DE4213011A1 - Steuerung einer spareinrichtung mit variabler leistung - Google Patents

Steuerung einer spareinrichtung mit variabler leistung

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Description

In Kühlsystemen für Tiefkühltruhen in Warenhäusern ist es notwendig, eine konstante Temperatur in den Gehäusen auf­ rechtzuerhalten, um die Qualität des Inhaltes zu sichern. Das Einkaufsverhalten, die Verkaufsgegenstände sowie das Reinigen und Beladen der Gehäuse sind alle daran beteiligt, daß die Kühllast der Verdampfer, die die entsprechenden Gehäuse kühlen, variiert. Es ist bekannt, die Leistung durch zyklisch arbeitende oder Entladeverdichter zu steu­ ern, um eine variable Leistungssteuerung zu erzielen und enge Toleranzen im Saugdruck oder bei der Kühltemperatur aufrechtzuerhalten. Beide Methoden führen zu einer Verän­ derung der Saugkraft und somit auch zu einer Veränderung der Kühltemperatur. Die Verwendung von Inverterantrieben ist effektiv, jedoch sehr teuer. Ferner können zweistufige und intern miteinander verbundene Verdichter (Kühl-Ver­ bundverdichter) nicht einfach bei einer Zylinderentladung angewandt werden. Falls eine Sparvorrichtung verwendet wird, wird ein thermisches Expansionsventil (TXV) durch die Verbindungs- und/oder Ausgangstemperatur gesteuert.
Nur die Saugkraft und die Kühlraumtemperatur sind Kenn­ zeichen für die aktuellen Bedingungen in dem gekühlten Raum. Die Kühlraumtemperatur kann innerhalb eines engen Bereiches aufrechterhalten werden mittels Variation der Flüssigkeitstemperatur (d. h. Variation des Kälteerzeugungs­ effektes), die auf dem Saugdruck oder der gekühlten Raum­ temperatur basiert. Die Verwendung eines zusätzlichen elektronischen Expansionsventils (EXV) zur Aufrechterhal­ tung einer maximalen Ausgangstemperatur, zum Beisiel 118°C (250°F), sichert eine zufriedenstellende Zwischendampf­ kühlung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine variable Leistungssteuerung zusammen mit einer sehr engen Steuerung der Kühlraumtem­ peratur zu schaffen.
Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, die Tem­ peratur des flüssigen Kühlmittels zu steuern, die dem Ver­ dampf er zugeführt wird, und die auf dem Saugdruck oder der Temperatur in dem gekühlten Raum beruht.
In einem zweistufigen System teilt ein erstes EXV, das auf den Saugdruck reagiert, den von einem Verflüssiger kommen­ den Strom und leitet ihn in eine Spureinrichtung, wo er in eine Wärmeübertragungsbeziehung mit dem restlichen Strom tritt, bevor er an einem Verbindungspunkt injiziert wird. Ein zweites EXV, das auf die Ausgangstemperatur des Ver­ dichters reagiert, teilt den Fluß von der Sparvorrichtung zu dem Verdampf er und verbindet den Fluß mit demjenigen, der von dem ersten EXV für die Einleitung an dem Verbin­ dungspunkt geteilt wurde. In einem einstufigen System mit einem getrennten Nachkühler wird das EXV in dem Nachküh­ lerkreislauf gesteuert, wobei das EXV auf die Saugkraft in dem Hauptkreislauf reagiert.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an­ hand von Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines zweistu­ figen Verdichtersystems nach der Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines einstufi­ gen Verdichtersystems mit einem separaten Nachküh­ ler.
In Fig. 1 ist mit der Bezugsziffer 10 ein Kühlkreislauf gekennzeichnet. Der Kühlkreislauf 10 weist einen Erststu­ fen-Verdichter 12 und einen Zweitstufen-Verdichter 14 auf, der ein getrennter Verdichter oder ein Teil des gleichen Verdichters sein kann. Die Verdichter 12 und 14 sind über eine Verbindungsleitung 13 miteinander verbunden und ver­ dichten nacheinander Sauggas auf eine höhere Temperatur und pressen und führen dieses über eine Ausgangsleitung 16 einem Verflüssiger 18 zu. In dem Verflüssiger 18 gibt das heiße Kühlmittelgas seine Wärme an die Verflüssigerluft ab, wodurch das verdichtete Gas sich abkühlt und das Kühl­ mittel seinen Zustand von einem Gas in eine Flüssigkeit ändert. Das flüssige Kühlmittel fließt von dem Verflüssi­ ger 18 über eine Flüssigkeitsleitung 20 durch eine Spar­ vorrichtung 22 zu einem thermischen Expansionsventil (TXV) 24. Wenn das flüssige Kühlmittel durch die Öffnung des TXV 24 tritt, verdampft ein Teil des flüssigen Kühlmittels in ein Gas (Verdampfungsgas). Die Mischung von flüssigem und gasförmigem Kühlmittel strömt über Verteilerröhren 26 zu einem Verdampfer 28. Die Wärme des Kühlmittels wird von der Verdampferluft absorbiert, so daß das flüssige Kühl­ mittel in der Spule des Verdampfers 28 verdampft, wodurch eine Kühlung des Gehäuses (nicht gezeigt), in dem der Ver­ dampfer 28 angeordnet ist, erreicht wird. Das verdampfte Kühlmittel fließt anschließend über eine Druckleitung 30 zu dem Erststufen-Verdichter 12, wodurch der Flüssigkeits­ kreislauf geschlossen ist. Ein Meßkolben 25 des TXV 24 ist an der Druckleitung 30 zwischen dem Verdampfer 28 und dem Erststufen-Verdichter 12 angeordnet, so daß das TXV 24 den Betrag des Kühlmittels reguliert, der dem Verdampf er 28 zugeführt wird, um eine gegebene Überhitze an dem Ausgang des Verdampfers 28 zu etablieren. Der beschriebene Kühl­ flüssigkeitskreislauf ist so weit im allgemeinen bekannt.
Eine Leitung 20a zweigt von der Flüssigkeitsleitung 20 vor der Spareinrichtung 22 ab und führt zu der Spareinrichtung 22, so daß das in die Spareinrichtung 22 eintretende Kühl­ mittel über die Leitung 20a in einer Wärmeübertragungsbe­ ziehung mit dem flüssigen Kühlmittel ist, welches durch die Spareinrichtung 22 mittels der Flüssigkeitsleitung 20 strömt. Der Strom durch die Abzweigungsleitung 20a wird durch ein elektronisches Expansionsventil (EXV) 34 gesteu­ ert. Das in die Spareinrichtung 22 über die Abzweigungs­ leitung 20a strömende Kühlmittel tritt von der Sparein­ richtung 22 in eine Leitung 36 ein, die in die Verbindungs­ leitung 13 mündet und somit in den Zweitstufen-Verdichter 14. Eine Leitung 20b zweigt von der Flüssigkeitsleitung 20 hinter der Spareinrichtung 22 ab und ist mit der Leitung 36 verbunden. Der Strom durch die Abzweigungsleitung 20b ist durch ein EXV 38 gesteuert.
Ein Mikroprozessor oder Steuergerät 50 ist betriebsmäßig mit den EXVs 34 und 38 verbunden. Zusätzlich ist der Mikro­ prozessor 50 mit einem Temperaturfühler 40 verbunden, der an oder nahe dem Ausgang der Spareinrichtung 22 und vor der Abzweigung 20b an der Leitung 20 angeordnet ist. Der Mikroprozessor 50 ist ferner mit einem Temperaturfühler 42 verbunden, der an oder nahe bei dem Ausgang des Zweitstu­ fen-Verdichters 14 an der Ausgangsleitung 16 angeordnet ist. Ferner ist der Mikroprozessor 50 mit einem Druckfüh­ ler oder Wandler 44, der in der Saugleitung 30 angeordnet ist, und/oder mit einem Temperaturfühler 46 verbunden, welcher in dem Nahrungsmittelgehäuse an oder nahe bei dem Verdampfer 28 angeordnet ist. Der Druckfühler 44 und der Temperaturfühler 46 sind im allgemeinen redundant, so daß einer, falls gewünscht, eliminiert werden kann, wobei aber die Verwendung des Druckfühlers 44 mit oder ohne den Tem­ peraturfühler 46 im allgemeinen bevorzugt wird. In dem oben beschriebenen System kann der Erststufen-Verdichter 12 bzw. der Zweitstufen-Verdichter 14 durch das Steuer­ gerät 50 oder durch jedes andere geeignete Mittel gesteu­ ert werden.
Obgleich der Kühlkreislauf 10 vollständig ist, kann er durch Reihen von parallelgeschalteten Zweistufen-Verdich­ tern modifiziert werden. In solche einem Kreislauf würden die parallelen Reihen von Zweistufen-Verdichtern den Ver­ flüssiger 18 versorgen und hinter der Abzweigung 20b würde sich die Flüssigkeitsleitung 20 in mehrere Leitungen auf­ teilen, die jeweils ein EXV, entsprechend 24, und einen Verdampfer, entsprechend 28, aufweisen würden. Die Aus­ gänge der Verdampfer würden mehrfach ausgebildet sein, um die Reihen der Verdichter zu versorgen, die von dem Steuergerät 50 gesteuert würden, so daß nur die notwendige Zahl an Verdichtern betrieben werden muß. Der Druckfühler 44 würde in einer gemeinsamen Saugleitung oder Sammelstück angeordnet sein.
Der Betrieb des Kühlkreislaufs 10 wird im folgenden be­ schrieben. Das dem Erststufen-Verdichter 12 über die Saug­ leitung 30 zugeführte Kühlmittel wird verdichtet und dem Zweitstufen-Verdichter 14 über die Verbindungsleitung 13 zugeführt zusammen mit einem bestimmten Kühlmittelanteil, der über die Leitung 36 und die EXVs 34 und 38 zugeführt wird. Der Ausgang des Zweitstufen-Verdichters 14 führt zu dem Verflüssiger 18, wo das heiße Kühlmittelgas zu einer Flüssigkeit kondensiert, und das flüssige Kühlmittel an­ schließend durch die Leitung 20 zu der Spareinrichtung 22 strömt. Wenn das EXV 34 offen ist, fließt ein Teil des flüssigen Kühlmittels durch die Leitung 20a in die Spar­ einrichtung 22, wo es evaporiert, so daß ein weiteres Abkühlen des flüssigen Kühlmittels in der Leitung 20 auf­ tritt, wenn es die Spareinrichtung 22 passiert. Das gas­ förmige Kühlmittel strömt aus der Spareinrichtung 22 in die Leitung 36 und wird dem Zweitstufen-Verdichter 14 über die Verbindungsleitung 13 zugeführt. Das durch die Spar­ einrichtung 22 über die Leitung 20 strömende flüssige Kühlmittel fließt über das TXV 24 und die Verteilerröhren 26 zu dem Verdampfer 28. Wenn das EXV 38 offen ist, wird das flüssige Kühlmittel auch über die Abzweigungsleitung 20b in die Leitung 36 aufgeteilt, wo ein Abkühlen und/oder Kondensieren des gasförmigen Kühlmittels, welches von der Spareinrichtung 22 strömt, auftritt. Das TXV 24 steuert den Strom durch den Verdampfer 28 und reagiert auf die von dem Fühler 25 gemessene Temperatur, und steuert somit den Enthalpie- oder Kühlerzeugungseffekt.
Das Steuergerät 50 steuert das EXV 34, welches auf dem von dem Druckfühler 44 gemessenen Druck und/oder auf die von dem Temperaturfühler 46 gemessene Temperatur in dem Ge­ häuse reagiert. Alternativ kann das EXV 34 durch ein rück­ wirkendes konstantes Druckventil ersetzt werden, das direkt durch die Saugkraft gesteuert wird, um das Nach­ kühlen zu steuern. Das EXV 38 wird von dem Steuergerät 50 gesteuert und reagiert auf die von dem Temperaturfühler 42 gemessene Ausgangstemperatur, um die Ausgangstemperatur des Zweitstufen-Verdichters 14 auf ein vorbestimmtes Niveau zu begrenzen, zum Beispiel 118°C (250°F), wobei dies durch ein Herabsetzen der Temperatur des gasförmigen und/oder flüssigen Kühlmittels erreicht wird, welches über die Verbindungsleitung 13 dem Zweitstufen-Verdichter 14 zugeführt wird. Die von dem Temperaturfühler 40 gemessene Temperatur kann benutzt werden, um den Kühlerzeugungs­ effekt an dem Verdampfer 28 zu bestimmen. Das EXV 38 kann durch ein mechanisches, über die Ausgangstemperatur ge­ steuertes TXV ersetzt werden.
In Fig. 2 sind die verschiedenen Bauteile mit einer um 100 höheren Bezugsziffer im Vergleich zu den entsprechenden Bauteilen in Fig. 1 gekennzeichnet. Ein Kühlkreislauf 110 weist nacheinander einen Einstufen-Verdichter 112, eine Ausgangsleitung 116, einen Verflüssiger 118 und eine Flüs­ sigkeitsleitung 120 auf, die sich durch eine Spareinrich­ tung 122 zu einem TXV 124 erstreckt, von dem Verteilungs­ röhren 126 zu einem Verdampfer 128 führt, der über eine Saugleitung 130 mit dem Verdichter 112 verbunden ist. Ein Nachkühlkreislauf 160 weist nacheinander einen Erststufen- Verdichter 162, eine Ausgangsleitung 166, einen Verflüssi­ ger 168, eine Flüssigkeitsleitung 170, ein EXV 134 und einen Nachkühler 122 auf, der den Verdampfer des Kreis­ laufs 160 darstellt und von dem eine Saugleitung 180 zu dem Kompressor 162 führt. Ein Mikroprozessor oder ein Steuergerät 150 ist mit einem Druckwandler 144 in der Saugleitung 130, einem EXV 134 in der Leitung 170 sowie mit einem Temperaturfühler 146 verbunden, der in dem Nah­ rungsmittelgehäuse an oder nahe bei dem Verdampf er 128 an­ geordnet ist. Wie in dem Fall des Kühlkreislaufs 10 können mehrere Verdichter 112 parallel vorliegen und mit dem ge­ meinsamen Verflüssiger 118 und der Spareinrichtung 122 verbunden sein. Mehrere Verdampfer 128 mit entsprechenden TXVs 124 würden mit einem Verteilerrohr verbunden sein, das seinerseits mit der Saugseite der Verdichter 112 ver­ bunden ist. Wenn eine Reihe von Verdichtern 112 verwendet wird, steuert das Steuergerät 150 die Verdichter 112. Fer­ ner kann der Nachkühlkreislauf 160 mehrere Verdichter auf­ weisen.
Im Betrieb der Kreisläufe 110 und 160 nach Fig. 2 wird der Nachkühlkreislauf 160 von dem Steuergerät 150 mittels des EXV 134 gesteuert. Das EXV 134 steuert den Wärmeaustausch zwischen den zwei Kreisläufen in der Spareinrichtung 122 und somit die Temperatur des flüssigen Kühlmittels, das dem TXV 124 bzw. den TXVs und dem Verdampfer 128 bzw. den Verdampfern zugeführt wird. Das EXV 134 wird durch das Steuergerät 150 gesteuert und reagiert auf die von dem Druckfühler 144 gemessene Saugkraft.

Claims (8)

1. Kühlkreislauf zur Steuerung einer Spareinrichtung, der einen kontinuierlichen Flüssigkeitsstrom aufweist sowie der nacheinander einen Verdichter (12, 14, 122), eine Ausgangsleitung (16, 116), einen Verflüssiger (18, 118), eine Flüssigkeitsleitung (20, 120), die sich durch die Spareinrichtung (22, 122) erstreckt, ein Ex­ pansionsmittel (24, 124), einen Verdampfer (28, 128) sowie eine Saugleitung (30, 130) mit einem Druckmittel (44, 144), dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittel (20, 20a, 34; 160) für die Zuführung eines Kühlmittels zu der Spareinrichtung in einer Wärmeübertragungsbeziehung mit der Flüssigkeitsleitung steht, die sich durch die Spareinrichtung erstreckt; und ein Mittel (50, 150) vorgesehen ist, das das Mittel (20, 20a, 34; 160) für die Zuführung des Kühlmittels zu der Spareinrichtung steuert, und das auf das Druckmittel reagiert, wodurch die Temperatur des Kühlmittels in der Flüssigkeitslei­ tung gesteuert wird.
2. Kühlkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (20, 20a, 34; 160) für die Zuführung des Kühlmittels zu der Spareinrichtung einen Nachkühlkreis­ lauf aufweist, in dem die Spareinrichtung einen Ver­ dampfer in dem Nachkühlkreislauf darstellt.
3. Kühlkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter einen Erststufen-Verdichter (12) und einen Zweitstufen-Verdichter (14) aufweist, die über eine Verbindungsleitung (13) verbunden sind, und das Kühlmittel, das der Spareinrichtung in einer Wärmeüber­ tragungsbeziehung mit der Flüssigkeitsleitung zugeführt wird, anschließend der Verbindungsleitung (13) zuge­ führt wird.
4. Kühlkreislauf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittel (38) zur Temperaturregelung des der Ver­ bindungsleitung zugeführten Kühlmittels vorgesehen ist.
5. Verfahren zur Steuerung einer Spareinrichtung in einem Kühlkreislauf, der einen kontinuierlichen Flüssigkeits­ strom aufweist sowie nacheinander einen Verdichter (12, 14, 122), eine Ausgangsleitung (16, 116), einen Ver­ flüssiger (18, 118), eine Flüssigkeitsleitung (20, 120), die sich durch die Spareinrichtung (22, 112) erstreckt, ein Expansionsmittel (24, 124), einen Verdampfer (28, 128) sowie eine Saugleitung (30, 130), wobei das Ver­ fahren durch die Schritte gekennzeichnet ist, daß ein Kühlmittel der Spareinrichtung (22, 122) in einer Wär­ meübertragungsbeziehung mit der sich durch die Sparein­ richtung erstreckenden Flüssigkeitsleitung (20, 120) zugeführt wird, der Druck in der Saugleitung (30, 130) gemessen wird, und die Zuführung des Kühlmittels zu der Spareinrichtung in Abhängigkeit von dem in der Sauglei­ tung gemessenen Druck gesteuert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Zuführungssteuerung des Kühlmittels be­ inhaltet, daß ein Nachkühlkreislauf gesteuert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Zuführung des Kühlmittels zu der Spar­ einrichtung beinhaltet, daß das Kühlmittel anschließend einer Zwischenstufe des Verdichters zugeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des zu der Zwischenstufe des Verdichters zugeführten Kühlmittels gesteuert wird.
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