EP1771689A1 - Kältemaschine und verfahren zum betreiben einer kältemaschine - Google Patents

Kältemaschine und verfahren zum betreiben einer kältemaschine

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EP1771689A1
EP1771689A1 EP05748140A EP05748140A EP1771689A1 EP 1771689 A1 EP1771689 A1 EP 1771689A1 EP 05748140 A EP05748140 A EP 05748140A EP 05748140 A EP05748140 A EP 05748140A EP 1771689 A1 EP1771689 A1 EP 1771689A1
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refrigerant
compressor
overheating
control unit
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    • F25B43/00—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat
    • F25B43/006—Accumulators

Definitions

  • the invention relates to a refrigerator, in particular a cakespum ⁇ PE, with a refrigerant having a closed circuit in which successively an evaporator, a compressor, a condenser and a, in particular electrically operated, expansion valve are arranged. Furthermore, the invention relates to a method for operating such a refrigerator.
  • chillers of the type mentioned are known.
  • the refrigerant is vaporized and overheated, i. heated beyond its saturation temperature.
  • Overheating of the refrigerant thus means an increase in the refrigerant temperature at constant pressure beyond its saturation temperature.
  • the overheating is defined as the difference between the actual temperature of the refrigerant, e.g. in the region of the evaporator outlet, and the evaporation temperature or saturation temperature of the refrigerant.
  • a predetermined value for overheating of the refrigerant is predetermined and the superheating is regulated so that it does not deviate significantly from the predetermined value, independently of other operating conditions, in order to achieve optimum cooling machine efficiency and, on the other hand, complete evaporation of the refrigerant. to deliver.
  • a typical value for overheating is, for example, 6K to 10K.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a refrigeration machine with improved efficiency and a method for operating such a refrigerator.
  • a method according to claim 1 and a refrigerator according to claim 13 are provided.
  • the inventive method is characterized in particular by the fact that the temperature of the refrigerant in the region of the compressor, in particular the compression end temperature is at least temporarily controlled by means of an overheating control unit so that it does not exceed a critical upper temperature limit.
  • the critical upper temperature limit is meant a temperature at which there is a risk of damage to the compressor, e.g. by a decomposition of lubricating oil provided in the compressor and / or by a mechanical wear of the compressor.
  • the refrigerant temperature in the compressor in particular the Verdichtungs ⁇ endtemperatur, always below the critical upper limit of the temperature. In this way, damage to the compressor and a shutdown of the refrigeration unit previously required to protect the compressor are effectively avoided. Service life of the chiller, resulting from the shutdown of the chiller or damage to the compressor, and the associated loss of Kälte ⁇ or heating power are thus minimized.
  • the refrigerant temperature can be regulated by means of the overheating control unit in such a way that it is as close as possible to the upper limit of the temperature, ie as high as possible.
  • the superheat control unit fulfills a dual function: it not only serves to control the overheating to a predetermined value, but at the same time also to control the refrigerant temperature in the region of the compressor.
  • the regulation of the refrigerant temperature in the region of the compressor, in particular of the compression end temperature, does not have to take place permanently. For example, it may be sufficient to maintain the refrigerant temperature only at particularly low outside temperatures, e.g. during the winter months, because under these conditions the risk is particularly high that the compression end temperature reaches values which lead to damage of the compressor.
  • the ambient temperature of the refrigerator and in particular the outside temperature is measured.
  • the control can be activated when measuring the ambient orPartentempera ⁇ tur if the ambient or outside temperature falls below a predetermined temperature lower limit. The activation of the control of the refrigerant temperature is thus thus weather-dependent.
  • the refrigerant temperature is measured downstream of the compressor and in particular in the region of the compressor outlet. In this way, it can be directly determined whether the refrigerant temperature at the compressor outlet, where the refrigerant temperature is highest, exceeds the predetermined target temperature. If the refrigerant temperature exceeds this target temperature or if this case threatens to occur, the refrigerant temperature can be regulated down accordingly by taking measures, which are explained in more detail below. As soon as the refrigerant temperature is again within the range of the target temperature, the measures taken can be reversed or stopped again.
  • the refrigerant temperature is controlled by a change in the superheat of the refrigerant in the evaporator.
  • An increase in the overheating of the refrigerant leads to an increase in the refrigerant temperature in the area of the compressor, in particular the final discharge temperature, while, conversely, a reduction in the overheating leads to a reduction in the refrigerant temperature.
  • the overheating is not regulated to a value which always remains constant, but the overheating value to be set is variable, wherein the variable control of the overheating is effected in particular depending on the weather.
  • the refrigerant temperature in the area of the compressor in particular the final discharge temperature, can be regulated within certain limits so that it always lies within the range of the predetermined target temperature.
  • the overheating is preferably controlled in such a way that the refrigerant temperature in the area of the compressor outlet is as close as possible to the critical upper temperature limit, but does not exceed it in order to achieve an optimum heating output.
  • the refrigerant temperature in the area of the compressor thus forms the controlled variable, while the overheating represents a manipulated variable and the expansion valve represents the corresponding actuator.
  • Overheating can be reduced if the refrigerant temperature, especially in the area of the compressor, exceeds or threatens to exceed a specified target temperature.
  • a direct monitoring of the refrigerant temperature preferably at the compressor outlet, is used to control the refrigerant temperature.
  • the overheating is regulated as a function of the ambient temperature of the chiller, in particular the outside temperature.
  • the overheating is determined by the saturation pressure and / or the saturation temperature of the refrigerant.
  • a decrease in the saturation temperature or the saturation pressure leads to an increase in overheating and thus to an increase in the refrigerant temperature in the compressor, while conversely an increase in the saturation temperature or the saturation pressure, eg due to an increase the outside temperature, resulting in a reduction of overheating and thus in a reduction of the refrigerant temperature in the compressor.
  • the superheat is changed by a corresponding control of the expansion valve.
  • An increase in refrigerant flow through the expansion valve i. an opening of the expansion valve leads to a reduction in overheating, while conversely, closing the expansion valve reduces the refrigerant flow and results in an increase in overheating.
  • the refrigerant temperature in the region of the compressor can be reduced by separate cooling of the refrigerant in the compressor.
  • the refrigerant temperature in the compressor can even be kept below the critical upper temperature limit even if a reduction in overheating for reducing the refrigerant temperature in the compressor is insufficient or not possible.
  • the compressor can be cooled by introducing liquid refrigerant into the compressor. The use of liquid refrigerant is particularly favorable, since it has a lower temperature than the compressed in the compressor gaseous refrigerant.
  • liquid refrigerant in particular in the outlet region of the compressor, is introduced into the compressed refrigerant.
  • the refrigerant is cooled directly and thus indirectly reduces the temperature of the compressor.
  • the liquid refrigerant downstream of the condenser is diverted from the circuit and sent to the compressor.
  • the refrigerant After passing through the condenser, the refrigerant has a temperature at which the refrigerant is condensed, which is thus lower than the compression end temperature, but at the same time is above the temperature of the refrigerant at the compressor inlet.
  • the liquid refrigerant can therefore be injected into the vaporized refrigerant without damaging the compressor.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an inventive
  • FIG. 2 shows a log P, H diagram of the refrigerant of the refrigerating machine of FIG. 1 and an associated cycle process;
  • FIG. 3 shows the log p, H diagram of FIG. 2 with reduced saturation temperature or reduced saturation pressure of the refrigerant
  • FIG. 4 shows the log p, H diagram of FIG. 2 with the liquefaction temperature of the refrigerant being increased;
  • FIG. 5 shows the log p, H diagram of FIG. 3 with reduced overheating
  • FIG. 6 shows the log p, H diagram of FIG. 3 with increased liquefaction temperature, reduced overheating and an addition of liquid refrigerant to the compressor.
  • a closed circuit 10 which has a refrigerant.
  • an evaporator 12 In the refrigerant circuit 10, an evaporator 12, a compressor 14, a condenser 16 and an electrically operated expansion valve 18 are sequentially arranged.
  • the evaporator 12 and the compressor 14 are interconnected by a suction gas line 20. Since the compressor 14 is designed for compression exclusively of vaporized refrigerant and by a Inadvertent penetration of liquid refrigerant would damage the compressor 14, a liquid separator 22 arranged in the suction gas line 20 which removes and collects liquid refrigerant which has not completely evaporated in the evaporator 12 and / or condenses in the suction gas line 20.
  • the liquid separator 22 is preceded by a four-way switching valve 24 arranged in the suction gas line 20, which is arranged at the same time in a hot gas line 26 leading from the compressor 14 to the condenser 16.
  • a four-way switching valve 24 arranged in the suction gas line 20, which is arranged at the same time in a hot gas line 26 leading from the compressor 14 to the condenser 16.
  • the chiller - as described herein - is used as a heat pump, i. operated in the heating mode, the refrigerant flow heated in the compressor 14 can be switched over to defrost the evaporator 12 during a corresponding actuation of the switching valve 24 and can be completely supplied to the evaporator 12.
  • the switching valve 24 allows switching of the refrigerant flow so that the refrigerator can operate in the cooling mode.
  • a bypass line 28 branches off from the cooling circuit 10, which is connected to an injection line 29 connected to the compressor 14.
  • the bypass line 28 and the injection line 29 enable the supply of liquid refrigerant to the compressor 14.
  • a solenoid valve 30 arranged in the bypass line 28 is provided.
  • a throttling element 31 may be arranged in the injection line 29, for example a nozzle or a capillary tube, through which the nozzle can flow into the injection line 29
  • Compressor 14 to be injected refrigerant relaxed and thereby zus ⁇ lich can be cooled.
  • the liquid refrigerant supplied to the compressor 14 through the bypass line 28 and the injection line 29 is injected into the compressed refrigerant, in order to lower the temperature of the compressed refrigerant, in particular in the area of the compressor outlet.
  • the compressor 14 can be protected from excessive temperatures which would damage the compressor 14.
  • the solenoid valve 30 is connected to and controllable by an overheating control unit 32.
  • the superheat control unit 32 may be a separate unit or integrated into a central heat pump controller.
  • the superheat control unit 32 for controlling the expansion valve 18 is also connected thereto.
  • the expansion valve 18 is an electrically operated expansion valve.
  • a pressure transmitter or pressure sensor 34 connected to the overheating control unit 32 and a temperature sensor 36 connected to the overheating control unit 32 are also arranged on the suction gas line 20.
  • the pressure sensor 34 By means of the pressure sensor 34, the evaporation pressure of the refrigerant vaporized in the evaporator can be measured. If the thermodynamic and physical properties of the refrigerant are known, the saturation temperature of the refrigerant can be calculated from the measured evaporation pressure.
  • the temperature sensor 36 determines the actual temperature of the superheated refrigerant flowing through the suction gas line 20 or the suction gas temperature. From the difference between the suction gas temperature and the saturation temperature, the overheating control unit 32 determines the overheating of the refrigerant.
  • a temperature sensor 38 for measuring the ambient temperature of the heat pump and in particular the outside temperature is connected to the superheat control unit 32.
  • a temperature sensor 40 connected to the overheating control unit 32 is also provided in the region of the compressor outlet.
  • FIG. 2 shows a log P, H diagram of a refrigerant used in the heat pump of FIG. 1, the pressure p of the refrigerant being plotted logarithmically as a function of the enthalpy H. Shown are the boundaries of saturated liquid 42 and saturated gas 44 and curves 46 of constant temperature.
  • the point E designates the state of the refrigerant after expansion by the expansion valve 18. In the evaporator 12, a vaporization EA and overheating AB of the refrigerant take place.
  • the compressor 14 ensures a compression BC of the refrigerant, which is accompanied by a corresponding increase in temperature.
  • the temperature of the refrigerant is increased from +10 0 C at the outlet of the evaporator 12 through the compressor 14 to +90 0 C.
  • the liquefaction temperature is +50 0 C in the example shown.
  • the now liquid and only 50 0 C warm refrigerant is anschlie ⁇ HYd by the expansion valve 18 relaxes (DE), where it cools down to 0 ° C.
  • the overheating is 10 K, namely just the difference between the temperatures at point B (+ 10 ° C) and at point A (0 0 C).
  • the temperature at point B corresponds to the actual temperature of the refrigerant in the suction gas line and is measured by the temperature sensor 36.
  • the temperature at point A corresponds to the evaporation temperature of the refrigerant, which is determined from the evaporation pressure of the refrigerant measured by the pressure sensor 34.
  • FIG. 3 shows a situation in which the vaporization temperature of the refrigerant is reduced by 10 K compared with the situation illustrated in FIG. 2 due to a reduced vaporization pressure. ie only -10 0 C is.
  • a reduction of the evaporation pressure can result, for example, from a lower outside temperature.
  • the reduced evaporation temperature of the refrigerant leads to an increase in the superheat AB, which in turn causes an increase in the refrigerant temperature at the outlet of the compressor 14 (point C).
  • the elevated temperature at the compressor outlet is Kälteschtem ⁇ +120 0 C.
  • a regulation of the refrigerant temperature at the compressor output by the superheat control unit 32 is provided such that the refrigerant temperature at the compressor output does not exceed the above-mentioned critical upper temperature limit.
  • the refrigerant temperature at the compressor outlet is set to a specified value Target temperature regulated, which is slightly below the critical Temperatur ⁇ upper limit.
  • the manipulated variable is the overheating AB of the refrigerant, which can be varied by changing the opening degree of the expansion valve 18, and alternatively or additionally, the injection of liquid refrigerant into the compressor 14 is provided.
  • the refrigerant temperature at the compressor outlet C or the compression end temperature can be regulated within certain limits so that it assumes a maximum value, but does not exceed the critical upper temperature limit. This optimizes the heat output of the heat pump and prevents damage to the compressor or shutdown of the heat pump. Service life of the heat pump are therefore mini ⁇ mized. As a result, improved efficiency of the heat pump is achieved.
  • the adjustment of the required overheating is carried out by a corresponding activation of the expansion valve 18 by the superheat control unit 32.
  • the regulation of the refrigerant temperature at the compressor outlet is carried out in the heat pump shown in FIG. 1 as follows:
  • the superheat control unit 32 continuously monitors the outside temperature via the temperature sensor 38. Furthermore, the superheat control unit 32 monitors the actual refrigerant temperature in the suction gas line 20 via the temperature sensor 36 and the evaporating pressure of the refrigerant in the air via the pressure sensor 34 Suction gas line 20. From the measured actual refrigerant temperature and the measured evaporation pressure of the refrigerant, the superheat control unit 32 determines the currently vorlie ⁇ ing overheating of the refrigerant. Possibly. operates the overheating control unit 32, the expansion valve 18 to maintain a recommended for normal operation of the heat pump overheating value.
  • the superheat control unit 32 starts to monitor the refrigerant temperature at the compressor outlet with the aid of the temperature sensor 40. If the refrigerant temperature at the compressor outlet overshoots or threatens to exceed the predetermined target temperature lying below the critical upper temperature limit, the overheating control unit 32 controls the expansion valve 18 in such a way that the flow of the refrigerant increases through the expansion valve 18. As a result, the superheating is reduced and as a result the refrigerant temperature at the compressor outlet is reduced to the target temperature. To reduce the Kälte ⁇ medium temperature at the compressor outlet, the expansion valve 18 is thus opened further.
  • the overheating control unit 32 additionally activates the solenoid valve 30 in order to supply liquid refrigerant to the compressor 14 for cooling the compressed refrigerant ,
  • the actuation of the solenoid valve 30 takes place in dependence on the refrigerant temperature at the compressor outlet.
  • the solenoid valve becomes 30 closed again by the superheat control unit 32 and the supply of liquid refrigerant to the compressor 14 stopped.
  • the overheating control unit 32 effects a reduction of the refrigerant flow through the expansion valve 18 by a corresponding control of the expansion valve 18 in order to bring the overheating of the refrigerant back to the original, recommended value ,
  • the inventive control of the refrigerant temperature at the compressor output the efficiency of the heat pump is increased during particularly cold outdoor temperatures and expanded the working range of the heat pump to higher condensing temperatures and higher Wär ⁇ mekapazticianen.
  • the risk of damaging the compressor 14 by exceeding a critical upper temperature limit and the risk of icing of the evaporator 12 are reduced.
  • Shutdown and defrost phases of the heat pump are thereby minimized.
  • the inventive variable and in particular weather-dependent control of overheating and the control of the refrigerant temperature at the compressor output, in particular the compression end temperature results in improved efficiency of the heat pump. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kältemaschine, insbesondere eine Wärmepumpe, mit einem ein Kältemittel aufweisenden geschlossenen Kreislauf, in dem nacheinander ein Verdampfer, ein Verdichter, ein Verflüssiger und ein, insbesondere elektrisch betriebenes, Expansionsventil angeordnet sind, und mit einer Überhitzungsregeleinheit zur zumindest zeitweisen Regelung der Temperatur des Kältemittels im Bereich des Verdichters, insbesondere der Verdichtungsendtemperatur. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Kältemaschine.

Description

Kältemaschine und Verfahren zum Betreiben einer Kältemaschine
Die Erfindung betrifft eine Kältemaschine, insbesondere eine Wärmepum¬ pe, mit einem ein Kältemittel aufweisenden geschlossenen Kreislauf, in dem nacheinander ein Verdampfer, ein Verdichter, ein Verflüssiger und ein, insbesondere elektrisch betriebenes, Expansionsventil angeordnet sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Kältemaschine.
Grundsätzlich sind Kältemaschinen der eingangs genannten Art bekannt. In dem Verdampfer wird das Kältemittel verdampft und überhitzt, d.h. über seine Sättigungstemperatur hinaus erwärmt. Überhitzung des Käl¬ temittels bedeutet also eine Erhöhung der Kältemitteltemperatur bei konstantem Druck über seine Sättigungstemperatur hinaus. Die Überhit¬ zung ist definiert als die Differenz zwischen der tatsächlichen Temperatur des Kältemittels, z.B. im Bereich des Verdampferausgangs, und der Ver¬ dampfungstemperatur bzw. Sättigungstemperatur des Kältemittels.
Üblicherweise wird bei einer herkömmlichen Kältemaschine ein vorbe¬ stimmter Wert für die Überhitzung des Kältemittels vorgegeben und die Überhitzung so geregelt, dass sie - unabhängig von anderen Betriebsbe¬ dingungen - von dem vorgegebenen Wert nicht wesentlich abweicht, um einerseits einen optimalen Wirkungsgrad der Kältemaschine zu erreichen und andererseits eine vollständige Verdampfung des Kältemittels sicher- zustellen. Ein typischer Wert für die Überhitzung beträgt beispielsweise 6 K bis 10 K.
Bei bekannten Wärmepumpen hat es sich als problematisch herausge- stellt, dass die Temperatur des verdampften Kältemittels unter bestimm¬ ten Betriebsbedingungen, beispielsweise bei besonders tiefen Außentem¬ peraturen, am Ausgang des Verdichters so hohe Werte erreicht, dass eine Zersetzung von in dem Verdichter befindlichem Öl, z.B. Schmieröl, statt¬ findet und/ oder ein mechanischer Verschleiß des Verdichters verursacht wird. Dies kann zu einer Beschädigung des Verdichters führen und das Abschalten der Wärmepumpe bzw. des Verdichters erfordern. Daneben besteht bei besonders tiefen Außentemperaturen die Gefahr einer Verei¬ sung des Verdampfers, die ebenfalls ein Abschalten der Wärmepumpe oder ein Umschalten eines zu diesem Zweck zwischen dem Verdichter und dem Verflüssiger bzw. Verdampfer angeordneten Umschaltventils, insbe¬ sondere Vierwegeumschaltventils, zur Enteisung des Verdampfers erfor¬ derlich machen kann.
Sowohl das Abschalten der Wärmepumpe zur Vermeidung einer erhöhten Verdichtungsendtemperatur am Ausgang des Verdichters als auch das Abschalten der Wärmepumpe oder Umschalten des Umschaltventils zur Enteisung des Verdampfers bedeuten Standzeiten der Wärmepumpe, welche die Wirtschaftlichkeit der Wärmepumpe beeinträchtigen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kältemaschine mit einer verbesserten Wirtschaftlichkeit und ein Verfahren zum Betreiben einer solche Kältemaschine zu schaffen. Zur Lösung der Aufgabe sind ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Kältemaschine nach Anspruch 13 vorgesehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Temperatur des Kältemittels im Bereich des Verdichters, insbesondere die Verdichtungsendtemperatur, mittels einer Überhitzungs- regeleinheit zumindest zeitweise so geregelt wird, dass sie eine kritische Temperaturobergrenze nicht übersteigt.
Unter der kritischen Temperaturobergrenze wird hier eine Temperatur verstanden, bei welcher die Gefahr einer Beschädigung des Verdichters besteht, z.B. durch eine Zersetzung von in dem Verdichter vorgesehenem Schmieröl und/ oder durch einen mechanischen Verschleiß des Verdich¬ ters.
Durch die Regelung der Kältemitteltemperatur auf eine vorgegebene Ziel¬ temperatur, die zur Berücksichtigung eines Überschwingverhaltens der Kältemitteltemperatur vorzugsweise um einen gewissen Betrag unterhalb der kritischen Temperaturobergrenze gewählt wird, kann die Kältemittel- temperatur im Bereich des Verdichters, insbesondere die Verdichtungs¬ endtemperatur, stets unterhalb der kritischen Temperaturobergrenze gehalten werden. Auf diese Weise werden eine Beschädigung des Verdich¬ ters und ein bisher zum Schutz des Verdichters erforderliches Abschalten der Kältemaschine wirksam vermieden. Standzeiten der Kältemaschine, die aus dem Abschalten der Kältemaschine oder aus einer Beschädigung des Verdichters resultieren, und der damit verbundene Verlust an Kälte¬ bzw. Heizleistung werden folglich minimiert. Gleichzeitig kann die Kältemitteltemperatur mittels der Überhitzungsre- geleinheit so geregelt werden, dass sie möglichst dicht an der Temperatur¬ obergrenze liegt, also möglichst hoch ist. Dadurch wird eine optimale Heizleistung einer als Wärmepumpe arbeitenden Kältemaschine erreicht. Dabei erfüllt die Überhitzungsregeleinheit eine Doppelfunktion: sie dient nicht nur der Regelung der Überhitzung auf einen vorbestimmten Wert, sondern gleichzeitig auch der Regelung der Kältemitteltemperatur im Bereich des Verdichters.
Sowohl die minimierten Standzeiten als auch die optimierte Heizleistung der Kältemaschine führen zu einem erhöhten Gesamtwirkungsgrad der Kältemaschine über das Jahr gesehen und somit zu einer verbesserten Wirtschaftlichkeit der Kältemaschine.
Die Regelung der Kältemitteltemperatur im Bereich des Verdichters, ins¬ besondere der Verdichtungsendtemperatur, muss nicht dauerhaft erfol¬ gen. Es kann beispielsweise ausreichend sein, die Kältemitteltemperatur lediglich bei besonders tiefen Außentemperaturen, z.B. während der Win¬ termonate, zu regeln, da unter diesen Bedingungen die Gefahr besonders hoch ist, dass die Verdichtungsendtemperatur Werte erreicht, die zu einer Beschädigung des Verdichters führen.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprü¬ chen, der Beschreibung und der Zeichnung beschrieben.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfmdungsgemäßen Verfahrens wird die Umgebungstemperatur der Kältemaschine und insbe¬ sondere die Außentemperatur gemessen. Sofern keine dauerhafte, bei- spielsweise ganzjährige, Regelung der Kältemitteltemperatur vorgesehen ist, kann die Regelung bei Messung der Umgebungs- bzw. Außentempera¬ tur aktiviert werden, wenn die Umgebungs- bzw. Außentemperatur eine vorgegebene Temperaturuntergrenze unterschreitet. Die Aktivierung der Regelung der Kältemitteltemperatur erfolgt somit also witterungsabhängig.
Vorzugsweise wird die Kältemitteltemperatur stromabwärts von dem Verdichter und insbesondere im Bereich des Verdichterausgangs gemes¬ sen. Auf diese Weise kann direkt festgestellt werden, ob die Kältemittel- temperatur am Verdichterausgang, wo die Kältemitteltemperatur am höchsten ist, die vorgegebene Zieltemperatur überschreitet. Überschreitet die Kältemitteltemperatur diese Zieltemperatur oder droht dieser Fall einzutreten, kann die Kältemitteltemperatur durch Ergreifen von Ma߬ nahmen, die weiter unten näher erläutert werden, entsprechend herunter- geregelt werden. Sobald die Kältemitteltemperatur wieder im Bereich der Zieltemperatur liegt, können die ergriffenen Maßnahmen wieder rückgän¬ gig gemacht oder gestoppt werden.
Vorteilhafterweise wird die Kältemitteltemperatur durch eine Veränderung der Überhitzung des Kältemittels in dem Verdampfer geregelt. Eine Erhö¬ hung der Überhitzung des Kältemittels führt zu einer Erhöhung der Käl¬ temitteltemperatur im Bereich des Verdichters, insbesondere der Verdich¬ tungsendtemperatur, während umgekehrt eine Verringerung der Überhit¬ zung eine Reduzierung der Kältemitteltemperatur nach sich zieht. Die Überhitzung wird mit anderen Worten nicht auf einen stets konstant bleibenden Wert geregelt, sondern der einzustellende Überhitzungswert ist variabel, wobei die variable Regelung der Überhitzung insbesondere witte¬ rungsabhängig erfolgt. Durch eine entsprechende Veränderung der Überhitzung kann die Kälte¬ mitteltemperatur im Bereich des Verdichters, insbesondere die Verdich¬ tungsendtemperatur, innerhalb gewisser Grenzen so geregelt werden, dass sie stets im Bereich der vorgegebenen Zieltemperatur liegt. Bevorzugt wird die Überhitzung gerade so gesteuert, dass die Kältemitteltemperatur im Bereich des Verdichterausgangs möglichst dicht an der kritischen Tempe¬ raturobergrenze liegt, diese aber nicht übersteigt, um eine optimale Heiz¬ leistung zu erreichen. Die Kältemitteltemperatur im Bereich des Verdich- ters bildet also die Regelgröße, während die Überhitzung eine Stellgröße und das Expansionsventil das entsprechende Stellglied darstellt.
Durch eine Verringerung der Überhitzung kann ferner die Gefahr einer Vereisung des Verdampfers vermindert werden. Auf diese Weise werden die Standzeiten noch weiter verkürzt und die Wirtschaftlichkeit der Kälte¬ maschine noch weiter verbessert.
Die Überhitzung kann verringert werden, wenn die, insbesondere im Bereich des Verdichters, gemessene Kältemitteltemperatur eine vorgege- bene Zieltemperatur übersteigt oder zu übersteigen droht. Zur Regelung der Kältemitteltemperatur wird in diesem Fall also eine direkte Überwa¬ chung der Kältemitteltemperatur, vorzugsweise am Verdichterausgang, herangezogen.
Vorteilhafterweise wird die Überhitzung in Abhängigkeit von der Umge¬ bungstemperatur der Kältemaschine, insbesondere der Außentemperatur, geregelt. Die Überhitzung wird durch den Sättigungsdruck und/ oder die Sätti¬ gungstemperatur des Kältemittels bestimmt. Ein Absinken der Sättigungs¬ temperatur bzw. des Sättigungsdrucks, z.B. aufgrund einer reduzierten Außentemperatur, führt zu einem Anstieg der Überhitzung und somit zu einem Anstieg der Kältemitteltemperatur im Verdichter, während umge¬ kehrt ein Anstieg der Sättigungstemperatur bzw. des Sättigungsdrucks, z.B. aufgrund eines Anstiegs der Außentemperatur, in einer Verringerung der Überhitzung und somit in einer Reduzierung der Kältemitteltempera¬ tur im Verdichter resultiert. Durch eine entsprechende Regelung der Überhitzung unter Berücksichtigung der Umgebungs- bzw. Außentempe¬ ratur kann einem Anstieg oder einer Reduzierung der Kältemitteltempera¬ tur im Verdichter entgegen gewirkt werden.
Vorzugsweise wird die Überhitzung durch eine entsprechende Steuerung des Expansionsventils verändert. Eine Erhöhung der Kältemittelströmung durch das Expansionsventil, d.h. eine Öffnung des Expansionsventils, führt zu einer Verringerung der Überhitzung, während umgekehrt das Schließen des Expansionsventils die Kältemittelströmung verringert und in einer Erhöhung der Überhitzung resultiert.
Alternativ oder zusätzlich zu einer Verringerung der Überhitzung kann die Kältemitteltemperatur im Bereich des Verdichters durch eine separate Kühlung des Kältemittels im Verdichter reduziert werden. Auf diese Weise kann die Kältemitteltemperatur im Verdichter selbst dann noch unterhalb der kritischen Temperaturobergrenze gehalten werden, wenn eine Verrin¬ gerung der Überhitzung zur Reduzierung der Kältemitteltemperatur im Verdichter nicht ausreicht oder nicht möglich ist. Der Verdichter kann durch Einleiten von flüssigem Kältemittel in den Verdichter gekühlt werden. Die Verwendung von flüssigem Kältemittel ist besonders günstig, da dieses eine niedrigere Temperatur aufweist als das im Verdichter verdichtete gasförmige Kältemittel.
Bevorzugt wird flüssiges Kältemittel, insbesondere im Ausgangsbereich des Verdichters, in das verdichtete Kältemittel eingeleitet. Dadurch wird direkt das Kältemittel abgekühlt und somit indirekt die Temperatur des Verdichters reduziert.
Vorteilhafterweise wird das flüssige Kältemittel stromabwärts von dem Verflüssiger aus dem Kreislauf abgezweigt und zu dem Verdichter geleitet. Nach dem Durchgang durch den Verflüssiger weist das Kältemittel eine Temperatur auf, bei der das Kältemittel zwar kondensiert ist, die also niedriger als die Verdichtungsendtemperatur ist, die aber gleichzeitig über der Temperatur des Kältemittels am Verdichtereingang liegt. Das flüssige Kältemittel kann deshalb in das verdampfte Kältemittel eingespritzt wer¬ den, ohne den Verdichter zu beschädigen.
Durch die erfindungsgemäße Kältemaschine nach Anspruch 15 und ihre vorteilhaften Ausbildungen werden die voranstehend genannten Vorteile entsprechend erreicht.
Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Kältemaschine ; Fig. 2 ein Log p, H - Diagramm des Kältemittels der Kältemaschi¬ ne von Fig. 1 und einen zugehörigen Kreisprozess;
Fig. 3 das Log p, H - Diagramm von Fig. 2 bei reduzierter Sätti¬ gungstemperatur bzw. reduziertem Sättigungsdruck des Kältemittels;
Fig. 4 das Log p, H - Diagramm von Fig. 2 bei erhöhter Verflüssi- gungstemperatur des Kältemittels;
Fig. 5 das Log p, H - Diagramm von Fig. 3 bei reduzierter Überhit¬ zung; und
Fig. 6 das Log p, H - Diagramm von Fig. 3 bei erhöhter Verflüssi¬ gungstemperatur, reduzierter Überhitzung und einer Zu¬ fuhr von flüssigem Kältemittel zum Verdichter.
Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Kältemaschine, die hier in der Funktion einer Wärmepumpe beschrieben wird, umfasst einen geschlos¬ senen Kreislauf 10, der ein Kältemittel aufweist. In dem Kältemittelkreis¬ lauf 10 sind nacheinander ein Verdampfer 12, ein Verdichter 14, ein Verflüssiger 16 und ein elektrisch betriebenes Expansionsventil 18 ange¬ ordnet.
Der Verdampfer 12 und der Verdichter 14 sind durch eine Sauggasleitung 20 miteinander verbunden. Da der Verdichter 14 für eine Verdichtung ausschließlich von verdampftem Kältemittel ausgelegt ist und durch ein unbeabsichtigtes Eindringen von flüssigem Kältemittel beschädigt würde, ist dem Verdichter 14 ein in der Sauggasleitung 20 angeordneter Flüssig¬ keitsabscheider 22 vorgeschaltet, der im Verdampfer 12 nicht vollständig verdampftes und/ oder in der Sauggasleitung 20 kondensiertes flüssiges Kältemittel aus dem Kältemittelstrom entfernt und sammelt.
Dem Flüssigkeitsabscheider 22 ist ein in der Sauggasleitung 20 angeord¬ netes Vierwegeumschaltventil 24 vorgeschaltet, das gleichzeitig in einer von dem Verdichter 14 zu dem Verflüssiger 16 führenden Heißgasleitung 26 angeordnet ist. Wird die Kältemaschine - wie es hier beschrieben ist - als Wärmepumpe, d.h. im Heizbetrieb, betrieben, so kann der im Verdich¬ ter 14 erhitzte Kältemittelstrom bei einer entsprechenden Betätigung des Umschaltventils 24 zum Abtauen des Verdampfers 12 umgeschaltet und vollständig dem Verdampfer 12 zugeführt werden. Alternativ ermöglicht das Umschaltventil 24 ein Umschalten des Kältemittelstroms derart, dass die Kältemaschine im Kühlungsbetrieb arbeiten kann.
Stromabwärts von dem Verflüssiger 16 zweigt eine Bypassleitung 28 aus dem Kühlkreislauf 10 ab, die mit einer an den Verdichter 14 angeschlos- sene Einspritzleitung 29 verbunden ist. Die Bypassleitung 28 und die Einspritzleitung 29 ermöglichen die Zufuhr von flüssigem Kältemittel zu dem Verdichter 14. Zur Steuerung dieser Kältemittelzufuhr ist ein in der Bypassleitung 28 angeordnetes Magnetventil 30 vorgesehen. In der Ein¬ spritzleitung 29 kann ferner ein Drosselorgan 31 angeordnet sein, bei- spielsweise eine Düse oder ein Kapillarrohr, durch welches das in den
Verdichter 14 einzuspritzende Kältemittel entspannt und dadurch zusätz¬ lich abgekühlt werden kann. Das dem Verdichter 14 durch die Bypassleitung 28 und die Einspritzlei¬ tung 29 zugeführte flüssige Kältemittel wird in das verdichtete Kältemittel eingespritzt, um auf diese Weise die Temperatur des verdichteten Kälte¬ mittels, insbesondere im Bereich des Verdichterausgangs, zu senken. Dadurch kann der Verdichter 14 vor übermäßigen Temperaturen ge¬ schützt werden, die den Verdichter 14 beschädigen würden.
Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, das dem Verdichter 14 zugeführte flüssige Kältemittel durch in dem Verdichter 14 entsprechend vorgesehene Kühlleitungen zu zirkulieren. Dies bewirkt eine Kühlung des Verdichters 14 selbst, über den dann auch das verdichtete Kältemittel gekühlt wird.
Das Magnetventil 30 ist mit einer Überhitzungsregeleinheit 32 verbunden und durch diese steuerbar. Die Überhitzungsregeleinheit 32 kann eine separate Einheit sein oder in eine zentrale Wärmepumpensteuerung integ¬ riert sein.
Darüber hinaus ist die Überhitzungsregeleinheit 32 zur Steuerung des Expansionsventils 18 auch mit diesem verbunden. Das Expansionsventil 18 ist ein elektrisch betriebenes Expansionsventil.
Dem Flüssigkeitsabscheider 22 vorgeschaltet sind an der Sauggasleitung 20 ferner ein mit der Überhitzungsregeleinheit 32 verbundener Druck- transmitter oder Drucksensor 34 und ein mit der Überhitzungsregelein¬ heit 32 verbundener Temperatursensor 36 angeordnet. Durch den Drucksensor 34 ist der Verdampfungsdruck des im Verdamp¬ fer verdampften Kältemittels messbar. Bei Kenntnis der thermodynami- schen und physikalischen Eigenschaften des Kältemittels lässt sich aus dem gemessenen Verdampfungsdruck die Sättigungstemperatur des Kältemittels errechnen. Durch den Temperatursensor 36 wird die tatsäch¬ liche Temperatur des durch die Sauggasleitung 20 strömenden über¬ hitzten Kältemittels bzw. die Sauggastemperatur bestimmt. Aus der Diffe¬ renz zwischen Sauggastemperatur und Sättigungstemperatur ermittelt die Überhitzungsregeleinheit 32 die Überhitzung des Kältemittels.
Darüber hinaus ist ein Temperatursensor 38 zur Messung der Umge¬ bungstemperatur der Wärmepumpe und insbesondere der Außentempera¬ tur mit der Überhitzungsregeleinheit 32 verbunden.
Zur Messung der Temperatur des durch den Verdichter 14 verdichteten Kältemittels ist im Bereich des Verdichterausgangs außerdem ein mit der Überhitzungsregeleinheit 32 verbundener Temperatursensor 40 vorgese¬ hen.
Nachfolgend wird der Kälteprozess der Wärmepumpe von Fig. 1 beschrie¬ ben.
Fig. 2 zeigt ein Log p, H - Diagramm eines in der Wärmepumpe von Fig. 1 verwendeten Kältemittels, wobei der Druck p des Kältemittels logarith- misch als Funktion der Enthalpie H aufgetragen ist. Eingezeichnet sind die Grenzen gesättigter Flüssigkeit 42 und gesättigten Gases 44 sowie Kurven 46 konstanter Temperatur. Der Punkt E bezeichnet den Zustand des Kältemittels nach der Expansion durch das Expansionsventil 18. In dem Verdampfer 12 findet eine Ver¬ dampfung E-A und Überhitzung A-B des Kältemittels statt.
Der Verdichter 14 sorgt für eine Verdichtung B-C des Kältemittels, die mit einer entsprechenden Temperaturerhöhung einhergeht. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Temperatur des Kältemittels von +100C am Ausgang des Verdampfers 12 durch den Verdichter 14 bis auf +900C erhöht.
Im Verflüssiger 16 erfolgt eine Verflüssigung C-D des Kältemittels, wobei die Verflüssigungstemperatur im dargestellten Beispiel +500C beträgt. Das nunmehr flüssige und nur noch 500C warme Kältemittel wird anschlie¬ ßend durch das Expansionsventil 18 entspannt (D-E), wobei es bis auf 0°C abkühlt.
Im in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Überhitzung 10 K, nämlich gerade die Differenz zwischen den Temperaturen am Punkt B (+10°C) und am Punkt A (00C). Die Temperatur am Punkt B entspricht der tatsächlichen Temperatur des Kältemittels in der Sauggasleitung und wird durch den Temperatursensor 36 gemessen. Die Temperatur am Punkt A entspricht dagegen der Verdampfungstemperatur des Kältemittels, die aus dem durch den Drucksensor 34 gemessenen Verdampfungsdruck des Kältemittels ermittelt wird.
In Fig. 3 ist eine Situation dargestellt, bei der die Verdampfungstempera¬ tur des Kältemittels aufgrund eines reduzierten Verdampfungsdrucks im Vergleich zu der in Fig. 2 dargestellten Situation um 10 K reduziert ist, d.h. nur noch -100C beträgt. Eine solche Verringerung der Verdampfungs¬ drucks kann beispielsweise aus einer niedrigeren Außentemperatur resul¬ tieren. Die reduzierte Verdampfungstemperatur des Kältemittels führt zu einer Erhöhung der Überhitzung A-B, die ihrerseits eine Erhöhung der Kältemitteltemperatur am Ausgang des Verdichters 14 (Punkt C) bewirkt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die erhöhte Kältemitteltem¬ peratur am Verdichterausgang +1200C.
Auch eine Erhöhung der Verflüssigungstemperatur, bei welcher das Käl- temittel in dem Verflüssiger 16 verflüssigt wird, C-D, führt zu einer Erhö¬ hung der Kältemitteltemperatur am Verdichterausgang C. Wie in Fig. 4 beispielhaft dargestellt ist, resultiert eine Erhöhung der Verflüssigungs¬ temperatur von 5O0C auf 600C verglichen mit der in Fig. 2 gezeigten Situa¬ tion bei einer gleich bleibenden Verdampfungstemperatur von 00C in einem Anstieg der Kältemitteltemperatur am Verdichterausgang C von 900C auf 120°C.
Eine Erhöhung der Kältemitteltemperatur am Verdichterausgang erweist sich dann als problematisch, wenn die erhöhte Kältemitteltemperatur eine kritische Temperaturobergrenze überschreitet, oberhalb der eine Beschä¬ digung des Verdichters 14 zu erwarten ist, beispielsweise aufgrund einer Zersetzung von im Verdichter 14 vorgesehenen Schmierölen.
Erfindungsgemäß ist eine Regelung der Kältemitteltemperatur am Ver- dichterausgang durch die Überhitzungsregeleinheit 32 derart vorgesehen, dass die Kältemitteltemperatur am Verdichterausgang die voranstehend genannte kritische Temperaturobergrenze nicht überschreitet. Dazu wird die Kältemitteltemperatur am Verdichterausgang auf eine vorgegebene Zieltemperatur geregelt, die etwas unterhalb der kritischen Temperatur¬ obergrenze liegt. Als Stellgröße ist dabei die Überhitzung A-B des Kältemit¬ tels, die durch eine Änderung des Öffnungsgrades des Expansionsventils 18 variierbar ist, und alternativ oder zusätzlich die Einspritzung von flüssigem Kältemittel in den Verdichter 14 vorgesehen.
Wie dem in Fig. 5 gezeigten Diagramm zu entnehmen ist, das von der in Fig. 3 dargestellten Situation, d.h. von einer reduzierten Verdampfungs¬ temperatur von -1O0C, ausgeht, lässt sich durch eine Verringerung der Überhitzung des Kältemittels die Kältemitteltemperatur am Verdichter¬ ausgang C reduzieren. Umgekehrt ist durch eine Erhöhung der Überhit¬ zung die Kältemitteltemperatur am Verdichterausgang C anhebbar.
Durch eine entsprechende Einstellung der Überhitzung ist die Kältemittel- temperatur am Verdichterausgang C bzw. die Verdichtungsendtemperatur innerhalb bestimmter Grenzen so regelbar, dass diese einen maximalen Wert einnimmt, aber die kritische Temperaturobergrenze gerade nicht überschreitet. Dadurch wird die Heizleistung der Wärmepumpe optimiert und eine Beschädigung des Verdichters bzw. Abschaltung der Wärme- pumpe vermieden. Standzeiten der Wärmepumpe werden folglich mini¬ miert. Im Ergebnis wird eine verbesserte Wirtschaftlichkeit der Wärme¬ pumpe erreicht.
Die Einstellung der erforderlichen Überhitzung erfolgt durch eine entspre- chende Ansteuerung des Expansionsventils 18 durch die Überhitzungsre- geleinheit 32. Eine Öffnung des Expansionsventils 18, d.h. eine Erhöhung der Kältemittelströmung durch das Expansionsventil 18, führt zu einer Reduzierung der Überhitzung, während eine Drosselung des Expansions- ventils 18, d.h. eine Reduzierung des Kältemittelstroms durch das Expan¬ sionsventils 18, die Überhitzung erhöht.
Sollte die Verringerung der Überhitzung des Kältemittels zur Reduzierung der Kältemitteltemperatur am Verdichterausgang C nicht ausreichend sein, beispielsweise weil neben einer reduzierten Verdampfungstemperatur von -100C auch noch eine erhöhte Verflüssigungstemperatur von +600C vorliegt, wie es in Fig. 6 dargestellt ist, so besteht erfindungsgemäß zu¬ sätzlich die Möglichkeit, das Kältemittel im Verdichter 14 zu kühlen, wie es bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurde. Die Zufuhr von flüssigem Kältemittel zu dem Verdichter 14 am Punkt Bl bewirkt eine Reduzierung der Enthalpie des Kältemittels, wodurch die Verdichterend¬ temperatur am Verdichterausgang C von etwa 1400C auf 900C reduziert werden kann.
Die Regelung der Kältemitteltemperatur am Verdichterausgang wird bei der in Fig. 1 dargestellten Wärmepumpe folgendermaßen durchgeführt:
Während des Betriebs der Wärmepumpe überwacht die Überhitzungsre- geleinheit 32 kontinuierlich die Außentemperatur über den Temperatur¬ sensor 38. Ferner überwacht die Überhitzungsregeleinheit 32 über den Temperatursensor 36 die tatsächliche Kaltemitteltemperatur in der Saug¬ gasleitung 20 und über den Drucksensor 34 den Verdampfungsdruck des Kältemittels in der Sauggasleitung 20. Aus der gemessenen tatsächlichen Kältemitteltemperatur und dem gemessenen Verdampfungsdruck des Kältemittels ermittelt die Überhitzungsregeleinheit 32 die aktuell vorlie¬ gende Überhitzung des Kältemittels. Ggf. betätigt die Überhitzungsregel- einheit 32 das Expansionsventil 18, um einen für den Normalbetrieb der Wärmepumpe empfohlenen Überhitzungswert einzuhalten.
Sobald die Außentemperatur einen vorbestimmten Wert unterschreitet, beginnt die Überhitzungsregeleinheit 32 mit Hilfe des Temperatursensors 40 die Kältemitteltemperatur am Verdichterausgang zu überwachen. Falls die Kältemitteltemperatur am Verdichterausgang die unterhalb der kriti¬ schen Temperaturobergrenze liegende vorgegebene Zieltemperatur über¬ schreitet oder zu überschreiten droht, steuert die Überhitzungsregelein- heit 32 das Expansionsventil 18 derart, dass sich die Strömung des Käl¬ temittels durch das Expansionsventil 18 erhöht. Dadurch wird die Über¬ hitzung verringert und in der Folge die Kältemitteltemperatur am Verdich¬ terausgang auf die Zieltemperatur reduziert. Zur Verringerung der Kälte¬ mitteltemperatur am Verdichterausgang wird das Expansionsventil 18 also weiter geöffnet.
Wenn es nicht möglich ist, die Kältemitteltemperatur am Verdichteraus¬ gang durch eine Verringerung der Überhitzung im Bereich der vorgegebe¬ nen Zieltemperatur zu halten, aktiviert die Überhitzungsregeleinheit 32 zusätzlich das Magnetventil 30, um dem Verdichter 14 flüssiges Kältemit¬ tel zur Kühlung des verdichteten Kältemittels zuzuführen. Die Betätigung des Magnetventils 30 erfolgt in Abhängigkeit von der Kältemitteltempera- tur am Verdichterausgang.
Sinkt die Kältemitteltemperatur am Verdichterausgang unter die vorgege¬ bene Zieltemperatur, beispielsweise aufgrund einer erfolgten Kühlung, aufgrund eines Absinkens der Verflüssigungstemperatur und/ oder eines erhöhten Verdampfungsdrucks des Kältemittels, so wird das Magnetventil 30 durch die Überhitzungsregeleinheit 32 wieder geschlossen und die Zufuhr von flüssigem Kältemittel zum Verdichter 14 gestoppt.
Sinkt die Kältemitteltemperatur am Verdichterausgang noch weiter ab, so bewirkt die Überhitzungsregeleinheit 32 durch eine entsprechende An¬ steuerung des Expansionsventils 18 eine Verringerung der Kältemittel¬ strömung durch das Expansionsventil 18, um die Überhitzung des Kälte¬ mittels wieder auf den ursprünglichen, empfohlenen Wert zu bringen.
Durch die erfindungsgemäße Regelung der Kältemitteltemperatur am Verdichterausgang wird der Wirkungsgrad der Wärmepumpe während besonders kalter Außentemperaturen erhöht und der Arbeitsbereich der Wärmepumpe auf höhere Verflüssigungstemperaturen und höhere Wär¬ mekapazitäten ausgedehnt. Gleichzeitig werden die Gefahr einer Beschä- digung des Verdichters 14 durch Überschreitung einer kritischen Tempe¬ raturobergrenze und die Gefahr einer Vereisung des Verdampfers 12 verringert. Abschalt- und Abtauphasen der Wärmepumpe werden dadurch minimiert. Im Ergebnis resultiert die erfindungsgemäße variable und insbesondere witterungsabhängige Regelung der Überhitzung sowie die Regelung der Kältemitteltemperatur am Verdichterausgang, insbesondere der Verdichtungsendtemperatur, in einer verbesserten Wirtschaftlichkeit der Wärmepumpe. Bezugszeichenliste
IO Kältemittelkreislauf
12 Verdampfer 14 Verdichter
16 Verflüssiger
18 Expansionsventil
20 Sauggasleitung
22 Flüssigkeitsabscheider 24 Umschaltventil
26 Heißgasleitung
28 Bypassleitung
29 Einspritzleitung
30 Magnetventil 31 Drosselorgan
32 Überhitzungsregeleinheit
34 Drucksensor
36 Temperatursensor
38 Temperatur sensor 40 Temperatursensor
42 Grenze gesättigter Flüssigkeit
44 Grenze gesättigten Gases
46 Kurven konstanter Temperatur

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Kältemaschine, insbesondere einer Wärmepumpe, die einen ein Kältemittel aufweisenden geschlossenen Kreislauf (10) umfasst, in dem nacheinander ein Verdampfer (12), ein
Verdichter (14), ein Verflüssiger (16) und ein, insbesondere elektrisch betriebenes, Expansionsventil (18) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Kältemittels im Bereich des Verdichters, insbe- sondere die Verdichtungsendtemperatur, mittels einer Überhitzungs- regeleinheit (32) zumindest zeitweise so geregelt wird, dass sie eine kritische Temperaturobergrenze nicht übersteigt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgebungstemperatur der Kältemaschine und insbesondere die Außentemperatur gemessen und bei der Regelung berücksichtigt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung der Kältemitteltemperatur die Kältemitteltemperatur im
Bereich des Verdichters (14) und insbesondere am Verdichterausgang gemessen wird.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemitteltemperatur im Bereich des Verdichters durch eine Veränderung der Überhitzung des Kältemittels in dem Verdampfer (12) geregelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Überhitzung verringert wird, wenn die im Bereich des Verdichters (14) gemessene Kältemitteltemperatur, insbesondere die Verdich¬ tungsendtemperatur, eine vorgegebene Zieltemperatur übersteigt.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Überhitzung in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur der
Kältemaschine, insbesondere der Außentemperatur, geregelt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Überhitzung durch eine entsprechende Steuerung des Expansi¬ onsventils (18) verändert wird.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemitteltemperatur im Bereich des Verdichters durch eine separate Kühlung des Kältemittels im Verdichter (14) reduziert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemitteltemperatur im Bereich des Verdichters durch eine Kühlung des Verdichters (14), insbesondere in dessen Ausgangsbe- reich, gesenkt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (14) durch Einleiten von flüssigem Kältemittel in den Verdichter (14) gekühlt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass flüssiges Kältemittel, insbesondere im Ausgangsbereich des Verdich- ters (14), in das verdichtete Kältemittel eingeleitet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Kältemittel stromabwärts von dem Verflüssiger (16) aus dem Kreislauf (10) abgezweigt und zu dem Verdichter (14) geleitet wird.
13. Kältemaschine, insbesondere Wärmepumpe, mit einem ein Kältemit¬ tel aufweisenden geschlossenen Kreislauf (10), in dem nacheinander ein Verdampfer (12), ein Verdichter (14), ein Verflüssiger (16) und ein, insbesondere elektrisch betriebenes, Expansionsventil (18) angeord- net sind, gekennzeichnet durch eine Überhitzungsregeleinheit (32) zur zumindest zeitweisen Regelung der Temperatur des Kältemittels im Bereich des Verdichters, insbe¬ sondere der Verdichtungsendtemperatur, derart, dass die Temperatur eine kritische Temperaturobergrenze nicht übersteigt.
14. Kältemaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster mit der Überhitzungsregeleinheit (32) verbundener Tempe- ratursensor (40) zur Messung der Kältemitteltemperatur stromab¬ wärts von dem Verdichter (14), insbesondere der Verdichtungsend¬ temperatur, vorgesehen ist.
15. Kältemaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Temperatursensor (46) im Bereich des Verdichterausgangs angeordnet ist.
16. Kältemaschine nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter mit der Überhitzungsregeleinheit (32) verbundener Tem¬ peratursensor (38) zur Messung der Umgebungstemperatur der Käl¬ temaschine und insbesondere der Außentemperatur vorgesehen ist.
17. Kältemaschine nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Expansionsventil (18) zur variablen, insbesondere witterungsab- hängigen, Steuerung der Überhitzung des Kältemittels durch die
Überhitzungsregeleinheit (32) steuerbar ist.
18. Kältemaschine nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (28, 29, 30, 31) vorgesehen sind, die eine Einleitung von flüssi¬ gem Kältemittel in den Verdichter (14) ermöglichen.
19. Kältemaschine nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einspritzleitung (29) an den Verdichter (14) angeschlossen ist, durch die das flüssige Kältemittel in den Verdichter (14) einleitbar ist.
20. Kältemaschine nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drosselorgan (31) in der Einspritzleitung (29) angeordnet ist.
21. Kältemaschine nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel ein durch die Überhitzungsregeleinheit (32) steuerbares und in einer Kühlmittelleitung (28) angeordnetes Magnetventil (30) umfassen.
22. Kältemaschine nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende der Kühlmittelleitung (28) stromabwärts von dem Verflüssi¬ ger (16) mit dem Kältemittelkreislauf (10) und ein anderes Ende mit der Einspritzleitung (29) verbunden ist.
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