DK165379B - Koeleanlaeg - Google Patents

Description

i

DK 165379B

Opfindelsen angår et køleanlæg med en i serie koblet kompressor, kondensator, ekspansionsventil og fordamper og med en styreindretning, som for at opretholde en ønsket referencetemperatur i det af køleanlægget kølede rum sty-5 rer ekspansionsventilen samt et indstillingsorgan, der fastlægger kølemidlets tryk i kondensatoren.

Et sådant køleanlæg og en fremgangsmåde er kendt fra EP 0 066 553 Al. Derved styres kondensatortrykket ved ændring 10 af ventilatorhastigheden i afhængighed af fordamperens overhedningstemperatur og kølemediets temperatur ved kondensatorudgangen. Yderligere er det fra dette skrift kendt at styre ekspansionsventilen fra den samme differenstemperatur over fordamperen, altså overhedningstemperaturen.

15

Ulempen ved en sådan styring er, at åbningsgraden af en sådan ekspansionsventil ikke altid kan holdes inden for et arbejdsområde, som sikrer et optimalt forhold mellem kondensatortryk og fordamperydelse. Derved drives anlægget 20 med et højere kondensatortryk, end det ville være nødvendigt, hvis ekspansionsventilens samlede arbejdsområde kunne udnyttes. Hvis kondensatortrykket ikke holdes i sit optimale område, er energiforbruget af kompressoren og eventuelt af ventilatoren ikke optimalt.

25

Et yderligere problem er, at støjniveauet alt efter den omliggende bebyggelse (boligområde) på bestemte tidspunkter skal forblive under bestemte værdier. For at gøre lydtrykket lavere, kan man anvende en kondensator-ventilator-30 kombination med ringe luftvolumenstrøm og forstørret kondensatorflade for at opnå den ønskede køleeffekt. Dette fordyrer dog anlægget væsentligt.

En anden mulighed er at sænke ventilatorhastigheden, fx 35 ved natdrift. Denne løsning giver dog ingen sikkerhed for

DK 165379B

2 et optimalt kondensatortryk i forhold til den øjeblikkelige fordamperydelse.

Et yderligere køleanlæg og en fremgangsmåde til dets drift 5 er kendt fra EP-A 0 152 608. Her regaleres ventilatorernes luftvolumenstrøm og dermed kondensatortrykket af luftindsugningstemperaturen og/eller kompressorernes momentane køleeffekt. Også ved dette anlæg drives kondensatoren ikke med det optimale tryk, som er tilpasset fordamperens mo-10 mentane køleeffekt.

EP 0 254 253 A2 viser et køleanlæg med en til indstilling af åbningsgraden impulsstyret ekspansionsventil og med en ventilatorkølet kondensator. Styringen af ventilatoren 15 sker uafhængigt af styringen af ekspansionsventilens åb ningsgrad .

Formålet med den foreliggende opfindelse er at forhøje virkningsgraden af et køleanlæg af den i indledningen 20 nævnte art.

Denne opgave løses ved et' køleanlæg af den i indledningen nævnte art ved, at styreindretningen har en ekspansionsventilens åbningsgrad registrerende sensor samt en grænse-25 værdigiver til bestemmelse af en bestemt åbningsgrad for ekspansionsventilen og ved stigende kølebehov først forøger kølemiddelgennemstrømningen gennem ekspansionsventilen indtil denne forudbestemte åbningsgrad og fra opnåelsen af denne forudbestemte åbningsgrad regulerende forøger 30 kølemidlets tryk i kondensatoren til dettes maksimalt mulige værdi.

Derved opnås, at kondensatortrykket først da forhøjes, når fordamperens effektbehov ikke mere kan dækkes af en yder-35 ligere åbning af ekspansionsventilen. Styringen af køleanlægget sker altså således, at ved et optimalt forhold mel-

DK 165379 B

3 lem kondensatortryk og fordampereffekt ligger ekspansionsventilens åbningsgrad i et område, som sikrer det mindst mulige kondensatortryk. Ekspansionsventilen kan derved på sædvanlig måde styres af fordamperens overhedningstempera-5 tur. Da kun ekspansionsventilens åbningsgrad skal registreres, kan styringen ifølge opfindelsen også indbygges i allerede bestående køleanlæg. Under den forudbestemte åbningsgrad arbejder kondensatoren i hvert tilfælde med det tryk, som blandt andet er bestemt af lufttemperaturen og 10 ventilatorens omdrejningstal. Derved kan kondensatortrykket på fordelagtig måde styres til et optimalt arbejdsområde, således at den til sikring af kondensatortrykket nødvendige kompressoreffekt og eventuelt også ventilatoreffekt samt støjudviklingen kan minimeres.

15

Derved foretrækkes det særligt,' at styrekredsløbet har en P-regulator, som danner styrekredsløbets udgangsværdi i afhængighed af ekspansionsventilens åbningsgrad efter forholdet 20 (l \ nmax hvorved A er den øjeblikkelige udgangsværdi, Amax er den maksimale udgangsværdi, K er en konstant, O er den øjeblikkelige åbningsgrad, V er den forudbestemte åbningsgrad 25 og 0max er den maksimale åbningsgrad. Denne styring er let at gennemføre og sikrer, at styrekredsløbets udgangsstørrelse styrer henholdsvis ventilatoren og kondensator-udgangsventilen fra en driftsmåde, som frembringer minimalt kondensatortryk, til en driftsmåde, som frembringer maksi-30 malt kondensatortryk, når ekspansionsventilen åbner fra den forudbestemte åbningsgrad til sin maksimale åbningsgrad. Ved maksimal åbningsgrad er kondensatortrykket mak- 4

DK 165379B

simalt, dvs. ventilatoren skal frembringe den mindst indstillelige luf tvo lumens trom.

I en foretrukken udførelsesform er indstillingsorganet, 5 der fastlægger kølemidlets tryk i kondensatoren, udformet som en kondensatoren kølende ventilator med styrbar luftstrøm eller som en kø lemiddel vent il på kondensatorens udgang, der opdæmmer den fra kondensatoren udtrædende kølemiddelstrøm. Luftvolumenstrømmen kan ændres ved ændring af 10 omdrejningstallet, ved ændring af ventilatorbladenes indfaldsvinkel eller ved ændring af strømningsmodstanden ved hjælp af drosselklapperne i luftstrømmen. Når ventilens åbningstværsnit i en alternativ udførelsesform formindskes, ophobes væsken tilbage i kondensatoren og formind-15 sker derved fladen, som står til rådighed for varmeafgivelsen fra det gasformige kølemedie. Derved stiger trykket i kondensatoren.

Med fordel har styreindretningen et grænseværdigiveren ef-20 terkoblet tidsforsinkelsesled, som forsinker omkoblingen fra gennemstrømningsstyringen af ekspansionsventilen til trykstyringen i kondensatoren et forudbestemt tidsrum for at undgå reguleringssvingninger og kun foretager denne omkobling, når den forudbestemte åbningsgrad ikke underskri-25 des inden for det forudbestemte tidsrum. Da der i kølemediets kredsløb ifølge opfindelsen griber to styringer eller reguleringskredse ind, som delvis er afhængig af hinanden, er det muligt, at det kommer til svingninger, hvis der ikke er nogen dødtid. Denne dødtid indstilles fordel-30 agtigt i sammenhæng med styringen af kondensatortrykket for at muliggøre udbygningen af bestående systemer. Derved kan en ustabilitet, fx et opsving, af styringen modvirkes.

En for hyppig ind- og udkobling af styrefunktionen forhindres derved.

35

DK 165379 B

5

Derved er det særlig fordelagtigt, at ekspansionsventilens forudbestemte åbningsgrad kan indstilles alternativt til mindst to fast forudbestemte, forskellige værdier. Dermed er det fx muligt med et anlæg at overholde det foreskrevne 5 støjniveau, som om dagen og om natten har forskellige værdier. Den forudbestemte åbningsgrad kan fx om natten være mindre end om dagen.

På foretrukken måde har styreindretningen en temperaturfø-10 ler, der registrerer temperaturen i det kølede rum, og frakobler køleanlæggets kompressor midlertidigt og lukker ekspansionsventilen, når temperaturen i det kølede rum underskrider den ønskede referencetemperatur.

15 På foretrukken måde har styreindretningen en med temperaturføleren i det kølede rum forbundet lagerenhed, som lagrer det i køleanlæggets frakoblingsøjeblik fra styreindretningen netop afgivne udgangssignal og ved den efterfølgende genindkobling af køleanlægget stiller det til rådig-20 hed som startværdi. Ved termostatisk styrede anlæg er det nødvendigt, at styrekredsløbets udgangsværdi fastholdes på tidspunktet af udkoblingen af ekspansionsventilen og af kompressoren, og at denne værdi bibeholdes ved genindkoblingen af ventil og kompressor, indtil anlægget igen har 25 stabiliseret sig. Derved sikres, at i det tidsrum, som anlægget behøver for igen at opnå en stabil tilstand, står en værdi til styring af kondensatortrykket til rådighed.

Derved er det særlig fordelagtigt, at der er anbragt et 30 andet tidsforsinkelsesled, som bevirker, at styreindretningen efter genindkoblingen af køleanlægget tilslutter det lagrede udgangssignal til indstillingsorganet i et forudbestemt andet tidsrum. Dermed er det sikret, at styrekredsløbets udgang først da anvendes til påvirkning af 35 kondensatortrykket, når den af ekspansionsventil, fordam-

DK 165379B

6 per og kompressor bestående del af køleanlægget befinder sig i en stabil tilstand.

I en foretrukken udførelsesform styrer styreindretningen 5 ekspansionsventilens åbningsgrad afhængigt af kølemidlets overhedningstemperatur i fordamperen. Fordelagtigt sætter styringen først ind ved en forudbestemt mindste værdi af åbningsgraden. Under denne mindste værdi, dvs. når ekspansionsventilen kun har en ringe åbningsgrad, skal styringen 10 ikke sætte ind, da kondensator trykket så kan styres på sædvanlig måde.

I en yderligere foretrukken udførelsesform er der anbragt flere med hinanden parallelle fordampere og ekspansions-15 ventiler, og styreindretningen aftaster samtlige ekspansionsventilers åbningsgrad efter tur og fastlægger kølemiddeltrykket i kondensatoren afhængigt af den til enhver tid største åbningsgrad. Én sådan styring er især da fordelagtig, når der skal afkøles flere rum eller rumafsnit fra en 20 central kompressor med efterkoblet kondensator. Da et mål for styringen er at formindske energiforbruget, idet kondensatortrykket altid holdes på et optimalt niveau, men på den anden side hver fordamper skal opfylde sin opgave, altså skal afkøle henholdsvis sit rumafsnit og sit rum 25 tilstrækkeligt, er det formålstjenligt at styre kondensatortrykket i afhængighed af fordamperafsnittet, hvis ekspansionsventil har den største åbningsgrad. Aftastningen kan ske tidsseriel ved hjælp af en multiplekser. Derved sikres på enkel måde en seriel forarbejdning af de enkelte 30 åbningsgrader.

Det er særlig foretrukket, at der er anbragt en impulsven-tilstyret ekspansionsventil, og den sensor, der registrerer ekspansionsventilens åbningsgrad, konstaterer denne 35 åbningsgrad ud af impuls/pause-forholdet. Sådanne impuls styrede ventiler er fx kendt fra EP 0 171 240 A2 eller fra

DK 165379 B

7 EP O 123 643 A2. Impuls/pause-forholdet kan let konstateres og forarbejdes digitalt.

Opfindelsen beskrives nedenstående ved hjælp af foretrukne 5 udførelseseksempler i forbindelse med tegningen, der viser i fig. 1 et køleanlæg med en kondensatortrykstyring ifølge opfindelsen, 10 fig. 1A et køleanlæg med en varieret kondensatortrykstyring og . fig. 2 en supplerende forklaring af anlægget i fig. 1.

15

Fig. 1 viser et køleanlæg med en kompressor 1, som komprimerer et kølemiddel og leverer det til en kondensator 2. Kondensatoren 2 er igen forbundet med en væskeudskiller 3, i hvilken kølemidlet er opsamlet. Væskeudskillerens 3 ud-20 gang er over en ekspansionsventil 4 forbundet med en fordampers 5 indgang. Derfra tilføres kølemidlet igen kompressoren 1. Ekspansionsventilen 4 styrer mængden af kølemidlet, som fordampes i fordamperen 5. En ekspansionsventilstyring 6 registrerer temperaturen på to målesteder 7, 25 8 i ledningerne foran og bag fordamperen 5, forarbejder den og danner af temperaturdifferensen et styresignal for en aktuator 20, som forstørrer eller formindsker ekspansionsventilens 4 åbningsgrad. Overlejret bliver det fra ekspansionsventilstyringen 6 stammende signal af et signal 30 fra en rumtemperaturføler eller termostat 9, som ud- eller indkobler ekspansionsventilen 4 og kompressoren 1.

Køleanlægget har en kondensatortryk-styreindretning 10, som forhøjer eller formindsker trykket i kondensatoren, 35 når et behov eller en mulighed indicerer hertil. Dertil har kondensatortryk-styreindretningen 10 i fig. 1 en ven-

DK 165379B

8 tilator 11, som drives af en motor 12, der på sin side igen styres af en ventilatorstyring 13. Når ventilatoren 11 afkøler kondensatoren 2 med en stor luftvolumenstrøm, altså bortleder en stor varmemængde, kondenserer kølemid-5 let i kondensatoren 2, og trykket falder. Omvendt stiger trykket i kondensatoren 2, når luftvolumenstrømmen forringes af ventilatoren 11.

Ved køleanlægget i fig. 1A er der anvendt en varieret kon-10 densatortryk-styreindretning 10A. Herved er der på kondensatorens 2 udgang anbragt en ventil 14, som åbnes eller lukkes af en aktuator 15, som på sin side igen styres af en ventilstyring 16. Når ventilen 14 lukker, ophobes den i kondensatoren dannede væske af kølemidlet, således at der 15 står en mindre flade til rådighed, i hvilken luftvolumenstrømmen fra ventilatoren 11 kan trække varme ud af det gasformigt foreliggende kølemiddel. Derved sker en forhøjelse af kondensatortrykket. Forsyningen af fordamperen 5 med flydende og afkølet kølemiddel sikres af væskeudskil-20 leren 3, som her har en buffervirkning. De sædvanligvis tilstedeværende trykudlignings- og forsyningsledninger mellem væskeudskilleren 3 og henholdsvis kompressorens 1 udgang og kondensatorens 2 indgang er her på grund af overblikket ikke vist.

25

Ventilatorstyringen 13 i fig. 1 og ventilstyringen 16 i fig. 1A modtager et indgangssignal fra et styrekredsløbs 17 udgang. Styrekredsløbets 17 indgang 30 er over et grænseværdi-registreringsorgan 19 og en kontakt 24 forbundet 30 med en åbningsgradsdetektor 21, som registrerer ekspansi onsventilens 4 åbningsgrad. Åbningsgradsdetektoren kan derved aftaste aktuatorens 20 position. Fortrinsvis anvendes dog en impulsstyret ekspansionsventil 4, hvorved åbningsgraden kan konstateres af forholdet mellem impuls og 35 pause.

DK 165379 B

9

Grænseværdi-registreringsorganet registrerer den dannede grænseværdi. Efter overskridelse af en forudbestemt grænseværdi fås et signal på et tidsforsinkelsesled 23, som efter et forudbestemt tidsrum lukker kontakten 24 og for-5 syner styrekredsløbet 17 med den åbningsgrad, som har overskredet den forudbestemte grænseværdi. Skulle åbningsgradens grænseværdi underskrides i tidsforsinkelsesleddets 23 dødtid At1# lukkes kontakten 24 ikke. Grænseværdi-registreringsorganet er udefra indstillelig af et signal 22.

10 Denne indstilling kan ske manuelt. Den kan dog også ske henholdsvis tidsafhængigt eller periodisk, således at grænseværdien for dagdriften fx indstilles om morgenen kl.

6, mens grænseværdien for natdriften indstilles om aftenen kl. 22.

15 På samme måde kan tidsforsinkelsesleddets 23 tidsforsinkelse være indstillelig, når det viser sig, at med den valgte indstilling har systemet en tilbøjelighed til at svinge.

20 Åbningsgrad -signalet, som tilføres styrekredsløbets 17 indgang 30, forarbejdes af en P-regulator 18, som leverer en udgang efter følgende forhold: 25

Herved er A den øjeblikkelige udgangsværdi, A__v den mak-

ItlaX

simale udgangsværdi, K en konstant, 0 den øjeblikkelige åbningsgrad, V den forudbestemte åbningsgrad og 0max den maksimale åbningsgrad. Det vil sige, når ekspansionsventi-30 len 4 har indtaget sin maksimale åbningsgrad, drosles ventilatoreffekten til dens minimale værdi. Trykket i kondensatoren forhøjes derved til sin maksimale værdi.

DK 165379B

10

Styrekredsløbets 17 udgang er forbundet med et lager 25, som på sin side modtager et signal fra rumtermostater 9.

Når rumtermostaten 9 udkobler kompressoren 1 eller ekspansionsventilen 4, lagrer lageret 25 den på dette tidspunkt 5 tilstedeværende udgangsværdi af styrekredsløbet 17. Ved genindkoblingen af henholdsvis kompressoren 1 eller ekspansionsventilen 4 anvendes denne værdi og tilføres over en kontakt 26 styrekredsløbene 13 og 16 af henholdsvis ventilatoren 11 og kondensatorudgangsventilen 14. Efter 10 genindkoblingen erstattes den lagrede værdi ikke straks med styrekredsløbets 17 udgang, men ligger endnu over et indstilleligt tidsrum At2, som frembringes af et tidsforsinkelsesled 27, ved ventilatorstyr ingen 13 og/eller ventilstyringen 16. Derved er det muligt at vente, indtil sy-15 stemet igen har nået en stabil tilstand.

Fig. 1 viser et køleanlæg med en fordamper 5 og en med denne tilhørende ekspansionsventil 4. Der er anbragt tilslutninger 28 og 29, ved hvilke yderligere fordampere og 20 ekspansionsventiler kan anbringes parallelt med den første fordamper 5 og den første ekspansionsventil 4 mellem væskeudskiller og kompressor 1. Disse yderligere fordampere 33, 34 med tilhørende ekspansionsventiler 31, 32 er vist i fig. 2. Ekspansionsventilstyringen 6 og rumtermostaten 9 25 er udeladt i fig. 2 på grund af overblikket.

Hver ekspansionsventil 4, 31, 32 har en ekspansionsventil-aktuator 20, 37, 38. Ekspansionsventilens 4, 31, 32 åbningsgrad registreres af en åbningsgradsdetektor 21, 35, 30 36 og tilføres over adskilte ledninger en multiplekser 39.

Multiplekseren 39 aftaster de enkelte åbningsgradsdetektorer 21, 35, 36 efter tur og tilfører udgangssignalet en sammenligner 40, som sammenligner åbningsgraderne med hinanden og tilfører værdien, som svarer til ekspansionsven-35 tilen med den mest kritiske åbningsgrad, over styrekredsløbets 17 indgang 30.

Claims (11)

11

1. Køleanlæg med en i serie koblet kompressor (1), kon- 5 densator (2), ekspansionsventil (4) og fordamper (5) og med en styreindretning (10; ioa), som for at opretholde en ønsket referencetemperatur i det af køleanlægget kølede rum styrer ekspansionsventilen (4) samt et indstillingsorgan (11, 14), der fastlægger kølemid-10 lets tryk i kondensatoren (2), kendetegnet ved, at styreindretningen (10; 10Α) har en ekspansionsventilens (4) åbningsgrad registrerende sensor (21) samt en grænseværdigiver (19) til bestemmelse af en bestemt åbningsgrad for ekspansionsventilen (4) og ved 15 stigende kølebehov først forøger kølemiddelgennem strømningen gennem ekspansionsventilen (4) indtil denne forudbestemte åbningsgrad og fra opnåelsen af denne forudbestemte åbningsgrad regulerende forøger kølemidlets tryk i kondensatoren (2) til dettes maksimalt mu-20 lige værdi.

2. Køleanlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at styrekredsløbet som udgangsled har en P-regulator (18), som fra opnåelse af ekspansionsventilens (4) 25 forudbestemte åbningsgrad danner det styresignal, der fastlægger kølemidlets tryk i kondensatoren (2) efter forholdet 30 hvorved A er den værdi, der skal indstilles, A„v er luflX den maksimalt mulige værdi af styresignalet, 0 er den netop foreliggende og 0max er den maksimalt mulige åbningsgrad af ekspansionsventilen (4), k er en konstant 12 DK 165379B og V er den forudbestemte åbningsgrad af ekspansionsventilen (4).

3. Køleanlæg ifølge krav 1 eller 2, kendeteg- 5 net ved, at indstillingsorganet, der fastlægger kølemidlets tryk i kondensatoren (2), er udformet som en kondensatoren (2) kølende ventilator (11) med styrbar luftstrøm eller som en kølemiddelventil (14) på kondensatorens (2) udgang, der opdæmmer den fra kon- 10 densatoren (2) udtrædende kølemiddelstrøm.

4. Køleanlæg ifølge et af kravene 1-3, kendetegnet v e d, at styreindretningen (10; 10A) har et grænseværdigiveren (19) efterkoblet tidsforsinkelses- 15 led (23, 24), som forsinker omkoblingen fra gennem strømningsstyringen af ekspansionsventilen (4) til trykstyringen i kondensatoren (2) et forudbestemt tidsrum for at undgå reguleringssvingninger og kun foretager denne omkobling, når den forudbestemte åb- 20 ningsgrad ikke underskrides inden for det forudbestem te tidsrum.

5. Køleanlæg ifølge et af de forudgående krav, kendetegnet ved, at ekspansionsventilens (4) 25 forudbestemte åbningsgrad kan indstilles alternativt til mindst to fast forudbestemte, forskellige værdier.

6. Køleanlæg ifølge et af kravene 1-4, kendetegnet v e d, at styreindretningen (10; 10A) har en 30 temperaturføler (9), der registrerer temperaturen i det kølede rum, og frakobler køleanlæggets kompressor (1) midlertidigt og lukker ekspansionsventilen (4) , når temperaturen i det kølede rum underskrider den ønskede referencetemperatur. 35 DK 165379B 13

7. Køleanlæg ifølge krav 6, kendetegnet ved, at styreindretningen (10; 10A) har en roed temperaturføleren (9) i det kølede rum forbundet lagerenhed (25), som lagrer det i køleanlæggets frakoblingsøje- 5 blik fra styreindretningen (10; 10A) netop afgivne ud gangssignal og ved den efterfølgende genindkobling af køleanlægget stiller det til rådighed som startværdi.

8. Køleanlæg ifølge krav 7, kendetegnet ved, 10 at der er anbragt et andet tidsforsinkelsesled (27), som bevirker, at styreindretningen (10; 10A) efter genindkoblingen af køleanlægget tilslutter det lagrede udgangssignal til indstillingsorganet (11, 14) i et forudbestemt andet tidsrum. 15

9. Køleanlæg ifølge et af de forudgående krav, kendetegnet ved, at styreindretningen (10; 10A) styrer ekspansionsventilens (4) åbningsgrad afhængigt af kølemidlets overhedningstemperatur i fordamperen 20 (5) .

10. Køleanlæg ifølge et af de forudgående krav, kendetegnet ved, at der er anbragt flere med hinanden parallelle fordampere (5, 33, 34) og ekspan- 25 sionsventiler (4, 31, 32), og at styreindretningen (10; 10A) aftaster samtlige ekspansionsventilers (4, 31, 32) åbningsgrad efter tur og fastlægger kølemiddeltrykket i kondensatoren (2) afhængigt af den til enhver tid største åbningsgrad. 30

11. Køleanlæg ifølge et af de forudgående krav, kendetegnet ved, at der er anbragt en impulsvent ilstyret ekspansionsventil, og den sensor (21), der registrerer ekspansionsventilens åbningsgrad, kon- 35 staterer denne åbningsgrad ud af impuls/pause-forhol- det.