EP1497597A1 - Verfahren zum entdecken von nderungen in einem ersten medie nstrom eines w rme-oder k ltetransportmediums in einer k lteanlage - Google Patents

Verfahren zum entdecken von nderungen in einem ersten medie nstrom eines w rme-oder k ltetransportmediums in einer k lteanlage

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EP1497597A1
EP1497597A1 EP03746812A EP03746812A EP1497597A1 EP 1497597 A1 EP1497597 A1 EP 1497597A1 EP 03746812 A EP03746812 A EP 03746812A EP 03746812 A EP03746812 A EP 03746812A EP 1497597 A1 EP1497597 A1 EP 1497597A1
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EP
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media stream
heat exchanger
air
flow
determined
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Claus Thybo
Bjarne Dindler Rasmussen
Roozbeh Izadi-Zamanabad
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Danfoss AS
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Danfoss AS
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Definitions

  • the invention relates to a method for discovering changes in a first media stream of a heat or cold transport medium in a refrigeration system, in which the first media stream is passed through a heat exchanger, in which heat transfer takes place between the first media stream and a second media stream of a heat or cold carrier ,
  • a freezer is selected below as an example of a refrigeration system. But it can also be used with other refrigeration systems.
  • a sales freezer such as is used in supermarkets to keep chilled or frozen products ready for sale
  • an air stream which forms the first media stream, circulates in an air duct in which an evaporator is arranged.
  • the evaporator is a heat exchanger to which a refrigerant, i.e. the second media flow, is supplied on one side in a liquid or two-phase state (gaseous and liquid). If the air on the other side is passed through the evaporator, heat is transferred from the air to the refrigerant and the air is cooled.
  • a heat exchanger is the condenser through which Air is led to liquefy the refrigerant. This removes heat from the refrigerant.
  • Airflow can circulate to a sufficient extent, i.e. you want to determine whether there have been any faults.
  • faults can be caused, for example, by a fan failing, the evaporator icing up, dirt becoming lodged in the air duct or objects, such as sales signs or goods, blocking the air duct and increasing the flow resistance for the air volume and thereby obstructing the air flow.
  • the object of the invention is to be able to detect changes in the first media stream as early as possible.
  • This object is achieved in a method of the type mentioned at the outset by determining the change in the enthalpy of the second media stream or a variable derived from it for monitoring the first media stream flowing through the heat exchanger.
  • the first media flow is formed by an air flow, it is relatively difficult to determine the mass of the air flowing through by measuring the air flow itself. Such a measurement would also hinder the air flow, which is undesirable.
  • the energy content can also be called enthalpy. This amount of heat is given off to the refrigerant in the heat exchanger (or given off by the refrigerant in the case of the condenser). If you can now record this amount of heat, then you have a statement about how much air is passed through the evaporator, ie the heat exchanger. This statement is sufficient to recognize whether an error has occurred or not.
  • the heat emitted by the air per time corresponds to the heat absorbed by the refrigerant per time.
  • This equilibrium is the basis of the process for discovering a reduced air flow in the duct. You can compare this actual air volume with a setpoint, for example. If this actual value does not match the setpoint, this is considered a reduction in the
  • Air flow interpreted and you can, for example, display an error.
  • This error display can occur at a relatively early stage, i.e. long before the refrigeration system has been severely overloaded or even an undesirable increase in temperature has occurred.
  • another medium for example a liquid or a brine, is used as the first medium stream instead of air.
  • a mass flow and a specific enthalpy difference of the second media stream are preferably determined via the heat exchanger.
  • the specific enthalpy of a refrigerant is a substance and state property and varies from refrigerant to refrigerant, or more generally, from a second media flow to a second media flow.
  • the specific enthalpy is the enthalpy per mass.
  • measured quantities such as temperatures, pressures or the like can be used to determine the specific enthalpy of the second media flow before and after the heat exchanger.
  • a specific enthalpy difference can be formed from this, which together with the mass flow allows a statement about the enthalpy.
  • the sensors for determining the temperature and pressure of the second media flow are present anyway. They are needed to control the refrigeration system accordingly. You can also measure the pressure of the refrigerant at the inlet and use it to determine the pressure at the outlet of the heat exchanger by taking into account the pressure drop in the evaporator.
  • the specific enthalpy can then be determined on the basis of the measured or calculated values with the aid of diagrams provided by the refrigerant manufacturers (so-called log p, h diagrams). In many cases this can also be done automatically if the corresponding relationships are stored in tables or are available via state equations.
  • a specific enthalpy difference of the first media stream via the heat exchanger is preferably also determined. The specific enthalpy difference of the first media stream allows the mass per time of the first media stream, for example the air, to be calculated in a relatively simple manner, as will be shown below.
  • the second media flow is preferably determined from a pressure difference above and the degree of opening of an expansion valve. If it is a pulse width modulated expansion valve, the degree of opening is replaced by the opening duration or the duty cycle.
  • the mass flow of the second media flow for example the refrigerant, is then proportional to the pressure difference and the opening time.
  • the refrigerant flow can be determined relatively easily in this way. In some cases, however, the supercooling of the refrigerant is so great that it is also necessary to measure the subcooling because the refrigerant flow, ie the second media flow, is influenced by the subcooling through the expansion valve.
  • the second media stream can also be determined from operating data and a difference in the absolute pressures via a compressor together with the temperature of the second media stream at the compressor inlet.
  • the operating data are, for example, the speed of the compressor, which, together with the pressure across the compressor, allows a statement to be made about the amount of refrigerant. All that is required is knowledge of the compressor properties.
  • the first media stream is preferably determined from the second media stream and a quotient from the specific enthalpy difference of the second media stream and the specific enthalpy difference of the first media stream via the heat exchanger.
  • the amount of heat in the air is the product of the mass flow of air through the heat exchanger and the specific enthalpy difference of the air through the heat exchanger.
  • the amount of heat of the refrigerant is the product of the refrigerant flow, ie mass of the refrigerant per time, through the heat exchanger and the specific enthalpy difference across the heat exchanger.
  • the mass flow of air (or more generally: the first media flow) through the heat exchanger can then be determined by a simple three-sentence. 089854
  • the first media stream is compared with a target value. If the one actually determined, i.e. An error message can be generated if the first media flow calculated from the above values does not match the setpoint.
  • a residual is formed as the difference from a first variable, which is formed from a predetermined mass flow of the first media stream and the specific enthalpy difference, and a second variable, which corresponds to the change in the enthalpy of the second media stream , and monitors the residual.
  • This procedure facilitates the evaluation of the signals determined. Due to the inertia of the individual sensors, which determine temperatures, pressures and mass flow, it is possible that considerable fluctuations can be observed in the signal which reproduces the first media flow, for example the air mass flow. These fluctuations have a relatively high frequency in relation to the "inertia" of the refrigeration system. It is therefore difficult to identify a trend in such a "high-frequency" signal that indicates an error.
  • the monitoring of the residual is much easier and allows adequate monitoring of the air mass flow. It is particularly preferred here that an average value over a predetermined period of time is used as the predetermined mass flow of the first media flow. It is assumed that the mass flow is determined in an "error-free" operation. If there are deviations from this previously determined mass flow during operation that persist over a predetermined shorter or longer period of time, then this is a sign of an error.
  • An error indicator S ⁇ is preferably formed using the residual according to the following rule:
  • the first reliability value is set to zero.
  • the second reliability value ⁇ i forms a criterion for how often one has to accept a false alarm. If you fall less • l ö ⁇
  • the second reliability value is an empirical value, which can, however, be specified by the manufacturer.
  • a defrosting process is preferably initiated when a predetermined change is discovered.
  • the defrost process can be initiated when the error indicator reaches or exceeds a predetermined value.
  • the process can be used to initiate defrosting processes when they are necessary, but the icing of the evaporator does not yet have any negative effects.
  • FIG. 1 is a schematic view of a refrigeration system
  • 2 is a schematic view showing sizes around a heat exchanger
  • 3 shows the representation of a residual in a first error case
  • Fig. 6 shows the error indicator for the second error case.
  • FIG. 1 schematically shows a refrigeration system 1 in the form of a freezer, as is used, for example, in supermarkets for selling chilled or frozen food.
  • the refrigeration system 1 has a storage room 2 in which the food is stored.
  • An air duct 3 is led around the storage space 2, i.e. it is located on both sides and below the storage space 2.
  • an air flow 4 which is represented by arrows, arrives in a cooling zone 5 above the storage space 2.
  • the air then becomes the entrance to the air duct 3 again out where a mixing zone 6 is located.
  • the air flow 4 is mixed with ambient air in the mixing zone.
  • a blower arrangement 7 is arranged in the air duct 3 and is formed by one or more fans can.
  • the blower arrangement 7 ensures that the air flow 4 can be moved in the air duct 3.
  • the blower arrangement 7 drives the air flow 4 in such a way that the mass of the air per time which is moved through the air duct 3 is constant as long as the blower arrangement 7 is running and the system is working correctly.
  • An evaporator 8 of a refrigerant circuit is arranged in the air duct 3.
  • Refrigerant from a condenser or condenser 10 is supplied to the evaporator 8 through an expansion valve 9.
  • the condenser 10 is supplied by a compressor or compressor 11, the input of which is in turn connected to the evaporator 8, so that the refrigerant is circulated in a manner known per se.
  • the condenser 10 is provided with a blower 12, with the aid of which air can be blown from the surroundings via the condenser 10 in order to dissipate heat there.
  • a refrigerant circulates in the system.
  • the refrigerant leaves the compressor 11 as a gas under high pressure and at a high temperature.
  • the refrigerant is liquefied in the condenser 10, giving off heat.
  • the refrigerant passes through the expansion valve 9, where it is expanded.
  • the refrigerant is two-phase, ie liquid and gaseous.
  • the two-phase refrigerant is supplied to the evaporator 8.
  • the liquid phase evaporates there with the absorption of heat, whereby the heat is released is taken from the air flow 4.
  • the refrigerant is still slightly warmed and comes out of the evaporator 8 as a superheated gas. Then it is fed back to the compressor 11 and compressed there.
  • the monitoring can be carried out in a clocked manner, that is to say at successive points in time, which have a time interval of the order of one minute, for example.
  • the mass is determined pro
  • ß Ref is the heat absorbed by the refrigerant per time.
  • This equation can be used to determine the actual value for the mass flow, ie the mass per time, for the air flowing through the air duct 3 if the heat absorbed by the refrigerant can be determined.
  • the actual mass flow of air can then be compared with a setpoint. If the actual value does not match the setpoint, this is interpreted as an error, ie as a disabled air flow 4.
  • a corresponding error message for the system can be output.
  • Ref m R ef (h Ref ⁇ 0Ut - h Refin ) (2) where « Ref is the mass of refrigerant per time that flows through the evaporator.
  • h Re f / OU t is the specific enthalpy of the refrigerant at the evaporator outlet and h Ref , i n is the specific enthalpy at the expansion valve inlet.
  • the specific enthalpy of a refrigerant is a substance and condition property that varies from refrigerant to refrigerant, but can be determined for each refrigerant.
  • the refrigerant manufacturers therefore provide so-called log p, h diagrams for each refrigerant. Using these diagrams, the specific enthalpy difference can be determined via the evaporator 8.
  • h Re f in with such a log p, h diagram, for example, you only need the temperature of the refrigerant at the expansion valve inlet (T Ref , i n ) and the pressure at the expansion valve inlet (Pc on ) measured by a temperature sensor or a pressure sensor.
  • the measuring points are shown schematically in FIG. 2.
  • the mass flow rate of the refrigerant ( Ref ) can either be determined with a flow meter.
  • a flow meter In systems with electronically controlled expansion valves that are operated with pulse width modulation, it is possible to determine the degree of opening or the duration of the opening
  • Mass flow rate m Ref to determine if the pressure difference across the valve and supercooling at the inlet of the expansion valve 10 (T V in) is known. This is the case in most systems because pressure sensors are available which measure the pressure in the condenser 10. In many cases, hypothermia is constant and can be estimated and therefore does not need to be measured.
  • the mass flow 7W Ref through the expansion valve 9 can then be calculated with the aid of a valve characteristic, the pressure difference, the hypothermia and the degree of opening or the duration of the opening. With many pulse width modulated expansion valves 9
  • the flow Ref is approximately proportional to the pressure difference and the opening time.
  • the flow can be determined using the following equation:
  • the ability to determine the mass flow w Ref consists in evaluating variables from the compressor 11, for example the speed of the compressor, the pressure at the compressor inlet and outlet, the temperature at the compressor inlet and a compressor characteristic.
  • Time ⁇ Ai r can in principle be used the same equation as for the heat per time that the refrigerant gives off.
  • a i r is the mass flow of air
  • h A ir, ou t denotes the specific enthalpy of the air after the evaporator.
  • the specific enthalpy of air can be calculated using the following equation:
  • t is the temperature of the air is so Eva T, i n before the evaporator and T Eva, out after the evaporator, "x" is referred to as a humidity ratio of the air.
  • the humidity ratio of air can be calculated using the following equation:
  • p w is the partial pressure of water vapor in the air and p A mb is the pressure of the air.
  • p Alüb can either be measured or you simply use a standard atmospheric pressure for this size. The deviation of the actual pressure from the standard atmospheric pressure does not play a significant role in the calculation of the amount of heat emitted by the air per time.
  • the partial pressure of water vapor is determined by the relative humidity of the air and the partial pressure of water vapor in saturated air and can be calculated using the following equation:
  • RH is the relative air humidity and P, sat the partial pressure of the water vapor in saturated air. P, s at depends solely on the air temperature and can be found in thermodynamic reference works.
  • the relative humidity RH can be measured or typical values are used in the calculation.
  • This actual value for the air mass flow m ⁇ i r can then be compared with a setpoint and if there are significant differences between the actual value and the setpoint, the operator of the refrigeration system can be made aware by an error message that the system is not running optimally.
  • this target value can be determined as an average value over a certain period in which the System runs under stable and error-free operating conditions. Such a period can be, for example, 100 minutes.
  • mAi is an estimated value for the air mass flow rate under normal operating conditions. Instead of an estimate, it is also possible to use a value which is determined as an average over a certain period of time from equation (9) under fault-free operating conditions.
  • the residual r In a system that runs without errors, the residual r should give an average value of zero, although it is actually subject to considerable fluctuations. Around an error, which is characterized by a tendency of the residual to be able to be recognized at an early stage, is assumed that the value determined for the residual r is normally distributed around an average value, regardless of whether the system is working properly or an error has occurred is.
  • An error indicator Si is then calculated according to the following relationship:
  • the error indicator Si will become larger because the periodically determined values of the residual n become larger than zero on average.
  • the fault indicator has reached a predetermined size, an alarm is triggered which indicates that the air circulation is restricted. If you make ⁇ x larger, you get fewer false alarms, but you also risk discovering an error later.
  • FIG. 5 and 6 show the development of the residual r and the development of the error indicator Si in the case where the evaporator 8 is slowly icing up.
  • the residual r is plotted in FIG. 5 and the error indicator Si in FIG. 6, while the time t is plotted to the right in minutes.
  • Such icing could take 1200 minutes grasp due to reduced performance of the refrigeration system.
  • the method can also be used to create a
  • the defrosting process is started when the error indicator Si reaches a predetermined size.
  • This method has the advantage of early detection of errors, although no more sensors are used than are available in a typical system. The faults are discovered before they cause higher temperatures in the refrigeration system. Errors are also discovered before the system no longer runs optimally if the energy used is taken as a measure.
  • the method for discovering changes in the first media stream can also be used in systems that work with indirect cooling.
  • Such systems have a primary media stream in which refrigerant circulates and a secondary media stream where a refrigerant, e.g. Brine, circulated.
  • the first media stream cools the second media stream in the evaporator.
  • the second media stream then cools e.g. the air in a heat exchanger.
  • This method can be used on the evaporator, but also on the air / coolant heat exchanger.
  • the calculations do not change on the air side of the heat exchanger.
  • the increase in enthalpy can be calculated using the following formula if the coolant in the heat exchanger is not subjected to an evaporation process, but only an increase in temperature:
  • Mass flow m ⁇ can be determined by a mass flow meter. Of course, other possibilities are also conceivable. Q K ⁇ then replaces Que f in the further calculations.

Description

Verfahren zum Entdecken von Änderungen in einem ersten Medienstrom eines Wärme- oder Kältetransportmediums in einer Kälteanlage
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entdecken von Änderungen' in einem ersten Medienstrom eines Wärme- oder Kältetransportmediums in einer Kälteanlage, in der der erste Medienstrom durch einen Wärmetauscher geführt wird, in dem ein Wärmeübergang zwischen dem ersten Medienstrom und einem zweiten Medienstrom eines Wärmeoder Kälteträgers erfolgt .
Um die Erfindung zu erläutern, wird nachfolgend eine Verkaufskühltruhe als Beispiel für eine Kälteanlage gewählt. Sie ist aber auch bei anderen Kälteanlagen anwendbar. Bei einer Verkaufskühltruhe, wie sie beispielsweise in Supermärkten verwendet wird, um gekühlte oder gefrorene Produkte zum Verkauf bereitzuhalten, zirkuliert ein Luftstrom, der den ersten Medienstrom bildet, in einem Luftkanal, in dem ein Verdampfer angeordnet ist. Der Verdampfer ist ein Wärmetauscher, dem auf einer Seite ein Kältemittel, also der zweite Medienstrom, in einem flüssigen oder zweiphasigen Zustand (gasförmig und flüssig) zugeführt wird. Wenn die Luft auf der anderen Seite über den Verdampfer geführt wird, erfolgt ein Wärmeübergang von der Luft auf das Kältemittel und die Luft wird gekühlt. Ein anderes Beispiel für einen Wärmetauscher ist der Kondensator, über den Luft geführt wird, um das Kältemittel zu verflüssigen. Dabei wird dem Kältemittel Wärme entzogen.
Man möchte bei einer derartigen Kälteanlage mit einer gewissen Zuverlässigkeit feststellen können, ob der
Luftström in einem ausreichenden Maße zirkulieren kann, d.h., man möchte feststellen, ob Störungen aufgetreten sind. Derartige Störungen können beispielsweise dadurch verursacht werden, daß ein Ventilator ausfällt, daß der Verdampfer vereist, daß sich Verschmutzungen im Luftkanal festsetzen oder Gegenstände, wie Verkaufsschilder oder Waren, den Luftkanal versperren und den Strömungs- widerstand für die Luftmenge vergrößern und dadurch den Luftstrom behindern.
Eine derartige Fehlererkennung sollte möglichst erfolgen, bevor die Kühlleistung der Kälteanlage zu stark abgenommen hat. Wenn ein Fehler sich erst bei einer Temperaturerhöhung erkennen läßt, kann es für die ge- kühlten oder gefrorenen Produkte bereits zu spät sein, d.h. es besteht das Risiko, daß diese Produkte verderben. In vielen Fällen bedeutet eine Störung des Luft- stroms aber bereits lange vor einer Beschädigung der gekühlten Produkte, daß die Kälteanlage nicht in ihrem optimalen Betriebspunkt betrieben wird. Wenn also ein
Fehler aufgetreten ist, können einzelne Komponenten der Kälteanlage öfter belastet werden, was ihre Lebensdauer herabsetzt. Dies läßt sich problemlos am Beispiel von Ventilatoren nachvollziehen. Wenn einer von mehreren Ventilatoren ausfällt, können der oder die übrigen Ventilatoren nach wie vor noch den zur Erzeugung der Käl- teleistung erforderlichen Luftstrom durch die Kälteanlage treiben. Die verbleibenden Ventilatoren werden aber öfter belastet. Neben einer Verringerung der Lebensdauer der Komponenten, beispielsweise der Ventila- toren, hat ein Fehler den Nachteil eines erhöhten Energieverbrauchs. Die Kälteanlage wird nicht in ihrem optimalen Betriebspunkt betrieben. Auch aus diesem Grunde ist die Erkennung von Fehlern wichtig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Änderungen im ersten Medienstrom möglichst früh erkennen zu können.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß man zur Überwachung des durch den Wärmetauscher strömenden ersten Medienstromes die Änderung der Enthalpie des zweiten Medienstromes oder eine davon abgeleitete Größe ermittelt .
Wenn der erste Medienstrom durch einen Luftström gebil- det ist, ist die Ermittlung der Masse der durchströmenden Luft durch eine Messung des Luftstromes selbst relativ schwierig. Eine derartige Messung würde im übrigen den Luftstrom auch behindern, was unerwünscht ist. Man wählt daher einen anderen Weg: man geht davon aus, daß der Luftstrom eine gewisse Wärmemenge transportiert und damit einen gewissen Energieinhalt hat. Der Energieinhalt läßt sich auch als Enthalpie bezeichnen. Diese Wärmemenge wird im Wärmetauscher an das Kältemittel abgegeben (oder im Falle des Kondensators vom Kältemit- tel abgegeben) . Wenn man nun diese Wärmemenge erfassen kann, dann hat man eine Aussage darüber, wie viel Luft durch den Verdampfer, d.h. den Wärmetauscher geführt wird. Diese Aussage reicht aus, um zu erkennen, ob ein Fehler aufgetreten ist oder nicht. Die von der Luft abgegebene Wärme pro Zeit entspricht der vom Kältemittel aufgenommenen Wärme pro Zeit. Dieses Gleichgewicht ist die Grundlage des Verfahrens zur Entdeckung eines verringerten Luftstromes im Kanal . Man kann diese tatsächliche Luftmenge beispielsweise mit einem Sollwert vergleichen. Wenn dieser Istwert nicht mit dem Sollwert übereinstimmt, wird dies als eine Verringerung des
Luftstromes interpretiert und man kann beispielsweise einen Fehler anzeigen. Diese Fehleranzeige kann in einem relativ frühen Stadium erfolgen, also lange bevor eine starke Überlastung der Kälteanlage aufgetreten ist oder sogar eine unerwünschte Temperaturerhöhung eingetreten ist. Die gleiche Vorgehensweise gilt natürlich auch dann, wenn anstelle von Luft ein anderes Medium, beispielsweise eine Flüssigkeit oder eine Sole, als erster Medienstrom verwendet wird.
Vorzugsweise ermittelt man zur Bestimmung der Änderung der Enthalpie des zweiten Medienstromes einen Massenstrom und eine spezifische Enthalpiedifferenz des zweiten Medienstromes über den Wärmetauscher. Die spezifi- sehe Enthalpie eines Kältemittels ist eine Stoff- und Zustandseigenschaft und variiert von Kältemittel zu Kältemittel, oder allgemeiner, von zweitem Medienstrom zu zweitem Medienstrom. Die spezifische Enthalpie ist die Enthalpie pro Masse. Da aber bekannt ist, welches Kältemittel verwendet wird, läßt sich anhand von gemessenen Größen, wie Temperaturen, Drücken oder ähnlichem, die spezifische Enthalpie des zweiten Medienstromes vor und nach dem Wärmetauscher feststellen. Daraus läßt sich eine spezifische Enthalpiedifferenz bilden, die gemeinsam mit dem Massenstrom eine Aussage über die Enthalpie erlaubt .
Hierbei ist besonders bevorzugt, daß man zur Bestimmung der spezifischen Enthalpiedifferenz des zweiten Medienstromes am Eingang des Expansionsventils die Temperatur und den Druck des zweiten Medienstromes und am Ausgang des Wärmetauschers die Temperatur des zweiten Medienstromes und entweder den Druck am Ausgang des Wärmetauschers oder die Siedetemperatur des zweiten Medienstromes am Eingang des Wärmetauschers ermittelt. Die Senso- ren zur Ermittlung der Temperatur und des Drucks des zweiten Medienstromes, hier des Kältemittels, sind in den meisten Fällen ohnehin vorhanden. Sie werden benötigt, um die Kälteanlage entsprechend steuern zu können. Man kann den Druck des Kältemittels auch am Ein- gang messen und daraus den Druck am Ausgang des Wärmetauschers ermitteln, indem man den Druckabfall im Verdampfer berücksichtigt. Anhand der gemessenen oder berechneten Werte kann man dann mit Hilfe von Diagrammen, die von den Kältemittelherstellern zur Verfügung ge- stellt werden (sogenannte Log p, h-Diagramme) die spezifische Enthalpie bestimmen. In vielen Fällen kann dies auch automatisch erfolgen, wenn die entsprechenden Beziehungen in Tabellen abgelegt sind oder über Zu- standsgleichungen zur Verfügung stehen. Vorzugsweise ermittelt man auch eine spezifische Enthalpiedifferenz des ersten Medienstromes über den Wärmetauscher. Die spezifische Enthalpiedifferenz des ersten Medienstromes erlaubt es, auf relativ einfache Weise die Masse pro Zeit des ersten Medienstromes, z.B. der Luft, zu berechnen, wie weiter unten gezeigt werden wird.
Bevorzugterweise bestimmt man den zweiten Medienstrom aus einer Druckdifferenz über und dem Öffnungsgrad eines Expansionsventils. Wenn es sich um ein pulsbreiten- moduliertes Expansionsventil handelt, dann wird der Öffnungsgrad durch die Öffnungsdauer bzw. das Tastverhältnis ersetzt. Der Massenstrom des zweiten Medien- Stromes, z.B. des Kältemittels, ist dann proportional der Druckdifferenz und der Öffnungsdauer. Der Kältemittelstrom läßt sich auf diese Weise relativ einfach ermitteln. Die Unterkühlung des Kältemittels ist allerdings in machen Fällen so groß, daß es notwendig ist, auch die Unterkühlung zu messen, weil der Kältemittelstrom, d.h. der zweite Medienstrom, durch das Expansionsventil von der Unterkühlung beeinflußt wird. In vielen Fällen braucht man aber nur die Druckdifferenz und den Öffnungsgrad des Ventils zu kennen, weil die Unterkühlung eine feste Größe der Kälteanlage ist, die dann in einer Ventilcharakteristik oder in einer Proportionalitätskonstante berücksichtigt werden kann. Mit "Öffnungsgrad" kann auch die Öffnungsdauer bei puls- breitenmodulierten Ventilen verstanden werden, d.h. das Tastverhältnis. In einer alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung kann man den zweiten Medienstrom auch aus Betriebsdaten und einer Differenz der absoluten Drücke über einen Verdichter zusammen mit der Temperatur des zweiten Me- dienstromes am Verdichtereingang ermitteln. Bei den Betriebsdaten handelt es sich beispielsweise um die Drehzahl des Verdichters, die zusammen mit dem Druck über den Verdichter eine Aussage über die Kältemittelmenge erlaubt. Hierzu ist lediglich die Kenntnis der Verdich- tereigenschaften erforderlich.
Bevorzugterweise ermittelt man den ersten Medienstrom aus dem zweiten Medienstrom und einem Quotienten aus der spezifischen Enthalpiedifferenz des zweiten Medien- Stromes und der spezifischen Enthalpiedifferenz des ersten Medienstromes über den Wärmetauscher. Wie oben erläutert, geht man davon aus, daß zwischen der Wärmemenge, die von der Luft an das Kältemittel übertragen wird, und der Wärmemenge, die vom Kältemittel aus der Luft aufgenommen wird, ein Gleichgewicht besteht, d.h. beide Größen stimmen überein. Vereinfacht ausgedrückt ist die Wärmemenge der Luft das Produkt aus dem Massenstrom der Luft durch den Wärmetauscher und der spezifischen Enthalpiedifferenz der Luft über den Wärmetau- scher. Die Wärmemenge des Kältemittels ist das Produkt aus dem Kältemittelstrom, d.h. Masse des Kältemittels pro Zeit, durch den Wärmetauscher und der spezifischen Enthalpiedifferenz über den Wärmetauscher. Durch einen einfachen Dreisatz läßt sich dann der Massenstrom der Luft (oder allgemeiner: des ersten Medienstromes) durch den Wärmetauscher bestimmen. 089854
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß man den ersten Medienstrom mit einem Sollwert vergleicht. Wenn der tatsächlich ermittelte, d.h. aus den oben angegebenen Größen berechnete erste Medienstrom nicht mit dem Sollwert übereinstimmt, kann eine Fehlermeldung erzeugt werden.
In einer Alternative ist hingegen vorgesehen, daß man ein Residuum als Differenz aus einer ersten Größe, die aus einem vorgegebenen Massenstrom des ersten Medienstromes und der spezifischen Enthalpiedifferenz gebildet wird, und einer zweiten Größe bildet, die der Änderung der Enthalpie des zweiten Medienstromes ent- spricht, und das Residuum überwacht. Diese Vorgehens- weise erleichtert die Auswertung der ermittelten Signale. Aufgrund der Trägheit der einzelnen Sensoren, die Temperaturen, Drücke und Massendurchfluß ermitteln, ist es möglich, daß man in dem Signal, das den ersten Me- dienstrom, z.B. den Luftmassenstrom, wiedergibt, erhebliche Schwankungen beobachten kann. Diese Schwankungen haben bezogen auf die "Trägheit" der Kälteanlage eine relativ hohe Frequenz. Es ist also schwierig, in einem derartig "hochfrequenten" Signal einen Trend zu erken- nen, der auf einen Fehler hindeutet. Wenn man aus dem Luftmassensignal hingegen ein Residuum gewinnt, dann ist die Überwachung des Residuums wesentlich einfacher und erlaubt eine ausreichende Überwachung des Luftmassenstromes . Hierbei ist besonders bevorzugt, daß man als vorgegebenen Massenstrom des ersten Medienstromes einen Mittelwert über einen vorbestimmten Zeitraum verwendet. Man geht dabei davon aus, daß man den Massenstrom in einem "fehlerfreien" Betrieb ermittelt. Wenn sich dann im Betrieb Abweichungen von diesem vorher ermittelten Massenstrom ergeben, die über einen vorbestimmten kürzeren oder längeren Zeitraum anhalten, dann ist dies ein Zeichen für einen Fehler.
Vorzugsweise bildet man mit Hilfe des Residuums einen Fehlerindikator S± nach folgender Vorschrift:
>0
wobei S nach der folgenden Vorschrift berechnet wird:
μ0 + μ, rι worin i: Index eines AbtastZeitpunkts
Residuum kx Proportionalitätskonstante erster Zuverlässigkeits-Wert Mi zweiter Zuverlässigkeits-Wert
Der erste Zuverlässigkeits-Wert wird in den meisten Fällen auf Null gesetzt. Der zweite Zuverlässigkeits- Wert μi bildet ein Kriterium dafür, wie oft man einen falschen Alarm akzeptieren muß. Wenn man weniger fal- • l ö ¬
sche Alarme haben möchte, muß man eine spätere Entdeckung eines Fehlers in Kauf nehmen. Wenn die LuftZirkulation eingeschränkt wird, weil beispielsweise ein Gebläse nicht länger läuft, dann wird der Fehlerindika- tor mit der Zeit größer werden, weil die periodisch ermittelten Werte des Residuums ri im Durchschnitt größer als Null werden. Wenn der Fehlerindikator Si eine vorbestimmte Größe erreicht hat, dann wird ein Alarm ausgelöst, der anzeigt, daß ein Fehler aufgetreten ist. Der zweite Zuverlässigkeits-Wert ist ein Erfahrungswert, der allerdings vom Hersteller vorgegeben werden kann.
Vorzugsweise leitet man bei Entdecken einer vorbestimm- ten Änderung einen Abtauvorgang ein. Beispielsweise kann man den Abtauvorgang einleiten, wenn der Fehlerindikator einen vorbestimmten Wert erreicht oder überschreitet. Mit dem Verfahren lassen sich Abtauvorgänge dann einleiten, wenn sie notwendig sind, die Vereisung des Verdampfers aber noch keine negativen Auswirkungen zeigt .
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeich- nung näher beschrieben. Hierin zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Kälteanlage,
Fig. 2 eine schematische Ansicht mit der Darstellung von Größen um einen Wärmetauscher, Fig. 3 die Darstellung eines Residuums in einem ersten Fehlerfall,
Fig. 4 den Verlauf eines Fehlerindikators für den ersten Fehlerfall,
Fig. 5 den Verlauf des Residuums für einen zweiten Fehlerfall und
Fig. 6 die Darstellung des Fehlerindikators für den zweiten Fehlerfall .
Fig. 1 zeigt schematisch eine Kälteanlage 1 in Form einer Verkaufskühltruhe, wie sie beispielsweise in Super- markten zum Verkaufen von gekühlten oder gefrorenen Lebensmitteln verwendet wird. Die Kälteanlage 1 weist einen Vorratsraum 2 auf, in dem die Lebensmittel gelagert werden. Ein Luftkanal 3 ist um den Vorratsraum 2 herumgeführt, d.h. er befindet sich an beiden Seiten und un- terhalb des Vorratsraums 2. Ein Luftstrom 4, der durch Pfeile dargestellt ist, gelangt nach dem Durchlaufen des Luftkanals 3 in eine Kühlzone 5 oberhalb des Vorratsraums 2. Die Luft wird dann wieder zum Eingang des Luftkanals 3 geführt, wo sich eine Mischzone 6 befin- det. In der Mischzone wird der Luftstrom 4 mit Umgebungsluft vermischt. Dabei wird z.B. die gekühlte Luft ersetzt, die in den Vorratsraum 2 gelangt ist oder sonstwie in die Umgebung verschwunden ist .
Im Luftkanal 3 ist eine Gebläseanordnung 7 angeordnet, die durch einen oder mehrere Ventilatoren gebildet sein kann. Die Gebläseanordnung 7 sorgt dafür, daß der Luft- strom 4 im Luftkanal 3 bewegt werden kann. Für die nachfolgende Beschreibung wird davon ausgegangen, daß die Gebläseanordnung 7 den Luftstrom 4 so antreibt, daß die Masse der Luft pro Zeit, die durch den Luftkanal 3 bewegt wird, konstant ist, solange die Gebläseanordnung 7 läuft und die Anlage fehlerfrei arbeitet .
Im Luftkanal 3 ist ein Verdampfer 8 eines Kältemittel- kreislaufs angeordnet. Dem Verdampfer 8 wird durch ein Expansionsventil 9 Kältemittel aus einem Kondensator oder Verflüssiger 10 zugeführt. Der Kondensator 10 wird durch einen Verdichter oder Kompressor 11 versorgt, dessen Eingang wiederum mit dem Verdampfer 8 verbunden ist, so daß das Kältemittel in an sich bekannter Weise im Kreis geführt wird. Der Kondensator 10 ist mit einem Gebläse 12 versehen, mit dessen Hilfe Luft aus der Umgebung über den Kondensator 10 geblasen werden kann, um dort Wärme abzuführen.
Die Arbeitsweise eines derartigen Kältemittelkreislaufs ist an sich bekannt. In der Anlage zirkuliert ein Kältemittel. Das Kältemittel verläßt den Verdichter 11 als Gas unter hohem Druck und mit hoher Temperatur. Im Kon- densator 10 wird das Kältemittel verflüssigt, wobei es Wärme abgibt. Nach der Verflüssigung passiert das Kältemittel das Expansionsventil 9, wo es entspannt wird. Nach der Entspannung ist das Kältemittel zweiphasig, d.h. flüssig und gasförmig. Das zweiphasige Kältemittel wird dem Verdampfer 8 zugeführt. Die flüssige Phase verdampft dort unter Wärmeaufnahme, wobei die Wärme aus dem Luftstrom 4 entnommen wird. Nachdem das restliche Kältemittel verdampft ist, wird das Kältemittel noch leicht erwärmt und kommt als überhitztes Gas aus dem Verdampfer 8 heraus . Danach wird es dem Verdichter 11 wieder zugeführt und dort verdichtet.
Man möchte nun überwachen, ob der Luftstrom 4 ungestört durch den Luftkanal 3 hindurchströmen kann. Störungen können sich beispielsweise dadurch ergeben, daß die Ge- bläseanordnung 7 einen Defekt aufweist und nicht mehr genügend Luft fördert. Beispielsweise kann von einer Gebläseeinheit mit mehreren Gebläsen eines ausfallen. Die übrigen Gebläse können dann zwar noch eine gewisse Luftmenge durch den Luftkanal 3 fördern, so daß die Temperatur im Vorratsraum 2 nicht über einen erlaubten Wert hinaus ansteigt . Dadurch wird aber die Kälteanlage stark belastet, was Spätschäden nach sich ziehen kann. Beispielsweise werden Elemente der Kälteanlage, wie Ventilatoren, öfter in Betrieb genommen. Ein anderer Fehlerfall ist beispielsweise die Vereisung des Verdampfers durch Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft, die sich am Verdampfer niederschlägt.
Mit anderen Worten möchte man also in der Lage sein, die Luftmenge pro Zeit, die durch den Luftkanal 3 strömt, permanent zu überwachen. Die Überwachung kann dabei durchaus getaktet erfolgen, also in aufeinanderfolgenden Zeitpunkten, die beispielsweise zeitlich einen Abstand in der Größenordnung von einer Minute auf- weisen. Allerdings ist die Ermittlung der Masse pro
Zeit des Luftstromes 4 mit normalen Meßvorrichtungen relativ aufwendig. Man verwendet daher eine indirekte Messung, indem man den Wärmeinhalt des Kältemittels, den das Kältemittel im Verdampfer 8 aufgenommen hat, ermittelt .
Dabei legt man folgende Überlegung zugrunde: die zum Verdampfen des Kältemittels benötigte Wärme wird im Verdampfer 8, der als Wärmetauscher wirkt, von der Luft aufgenommen. Dementsprechend gilt folgende Gleichung:
wobei ÖAir die von der Luft tatsächlich entnommene War-
me pro Zeit und ßRef die vom Kältemittel aufgenommene Wärme pro Zeit ist . Mit dieser Gleichung kann man den Istwert für den Massenstrom, d.h. die Masse pro Zeit, für die durch den Luftkanal 3 strömende Luft bestimmen, wenn man die vom Kältemittel aufgenommene Wärme bestimmen kann. Den tatsächlichen Massenstrom der Luft kann man dann mit einem Sollwert vergleichen. Wenn der Istwert nicht mit dem Sollwert übereinstimmt, wird dies als ein Fehler interpretiert, d.h. als ein behinderter Luftstrom 4. Eine entsprechende Fehlermeldung für die Anlage kann ausgegeben werden.
Die Grundlage für die Bestimmung von QRef ist die folgende Gleichung :
QRef = mRef (hRefι0Ut - hRefin ) ( 2 ) wobei «Ref die Kältemittelmasse pro Zeit ist, die durch den Verdampfer strömt. hRef/OUt ist die spezifische Enthalpie des Kältemittels am Verdampferaustritt und hRef,in ist die spezifische Enthalpie am Expansionsventileintritt .
Die spezifische Enthalpie eines Kältemittels ist eine Stoff- und Zustandseigenschaft , die von Kältemittel zu Kältemittel variiert, für jedes Kältemittel aber bestimmbar ist. Die Kältemittelhersteller stellen daher sogenannte Log p, h-Diagramme für jedes Kältemittel bereit. Anhand dieser Diagramme kann die spezifische Enthalpiedifferenz über den Verdampfer 8 bestimmt wer- den. Um beispielsweise hRef,in mit einem solchen Log p, h-Diagramm zu bestimmen, braucht man nur die Temperatur des Kältemittels am Expansionsventileingang (TRef,in) und den Druck am Expansionsventileingang (Pcon) • Diese Größen können mit Hilfe von einem Temperaturfühler oder einem Drucksensor gemessen werden. Die Meßstellen sind in Fig. 2 schematisch dargestellt.
Um die spezifische Enthalpie am Verdampferaustritt zu bestimmen, braucht man zwei Meßwerte: die Temperatur am Verdampferaustritt (TRef;0ut) und entweder den Druck am
Austritt (PRβf,out) oder die Siedetemperatur (TRefιin) . Die Temperatur am Austritt (TRef,out) kann mit einem Temperaturfühler gemessen werden. Der Druck am Ausgang des Verdampfers 8 (PRef,out) kann mit einem Drucksensor ge- messen werden. Anstelle der Log p, h-Diagramme kann man natürlich auch Tabellenwerte verwenden, was die Berechnung mit Hilfe eines Prozessors vereinfacht. In vielen Fällen stellen die Kältemittelhersteller auch Zustandsgieichungen für die Kältemittel zu Verfügung.
Der Massendurchfluß des Kältemittels ( Ref) kann entweder mit einem Durchflußmesser bestimmt werden. Bei Anlagen mit elektronisch gesteuerten Expansionsventilen, die pulsbreitenmoduliert betrieben werden, ist es möglich, über den Öffnungsgrad oder die Öffnungsdauer den
Massendurchfluß mRef zu bestimmen, wenn die Druckdifferenz über das Ventil und die Unterkühlung am Eingang des Expansionsventils 10 (TVin) bekannt ist. Bei den meisten Anlagen ist dies der Fall, weil man Drucksensoren zur Verfügung hat, die den Druck im Verflüssiger 10 messen. Die Unterkühlung ist in vielen Fällen konstant und abschätzbar und braucht deshalb nicht gemessen zu werden. Der Massendurchfluß 7WRef durch das Expansions- ventil 9 kann dann mit Hilfe einer Ventilcharakteristik, der Druckdifferenz, der Unterkühlung und dem Öffnungsgrad bzw. der Öffnungsdauer berechnet werden. Bei vielen pulsbreitenmodulierten Expansionsventilen 9 hat
es sich gezeigt, daß der Durchfluß Ref annähernd pro- portional zu der Druckdifferenz und der Öffnungsdauer ist. In diesem Fall kann man den Durchfluß nach folgender Gleichung bestimmen:
wobei Pcon der Druck im Verflüssiger 10, PRef,out der Druck im Verdampfer, OD die Öffnungsdauer und kExp eine Proportionalitätskonstante ist, die vom Ventil abhängt. In manchen Fällen ist die Unterkühlung des Kältemittels so groß, daß es notwendig ist, die Unterkühlung zu messen, weil der Kältemittelstrom durch das Expansionsventil von der Unterkühlung beeinflußt wird. In vielen Fällen benötigt man aber nur die Druckdifferenz und den Öffnungsgrad des Ventils, weil die Unterkühlung eine feste Größe der Kälteanlage ist, die dann in einer Ventilcharakteristik oder in einer Proportionalitätskonstante berücksichtigt werden kann. Eine andere Möglich-
keit zur Bestimmung des Massendurchflusses wRef besteht darin, Größen vom Verdichter 11 auszuwerten, beispielsweise die Drehzahl des Verdichters, den Druck am Verdichtereintritt und -austritt, die Temperatur am Verdichtereintritt und eine Verdichtercharakteristik.
Für die tatsächlich aus der Luft entnommene Wärme pro
Zeit ÖAir kann prinzipiell dieselbe Gleichung verwendet werden wie für die Wärme pro Zeit, die das Kältemittel abgibt .
QMr = mΛir (hAir n - hAir out ) (4)
wobei Air den Massendurchfluß von Luft, hAir,iιι die spezifische Enthalpie der Luft vor dem Verdampfer und hAir,out die spezifische Enthalpie der Luft nach dem Verdampfer bezeichnet.
Die spezifische Enthalpie der Luft kann mit Hilfe der folgenden Gleichung berechnet werden:
hAil. = 1,006 • t + x(2501 + 1,8 • t),[h] = kJ I kg ( 5 )
wobei t die Temperatur der Luft ist, also TEva,in vor dem Verdampfer und TEva,out hinter dem Verdampfer, "x" wird als Feuchtigkeitsverhältnis der Luft bezeichnet. Das Feuchtigkeitsverhältnis der Luft kann durch folgende Gleichung berechnet werden:
= 0,62198- ^ (6)
P Amb ~ Pw
Hier ist pw der Partialdruck des Wasserdampfes in der Luft und pAmb ist der Druck der Luft . pAlüb kann entweder gemessen werden oder man verwendet für diese Größe ein- fach einen Standard-Atmosphärendruck. Die Abweichung des tatsächlichen Drucks vom Standard-Atmosphärendruck spielt keine signifikante Rolle bei der Berechnung der von der Luft abgegebenen Wärmemenge pro Zeit . Der Partialdruck des Wasserdampfes ist durch die relative Feuchtigkeit der Luft und den Partialdruck des Wasserdampfes in gesättigter Luft bestimmt und kann anhand der folgenden Gleichung berechnet werden:
'w 'W.Sat RH (7) Hierbei ist RH die relative Luftfeuchtigkeit und P ,sat der Partialdruck des Wasserdampfes in gesättigter Luft . P ,sat hängt allein von der Lufttemperatur ab und kann in thermodynamischen Nachschlagewerken gefunden werden, Die relative Luftfeuchtigkeit RH kann gemessen werden oder man verwendet bei der Berechnung typische Werte.
Wenn man die Gleichungen (2) und (4) gleichsetzt, wie in Gleichung (1) vorausgesetzt, dann ergibt sich
mRef (hRefι0Ut - hRef n j = m Air [hAir in - hAirfiUt ) ( 8 )
Daraus kann der tatsächliche Luftmassendurchfluß mh±r
gefunden werden, indem man m ±r isoliert:
Dieser Istwert für den Luftmassendurchfluß mΑir kann dann mit einem Sollwert verglichen werden und bei we- sentlichen Unterschieden zwischen dem Istwert und dem Sollwert kann der Betreiber der Kälteanlage durch eine Fehlermeldung darauf aufmerksam gemacht werden, daß die Anlage nicht optimal läuft.
In vielen Fällen empfiehlt es sich, den Sollwert für den Luftstrom in einer Anlage zu ermitteln. Beispielsweise kann dieser Sollwert als Durchschnittswert über einen gewissen Zeitraum ermittelt werden, in dem die Anlage unter stabilen und fehlerfreien Betriebsbedingungen läuft. Ein derartiger Zeitraum kann beispielsweise 100 Minuten betragen.
Eine gewisse Schwierigkeit ergibt sich allerdings dadurch, daß die von den einzelnen Sensoren (Thermometer, Drucksensoren) abgegebenen Signale erheblichen Schwankungen unterworfen sind. Diese Schwankungen können durchaus gegenläufig sein, so daß man für die Größe 7«Ai ein Signal erhält, das gewisse Schwierigkeiten bei der Auswertung bietet. Diese Schwankungen sind ein Resultat der dynamischen Verhältnisse im Kühlsystem. Deswegen kann es günstig sein, anstelle der Gleichung (9) in regelmäßigen Zeitabständen, beispielsweise einmal pro Minute, eine Größe zu berechnen, die nachfolgend als "Residuum" bezeichnet wird:
r = m ir (hAir>in - hAirι0Ut ) - mRef (hRef0Ut - hRefin ) ( 10 )
mAi ist ein geschätzter Wert für den Luftmassendurchfluß bei fehlerlosen Betriebsbedingungen. Anstelle einer Schätzung kann man auch einen Wert verwenden, der sich als Mittelwert über einen gewissen Zeitraum aus Gleichung (9) bei fehlerfreien Betriebsbedingungen er- mittelt.
Bei einer Anlage, die fehlerfrei läuft, sollte das Residuum r einen Durchschnittswert von Null geben, obwohl es tatsächlich erheblichen Schwankungen unterliegt. Um einen Fehler, der sich durch eine Tendenz des Residuums auszeichnet, frühzeitig erkennen zu können, nimmt man an, daß der ermittelte Wert für das Residuum r normal- verteilt um einen Durchschnittswert ist und zwar unabhängig davon, ob die Anlage fehlerlos arbeitet oder ein Fehler aufgetreten ist. Man berechnet dann einen Fehlerindikator Si nach folgender Beziehung:
wo Si mit der folgenden Gleichung berechnet werden kann:
( μo+μ
= *ι r. — (12) ' 2 )
Hierbei ist natürlich vorausgesetzt, daß der Fehlerindikator Si, d.h. zum ersten Zeitpunkt, auf Null gesetzt worden ist . Zu einem späteren Zeitpunkt verwendet man Si aus der Gleichung (12) und bildet die Summe aus die- sem Wert mit dem Fehlerindikator Si aus einem früheren Zeitpunkt. Wenn diese Summe größer Null ist, wird der Fehlerindikator auf diesen neuen Wert gesetzt. Wenn diese Summe gleich oder kleiner als Null ist, wird der Fehlerindikator auf Null gesetzt. In Gleichung (12) ist ki eine Proportionalitätskonstante. μ0 kann im einfachsten Fall auf den Wert Null gesetzt werden, μi ist ein geschätzter Wert, der sich beispielsweise dadurch ermitteln läßt, daß man einen Fehler erzeugt und den Durchschnittswert des Residuums r bei diesem Fehler er- mittelt. Der Wert μi ist ein Kriterium dafür, wie oft man einen falschen Alarm akzeptieren muß. Die beiden μ-Werte werden deswegen auch als Zuverlässigkeits-Werte bezeichnet .
Wenn beispielsweise ein Fehler dadurch auftritt, daß ein Gebläse aus der Gebläseanordnung 7 nicht läuft, dann wird der Fehlerindikator Si größer werden, weil die periodisch ermittelten Werte des Residuums n im Durchschnitt größer als Null werden. Wenn der Fehlerindikator eine vorbestimmte Größe erreicht hat, dann wird ein Alarm ausgelöst, der anzeigt, daß die LuftZirkulation eingeschränkt ist. Wenn man μx größer macht, bekommt man zwar weniger Fehlalarme, riskiert aber auch ein späteres Entdecken eines Fehlers.
Die Wirkungsweise der Filterung nach Gleichung (11) soll anhand der Fig. 3 und 4 erläutert werden. In Fig. 3 ist nach rechts die Zeit in Minuten und nach oben das Residuum r aufgetragen. Zwischen t = 510 und t = 644 Minuten ist ein Gebläse der Gebläseanordnung 7 ausgefallen. Dies äußert sich in einem erhöhten Wert des Residuums r. Diese Erhöhung ist zwar anhand von Fig. 3 bereits zu erkennen. Eine bessere Erkennungsmög- lichkeit ergibt sich jedoch, wenn man den Fehlerindikator Si betrachtet, dessen Verlauf in Fig. 4 dargestellt ist. Hier ist der Fehlerindikator Si nach oben und die Zeit t in Minuten nach rechts aufgetragen. Der Fehlerindikator steigt also in der Zeit zwischen t = 510 Mi- nuten und t = 644 Minuten kontinuierlich an. Man kann beispielsweise beim Überschreiten des Wertes Si von 0,2 x 108 einen Alarm auslösen.
In der Zeit zwischen t = 700 und t = 824 Minuten wird ebenfalls ein Gebläse der Gebläseanordnung 7 stillgesetzt. Der Fehlerindikator Si steigt weiter an. Zwischen diesen beiden Störungszuständen waren wieder beide Gebläse aktiv. Der Fehlerindikator Si wird also verringert, geht aber nicht auf Null zurück. Der Fehlerin- dikator Si wird im Fehlerfall zuverlässig erhöht. In der Zeit von 0 bis 510 Minuten bewegt sich der Fehlerindikator Si in der Gegend des Nullpunkts. Der Fehlerindikator Si würde auf Null zurückgehen, wenn die Anlage lange genug fehlerfrei läuft. In der Praxis wird man allerdings den Fehlerindikator Si auf Null setzen, wenn ein Fehler behoben worden ist.
Die Fig. 5 und 6 zeigen die Entwicklung des Residuums r und die Entwicklung des Fehlerindikators Si in dem Fall, wo der Verdampfer 8 langsam vereist. Hierbei ist in Fig. 5 das Residuum r und in Fig. 6 der Fehlerindikator Si nach oben aufgetragen, während die Zeit t nach rechts in Minuten aufgetragen ist.
In Fig. 5 ist zu erkennen, daß der Mittelwert des Residuums r allmählich ansteigt. Es ist allerdings ebenfalls zu erkennen, daß dieser Anstieg mit der für eine Fehlermeldung notwendigen Sicherheit nur schwer quantitativ zu erfassen ist. Bei t = 600 Minuten tritt eine beginnende Vereisung des Verdampfers 8 auf. Erst bei t
= 1200 Minuten könnte man eine derartige Vereisung er- fassen durch eine verminderte Leistungsfähigkeit der Kälteanlage.
Wenn man beispielsweise den Grenzwert für den Fehlerin- dikator auf 1 x 107 setzt, dann würde ein Fehler bereits bei etwa t = 750 Minuten entdeckt werden, also wesentlich früher, als durch eine verminderte Leistungsfähigkeit der Anlage.
Das Verfahren kann auch dazu verwendet werden, einen
Abtauvorgang zu starten. Der Abtauvorgang wird dann gestartet, wenn der Fehlerindikator Si eine vorbestimmte Größe erreicht .
Vorteilhaft bei diesem Verfahren ist ein frühes Entdecken von Fehlern, obwohl nicht mehr Sensoren verwendet werden, als bei einer typischen Anlage vorhanden sind. Die Fehler werden entdeckt, bevor sie höhere Temperaturen in der Kälteanlage bewirken. Auch werden Fehler entdeckt, bevor die Anlage nicht mehr optimal läuft, wenn man die verbrauchte Energie als Maß nimmt.
Dargestellt wurde die Überwachung der Luftströme am Verdampfer 8. Selbstverständlich kann man eine ähnliche Überwachung auch am Kondensator 10 durchführen. In diesem Fall sind die Berechnungen sogar einfacher, weil keine Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft entnommen wird, wenn die Luft den Kondensator 10 passiert. Dementsprechend kondensiert auch kein Wasser aus der Luft am Kondensator 10, weil dieser wärmer ist. Nachteilig ist es bei der Verwendung des Verfahrens am Kondensator 10, daß zwei zusätzliche Temperaturfühler erforderlich sind, die die Temperatur der Luft vor und nach dem Kondensator messen.
Beschrieben wurde das Verfahren für den Fall, daß der Luftstrom konstant ist und eine Anpassung an unterschiedliche Kälteleistungs-Anforderungen dadurch erzielt wird, daß der Luftstrom intermittierend erzeugt wird. Es ist aber prinzipiell auch möglich, in gewissen Grenzen eine Variation des Luftstromes zuzulassen, wenn man zusätzlich die Antriebsleistung oder die Drehzahl der Gebläse berücksichtigt.
Das Verfahren zur Entdeckung von Änderungen in dem ers- ten Medienstrom kann auch bei Anlagen verwendet werden, die mit einer indirekten Kühlung arbeiten. Bei solchen Anlagen hat man einen primären Medienstrom, in dem Kältemittel zirkuliert, und einen sekundären Medienstrom, wo ein Kälteträger, z.B. Sole, zirkuliert. Im Verdamp- fer kühlt der erste Medienstrom den zweiten Medienstrom. Der zweite Medienstrom kühlt dann z.B. die Luft in einem Wärmetauscher. Man kann dieses Verfahren am Verdampfer, aber auch am Luft/Kälteträger-Wärmetauscher verwenden. An der LuftSeite des Wärmetauschers ändern sich die Berechnungen nicht. Die Enthalpiesteigerung kann, wenn der Kälteträger im Wärmetauscher nicht einem Verdampfungsprozeß unterzogen wird, sondern nur einer Temperatursteigerung, mit der nachfolgenden Formel berechnet werden:
Qκτ = c - mκτ(Tnach - Tvor) ( 13 ) wobei c die spezifische Wärmekapazität der Sole, Tnacll die Temperatur nach dem Wärmetauscher, Tvor die Temperatur vor dem Wärmetauscher und mκτ der Massenstrom des Kälteträgers ist. Die Konstante c kann in Nachschlagewerken gefunden werden, während die beiden Temperaturen gemessen werden können, z.B. mit Temperaturfühlern. Der
Massenstrom mκτ kann durch einen Massendurchflußrnesser bestimmt werden. Andere Möglichkeiten sind natürlich auch denkbar. QKτ ersetzt dann in den weiteren Berechnungen Quef.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Entdecken von Änderungen in einem ersten Medienstrom eines Wärme- oder Kältetransportmediums in einer Kälteanlage, in der der erste Medienstrom durch einen Wärmetauscher geführt wird, in dem ein Wärmeübergang zwischen dem ersten Medienstrom und einem zweiten Medienstrom eines Wär- me- oder Kälteträgers erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Überwachung des durch den Wärmetauscher strömenden ersten Medienstromes die Änderung der Enthalpie des zweiten Medienstromes oder eine davon abgeleitete Größe ermittelt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Bestimmung der Änderung der Enthalpie des zweiten Medienstromes einen Massenstrom und eine spezifische Enthalpiedifferenz des zweiten Me- dienstromes über den Wärmetauscher ermittelt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Bestimmung der spezifischen Enthalpiedifferenz des zweiten Medienstromes am Eingang des Expansionsventils die Temperatur und den Druck des zweiten Medienstromes und am Ausgang des Wärmetauschers die Temperatur des zweiten Medienstromes und entweder den Druck am Ausgang des Wärmetauschers oder die Siedetemperatur des zweiten Medienstromes am Eingang des Wärmetauschers ermittelt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man eine spezifische Enthalpiedifferenz des ersten Medienstromes über den Wärmetauscher ermittelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den zweiten Medienstrom aus einer Druckdifferenz über und dem Öffnungsgrad eines Expansionsventils bestimmt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man den zweiten Medienstrom aus Betriebsdaten und einer Differenz der absoluten Drücke über einen Verdichter zusammen mit der Tem- peratur des zweiten Medienstromes am Verdichter ermittelt .
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6 , dadurch gekennzeichnet, daß man den ersten Medienstrom aus dem zweiten Medienstrom und einem Quotienten aus der spezifischen Enthalpiedifferenz des zweiten Medienstromes und der spezifischen Enthalpiedifferenz des ersten Medienstromes über den Wärmetauscher ermittelt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man den ersten Medienstrom mit einem Sollwert vergleicht.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Residuum als Differenz aus einer ersten Größe, die aus einem vorgegebenen Massenstrom des ersten Medienstromes und der spezifischen Enthalpiedifferenz gebildet wird, und einer zweiten Größe bildet, die der Änderung der Enthalpie des zweiten Medienstromes entspricht, und das Residuum überwacht.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man als vorgegebenen Massenstrom des ersten Medienstromes einen Mittelwert über einen vorbestimmten Zeitraum verwendet .
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß man mit Hilfe des Residuums einen Fehlerindikator Si nach folgender Vorschrift bildet:
mit
wobei
Residuum
Proportionalitätskonstante
Mo erster Zuverlässigkeits-Wert Mi zweiter Zuverlässigkeits-Wert
2. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man bei Entdecken einer vorbestimmten Änderung einen Abtauvorgang einleitet.
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