DE60106377T2

DE60106377T2 - Verfahren zur Reduzierung des Verbrauchs einer Kältemaschine und eine danach arbeitende Kältemaschine

Info

Publication number: DE60106377T2
Application number: DE60106377T
Authority: DE
Inventors: Antonio 52025 Montevarchi Canova; Andrea 52028 S. Giovanni Valdarno Bianchi; David 52028 S. Giovanni Valdarno Martini
Original assignee: Magnetek SpA
Current assignee: Magnetek SpA
Priority date: 2000-12-13
Filing date: 2001-12-10
Publication date: 2005-10-20
Anticipated expiration: 2021-12-11
Also published as: ATE279699T1; ITFI20000250A1; DE60106377D1; ES2228788T3; EP1215454A3; EP1215454A2; EP1215454B1; IT1314887B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reduzieren des Energieverbrauchs in Kompressionskältemaschinen. Die Erfindung betrifft auch eine Kältemaschine, die mit den Mitteln zum Reduzieren des Energieverbrauchs ausgerüstet ist.
Kompressionskältemaschinen haben einen Kreislauf für ein thermodynamisches Fluid, der einen Zyklus aus Kompression, Kühlen und möglicher Kondensation, Ausdehnung, Erwärmen und darauf folgender Kompression durchführt. Kurz gesagt wird das Fluid durch einen Kompressor komprimiert und dann gekühlt und in einem Wärmetauscher kondensiert, der entweder direkt oder indirekt Wärme an die Umgebung liefert. Die so gekühlte Flüssigkeit wird in einem Expansionsventil oder in irgendeiner anderen geeigneten Einrichtung, wie beispielsweise einer Turbine expandiert, um einen Teil der Energie wiederzugewinnen. Das expandierte Fluid wird auf einer niedrigen Temperatur in einem Wärmetauscher im Inneren der Kältemaschine in Umlauf gebracht, wo es sich aufheizt, indem es Wärme aus dem Abteil der Kältemaschine, die auf einer niedrigen Temperatur zu halten ist, absorbiert. Das so erwärmte Fluid wird wiederum zurück in den Kompressor für einen neuen thermischen Zyklus geschickt.
Der Kompressor wird durch einen Elektromotor betrieben und wird in Übereinstimmung mit der Temperatur, die durch einen Thermostat detektiert wird, welcher in dem Kühlabteil der Kältemaschine angebracht ist, ein- und ausgeschaltet. Der Kompressor wird gestartet, wenn die Temperatur im Inneren des gekühlten Abteils einen maximalen Schwellwert überschreitet und wird wiederum abgeschaltet, wenn die Temperatur unter einen minimalen Schwellwert fällt. Wenn das gekühlte Abteil geschlossen bleibt und im Inneren dessel ben keine Wärmeerzeugung ist (beispielsweise infolge von Fermentierungsvorgängen von Produkten, die in dem Abteil selbst gespeichert sind), hat das Einschalten des Kompressors und die daraus folgende Extraktion von Wände aus dem gekühlten Abteil allein die Funktion, das Eindringen von Wärme von außen in das Innere des gekühlten Abteils durch die Wände und Öffnungen des Abteils zu kompensieren. Die Einschaltzeit des Kompressors hängt von dem Wärmestrom ab, der mit dem Kühlfluid erzielt wird und ist somit eine Funktion von unter anderem der Laufgeschwindigkeit (r.p.m.) des Motors, welcher den Kompressor steuert. Ein höherer r.p.m.-Wert (d. h. eine höhere Anzahl von Umdrehungen) bringt einen größeren Wärmestrom, ausgedrückt in Kälteeinheiten pro Zeiteinheit, von dem gekühlten Abteil in Richtung auf die Außenumgebung mit sich und daraus folgend eine rechtzeitigere Wiederherstellung der Mindesttemperatur.
Wenn das gekühlte Abteil geöffnet und wieder geschlossen wird und möglicherweise ein Gegenstand eingesetzt wird, was einen Anstieg der Erzeugung der thermischen Energie unter Berücksichtigung des Fermentationsphänomens ergeben kann, muss das Fluid, welches die thermodynamische Umwandung in dem Kühlkreislauf trägt, die Wärme nach außen pumpen, die in das gekühlte Abteil infolge des Öffnen desselben oder Einlegen des Produktes eingetreten ist oder auch die Wärme, die im Inneren des gekühlten Abteils unter Berücksichtigung des vorstehend genannten Fermentationsphänomens entstanden ist. Das Zeitintervall, während welchem der Motor den Kompressor betreibt, ist in diesem Fall sowohl von der Umdrehungszahl des Motors als auch von der Wärmemenge, die in das gekühlte Abteil eingebracht oder in diesem erzeugt worden ist, abhängig.
Um den Energieverbrauch der Kältemaschinen zu reduzieren, ist die Tendenz an erster Stelle die Wärmeisolation zu verbessern, um das Eindringen von Wärme in das Innere des gekühlten Abteils zu minimieren.
Die EP-A-0 490 089 offenbart einen Kühlschrankkompressor, der mit einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 gesteuert wird, und gemäß welchem zwei Betriebfsrequenzen gesetzt sind. Die untere Frequenz entspricht der höchsten Gesamteffizienz des Kompressors unter nonmalen Betriebsbedingungen der Kühlanwendung, die dem Kompressor eigen ist, während die andere Frequenz höher ist und unter Bedingungen einer Anforderung an höherer Kühlkapazität verwendet wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern des Motorkompressors der Kältemaschine zu schaffen, wodurch es möglich wird, den Energieverbrauch durch Modifikation der Betriebsmodi des Motorkompressors weiter zu reduzieren.
Die obige Aufgabe und weitere Aufgaben und Vorteile gehen für den Fachmann aus dem folgenden Text klar hervor, werden grundsätzlich mittels eines Verfahrens gemäß Patentanspruch 1 erzielt.
Die Essenz ist gemäß des Verfahrens der vorliegenden Erfindung, die Dauer von wenigstens zwei aufeinander folgenden Zeitintervallen des Abschaltens des Motorkompressors zu messen und den Motorkompressor, nachdem er nach einigen Sekunden Abschaltzeitintervall wieder eingeschaltet wird, mit einer optimalen Geschwindigkeit zu betreiben, wenn das zweite Abschaltzeitintervall eine Dauer gleich oder größer als das vorhergehende Abschaltzeitintervall hat, oder mit einer höheren Geschwindigkeit zu betreiben, wenn das zweite Abschaltzeitintervall eine Dauer hat, die kürzer als diejenige des vorhergehenden Abschaltzeitintervalls ist.
Um das Verfahren an jeder Maschine ohne vorherige Kenntnis der Eigenschaften derselben zu implementieren zu können, ist es möglich, einen Lernzyklus für die Bestimmung der optimalen Betriebsgeschwindigkeit des Motorkompressors ins Auge zu fassen. Während des Lernzyklus werden die Charakteristika des Motorkompressors verifiziert, um die Mindestbetriebsgeschwindigkeit zu identifizieren, unterhalb welcher eine Verschlechterung der Effizienz des Motorkompressors erfolgt.
Zusätzlich kann der Lernzyklus dazu verwendet werden, die Klasse zu identifizieren, zu welcher die Kältemaschine gehört.
Die Erfindung betrifft auch eine Kältemaschine, die gemäß dem vorstehend veranschaulichten Verfahren gesteuert wird sowie eine Steuerschaltung für einen Motorkompressor, die gemäß diesem Verfahren programmiert ist.
Weitere vorteilhafte Charakteristika und Ausführungsformen der Erfindung sind in den anhängenden Patentansprüchen spezifiziert.
Ein besseres Verständnis der Erfindung wird durch die folgende Beschreibung und durch die anhängenden Zeichnungen, die eine praktische, nicht begrenzende Ausführungsform der Erfindung veranschaulichen, gegeben. Insbesondere zeigt in den Zeichnungen:
1 eine schematische Veranschaulichung einer Kompressionskältemaschine;
2A, 2B, 3A und 3B jeweils grafische Darstellungen der Energie, die bei verschiedenen Betriebssituationen der Kältemaschine, bezogen auf die Zeit, absorbiert wird;
4A und 4B zeigen ein Blockschaltbild des Lernzyklus; und
5 zeigt ein Blockschaltbild des Betriebszustandszyklus der Kältemaschine.
1 ist eine sehr schematische Veranschaulichung einer Kompressionskältemaschine mit ihren Hauptkomponenten. Mit der Bezugsziffer 1 ist ein Motorkompressor bezeichnet, bestehend aus einem Elektromotor 3, der durch das Netz gespeist wird, das mit der Bezugsziffer 4 bezeichnet ist, und einem Kompressor 5. Der Kompressor 5 ist in einen Kühlkreislauf eingesetzt, bestehend aus einem Wärmetauscher 7, durch welchen eine Spule 9 verläuft, die den Kondensor bildet und in welcher das Fluid, welches vom Kompressor 5 komprimiert worden ist, kondensiert wird und in den flüssigen Zustand versetzt wird. Mit der Bezugsziffer 11 ist ein Expansionsventil bezeichnet, in welchem die Flüssigkeit einer Expansion unterzogen wird, bevor sie durch die Verdampferspule 13 fließt, in welcher das Fluid vollständig durch Absorbieren von Wärme aus dem gekühlten Abteil 15 der Kältemaschine verdampft wird.
Der Motorkompressor 1 wird mittels einer programmierbaren Mikroprozessorsteuereinheit 17 gesteuert, die mit der Energieversorgung des Motors 3 und einem Temperatursensor oder einem Thermostat 19, der im Inneren des gekühlten Abteils 15 vorgesehen ist, verbunden ist.
Der Motorkompressor 1 wird gemäß der Temperatur, die vom Sensor 19 detektiert worden ist, und der Temperatur, die im Inneren des gekühlten Abteils 15 aufrechterhalten werden soll, zyklisch betrieben. In der Praxis wird der Motorkompressor 1 eingeschaltet, wenn die Temperatur im Inneren des gekühlten Abteils 15 den Maximalwert T_M überschreitet und wird eingeschaltet gehalten, bis dank der Extraktion von Wärme durch das Kältemittelfluid die Temperatur im Inneren des gekühlten Abteils 15 einen Minimalwert T_m erreicht. Die Energie, welche vom Motorkompressor 1 während des Einschaltzyklus aufgenommen wird, variiert mit der Zeit, sinkt von einem Maximalwert auf einen Minimalwert. Das Diagramm in der 2A zeigt qualitativ den Verlauf der Energieabsorption als eine Funktion der Zeit zwischen einem Zeitpunkt t₀, zu welchem die Temperatur T im Inneren des gekühlten Abteils 15 den Maximalwert T_M erreicht (und damit der Motorkompressor 1 eingeschaltet ist) und einem Zeitpunkt t_a, zu welchem die Temperatur T im Inneren des gekühlten Abteils 15 einen Minimalwert T_m erreicht (und damit der Motorkompressor 1 abgeschaltet ist). Der Wert W_M der Maximalleistung und der Wert W_m der Minimalleistung, welche vom Motorkompressor 1 während des Einschaltzyklus verbraucht wird, hängt von der Rotationsgeschwindigkeit des Motorkompressors 1 selbst ab und daher von der Versorgungsfrequenz des Motors 3. Eine höhere Rotationsgeschwindigkeit entspricht einer höheren Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittelfluids in dem Kreislauf und konsequenterweise eine schnellere Extraktion von Wärme aus dem gekühlten Abteil 15.
2B zeigt die gleiche grafische Darstellung für eine niedrigere Rotationsgeschwindigkeit des Motorkompressors 1. Die Werte der maximalen und minimalen Leistung, welche vom Motorkompressor 1 verbraucht werden, sind niedriger als diejenige im Fall, wie er in der 2A dargestellt ist. Die Zeitpunkte des Einschaltens und Abschaltens des Motorkompressors 1 sind mit t₀ und t_b bezeichnet. Die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittelfluids in dem Kreislauf ist niedriger und daher ist die Einschaltzeit (t_b – t₀) höher als diejenige bei dem Beispiel gemäß 2A. Die die Energie repräsentierende Kurve zeigt eine Neigung, die weniger steil als die Neigung der 2A ist.
In beiden grafischen Darstellungen der 2A und 2B repräsentiert die Fläche unter der Kurve die absorbierte Leistung (d. h. das Integral der Kurve selbst), die der während des Einschaltzyklus oder der Einschaltperiode verbrauchten Energie entspricht. Diese Fläche ist in den beiden Fällen annähernd gleich groß, insoweit, als sie der gleichen Menge Wärme entspricht, die aus dem gekühlten Abteil 15 extrahiert wird. Daraus folgend ist für jeden Einschaltzyklus die Energie, welche vom Motorkompressor 1 verbraucht wird, im Wesentlichen gleich, ungeachtet der Rotationsgeschwindigkeit des Kompressors und daher der Versorgungsfrequenz des Motors 3.
Wie jedoch in den Diagrammen gemäß der 3A und 3B klar veranschaulicht ist, ändert sich jedoch die von der Maschine verbrauchte Energie in einer Zeitspanne, die mehrere Einschaltzyklen umfasst, gemäß der Rotationsgeschwindigkeit des Motorkompressors 1. Das Diagramm gemäß 3A zeigt in einem Zeitintervall (t₁ – t₀) drei Einschaltzyklen des Motorkompressors 1: Jeder Einschaltzyklus hat eine Dauer, die mit t_on bezeichnet ist. Zwischen einem Abschalten des Motorkompressors 1 und einem darauf folgenden Einschalten vergeht ein Zeitintervall t_off, das konstant ist, wenn angenommen wird, dass das gekühlte Abteil 15 nicht geöffnet wird. Tatsächlich hängt gemäß dieser Hypothese die Dauer des Abschaltens ausschließlich von der Wärme ab, die durch die Wände, welche das gekühlte Abteil 15 begrenzen, hindurch tritt.
Die grafische Darstellung der 3B zeigt für das gleiche Zeitintervall (t₁ – t₀) die Situation, bei der der Motorkompressor 1 mit einer geringeren Geschwindigkeit arbeitet. In das betrachtete Zeitintervall fallen zwei ganze Einschaltzyklen entsprechend dem Zyklus gemäß 2B, während direkt vor dem Zeitpunkt t₁ ein dritter Einschaltzyklus beginnt, was insoweit der Fall ist, während das Abschaltintervall in den beiden Fällen das Gleiche ist, wobei die Dauer des Einschaltzyklus im zweiten Fall länger als im ersten Fall ist.
Da wie vorstehend angegeben die Fläche unter jeder Energieverbrauchskurve in den beiden Situationen die gleiche ist, ist in dem betrachteten Zeitintervall (t₁ – t₀), verglichen mit dem Verbrauch in dem gleichen Zeitintervall in der durch die 3B repräsentierten Situation insgesamt ein größerer Energieverbrauch vorhanden.
In der Praxis ist, obwohl für den Moment andere Faktoren, die ebenfalls den Energieverbrauch beeinflussen, negiert werden und mit denen sich im Folgenden beschäftigt wird, anzumerken, dass je niedriger die Betriebsrate des Motors 3 und damit die Rotationsgeschwindigkeit des Motorkompressors 1 ist, umso niedriger ist die mittlere Energie, welche bezogen auf die Zeit verbraucht wird. Es kann somit in Betracht gezogen werden, dass die Art und Weise, mit der der Energieverbrauch der Kältemaschine zu verringern ist, darin besteht, mit einer niedrigen Rotationsgeschwindigkeit des Motors 3 zu arbeiten. Bis zu einem gewissen Grad wird der Energieverbrauch minimiert, wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Motorkompressors 1 so ist, dass niemals bewirkt wird, dass die Maschine abgeschaltet wird, d. h. unter der Annahme, dass die Geschwindigkeit auf einen solchen Wert gesetzt ist, um mittels der Wände, welche von dem Kältemittelfluid extrahiert wird, den Wärmestrom von außen in das Innere des gekühlten Abteils 15 durch die Wände des Abteils selbst, auszugleichen.
Andererseits basiert die vorstehende Erörterung auf der Hypothese, dass während des Abschaltintervalls das gekühlte Abteil 15 geschlossen bleibt. Tatsächlich kann das gekühlte Abteil 15 geöffnet werden, um ein Produkt herauszunehmen oder ein neues Produkt, das gekühlt werden soll, einzusetzen. Wenn der Motorkompressor 1 immer mit der geringsten Geschwindigkeit gesteuert würde, wäre es weder möglich, ein Kühlen oder Gefrieren des neu in das gekühlte Abteil 15 eingesetzten Produktes, noch ein Extrahieren einer größeren Menge von Wärme, die in das gekühlte Abteil 15 unter Berücksichtigung des Öffnens der Zugangstür eintritt, zu erzielen.
Zusätzlich ist dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt, dass der Kompressor 5 unter einer gewissen Rotationsgeschwindigkeit geringere Wirkungsgrade hat, und daher einen Energieverlust hat. Es existiert somit eine Mindestbetriebsgeschwindigkeit, unter welcher der Energieverbrauch unter Berücksichtigung der Verluste des Kompressors 5 steigt.
Es ist daher notwendig, diese Faktoren zu berücksichtigen und den Motorkompressor 1 so zu steuern, dass der Energieverbrauch reduziert wird, indem das Eintreten in den Bereich der geringen Effizienz des Kompressors 5 vermieden wird, und indem die Möglichkeit des schnellen Kühlens des neuen Produktes, welches in das gekühlte Abteil 15 eingesetzt worden ist, aufrechtzuerhalten.
Aus dem vorstehenden Grund ist es als Erstes notwendig, die optimale Minimalbetriebsgeschwindigkeit des Kompressors 5 zu errichten, welche den Energieverbrauch minimiert. Diese Geschwindigkeit ändert sich von Maschine zu Maschine und es ist zweckmäßig, ein Steuerverfahren zu schaffen, das eine Identifikation dieser Parameter ohne jegliches vorheriges Wissen der Charakteristika des Motorkompressors 1 ermöglicht.
Darüber hinaus sollte berücksichtigt werden, dass die Abschaltzeit (die in den Diagrammen der 3A und 3B mit t_off bezeichnet ist) von den Charakteristika der Kältemaschine und insbesondere von der Klasse, zu welcher diese gehört, welche für die Qualität der Wandisolation indikativ ist, abhängt.
Die 4A und 4B sind schematische Darstellungen in Form von Blockschaltbildern eines Lernzyklus, welchen das Programm durch die programmierbare Steuereinheit 17 beispielsweise durchführen kann, wenn die Maschine zum ersten Mal eingeschaltet wird (oder immer dann, wenn dies notwendig wird), um die mechanischen und thermodynamischen Charakteristika des Systems zu ermitteln und damit die optimalen Parameter für den Betrieb zu setzen, wenn die Maschine in einem Energiesparmodus läuft. Immer dann, wenn der Lernzyklus durchgeführt wird, kann die Steuereinheit 17 auf die Verwaltung des Mo torkompressors 1 mittels eines Betriebszustandszyklus übergehen, der in der 5 schematisch in Form eines Blockschaltbildes veranschaulicht ist.
Der in den 4A und 4B dargestellte Lernzyklus nimmt einen ersten Kühlschritt und einen zweiten Lernschritt in Aussicht. Im Einzelnen funktioniert der Lernzyklus wie im Folgenden beschrieben. Der Motorkompressor 1 wird auf eine Rotationsgeschwindigkeit entsprechend der maximalen Versorgungsfrequenz des Motors 3 eingeschaltet. Diese maximale Frequenz ist mit f_max bezeichnet. Die Arbeitsfrequenz des Motors 3 und damit in der Endanalyse die Rotationsgeschwindigkeit des Motorkompressors 1 ist in dem Blockschaltbild mit f bezeichnet.
Der Motorkompressor 1 wird so lange mit der maximalen Arbeitsgeschwindigkeit betrieben, bis die Temperatur im Inneren des gekühlten Abteils 15 einen Mindestwert T_m erreicht, bei der der Motorkompressor 1 abgeschaltet wird.
Der Motorkompressor 1 bleibt unter Berücksichtigung eines graduellen Eindringens von Wärme von außen in das gekühlte Abteil 15 so lange abgeschaltet, bis die Temperatur T im Inneren wiederum den Maximalwert T_M erreicht, bei welchem ein erneutes Einschalten des Motorkompressors 1 erfolgt. Auch in diesem Schritt wird der Motorkompressor 1 mit der maximalen Rotationsgeschwindigkeit (f_max) geschickt, bei der die maximale Kühlgeschwindigkeit erfolgt. Dieses zweite Einschalten repräsentiert exakt den Start des Lernzyklus.
Der Lernzyklus ist ein wiederholender Zyklus und seine Wiederholungen werden mittels eines Zählers gezählt, der mit N bezeichnet ist. Während des Lernzyklus müssen Zeit- und Energiemessungen durchgeführt werden. Im Einzelnen muss die Steuereinheit 17 die Energie detektieren, welche während des Einschaltzyklus verbraucht wird, die in dem Diagramm mit EC bezeichnet ist und der Fläche unter der in der 2 dargestellten Energieverbrauchskurve entspricht. Zusätzlich muss die Steuereinheit 17 die Zeitdauer jedes Abschaltintervalls zwischen zwei aufeinander folgenden Betriebszyklen des Motorkompressors bestimmen. Diese Zeit ist mit t_off bezeichnet.
Wenn der Motorkompressor 1 eingeschaltet ist, speichert die Steuereinheit 17 im Speicher die Dauer des Abschaltintervalls, das gerade entschieden worden ist. Dieser Parameter wird in dem Diagramm mit (t_off)_N-1 bezeichnet. Auch der in dem vorhergehenden Einschaltzyklus des Motorkompressors 1 verbrauchte Energiewert wird im Speicher gespeichert (oder ist zuvor gespeichert worden). Dieser Parameter ist mit EC_N-1 bezeichnet.
Wenn der Motorkompressor 1 eingeschaltet wird, wird der Zähler N erhöht. Während der Zeitdauer, in welcher der Motorkompressor 1 eingeschaltet bleibt, berechnet die Steuereinheit 17 die Energie, welche während dieses Zyklus (EC_N) verbraucht worden ist, durch Abfragen der verbrauchten Leistung.
Wenn in dem gekühlten Abteil 15 die Minimaltemperatur T_m erreicht wird, wird der Motorkompressor 1 abgeschaltet und die Steuereinheit 17 startet ein Zählen der Abschaltzeit des Kompressors. Die Energie, welche während des N-ten Einschaltzyklus verbraucht wird, ist in dem Speicher als Parameter EC_N gespeichert, während die Dauer des Zeitintervalls, während welchem der Kompressor 5 nach den N-ten Einschaltzyklus stationär bleibt, ist mit (t_off)_N bezeichnet. Das Zählen der Abschaltzeit (t_off)_N endet, wenn die Temperatur T im Inneren des gekühlten Abteils 15 wiederum den Maximalwert T_M erreicht, wobei der Motorkompressor 1 wiederum abgeschaltet werden muss.
Wenn dieser Vorgang wenigsten zwei aufeinander folgende Zyklen (N-1 und N) durchgeführt wird, wird die Steuereinheit 17 im Speicher zwei Werte entsprechend der Dauern der Abschaltperioden des Kompressors, die mit (t_off)_N-1 und (t_off)_N bezeichnet sind, zur Verfügung haben. Wenn die Dauer der zweiten Abschaltperiode (d. h. die Dauer (t_off)_N gleich oder höher als die Dauer der vorhergehenden Abschaltperiode (t_off)_N-1 ist, heißt dies, dass das gekühlte Abteil 15 während der zweiten Abschaltperiode nicht geöffnet worden ist. Wenn statt dessen der Motorkompressor 1 für eine kürzere Zeit abgeschaltet worden ist, als in dem vorhergehenden Zyklus, heißt dies, dass das gekühlte Abteil 15 wenigstens einmal geöffnet worden ist.
Wenn angenommen wird, dass das gekühlte Abteil 15 wenigstens einmal während der letzten Abschaltperiode zwischen zwei aufeinander folgenden Einschaltzyklen geöffnet worden ist, ist es ratsam, bei dem neuen Einschalten den Motorkompressor 1 auf dessen Maximalgeschwindigkeit zu bringen, um so wenig Zeit als möglich zu verschwenden, während welcher die überschüssige Wärme in das gekühlte Abteil 15 eingetreten worden ist. Darauf folgend wird, wie aus dem ersten Entscheidungsblock, der in der 4B repräsentiert ist, zu ersehen ist, wenn (toff)N < (toff)N-1 gilt, der Lernzyklus in Aussicht stellen, dass das nächste Einschalten des Motorkompressors wiederum bei der Maximalgeschwindigkeit (f = f_max) stattfindet.
Wenn statt dessen in das gekühlte Abteil 15 keine Wärme eingedrungen ist, weil es geöffnet worden ist, ist es möglich, mit der Verringerung der Betriebsgeschwindigkeit des Motorkompressors 1 weiter fortzufahren, d. h. die Zuführfrequenz des Motors 3 zu reduzieren, und zwar in einer Art und Weise, die mit der Tatsache kompatibel ist (wie dies vorstehend angegeben ist), dass eine Minimalrate besteht, unter welcher die Effizienz des Kompressors fällt, was zu einer Erhöhung der Verluste führt und daher zu einer Erhöhung der Energie, die für jeden Einschaltzyklus verbraucht wird.
Gemäß dem Verfahren, das in dem Blockschaltbild gemäß 4 schematisch repräsentiert ist, wird mit Hilfe der Identifizierung des optimalen Wertes der Betriebsgeschwindigkeit des Motors 3, die die mittlere Energie, welche in dem Zeitintervall verbraucht wird, minimiert, eine Steuerung an der Energie durchgeführt, die in zwei aufeinander folgenden Einschaltzyklen verbraucht wird, wenn, und nur wenn die vorhergehende Steuerung sichergestellt hat, dass das gekühlte Abteil 15 im Verlauf des letzten Abschaltintervalls nicht geöffnet worden ist. Der zweite in der 4B repräsentierte Entscheidungsblock zeigt an, dass die Steuereinheit 17 einen Vergleich zwischen der Energie, die in den letzten zwei Einschaltzyklen verbraucht worden ist, d. h. zwischen den Mengen EC_N und EC_N-1 durchführt. Das Verhalten des Systems ist im Wesentlichen so wie im Folgenden beschrieben.
Wenn die Energie, die in zwei aufeinander folgenden Einschaltzyklen verbraucht wird, die durch zwei unterschiedliche Betriebsraten charakterisiert sind, in dem zweiten Zyklus (der mit einer niedrigen Betriebsrate durchgeführt wird) als im ersten Zyklus (der mit einer höheren Betriebsrate durchgeführt worden ist) ist, wird der Wert der optimalen Betriebsrate als derjenige identifiziert, der im ersten Zyklus verwendet worden ist.
Das vorstehende Verhalten ist in dem Diagramm der 4B durch den zweiten Entscheidungsblock schematisch repräsentiert, gemäß welchem wenn gilt ECN-1 > ECN das heißt, wenn zwei aufeinander folgende Einschaltzyklen bei zwei unterschiedlichen Betriebsraten durchgeführt worden sind, dass keine Erhöhung des Energieverbrauchs pro Zyklus stattgefunden hat, so dass die Betriebsrate (f) durch eine vorab eingestellte Menge (Δf) gesenkt wird. Der Wert der Erhöhung der Rate wird für den neuen Einschaltzyklus des Motorkompressors 1 verwendet.
Wenn statt dessen die Energie in dem letzten Einschaltzyklus größer als die in dem vorhergehenden Einschaltzyklus verbrauchte ist, heißt dies, dass die laufende Betriebsrate (f) unter den Wert gefallen ist, jenseits welchem eine Verschlechterung der mechanischen Effizienz des Kompressors 5 erfolgt. Das System nimmt somit als optimale Rate (f_ott) diejenige, die unmittelbar höher als der derzeitige Wert ist.
Wenn der optimale Wert (f_ott) der Rate definiert ist, hat das Steuersystem den Lernzyklus beschlossen und geht zu dem Betrieb gemäß dem Betriebszustandsbetätigungszyklus über, der in dem Blockschaltbild gemäß 5 schematisch repräsentiert ist.
Während des Betriebszustandsbetriebes der Maschine hält die Steuereinheit 17 im Speicher die Zeitdauer der zwei aufeinander folgenden Abschaltperioden, die in dem Diagramm gemäß 5 durch (f_off)_N-1 und (f_off)_N bezeichnet sind. Der Motorkompressor 1 wird immer dann eingeschaltet, wenn die Temperatur im Inneren des gekühlten Abteils 15 den maximalen Temperaturwert T_M erreicht und bleibt bis zu dem Moment eingeschaltet, zu welchem die Temperatur in dem gekühlten Abteil 15 den Minimalwert T_m erreicht. Die Betriebsgeschwindigkeit des Kompressors und damit die Geschwindigkeit der Kühlung wird auf der Basis eines Vergleichs zwischen den Dauern der letzten zwei Abschaltintervalle bestimmt. Wenn die Dauer des letzten Abschaltintervalls (t_off)_N größer als oder gleich der Dauer des vorletzten Abschaltintervalls (t_off)_N-1 ist, heißt dies, dass das gekühlte Abteil 15 nicht geöffnet worden ist und daher kann der Motorkompressor 1 mit der Minimalgeschwindigkeit betrieben werden, d. h. mit einer optimalen Geschwindigkeit (f_ott), die während des Lernzyklus bestimmt worden ist.
Wenn statt dessen die Dauer des letzten Abschaltintervalls (t_off)_N kürzer als das vorhergehende Abschaltintervall ist, heißt dies, dass das gekühlte Abteil 15 geöffnet worden ist, und daher muss das System mit einem schnellen Kühlen fortfahren, so dass der Motorkompressor 1 mit der Notwendigkeit beaufschlagt wird, in dem neuen Einschaltzyklus mit der maximalen Geschwindigkeit (f_max) zu arbeiten, wodurch eine schnelle Wiederherstellung der Bedingungen der Minimaltemperatur T_m ermöglicht wird, wobei die überschüssige Wärme, welche in das gekühlte Abteil 15 eingebracht worden ist, entfernt wird und die beispielsweise allein von dem Öffnen und wieder Schließen des Abteils herrührt oder ansonsten von dem Einsetzen von neuen Produkten, die einer Kühlung unterzogen werden sollen.
Es ist klar zu ersehen, dass die Zeichnung nur eine mögliche Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, die in diesen Ausführungsformen und Anordungen variieren kann, ohne dass dadurch vom Umfang der der Erfindung zugrundeliegenden Idee abgewichen wird, wie sie in den Patentansprüchen definiert ist. Die mögliche Anwesenheit von Bezugsziffern in den anhängenden Patentansprüchen hat allein den Zweck der Erleichterung des Lesens derselben angesichts der vorstehenden Beschreibung und stellt keineswegs eine Begrenzung des Schutzumfangs dar, wie er durch die Patentansprüche repräsentiert ist.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Motorkompressors in einer Kältemaschine, mit den Schritten Bestimmen einer optimalen Betriebsrate (f_ott) des Motorkompressors, die den Energieverbrauch der Maschine minimiert, und durch Betreiben des Motorkompressors während jedes Einschaltzyklus alternierend mit der optimalen Rate (f_ott) oder einer höheren Rate (f_max) gemäß der gewünschten Kühlrate, gekennzeichnet durch Messen der Dauer von wenigstens zwei aufeinanderfolgenden Ausschaltintervallen (t_off) des Motorkompressors und durch Betätigen des Motorkompressors, wenn Letzterer nach dem zweiten Abschaltzeitintervall zurückgekehrt ist, mit der optimalen Rate (f_ott), wenn das zweite Abschaltzeitintervall eine Dauer gleich oder höher als das vorhergehende Abschaltzeitintervall hat, oder mit einer höheren Rate (f_max), wenn das zweite Abschaltzeitintervall eine Dauer (t_off) niedriger als (t_off) des vorherigen Abschaltzeitintervalls hat.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch: – Bestimmen des Abschaltzeitintervalls ((t_off)_N) zwischen einem Abschalten des Motorkompressors und einem darauffolgenden Zurückkehren in den eingeschalteten Zustand des Motorkompressors; – Vergleichen des Zeitintervalls mit dem vorhergehenden Zeitintervall ((t_off)_N-1) zwischen dem vorhergehenden Ausschalten und dem vorhergehenden Zurückkehren in den Einschaltzustand des Motorkompressors; – wenn der Motorkompressor in den Einschaltzustand zurückgekehrt ist, Betätigen des Motorkompressors mit der minimalen optimalen Rate (f_ott), wenn das Ausschaltzeitintervall ((t_off)_N) länger als oder gleich dem vorhergehenden Ausschaltzeitintervall ist; oder mit der höheren Rate (f_max), wenn das Zeitintervall ((t_off)_N) kürzer als das vorhergehende Ausschaltzeitintervall ((t_off)_N-1) ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Vorsehen eines Lernzyklus zum Bestimmen des Wertes der optimalen Rate (f_ott) für den Betrieb des Motorkompressors.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lernzyklus immer dann ausgeführt wird, wenn die Kältemaschine gestartet wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch Bestimmen der minimalen Betriebsrate des Motorkompressors, unterhalb welcher ein Anstieg des Energieverlustes des Motorkompressors vorhanden ist, und dadurch, dass die minimale Rate als optimale Rate (f_ott) angenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass während des Lernzyklus die Klasse bestimmt wird, zu welcher die Kältemaschine gehört, indem die Dauer der Ausschaltperiode des Motorkompressors bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch Bestimmen der Energie (EC), die von dem Motorkompressor während einer Anzahl von Einschaltzyklen des Motorkompressors absorbiert wird, Verringern der Betriebsrate des Motorkompressors zwischen aufeinanderfolgenden Einschaltzyklen, bis eine Rate (f_ott) erreicht ist, unter welcher die Energie, welche während eines Einschaltzyklus absorbiert wird, unter Einrechnung der Verluste des Motorkompressors steigt, wobei diese Rate als optimale Rate angenommen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 7, gekennzeichnet durch Verringern der Betriebsrate des Motorkompressors zwischen einem Einschaltzyklus und dem nächsten, nur dann, wenn während des Einschaltintervalls zwischen diesen aufeinanderfolgenden zwei Einschaltzyklen das gekühlte Abteil der Kältemaschine nicht geöffnet worden ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenn zwischen einem Einschaltzyklus und einem zweiten Einschaltzyklus das gekühlte Abteil der Kältemaschine geöffnet worden ist, bewirkt wird, dass der Motorkompressor mit der maximalen Rate (f_max) betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch Verifizieren des möglichen Auftretens des Öffnens des gekühlten Abteils der Kältemaschine durch Vergleichen der Dauer der aufeinanderfolgenden Abschaltzeitintervalle des Motorkompressors.
Kältemaschine mit einem Motorkompressor und einer elektronischen Steuerschaltung zum Steuern des Motorkompressors mit einem Mikroprozessor und einem Steuerungsprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor so programmiert ist, dass er ein Steuerungsverfahren gemäß einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 10 durchführt.
Steuerungsschaltung für eine Kompressionskältemaschine mit einem Mikroprozessor, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor so programmiert ist, dass er ein Steuerungsverfahren gemäß einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 10 durchführt.