DK170564B1 - Køleanlæg og fremgangsmåde til styring af et køleanlæg - Google Patents

Description

DK 170564 B1

Opfindelsen angår et køleanlæg med en kompressorindretning og en kondensatorindretning, mellem hvilke er anbragt mindst en fordamper, som på sin indgangsside har en styrbar indsprøjtningsventil, og med en styreindretning, som 5 er forbundet med tryk- og/eller temperatursensorer på fordamperens indgangs- og udgangsside og aktiverer indsprøjtningsventilen til styring af overhedningstemperaturen. Opfindelsen angår endvidere en fremgangsmåde til styring af et køleanlæg, ved hvilket referenceværdien af en for-10 dampers overhedningstemperatur ændres i afhængighed af åbningsgraden af en indsprøjtningsventil, som er anbragt mellem kondensator og kompressorens sugeside.

Sådanne køleanlæg og tilsvarende styringsfremgangsmåder er 15 almindelig kendte, se fx DE 33 29 661 Al, DE 37 13 869 Al eller DE 41 00 749 Al. Herved kan kompressorindretningen have flere kompressorer. Kondensatorindretningen kan have flere kondensatorer. Sædvanligvis er kompressorindretning, kondensatorindretning og fordamper koblet sammen i et 20 kredsløb.

Et yderligere køleanlæg af den nævnte art er kendt fra US 4 651 535. Her er ekspansionsventilen udformet som en pulsstyret magnetventil, således at der ikke kun vises de 25 sædvanlige lineære sammenhænge mellem overhedningstempera turen og trykket, men også eksponentielle sammenhænge.

EP 0 229 942 A2 viser ligeledes et sådant køleanlæg, ved hvilket ekspansionsventilen aktiveres over en af en compu- 30 ter styret indstillingsmotor.

Grænsen mellem kølemidlets væskefase og gasfase skal holdes inden for fordamperen. Hertil styres indsprøjtningseller ekspansionsventilerne således, at der kun kan trænge 35 så meget kølemiddel ind i fordamperen, at det også kan fordampes i fordamperen. Det kan dog på grund af svingnin- DK 170564 B1 2 ger i belastningen eller i suge- eller kondensatortrykket ikke undgås, at der af og til optræder et "gennemløb", dvs. indsprøjtningsventilen åbner for meget, således at der optræder flydende kølemiddel på fordamperens udgang.

5 Især ved korte overhedningszoner er grænsen mellem den normale fyldning af fordamperen og et gennemløb relativ * smal.

Når et sådant gennemløb optræder, falder overhedningen til 10 0 K, dvs. henholdsvis temperaturdifferensen mellem fordam perens indgang og dens udgang eller mellem udgangen og den til trykket på udgangen svarende temperatur er 0. Indsprøjtningsventilen lukker. Fordamperen kan hurtigt suges tom. så er der imidlertid ingen kølemiddelstrøm, ved hvis 15 hjælp der igen kan frembringes en temperaturdifferens mellem fordamperens udgang og indgang og dermed et overhedningssignal til åbning af indsprøjtningsventilen. Fordamperen kan ikke aktiveres. Ventilen åbner først igen, når fordamperens udgang er opvarmet så meget af omgivelsestem-20 peraturen, at der indstilles en mindste overhedning over fordamperen. Denne opvarmning kan dog vare relativt længe, især ved godt isolerede sugeledninger.

Problemet opstår især, når de til styreindretningen til-25 førte signaler er rene temperatursignaler. Også ved anvendelse af tryksignaler på fordamperens udgangsside kan problemet optræde i større centralanlæg med flere fordampere, der er forbundet med den samme sugeledning, når den enkelte fordamper kun har en ringe indflydelse på det fælles 30 sugetryk. Sugetrykket falder ved gennemløb af en fordamper, når ventilen lukker, heller ikke så meget, at en værdi opnås, som normalt ville åbne ventilen, hvis trykket på fordamperudgangen blev anvendt som styresignal, eller ventilen var trykstyret. Det er klart, at en længere lukning * 35 af indsprøjtningsventilen og den dermed forbundne deaktivering af den tilhørende fordamper er uønsket, fordi køle DK 170564 B1 3 effekten af den pågældende fordamper herved falder drastisk.

Formålet med opfindelsen er at forbedre et køleanlægs 5 driftsforhold.

Dette løses ved et køleanlæg af den i indledningen nævnte art ved, at styreindretningen ændrer en karakteristik, der repræsenterer sammenhængen mellem overhedningstemperatur 10 og indsprøjtningsventilens åbningsgrad i det mindste i et afsnit under en forudbestemt åbningsgrad af ekspansionsventilen, således at karakteristikken under denne åbningsgrad forløber til et begyndelsespunkt, som er defineret af en mindste åbningsgrad og en lavere overhedningstempera-15 tur, således at styreindretningen sænker værdien af over hedningstemperaturen, ved hvilken indsprøjtningsventilen begynder at åbne, til en forudbestemt minimal værdi.

Man kan her enten undgå, at ventilen lukker fuldstændig, 20 eller man bevirker efter lukningen en hurtigere genåbning.

Så længe ventilen ikke lukker helt, opretholdes en kølemiddelstrøm, som inden for meget kort tid igen fører til en normal overhedning af fordamperen og dermed til dens aktivering. Herved tillades ganske vist, at indsprøjt-25 ningsventilen lukker fuldstændig. Dette kan imidlertid især efter optræden af et gennemløb være ønsket. Dog skal temperaturen på fordamperens udgang kun forhøjes relativt lidt, nemlig til den forudbestemte minimale værdi. Indsprøjtningsventilen åbner, om end kun i ringe grad, og 30 lader kølemiddel strømme ind i fordamperen. Dette fører da til en opvarmning af fordamperudgangen og dermed til indstilling af en overhedningstemperatur, som igen muliggør fordamperens normale arbejde.

35 På fordelagtig måde ligger den forudbestemte åbningsgrad i området på 10% eller mindre af den maksimale åbningsgrad.

DK 170564 B1 4

Ved denne ringe åbningsgrad er det relativt ukritisk, at overhedningstemperaturen ændres. Til den normale drift opretholdes dermed sammenhængen mellem overhedningstemperatur og indsprøjtningsventilens åbningsgrad. Kun i til-5 fælde af fejlafhjælpning gribes til yderligere forholdsregler.

På foretrukken måde kan sammenhængen mellem åbningsgraden og overhedningen under den forudbestemte åbningsgrad vises 10 ved hjælp af en kurve, som skærer en grænse for den mindste stabile overhedning. Man kan herved vælge en relativ lille minimal værdi for overhedningstemperaturen uden at skulle sænke den forudbestemte åbningsgrad for meget. Ved overskridelse af grænsen for den mindste stabile overhed-15 ning kan der ganske vist i givet fald opstå reguleringsustabil i teter. Disse er dog ukritiske, da der i dette område alligevel ikke reguleres i nævneværdig grad. Åbningen af indsprøjtningsventilen fører tværtimod meget hurtigt til, at der over fordamperen optræder en overhedningstem-20 peratur, som muliggør et normalt reguleringsforhold. Overhedningstemperaturen stiger nemlig relativt hurtigt efter åbningen af ventilen.

Herved er det særlig foretrukket, at kurven er en ret li-25 nie. Reguleringen i dette område, såfremt den er nødvendig, kan da ske som normal proportional regulering.

Opgaven løses ved en fremgangsmåde af den i indledningen nævnte art ved, at en karakteristik, der repræsenterer 30 sammenhængen mellem overhedningen og åbningsgraden i det mindste i et afsnit under en forudbestemt åbningsgrad af ekspansionsventilen ændres, således at karakteristikken under denne åbningsgrad forløber til et begyndelsespunkt, som er defineret af en mindste åbningsgrad og en lavere 35 overhedningstemperatur, således at overhedningstemperaturens referenceværdi, ved hvilken indsprøjtningsventilen DK 170564 B1 5 (5) begynder at åbne, sænkes til en forudbestemt minimal værdi.

Som ovenstående beskrevet kan man dermed opnå, at ind-5 sprøjtningsventilen enten slet ikke lukker fuldstændig eller åbner langt tidligere end hidtil. Der kan altså allerede efter kort tid igen opnås en kølemiddelstrøm, som fører til den ønskede overhedning af fordamperen. Herved tillades ganske vist, at ekspansionsventilen lukker fuld-10 stændig. Dette er ønsket efter et gennemløb af fordamperen, dvs. en fuldstændig fyldning af fordamperen med flydende kølemiddel, fordi fordamperen herved kan tømmes relativ hurtigt og så fuldstændigt, at kort tid senere kan efterstrømmende kølemiddel igen føre til en overhedning.

15 På fordelagtig måde sker sænkningen med en værdi, som ligger i størrelsesordenen af differensen mellem den maksimale værdi af overhedningen og værdien, ved hvilken indsprøjtningsventilen når sin forudbestemte åbningsgrad. Det 20 hidtidige temperaturområde, inden for hvilket indsprøjtningsventilen ændres mellem en fuldstændig lukket og en fuldstændig åben tilstand, fordobles derved praktisk taget. Da fordoblingen af dette område udelukkende omfatter en udvidelse nedad, sikres herved, at indsprøjtningsventi-25 len allerede relativ kort tid efter den fuldstændige lukning igen kan åbne.

Fortrinsvis ligger den minimale værdi i området på 1 -2 K. En temperaturforøgelse på fordamperudgangen på denne 30 værdi kan også ved god isolering opnås i relativ kort tid ved hjælp af omgivelsestemperaturen.

Opfindelsen beskrives nedenstående ved hjælp af et foretrukket udførelseseksempel i forbindelse med tegningen, 35 der viser i DK 170564 B1 6 fig. 1 et skematisk udsnit af et køleanlæg, fig. 2 en funktionel sammenhæng mellem en fordampers overhedning og en ekspansionsventils åbningsgrad * 5 og

C

fig. 3 sammenhængen i fig. 2 med ændring.

Et køleanlæg har en kompressorindretning 1, en kondensa-10 torindretning 2, en beholder 3 og en fordamper 4, som i denne rækkefølge er koblet sammen i et kredsløb. Kompressorindretningen 1 kan herved have flere enkelte kompressorer. Kondensatorindretningen 2 kan have flere enkelte kondensatorer. Parallelt med den viste fordamper 4 kan yder-15 ligere fordampere være anbragt, som det er vist ved hjælp af de utilsluttede stikledninger.

Fordamperen 4 har på sin indgang en ekspansions- eller indsprøjtningsventil 5, hvis åbningsgrad kan ændres af et 20 indstillingsorgan 6. Indstillingsorganet 6 styres af en styreindretning 7. Styreindretningen 7 indeholder indgangsdata fra en første temperatursensor 8 på fordamperens 4 indgang, en anden temperatursensor 9 på fordamperens 4 udgang i en sugeledning 10 mellem fordamperen 4 og kom-25 pressorindretningen 1 eller fra temperatursensoren 9 og fra en tryksensor 11 i sugeledningen 10. Den første temperatursensor 8 og tryksensoren 11 kan være anbragt alternativt til hinanden.

30 Styreindretningen 7 indstiller ved hjælp af indstillingsorganet 6 ekspansionsventilens 5 åbningsgrad således, at der mellem fordamperens 4 indgang og udgang fås en ønsket overhedning, dvs. en temperaturdifferens. Denne overhedning kan på ikke nærmere vist måde tilpasses køleanlæggets * 35 behov. Hertil kan der i givet fald være anbragt endnu DK 170564 B1 7 yderligere, ikke nærmere viste indgangsledninger for styreindretningen 7.

Fig. 2 viser en typisk sammenhæng mellem fordamperens 5 overhedning (den mod højre visende akse) og ekspansionsventilens 5 åbningsgrad (opad visende akse). Denne sammenhæng følger en ret linie 12 mellem den minimale åbningsgrad på 0% og den maksimale åbningsgrad på 100%. Den rette linie 12 svarer til proportionalbåndet af fordamperens 10 regulering. Den rette linie 12 ligger tæt på en stabilitetsgrænse 13, som dannes af den mindste stabile overhedning.

Når ekspansionsventilen 5 begynder at åbne, dvs. åbnings-15 graden på 0% forøges, indstilles en minimal overhednings-temperatur-referenceværdi SH^. Den største overhednings-temperatur-referenceværdi SHmax indstilles ved en maksimal åbningsgrad på 100%. Man kan se, at en vis mindste overhedning er nødvendig, for at ekspansionsventilen 5 overho-20 vedet begynder at åbne. Den ved hjælp af den rette linie 12 viste sammenhæng mellem ekspansionsventilens 5 åbningskarakteristik og overhedningstemperaturen er valgt således, at grænsen mellem den flydende og den gasformige fase ligger i fordamperen 4. Fordamperen 4 har altså normalt 25 altid et område, som er fyldt med gasformigt kølemiddel. Temperaturdifferensen i fordamperen 4 fås hovedsageligt over denne gasfase.

Ved stærkere svingninger af belastningen eller ved pludse-30 lige forandringer i suge- eller i kondensatortrykket kan det dog forekomme, at der strømmer for meget kølemiddel ind i fordamperen 4, således at det ikke mere kan fordampe dér og udfylder fordamperen 4 fuldstændig. Ved dette "gennemløb" befinder flydende kølemiddel sig altså ikke kun på 35 fordamperens 4 indgang, men også på dens udgang. Det flydende kølemiddel har overalt i det væsentlige den samme DK 170564 B1 8

temperatur, således at temperaturdifferensen mellem indgang og udgang, dvs. differensen mellem temperaturerne s2 og Sj antager værdien 0. Ekspansionsventilen 5 lukkes. Fordamperen 4 suges tom ved hjælp af kompressorindretningen J

5 1. Da intet kølemiddel kan strømme efter gennem den lukkede ekspansionsventil 5, opstår der heller ingen tempera- * turforskel mellem fordamperens 4 indgang og udgang. Ekspansionsventilen 5 åbner derfor først, når temperatursensoren 9 på fordamperudgangen af omgivelsestemperaturen er 10 opvarmet til en temperatur, som svarer til den indstillede mindste overhedning SHmin. Det kan dog vare relativt længe, især når sugeledningen 10 er godt isoleret.

Fig. 3 viser nu, at den oprindelige sammenhæng 12 mellem 15 ekspansionsventilens 5 åbningsgrad og overhedningen er blevet ændret. Denne sammenhæng adlyder ganske vist over den største del af ekspansionsventilens 5 åbningsgrad endnu funktionen 12'. Underskrider ekspansionsventilens 5 åbningsgrad imidlertid en forudbestemt minimal værdi, i 20 det foreliggende tilfælde fx 10%, ændres sammenhængen mellem åbningskarakteristikken og overhedningen. Funktionen vises nu ved hjælp af to rette linier 12', 14, af hvilke den ene 12' allerede er blevet omtalt. Den begynder ved et punkt, som er defineret af åbningsgraden på 10% og den 25 minimale overhedningstemperatur SH^, og slutter ved et punkt, som er defineret af åbningsgraden på 100% og den maksimale overhedningstemperatur SH^. Ved begyndelsespunktet af denne rette linie 12' slutter den anden rette linie 14, som har et begyndelsespunkt, som er defineret af 30 åbningsgraden på 0% og en lavere overhedningstemperatur SHcl. Denne rette linie 14 krydser ganske vist stabilitets-grænsen 13, Dette er dog, som det kan ses af det følgende, ukritisk.

35 Overhedningen SHCL ligger på ca. 1 - 2°K.

DK 170564 B1 9 Når nu ekspansionsventilen 5 lukker, er kun en relativ lille temperaturstigning på fordamperens 4 udgang nødvendig for igen at bringe ekspansionsventilen 5 til at åbne.

Så snart ekspansionsventilen 5 åbner, opstår en lille kø-5 lemiddelstrøm, som relativ hurtigt fører til en overhedningstemperatur mellem SH^ og SH^, altså i et område, hvor den normale proportionale regulering svarende til den rette linie 12' er mulig. De små ustabiliteter, som kan opstå i området af den rette linie 14, forfalsker kun ube-10 tydeligt sammenhængen mellem åbningskarakteristikken og overhedningen. Det spiller imidlertid ingen rolle, da dette område relativ hurtigt gennemkøres. Herved kan der også efter et gennemløb af fordamperen relativt hurtigt igen opnås en stabil tilstand, ved hvilken fordamperen 4 opnår 15 en optimal fyldningsgrad med kølemiddel svarende til køle-effektbehovet.

Claims (7)

1. Køleanlæg med en kompressorindretning (1) og en kon- 5 densatorindretning (2), mellem hvilke er anbragt mindst en fordamper (4), som på sin indgangsside har en styrbar indsprøjtningsventil (5), og med en styreindretning (7), som er forbundet med tryk- og/eller temperatursensorer (8, 9, 11) på fordamperens (4) ind-10 gangs- og udgangsside og aktiverer indsprøjtningsven- tilen (5) til styring af overhedningstemperaturen, kendetegnet ved, at styreindretningen (7) ændrer en karakteristik (12', 14), der repræsenterer sammenhængen mellem overhedningstemperatur og ind-15 sprøjtningsventilens (5) åbningsgrad i det mindste i et afsnit under en forudbestemt åbningsgrad af ekspansionsventilen (5), således at karakteristikken (14) under denne åbningsgrad forløber til et begyndelsespunkt, som er defineret af en mindste åbningsgrad og 20 en lavere overhedningstemperatur (SHCL) , således at styreindretningen (7) sænker værdien af overhedningstemperaturen, ved hvilken indsprøjtningsventilen (5) begynder at åbne, til en forudbestemt minimal værdi (SHcl) . 25

2. Køleanlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den forudbestemte åbningsgrad ligger i området på 10% eller mindre af den maksimale åbningsgrad. 30

3. Køleanlæg ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet v e d, at sammenhængen mellem åbningsgraden og . overhedningen under den forudbestemte åbningsgrad kan vises ved hjælp af en kurve (14), som skærer en grænse (13) for den mindste stabile overhedning. 35 DK 170564 B1 11

4. Køleanlæg ifølge krav 3, kendetegnet ved, at kurven (14) er en ret linie.

5. Fremgangsmåde til styring af et køleanlæg, ved hvilket 5 referenceværdien af en fordampers overhedningstempera tur ændres i afhængighed af åbningsgraden af en indsprøjtningsventil, som er anbragt mellem kondensator og kompressorens sugeside, kendetegnet ved, at en karakteristik (12', 14), der repræsente- 10 rer sammenhængen mellem overhedningen og åbningsgraden i det mindste i et afsnit under en forudbestemt åbningsgrad af ekspansionsventilen (5) ændres, således at karakteristikken (14) under denne åbningsgrad forløber til et begyndelsespunkt, som er defineret af en 15 mindste åbningsgrad og en lavere overhedningstempera tur (SHcl) , således at overhedningstemperaturens referenceværdi, ved hvilken indsprøjtningsventilen (5) begynder at åbne, sænkes til en forudbestemt minimal værdi (SHCL) . 20

6. Fremgangsmåde ifølge krav 5, kendetegnet ved, at sænkningen sker med en værdi, som ligger i størrelsesordenen af differensen mellem den maksimale værdi (SH^J af overhedningen og værdien (SHmin), ved 25 hvilken indsprøjtningsventilen (5) når sin forudbe stemte åbningsgrad.

7. Fremgangsmåde ifølge krav 5 eller 6, kendetegnet v e d, at den minimale værdi (SHCL) ligger i 30 området på 1 - 2 K.