DE69532003T2

DE69532003T2 - Kühlendes Klimagerät mit nichtazeotropischem Kältemittel und einem Steuerungsinformations-Erfassungsgerät

Info

Publication number: DE69532003T2
Application number: DE69532003T
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Amagasaki-shi Sumida; Takashi Amagasaki-shi Okazaki; Osamu Morimoto; Tomohiko Kasai
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-07-21
Filing date: 1995-07-11
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2015-07-12
Also published as: EP0854331B1; DE69517099T2; DE69527092T2; PT853221E; EP0854330A3; EP0854330B1; ES2178070T3; EP0854329B1; AU683385B2; ES2176850T3; EP0854332A2; US5941084A; EP0854330A2; EP0854332A3; DE69527095D1; DE69526979D1; EP0853222B1; EP0854331A2; AU2504195A; EP0853221B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein kühlendes Klimagerät, das ein nichtazeotropisches Kältemittel verwendet, das aus einer hoch siedenden Komponente und eine niedrig siedenden Komponente zusammengesetzt ist, das eine Zusammensetzungs-Berechnungseinheit und eine Steuereinheit für den wirksamen Betrieb des kühlenden Klimageräts mit hoher Zuverlässigkeit hat, selbst wenn die Zusammensetzung des zirkulierenden Kältemittels (nachfolgend als die Zirkulationszusammensetzung bezeichnet) sich in eine andere, die gegenüber der ursprünglich eingefüllten unterschiedlich ist, geändert hat.
3 ist ein Blockschaltbild, das die Ausbildung eines herkömmlichen kühlenden Klimageräts unter Verwendung eines nichtazeotropischen Kältemittels zeigt, das beispielsweise in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung, die unter der Nummer 6546/86 (Kokai Sho-61/6546) veröffentlicht wurde, illustriert ist. In 3 bezeichnet die Bezugszahl 1 einen Kompressor; die Zahl 2 bezeichnet einen Kondensator; die Zahl 3 bezeichnet eine Dekompressionsvorrichtung, die ein Expansionsventil verwendet; die Zahl 4 bezeichnet einen Verdampfer; und die Zahl 5 bezeichnet einen Akkumulator. Diese Elemente sind in Reihe mit einem Rohr zwischen ihnen verbunden und bilden insgesamt ein kühlendes Klimagerät. Das kühlende Klimagerät verwendet ein nichtazeotropisches Kältemittel, das aus einer hoch siedenden Komponente und einer niedrig siedenden Komponenten gebildet ist, als das Kältemittel hiervon.
Als nächstes wird dessen Arbeitsweise beschrieben. In dem kühlenden Klimagerät, das wie vorstehend beschrieben ausgebildet ist, wird ein Kältemittelgas, das durch den Kompressor 1 in einen Hochtemperatur- und Hochdruckzustand verdichtet wurde, durch den Kondensator 2 in eine Flüssigkeit kondensiert. Das verflüssigte Kältemittel wird durch die Dekompressionsvorrichtung 3 in ein Niedrigdruck-Kältemittel mit zwei Phasen aus Dampf und Flüssigkeit entspannt und strömt in den Verdampfer 4. Das Kältemittel wird durch den Verdampfer 4 verdampft, um in dem Akkumulator 5 gespeichert zu werden. Das gasförmige Kältemittel in dem Akkumulator 5 kehrt zu dem Kompressor 1 zurück, um wieder verdichtet und in den Kondensator 2 befördert zu werden. In diesem Gerät verhindert der Akkumulator 5 die Rückkehr eines Kältemittels in einem flüssigen Zustand zu dem Kompressor 1, indem er überschüssiges Kältemittel speichert, das zu der Zeit erzeugt wurde, als der Arbeitszustand oder der Lastzustand des kühlenden Klimageräts in einem bestimmten Zustand war.
Es war bekannt, dass ein derartiges kühlendes Klimagerät, das ein für seine Zwecke geeignetes nichtazeotropisches Kältemittel als sein Kältemittel verwendet, Vorteile dadurch hat, dass es in der Lage ist, eine niedrigere Verdampfungstemperatur oder eine höhere Kondensationstemperatur des Kältemittels zu erhalten, welche nicht durch Verwendung eines einzelnen Kältemittels erhalten werden konnten, und in der Lage ist, den Zykluswirkungsgrad hiervon zu verbessern. Da die Kältemittel wie „R12" oder „R22" (beides sind Codes der ASHRAE: American Society of Heating, Refrigeration and Air Conditioning Engineers), die herkömmlich in weitem Umfang verwendet wurden, die Zerstörung der Ozonschicht bewirken, wurde nichtazeotropisches Kältemittel als ein Ersatz vorgeschlagen.
Da das herkömmliche kühlende Klimagerät, das ein nichtazeotropisches Kältemittel verwendet, wie vorstehend beschrieben ausgebildet ist, ist die Zirkulationszusammensetzung des durch den Kühlzyklus hiervon zirkulierenden Kältemittels konstant, wenn der Arbeitszustand und der Lastzustand des kühlenden Klimageräts konstant sind, und hierdurch ist der Kühlzyklus hiervon effizient. Wenn aber der Arbeitszustand oder der Lastzustand sich geändert haben, insbesondere, wenn die Menge des in dem Akkumulator 5 gespeicherten Kältemittels sich geändert hat, ändert sich die Zirkulationszusammensetzung des Kältemittels. Demgemäß ist die Steuerung des Kühlzyklus entsprechend der geänderten Zirkulationszusammensetzung des Kältemittels, nämlich die Einstellung der Menge der Strömung des Kältemittels durch die Steuerung der Anzahl der Umdrehungen des Kompressors 1 oder die Steuerung des Öffnungsgrades des Expansionsventils der Dekompressionsvorrichtung 3 erforderlich. Da das herkömmliche kühlende Klimagerät keine Mittel zum Erfassen der Zirkulationszusammensetzung des Kältemittels hat, hat es das Problem, dass es keine optimale Arbeitsweise entsprechend der Zirkulationszusammensetzung seines Kältemittels nicht beibehalten kann. Weiterhin hat es das andere Problem dahingehend, dass es nicht mit hoher Sicherheit und Zuverlässigkeit arbeiten kann, da es nicht die Anomalität der Zirkulationszusammensetzung seines Kältemittels erfassen kann, wenn sich die Zirkulationszusammensetzung durch ein Entweichen des Kältemittels während der Operation des Kühlzyklus oder einem Betriebsfehler zu der Zeit des Auffüllens des Kältemittels geändert hat.
Angesichts des Vorstehenden ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuerinformations-Erfassungsvorrichtung für ein, ein nichtazeotropisches Kältemittel verwendendes, kühlendes Klimagerät vorzusehen, welche Vorrichtung genau die Zirkulationszusammensetzung des Kältemittels in dem Kühlzyklus des Klimageräts erfassen kann durch Erfassung einer Temperatur und eines Drucks des Kältemittels in seinem Akkumulator oder einer Temperatur und eines Drucks des Kältemittels zwischen dem Akkumulator und dem Saugrohr seines Kondensators mit einem Temperaturdetektor und einem Druckdetektor der Vorrichtung, und durch Berechnen der Signale von diesen Detektoren mittels einer Zusammensetzungs-Berechnungseinheit, selbst, wenn sich die Zirulationszusammensetzung aufgrund der Änderung des Arbeitszustands oder des Lastzustands des Klimageräts geändert hat, oder selbst wenn sich die Zirkulationszusammensetzung aufgrund eines Entweichens des Kältemittels während seines Betriebs oder eines Betriebsfehlers zu der Zeit des Auffüllens des Kältemittels geändert hat.
JP-A-06 11737 offenbart eine Vorrichtung zum Erfassen einer Kältemittelzusammensetzung unter Verwendung eines Temperaturdetektors und eines Druckdetektors zum Erfassen der Temperatur und des Drucks des Kältemittels in einem Akkumulator eines Kühlzyklus.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein kühlendes Klimagerät, das ein nichtazeotropisches Kältemittel verwendet, wie im Anspruch 1 definiert vorgesehen. Wahlweise Merkmale können wie im Anspruch 2 definiert vorgesehen sein.
Wie vorstehend festgestellt ist, erfasst die Steuerinformations-Erfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Temperatur und den Druck des Kältemittels in dem Akkumulator oder die Temperatur und den Druck des Kältemittels zwischen dem Akkumulator und dem Saugrohr des Kompressors mit dem Temperaturdetektor bzw. dem Druckdetektor hiervon. Wenn die Zusammensetzungs-Berechnungseinheit die Zusammensetzung des Kältemittels unter der Annahme berechnet, dass die Trockenheit des in dem Verdampfer des Klimageräts strömenden Kältemittels ein vorgeschriebener Wert ist, kann die einfach ausgebildete Vorrichtung die Änderung der Zirkulationszusammensetzung des Kältemittels erfassen für die Bestimmung der Steuerwerte für den Kompressor, die Dekompressionsvorrichtung usw. des Klimageräts entsprechend der Zirkulationszusammensetzung. Hierdurch kann das Klimagerät in den optimalen Zustand gesteuert werden, selbst wenn die Zirkulationszusammensetzung sich geändert hat.
Die obigen Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher anhand der folgenden detaillierten Beschreibung, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gelesen wird. Es ist jedoch ausdrücklich festzustellen, dass die Zeichnungen nur dem Zweck der Illustration dienen und nicht als eine Bestimmung der Grenzen der Erfindung beabsichtigt sind.
1 ist ein Blockschaltbild, das die Ausbildung eines kühlenden Klimageräts zeigt, das ein nicht azeotropisches Kältemittel verwendet, welches Klimagerät mit einer Steuerinformations-Erfassungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel (Ausführungsbeispiel 1) der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
2 ist ein erläuterndes Diagram für die Illustrierung der Arbeitsweise der Zusammensetzungs-Berechnungseinheit nach dem Ausführungsbeispiel 1 durch Verwendung der Beziehungen zwischen der Temperaturen eines nichtazeotropischen Kältemittels und den Zirkulationszusammensetzungen; und
3 ist ein Blockschaltbild, das die Ausbildung eines herkömmlichen kühlenden Klimageräts, das ein nichtazeotropisches Kühlmittel verwendet, zeigt.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun im Einzelnen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Ausführungsbeispiel 1
1 ist ein Blockschaltbild, das die Ausbildung eines ein nichtazeotropisches Kältemittel verwendenden, kühlenden Klimageräts zeigt, welches Klimagerät mit einer Steuerinformations-Erfassungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist. Das vorliegende Aus führungsbeispiel ist mit einem ersten Temperaturdetektor 11 zum Erfassen der Temperatur T1 des Kältemittels in dem Akkumulator 5 und einem Druckdetektor 12 zum Erfassen des Drucks P1 des Kältemittels in dem Akkumulator 5 ausgestattet, und die von dem Temperaturdetektor 11 bzw. dem Druckdetektor 12 erfassten Signale werden in die Zusammensetzungs-Berechnungseinheit 20 eingegeben. Die Einheit 20 hat die Funktion des Berechnens der Zirkulationszusammensetzung α des nichtazeotropischen Kältemittels mittels der Temperatur T1 und des Drucks P1 in dem Akkumulator 5, die durch den Temperaturdetektor 11 bzw. den Druckdetektor 12 erfasst wurden. Nachfolgend wird die Arbeitsweise der Zusammensetzungs-Berechnungseinheit 20 beschrieben. Die Steuerinformations-Erfassungsvorrichtung nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst den Temperaturdetektor 11, den Druckdetektor 12 und die Zusammensetzungs-Berechnungseinheit 20.
Die Einheit 20 nimmt die Temperatur T1 und den Druck P1 des Kältemittels in dem Akkumulator 5 auf. Das in den Akkumulator 5 strömende Kältemittel ist gewöhnlich in einem Zwei-Phasen-Zustand aus Dampf und Flüssigkeit, dessen Trockenheit etwa 0,8 bis 1,0 beträgt. Daher kann die Trockenheit angenähert als beispielsweise 0,9 angesehen werden. Die Temperatur und der Druck des Kältemittels in diesem Zustand werden bestimmt durch die Zirkulationszusammensetzung des durch den Kühlzyklus strömenden nichtazeotropischen Kältemittels, wie in 2 gezeigt ist. Die Zirkulationszusammensetzung α kann nur mittels der Temperatur T1 und des Drucks P1 in dem Akkumulator 5 durch Verwendung der in 2 als ausgezogene Linie dargestellten Charakteristik berechnet werden.
Wenn die Steuereinheit 21 zu arbeiten beginnt, werden die Temperatur T2 am Ausgang des Kondensators 2 und der Druck P2 durch den Temperaturdetektor 13 bzw. den Druckdetektor 14 erfasst. Dann nimmt die Steuereinheit 21 die von der Zusammensetzungs-Berechnungseinheit 20 berechnete Zirkulationszusammensetzung von dieser auf und berechnet die Temperatur T_L der gesättigten Flüssigkeit bei dem Kondensationsdruck P2 mittels des Druckes P2 und der Zirkulationszusammensetzung α. Diese Temperatur T_L für gesättigte Flüssigkeit wird einzig bestimmt durch den Druck P2, da die Zirkulationszusammensetzung α festgelegt ist. Die Steuereinheit 21 berechnet den Grad der Unterkühlung SC des Kältemittels am Ausgang des Kondensators 2 mittels der Temperatur T2 am Ausgang und die Temperatur T_L der gesättigten Flüssigkeit (SC = T_L – 2). Dann beurteilt die Einheit 21, ob der Grad der Unterkühlung mit einem vorbestimmten Wert, z. B. 5°C übereinstimmt oder nicht. Wenn der Grad der Unterkühlung mit dem vorbestimmten Wert übereinstimmt, bewegt sich die Einheit 21 zu dem Endschritt. Wenn der Grad der Unterkühlung als nicht in Übereinstimmung mit dem vorbestimmten Wert beurteilt wird, führt die Einheit 21 den Änderungsvorgang für den Grad der Öffnung des elektrischen Expansionsventils der Dekompressionsdurchführung 3 durch.
Die Steuereinheit 21 kann die Zirkulationszusammensetzung des Kältemittels in dem Kühlzyklus nur mittels der Temperatur und des Drucks in dem Akkumulator 5 erfassen, und die Berechnungen in der Zusammensetzungs-Berechnungseinheit 20 sind folglich vereinfacht, wodurch es möglich wird, eine Steuerinformations-Erfassungsvorrichtung mit einer einfachen Konstruktion zu erhalten, welche Vorrichtung kostengünstig ist.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel misst die Temperatur und den Druck in dem Akkumulator 5, aber der erste Temperaturdetektor 11 und der Druckdetektor 12 können an einer Stelle zwischen dem Akkumulator 5 und dem Saugrohr des Kompressors 1 vorgesehen sein.
Die Trockenheit X kann auf einen anderen Wert als zwischen etwa 0,8 und 1,0 gestellt sein, welches der gesetzte Wert bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel ist.
Die Steuerinformations-Erfassungsvorrichtung des Klimageräts nach der Erfindung kann weiterhin Vergleichsbetriebsmittel zum Erzeugen eines Warnsignals, wenn die von der Zusammensetzungs-Berechnungseinheit berechnete Zusammensetzung des Kältemittels außerhalb eines vorbestimmten Bereichs ist, und eine Warnvorrichtung, die bei einem von dem Vergleichsbetriebsmitteln erzeugten Warnsignal betätigt wird, aufweisen.
Während bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Verwendung spezifischer Begriffe beschrieben wurden, dient eine derartige Beschreibung nur illustrativen Zwecken, und es ist festzustellen, dass Änderungen und Variationen gemacht werden können, ohne den Bereich der folgenden Ansprüche zu verlassen.

Claims

Kühlendes Klimagerät, das ein nichtazeotropisches Kältemittel als Kältemittel von diesem verwendet; welches Klimagerät einen Kühlzyklus aufweist, der zusammengesetzt ist durch Verbinden eines Kompressors (1), eines Kondensators (2), einer Dekompressionsvorrichtung (3), einem Verdampfer (4), und einem Akkumulator (5) zwischen dem Verdampfer (4) und dem Kompressor (1) in Strömungsrichtung des Kältemittels, welches Klimagerät weiterhin eine Steuerinformations-Erfassungsvorrichtung enthält, die aufweist: einen Temperaturdetektor (11) zum Erfassen der Temperatur des Kältemittels im Akkumulator (5) oder des Kältemittels zwischen dem Akkumulator (5) und einem Saugrohr des Kompressors (1), einen Druckdetektor (12) zum Erfassen des Drucks des Kältemittels im Akkumulator (5) oder des Kältemittels zwischen dem Akkumulator (5) und dem Saugrohr, eine Zusammensetzungs-Berechnungseinheit (20) zum Berechnen der Zusammensetzung des durch den Kühlzyklus zirkulierenden Kältemittels auf der Grundlage der jeweiligen von dem Temperaturdetektor (11) und dem Druckdetektor (12) erfassten Signale und eines gesetzten angenommenen Trockenheitswertes, und eine Steuereinheit (21) zum Steuern der Arbeitsweise des Kompressors (1) und/oder der Dekompressionsvorrichtung (3) des Klimageräts in Abhän gigkeit von der berechneten Zusammensetzung des Kältemittels.
Kühlendes Klimagerät, das ein nichtazeotropisches Kältemittel verwendet, nach Anspruch 1, worin die Steuerinformations-Erfassungsvorrichtung weiterhin aufweist: Vergleichsoperationsmittel zum Erzeugen eines Warnsignals, wenn die von der Zusammensetzungs-Berechnungseinheit (20) berechnete Zusammensetzung des Kältemittels außerhalb eines vorbestimmten Bereichs ist, und Warnmittel, die durch ein von den Vergleichsoperationsmitteln erzeugtes Warnsignal betätigt werden.