EP1892489A2 - Verfahren zum Überwachen eines Kompressionskältekreises - Google Patents

Verfahren zum Überwachen eines Kompressionskältekreises Download PDF

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EP1892489A2
EP1892489A2 EP07016052A EP07016052A EP1892489A2 EP 1892489 A2 EP1892489 A2 EP 1892489A2 EP 07016052 A EP07016052 A EP 07016052A EP 07016052 A EP07016052 A EP 07016052A EP 1892489 A2 EP1892489 A2 EP 1892489A2
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    • F25B40/00—Subcoolers, desuperheaters or superheaters

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring a compression refrigeration cycle with at least one compressor, a condenser, a throttle and an evaporator.
  • the refrigerant must be liquid between the compressor and the throttle in the high pressure range. Between the throttle and the compressor, the refrigerant must be gaseous in the low pressure range. If this is not the case, it will cause interference.
  • the overheating ⁇ T L is defined as the difference between the temperature of the superheated gas (inlet temperature in the compressor) T L and the evaporation temperature T " L on the dew line at the low pressure associated with T L Temperature difference between the measured temperature of the gas from the dew line.
  • the supercooling .DELTA.T H is defined as the difference between the high pressure present at T H associated boiling temperature T ' H on the boiling line and the temperature of the supercooled liquid (inlet temperature in the throttle) T H. It thus indicates the distance or the temperature difference of the measured liquid temperature from the boiling line.
  • the causes of a too low overheating ⁇ T L are, for example, an incorrectly set throttle (Thermostatic Expansion Valve (TEV)), insufficient contact of the temperature sensor of the TEV or a defective or incorrectly adjusted TEV.
  • TEV Thermostatic Expansion Valve
  • Cause of fault for too high overheating ⁇ T L could also be a leak in the refrigerant circuit with the loss of refrigerant.
  • a permanent operation with too little refrigerant and thus an operation with too high overheating can lead to an excessive compressor end temperature and thus also permanently damage the compressor thermally.
  • the object of the invention is an automatic monitoring by an automatic calculation of overheating and subcooling, which is based on the measurement of integrated in the refrigerant circuit temperature and pressure sensors and corresponding stored algorithms.
  • This automatic comparison of overheating and super-cooling with critical values protects the refrigeration circuit from erroneous operation.
  • the data in the display of the device and online can be read.
  • the monitoring can be done very easily via the display or online in the form of a remote diagnosis / remote monitoring.
  • active refrigerant leakage monitoring can be ensured.
  • Figure 1 shows a compression refrigeration cycle with a compressor 1, a condenser 2, an internal heat exchanger 5, a throttle 3 and an evaporator 4.
  • a gaseous refrigerant is compressed in a compressor 1 to high pressure; In this case, the refrigerant is heated. Subsequently, the refrigerant in a condenser 2 gives off heat. This heat can be used for heating purposes.
  • the refrigerant is then introduced into the internal heat exchanger 5. Subsequently, the then liquid refrigerant reaches the throttle 3, in which it is relaxed and partially gaseous. In which subsequent evaporator 4, the refrigerant absorbs heat; This happens with heat pumps by environmental heat. The refrigerant becomes completely gaseous.
  • the refrigerant enters the internal heat exchanger 5, in which a heat exchange with the refrigerant flow between the condenser 2 and throttle 3 takes place. After the internal heat exchanger 5, the gaseous refrigerant flows back to the compressor. 1
  • the temperature T H between the condenser 2 and throttle 3 is detected.
  • the temperature difference ⁇ T H results from the difference between T ' H and T H.
  • an error status is activated. This can be displayed on an ad. Furthermore, the error status can be retrieved via a remote data connection.
  • the compression refrigeration cycle is turned off to prevent damage.
  • An equivalent monitoring is carried out in the low pressure range.
  • a fault condition is activated when the temperature difference .DELTA.T L falls below a critical limit, as well as an error status activated when the temperature difference .DELTA.T L exceeds a critical limit.
  • FIG. 2 shows the wet steam area N of a cooling process in the pressure-enthalpy diagram (log p-h) in which the operating points A to D are shown in FIG.
  • the refrigerant is in two phases.
  • To the left of the wet steam area N is subcooled liquid SL, to the right of the wet steam area N is superheated gas SG.
  • the wet steam area N is separated from the supercooled liquid area by the boiling line BL.
  • the dew line DL separates the wet steam area N from the area of the superheated gas SG.
  • the critical point K at maximum pressure of the wet steam area N separates the boiling line BL from the dew line DL.
  • the numbers 1 to 5 in FIG. 2 clarify which operating states in units 1 to 5 are traversed with respect to their position in the wet steam zone N or in the gaseous SG and liquid zone SL.
  • the refrigerant Downstream of the compressor 1, the refrigerant is present as a superheated gas at a pressure p H at point B.
  • the refrigerant In the condenser 2, the refrigerant is cooled and in this case passes through the wet steam area N.
  • the refrigerant releases further heat. It adjusts a temperature T H at the point C in the region of the supercooled liquid SL.
  • the throttle 3 In the throttle 3, the refrigerant is expanded to a pressure p L at the point D.
  • the refrigerant In the evaporator 4, the refrigerant is heated along the line 4 through the wet steam area N.
  • the refrigerant absorbs the heat which emits the refrigerant between the condenser 2 and the throttle 3.
  • Both the overheating ⁇ T L and the subcooling ⁇ T H are setpoints or nominal ranges. If the values for the overheating ⁇ T L and / or supercooling ⁇ T H determined from the measured values T H , T L , p H and p L differ significantly from the desired value, this is an indication of the presence of an error.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Überwachen eines Kompressionskältekreises mit zumindest einem Verdichter (1), einem Kondensator (2), einer Drossel (3) und einem Verdampfer (4) wird der Druck p H auf der Hochdruckseite zwischen Verdichter (1) und Drossel (3) erfasst wird, die Siedetemperatur T' H auf der Hochdruckseite als Funktion des Druck auf der Hochdruckseite p H und des Kältemittels berechnet wird, die Temperatur T H zwischen Kondensator (2) und Drossel (3) erfasst wird, die Temperaturdifferenz AT H zwischen T' H und T H gebildet wird und in dem Fall, in dem die Temperaturdifferenz ”T H einen vorgegebenen Grenzwert erstmals unterschreitet ein Fehlerstatus aktiviert wird und in dem Fall, in dem die Temperaturdifferenz ”T H den vorgegebenen Grenzwert wiederholt mit einer vorgegebenen Anzahl unterschreitet, der Kompressionskältekreis abgeschaltet wird.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Überwachen eines Kompressionskältekreises mit zumindest einem Verdichter, einem Kondensator, einer Drossel und einem Verdampfer.
  • Bei Kompressionskältekreisen muss zwischen Verdichter und Drossel im Hochdruckbereich das Kältemittel flüssig vorliegen. Zwischen Drossel und Verdichter muss im Niederdruckbereich das Kältemittel gasförmig vorliegen. Ist dies nicht der Fall, so kommt es zu Störungen.
  • Zur Wartung, Diagnose und Beurteilung der Leistung des Kältekreises werden diverse Meßgrößen aufgenommen. Daneben ist es von Interesse, ob Überhitzung oder Unterkühlung vorliegt.
  • Die Überhitzung ΔTL wird dabei als die Differenz zwischen der Temperatur des überhitzten Gases (Eintrittstemperatur in den Verdichter) TL und der bei dem zu TL zugehörigen Niederdruck vorliegenden Verdampfungstemperatur T"L auf der Taulinie definiert. Sie gibt somit den Abstand bzw. die Temperaturdifferenz zwischen der gemessenen Temperatur des Gases von der Taulinie an.
  • Die Unterkühlung ΔTH wird dabei als die Differenz zwischen der zu TH zugehörigen Hochdruck vorliegenden Siedetemperatur T'H auf der Siedelinie und der Temperatur der unterkühlten Flüssigkeit (Eintrittstemperatur in die Drossel) TH definiert. Sie gibt somit den Abstand bzw. die Temperaturdifferenz der gemessenen Flüssigkeitstemperatur von der Siedelinie an.
  • Fehlerursachen für eine zu niedrige Überhitzung ΔTL sind z.B. ein nicht korrekt eingestellte Drossel (Thermostatisches Expansionsventil (TEV)), ein nicht ausreichender Kontakt des Temperaturfühlers des TEV oder ein defektes beziehungsweise falsch eingestelltes TEV. Fehlerursache für eine zu hohe Überhitzung ΔTL könnte daneben auch ein Leck im Kältekreis mit dem Verlust von Kältemittel sein.
  • Durch den Dauerbetrieb eines Kompressors mit einer zu geringen Überhitzung des Kältemittels in der Saugleitung kann es zum Ansaugen flüssiger Kältemitteltropfen kommen. Diese verdampfen im Verdichter und können den Verdichter irreparabel beschädigen.
  • Ein dauerhafter Betrieb mit zu wenig Kältemittel und damit ein Betrieb mit einer zu hohen Überhitzung kann zu einer zu hohen Verdichterendtemperatur führen und damit den Verdichter ebenfalls dauerhaft thermisch beschädigen.
  • Fehlerursache für eine zu geringe Unterkühlung ΔTH kann auf ein Leck in Kältekreis mit dem Verlust von Kältemittel hindeuten. Zudem kann es bei einem Betrieb aufgrund einer zu geringen bzw. negativen Unterkühlung zu nicht stabilen Betriebszuständen im Kältekreis kommen.
  • Gemäß dem Stand der Technik muss zur Feststellung des Betriebszustandes ein Kältetechniker die Anlage anfahren und am Kältekreis Druck- und Temperatur-messmittel anschließen. Anschließend muss die Überhitzung und Unterkühlung aus den Messwerten berechnet werden.
  • Aufgabe der Erfindung ist eine automatische Überwachung durch eine automatische Berechnung der Überhitzung und Unterkühlung, welche auf der Messung von im Kältekreis integrierte Temperatur- und Drucksensoren sowie entsprechende hinterlegten Algorithmen basiert.
  • Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 4 dadurch gelöst, dass aus Messgrößen die Überhitzung ΔTL und / oder Unterkühlung ΔTH bestimmt und mit Sollwerten verglichen werden. Weichen die Werte signifikant ab, so liegt mutmaßlich ein Fehler vor. Der Kompressionskältekreislauf wird abgeschaltet, um Beschädigungen zu vermeiden.
  • Durch diesen automatischen Vergleich der Überhitzung und Unterkühlung mit kritischen Werten wird der Kältekreis vor fehlerhaftem Betrieb geschützt. Zudem können die Daten im Display des Gerätes sowie online ausgelesen werden. Weiterhin entfällt die Notwendigkeit der Installation von Messmitteln bei der Wartung. Die Überwachung kann sehr einfach über das Display bzw. auch online in Form einer Ferndiagnose / Fernüberwachung erfolgen. Zudem kann eine aktive Kältemittelleckageüberwachung sichergestellt werden.
  • Figur 1 zeigt einen Kompressionskältekreis mit einem Verdichter 1, einem Kondensator 2, einem internen Wärmetauscher 5, einer Drossel 3 und einem Verdampfer 4. Ein gasförmiges Kältemittel wird in einem Verdichter 1 auf Hochdruck verdichtet; hierbei wird das Kältemittel erhitzt. Anschließend gibt das Kältemittel in einem Kondensator 2 Wärme ab. Diese Wärme kann zu Heizzwecken verwendet werden. Das Kältemittel wird dann in den internen Wärmetauscher 5 eingeleitet. Anschließend gelangt das dann flüssige Kältemittel zur Drossel 3, in der es sich entspannt und teilweise gasförmig wird. In dem sich anschließenden Verdampfer 4 nimmt das Kältemittel Wärme auf; dies geschieht bei Wärmepumpen durch Umweltwärme. Das Kältemittel wird dabei vollständig gasförmig. Anschließend gelangt das Kältemittel in den internen Wärmetauscher 5, in dem ein Wärmeaustausch mit dem Kältemittelstrom zwischen Kondensator 2 und Drossel 3 stattfindet. Nach dem internen Wärmetauscher 5 strömt das gasförmige Kältemittel wieder zum Verdichter 1.
  • Zur Überwachung wird der Druck auf der Hochdruckseite pH zwischen Verdichter 1 und Drossel 3 erfasst. Anschließend wird die Siedetemperatur T'H auf der Hochdruckseite als Funktion des Druck auf der Hochdruckseite pH und des Kältemittels berechnet. T ′ H = f p H , Kältemittel
    Figure imgb0001
  • Parallel wird die Temperatur TH zwischen Kondensator 2 und Drossel 3 erfasst. Die Temperaturdifferenz ΔTH ergibt sich aus der Differenz zwischen T'H und TH. In dem Fall, in dem die Temperaturdifferenz ΔTH einen vorgegebenen Grenzwert erstmals unterschreitet, wird ein Fehlerstatus aktiviert. Auf einer Anzeige kann dies angezeigt werden. Ferner ist der Fehlerstatus über eine Datenfernverbindung abrufbar. In dem Fall, in dem die Temperaturdifferenz ΔTH den vorgegebenen Grenzwert wiederholt mit einer vorgegebenen Anzahl (zum Beispiel 5 mal) unterschreitet, wird der Kompressionskältekreis abgeschaltet, um eine Beschädigung auszuschließen.
  • Eine äquivalente Überwachung wird im Niederdruckbereich durchgeführt. Hier wird ebenfalls ein Fehlerstatur aktiviert, wenn die Temperaturdifferenz ΔTL einen kritischen Grenzwert unterschreitet, sowie ein Fehlerstatus aktiviert, wenn die Temperaturdifferenz ΔTL einen kritischen Grenzwert überschreitet.
  • Figur 2 zeigt das Nassdampfgebiet N eines Kälteprozesses im Druck-Enthalpie-Diagramm (log p - h) in dem die Betriebspunkte A bis D analog Figur 1 eingezeichnet sind. Im Nassdampfgebiet N befindet sich das Kältemittel in zwei Phasen. Links des Nassdampfgebietes N befindet sich unterkühlte Flüssigkeit (subcooled liquid) SL, rechts des Nassdampfgebietes N befindet sich überhitztes Gas (superheated gas) SG. Das Nassdampfgebiet N wird vom Gebiet der unterkühlten Flüssigkeit durch die Siedelinie BL getrennt. Die Taulinie DL trennt das Nassdampfgebiet N vom Gebiet des überhitzten Gases SG. Der Kritische Punkt K bei maximalem Druck des Nassdampfgebietes N trennt die Siedelinie BL von der Taulinie DL. Die Ziffern 1 bis 5 in Figur 2 verdeutlichen, welche Betriebszustände in den Baueinheiten 1 bis 5 bezüglich ihrer Position im Nassdampfgebiet N beziehungsweise im gasförmigen SG und flüssigen Bereich SL durchfahren werden.
  • Stromab des Verdichters 1 liegt das Kältemittel als überhitztes Gas mit einem Druck pH im Punkt B vor. Im Kondensator 2 wird das Kältemittel abgekühlt und durchläuft hierbei das Nassdampfgebiet N. Im anschließenden internen Wärmetauscher 5 gibt das Kältemittel weitere Wärme ab. Es stellt sich eine Temperatur TH im Punkt C im Bereich der unterkühlten Flüssigkeit SL ein. In der Drossel 3 wird das Kältemittel auf einen Druck pL im Punkt D entspannt. Im Verdampfer 4 wird das Kältemittel entlang der Linie 4 durch das Nassdampfgebiet N erhitzt. Im internen Wärmetauscher 5 nimmt das Kältemittel die Wärme auf, welche das Kältemittel zwischen Kondensator 2 und Drossel 3 abgibt.
  • Sowohl für die Überhitzung ΔTL, als auch für die Unterkühlung ΔTH gibt es Sollwerte beziehungsweise Sollbereiche. Weicht die aus den Messwerten TH, TL, pH und pL ermittelten Werte für die Überhitzung ΔTL und / oder Unterkühlung ΔTH signifikant vom Sollwert ab, so ist dies ein Indiz für das Vorliegen eines Fehlers.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Überwachen eines Kompressionskältekreises mit zumindest einem Verdichter (1), einem Kondensator (2), einer Drossel (3) und einem Verdampfer (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Druck pH auf der Hochdruckseite zwischen Verdichter (1) und Drossel (3) erfasst wird, die Siedetemperatur T'H auf der Hochdruckseite als Funktion des Druck auf der Hochdruckseite pH und des Kältemittels berechnet wird, die Temperatur TH zwischen Kondensator (2) und Drossel (3) erfasst wird, die Temperaturdifferenz ΔTH zwischen T'H und TH gebildet wird und in dem Fall, in dem die Temperaturdifferenz ΔTH einen vorgegebenen Grenzwert erstmals unterschreitet ein Fehlerstatus aktiviert wird und in dem Fall, in dem die Temperaturdifferenz ΔTH den vorgegebenen Grenzwert einmal oder wiederholt mit einer vorgegebenen Anzahl unterschreitet, der Kompressionskältekreis abgeschaltet wird.
  2. Verfahren zum Überwachen eines Kompressionskältekreises nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kondensator (2) und der Drossel (3) die Primärseite eines internen Wärmetauschers (5) und zwischen dem Verdampfer (4) und dem Verdichter (1) die Sekundärseite des internen Wärmetauschers (5) angeordnet sind.
  3. Verfahren zum Überwachen eines Kompressionskältekreises nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur TH zwischen dem Kondensator (2) und dem internem Wärmetauscher (5) oder zwischen dem internem Wärmetauscher (5) und der Drossel (3) gemessen werden kann.
  4. Verfahren zum Überwachen eines Kompressionskältekreises mit zumindest einem Verdichter (1), einem Kondensator (2), einer Drossel (3) und einem Verdampfer (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Druck auf der Niederdruckseite pL erfasst wird, die Taupunktstemperatur T"L auf der Niederdruckseite zwischen Drossel (3) und Verdichter (1) als Funktion des Druck auf der Niederdruckseite pL und des Kältemittels berechnet wird, die Temperatur TL zwischen Verdampfer (4) und Verdichter (1) erfasst wird, die Temperaturdifferenz ΔTL zwischen TL und T"L gebildet wird und in dem Fall, in dem die Temperaturdifferenz ΔTL einen vorgegebenen Grenzwert erstmals unterschreitet beziehungsweise überschreitet ein Fehlerstatus aktiviert wird und in dem Fall, in dem die Temperaturdifferenz ΔTL den vorgegebenen Grenzwert einmal oder wiederholt mit einer vorgegebenen Anzahl unterschreitet beziehungsweise überschreitet, der Kompressionskältekreis abgeschaltet wird.
  5. Verfahren zum Überwachen eines Kompressionskältekreises nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kondensator (2) und der Drossel (3) die Primärseite eines internen Wärmetauschers (5) und zwischen dem Verdampfer (4) und dem Verdichter (1) die Sekundärseite des internen Wärmetauschers (5) angeordnet sind.
  6. Verfahren zum Überwachen eines Kompressionskältekreises nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur TL zwischen dem internem Wärmetauscher (5) und dem Verdichter (1) oder zwischen dem Verdampfer (4) und dem internem Wärmetauscher (5) gemessen werden kann.
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