EP1261830A1 - Verfahren zum entdecken von fehlern in einer kühlanlage - Google Patents

Verfahren zum entdecken von fehlern in einer kühlanlage

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EP1261830A1
EP1261830A1 EP01911457A EP01911457A EP1261830A1 EP 1261830 A1 EP1261830 A1 EP 1261830A1 EP 01911457 A EP01911457 A EP 01911457A EP 01911457 A EP01911457 A EP 01911457A EP 1261830 A1 EP1261830 A1 EP 1261830A1
Authority
EP
European Patent Office
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cooling
cooling point
load
point
warning
Prior art date
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EP01911457A
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English (en)
French (fr)
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EP1261830B1 (de
Inventor
Christian Bendtsen
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Danfoss AS
Original Assignee
Danfoss AS
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Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of EP1261830B1 publication Critical patent/EP1261830B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/005—Arrangement or mounting of control or safety devices of safety devices
    • 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
    • F25B2400/00—Component parts or details not otherwise provided for in this subclass
    • F25B2400/07—Details of compressors or related parts
    • F25B2400/075—Details of compressors or related parts with parallel compressors
    • 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
    • F25B2400/00—Component parts or details not otherwise provided for in this subclass
    • F25B2400/22—Refrigeration systems for supermarkets
    • 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
    • F25B5/00—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity
    • F25B5/02—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity arranged in parallel

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting faults in a cooling system with several cooling points, in which the most heavily loaded cooling point is continuously determined according to a predetermined scheme.
  • cooling system in a supermarket, in which the cooling points are formed by individual sales counters. In these sales counters, chilled or frozen goods are kept ready so that a customer can look at them and remove them from the cupboards.
  • the invention is not limited to supermarkets or the like, but can basically be used wherever a cooling system has several cooling points that can be operated with different loads.
  • the term "cooling system" is intended to include all systems that serve to generate refrigeration, including those that would otherwise be called freezing systems.
  • a temperature warning This is referred to below as a "temperature warning”.
  • a warning is often only given long after the actual error has already occurred. The error must then be remedied relatively quickly so that the chilled goods do not spoil or suffer a loss in quality. The urgency of troubleshooting is one of the reasons why such repairs are costly. This is especially true if they have to be carried out at night or at the weekend.
  • the invention has for its object to indicate a possible error as early as possible.
  • This object is achieved in a method of the type mentioned at the outset by creating a load pattern for the cooling points and generating a warning if the load pattern deviates from at least one predetermined parameter.
  • the "continuous" determination of the most heavily loaded cooling point does not necessarily mean that this determination is carried out continuously over time. Rather, it is sufficient to carry out the determination in smaller time intervals, the time intervals should be adapted to the thermal time constant of the cooling system.
  • a fault is not caused by elements of the cooling system itself, but by human error.
  • the door is left open on a refrigerated display case or in a cold room.
  • Another example that cannot be detected directly with the aid of a temperature warning system is the incorrect stacking of goods, in which goods are stacked too high in a refrigerated display case, so that the cold layer in the display case cannot be maintained.
  • the showcase works inefficiently because surrounding warm air flows into the refrigerated showcase and has to be cooled.
  • the refrigerated display case must therefore provide more cooling capacity in order to maintain the desired temperature.
  • the load is preferably continuously determined locally at each cooling point. In this case, you can determine the most heavily used cooling point at any time, because the load data is available locally at every cooling point. With a microprocessor, for example, when the most heavily used cooling point is to be determined, all the cooling points can be queried in order and the most heavily used cooling point can be found by comparing the load data.
  • continuous does not necessarily mean continuous, but the exposure data can also be determined discretely in time.
  • a temperature-dependent variable at the cooling point is preferably used as the load criterion.
  • a temperature-dependent variable can be determined with relatively simple measures, namely with a temperature sensor that is almost always present. There is therefore no need to intervene in the refrigerant circuit.
  • T v is the temperature at the cooling point
  • T Cut0ut for example, in the refrigerated showcase
  • ⁇ c u t i n th e temperature at the cooling position is switched on.
  • ⁇ REL expresses the deviation from the temperature T Cut o ut to the current cooling point, weighted in relation to the distance between the temperatures T CutIn and T Cut o u t - in particular in connection with a "two-point control" in which If the temperature T Cut ⁇ n is used for switching on and the temperature T Cut o ut for switching off the cooling point, this load variable is relatively easy to obtain. Filtering can take place, for example, by newly determining a load L from
  • L ALT is the previously determined and, if necessary, filtered load.
  • This filter eliminates sudden changes in the load expression.
  • this is preferably regarded as the most heavily loaded cooling point until its state changes or a predetermined time is exceeded, and only then is the most heavily loaded cooling point again determined.
  • This procedure has the advantage that the effort for determining the most heavily loaded cooling point can be kept to a minimum. If a cold store is identified as the most heavily loaded, this first assumes that this cooling point cools. When the cooling point has reached the necessary or desired low temperature, it switches off. This change in state can be used as a signal to search again for the most heavily used cooling point. Another criterion would be, for example, that a defrosting process begins at this cooling point, which is either started from time to time or depending on other criteria, such as a frost load.
  • the cooling point does not change its state over a predetermined period of time.
  • a security barrier is used, so to speak, and after this predetermined period of time has elapsed, it is checked whether the cold store is still the most heavily used.
  • the times are preferably summed up in which the cooling point in question is regarded as the most heavily used cooling point. This simplifies the evaluation and creation of a load pattern. The only thing that is checked is how long a cold store is to be regarded as the most heavily used cold store. Only these times are then used for the evaluation.
  • An immediate warning is preferably generated if a cooling point is the most stressed cooling point for more than a predetermined continuous period of time. This can indicate an error that should be checked as soon as possible.
  • the predetermined coherent period of time may, for example, be of the order of an hour. Such an error occurs, for example, when the door of a cold room or a refrigerated display case is open has been left or goods have been stacked too high in the refrigerated display case. Such an error is not immediately noticeable. However, it has the consequence that the corresponding cooling point must be regarded as the most heavily used cooling point over a relatively long period of time. In this case, a warning is issued immediately so that the operator of the cooling system can intervene.
  • a long-term warning can be generated if a cooling point is the most stressed cooling point for more than a predetermined portion of a predetermined period.
  • a predetermined period for example during the opening hours of a supermarket of 12 hours, that each cold store has a certain share of the times when it is the most heavily used cold store. Due to different locations or different loads, the proportions of the individual cooling points can of course shift somewhat. In most cases, this statistical division can be determined beforehand by calculation or by trial and error. If this division changes somewhat without external influences, such as regrouping of the showcases or the like, being apparent, then this indicates a developing error which must be investigated and, if necessary, eliminated.
  • a warning can be generated if the load pattern of a period differs by more than a tolerance range from a load pattern of a predetermined earlier period.
  • a tolerance range On a statistical average, it can be assumed that the load pattern remains unchanged over time. smaller Fluctuations are of course possible at any time without having to indicate an error. However, if there are major deviations, these indicate an error that must be warned of.
  • Fig. 3 is a flow chart for explaining the control of an evaporator
  • Fig. 4 is a flow chart for explaining the determination of a load pattern.
  • cooling system 1 shows a cooling system 1 with a cooling circuit, which in the present case has three cooling points 2, 3, 4 connected in parallel.
  • Each cooling point has an expansion valve 5, an evaporator 6 and an evaporator control unit 7.
  • elements of the cooling points 2, 3, 4 of the same type need not be the same elements, these elements are additionally identified with a, b, c for the cooling points 2, 3, 4.
  • the evaporators are connected to a compressor system 8, which in turn is connected to a condenser 9 which has a plurality of fans 10 in order to dissipate heat.
  • the capacitor 9 is connected to a collector 11.
  • the compressor system 8 and the condenser are controlled by a control unit 13 which regulates the condenser pressure, for example with the aid of a pressure sensor 12.
  • the entire cooling system is controlled and / or monitored by a central control unit 14.
  • Collector 11 passes the coolant through the expansion valves 5a, 5b, 5c into the evaporators 6a, 6b, 6c, where it evaporates while absorbing heat from the environment, in order to reach the compressors as gaseous coolant.
  • Each cooling point 2, 3, 4 is now controlled by the evaporator control unit 7a, 7b, 7c assigned to it.
  • These local evaporator control devices 7a, 7b, 7c are connected to the central control unit 14.
  • each Control unit 7 controls the expansion valve as a function of the temperature, which is determined with a temperature sensor 15, in the following manner, which is to be explained with reference to FIG. 2.
  • the temperature sensor 15 determines a temperature T v , for example the temperature in a refrigerated display case.
  • Two temperatures T Cu i n unc * T Cu _ tout are specified as long as T v is less than T Cut i n / no cooling takes place (t ⁇ t 2 in FIG. 2), ie no coolant into the evaporator 6 is directed. If T v exceeds the temperature T Cut ⁇ n , the cooling of the cooling point begins (t 2 ⁇ t ⁇ t 3 ) and coolant is passed into the evaporator 6. Cooling lasts until the moment when T v T again Cut0ut un ⁇ terschreitet. At this moment (t 3 ) the expansion valve 5 will close and only open when T v again exceeds the temperature T Cut ⁇ n .
  • the evaporator is in the Tcu state when it cools and in the T Cutout state when there is no cooling.
  • the respective evaporator 6 can be defrosted.
  • Defrosting can be carried out in different ways, for example by electrical heating of the air surrounding the evaporator 6, or by hot refrigerant, which is not shown in detail, but is known per se.
  • the frost that has built up on and around the evaporator will melt. This state of the evaporator during defrosting is called the defrosting state.
  • the cooling point can be in a closed state, for example when it is switched off, or it can be loaded with sensor errors, which the evaporator control unit 7 can determine in each case.
  • the compressor control unit 13 regulates the capacity of the compressor system based on the suction pressure, which is determined by the sensor 12.
  • the compressor capacity of the system is increased or decreased, depending on the capacity required to maintain the desired suction pressure.
  • the compressor control unit 13 also controls the fans 10, ie the ventilation system, so that the desired pressure in the condenser is maintained. This pressure can be caused by a
  • Increase or decrease in the air flow through the condenser can be achieved to achieve sufficient heat dissipation to the environment.
  • the central control unit 14 identifies the most heavily loaded cooling point based on the load determined by the respective evaporator control unit 7, which is explained further below, and warns an operator according to principles also specified below.
  • a cooling system can also work with more or fewer states, for example with suction pressure control or modulating thermostat control, in which the degree of filling of the evaporator 6 is regulated to a predetermined temperature. on systems in which the evaporator, the compressor systems and the condenser ventilation are controlled by a central control unit, or on other types of cooling systems, for example brine systems or forced circulation systems.
  • the basis of the warning generation is the load on each individual cooling point.
  • the determination of the load takes place in the control unit 7 of each individual cooling point 2, 3, 4 and the difference between the desired temperature and the current temperature at the cooling point, ie T v , is used as the starting point.
  • T v the difference between the desired temperature and the current temperature at the cooling point
  • the design of the cooling system often decides how the load must be determined. For the present invention, however, it is not critical how the current load is actually determined.
  • Fig. 3 shows schematically how the load is determined at each individual cooling point 2-4.
  • the cooling point is currently defrosting, i.e. whether it is in the defrosting state. If the cooling point is currently in the defrosting state, go back to the beginning of the diagram. If the cooling point is not in the defrosting process, check whether it is in the c u i n state, i.e. is currently cooling. If this is not the case, the load is set to zero. This also applies if, for another reason, it cannot be positively determined that the cooling point is in the T Cu i n state.
  • the load is determined according to the following scheme.
  • ⁇ REL expresses the deviation from the temperature T Cu - t o ut to ° - he current cooling passage from, said deviation is weighted taken to the bandwidth between ⁇ C u tm un d ⁇ cut ⁇ ut- Basically could already this expression as a value use for the load. However, in order to avoid sudden changes in the load expression, the calculation of the load expression is provided with a simple filter that avoids such sudden changes.
  • Fig. 3 The scheme shown in Fig. 3 is run through at predetermined small intervals. It is not necessary for one run to follow the other seamlessly. This scheme is handled locally in each evaporator control unit 7. At the start of this flow diagram, the temperature and the control status are registered. This step can also be done elsewhere in this flow chart. This means that information about the load on each cooling point is continuously available.
  • the central control unit 14 again searches for the loaded most cooling point. Here, it simply compares the load information provided by the evaporator control units 7.
  • a loading time t MLC is calculated from the previously stored time and the now determined time. This loading time t MLC is then checked to determine whether it exceeds a predetermined maximum value t L i M i ⁇ . Such a maximum value t LIMIT is typically one hour. If this value has been exceeded, a warning is issued. Such a warning can indicate, for example, that the door to a cold room or a refrigerated display case has been left open or that goods in a refrigerated display case are stacked too high.
  • the stored data is processed statistically, i.e. the duration of their exposure time is saved for the individual cooling point. However, this always only applies to the most heavily used refrigeration point.
  • This warning informs the operator of the cooling system that there may be a problem. In most cases, he can solve this problem by maintenance or by changing the cooling point itself, for example by closing a door or the Modify a stack of goods, help. Other typical faults, such as a damaged fan, a defrosting heating element, a loss of coolant filling, can also be detected. Such errors are characterized by the fact that one cooling point or a group of cooling points can only maintain the desired temperature with problems and is therefore identified more frequently than the other as the most heavily used cooling point. If a cooling point has problems maintaining the desired temperature, this will not initially trigger a temperature warning, because such an error is not yet so serious that the cooling point cannot keep the temperature below the warning limit. With the procedure shown, however, it is possible to detect an error long before such an error triggers a temperature warning and urgently requires maintenance work.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Entdecken von Fehlern in einer Kühlanlage (1) mit mehreren Kühlstellen (2, 3, 4) angegeben, bei dem nach einem vorbestimmten Schema fortlaufend die am stärksten belastete Kühlstelle (2, 3, 4) ermittelt wird. Hierbei möchte man mögliche Fehler möglichst früh anzeigen können. Dazu erstellt man ein Belastungsmuster der Kühlstellen (2, 3, 4) und erzeugt bei Abweichungen des Belastungsmusters von mindestens einem vorbestimmten Parameter eine Warnung.

Description

Verfahren zum Entdecken von Fehlern in einer Kühlanlage
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entdecken von Fehlern in einer Kühlanlage mit mehreren Kühlstellen, bei dem nach einem vorbestimmten Schema fortlaufend die am stärksten belastete Kühlstelle ermittelt wird.
Die Erfindung wird im folgenden am Beispiel einer Kühlanlage in einem Supermarkt beschrieben, bei dem die Kühlstellen durch einzelne Verkaufstheken gebildet werden. In diesen Verkaufstheken werden gekühlte oder tiefgefrorene Waren so bereit gehalten, daß ein Kunde sie ansehen und aus den Schränken entnehmen kann. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Supermärkte oder ähnliches begrenzt, sondern kann grundsätzlich überall dort angewendet werden, wo eine Kühlanlage mehrere Kühlstel- len aufweist, die mit unterschiedlichen Belastungen betrieben werden können. Unter den Begriff einer "Kühlanlage" sollen alle Anlagen fallen, die zur Kälteerzeugung dienen, also auch solche, die man ansonsten als Gefrieranlagen bezeichnen würde.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus US 4 084 388 bekannt. Hier wird die am stärksten belastete Kühlstelle ermittelt, um die Kompressoranordnung zu steuern. Die Kompressoranordnung soll zwar einerseits so viel Kälteleistung bereit stellen, daß die am meisten belastete Kühlstelle die gewünschte Temperatur halten kann. Andererseits soll sie auch nicht mehr Leistung bereitstellen. Im bekannten Fall erfolgt dies dadurch, daß der Saugdruck der Kompressoranordnung gere- gelt wird. Hierdurch sind erhebliche Energieeinsparungen möglich. Bei derartigen Kühlanlagen ergeben sich immer wieder Fehler. Diese Fehler sind kritisch, weil das zu kühlende Gut verderben kann, wenn es nicht auf der einge- stellten niedrigen Temperatur bleibt. Eine übliche Vorgehensweise zur Fehlerüberwachung besteht darin, die Temperatur zu überwachen. Wenn die Temperatur an einer Kühlstelle über einen längeren Zeitraum einen vorbestimmten Wert übersteigt, wird ein Fehler angezeigt. Dies wird im folgenden als "Temperaturwarnung" bezeichnet. Eine derartigen Warnung erfolgt aber oft erst lange nach dem der eigentliche Fehler bereits aufgetreten ist. Der Fehler muß dann relativ schnell behoben werden, damit das gekühlte Gut nicht verdirbt oder Qualti- tätseinbußen erleidet. Die Dringlichkeit der Fehlerbeseitigung ist eine der Ursachen dafür, daß derartige Reparaturen kostenträchtig sind. Dies gilt vor allem dann, wenn sie nachts oder am Wochenende durchzuführen sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen möglichen Fehler möglichst frühzeitig anzuzeigen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs ge- nannten Art dadurch gelöst, daß man ein Belastungsmuster der Kühlstellen erstellt und bei Abweichungen des Belastungsmusters von mindestens einem vorbestimmten Parameter eine Warnung erzeugt.
Hierbei bedeutet die "fortlaufende" Ermittlung der am stärksten belasteten Kühlstelle nicht unbedingt, daß diese Ermittlung zeitlich kontinuierlich erfolgt. Es reicht vielmehr aus, die Ermittlung in kleineren zeitlichen Abständen durchzuführen, wobei die Zeitabstände an die thermische Zeitkonstante der Kühlanlage angepaßt sein sollte.
Viele der bei Kühlanlagen entstehenden Fehler zeigen sich erst nach einer relativ langen Zeit als Temperaturwarnungen, d.h. als erhöhte Temperaturen. Beispielsweise kann es mehrere Tage dauern, bis sich in den Kanälen einer Kühlvitrine, in denen Luft vom und zu dem Verdampfer der Vitrine strömt, eine beginnende Berei- fung als Warnung zeigt. Wird die Temperaturwarnung in der Nacht oder am Wochenende ausgelöst, wird in vielen Fällen ein Kühltechniker herbeigerufen. Eine frühere Warnung würde es für den Betreiber möglich machen, innerhalb der normalen Arbeitszeit die notwendige War- tung, beispielsweise ein Abtauen selbst durchzuführen.
Wenn man nun ein Belastungsmuster der Kühlstellen erstellt, dann ist im ungestörten Fall davon auszugehen, daß die meisten oder jeder der Kühlstellen einmal als am stärksten belastete Kühlstelle ermittelt wird. Wenn man die Belastungsmuster für den ungestörten, also fehlerfreien Fall für einen längeren Zeitraum ermittelt, werden bestimmte Eigenschaften erkennbar sein. Beispielsweise stehen die Belastungsverhältnisse der ein- zelnen Kühlstellen in einem gewissen, annähernd konstanten Verhältnis zueinander oder zu gewissen Zeiten sind bestimmte Kühlstellen besonders stark belastet o- der die Belastungen der Kühlstellen ändern sich über die Zeit immer gleichmäßig. Wenn nun eine Abweichung von einem derartigen Belastungsmuster auftritt, geht man bei der vorliegenden Erfindung davon aus, daß es sich hierbei um die Ankündigung eines Fehlers handelt, d.h. um einen Fehler in einem früheren Stadium, der sich sonst noch nicht bemerkbar macht. Aus diesem Grund wird dann eine Warnung erzeugt. Da die Warnung relativ frühzeitig erzeugt wird, kann der Betreiber der Kühlanlage während normaler Arbeitszeiten auf die Fehlersuche gehen oder einfach die notwendigen Wartungsarbeiten durchführen.
In vielen Fällen ist ein Fehler auch nicht durch Elemente der Kühlanlage selbst bedingt, sondern durch menschliches Fehlverhalten. Beispielsweise wird die Tür an einer Kühlvitrine oder in einem Kühlraum aufgelas- sen. Ein anderes Beispiel, das mit Hilfe eines Temperatur-Warnsystems nicht unmittelbar erfaßt werden kann, ist das Falschstapeln von Waren, bei dem Waren in einer Kühlvitrine zu hoch gestapelt sind, so daß die Kälteschicht in der Vitrine nicht aufrechterhalten werden kann. Die Vitrine arbeitet deswegen unwirtschaftlich, weil umgebende Warmluft in die Kühlvitrine hereinströmt und abgekühlt werden muß. Die Kühlvitrine muß deshalb mehr Kälteleistung erbringen, um die gewünschte Temperatur zu halten. Dies bedeutet nicht nur einen unwirt- schaftlichen Betrieb der einzelnen Kühlvitrine, sondern auch ein unwirtschaftlichen Betrieb der dazugehörigen Kompressoranlage, weil hier der Saugdruck beispielsweise von der am stärksten belasteten Kühlstelle geregelt wird. Im Beispielsfall würde die Belastung allerdings durch den Fehler hervorgerufen, der in diesem Stadium noch relativ einfach beseitigt werden könnte. Wenn man eine derartige Falschbelastung frühzeitig erkennt, dann besteht nicht die Gefahr, daß außerhalb der normalen Arbeitszeit ein durch Überbelastung hervorgerufener Fehler auftritt, der eine kostspielige Reparatur nach sich zieht.
Vorzugsweise ermittelt man an jeder Kühlstelle lokal fortlaufend die Belastung. In diesem Fall kann man die am meisten belastete Kühlstelle jederzeit ermitteln, weil die Belastungsdaten an jeder Kühlstelle lokal zur Verfügung stehen. Man kann beispielsweise mit einem Mikroprozessor dann, wenn die am meisten belastete Kühlstelle ermittelt werden soll, alle Kühlstellen der Reihe nach abfragen und durch einen Vergleich der Belastungsdaten die am meisten belastete Kühlstelle herausfinden. Auch hier heißt der Begriff "fortlaufend" nicht unbedingt kontinuierlich, sondern die Belastungsdaten können auch zeitdiskret ermittelt werden.
Vorzugsweise filtert man die Belastung zeitlich. Damit vermeidet man, daß Belastungsstöße, wie sie beispielsweise durch das Öffnen oder Schließen einer Tür einer Kühlvitrine hervorgerufen werden können, ein falsches Belastungsbild ergeben. In die Belastung fließt vielmehr die über einen gewissen Zeitraum aufzubringende Kälteleistung mit ein.
Bevorzugterweise verwendet man als Belastungskriterium eine temperaturabhängige Größe an der Kühlstelle. Eine temperaturabhängige Größe läßt sich mit relativ einfachen Maßnahmen ermitteln, nämlich mit einem Temperatursensor, der fast immer bereits vorhanden ist. Es sind daher keine Eingriffe in den Kältemittelkreislauf notwendig. Ein Anzeigesystem, das von dem Verfahren
Gebrauch macht, kann also auch bei vorhandenen Anlagen leicht eingebaut werden. Der Aufwand für die Belastungsermittlung bleibt also klein.
Vorzugsweise verwendet man als temperaturabhängige
Größe
A m - Tγ TCutO t al REL ~ m
'cutin ^CutOut wobei Tv die Temperatur an der Kühlstelle, beispielsweise in der Kühlvitrine ist, TCut0ut eine Temperatur, bei der die Kühlstelle ausgeschaltet wird und τcutin die Temperatur, bei der die Kühlstelle einge- schaltet wird. Mit anderen Worten drückt ΔτREL die Abweichung von der Temperatur TCutout zu der aktuellen Kühlstelle aus, gewichtet im Verhältnis zu dem Abstand zwischen den Temperaturen TCutIn und TCutout- Insbesondere in Verbindung mit einer "Zweipunktregelung", bei der die Temperatur TCutιn zum Einschalten und die Temperatur TCutout zum Ausschalten der Kühlstelle verwendet wird, ist diese Belastungsgröße relativ einfach zu gewinnen. Eine Filterung kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß man eine Belastung Lneu ermit- telt aus
_ L M t * Konst. + A REL eu Konst + 1
wobei LALT die zuvor ermittelte und gegebenenfalls ge- filterte Belastung ist.
Dieser Filter eliminiert plötzliche Änderungen im Be- lastungsausdruck.
Vorzugsweise sieht man nach dem Ermitteln der am stärksten belasteten Kühlstelle diese solange als am stärksten belastete Kühlstelle an, bis sich ihr Zustand ändert oder eine vorbestimmte Zeit überschritten ist und ermittelt erst dann erneut die am stärksten be- lastete Kühlstelle. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, daß der Aufwand für das Ermitteln der am stärksten belasteten Kühlstelle kleingehalten werden kann. Wenn eine Kühlstelle als die am stärksten Belastete i- dentifiziert wird, dann setzt dies zunächst voraus, daß diese Kühlstelle kühlt. Wenn die Kühlstelle die notwendige oder gewünschte tiefe Temperatur erreicht hat, dann schaltet sie ab. Diese Zustandsänderung kann man als Signal dafür verwenden, erneut nach der am meisten belasteten Kühlstelle zu suchen. Ein anderes Kriterium wäre beispielsweise, daß ein Abtauvorgang an dieser Kühlstelle einsetzt, der entweder von Zeit zu Zeit gestartet wird oder in Abhängigkeit von sonstigen Kriterien, wie einer Reifbelastung. Schließlich ist es auch möglich, daß die Kühlstelle über einen vorbestimmten Zeitraum ihren Zustand nicht ändert. In diesem Fall verwendet man sozusagen eine Sicherheitsschranke und überprüft nach Verstreichen dieses vorbestimmten Zeitraumes, ob die Kühlstelle immer noch die am stärksten belastete ist.
Vorzugsweise werden für jede Kühlstelle die Zeiten auf- summiert, in denen die betreffende Kühlstelle als die am meisten belastete Kühlstelle angesehen wird. Dies vereinfacht die Auswertung und die Erstellung eines Belastungsmusters. Es wird lediglich geprüft, wie lange eine Kühlstelle als am stärksten belastete Kühlstelle anzusehen ist. Nur diese Zeiten werden dann für die Auswertung verwendet.
Die Auswertung kann nun auf unterschiedliche Weise erfolgen. Vorzugsweise wird eine Sofortwarnung erzeugt, wenn eine Kühlstelle über mehr als eine vorbestimmte zusammenhängende Zeitdauer die am meisten belastete Kühlstelle ist. Dies kann auf einen Fehler hindeuten, der möglichst umgehend überprüft werden sollte. Die vorbestim te zusammenhängende Zeitdauer kann beispielsweise eine Größenordnung von einer Stunde haben. Ein derartiger Fehler ergibt sich beispielsweise dann, wenn die Tür eines Kühlraumes oder einer Kühlvitrine offen gelassen worden ist oder Waren in der Kühlvitrine zu hoch gestapelt worden sind. Ein derartiger Fehler macht sich nicht unmittelbar bemerkbar. Er hat aber zur Folge, daß die entsprechende Kühlstelle über einen relativ langen Zeitraum als am stärksten belastete Kühlstelle angesehen werden muß. In diesem Fall wird sofort eine Warnung ausgegeben, damit der Betreiber der Kühlanlage die Möglichkeit eines Eingriffs hat.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann eine Langzeitwarnung erzeugt werden, wenn eine Kühlstelle über mehr als einen vorbestimmten Anteil einer vorbestimmten Periode die am meisten belastete Kühlstelle ist. Normalerweise, d.h. im ungestörten Fall, wird sich während einer vor- bestimmten Periode, beispielsweise während der Öffnungszeiten eines Supermarktes von 12 Stunden, herausstellen, daß jede Kühlstelle einen bestimmten Anteil an den Zeiten hat, an denen sie die am stärksten belastete Kühlstelle ist. Aufgrund von unterschiedlichen Plazie- rungen oder unterschiedlichen Beladungen können sich natürlich die Anteile der einzelnen Kühlstellen etwas verschieben. Diese statistische Aufteilung kann man in den meisten Fällen vorher rechnerisch oder durch Ausprobieren ermitteln. Wenn sich nun diese Aufteilung et- was ändert, ohne daß äußere Einflüsse, wie Umgruppieren der Vitrinen oder ähnliches, ersichtlich sind, dann deutet dies auf einen sich entwickelnden Fehler hin, der untersucht und gegebenenfalls beseitigt werden muß.
Schließlich kann man eine Warnung erzeugen, wenn sich das Belastungsmuster einer Periode um mehr als einen Toleranzbereich von einem Belastungsmuster einer vorbestimmten früheren Periode unterscheidet. Im statistischen Mittel ist davon auszugehen, daß das Belastungs- muster über die Zeit unverändert bleibt. Kleinere Schwankungen sind natürlich jederzeit möglich, ohne daß diese gleich auf einen Fehler hindeuten müssen. Wenn sich jedoch größere Abweichungen ergeben, dann deuten diese auf einen Fehler hin, vor dem gewarnt werden muß. Hierzu kann man unmittelbar aufeinanderfolgende Perioden, beispielsweise aufeinanderfolgende Verkaufstage eines Supermarktes, miteinander vergleichen. Man kann aber auch andere Perioden miteinander vergleichen, beispielsweise alle Montage, Dienstage, etc. Bei größeren zeitlichen Abständen machen sich jedoch Unterschiede in den Belastungsmustern stärker bemerkbar. Man muß nun die zeitlichen Abstände so wählen, daß eine Warnung noch früh genug erzeugt wird, Unterschiede jedoch klar erkennbar werden, wenn sie auftreten.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigen:
Fig. 1 den schematischen Aufbau einer Kühlanlage,
Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Temperaturregelung einer Kühlstelle,
Fig. 3 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Steuerung eines Verdampfers und
Fig. 4 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Ermittlung eines Belastungsmusters.
Fig. 1 zeigt eine Kühlanlage 1 mit einem Kühlkreislauf, der im vorliegenden Fall drei parallel geschaltete Kühlstellen 2, 3, 4 aufweist. Jede Kühlstelle weist ein Expansionsventil 5, einen Verdampfer 6 und eine Ver- dampfersteuereinheit 7 auf. Um kenntlich zu machen, daß es sich bei gleichartigen Elementen der Kühlstellen 2 , 3, 4 nicht um gleiche Elemente handeln muß, sind diese Elemente zusätzlich mit a, b, c für die Kühlstellen 2, 3, 4 gekennzeichnet.
Die Verdampfer sind verbunden mit einer Verdichteranlage 8, die wiederum mit einem Kondensator 9 verbunden sind, der mehrere Ventilatoren 10 aufweist, um Wärme abzuführen. Der Kondensator 9 ist mit einem Sammler 11 verbunden. Die Verdichteranlage 8 und der Kondensator sind von einer Steuereinheit 13 gesteuert, die beispielsweise mit Hilfe eines Drucksensors 12 den Kondensatordruck regelt.
Die gesamte Kühlanlage wird von einer zentralen Steuereinheit 14 gesteuert und/oder überwacht.
Die grundsätzliche Wirkungsweise einer derartigen Kühlanlage ist bekannt. Ein Kühlmittel in Gasphase wird in den Verdichtern 8 verdichtet. Dabei steigt seine Temperatur an. Das erhitzte, verdichtete Gas wird durch den Kondensator 9 geleitet. Dort wird mit Hilfe der Ventilatoren 10 Wärme abgeführt, so daß sich das Gas verflüssigt. Das flüssige Kühlmittel wird im Sammler 11 gesammelt, der als Kühlmittelpuffer wirkt. Aus dem
Sammler 11 gelangt das Kühlmittel durch die Expansionsventile 5a, 5b, 5c in die Verdampfer 6a, 6b, 6c, wo es unter Wärmeaufnahme aus der Umgebung verdampft, um wiederum als gasförmiges Kühlmittel zu den Verdichtern zu gelangen.
Jede Kühlstelle 2, 3, 4 wird nun von der ihr zugeordneten Verdampfersteuereinheit 7a, 7b, 7c gesteuert. Diese lokalen Verdampfersteuereinrichtungen 7a, 7b, 7c stehen mit der zentralen Steuereinheit 14 in Verbindung. Jede Steuereinheit 7 steuert das Expansionsventil in Abhängigkeit von der Temperatur, die mit einem Temperatursensor 15 ermittelt, wird auf folgende Weise, die anhand der Fig. 2 erläutert werden soll.
Der Temperatursensor 15 ermittelt eine Temperatur Tv, beispielsweise die Temperatur in einer Kühlvitrine. Vorgegeben sind zwei Temperaturen TCu in unc* TCu_ tout- Solange Tv kleiner ist als TCutin/ erfolgt kei- ne Kühlung (t < t2 in Fig. 2) , d.h. daß kein Kühlmittel in den Verdampfer 6 geleitet wird. Wenn Tv die Temperatur TCutιn überschreitet, dann beginnt die Kühlung der Kühlstelle (t2 < t < t3) und Kühlmittel wird in den Verdampfer 6 hineingeleitet. Die Kühlung dauert bis zu dem Zeitpunkt, wo Tv wieder TCut0ut un~ terschreitet. In diesem Augenblick (t3) wird das Expansionsventil 5 schließen und erst dann öffnen, wenn Tv die Temperatur TCutιn erneut übersteigt.
Für die folgende Erläuterung befindet sich der Verdampfer im Tcu in Zustand, wenn er kühlt, und im TCut0ut Zustand, wenn keine Kühlung erfolgt.
Von Zeit zu Zeit, d.h. in festen Zeitintervallen, kann der jeweilige Verdampfer 6 abgetaut werden. Das Abtauen kann auf unterschiedliche Weise erfolgen, beispielsweise durch elektrische Erwärmung der den Verdampfer 6 umgebenden Luft, oder durch heißes Kältemittel, was nicht näher dargestellt, aber an sich bekannt ist. Der Reif, der sich auf und in der Umgebung des Verdampfers angesetzt hat, wird dabei schmelzen. Dieser Zustand des Verdampfers während des Abtauens wird Abtauzustand genannt. Außer den drei oben erwähnten Zustandsformen kann die Kühlstelle sich in einem geschlossenen Zustand befinden, beispielsweise dann, wenn sie abgeschaltet ist, oder sie kann mit Fühlerfehlern belastet sein, was die Verdampfersteuereinheit 7 jeweils feststellen kann.
Die Verdichtersteuereinheit 13 regelt aufgrund des Saugdrucks, der mit dem Sensor 12 festgestellt wird, die Kapazität der Verdichteranlage. Die Verdichterkapa- zität der Anlage wird erhöht oder abgesenkt, abhängig von der für die Aufrechterhaltung des gewünschten Saugdrucks benötigten Kapazität. Die Verdichtersteuereinheit 13 steuert auch die Ventilatoren 10, also das Lüftungssystem, damit der erwünschte Druck im Kondensator aufrechterhalten wird. Dieser Druck kann durch eine
Steigerung oder eine Verminderung des Luftstroms über den Kondensator erreicht werden, um eine ausreichende Wärmeabgabe an die Umgebung zu erzielen.
Die zentrale Steuereinheit 14 identifiziert die am stärksten belastete Kühlstelle und zwar basierend auf der von der jeweiligen Verdampfersteuereinheit 7 ermittelten Belastung, die weiter unten erläutert wird und warnt einen Betreiber nach ebenfalls weiter unten ange- gebenen Prinzipien.
Die konkrete Art, auf die die Belastung der einzelnen Verdampfer ermittelt wird, spielt nur eine untergeordnete Rolle. Im Grunde kann man die Warnung bei höchst unterschiedlichen Systemen erzeugen. Neben den oben angegebenen Zustandsformen kann eine Kühlanlage auch mit mehr oder weniger Zustandsformen arbeiten, beispielsweise mit Saugdrucksteuerung oder modulierender Thermostatsteuerung, bei der der Füllungsgrad des Verdamp- fers 6 auf eine vorbestimmte Temperatur geregelt wird, auf Anlagen, auf denen der Verdampfer, die Verdichteranlagen und die Kondensatorlüftung von einer zentralen Steuereinheit gesteuert werden, oder auf anderen Typen von Kühlanlagen, beispielsweise Soleanlagen oder Zwangsumlaufanlagen.
Die Grundlage der Warnungserzeugung ist die Belastung jeder einzelnen Kühlstelle. Im vorliegenden Beispiel findet die Bestimmung der Belastung in der Steuerein- heit 7 jeder einzelnen Kühlstelle 2, 3, 4 statt und zwar wird als Ausgangspunkt der Unterschied verwendet zwischen der gewünschten Temperatur und der aktuellen Temperatur an der Kühlstelle, d.h. Tv. Natürlich kann man auch andere Methoden anwenden. Oft entscheidet die Konstruktion der Kühlanlage, wie die Belastung bestimmt werden muß. Für die vorliegende Erfindung ist es aber nicht entscheidend, wie die aktuelle Belastung tatsächlich bestimmt wird.
Fig. 3 zeigt nun schematisch, wie die Belastung an jeder einzelnen Kühlstelle 2-4 bestimmt wird. Zuerst wird untersucht, ob die Kühlstelle gerade abtaut, sich also im Abtauzustand befindet. Wenn sich die Kühlstelle gerade im Abtauzustand befindet, geht man wieder an den Anfang des Diagramms zurück. Wenn sich die Kühlstelle nicht im Abtauvorgang befindet, prüft man, ob sie sich im cu in Zustand befindet, also im Augenblick gerade eine Kälteleistung erbringt. Falls das nicht der Fall ist, wird die Belastung gleich Null gesetzt. Dies gilt auch dann, wenn aus einem anderen Grunde nicht positiv festgestellt werden kann, daß sich die Kühlstelle im TCu in Zustand befindet.
Wenn sie sich im Cu ιn Zustand befindet, dann wird die Belastung nach folgendem Schema bestimmt. Man be- rechnet die aktuelle Belastung durch die folgende Formel
LAl t • Konst. + ATszz
%eu Konst + 1
wobei ÄTREL heißt:
Ar TV ~ TCutOut
REL TC tIn ~ TCutOut
ΔτREL drückt die Abweichung von der Temperatur TCu- tout zu °-er aktuellen Kühlstelle aus, wobei diese Abweichung gewichtet wird zu der Bandbreite zwischen τCutm und τcutθut- Im Grunde genommen könnte man bereits diesen Ausdruck als Wert für die Belastung be- nutzen. Damit aber plötzliche Änderungen im Belastungsausdruck vermieden werden können, ist die Errechnung des Belastungsausdrucks mit einem einfachen Filter versehen, der derartige plötzliche Änderungen vermeidet.
L Ait ist d>-e Belastung der Kühlstelle 2-4, wie sie sich aus dem vorherigen Durchlauf ergeben hat. Danach wird die aktuelle Belastung LNeu gespeichert.
Das in Fig. 3 dargestellte Schema wird in vorbestimmten kleinen Abständen durchlaufen. Es ist nicht notwendig, daß sich ein Durchlauf nahtlos an den anderen anschließt. Dieses Schema wird lokal in jeder Verdampfersteuereinheit 7 abgewickelt. Im Start dieses Flußdi- agrammes wird noch die Temperatur und der Regelzustand registriert. Dieser Schritt kann auch an anderer Stelle dieses Flußdiagramms erfolgen. Somit steht fortlaufend eine Information über die Belastung jeder Kühlstelle zur Verfügung.
Anhand von Fig. 4 soll nun erläutert werden, wie eine Warnung erzeugt wird.
Hierzu wird der in Fig. 4 dargestellte Ablauf ebenfalls wiederholt durchlaufen.
Man setzt zunächst voraus, daß die am stärksten belastete Kühlstelle bekannt ist. Deren Temperaturen (Tv, Cutou τcutin) und deren Regelzustand werden registriert. Danach wird überprüft, ob diese Kühlstelle immer noch im TCutιn Zustand ist. Dies muß sie zuvor gewesen sein. Ansonsten wäre sie nicht als am stärksten belastete Kühlstelle ausgewählt worden. Falls sie in diesem Zustand ist, wird überprüft, ob dieser Zustand bereits über einen Zeitraum t anliegt, der größer als ein vorbestimmter Zeitraum t2yklus ist. Falls dies nicht der Fall ist, kehrt die Schleife wieder an den
Anfang zurück.
Falls sich der Zustand der Kühlstelle geändert hat oder die Zykluszeit tZy)ςius überschritten worden ist, sucht die zentrale Steuereinheit 14 erneut nach der am stärksten belasteten Kühlstelle. Hierbei vergleicht sie einfach die von den Verdampfersteuereinheiten 7 bereit gehaltenen BelastungsInformationen.
Wenn sich dabei herausstellt, daß eine andere Kühlstelle die am stärksten belastete ist, werden die Daten zur Kühlstellenidentifizierung und die Uhrzeit gespeichert. Diese Daten dienen dann bei einem erneuten Durchlauf dazu, Belastungszeiten zu errechnen. Stellt sich heraus, daß die am stärksten belastete Kühlstelle die gleiche ist wie vorher, wird aus der zuvor gespeicherten Uhrzeit und der nun festgestellten Uhrzeit eine Belastungszeit tMLC berechnet. Diese Be- lastungszeit tMLC wird nun daraufhin überprüft, ob sie einen vorbestimmten Maximalwert tLiMiτ übersteigt. Ein derartiger Maximalwert tLIMIT beträgt typischerweise eine Stunde. Falls dieser Wert überschritten worden ist, wird eine Warnung ausgegeben. Eine derartige War- nung kann beispielsweise darauf hindeuten, daß die Tür zu einem Kühlraum oder einer Kühlvitrine offen gelassen worden ist oder Waren in einer Kühlvitrine zu hoch gestapelt sind.
Die gespeicherten Daten werden statistisch bearbeitet, d.h. man speichert für die einzelne Kühlstelle die Dauer ihrer Belastungszeit ab. Dies gilt aber immer nur für die am stärksten belastete Kühlstelle.
Damit ergeben sich für alle Kühlstellen der Kühlanlage Belastungszeiten, d.h. Zeiten, in denen die jeweils eine Kühlstelle die am stärksten belastete Kühlstelle ist. Man kann nun statistisch auswerten, ob sich dieser Anteil einer Kühlstelle an der Gesamtzeit, beispiels- weise an der Öffnungsperiode eines Supermarktes, über die Zeit ändert oder ob sich Änderungen dahingehend ergeben, daß diese Zeit ansteigt. Falls sich derartige Änderungen ergeben, kann bezogen auf die jeweilige Kühlstelle eine Warnung ausgegeben werden.
Diese Warnung informiert den Betreiber der Kühlanlage darüber, daß möglicherweise ein Problem vorhanden ist. In den meisten Fällen kann er dieses Problem durch eine Wartung oder durch eine Änderung an der Kühlstelle selbst, beispielsweise dem Schließen einer Tür oder dem Verändern eines Warenstapels, abhelfen. Andere typische Fehler, wie beispielsweise einen beschädigten Lüfter, ein beschädigtes Abtau-Heizelement, einen Verlust von Kühlmittelfüllung, sind ebenfalls erfaßbar. Derartige Fehler zeichnen sich dadurch aus, daß eine Kühlstelle oder eine Gruppe von Kühlstellen die gewünschte Temperatur nur mit Problemen halten kann und deshalb häufiger als die anderen als am stärksten belastete Kühlstelle identifiziert wird. Wenn eine Kühlstelle Proble- me hat, die gewünschte Temperatur zu halten, wird dies zunächst keine Temperaturwarnung auslösen, weil ein derartiger Fehler noch nicht so gravierend ist, daß die Kühlstelle die Temperatur nicht unterhalb der Warngrenze halten kann. Mit der dargestellten Vorgehensweise wird es aber möglich, einen Fehler zu erfassen, lange bevor ein derartiger Fehler eine Temperaturwarnung auslöst und eine Wartungsarbeit dringend macht.
Für das Betreiben der Kühlanlage sind keine zusätzli- chen Maßnahmen erforderlich. Man muß lediglich vorhandene Sensoren entsprechend auswerten.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Entdecken von Fehlern in einer Kühlanlage mit mehreren Kühlstellen, bei dem nach einem vorbestimmten Schema fortlaufend die am stärksten belastete Kühlstelle ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Belastungsmuster der Kühlstellen erstellt und bei Abweichungen des Belastungsmusters von mindestens einem vorbestimmten Parameter eine Warnung erzeugt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man an jeder Kühlstelle lokal fortlaufend die
Belastung ermittelt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Belastung zeitlich filtert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß man als Belastungskriterium eine temperaturabhängige Größe an der Kühlstelle verwendet.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als temperaturabhängige Größe
Aτ _ Ty ~ Tcutout
REL m _ m
1CutIn 1 C tOut
verwendet.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man nach dem Ermitteln der am stärksten belasteten Kühlstelle diese solange als am stärksten belastete Kühlstelle ansieht, bis sich ihr Zustand ändert oder eine vorbestimmte Zeit ü- berschritten ist und erst dann erneut die am stärksten belastete Kühlstelle ermittelt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Kühlstelle die Zeiten aufsummiert werden, in denen die betreffende Kühl- steile als die am stärksten belastete Kühlstelle angesehen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sofortwarnung erzeugt wird, wenn eine Kühlstelle über mehr als eine vorbestimmte zusammenhängende Zeitdauer die am stärksten belastete Kühlstelle ist.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Langzeitwarnung erzeugt wird, wenn eine Kühlstelle über mehr als einen vorbestimmten Anteil einer vorbestimmten Periode die am stärksten belastete Kühlstelle ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Warnung erzeugt, wenn sich das Belastungsmuster einer Periode um mehr als einen Toleranzbereich von einem Belastungsmuster einer vorbestimmten früheren Periode unterscheidet.
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