur Anpas­ sung der Kühlleistung der Kühlanlage an den Bedarf die Leistung des Kompressors (1) in Abhängigkeit von der Raumtemperatur einstellbar ist.

7. Regeleinrichtung nach Anspruch 4, wobei die Kühl­ leistung durch eine Regelung des Verdampferdrucks einstellbar ist.

8. Regeleinrichtung nach Anspruch 6, wobei zur Anpas­ sung der Kühlleistung der Kühlanlage an die Bela­ stung der Verdampferdruck über ein in der Sauglei­ tung (6) des Kompressors angeordnetes, in Abhängig­ keit von der Raumtemperatur gesteuertes Ventil (19) regelbar ist.

9. Regeleinrichtung nach Anspruch 4, wobei die wirk­ samen Flächen der Verdampfer, unter Übersteuerung der normalen durch den Regler (7) bewirkten Über­ hitzungsregelung, durch die Ansteuerung der Ein­ spritzventile einstellbar sind.

10. Regeleinrichtung nach Anspruch 4, wobei die Rege­ lung der Kühlleistung durch Auf/Zu-Steuerung der Einspritzventile (4) erfolgt, wobei das Tastver­ hältnis der Leistung entspricht und die Überhitzung durch Modulation der Öffnungsdauer geregelt wird.