EP0063178B1 - Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe - Google Patents

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EP0063178B1
EP0063178B1 EP81109274A EP81109274A EP0063178B1 EP 0063178 B1 EP0063178 B1 EP 0063178B1 EP 81109274 A EP81109274 A EP 81109274A EP 81109274 A EP81109274 A EP 81109274A EP 0063178 B1 EP0063178 B1 EP 0063178B1
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EP
European Patent Office
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defrosting process
useful operation
value
state variable
timing
Prior art date
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EP81109274A
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English (en)
French (fr)
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EP0063178A1 (de
Inventor
Franz Georg Dr. Gärtner
Hans-Ulrich Schweer
Dieter Kühl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kkw Kulmbacher Klimagerate-Werk GmbH
Original Assignee
Kkw Kulmbacher Klimagerate-Werk GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D21/00—Defrosting; Preventing frosting; Removing condensed or defrost water
    • F25D21/002—Defroster control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B29/00—Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a refrigerator according to the first part of claim 1.
  • a method of the type mentioned in the first part of claim 1 is already known.
  • the actual time of the defrosting is monitored and compared with a predetermined period of time.
  • the useful operating time between two defrosting operations is extended if the determined defrosting time was shorter than the predetermined period and is shortened if the determined defrosting time was longer than the predetermined period.
  • the times of the de-icing of the evaporator are not limited to the absolutely necessary extent in favor of the useful operation of the cooling circuit or the heat pump (DE-A 2 945 691).
  • a method for operating a heat pump is also known, in which the running time of the heat pump is summed at outside temperatures at which the evaporator can freeze (usually between + 5 ° C. and -5 ° C.). After reaching a predetermined time, the useful operation, that is to say the heating operation of the heat pump, is stopped and the evaporator is de-iced within a period of time, for example within half an hour, by reversing the refrigerant circuit. After the time of defrosting, heating operation is resumed and the running time is summed up again and so on. The defrosting operations are carried out depending on the outside temperature regardless of whether the evaporator is iced up or not. This mode of operation reduces the annual performance factor of the heat pump, since the heating operation is temporarily stopped even when there is no icing and useful heat could be obtained.
  • the object of the invention is to further refine and improve the method of the type for heat pump mentioned in the first part of claim 1.
  • a refrigerator is operated as a heat pump.
  • the heating mode i.e. the useful mode of the heat pump and the defrosting of its evaporator, are time-dependent and depend on the instantaneous value of a state variable of the refrigerant in the evaporator of the heat pump.
  • Either the evaporation pressure or the evaporation temperature can be used as a state variable. It is also possible to use the outside temperature as a state variable.
  • the instantaneous values of the selected state variable are not shown in the drawing. However, it is assumed that the instantaneous values of the selected state variable decrease with increasing degree of icing of the evaporator and vice versa.
  • the heat supply to the refrigerant and thus the evaporation temperature and the evaporation pressure are reduced with increasing icing.
  • the heat supply to the refrigerant increases, whereupon the evaporation temperature and the evaporation pressure rise.
  • the heat pump is switched from use mode to de-icing at the point marked with 1 in the time diagram and a first timing t is started.
  • the deicing can be done in any way, for example by sprinkling the evaporator with a brine or by reversing the refrigerant circuit or otherwise.
  • the heat pump is switched from defrosting to heating mode at position 2 of the time schedule. Furthermore, the first timekeeping ends and the result of the timekeeping is recorded.
  • an upper value for example + 20 ° C evaporation temperature
  • Heating continues to run if, after a defined basic time t G , for example 60 minutes, the state variable is still above the lower limit.
  • the correction value K w becomes positive.
  • the useful operating time following after the last defrosting time becomes longer than the basic time t G.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Kältemaschine nach dem ersten Teil des Anspruches 1.
  • Es ist bereits ein Verfahren der im ersten Teil des Anspruches 1 genannten Art bekannt.
  • Das bekannte Verfahren ließe sich auch bei Wärmepumpen anwenden. Hier würden jedoch die Zeiten der Enteisungen noch nicht zu Gunsten des Nutzbetriebes der Wärmepumpe auf das absolut notwendige Maß beschränkt werden (US-A4156350).
  • Bei einem weiteren bekannten Verfahren, das auf das Enteisen eines Verdampfers eines Kühlkreislaufes oder des Verdampfers einer Wärmepumpe abgestellt ist, wird die tatsächliche Zeit der Enteisung überwacht und mit einer vorbestimmten Zeitspanne verglichen. Die Nutzbetriebszeit zwischen zwei Enteisungsvorgängen wird verlängert, wenn die festgestellte Zeit der Enteisung kürzer war als die vorbestimmte Zeitspanne und wird verkürzt, wenn die festgestellte Zeit der Enteisung länger war als die vorbestimmte Zeitspanne. Aber auch bei diesem bekannten Verfahren werden die Zeiten der Enteisungen des Verdampfers noch nicht zu Gunsten des Nutzbetriebes des Kühlkreislaufes oder der Wärmepumpe auf das absolut notwendige Maß beschränkt (DE-A 2 945 691).
  • Beiden bekannten Verfahren ist gemeinsam, daß sie den Betrieb einer Wärmepumpe mitbestimmende Einflußgrößen weitgehend unberücksichtigt lassen.
  • Es ist auch bereits ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe bekannt, bei welchem bei Außentemperaturen, bei denen der Verdampfer vereisen kann (meist zwischen +5°C und -5°C), die Laufzeit der Wärmepumpe summiert wird. Nach Erreichen einer vorgegebenen Zeit wird der Nutzbetrieb, also der Heizbetrieb der Wärmepumpe stillgesetzt und der Verdampfer innerhalb einer Zeit, zum Beispiel innerhalb einer halben Stunde, durch Umkehren des Kältemittelkreislaufes enteist. Nach der Zeit der Enteisung wird der Heizbetrieb wieder aufgenommen und erneut die Laufzeit summiert und so fort. Die Enteisungsvorgänge werden hierbei abhängig von der Außentemperatur ungeachtet dessen durchgeführt, ob eine Vereisung des Verdampfers vorliegt oder nicht. Diese Betriebsweise verkleinert die Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe, da der Heizbetrieb zeitweise auch dann stillgesetzt wird, wenn keine Vereisung vorliegt und Nutzwärme gewonnen werden könnte.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren der im ersten Teil des Anspruches 1 genannten Gattung für Wärmepumpe noch weiter zu verfeinern und zu verbessern.
  • Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Verfahrensschritte gelöst.
  • Eine alternative Verfahrensmaßnahme ist im Anspruch 2 angegeben.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand eines Schemas des zeitlichen Verlaufs von Nutzbetriebszeiten und Enteisungszeiten beschrieben.
  • Die in der Zeichnung rechts einer Mittellinie M gezeichneten Kästchen gelten für die Nutzbetriebszeiten und die links der Mittellinie M gezeichneten Kästchen gelten für die Enteisungszeiten.
  • Bei dem nachstehend näher geschilderten Verfahren wird eine Kältemaschine als Wärmepumpe betrieben. Der Heizbetrieb, also der Nutzbetrieb der Wärmepumpe und das Enteisen ihres Verdampfers erfolgen zeitabhängig und abhängig vom Momentanwert einer Zustandsgröße des im Verdampfer der Wärmepumpe befindlichen Kältemittels. Es kann entweder der Verdampfungsdruck oder die Verdampfungstemperatur als Zustandsgröße herangezogen werden. Es ist auch möglich, die Außentemperatur als Zustandsgröße zu verwenden. Die Momentanwerte der gewählten Zustandsgröße sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Es wird jedoch davon ausgegangen, daß die Momentanwerte der gewählten Zustandsgröße mit steigendem Vereisungsgrad des Verdampfers sinken und umgekehrt.
  • Im Falle des Verdampfungsdruckes oder der Verdampfungstemperatur als Zustandsgröße, wird mit steigender Vereisung die Wärmezufuhr zum Kältemittel und damit die Verdampfungstemperatur und der Verdampfungsdruck gemindert. Mit abnehmender Vereisung dagegen steigt die Wärmezufuhr zum Kältemittel, worauf die Verdampfungstemperatur sowie der Verdampfungsdruck steigen.
  • Wenn die gewählte Zustandsgröße einen unteren Grenzwert, beispielsweise -8°C Verdampfungstemperatur oder 6° C Außentemperatur, erreicht hat, wird die Wärmepumpe an der im Zeitschema mit 1 bezeichneten Stelle vom Nutzbetrieb auf Enteisen umgeschaltet und eine erste Zeitnahme t begonnen. Das Enteisen kann auf beliebige Weise erfolgen, beispielsweise durch Berieselung des Verdampfers mit einer Sole oder durch Umkehren des Kältemittelkreislaufes oder sonstwie.
  • Sobald nun während des Enteisens die Zustandsgröße auf einen oberen Wert, beispielsweise +20°C Verdampfungstemperatur ansteigt, wird die Wärmepumpe an der Stelle 2 des Zeitschemas von Enteisen auf Heizbetrieb umgeschaltet. Ferner wird zugleich die erste Zeitnahme beendet und das Ergebnis der Zeitnahme festgehalten.
  • Der Heizbetrieb läuft weiter, wenn nach einer festgelegten Grundzeit tG, zum Beispiel 60 Minuten, die Zustandsgröße noch über dem unteren Grenzwert liegt.
  • Eine Unterbrechung des Nutzbetriebes und eine Umschaltung auf Enteisen erfolgt erst dann, wenn nach Ablauf der Grundzeit to der Momentanwert der Zustandsgröße gleich oder kleiner dem unteren Grenzwert ist. Mit dem an der Stelle 3 des Schemas erfolgenden Umschalten von Nutzbetrieb auf Enteisung, wird zugleich eine zweite Zeitnahme begonnen.
  • Stellt sich während des Enteisens wieder der obere Grenzwert der Zustandsgröße ein, wird das Enteisen beendet und zugleich auch die zweite Zeitnahme. Das Ergebnis der zweiten Zeitnahme wird festgehalten (Stelle 4 des Zeitschemas).
  • Alle folgenden Zeiten des Nutzbetriebes der Wärmepumpe werden dann bestimmt durch die Grundzeit tG und einem zu der Grundzeit tc hinzuaddierten Korrekturwert Kw, der aus dem vorletzten Zeitnahmewert minus dem letzten Zeitnahmewert und einer Konstanten K gebildet ist.
  • Durch die zuletzt genannte Maßnahme ergibt sich:
    • Ist der Wert der letzten Zeitnahme größer als der Wert der vorletzten Zeitnahme, wenn also die letzte Enteisungszeit länger war als die vorausgegangene, dann wird der Korrekturwert Kw negativ, mit der Folge, daß die auf die letzte Abtauzeit folgende Heizbetriebszeit kürzer als die Grundzeit tα wird.
  • Wenn dagegen der Wert der letzten Zeitnahme kleiner als der vorausgegangene Zeitnahmewert ist, wenn also die letzte Enteisungszeit wegen geringerer Vereisung kürzer war als die vorausgegangene, dann wird der Korrekturwert Kw positiv. Die nach der letzten Enteisungszeit folgende Nutzbetriebszeit wird hierbei länger als die Grundzeit tG.

Claims (2)

1. Verfahren zum Betreiben einer Kältemaschine, wobei die jeweilige Dauer eines eine Vereisung ihres Verdampfers verursachenden bestimmungsgemäßen Nutzbetriebes der Kältemaschine durch die Zeit eines dem jeweiligen Nutzbetrieb vorausgegangenen und eines diesem Nutzbetrieb nachfolgenden Enteisungsvorganges festgelegt wird, gekennzeichnet durch Kombination der Merkmale:
1.1 die Kältemaschine wird als Wärmepumpe betrieben,
1.2 ein Enteisungsvorgang wird nur eingeleitet, wenn der Momentanwert einer der Zustandsgrößen des Kältemittels im Verdampfer, entweder der Druck oder die Temperatur, einen unteren Grenzwert unterschreitet,
1.3 beim Erreichen des unteren Grenzwertes der Zustandsgröße wird der Nutzbetrieb unterbrochen, ein Enteisungsvorgang eingeleitet und eine erste Zeitnahme (t) begonnen,
1.4 sobald während des Enteisens die Zustandsgröße auf einen oberen Wert angestiegen ist, wird der Enteisungsvorgang beendet und die Kältemaschine auf Nutzbetrieb geschaltet sowie die erste Zeitnahme, unter Festhalten des Ergebnisses, beendet,
1.5 der Nutzbetrieb wird fortgesetzt, wenn nach einer festgelegten Grundzeit (tG) die Zustandsgröße noch über dem unteren Grenzwert liegt,
1.6 der Nutzbetrieb wird erneut unterbrochen und ein Enteisungsvorgang eingeleitet, wenn nach Ablauf der Grundzeit (tc) der Momentanwert der Zustandsgröße gleich oder kleiner dem unteren Grenzwert ist, ferner wird zu Beginn des auf den Nutzbetrieb folgenden Enteisungsvorganges eine zweite Zeitnahme (t) begonnen,
1.7 mit der sodann beim Erreichen des oberen Grenzwertes der Zustandsgröße eintretenden Beendigung des zuletzt durchgeführten Enteisungsvorganges, wird auch die zweite Zeitnahme (t) beendet und das Ergebnis dieser Zeitnahme festgehalten,
1.8 alle folgenden Nutzbetriebszeiten werden jeweils durch die Grundzeit (tG) und einem zu dieser Grundzeit hinzuaddierten Korrekturwert (Kw) bestimmt, der aus dem festgehaltenen jeweiligen vorletzten Zeitnahmewert minus dem festgehaltenen letzten Zeitnahmewert und einer als Verstärkungsfaktor dienender Konstanten (k) gebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der gewählten Zustandsgröße des Kältemittels im Verdampfer der Wärmepumpe die Außentemperatur als Zustandsgröße zur Abtaueinleitung gewählt wird.
EP81109274A 1981-04-16 1981-10-29 Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe Expired EP0063178B1 (de)

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Inventor name: SCHWEER, HANS-ULRICH

Inventor name: GAERTNER, FRANZ GEORG, DR.