EP3244142A1 - Verfahren zum betreiben und enteisen eines modularen kühlsystems - Google Patents

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EP3244142A1
EP3244142A1 EP17167970.7A EP17167970A EP3244142A1 EP 3244142 A1 EP3244142 A1 EP 3244142A1 EP 17167970 A EP17167970 A EP 17167970A EP 3244142 A1 EP3244142 A1 EP 3244142A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
evaporator
refrigeration
cooling
evaporation temperature
module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP17167970.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dominik Radler
Florian Schilling
Filip KITANOSKI
Andreas Presetschnik
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Liebherr Transportation Systems GmbH and Co KG
Original Assignee
Liebherr Transportation Systems GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Liebherr Transportation Systems GmbH and Co KG filed Critical Liebherr Transportation Systems GmbH and Co KG
Publication of EP3244142A1 publication Critical patent/EP3244142A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B47/00—Arrangements for preventing or removing deposits or corrosion, not provided for in another subclass
    • F25B47/02—Defrosting cycles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B25/00—Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00
    • F25B25/005—Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00 using primary and secondary systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F25B39/02—Evaporators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B5/00—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity
    • F25B5/02—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity arranged in parallel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/01—Heaters

Definitions

  • the present invention relates to a method of operating a modular cooling system and to a method of deicing a modular cooling system.
  • Cooling systems particularly those for a transport unit such as a refrigerated semi-trailer or a refrigerated transport container, typically include a refrigeration circuit module capable of cooling and dehumidifying the air of a compartment to be conditioned.
  • Conventional refrigeration systems only include a refrigeration module to cool the air of a room to be conditioned.
  • a refrigeration module to cool the air of a room to be conditioned.
  • an efficient defrosting process is an essential feature.
  • This problem is particularly critical for cooling systems for transport refrigeration systems, as when cooling a trailer, a refrigerated semitrailer or a refrigerated transport container of the space to be cooled initially has a temperature and humidity that corresponds to those of the ambient conditions. Therefore, a large amount of condensate or ice accumulates on the evaporator and the problems described above occur.
  • a first of the two cooling circuit modules is operated so that adjusts an evaporator of the corresponding cooling circuit module, a first refrigerant evaporation temperature, and a second of the at least two cooling circuit modules is operated so that a second refrigerant evaporation temperature is established at an evaporator of the corresponding cooling circuit module.
  • the method is characterized in that the first refrigerant evaporation temperature of the first cooling circuit module is different from the second refrigerant evaporation temperature of the second cooling circuit module.
  • the first refrigerant evaporation temperature of the first refrigeration circuit module is below a dew / frost point or at the dew / frost point of an air to be conditioned by the refrigeration system
  • the second refrigerant evaporation temperature of the second refrigeration module is above the dew / frost point of the air to be conditioned.
  • the refrigeration circuit module whose refrigerant evaporation temperature is below or at the dew / frost point of the air to be conditioned, extracts moisture from this air by condensing or resublimating the water dissolved in the air.
  • the other refrigerant circuit module whose refrigerant evaporation temperature is located above the dew / ripening point of the air to be conditioned may also contribute to cooling down the air to be conditioned, no or little water of the air to be conditioned will condense or resublimate at the evaporator.
  • the refrigerant evaporation temperature of a refrigerant circuit preferably a refrigerant circuit
  • the refrigerant evaporation temperature of the at least one other refrigerant circuit is then selected to be higher by a certain temperature difference.
  • the refrigerant evaporation temperature is adjusted according to the methods described above, so that the required trailer temperature can be achieved.
  • the advantage here is that a large part of the moisture in the air can be deposited in liquid form, which positively influences the dehumidification process.
  • the at least two separate cooling circuit modules of the cooling system may be expedient to operate a part of the at least two cooling circuit modules with a significantly lower refrigerant evaporation temperature than the other part of the at least two refrigeration circuit modules.
  • the refrigerant evaporation temperature is below or at the triple point of water, so that although the ice formation on the refrigerant circuit module with the much lower refrigerant evaporation temperature increases, the other modules with the moderate compared to moderate refrigerant evaporation temperature, however, significantly less or not at all.
  • the at least two separate cooling circuit modules of the cooling system may also be expedient to operate all the cooling circuit modules with different refrigerant evaporation temperature above the triple point of water in order to avoid as much water as possible deposit.
  • the different refrigerant evaporation temperatures cause a different amount of condensate in the refrigeration circuit modules.
  • the refrigerant evaporation temperatures can be selectively varied between the individual cooling circuit modules for optimized condensate drainage.
  • the temperature difference between the first evaporation temperature and the second evaporation temperature is greater than 2 ° K, preferably greater than 4 ° K, and more preferably greater than 6 ° K.
  • the temperature difference becomes preferably determined between two active evaporators of separate cooling circuit modules. It would pass the invention to determine the temperature difference from an active evaporator to an inactive evaporator.
  • this function can also take over the installed for defrosting the evaporator heating element of a refrigeration module, which is not operated in the dehumidifying operation.
  • it can be provided here to arrange the heating element on a fan for blowing in the air in a space to be conditioned by the cooling system, preferably in the form of a foil in the fan housing or in the form of heating rods in front of a fan suction.
  • each of the refrigeration circuit modules comprises an evaporator, a condenser and a compressor.
  • the present invention includes a method for deicing a modular refrigeration system comprising at least two separate refrigerant modules, wherein the refrigeration system has been operated according to one of the methods described above such that a first refrigeration module has ice formation at its evaporator and a second refrigeration circuit module has no ice formation or much less ice formation compared to the first cooling circuit module, wherein the iced first cooling circuit module is subjected to a de-icing process while the other can continue to cool.
  • a first refrigeration circuit module of the refrigeration system comprising at least two refrigeration modules has ice formation on its evaporator, while during further operation of the second refrigeration module the compressor of the frozen first refrigeration module is stopped to stop the refrigeration cycle, a heating element of the frozen first Refrigeration circuit module is started to melt the ice formation on the associated evaporator, and after a certain period of time, the heating element is switched off and the compressor is restarted.
  • a fan of the first refrigeration module in operation to apply a residual moisture of the evaporator with an air flow and to dry them, this is preferably done during a heating state of the heating element.
  • the previously iced refrigerant circuit module is not already put into operation again when there is no more ice on the evaporator, but first with the help dried air flow. This prevents any remaining water droplets on the evaporator from immediately icing again and leading to accelerated icing of the evaporator. The resumption therefore takes place only after an air flow has dried the evaporator, so that any water droplets adhering to the evaporator have been dried.
  • the impingement of the ice-free evaporator with an air flow can be carried out during an active heating state of the heating element in order to achieve a faster drying of the evaporator. This is optional.
  • a fan of the first cooling circuit module is in an inactive state, and only returns to the active state when Evaporator has fallen below a preset temperature threshold to prevent the distribution of hot air. Accordingly, the fan is not already active when the heating element for melting the evaporator is turned off and the associated compressor is restarted, but remains in an active state until the evaporator has reached a certain level of cold. If the fan were started simultaneously with the compressor, this would bring in too warm air in the room to be conditioned.
  • the certain amount of time before the heater is turned off and the compressor is restarted is determined by a de-icing detection that detects a icing condition of the evaporator by measuring a differential pressure generated due to an airflow passing through the evaporator.
  • the air flow to determine the differential pressure is generated by a fan of the refrigeration module, preferably the defrost detection closes when a predetermined differential pressure is exceeded on a iced evaporator and closes when falling below the predetermined differential pressure on a deistered evaporator. This will detect when an evaporator is completely de-iced.
  • the heating element is switched off and the compressor is restarted in a judgment of the de-icing detection on a deistered evaporator.
  • the cooling system may be a cooling system for a transport unit, in particular for a refrigerated semitrailer, a refrigerated trailer or a refrigerated transport container.
  • Fig. 1 shows a schematic overview of the modular cooling system 1, which cooperates in the figure with a refrigerated semi-trailer 10.
  • the modular cooling system 1 is connected to the refrigerated semitrailer 10 in such a way that this initiates conditioned air from the modular cooling system and removes the air to be conditioned therefrom.
  • Each of these cooling circuit modules 2, 3, 4 each has a compressor 7, a condenser 6, a throttle 9 and an evaporator 5.
  • the from the semi-trailer 10 to Conditioning air is passed through the evaporator 5 and cools down. If the temperature of the evaporator 5 is below the dew / ripening point of the condition to be conditioned Air, condenses also a part of the water contained in the air at the evaporator 5.
  • the cooled and possibly moisture-reduced air is then transported by means of a fan 8 in the interior of the semitrailer 10.
  • the fan 8 not only ensures that the conditioned air is injected but also that the air to be conditioned is drawn from the semitrailer 10. This creates a cycle in which the air of the semitrailer can be cooled down continuously to a certain cooling temperature or kept thereon ,
  • Fig. 2 shows a flow diagram for defrosting a modular cooling system. After an iced evaporator is detected in S1, the fans and compressors of the associated refrigeration circuit module are stopped in S2. Subsequently, a heating element is activated in S3, which ensures a melting of the ice layer to the compressor.
  • step S4 After waiting for a certain period of time in the Fig. 2 with t_Defrost, the heating element is deactivated in step S4. Following this, the fan is started at a defined rotational speed, as indicated in step S5.
  • step S6 Based on the defined air flow passing through the evaporator, it is possible to determine a pressure drop in step S6.
  • step S7 it is checked whether the pressure drop is less than a predetermined pressure drop value. If this is not the case, it is assumed that the icing of the evaporator has not been completely melted off. Then, a branch is made to step S8 and a counter is implemented by one count. If the counter reaches a predetermined value (n, ref), it is decided in step S9 to stop the process and to conclude that the evaporator is in a non-icing state (S10). Otherwise, a branch is made in step S3 and the heating element is reactivated to resume melting of the ice to the evaporator.
  • step S7 branching is made from step S7 to step S11 and a certain period of time is waited until the compressor and the fans of the one refrigeration circuit module are restarted in step S12.
  • Fig. 3 shows a simplified embodiment of the method for deicing a refrigeration module.
  • the fans and the compressor or compressors of the refrigeration circuit module are also stopped (S2).
  • the heating element is activated in S3 and maintained for a certain period of time (t_Defrost).
  • the heating element is deactivated before in S5 the fan is started at a predefined rotational speed.
  • a pressure drop at the evaporator is measured with the aid of the air flow generated by the fan (S6), which is subjected in S7 to a comparison with a preset pressure value.
  • step S13 If the measured pressure dp is smaller than a preset pressure value dp, branching is made to step S13 and the compressor of the refrigeration circuit module is started. If this is not the case, a branch is made in step S3 and the heating element is reactivated.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines modularen Kühlsystems, das zwei voneinander separate Kältekreismodule umfasst, wobei in dem Verfahren: ein erstes der zwei Kältekreismodule so betrieben wird, dass sich an einem Verdampfer des entsprechenden Kältekreismoduls eine erste Verdampfungstemperatur einstellt, und ein zweites der zwei Kältekreismodule so betrieben wird, dass sich an einem Verdampfer des entsprechenden Kältekreismoduls eine zweite Verdampfungstemperatur einstellt, wobei die erste Verdampfungstemperatur des ersten Kältekreismoduls von der zweiten Verdampfungstemperatur des zweiten Kältekreismoduls verschieden ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines modularen Kühlsystems sowie wie ein Verfahren zum Enteisen eines modularen Kühlsystems.
  • Kühlsysteme, insbesondere solche für eine Transporteinheit wie einen Kühl-Sattelauflieger oder einen Kühltransportcontainer weisen typischerweise ein Kältekreismodul auf, das dazu in der Lage ist, die Luft eines zu konditionierenden Raums herabzukühlen und zu entfeuchten.
  • Herkömmliche Kühlsysteme umfassen lediglich ein Kältekreismodul um die Luft eines zu konditionierenden Raums zu kühlen. Insbesondere bei Kühlsystemen, die in Transportkälteanlagen eingesetzt werden, beispielsweise einem Kühl-Sattelauflieger, einem Kühlanhänger oder einem Kühltransportcontainer, ist ein effizienter Abtauvorgang (sogenannter Defrost-Mode) ein wesentliches Charakteristikum. Da bei Türöffnungen des zu konditionierenden Raums zum Entnehmen bzw. Einbringen von Waren warme und feuchte Umgebungsluft und bei einem Beladen mit feuchtem Ladegut eine gewisse Menge an Wasser in den zu konditionierenden Raum eingebracht wird, bildet sich mit fortdauerndem Betrieb des Kältekreises typischerweise eine Eisschicht am Verdampfer. Diese Eisschicht führt zu einem verringerten Luftdurchsatz, sodass für einen gleichbleibenden Luftdurchsatz die Leistungsaufnahme von Lüftern erhöht werden muss. Darüber hinaus vermindert die an dem Verdampfer vorhandene Eisschicht den Wärmeübergangskoeffizienten zwischen dem in dem Verdampfer strömenden Kältemittel und der den Verdampfer umgebenden Luft, was zu einer Effizienzverminderung beim Wärmeübertrag zwischen Kältemittel und Luft führt.
  • Diese Problematik ist insbesondere bei Kühlsystemen für Transportkälteanlagen kritisch, da beim Abkühlen eines Trailers, eines Kühl-Sattelaufliegers bzw. eines Kühltransportcontainers der zu kühlende Raum anfangs eine Temperatur und eine Luftfeuchtigkeit aufweist, die denen der Umgebungsbedingungen entspricht. Von daher fällt eine große Menge an Kondensat bzw. Eis am Verdampfer an und es kommt zu den vorstehend beschriebenen Problemen.
  • Um einen einmal vereisten Verdampfer zu enteisen und ihn in den energetisch vorteilhaften Zustand von Eisfreiheit zu bringen, ist es bei am Markt erhältlichen Geräten üblich, während der Enteisung den Kältekreis in umgekehrter Richtung zu betreiben und den Verdampfer dadurch mit Heißgas abzutauen. Alternativ kann der Kältekreis ausgeschalten und mit Hilfe von Heizstäben das Eis am Verdampfer abgeschmolzen werden. Nachteilig hieran ist, dass durch das Unterbrechen der Kälteleistung und den zusätzlichen Wärmeeintrag durch die Heizstäbe oder das Heißgas die Raumtemperatur des eigentlich zu konditionierenden Raums angehoben wird, sodass während dieser Phase der beabsichtigte Zweck des Kühlsystems zum Kühlen eines Raums und der darin angeordneten Waren nicht durchgeführt werden kann.
  • Es ist daher das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu entwickeln, um während eines Entfeuchtungs- oder Enteisungsvorgangs die Einsatzbereitschaft des Kühlsystems aufrecht zu erhalten.
  • Dies gelingt mit dem Verfahren nach Anspruch 1. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines modularen Kühlsystems, das mindestens zwei voneinander separate Kältekreismodule umfasst, wird ein erstes der zwei Kältekreismodule so betrieben, dass sich an einem Verdampfer des entsprechenden Kältekreismoduls eine erste Kältemittelverdampfungstemperatur einstellt, und ein zweites der mindestens zwei Kältekreismodule wird so betrieben, dass sich an einem Verdampfer des entsprechenden Kältekreismoduls eine zweite Kältemittelverdampfungstemperatur einstellt. Das Verfahren kennzeichnet sich dadurch aus, dass die erste Kältemittelverdampfungstemperatur des ersten Kältekreismoduls von der zweiten Kältemittelverdampfungstemperatur des zweiten Kältekreismoduls verschieden ist.
  • Dem Fachmann ist klar, dass das vorliegende Verfahren zum Betreiben eines modularen Kühlsytems nicht auf solche Kühlsysteme beschränkt ist, die genau zwei separate Kältekreismodule umfassen, sondern auch mit solchen Kühlsystemen durchführbar ist, die mindestens zwei separate Kältekreismodule aufweisen.
  • Vorzugsweise ist vorgesehen, die Kältemittelverdampfungstemperatur zwischen den zwei Kältekreisen nur an aktiven Kältekreisen zu bestimmen.
  • Durch das Vorsehen von zwei zueinander verschiedenen Kältemittelverdampfungstemperaturen der mindestens zwei Kältekreismodule ist es möglich, eine besonders effektive Luftentfeuchtung mit dem modularen Kühlsystem während eines laufenden Betriebs durchzuführen. So kann bei diesem Verfahren vorgesehen sein, eines oder mehrere Kältekreismodule so zu betreiben, dass die Kältemittelverdampfungstemperatur dieser Module deutlich unter der Kältemittelverdampfungstemperatur der übrigen Kältekreismodule liegt.
  • Vorzugsweise liegt die erste Kältemittelverdampfungstemperatur des ersten Kältekreismoduls unterhalb eines Tau-/Reifpunktes oder auf dem Tau-/Reifpunkt einer durch das Kühlsystem zu konditionierenden Luft, und die zweite Kältemittelverdampfungstemperatur des zweiten Kältekreismoduls liegt oberhalb des Tau-/Reifpunktes der zu konditionierenden Luft. Das Kältekreismodul, dessen Kältemittelverdampfungstemperatur unterhalb bzw. auf dem Tau-/Reifpunkt der zu konditionierenden Luft liegt, entzieht dieser Luft Feuchtigkeit indem das in der Luft gelöste Wasser kondensiert bzw. resublimiert. Das andere Kältekreismodul, dessen Kältemittelverdampfungstemperatur oberhalb des Tau-/Reifpunkts der zu konditionierenden Luft angeordnet ist, kann zwar auch zu einem Herabkühlen der zu konditionierenden Luft beitragen, jedoch wird an dem Verdampfer kein oder nur wenig Wasser der zu konditionierenden Luft kondensieren bzw. resublimieren. So ist es prinzipiell möglich, die verschiedenen Kältekreismodule unterschiedlich aufzubauen, sodass diese sehr gut eine erhöhte Menge an Kondensat abführen können, wohingegen die anderen dahingehend gestaltet werden können, dass diese nur für eine geringe Menge an anfallenden Kondensat ausgestattet sein müssen.
  • Ist es erforderlich, den Trailer bzw. Kühlsattelauflieger von einer Temperatur, die höher als die Tripelpunktstemperatur von Wasser ist, abzusenken, kann es von Vorteil sein, die Kältemittelverdampfungstemperatur eines Kältekreises, vorzugsweise eines Kältekreises, der so dimensioniert ist, dass er eine erhöhte Flüssigkeitsmenge abführen kann, so einzustellen, dass die Luft beim Durchströmen des Verdampfers dieses Kältekreises die Tripelpunktstemperatur von Wasser nicht unterschreitet. Die Kältemittelverdampfungstemperatur des mindestens einen anderen Kältekreises wird dann um eine gewisse Temperaturdifferenz höher gewählt. Sobald die Temperatur der angesaugten Luft -des zu konditionierenden Raumes- über eine gewisse Zeitdauer konstant knapp oberhalb der Tripelpunktstemperatur liegt, wird die Kältemittelverdampfungstemperatur nach den oben beschriebenen Verfahren eingestellt, damit die geforderte Trailertemperatur erreicht werden kann. Der Vorteil liegt hierbei daran, dass dadurch ein großer Teil der Feuchtigkeit in der Luft in flüssiger Form abgeschieden werden kann was den Entfeuchtungsprozess positiv beeinflusst.
  • Ist es erforderlich, die mindestens zwei voneinander separaten Kältekreismodule des Kühlsystems gleichzeitig zu betreiben, beispielsweise beim Herunterkühlen eines Transportcontainers oder eines Trailers, kann es zielführend sein, einen Teil der mindestens zwei Kältekreismodule mit einer deutlich geringeren Kältemittelverdampfungstemperatur zu betreiben als den anderen Teil der mindestens zwei Kältekreismodule. Typischerweise liegt dann die Kältemittelverdampfungstemperatur unterhalb oder auf dem Tripelpunkt von Wasser, sodass sich die Eisbildung auf dem Kältekreismodul mit der deutlich geringeren Kältemittelverdampfungstemperatur zwar erhöht, die anderen Module mit der dazu im Vergleich moderaten Kältemittelverdampfungstemperatur jedoch deutlich weniger oder gar nicht vereisen.
  • Ist es erforderlich, die mindestens zwei voneinander separaten Kältekreismodule des Kühlsystems gleichzeitig zu betreiben, beispielsweise beim Herunterkühlen eines Transportcontainers oder eines Trailers, kann es auch zielführend sein, alle Kältekreismodule mit unterschiedlicher Kältemittelverdampfungstemperatur oberhalb des Tripelpunktes von Wasser zu betreiben, um möglichst viel Wasser ohne Reifbildung abzuscheiden. Die unterschiedlichen Kältemittelverdampfungstemperaturen bewirken einen unterschiedlichen Kondensatanfall in den Kältekreismodulen. Die Kältemittelverdampfungstemperaturen können zum optimierten Kondensatabfluss gezielt zwischen den einzelnen Kältekreismodulen variiert werden.
  • Nach einer weiteren optionalen Modifikation der Erfindung ist die Temperaturdifferenz zwischen erster Verdampfungstemperatur und zweiter Verdampfungstemperatur größer 2°K, vorzugsweise größer 4°K und bevorzugter Weise größer 6°K. Dabei wird die Temperaturdifferenz vorzugsweise zwischen zwei aktiven Verdampfern von voneinander separaten Kältekreismodulen bestimmt. Es würde der Erfindung vorbeigehen, die Temperaturdifferenz von einem aktiven Verdampfer zu einem inaktiven Verdampfer zu bestimmen.
  • Gemäß einer weiteren Fortbildung des Verfahrens ist vorgesehen, wenn durch das Betreiben des modularen Kühlsystems zu viel Kälteleistung abgegeben wird und ein Unterschreiten eines gewünschten Temperaturbereichs eines zu kühlenden Raums droht, ein Heizelement hinzuzuschalten, um die überschüssige Kälteleistung auszugleichen. Da eine Entfeuchtung einer zu konditionierenden Luft umso rascher von statten geht, je größer der Temperaturunterschied des Verdampfers bezüglich des Tau-/Reifpunkts der zu konditionierenden Luft ist, ist es für die Entfeuchtung sinnvoller, eine über das gewünschte Maß abgekühlte Luft mittels eines Heizelements zu erhitzen und nicht - wie man reflexhaft annehmen würde - die Kälteleistung des modularen Kühlsystems zu reduzieren. Durch dieses Verfahren wird eine besonders effektive Entfeuchtung der zu konditionierenden Luft durch das modulare Kühlsystem vorgenommen und dabei gleichzeitig der einzuhaltende Temperaturkorridor der zu konditionierenden Luft eingehalten.
  • Vorzugsweise kann diese Funktion auch das für das Abtauen der Verdampfer installierte Heizelement eines Kältemoduls übernehmen, welches nicht im Entfeuchtungsbetrieb betrieben wird. Alternativ oder in Addition kann hierbei vorgesehen sein, das Heizelement an einen Lüfter zum Einblasen der Luft in einen durch das Kühlsystem zu konditionierenden Raum anzuordnen, vorzugsweise in Form einer Folie im Lüftergehäuse oder in Form von Heizstäben vor einer Lüfteransaugung.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst jedes der Kältekreismodule einen Verdampfer, einen Verflüssiger und einen Kompressor.
  • Des Weiteren umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Enteisen eines modularen Kühlsystems, das mindestens zwei voneinander separate Kältekreismodule umfasst, wobei das Kühlsystem gemäß einem der vorstehend beschriebenen Verfahren betrieben worden ist, sodass ein erstes Kältekreismodul eine Eisbildung an seinem Verdampfer aufweist, und ein zweites Kältekreismodul, keine Eisbildung oder eine im Vergleich zum ersten Kältekreismodul sehr viel geringere Eisbildung aufweist, wobei das vereiste erste Kältekreismodul einem Enteisungsvorgang unterzogen wird, während das andere weiterkühlen kann.
  • Dadurch ist es möglich, dem bestimmungsgemäßen Hauptzweck des Kühlsystems weiter nachzukommen, obwohl mindestens eines der mindestens zwei Kältekreismodule einem Enteisungsvorgang unterzogen wird. Ausfallzeiten, die typischerweise zum Enteisen eines Kühlsystems eingeplant werden müssen, entfallen dadurch. Dies führt zu einem besonders ressourcenschonenden Betrieb des Kühlsystems, der eine Vielzahl von mit einem Deaktivieren des Kühlsystems in Verbindung stehenden Arbeitsschritten überflüssig macht.
  • Gemäß einer optionalen Modifikation der Erfindung weist ein erstes Kältekreismodul des mindestens zwei Kältekreismodule umfassenden Kühlsystems eine Eisbildung an seinen Verdampfer auf, wobei während eines Weiterbetreibens des zweiten Kältekreismoduls der Kompressor des vereisten ersten Kältekreismoduls gestoppt wird, um den Kältekreis zu stoppen, ein Heizelement des vereisten ersten Kältekreismoduls gestartet wird, um die Eisbildung am zugehörigen Verdampfer abzuschmelzen, und nach einer gewissen Zeitdauer das Heizelement abgeschaltet und der Kompressor wieder gestartet wird.
  • Aufgrund der unterschiedlichen Kältemittelverdampfungstemperatur der mehreren Kältekreismodule ist es in Folge typischerweise nur notwendig, dasjenige Kältekreismodul abzutauen, dessen Kältemittelverdampfungstemperatur am niedrigsten war. Der Kühlbetrieb durch das Kühlsystem kann dabei kontinuierlich weitergeführt werden. Im Gegensatz dazu ist dies nicht möglich, wenn sämtliche Kältekreismodule bei annähernd derselben Kältemittelverdampfungstemperatur betrieben worden sind, da dann auch alle Kältekreismodule in ähnlicher Weise vereisen und fast gleichzeitig abgetaut werden müssen. Das gleichzeitige Abtauen der mehreren Kältekreismodule würde jedoch zu einem Anstieg der Lufttemperatur in dem zu konditionierenden Raum führen, was zur Folge hätte, dass die typischerweise auf einem konstanten Niveau zu lagernden Kühlwaren nicht in dem durch das Kühlsystem zu konditionierenden Raum verbleiben können.
  • Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, vor dem erneuten Starten des gestoppten Prozessors einen Lüfter des ersten Kältekreismoduls in Betrieb zu nehmen, um eine Restfeuchtigkeit des Verdampfers mit einer Luftströmung zu beaufschlagen und diese abzutrocknen, vorzugsweise erfolgt dies während eines Heizzustands des Heizelements.
  • Das vormals vereiste Kältekreismodul wird nicht bereits dann wieder in Betrieb genommen, wenn keine Eisschicht mehr an dem Verdampfer vorhanden ist, sondern zuerst mit Hilfe einer Luftströmung getrocknet. Dadurch wird verhindert, dass evtl. noch vorhandene Wassertropfen an dem Verdampfer gleich wieder vereisen und zu einer beschleunigten Vereisung des Verdampfers führen. Die Wiederaufnahme erfolgt demnach erst, nachdem eine Luftströmung den Verdampfer getrocknet hat, sodass evtl. an dem Verdampfer haftende Wassertröpfchen getrocknet worden sind. Das Beaufschlagen des eisfreien Verdampfers mit einer Luftströmung kann dabei während eines aktiven Heizzustands des Heizelements vorgenommen werden, um ein schnelleres Trocknen des Verdampfers zu erreichen. Dies ist jedoch optional.
  • Gemäß einer weiteren Fortbildung der Erfindung ist nach dem Verstreichen der gewissen Zeitdauer während der das Heizelement des vereisten ersten Kältekreismoduls das Eis am Verdampfer abschmilzt, ein Lüfter des ersten Kältekreismoduls in einem inaktiven Zustand, und geht erst dann wieder in den aktiven Zustand über, wenn der Verdampfer einen voreingestellten Temperaturschwellenwert unterschritten hat, um ein Verteilen von Warmluft zu unterbinden. Der Lüfter wird demnach nicht bereits dann aktiv, wenn das Heizelement zum Abschmelzen des Verdampfers abgeschaltet und der zugehörige Kompressor wieder gestartet wird, sondern verbleibt solange in einem aktiven Zustand, bis der Verdampfer ein bestimmtes Kälteniveau erreicht hat. Würde der Lüfter gleichzeitig mit dem Kompressor gestartet werden, würde dies eine zu warme Luft in den zu konditionierenden Raum einbringen.
  • Vorzugsweise wird die gewisse Zeitdauer bevor das Heizelement abgeschaltet und der Kompressor wieder gestartet wird mit einer Enteisungserkennung bestimmt, die über das Messen eines Differenzdrucks, der aufgrund eines den Verdampfer durchströmenden Luftstroms erzeugt wird, einen Vereisungszustand des Verdampfers erkennt.
  • Dabei ist möglich, dass der Luftstrom zum Ermitteln des Differenzdrucks durch einen Lüfter des Kältekreismoduls erzeugt wird, wobei vorzugsweise die Enteisungserkennung bei Überschreiten eines vorbestimmten Differenzdrucks auf einen vereisten Verdampfer schließt und bei Unterschreiten des vorbestimmten Differenzdrucks auf einen enteisten Verdampfer schließt. Dadurch wird erkannt, wann ein Verdampfer vollständig enteist ist.
  • Des Weiteren könnte sich hier eine Fehlerdiagnose anschließen, die bei einem mehrmaligen Überschreiten des Differenzdrucks und einem über einem bestimmten Zeitraum fortgesetzten Abtauvorgang des Verdampfers schließt, dass der Verdampfer auf eine andere Weise blockiert ist.
  • Gemäß einer weiteren optionalen Modifikation der Erfindung wird bei einem Urteil der Enteisungserkennung auf einen enteisten Verdampfer das Heizelement abgeschaltet und der Kompressor wieder gestartet.
  • Die hier verwendeten Begriffe wie Eisbildung und Enteisung beinhalten auch Reifbildung.
  • Gemäß der Erfindung kann das Kühlsystem ein Kühlsystem für eine Transporteinheit, insbesondere für einen Kühl-Sattelauflieger, einen Kühlanhänger oder einen Kühltransportcontainer sein.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile werden anhand der nachfolgen diskutierten Zeichnungen deutlich. Es zeigen:
    • Fig. 1: ein Schema des modularen Kühlsystems zum Konditionieren eines Innenraums eines Kühl-Sattelauflegers,
    • Fig. 2: ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
    • Fig. 3: eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Übersicht des modularen Kühlsystems 1, das in der Figur mit einem Kühl-Sattelauflieger 10 zusammenwirkt. Das modulare Kühlsystem 1 ist dabei so an dem Kühl-Sattelauflieger 10 angeschlossen, dass dies von dem modularen Kühlsystem konditionierte Luft in diesen einleitet und die zu konditionierende Luft aus diesem entnimmt.
  • Das modulare Kühlsystem 1 umfasst gemäß der Zeichnung drei voneinander separate Kältekreismodule 2, 3, 4. Jedes dieser Kältekreismodule 2, 3, 4 besitzt je einen Kompressor 7, einen Verflüssiger 6, eine Drossel 9 und einen Verdampfer 5. Die aus dem Sattelauflieger 10 zu konditionierende Luft wird dabei über den Verdampfer 5 geführt und kühlt ab. Liegt die Temperatur des Verdampfers 5 unterhalb des Tau-/Reifpunkts der zu konditionierenden Luft, kondensiert auch ein Teil des in der Luft enthaltenen Wassers an dem Verdampfer 5. Die abgekühlte und evtl. feuchtigkeitsreduzierte Luft wird dann mit Hilfe eines Lüfters 8 in das Innere des Sattelaufliegers 10 befördert. Der Lüfter 8 sorgt nicht nur für ein Einblasen der konditionierten Luft sondern auch für ein Ansaugen der zu konditionierenden Luft aus dem Sattelauflieger 10. Damit entsteht ein Kreislauf, in dem die Luft des Sattelaufliegers kontinuierlich auf eine gewisse Kühltemperatur heruntergekühlt bzw. auf dieser gehalten werden kann.
  • Fig. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm zum Enteisen eines modularen Kühlsystems. Nachdem in S1 ein vereister Verdampfer festgestellt wird, werden in S2 die Lüfter und die Kompressoren des zugehörigen Kältekreismoduls gestoppt. Anschließend wird in S3 ein Heizelement aktiviert, das für ein Abschmelzen der Eisschicht an den Verdichter sorgt.
  • Nach dem Abwarten einer bestimmten Zeitspanne, die in Fig. 2 mit t_Defrost gekennzeichnet ist, wird das Heizelement in Schritt S4 deaktiviert. Im Anschluss daran wird der Lüfter bei einer definierten Umdrehungsgeschwindigkeit gestartet, wie dies im Schritt S5 gekennzeichnet ist.
  • Anhand des definierten Luftstroms, der durch den Verdampfer hindurch tritt, ist es möglich, einen Druckabfall im Schritt S6 zu bestimmen.
  • In S7 wird geprüft, ob der Druckabfall kleiner als ein vorbestimmter Druckabfallwert ist. Ist dies nicht der Fall, wird davon ausgegangen, dass die Vereisung des Verdampfers nicht vollständig abgeschmolzen worden ist. Dann wird zu dem Schritt S8 verzweigt und ein Zähler um einen Zählerstand implementiert. Erreicht der Zähler einen vorbestimmten Wert (n,ref) so wird im Schritt S9 entschieden, das Verfahren abzubrechen und auf einen nicht von einer Vereisung herrührenden Fehlzustand des Verdampfers zu schließen (S10). Andernfalls wird in dem Schritt S3 verzweigt und das Heizelement wird erneut aktiviert, um ein Abschmelzen des Eises an den Verdampfer erneut aufzunehmen.
  • Ist jedoch der Druckabfall zu den beiden Strömungsseiten des Verdampfers ausreichend gering, wird ausgehend vom Schritt S7 in den Schritt S11 verzweigt und eine bestimmte Zeitspanne abgewartet bis im Schritt S12 der Verdichter und die Lüfter des einen Kältekreismoduls erneut gestartet werden.
  • Fig. 3 zeigt eine vereinfachte Ausführungsform des Verfahrens zum Enteisen eines Kältekreismoduls. Hier werden nach dem Erkennen eines vereisten Verdampfers in S1 ebenfalls die Lüfter und der Verdichter oder die Verdichter des Kältekreismoduls gestoppt (S2). Im Anschluss daran wird das Heizelement in S3 aktiviert und für eine bestimmte Zeitspanne (t_Defrost) aufrechterhalten. In S4 wird das Heizelement deaktiviert, bevor in S5 der Lüfter bei einer vordefinierten Umdrehungsgeschwindigkeit gestartet wird. Dabei wird mit Hilfe des durch den Lüfter erzeugten Luftstroms ein Druckabfall am Verdampfer gemessen (S6), der in S7 einem Vergleich mit einem voreingestellten Druckwert unterzogen wird. Ist der gemessene Druck dp kleiner einem voreingestellten Druckwert dp wird in den Schritt S13 verzweigt und der Kompressor des Kältekreismoduls gestartet. Ist dies nicht der Fall wird in dem Schritt S3 verzweigt und das Heizelement erneut aktiviert.
  • Nach dem Starten des Kompressors in S13 wird für eine bestimmte Zeitspanne t_Cooldown nur der Kompressor betrieben, bevor in S14 der Lüfter zugeschaltet wird und eine konditionierte Luft in den zu kühlenden Raum einbringen kann. Vorteilhaft an dem getrennten Zuschalten von Kompressor und Lüfter ist der Umstand, nach dem ein sofortiges Zuschalten des Lüfter zusammen mit dem Kompressor nicht zu einem Abkühlen des zu konditionierenden Raums führen würde. Dies erfolgt erst nachdem der Kompressor für einige Zeit betrieben worden ist, und der Verdampfer auf eine entsprechende Temperatur heruntergekühlt worden ist.

Claims (16)

  1. Verfahren zum Betreiben eines modularen Kühlsystems (1), das mindestens zwei voneinander separate Kältekreismodule (2, 3, 4) umfasst, wobei in dem Verfahren:
    ein erstes der mindestens zwei Kältekreismodule (2, 3, 4) so betrieben wird,
    dass sich an einem Verdampfer (5) des entsprechenden Kältekreismoduls (2, 3, 4) eine erste Kältemittelverdampfungstemperatur einstellt, und
    ein zweites der mindestens zwei Kältekreismodule (2, 3, 4) so betrieben wird,
    dass sich an einem Verdampfer (5) des entsprechenden Kältekreismoduls (2, 3, 4) eine zweite Kältemittelverdampfungstemperatur einstellt,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die erste Kältemittelverdampfungstemperatur des ersten Kältekreismoduls (2, 3, 4) von der zweiten Kältemittelverdampfungstemperatur des zweiten Kältekreismoduls (2, 3, 4) verschieden ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei
    die erste Kältemittelverdampfungstemperatur unterhalb eines oder auf einem Tau-/Reifpunkt einer durch das Kühlsystem (1) zu konditionierenden Luft liegt, und
    die zweite Kältemittelverdampfungstemperatur oberhalb des Tau-/Reifpunkts der zu konditionierenden Luft liegt.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei einem Absenken einer Luftemperatur, die größer als die Tripelpunktstemperatur von Wasser ist, die Kältemittelverdampfungstemperatur eines Kältekreises, vorzugsweise eines Kältekreises, der so dimensioniert ist, dass er eine erhöhte Flüssigkeitsmenge abführen kann, so eingestellt wird, dass die Luft beim Durchströmen des Verdampfers dieses Kältekreises die Tripelpunktstemperatur von Wasser nicht unterschreitet, wobei vorzugsweise die Kältemittelverdampfungstemperatur der weiteren Kältekreise um eine gewisse Temperaturdifferenz höher eingestellt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Temperaturdifferenz zwischen der ersten Kältemittelverdampfungstemperatur und zweiten Kältemittelverdampfungstemperatur größer als 2K, vorzugsweise größer als 4K und bevorzugterweise größer als 6K ist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei, wenn durch das Betreiben des modularen Kühlsystems (1) zu viel Kälteleistung abgegeben wird und ein Unterschreiten eines gewünschten Temperaturbereichs eines zu kühlenden Raums oder von Teilen eines zu kühlenden Raumes droht, ein Heizelement zugeschaltet wird, um die überschüssige Kälteleistung auszugleichen.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Heizelement bei einem Lüfter (8) zum Einblasen einer Luft in einen durch das Kühlsystem (1) zu konditionierenden Raum angeordnet ist, vorzugsweise in Form einer Folie im Lüftergehäuse des Moduls, dessen Kältemittelverdampfungstemperatur unterhalb des Tau-/Reifpunktes liegt, oder in Form von Heizstäben vor dem Verdampfer eines Moduls, dessen Kältemittelverdampfungstemperatur oberhalb des Tau-/Reifpunktes liegt.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Heizelement welches zum Abtauen der Verdampfer (5) vorgesehen ist, diese Funktion mitübernimmt.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kältekreismodul mindestens einen Verdampfer (5), mindestens einen Verflüssiger (6) und mindestens einen Kompressor (7) umfasst.
  9. Verfahren zum Enteisen eines modularen Kühlsystems (1), das mindestens zwei voneinander separate Kältekreismodule (2, 3, 4) umfasst, vorzugsweise nach einem Betreiben des Kühlsystems (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Verfahren:
    ein erstes Kältekreismodul eine Eisbildung an seinem Verdampfer (5) aufweist, und
    ein zweites Kältekreismodul keine Eisbildung oder eine im Vergleich zum ersten Kältekreismodul sehr viel geringere Eisbildung aufweist, wobei das vereiste erste Kältekreismodul einem Enteisungsvorgang unterzogen wird, während das andere den Kühlbetrieb aufrecht erhält.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein erstes Kältekreismodul eine Eisbildung an dessen Verdampfer (5) aufweist, und in dem während eines Weiterbetreibens des zweiten Kältekreismoduls (2, 3, 4):
    der Kompressor (7) des vereisten ersten Kältekreismoduls (2, 3, 4) gestoppt wird, um den Kältekreis abzuschalten,
    ein Heizelement des vereisten ersten Kältekreismoduls (2, 3, 4) gestartet wird,
    um die Eisbildung am zugehörigen Verdampfer (5) abzuschmelzen, und
    nach einer gewissen Zeitdauer das Heizelement abgeschaltet und der Kompressor (7) wieder gestartet wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei vor dem erneuten Starten des gestoppten Kompressors (7) ein Lüfter (8) des ersten Kältekreismoduls (2, 3, 4) in Betrieb genommen wird, um eine Restfeuchtigkeit des Verdampfers (5) mit einer Luftströmung zu beaufschlagen und diese abzutrocknen, vorzugsweise erfolgt dies während eines Heizzustands des Heizelements.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei bei dem erneuten Starten des Kompressors (7) des ersten Kältekreismoduls (2, 3, 4) nach der gewissen Zeitdauer ein Lüfter (8) dieses Kältekreismoduls in einem inaktiven Zustand ist, und erst wieder in den aktiven Zustand übergeht, wenn der Verdampfer (5) einen voreingestellten Temperatur-Schwellenwert unterschritten hat, um ein Verteilen von Warmluft zu unterbinden.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10-12, wobei die gewisse Zeitdauer bevor das Heizelement abgeschaltet und der Kompressor (7) wieder gestartet wird mit einer Enteisungserkennung bestimmt wird, die über das Messen eines Differenzdrucks, der aufgrund eines den Verdampfer (5) durchströmenden Luftstroms erzeugt wird, einen Vereisungszustand des Verdampfers (5) erkennt.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Luftstrom zum Ermitteln des Differenzdrucks durch den Lüfter (8) des Kältekreismoduls (2, 3, 4) erzeugt wird, und wobei vorzugsweise die Enteisungserkennung bei Überschreiten eines vorbestimmten Differenzdrucks auf einen vereisten Verdampfer (5) schließt und bei Unterschreiten des vorbestimmten Differenzdrucks auf einen enteisten Verdampfer (5) schließt.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13-14, wobei bei einem Auslösen der Enteisungserkennung des enteisten Verdampfers (5) das Heizelement abgeschaltet und mindestens eine Kompressor (7) wieder gestartet wird.
  16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das modulare Kühlsystem (1) ein Kühlsystem (1) für eine Transporteinheit, insbesondere für einen Kühl-Sattelauflieger (10), einen Kühlanhänger oder einen Kühltransportcontainer ist.
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