DE4410647C2 - Verfahren zur Beeinflussung des Arbeitstaktes eines Kälte- oder Wärmeerzeugers - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung des Arbeitstaktes eines Kälte- oder Wärmeerzeugers gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Zum Betrieb von Kühlanlagen, wie Klimaanlagen, Tiefkühleinrichtungen o. dgl., ist es bekannt, Flüssigkeitsgemisch einzusetzen, die üblicherweise aus einer Sole gebildet werden.

Als besonders vorteilhaft stellt sich dabei die Gegebenheit, wonach die Speicherka­ pazität im latenten Bereich, also im Eisbereich, um ein Vielfaches (etwa Faktor 80) höher ist als im sensiblen, also wässrigen Bereich, dar. Eine Vorrichtung, mit der in diesem Sinn ein Flüssigkeitsgemisch erzeugt werden kann, ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster G 93 11 442 bekannt.

Zur Steuerung des Kälteerzeugers, durch die insbesondere ein vollständiges Gefrie­ ren des Flüssigkeitsgemisches verhindert werden soll, sind verschiedene Verfahren bekannt, die jedoch allesamt mit erheblichen Nachteilen behaftet sind.

Bei Latentspeichern mit festem Einsatz erfolgt eine Steuerung des Kälteerzeugers über eine Schichtdickenmessung der sich an den Kühlleitungen ausbildenden Eis­ schicht.

Eine solche Schichtdickenmessung als Basis für die Steuerung zu nutzen, birgt na­ turgemäß erhebliche Unsicherheiten in sich, so daß von einer optimalen Regelung nicht gesprochen werden kann.

Latentspeicher sind auch bei Heizanlagen bekannt. Eine exakte Regelung ist aller­ dings auch hier nicht möglich.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art so zu gestalten, daß ein einfaches, von betriebsbedingten Störeinflüssen unabhängiges Regeln möglich ist, wobei eine zur Regelung notwendige Meßwertermittlung im wesentlichen störungs- und wartungsfrei möglich sein soll.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 aufweist.

Bei der Abkühlung flüssiger Zweistoffgemische sowie bei der Erwärmung fester Zweistoffgemische erfolgt aufgrund physikalischer Gesetzmäßigkeiten eine geringe Temperaturänderung.

Dieser erkennbare Zustand ermöglicht es, beispielsweise Schutzmaßnahmen zu er­ greifen, wenn ein Erstarren des Kältemediums verhindert werden soll. Grundsätzlich kann durch gezielte Wärmezu- oder -abfuhr ein bestimmter Aggregatzustand, bei­ spielsweise das bereits erwähnte Flüssigkeitsgemisch oder auch der Latentzustand und Eiskugelspeicher erhalten werden.

Grundsätzlich ist das erfindungsgemäße Verfahren geeignet, sowohl Kälte- als auch Wärmeerzeuger zu beeinflussen.

Dabei kommt es dort zum Einsatz, wo das Medium aus einem Stoffgemisch besteht, beispielsweise aus einer Sole.

Die Erfindung erlaubt eine Regelung des Kälte- oder Wärmeerzeugers, die ohne weiteres auf die physikalischen Gegebenheiten jedes Stoffgemisches separat ein­ stellbar ist und darüber hinaus unbeeinflußbar ist von betrieblichen Gegebenheiten, zu denen auch im Lauf des Betriebes eintretende Veränderungen des Mediums zäh­ len können.

Anhand des beigefügten Diagramms wird das erfindungsgemäße Verfahren im fol­ genden beschrieben.

Bei dem in der einzigen Figur dargestellten Diagramm ist auf der Abszisse die Zeit t aufgetragen, innerhalb der das Verfahren abläuft, während auf der Ordinate die Temperatur T aufgetragen ist.

In diesem Beispiel wird das Verhalten eines Stoffgemisches aus Wasser und einem niedrigen gefrierenden Stoff dargestellt, das durch einen Kälteerzeuger abgekühlt wird.

Dabei beschreiben die Kurven T_E und T_A den Verlauf der Abkühlungskurven beim Abkühlen in der flüssigen Phase des Stoffgemisches. Die obere Kurve T_E gibt die Eintrittstemperatur des Mediums in den Kälteerzeuger und die untere Kurve T_A die Austrittstemperatur des Mediums wieder.

Beim Anfahren des Kälteerzeugers entsteht durch den Wärmeentzug aus dem Medium eine Temperaturdifferenz (T_E - T_A). Sobald sich die ersten Kristalle bilden, erfolgt ein Übergang des Mediums vom sensiblen Bereich, in dem dieses ausschließ­ lich flüssig ist, in den latenten Bereich, in dem sich Eis herausbildet. Dieser Übergang ist im Diagramm mit 1 bezeichnet. Hier wird die Temperaturdifferenz zwischen der Eintrittstemperatur T_E und der Austrittstemperatur T_A kleiner und geht im Extremfall gegen 0, so daß hier ein plötzlich ansteigender Temperatursprung meßbar ist, durch den der Beginn der Eisbildung durch den Temperatursensor erkannt wird.

Bei einem Stoffgemisch, wie es bei dem dargestellten Diagramm zugrunde gelegt ist, setzt sich der latente Bereich, also der Bereich einer Eisbildung, über einen gewissen Zeitraum fort.

Durch ständige Messung der absinkenden Temperatur des Stoffgemisches kann der zunehmende Anteil der Eiskristalle ermittelt werden. Dadurch wird es möglich, Ener­ gieinhalte im latenten Bereich zu berechnen.

Da durch das Ausgefrieren von Wasser innerhalb des Stoffgemisches die Konzentra­ tion des anderen Stoffes ansteigt, sinkt die Temperatur des Flüssigkeitsgemisches sehr langsam ab. Bei einer vorgegebenen Konzentration im Flüssigkeitsgemisch, bei­ spielsweise bei 40 Prozent Eisanteil, wird der Kälteerzeuger abgeschaltet und im Normalfall, also dann, wenn in etwa gleichem Umfang durch Kälteleistung Wärme zugeführt wird, nach Ablauf einer bestimmten Zeit zur Kälteerzeugung wieder einge­ schaltet. Die Abschaltung des Kälteerzeugers erfolgt bei Punkt 2 des Diagramms. Bei Verwendung von Eiskugeln kann eine Abschaltung bei 100 Prozent Eisanteil erfolgen.

Claims (3)

1. Verfahren zur Beeinflussung des Arbeitstaktes eines Kälte- oder Wärmeer­ zeugers, bei dem ein Kälte- oder Wärmetauscher von einem Zweistoffgemisch umströmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Temperatursen­ sors der Übergang des Zweistoffgemisches vom flüssigen in den festen oder vom festen in den flüssigen Bereich durch Feststellung der dabei auftretenden Änderung des Temperaturverlaufs erkannt und der Kälte- oder Wärmeerzeu­ ger vor oder nach einem vollständigen Übergang des Zweistoffgemisches in einen anderen Aggregatzustand abgeschaltet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kälteerzeuger bei Erreichen einer vorbestimmten Kristallisationsdichte abgeschaltet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kälte- oder Wärmeerzeuger nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit nach dem Abschalten eingeschaltet wird.