EP0108906B1

EP0108906B1 - Verfahren zum Abtauen des Verdampfers einer beispielsweise als Wärmepumpe betriebenen Kältemaschine

Info

Publication number: EP0108906B1
Application number: EP83109864A
Authority: EP
Inventors: Franz-Georg Dr. Dipl.-Phys. Gärtner; Dieter Kühl; Hans Ulrich Schweer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-10-15
Filing date: 1983-10-03
Publication date: 1988-01-07
Also published as: EP0108906A2; ATE31808T1; DE3375202D1; EP0108906A3; DE3238354A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abtauen eines Verdampfers einer als Wärmepumpe arbeitenden Kältemaschine.
Ein solches Verfahren ist in der EP-A-0 063 178 beschrieben, die unter Artikel 54 (3) EPÜ fällt. An sich verläuft das in der nachveröffentlichten Druckschrift beschriebene Verfahren zufriedenstellend. Es führt jedoch bei extremen Wetterlagen zu unangemessen häufigen Abtauvorgängen, welche die Wirtschaftlichkeit herabsetzt. Ferner muss die Grundzeit des Heizbetriebes für jeden Kältemaschinentyp gesondert ermittelt werden. Bei diesem Verfahren wird nach Erreichen eines unteren Grenzwertes einer Zustandsgrösse die Wärmepumpe auf Abtauen geschaltet und eine erste Zeitnahme begonnen. Sobald während des Abtauens die Zustandsgrösse auf einen oberen Grenzwert angestiegen ist, wird die Wärmepumpe von Abtauen auf Heizbetrieb umgeschaltet und zugleich die erste Zeitnahme beendet sowie das Ergebnis der Zeitnahme festgehalten. Der Heizbetrieb wird fortgesetzt, wenn nach einer festgelegten Grundzeit die Zustandsgrösse noch über dem unteren Grenzwert liegt. Die Heizbetrieb wird erneut unterbrochen und der Verdampfer abgetaut, wenn nach Ablauf der Grundzeit der Momentanwert der Zustandsgrösse gleich oder kleiner dem unteren Grenzwert ist. Ferner wird mit Beginn des neuerlichen Abtauens eine zweite Zeitnahme begonnen. Mit der sodann beim Erreichen des oberen Grenzwertes der Zustandsgrösse eintretenden Beendigung des neuerlichen Abtauens wird auch die zweite Zeitnahme beendet und das Ergebnis dieser Zeitnahme festgehalten. Alle folgenden Zeiten des Heizbetriebes werden durch die Grundzeit und einem zu dieser Grundzeit hinzuaddierten Korrekturwert bestimmt, der aus der vorletzten Zeitnahmewert minus dem letzten Zeitnahmewert und einer Konstanten gebildet ist. Die Grundzeit wird werkseitig nach Erfahrungswerten festgelegt.
Es ist auch schon bei Wärmepumpen bekannt, jeweils die tatsächliche Zeit der Enteisung eines Verdampfers festzustellen und mit einer vorbestimmten Zeitspanne zu vergleichen, die für jeden Gerätetyp experimentell festzustellen ist. Ist die tatsächliche Enteisungszeit kürzer als die vorbestimmte Zeitspanne, wird die Zeit zwischen zwei Enteisungen verlängert. Ist die tatsächliche Enteisungszeit jedoch länger als die vorbestimmte Zeitspanne, wird die Zeit zwischen zwei Enteisungen verkürzt (DE-A-2 945 691).
Ein dem vorstehend genannten Verfahren ähnliches Verfahren wird auch bei Kühlgeräten angewandt (US-A-4 156 350).
Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren nach der EP-A-0 063 178 so abzuwandeln, dass auch bei extremen Wetterlagen die Zahl der Abtauvorgänge ohne Komforteinbusse kleingehalten wird und die werkseitige Ermittlung von konstant bleibenden Orientierungsgrössen--entfallen kann.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Anspruch 1 angegebenen Massnahmen gelöst.
Zweckmässige weitere Verfahrensschritte sind in den Ansprüchen 2 und 3 angegeben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend beschrieben.
Unterhalb eines vorgegebenen Momentanwertes der Aussentemperatur, beispielsweise unterhalb +10°C, wird die jeweils auf einen Abtauvorgang folgende Heizbetriebszeit bestimmt durch die dem Abtauvorgang vorausgegangene Heizbetriebszeit, zuzüglich dem Zeitwert, der sich aus einer mit einem positiven Verstärkungsfaktor linear vervielfachten Differenz zwischen der vorletzten und der letzten Abtauzeit ergibt.
Betrug beispielsweise die einem Abtauvorgang vorausgegangene Heizbetriebszeit 80 Minuten, die dieser Heizbetriebszeit vorausgegangene Abtauzeit 4 Minuten und die auf die Heizbetriebszeit von 80 Minuten folgende Abtauzeit 3 Minuten und wird als Verstärkungsfaktor der Wert 20 eingesetzt, so ergibt sich eine neue Heizbetriebszeit von 100 Minuten. Die neue Heizbetriebszeit ist also länger als die vorausgegangene.
Wenn jedoch, umgekehrt wie bei dem vorstehenden Beispiel, die vorletzte Abtauzeit 4 Minuten und die letzte Abtauzeit Minuten betrug, verkürzt sich die neue Heizbetriebszeit gegenüber der vorausgegangenen Heizbetriebszeit um 20 Minuten auf 60 Minuten, da in diesem Falle die Differenz zwischen der vorletzten und der letzten Abtauzeit negativ ist.
Um unter allen Umständen noch vertretbare Heizbetriebszeiten zu erhalten, in denen die Wärmepumpe wirtschaftlich arbeitet, werden diese Heizbetriebszeiten auf einen Minimalwert, beispielsweise 40 Minuten und einen Maximalwert, beispielsweise 240 Minuten begrenzt.
Oberhalb des vorgegebenen Momentwertes der Aussentemperatur von zum Beispiel 10^oe, wird ein Abtauvorgang nur eingeleitet, wenn das Verhältnis Laufzeit der Wärmepumpe grösser einem festgelegten Wert ist, da bei umgekehrtem Verhältnis die Wärmepumpe auf Grund der hohen Aussentemperatur während der Stillstandzeit von alleine abtaut.
Liegt die Aussentemperatur oberhalb des vorgegebenen Momentanwertes von wiederum beispielsweise 10°C, so wird ein Abtauvorgang nur eingeleitet, wenn die Laufzeit der Wärmepumpe um den festgelegten Wert von beispielsweise 2 grösser war als die Standzeit.

Mit den Daten
Aussentemperatur = 10,5°C
Laufzeit der Wärmepumpe infolge Heizbedarfs

Standzeit der Wärmepumpe mangels Heizbedarfs = 50 Minuten ergibt sich ein Verhältnis von 4:1 zwischen Laufzeit und Standzeit der Wärmepumpe. Nach Ablauf der Heizbetriebszeit muss also abgetaut werden.
Abgetaut wird jedoch nur solange, wie eine auf dem Verdampfer befindliche Eisschicht die Wärmezufuhr zum Innern des Verdampfers so weit
mindert, dass der Druck oder die Temperatur des Kältemittels im Verdampfer unter einem vorbestimmten Momentanwert liegen. Sobald der vorbestimmte, vom verwendeten Kältemittel abhängige Momentanwert erreicht ist, wird auf Heizbetrieb umgeschaltet.
Als zweckmässige Verfahrensmassnahme hat es sich erwiesen, den Abtauvorgang schon vor Erreichen des vorbestimmten Momentanwertes des Druckes oder der Temperatur des Kältemittels im Verdampfer abzubrechen und auf die minimale Heizzeit umzuschalten, wenn die Temperatur eines vom Verflüssiger der Wärmepumpe aufzuheizenden Wärmeträgers einer Heizungsanlage auf einen festgesetzten Wert, zum Beispiel 15°C, abgesunken ist. Mit diesem Verfahrensschritt wird wirksam ein Einfrieren der Wärmepumpe, das heisst ein Absinken der Zustandsgrössen Druck und Temperatur des Kältemittels unter zulässige Werte, verhindert.
Um zu vermeiden, dass der Druck oder die Temperatur des Kältemittels im Verdampfer unter unzulässige Werte absinkt, besteht eine weitere zweckmässige Verfahrensmassnahme darin, den Abtauvorgang abzubrechen und auf die minimale Heizzeit umzuschalten, wenn nach Ablauf einer festgesetzten Zeit, beispielsweise 7 Minuten der Momentanwert der Zustandsgrösse des im Verdampfer befindlichen Kältemittels nicht erreicht ist.
Wenn während eines Abtauvorganges die Energiezufuhr zur Wärmepumpe unterbrochen wird, beispielsweise durch eine vom zuständigen Elektro-Versorgungsunternehmen ausgelöste Sperre, wird nach Wiederkehr der Spannung zunächst der Heizbetrieb für beispielsweise 8 Minuten aufgenommen und sodann ein Abtauvorgang eingeleitet. Die darauf folgende Heizbetriebszeit wird dann gleichgesetzt der Heizbetriebszeit, die vor dem Spannungsausfall zu verzeichnen war.
Das beschriebene Verfahren lässt sich sinngemäss auch bei für Kühlvorgänge verwendete Kältemaschinen anwenden, wobei anstelle Heizbetrieb Kühlbetrieb und anstelle Aussentemperatur Temperatur des zu kühlenden Raumes- oder Gutes zu setzen ist.

Claims

1. Verfahren zum Abtauen eines Verdampfers einer als Wärmepumpe arbeitenden Kältemaschine, mit den Markmalen:

a) nach jedem Heizbetrieb wird ein Abtauvorgang begonnen, dessen Ende vom Momentanwert einer Zustandsgrösse bestimmt ist.

b) auf jeden Abtauvorgang wird ein neuerlicher Heizbetrieb aufgenommen, dessen Zeitspanne bestimmt wird durch eine linear vervielfachte positive Differenz zwischen einer festzustellenden Abtauzeit und der jeweils letzten Abtauzeit,

c) unterhalb eines vorgegebenen Momentanwertes der Aussentemperatur, wird die jeweils auf einen Abtauvorgang folgende Heizbetriebszeit bestimmt durch die dem Abtauvorgang vorausgegangene Heizbetriebszeit, zuzüglich einem Zeitwert, der sich aus einer mit einem positiven Verstärkungsfaktor linear vervielfachten Differenz zwischen der vorletzten und der letzten Abtauzeit ergibt;

d) nach einem vorausgegangenen Heizbetrieb wird jeder Abtauvorgang beendet, wenn eine Zustandsgrösse des Kältemittels im Verdampfer den vorbestimmten Momentanwert erreicht;

e) oberhalb vom vorgegebenen Momentanwert der Aussentemperatur wird ein Abtauvorgang dann eingeleitet, wenn das Verhältnis Laufzeit zur Zeit des Stillstandes der Wärmepumpe grösser einem festgelegten Wert, beispielsweise 2:1, ist;

f) die Zeit des Heizbetriebes wird auf einen Minimalwert und einen Maximalwert beschränkt;

g) es wird der Abtauvorgang abgebrochen und auf die minimale Heizzeit umgeschaltet, wenn nach Ablauf einer festgesetzten Zeit, beispielsweise 7 Minuten, der vorbestimmte Momentanwert der Zustandsgrösse des im Verdampfer befindlichen Kältemittels nicht erreicht ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtauvorgang vor Erreichen des vorbestimmten Momentanwertes der Zustandsgrösse des im Verdampfer befindlichen Kältemittels abgebrochen und auf die minimale Heizzeit umgeschaltet wird, wenn die Temperatur eines vom Verflüssiger der Wärmepumpe aufzuheizenden Wärmeträgers einer Heizungsanlage am Eintritt in die Wärmepumpe auf einen festgesetzten Wert, beispielsweise + 15°C, abgesunken ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach Wiederkehr eines während eines Abtauvorganges eingetretenen Spannungsausfalles zunächst der Heizbetrieb für eine bestimmte Zeit, beispielsweise 8 Minuten aufgenommen, sodann ein Abtauvorgang eingeleitet und die darauffolgende Heizbetriebszeit gleichgesetzt wird der vor dem Spannungsausfall festgestellten Heizbetriebszeit.