DE102014007853B3 - Method and device for controlling the temperature of a heat exchanger - Google Patents
Method and device for controlling the temperature of a heat exchanger Download PDFInfo
- Publication number
- DE102014007853B3 DE102014007853B3 DE102014007853.1A DE102014007853A DE102014007853B3 DE 102014007853 B3 DE102014007853 B3 DE 102014007853B3 DE 102014007853 A DE102014007853 A DE 102014007853A DE 102014007853 B3 DE102014007853 B3 DE 102014007853B3
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- temperature
- heat exchanger
- hot gas
- gas valve
- controller
- 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.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 95
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims abstract description 175
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 93
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 40
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 31
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000005496 tempering Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 46
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 45
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 24
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 claims description 23
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 21
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 18
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 17
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 16
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 13
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 11
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 10
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 claims description 10
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 9
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 5
- 238000003079 width control Methods 0.000 claims description 5
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 claims description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 4
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 claims description 4
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 4
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 claims description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims 1
- 238000001208 nuclear magnetic resonance pulse sequence Methods 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 23
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 abstract description 8
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 142
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 30
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 23
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 13
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 10
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 10
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 6
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 6
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 5
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 4
- 244000089486 Phragmites australis subsp australis Species 0.000 description 3
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 3
- 239000010726 refrigerant oil Substances 0.000 description 3
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 3
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 210000000038 chest Anatomy 0.000 description 2
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 2
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 2
- 239000006163 transport media Substances 0.000 description 2
- 230000005514 two-phase flow Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000009365 direct transmission Effects 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 1
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 1
- 239000000796 flavoring agent Substances 0.000 description 1
- 235000019634 flavors Nutrition 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 235000013336 milk Nutrition 0.000 description 1
- 239000008267 milk Substances 0.000 description 1
- 210000004080 milk Anatomy 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 238000002663 nebulization Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 239000006200 vaporizer Substances 0.000 description 1
- 239000008207 working material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
- F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or 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
- F25B6/00—Compression machines, plants or systems, with several condenser circuits
- F25B6/04—Compression machines, plants or systems, with several condenser circuits arranged in series
-
- 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
-
- 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
- F25B2400/04—Refrigeration circuit bypassing means
- F25B2400/0403—Refrigeration circuit bypassing means for the condenser
-
- 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
- F25B2400/04—Refrigeration circuit bypassing means
- F25B2400/0409—Refrigeration circuit bypassing means for the evaporator
-
- 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
- F25B2400/04—Refrigeration circuit bypassing means
- F25B2400/0411—Refrigeration circuit bypassing means for the expansion valve or capillary tube
-
- 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
- F25B2600/00—Control issues
- F25B2600/17—Control issues by controlling the pressure of the condenser
-
- 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
- F25B2600/00—Control issues
- F25B2600/25—Control of valves
- F25B2600/2501—Bypass valves
-
- 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
- F25B2600/00—Control issues
- F25B2600/25—Control of valves
- F25B2600/2507—Flow-diverting valves
-
- 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
- F25B2600/00—Control issues
- F25B2600/25—Control of valves
- F25B2600/2519—On-off valves
-
- 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
- F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
- F25B2700/21—Temperatures
- F25B2700/2115—Temperatures of a compressor or the drive means therefor
- F25B2700/21151—Temperatures of a compressor or the drive means therefor at the suction side of the compressor
-
- 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
- F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
- F25B2700/21—Temperatures
- F25B2700/2115—Temperatures of a compressor or the drive means therefor
- F25B2700/21152—Temperatures of a compressor or the drive means therefor at the discharge side of the compressor
-
- 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
- F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
- F25B2700/21—Temperatures
- F25B2700/2117—Temperatures of an evaporator
- F25B2700/21175—Temperatures of an evaporator of the refrigerant at the outlet of the evaporator
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Control Of Temperature (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Temperieren eines Wärmeaustauschers bei Anlagen, bei denen der vom Verdichter bereitgestellte Energiestrom als primärer Heißdampfstrom und in aufbereiteter Form als primärer Kältemittelstrom genutzt wird, indem aus diesen beiden Strömen mittels einer Kombination, bestehend aus einem Drosselorgan, einem mit dem Drosselorgan parallel geschalteten verstellbaren Heißgasventil, einem Reduzierrohr und einem Kapillarrohr, durch deren Zusammenwirken und deren Ausgestaltungen sowie durch die Einstellwerte des Heißgasventils ein bestimmbarer Strom generiert wird, bei dem sowohl die Menge als auch der Zustand des Stoffs als Kältemittel bestimmbar sind und bei Stellgrößen des Heißgasventils sich entweder der primäre Kältemittelstrom oder ein Strom einstellt, der aus Teilen der primären Ströme besteht, wobei diese anteiligen Teilströme durch eine der Ausgestaltungen einen Wärmeaustausch erfahren, oder sich ein Heißdampfstrom oder der primäre Heißdampfstrom einstellen, wobei der bestimmte Strom unmittelbar in ein im Wärmeaustauscher, der beispielsweise als ein mit Lamellen versehenes mäanderförmiges Wärmeaustauschrohr (Lamellen-Luftwärmeaustauscher) ausgestaltet ist, platziertes Reduzierrohr, das mit einem an seiner Längsseite mit einer oder mehreren gleich gestalteten Öffnungen versehenen Kapillarrohr verbunden ist, eingeleitet und durch die Beschaffenheit des Reduzierrohrs und durch den Grad der Öffnungen gedrosselt wird. Durch die Drosselung und den sich somit ergebenden Druck treten gleich große Anteile von Stoffmengen als Kältemittel durch die Öffnungen mittelbar in den Wärmeaustauscher ein, wodurch sich eine gleichmäßige Stoffverteilung im Wärmeaustauscher ergibt. Dies führt zum einen im Innern des Wärmeaustauschers zu einer optimalen Benetzung mit dem Stoff und folglich zu einer gleichmäßigen Temperierung der Wärmeaustauschfläche, zum anderem wird mittels der Stellgröße des Heißgasventils die Stoffmenge und der Zustand des Stoffs und somit die Temperatur und die Leistung am Wärmeaustauscher bestimmt. Dabei erfolgen im Stellbereich des Heißgasventils durch den Wärmeaustauscher sowohl ein Kühl- als auch ein Heizbetrieb. Bei einem Heizbedarf, der größer ist als vom Wärmeaustauscher erbringbar, wobei die Heizleistung des Wärmeaustauschers in Abhängigkeit von der Stellgröße des Heißgasventils steht, erfolgt mittels weiteren Stellglieder und Ausgestaltungen des Wärmeaustauschers eine auf die Stellgröße des Heißgasventils abgestimmte Erweiterung der Heizleistung, hierbei sorgt eine Regeleinrichtung, die den Wärmeaustauscher mit seinen Ausgestaltungen betreibt, bei Laständerungen für einen automatischen Temperatur- und Leistungsausgleich.The invention relates to a method and a device for controlling the temperature of a heat exchanger in systems in which the energy flow provided by the compressor is used as a primary hot steam flow and in conditioned form as a primary refrigerant flow by from these two streams by means of a combination consisting of a throttle body, a with the throttle body parallel adjustable hot gas valve, a reducing tube and a capillary tube, through the interaction and their configurations and by the set values of the hot gas valve, a definable current is generated in which both the amount and the state of the substance can be determined as a refrigerant and at manipulated variables the hot gas valve adjusts either the primary refrigerant flow or a stream consisting of parts of the primary streams, these partial streams undergoing a heat exchange by one of the embodiments, or a hot steam Adjusting the flow or the primary hot steam flow, wherein the specific stream directly into a in the heat exchanger, which is designed for example as a finned meandering heat exchange tube (finned air heat exchanger), placed reducing tube with a longitudinal side with one or more identically shaped openings provided capillary tube is introduced and throttled by the nature of the Reduzierrohrs and by the degree of openings. Due to the throttling and thus resulting pressure equally large amounts of moles as refrigerant through the openings occur indirectly in the heat exchanger, resulting in a uniform distribution of material in the heat exchanger. This leads, on the one hand, in the interior of the heat exchanger to optimum wetting with the substance and, consequently, to uniform tempering of the heat exchange surface, and, on the other hand, the quantity of substance and the state of the substance and thus the temperature and the power at the heat exchanger are determined by means of the manipulated variable of the hot gas valve. In this case, carried out in the control range of the hot gas valve through the heat exchanger, both a cooling and a heating operation. With a heating demand that is greater than from the heat exchanger deliverable, the heat output of the heat exchanger is dependent on the manipulated variable of the hot gas valve, by means of further actuators and embodiments of the heat exchanger adapted to the manipulated variable of the hot gas valve extension of the heating power, this provides a control device, which operates the heat exchanger with its configurations, with load changes for an automatic temperature and power compensation.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum Temperieren eines Wärmeaustauschers. Dabei findet die Arbeitsweise von Kältemaschinen bzw. Wärmepumpen, Anwendung. Die Kältemaschinenprozesse bzw. Wärmepumpenprozesse berücksichtigen die erforderlichen Zustandsänderungen eines Stoffs, wobei mittels des Arbeitsstoffs – dem Kältemittel – ein Wärmetransport in einem geschlossenen System einhergeht, um die Wärmeenergie, die einerseits dem System zugeführt sowie andererseits vom System abgegeben wird, zu befördern.The invention relates to a method and a device for carrying out a method for controlling the temperature of a heat exchanger. The operation of chillers or heat pumps, application finds. The refrigeration processes and heat pump processes take into account the required state changes of a substance, whereby by means of the working substance - the refrigerant - a heat transport in a closed system is accompanied to transport the heat energy, which is supplied on the one hand to the system and on the other hand discharged from the system.
Bei diesem Verfahren mit dieser Vorrichtung wird der Arbeitsstoff mittels einer Kältemaschine bzw. einer Wärmepumpe in einen Zustand überführt, wobei der mit Energie beladene Arbeitsstoff sodann genutzt wird, um mittels einer Kombination, bestehend aus einem Drosselorgan, einem mit dem Drosselorgan parallel geschalteten verstellbaren Heißgasventil, einem Reduzierrohr und einem Kapillarrohr, durch deren Zusammenwirken und deren Ausgestaltungen und durch die Einstellwerte beim Heißgasventil in einen weiteren bestimmbaren Zustand mit einer bestimmbaren Stoffmenge überführt zu werden. Im Verlauf wird dieser Arbeitsstoff in einen Apparat, einen Wärmeaustauscher, eingeleitet und sodann in einen weiteren Zustand überführt. Dabei bewirkt der mit Energie beladene Arbeitsstoff das unmittelbare Temperieren des Wärmeaustauschers, der mittelbar Medien oder Objekte temperiert. Dabei erfolgt in einem Stellbereich des Heißgasventils sowohl ein Kühlen als auch ein Heizen durch den Wärmeaustauscher, wobei eine gleichmäßige Stoffverteilung und Stoffaufteilung im Wärmeaustauscher dafür sorgt, dass bei einer Wärmebedarfsänderung stets seine gesamte Wärmeaustauschfläche nutzbar ist, so dass durch eine optimale Ausnutzung der Wärmeaustauschfläche ein gleichmäßiger und somit optimaler Energieabfluss von der Wärmeaustauschfläche gewährleistet ist.In this method, with this device, the working fluid is converted by means of a refrigerator or a heat pump in a state, wherein the energy-loaded working substance is then used to a combination of a throttle body, a parallel to the throttle body adjustable hot gas valve, a reducing tube and a capillary tube, to be converted by their interaction and their configurations and by the set values at the hot gas valve in a further determinable state with a determinable amount of material. In the course of this agent is introduced into an apparatus, a heat exchanger, and then transferred to another state. In the process, the energy-laden working substance effects the direct temperature control of the heat exchanger, which indirectly heats media or objects. Both a cooling and a heating by the heat exchanger takes place in a control range of the hot gas valve, with a uniform material distribution and material distribution in the heat exchanger ensures that at a heat demand change always its entire heat exchange surface is available, so that by an optimal utilization of the heat exchange surface a uniform and thus optimum energy drainage is ensured by the heat exchange surface.
Durch das Verfahren mit der Vorrichtung ist der im Stoffkreislauf von Kältemaschinen- bzw. Wärmepumpenanlagen angeordnete Wärmeaustauscher und der im Wärmeaustauscher verbrachte Stoff bei verschiedenen Zuständen und Mengen des Stoffs im Inneren des Wärmeaustauschers gleichmäßig verteilt und aufgeteilt, so dass die gesamte innere Wärmeaustauschfläche vollständig mit dem derart beschaffenen Stoff benetzt wird, was zu einer gleichmäßig temperierten Wärmeaustauschfläche führt, mit einem Temperaturbereich des Wärmeaustauschers, der durch die Stellbereiche eines Heißgasventils und eines Expansionsventils bestimmt wird. Dieser Temperaturbereich entspricht zum einen den beiden Temperaturbereichen der genutzten Wärmeaustauscher einer Kältemaschinenanlage und einer Wärmepumpenanlage und zum anderen einem weiteren Temperaturbereich, der diese beiden Temperaturbereiche verbindet, wobei im Stellbereich des Heißgasventils ein Nutzungswechsel des Wärmeaustauschers vom Kühlen zum Heizen und umgekehrt und eine kontinuierliche Temperaturänderung berücksichtigt wird und im Temperaturbereich des Wärmeaustauschers die Leistung des Wärmeaustauschers veränderbar ist. Dabei ist das Verfahren des Temperaturabgleichs beim Wärmeaustauscher mit einem Leistungsabgleich der Arbeitsmaschine kombinierbar, wobei der Leistungsabgleich in Abhängigkeit vom abgeführtem Energiestrom des Wärmeaustauschers erfolgt, was eine energetische Betriebsweise der Anlagen bei einer realisierten, gleichmäßig temperierten Wärmeaustauscherfläche ermöglicht, wobei durch die Vorrichtung eine wirtschaftliche Bauweise der Apparatur geschaffen ist. Des Weiteren werden mittels des Verfahrens und der Vorrichtung thermische Übertragungsverluste durch eine stets optimal genutzte Wärmeaustauschfläche und durch ein unmittelbares Temperieren minimiert.By means of the method with the apparatus, the heat exchanger arranged in the material cycle of refrigeration or heat pump systems and the substance placed in the heat exchanger are uniformly distributed and divided at different states and quantities of the substance inside the heat exchanger, so that the entire internal heat exchange surface is completely filled with such The resulting material is wetted, resulting in a uniformly tempered heat exchange surface, with a temperature range of the heat exchanger, which is determined by the adjustment ranges of a hot gas valve and an expansion valve. This temperature range corresponds, on the one hand, to the two temperature ranges of the heat exchangers used in a refrigeration system and one heat pump system and, on the other hand, to a further temperature range connecting these two temperature ranges, wherein a change of use of the heat exchanger from cooling to heating and vice versa and a continuous temperature change are taken into account in the control range of the hot gas valve and in the temperature range of the heat exchanger, the performance of the heat exchanger is variable. In this case, the method of temperature compensation in the heat exchanger with a power balance of the machine can be combined, the power adjustment depending on the dissipated energy flow of the heat exchanger, which allows an energetic operation of the systems in a realized, uniformly tempered heat exchanger surface, which is an economical construction of the Apparatus is created. Furthermore, by means of the method and the device, thermal transmission losses are minimized by an always optimally used heat exchange surface and by an immediate temperature control.
Das Verfahren mit der Vorrichtung beinhaltet, dass bei Einstellwerten am Heißgasventil und/oder am Expansionsventil sich am Wärmeaustauscher eine einstellbare Temperatur und eine Nutzleistung, die eine Wärmebelastung ausgleicht, ergeben. Bei einer sich ändernden Wärmebelastung wird der Temperaturabgleich meist mittels einer Regeleinrichtung durchgeführt, die den Wärmeaustauscher mit seinen Ausgestaltungen betreibt, die einen automatischen Temperatur- und Leistungsausgleich durchführt. Dabei wird die Temperatur fortlaufend von einem Fühler erfasst. Bei einer geforderten Konstanthaltung der erfassten Temperatur vergleicht der Regler die erfasste Temperatur mit dem vom Nutzer vorgegebenen Sollwert, bei einer Differenz zwischen erfasster Temperatur und Sollwert verstellt der Regler das Heißgasventil und/oder das Expansionsventil, bis die erfasste Temperatur an den Sollwert angeglichen ist. Bei der erfassten Temperatur handelt es sich meist um eine Mischtemperatur, beispielsweise die eines Raums, die aus den kumulierten Temperaturen von einem oder mehreren Wärmeaustauschern mit deren Nutzleistung und der Wärmebelastung eines Raums hervorgehen.The method with the device includes that at settings on the hot gas valve and / or on the expansion valve at the heat exchanger, an adjustable temperature and a net power that balances a heat load result. In a changing heat load, the temperature compensation is usually carried out by means of a control device which operates the heat exchanger with its configurations, which performs an automatic temperature and power compensation. The temperature is continuously recorded by a sensor. In the case of a required constant maintenance of the detected temperature, the controller compares the detected temperature with the user-specified setpoint, with a difference between the detected temperature and setpoint, the controller adjusts the hot gas valve and / or the expansion valve until the detected temperature is equalized to the desired value. The sensed temperature is usually a mixing temperature, such as that of a room, resulting from the cumulative temperatures of one or more heat exchangers with their net power and the heat load of a room.
Stand der Technik ist, dass Anlagen wie Kältemaschinen bzw. Wärmpumpen in der Anwendung als Direktverdampfungsanlagen zur Verfügung stehen, deren Hauptkomponenten ein Verdichter, ein Verflüssiger, mindestens ein Drosselorgan sowie ein Verdampfer sind, oft zusätzlich, für eine bessere Funktionalität, erweitert um einen Sammler. Der Verdampfer und der Verflüssiger sind jeweils Wärmeaustauscher, der z. B. als Lamellen-Luftwärmeaustauscher ausgestaltet ist und aus mehreren, auf Abstand gehaltenen thermisch leitenden Lamellen besteht, die vom Wärmeaustauscherrohr mehrmals durchdrungen werden und mit diesem thermisch verbunden sind, dabei ist in der Regel der Verlauf des Wärmeaustauscherrohrs durch das Lamellenpaket mäanderförmig. Die Komponenten der Anlage sind jeweils mit einem Zugangs- und Abgangsrohr miteinander verbunden und bilden so einen geschlossenes System mit einem oder mehreren Stoffkreisen. Der vom Verdichter bei niederem Druck und tiefer Temperatur angesaugte, trocken überhitzte Kältemitteldampf, auch als Sauggas bezeichnet, wird verdichtet und im Anschluss wird dieser, jetzt unter höherem Druck stehende, verdichtete und trocken überhitzte Kältemitteldampf, auch als Heißdampf sowie in dieser speziellen Form als Heißgas bezeichnet, im Enthitzer enthitzt und im Verflüssiger, oft als Kondensator bezeichnet, entwärmt, was eine Phasenänderung beim Heißgas bewirkt, die zu einer Verflüssigung führt, wobei sich das Hochdruckkältemittelkondensat im Sammler sammelt. Dieser Teil der Direktverdampfungsanlage mit Verdichter, Verflüssiger und Sammler bildet die Hochdruckseite. Anschließend strömt das Hochdruckkältemittelkondensat als Kältemittelmassenstrom über mindestens ein Drosselorgan, das z. B. als Kapillarrohr oder Expansionsventil ausgestaltet ist, das die Drosselung des Hochdruckkältemittelkondensats bewirkt, in den Verdampfer ein. Aufgrund eines niedrigen Drucks im Verdampfer wird sodann wiederum eine Phasenänderung des Kältemittels erwirkt und damit wird die spezifische Verdampfungswärme, hier in Form von Kalte, frei, wobei die Verdampfung des Kältemittels bei konstantem Druck und somit bei konstanter Temperatur erfolgt. Von dort wird das verdampfte Kältemittel, der trocken überhitzte Kältemitteldampf, bei niederem Druck und tiefer Temperatur wiederum vom Verdichter angesaugt. Dieser Teil der Direktverdampfungsanlage mit Drosselorgan und Verdampfer bildet die Niederdruckseite. Der vom Verdichter bei niederem Druck und tiefer Temperatur angesaugte trocken überhitzte Kältemitteldampf wird vom Verdichter wiederum verdichtet, damit beginnt der Ablauf von neuem. Bei diesem bei Anlagen wie Kältemaschinen bzw. Wärmpumpen zu Grunde liegendem Kreisprozess wird dem Verdampfer mit seiner Nutzkälte Wärme zugeführt, die einem Medium, beispielsweise Luft, im Kühlraum entzogen wird. Bei der Verflüssigung (Kondensierung) des Kältemitteldampfs wird die spezifische Verdampfungswärme (Kondensationswärme) frei, die sich zusammensetzt aus der zugeführten Wärme und der Antriebsleistung des Verdichters. Diese Kondensationswärme wird mittels des Verflüssigers an anderer Stelle wieder an ein Medium abgegeben. Bei Anlagen mit geringer Nutzleistung wird meist aus wirtschaftlichen Gründen auf separate Schmierstoffeinrichtungen für den Verdichter verzichtet, so dass das dem Arbeitsstoff – also dem Kältemittel – beigefügte Öl mit seinen Zusatzstoffen vom Kältemittelstrom und/oder vom Kältemitteldampfstrom transportiert wird und so stets im Stoffkreis im Umlauf ist und für die Schmierung des Verdichters sorgt. Vor und/oder nach dem Verdampfer befinden sich ein oder mehrere Drosselorgane, wie beispielsweise das thermostatische Expansionsventil, das Konstantdruckventil, nicht ganz korrekt auch als Saugdruckventil bezeichnet, und andere, mit mannigfaltigen Verschaltungen.The state of the art is that installations such as chillers or heat pumps are available in the application as direct evaporation systems, whose main components are a compressor, a condenser, at least one throttle body and an evaporator, often in addition, for better functionality, extended to a collector. The evaporator and the condenser are each heat exchangers, the z. B. is designed as a lamellar air heat exchanger and consists of several, held at a distance thermally conductive fins, the heat exchanger tube several times are penetrated and thermally connected to this, as a rule, the course of the heat exchanger tube through the disk set meandering. The components of the system are each connected to each other with an inlet and outlet pipe and thus form a closed system with one or more fabric circles. The dry superheated refrigerant vapor, also referred to as the suction gas, drawn in by the compressor at low pressure and low temperature is compressed and subsequently this, now under higher pressure, compressed and dry superheated refrigerant vapor, also as superheated steam and in this special form as a hot gas referred to, desized in the desuperheater and in the condenser, often referred to as a condenser, cooled, causing a phase change in the hot gas, which leads to a liquefaction, wherein the high-pressure refrigerant condensate collects in the collector. This part of the direct evaporation plant with compressor, condenser and collector forms the high pressure side. Subsequently, the high-pressure refrigerant condensate flows as a refrigerant mass flow via at least one throttle body, the z. B. is designed as a capillary tube or expansion valve, which causes the throttling of the high-pressure refrigerant condensate, in the evaporator. Due to a low pressure in the evaporator then again a phase change of the refrigerant is obtained and thus the specific heat of vaporization, here in the form of cold, free, the evaporation of the refrigerant is carried out at a constant pressure and thus at a constant temperature. From there, the vaporized refrigerant, the dry superheated refrigerant vapor, at low pressure and low temperature in turn sucked from the compressor. This part of the direct evaporation plant with throttle body and evaporator forms the low pressure side. The dry superheated refrigerant vapor drawn by the compressor at low pressure and low temperature is in turn compressed by the compressor, so that the process starts again. In this lying in systems such as refrigerators and heat pumps underlying cycle heat is supplied to the evaporator with its useful cooling heat, which is withdrawn from a medium, such as air in the refrigerator. During the liquefaction (condensation) of the refrigerant vapor, the specific heat of vaporization (heat of condensation) is released, which is composed of the heat supplied and the drive power of the compressor. This condensation heat is released by the condenser elsewhere in a medium again. In plants with low useful power is usually omitted for economic reasons on separate lubricant devices for the compressor, so that the working fluid - so the refrigerant - attached oil is transported with its additives from the refrigerant flow and / or from the refrigerant vapor stream and so is always circulating in the material cycle and ensures the lubrication of the compressor. Before and / or after the evaporator are one or more throttle bodies, such as the thermostatic expansion valve, the constant pressure valve, not quite correctly referred to as suction pressure valve, and others, with manifold interconnections.
Die Drosselorgane, die ohne elektrische Hilfsenergie auskommen und als selbständig regelnde Drosselorgane bezeichnet werden, wie beispielsweise das thermostatische Expansionsventil, der temperaturgesteuerte Verdampfungsdruckregler und andere, bestehen aus einem mechanischen Stellglied und einem mechanisch aufgebauten Regler (Sollwerteinsteller und Vergleicher), wobei das Stellglied mit einem mechanischen Stellantrieb fest verbunden ist der seinerseits fest mit dem Regler fest verbunden ist, wobei der Regler je nach Erfordernis mittels eines Kapillarrohrs mit einem Fühler verbunden ist. Der Regler bildet zusammen mit dem Stellantrieb und dem auf den Vergleicher wirkenden, thermostatisch arbeitenden Fühler eine mechanische Regeleinrichtung. Hierbei sind Stellglied und Regeleinrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht und bilden mit oder ohne dem im oder außerhalb des Gehäuses sich befindlichen Fühler eine Baugruppe, das Drosselorgan. Bei diesen Drosselorganen handelt es sich um selbständige Regler, die ohne Hilfsenergie auskommen.The throttle bodies, which operate without auxiliary electric power and are referred to as self-regulating throttle bodies, such as the thermostatic expansion valve, the temperature-controlled evaporation pressure regulator and others, consist of a mechanical actuator and a mechanically constructed controller (setpoint adjuster and comparator), wherein the actuator with a mechanical Actuator is firmly connected which in turn is firmly connected to the controller, the controller is connected as required by means of a capillary tube with a sensor. The controller forms a mechanical control device together with the actuator and the thermostatic sensor acting on the comparator. Here, actuator and control device are housed in a common housing and form with or without the in or outside of the housing located sensor assembly, the throttle body. These throttling devices are independent regulators, which manage without auxiliary energy.
Im Vergleich zu den ohne Hilfsenergie auskommenden Drosselorganen wird bei den mit Hilfsenergie versorgten Drosselorganen, beispielsweise den mit elektrischer Hilfsenergie versorgten Expansionsventilen, auch als Drosselventile bezeichnet, das Stellglied (Ventil) von einem elektronischen Regler mittels des elektrisch betriebenen Stellantriebs betätigt, wobei der Regler mit einem Vergleicher, einem Verstärker und einem Erzeuger des Stellsignals mit Zeitverhalten versehen ist. Die eine oder mehreren Regelgrößen, z. B. Temperatur, Druck etc., und die in einem Bereich veränderbare Führungsgröße oder der in einem Bereich am Sollwertgeber einstellbare konstante Sollwert (Nutzervorgabe) werden zum Regler geleitet, wobei die Regelgröße von einer aus einem Messfühler und einem Umformer bestehenden Messeinrichtung erfasst wird. Der Regler prüft mittels des Vergleichers, ob die Regelgröße der Führungsgröße entspricht. Bei ungleichen Größen entsteht eine Regelabweichung bzw. eine Regeldifferenz. Bei einer Regeldifferenz bewirkt der Verstärker ein auf den Stellantrieb wirkendes Stellsignal, wobei der Stellantrieb die Stellgröße am Stellglied abändert, um die Regelgröße an die Führungsgröße bzw. an den Sollwert anzugleichen. In der Regel sind die Signale von Messeinrichtungen, Aktoren usw. genormt, so dass mit einem genormten Ausgangssignal des Reglers, auch als genormtes Stellsignal des Reglers bezeichnet, mittels einem Stellantrieb (Elektromotor, pneumatischer oder hydraulischer Antrieb), der einen Hub oder einen Drehwinkel bewirkt, die Stellgröße am Stellglied (z. B. Ventil, Hahn) beeinflusst bzw. eingestellt wird, wodurch sich der Stellstrom, z. B. der Massenstrom oder der Energiestrom, einstellt. Bei stetiger Regelung ist das Ausgangssignal des Reglers und die Stellgröße des Stellglieds innerhalb des Stellbereichs stetig, während bei unstetiger Regelung das Ausgangssignal des Reglers, und somit die Stellgröße und der Stellstrom, sprunghaft ist.In comparison to the power supply without auxiliary throttle bodies is supplied with the auxiliary power throttle bodies, such as supplied with electrical power expansion valves, also referred to as throttle valves, the actuator (valve) is actuated by an electronic controller by means of the electrically operated actuator, the controller with a Comparator, an amplifier and a generator of the control signal is provided with time response. The one or more controlled variables, z. As temperature, pressure, etc., and adjustable in a range reference variable or adjustable in a range at the setpoint generator constant setpoint (user default) are routed to the controller, the controlled variable is detected by a consisting of a sensor and a transducer measuring device. The controller uses the comparator to check whether the controlled variable corresponds to the reference variable. With unequal sizes, a control deviation or a control difference arises. In a control difference, the amplifier causes a force acting on the actuator control signal, wherein the actuator modifies the manipulated variable on the actuator to adjust the controlled variable to the reference variable or to the desired value. In general, the signals from measuring devices, actuators, etc. are standardized, so that with a standardized output signal of the controller, also referred to as a standardized control signal of the controller, by means of an actuator (electric motor, pneumatic or hydraulic drive), which causes a hub or a rotation angle , the manipulated variable on the actuator (eg valve, cock) is influenced or adjusted, whereby the actuating current, z. B. the mass flow or the energy flow adjusts. With continuous control, the output signal of the controller and the manipulated variable of the actuator within the control range is continuous, while in unsteady control, the output signal of the controller, and thus the manipulated variable and the actuating current, is erratic.
Das oder die selbständig regelnden Drosselorgane werden entsprechend den Temperatur- und Leistungsanforderungen des Verdampfers ausgewählt und bei diesem platziert, wobei durch den Sollwerteinsteller (Einstellspindel), der Teil der Sollwerteinrichtung ist, die ihrerseits Bestandteil des Drosselorgans ist, eine Anpassung des Drosselorgans an den Verdampfer vorgenommen werden kann. Der am Sollwerteinsteller einstellbare Sollwert ist für die Anpassung des Drosselorgans an den Verdampfer vorgesehen, wobei diese Einstellung nach dem jeweiligen Eintreten des thermisch eingeschwungenen Gleichgewichts und somit nach dem Einschwingen des Kreisprozesses und der in Wechselwirkung zueinander stehenden Nutzleistung des Verdampfers und der Wärmebelastung, hier der Kühlbedarf, schrittweise in Zeitintervallen erfolgen sollte. Insofern ist der Sollwerteinsteller bei den selbständig regelnden Drosselorganen nicht für unterschiedliche Verdampfer-Temperatureinstellungen geeignet. Die mit selbständig regelnden Drosselorganen betriebenen Verdampfer werden vorrangig auf den optimalen Betriebspunkt ausgelegt, so dass die maximale Verdampfungsleistung des Verdampfers genutzt werden kann. Basierend auf den Verdampferdaten Temperatur und Leistung wird bei der Kälteanlage bzw. der Wärmepumpenanlage zu der im Niederdruck-Anlagenteil abgestimmten Verdampfer-Ventilkombination, bestehend aus einem Verdampfer und mindestens einem entsprechend den Verdampferdaten ausgewählten Drosselorgan, das z. B. als thermostatisches Expansionsventil ausgestaltet ist, der hochdruckseitige Anlagenteil der Anlage, der in der Regel als standardisiertes Verflüssiger-Aggregat zur Verfügung steht und die Anlage komplettiert, ausgewählt und zur Verdampfer-Ventilkombination hinzugefügt, was einen insgesamt wirtschaftlichen Ausnutzungsgrad der Anlage gewährleistet. Das Verflüssiger-Aggregat ist eine kompakte Baugruppe und besteht meist aus den Komponenten Verdichter, Verflüssiger, Sammler und Verflüssigerventilator.The one or more self-regulating throttle bodies are selected according to the temperature and performance requirements of the evaporator and placed in this, with the setpoint adjuster (adjusting spindle), which is part of the setpoint device, which in turn is part of the throttle body, carried out an adaptation of the throttle body to the evaporator can be. The setpoint adjuster adjustable setpoint is provided for the adaptation of the throttle body to the evaporator, this setting after the respective occurrence of the thermally equilibrium equilibrium and thus after the settling of the cyclic process and interacting useful power of the evaporator and the heat load, here the cooling demand , should be done gradually in time intervals. In this respect, the setpoint adjuster is not suitable for different evaporator temperature settings in the independently controlling throttle bodies. The self-regulating throttling devices operated evaporator are designed primarily to the optimum operating point, so that the maximum evaporation capacity of the evaporator can be used. Based on the evaporator temperature and power is in the refrigeration system or the heat pump system to the tuned in the low-pressure system part evaporator valve combination consisting of an evaporator and at least one according to the evaporator data selected throttle body z. B. is designed as a thermostatic expansion valve, the high-pressure side part of the system, which is usually available as a standardized condenser unit and completes the system selected and added to the evaporator valve combination, which ensures a total economic utilization of the system. The condenser unit is a compact unit and usually consists of the components compressor, condenser, collector and condenser fan.
Die am Verdampfer oder Verflüssiger zur Verfügung stehende Temperatur und Leistung werden vielfältig genutzt, entweder werden sie direkt an das zu temperierende Objekt oder das zu temperierende Gut, z. B. Gase wie Luft oder andere, abgegeben, oder indirekt, indem sie auf ein Medium übertragen werden, das seinerseits die thermische Energie an das zu temperierende Gut abgibt.The available at the evaporator or condenser temperature and power are widely used, either they are directly to the object to be tempered or tempered Good, z. As gases such as air or other, delivered, or indirectly, by being transferred to a medium, which in turn emits the thermal energy to be tempered Good.
Ausgehend vom Stand der Technik liegt das Problem zu Grunde, dass der Verdampfer, der mit selbständig regelnden Drosselorganen betrieben wird, wie beispielsweise dem thermostatischen Expansionsventil, mit Temperatur und Leistung auf einen Betriebspunkt abgestimmt ist. Deshalb führen Änderungen, die vom optimalen Betriebspunkt ausgehen und die mittels der selbständig regelnden Drosselorgane, wie beispielsweise dem thermostatischen Expansionsventil, vorgenommen werden, zu einem geringeren Ausnutzungsgrad des Verdampfers. Bei einer Änderung der optimalen Betriebspunkteinstellung ergeben sich beispielsweise durch eine von der Sollwerteinrichtung des thermostatischen Expansionsventils durchgeführten Absenkung der Verdampfertemperatur unangepasste und nachteilige Systemeigenschaften, was zu einem verkürzten Verdampfungsprozess längsseits im Verdampferrohr bzw. zur Trockenlegung des Verdampferrohrendes, auch als unterfüllter Verdampfer bezeichnet, führt. Dies hat zur Folge, dass im Verdampfer und somit an der Verdampfer-Wärmeaustauschfläche keine gleichmäßige Temperatur- und Leistungsverteilung gegeben ist. Zudem führt diese Absenkung der Verdampfertemperatur zu einer Reduzierung des Massenstroms, d. h. eine Reduzierung des Kältemittel-Öl-Stroms, was zu einer Stockung des Ölflusses und so zu einer Blockierung des Verdichters führen kann. Entsprechend kommt es bei einer Anhebung der Verdampfertemperatur mittels der Sollwerteinrichtung des thermostatischen Expansionsventils zu einer nachteiligen Überflutung des Verdampfers, auch als überfüllter Verdampfer bezeichnet, was dazu führt, dass unverdampftes Kältemittel in den Verdichter gelangt, was zu einem Defekt bei den Verdichter-Ventilklappen führen kann.Based on the prior art, the problem is that the evaporator, which is operated with self-regulating throttle bodies, such as the thermostatic expansion valve, tuned with temperature and power to an operating point. Therefore, changes that emanate from the optimum operating point and that are made by means of the self-regulating throttle elements, such as the thermostatic expansion valve, lead to a lower utilization of the evaporator. When the optimum operating point setting is changed, for example, a lowering of the evaporator temperature carried out by the setpoint device of the thermostatic expansion valve results in unadapted and disadvantageous system properties, which leads to a shortened evaporation process alongside the evaporator tube or for draining the end of the evaporator tube, also referred to as an underfilled evaporator. This has the consequence that in the evaporator and thus at the evaporator heat exchange surface no uniform temperature and power distribution is given. In addition, this lowering of the evaporator temperature leads to a reduction of the mass flow, d. H. a reduction of the refrigerant oil flow, which can lead to a stagnation of the oil flow and thus to a blockage of the compressor. Accordingly, an increase in the evaporator temperature by means of the setpoint device of the thermostatic expansion valve to a disadvantageous flooding of the evaporator, also referred to as overfilled evaporator, resulting in that unvaporized refrigerant enters the compressor, which can lead to a defect in the compressor valves ,
Von Nachteil ist, dass beim mit einem selbständig regelnden Drosselorgan ausgestatteten Verdampfer sich dessen Leistung nicht kontinuierlich der wechselnden Wärmebelastung anpasst, da die Kälteanlagen mit ihrer Verdampferleistung (Nutzleistung) so bemessen sind, dass sie den zu erwartenden Spitzenbelastungen gewachsen sind. Dies bedingt, dass die Kälteanlage bei Teillast, d. h. im Schwachlastbetrieb, mit unverminderter Leistung betrieben wird. Um die Temperatur und den abgeführten Wärmemengenstrom (Nutzleistung) des Verdampfers als Wärmeaustauscher bei einer sich ändernden Last, beispielsweise aufgrund einer Temperaturänderung und einem in Folge geänderten Kühlbedarf, anzupassen, werden weitere, vom Nutzer bedienbare Regeleinrichtungen, wie z. B. eine als Raumthermostat wirkende Festwertregelung, benötigt, wobei der Raumthermostat zur Konstanthaltung der Raumtemperatur dient und zur thermischen Lastanpassung bedarfsgerecht die Kälteanlage oder den Verdampfer ein- und ausschaltet. Nachteilig ist dabei, dass eine geringe Schaltdifferenz zwischen Ein- und Ausschalttemperatur zu schädigenden Schaltzyklen beim Verdichter führt. Zudem ist von Nachteil, dass beim Ein- und Ausschalten der Kälteanlage oder des Verdampfers der Leistungsabfluss durch den Verdampfer diskontinuierlich ist und dementsprechend der Temperaturverlauf periodisch schwankt.The disadvantage is that when equipped with a self-regulating throttle body evaporator whose performance is not continuously adapts to the changing heat load, since the refrigeration systems are rated with their evaporator performance (net power) so that they can cope with the expected peak loads. This requires that the refrigeration system is operated at partial load, ie in low load operation, with undiminished performance. In order to adjust the temperature and the dissipated amount of heat flow (useful power) of the evaporator as a heat exchanger at a changing load, for example, due to a change in temperature and a subsequent change in cooling demand, more, user-operable control devices, such. As a room thermostat acting as a fixed value control required, the room thermostat is used to keep the room temperature and for thermal load adjustment needs the refrigeration system or the evaporator on and off. The disadvantage here is that a small switching difference between the on and off temperature damaging switching cycles in the compressor leads. In addition, it is disadvantageous that, when the refrigeration system or the evaporator is switched on and off, the power drain through the evaporator is discontinuous and, accordingly, the temperature profile fluctuates periodically.
Bei Verdampfern, die mit selbständig regelnden Drosselorganen bestückt sind, wie z. B. dem thermostatischen Expansionsventil, ist zudem von Nachteil, dass die Drosselorgan-Verdampfer-Kombination nur zum Kühlen, jedoch nicht zum Heizen nutzbar ist. Bei einem Nutzungswechsel des Verdampfers als Wärmeaustauscher vom Kühl- zum Heizbetrieb und umgekehrt ist zusätzlicher Automatisationsaufwand und zusätzliche technische Ausstattung, z. B. ein Heiz-Kühlumschaltventil, Verrohrungen (Transportwege), etc., erforderlich.For evaporators that are equipped with self-regulating throttle bodies, such. As the thermostatic expansion valve, is also a disadvantage that the throttle-evaporator combination only for cooling, but not for heating is available. In a change of use of the evaporator as a heat exchanger from the cooling to the heating and vice versa additional automation and additional technical equipment, such. As a heating-cooling switching valve, piping (transport routes), etc., required.
Nachteilig ist bei Inverteranlagen, die mit einem Heiz-Kühl-Umschaltventil bestückt sind und bei denen der Wärmeaustauscher sowohl als Verdampfer als auch als Verflüssiger genutzt wird, dass beim Umschalten vom Kühl- auf Heizbetrieb und umgekehrt ein sprunghafter und somit ein unstetiger Temperaturübergang auftritt, und dass für diese Bauweise ein zusätzlicher Aufwand an Verrohrung und Steuerungs- und Regelungstechnik entsteht, der insbesondere für kleine Anlagen unrentabel ist. Zudem ist von Nachteil, dass beim Ein- und Ausschalten der Kälteanlage oder des Verdampfers bzw. der Kälteanlage oder des Verflüssigers der Temperaturverlauf periodisch schwankt.A disadvantage is in inverter systems, which are equipped with a heating-cooling switching valve and in which the heat exchanger is used both as an evaporator and as a condenser, that when switching from cooling to heating operation and vice versa a sudden and thus a discontinuous temperature transition occurs, and that for this construction, an additional cost of piping and control technology arises, which is unprofitable, especially for small systems. In addition, it is disadvantageous that the temperature profile fluctuates periodically when the refrigeration system or the evaporator or the refrigeration system or the liquefier is switched on and off.
Nachteilig bei selbständig regelnden Drosselorganen sind die zeitintensiven Optimierungsmaßnahmen, deren Ziel es ist, die optimale Anpassung des Drosselorgans, z. B. des thermostatischen Expansionsventils, an den Verdampfer zu erwirken, was zur bestmöglichen Kältemittelfüllung im Verdampfer führen soll. Ebenfalls von Nachteil sind die vom optimalen Betriebspunkt abweichenden Einstellungen, die nachteilige Systemeigenschaften zur Folge haben, die unter anderem zu einem instabilen Regelverhalten führen können. Zudem ist eine optimale Anpassung mittels der Einstellspindel der Sollwerteinrichtung in der Regel nur durch einen Fachmann durchführbar.A disadvantage of independently controlling throttle bodies are the time-consuming optimization measures whose goal is to optimize the adaptation of the throttle body, z. As the thermostatic expansion valve to obtain the evaporator, which should lead to the best possible refrigerant charge in the evaporator. Also disadvantageous are the settings deviating from the optimum operating point, which result in disadvantageous system properties which, inter alia, can lead to unstable control behavior. In addition, an optimal adaptation by means of the adjusting spindle of the setpoint device is usually feasible only by a person skilled in the art.
Bei den bekannten elektronischen Verdampferregelungen liegt das Problem zu Grunde, dass aufgrund der großen Anzahl verschiedener Messeinrichtungen, wie z. B. zum Messen der Verdampfungstemperatur, des Verdampferdrucks und anderer Größen, ein erheblicher Aufwand an baulichen und regelungstechnischen Maßnahmen erforderlich ist, was insbesondere bei Kälteanlagen mit geringer Leistung unrentabel ist. Aus diesem Grund werden die Anlagen (Kühlzellen, Kühlschränke, Truhen, etc.) oder die Wärmeaustauscher meist mittels Zweipunktregler oder Dreipunktregler betrieben.In the known electronic evaporator controls, the problem is that due to the large number of different measuring devices, such. As for measuring the evaporation temperature, the evaporator pressure and other variables, a considerable amount of structural and regulatory measures is required, which is unprofitable especially for refrigeration systems with low power. For this reason, the systems (cold rooms, refrigerators, chests, etc.) or the heat exchangers are usually operated by means of two-position controllers or three-position controllers.
Bekannt ist, dass ein als Transportmedium dienendes Fluid, z. B. Wasser, Öl, Glykol oder andere, genutzt wird, um den von Kältemaschinen bzw. Wärmepumpen erzeugten Energiestrom in einen Pufferspeicher zu laden. Die so von einem Medium gespeicherte Energie, auch als Warmwasser- oder Kaltwassersatz bezeichnet, wird bei der Entnahme aus dem Pufferspeicher auf die Sollwerte der Temperatur und des Massenstroms angeglichen, wobei Temperatur und Massenstrom den Wärmemengenstrom bestimmen. Der Wärmemengenstrom dient seinerseits zur gleichmäßigen und somit zur schonenden Temperierung eines Objekts oder Mediums.It is known that serving as a transport medium fluid, z. As water, oil, glycol or others, is used to load the energy generated by chillers or heat pumps in a buffer memory. The so stored by a medium energy, also referred to as hot water or chiller, is adjusted when removed from the buffer memory to the setpoints of temperature and mass flow, with temperature and mass flow determine the heat flow. The heat quantity flow in turn serves for the uniform and thus gentle tempering of an object or medium.
Entsprechend dieser Vorgehensweise sind Temperierungsgeräte in Gebrauch, die mittels einer Kälteanlage als Direktverdampfungsanlage die Nutzleistung des Verdampfers bei niedrigster Temperatur unmittelbar auf ein als Transportmedium dienendes, in ein Behältnis verfülltes Fluid übertragen und speichern. Das Fluid wird bei der Entnahme aus diesem Behältnis durch einen mit einer regelbaren elektrothermischen Heizung betriebenen Wärmeaustauscher geleitet und an die Solltemperatur angeglichen, wobei der Wärmemengenstrom mittels Pumpe zum Verwendungsort befördert wird, um dort z. B. einen Betriebsablauf oder einen Verfahrensablauf einzuleiten und aufrecht zu halten, oder der Wärmemengenstrom wird durch einen Wasser-Luft-Wärmeaustauscher geleitet um ein Medium, beispielsweise Luft, zu temperieren.According to this procedure, temperature control devices are in use, which transmit and store the useful power of the evaporator at very low temperature directly to a fluid serving as a transport medium, filled into a container by means of a refrigeration system as a direct evaporation system. The fluid is passed during removal from this container through a heat exchanger operated with a controllable electrothermal heater and adjusted to the target temperature, the heat flow is conveyed by means of a pump to the place of use, there z. For example, initiate and maintain an operation or process flow, or the heat flow is passed through a water-to-air heat exchanger to temper a medium, such as air.
Von Nachteil ist dabei, dass das sich in einem Behältnis befindende Fluid zunächst durch die Kälteanlage auf die niedrigste Temperatur gekühlt wird und im Anschluss, bei Entnahme aus diesem Behältnis, der Massenstrom durch eine regelbare Heizung bedarfsgerecht beheizt und so an die Solltemperatur angeglichen wird, was einen hohen Verbrauch von primärer Energie zur Folge hat. Zudem ist bei konventioneller Bauweise der Temperierungsgeräte von Nachteil, dass zusätzliche Betriebsstoffe, z. B. Glykol, erforderlich sind, die zum Wärmetransport benötigt werden, was einen zusätzlichen Aufwand darstellt. Ebenso ist zusätzliche technische Ausstattung erforderlich, z. B. Geräteteile wie Pumpen, Heizung, Druckgefäße, Speicher und andere, sowie eine umfangreiche Automatisation, so dass die Betriebskosten der Apparatur hoch sind.The disadvantage here is that the fluid located in a container is first cooled by the refrigeration system to the lowest temperature and subsequently, when removed from this container, the mass flow is heated as required by an adjustable heating and is adjusted to the target temperature, which results in a high consumption of primary energy. In addition, with conventional construction of Temperierungsgeräte disadvantage that additional supplies, eg. As glycol, are required, which are needed for heat transport, which is an additional expense. Likewise, additional technical equipment is required, eg. B. equipment parts such as pumps, heating, pressure vessels, storage and others, as well as extensive automation, so that the operating costs of the equipment are high.
Bei den mit der herkömmlichen Verfahrensweise betriebenen Anlagen, die zur präzisen Temperierung eines Objekts oder Mediums dienen, ist zudem von Nachteil, dass mittels einer oder mehreren Temperierungsvorrichtungen der Wärmemengenstrom, die Temperatur und der Massenstrom auf die Führungsgröße abgeglichen werden. Dabei sind zum Abgleich der Temperatur zusätzlich zu dem einen oder den mehreren Wärmeaustauschern weitere Stellventile und/oder andere Apparate erforderlich. Durch den Einsatz von einem oder mehreren Wärmeaustauschern treten Übertragungsverluste und, aufgrund der zusätzlichen Verrohrung, Wärmeverluste auf, so dass zusätzliche Energie benötigt wird, was zu einem zusätzlichen Energieverbrauch führt. Zudem ist bei diesen Verfahrensweisen von Nachteil, dass bei einer Leckage Flüssigkeit austritt und so insbesondere in sensiblen Bereichen großer Schaden entstehen kann.In the case of the systems operated with the conventional method, which serve for the precise temperature control of an object or medium, it is also disadvantageous that the heat quantity flow, the temperature and the mass flow are adjusted to the reference variable by means of one or more tempering devices. In this case, additional control valves and / or other apparatus are required to adjust the temperature in addition to the one or more heat exchangers. Through the use of one or more heat exchangers occur transmission losses and, due to the additional piping, heat losses, so that additional energy is needed, resulting in additional energy consumption. In addition, it is disadvantageous in these methods that liquid escapes in the event of a leak and thus great damage can occur, especially in sensitive areas.
Allgemein bekannt sind Heißgasabtaueinrichtungen, bei denen mittels eines Heißgasbypasses das Abschmelzen von Reifschichten am Verdampfer erfolgt. Das Abtauen erfolgt dabei zyklisch oder nach Bedarf, welcher durch die aufgewachsene Reifschicht am Verdampfer bestimmt wird. Bei dem Abtauvorgang wird die Einleitung des Kältemittelstroms in den Verdampfer abgedrosselt und stattdessen der Heißdampfstrom eingeleitet.Hot gas defrosting devices are generally known in which the melting of frost layers on the evaporator takes place by means of a hot gas bypass. The defrosting takes place cyclically or as needed, which is determined by the grown frost layer on the evaporator. In the defrosting process, the introduction of the refrigerant flow into the evaporator is throttled and instead the hot steam flow is introduced.
Bekannt sind Klimageräte, die aus zwischen Kühlkörper gespannten Peltier-Block-Aggregaten bestehen, wobei die Kühlkörper vom Medium Luft durchströmt werden, um diese Luft zu temperieren (
Ebenso bekannt ist das Verfahren und die Vorrichtung zur Temperierung eines in einem Reaktionsbehälter sich befindenden Flüssigkeitsbades mittels eines Mediums, dessen Temperatur mit einem Heizkreislauf und einem Kühlkreislauf einstellbar ist (
Eine Temperierung kann ebenfalls mittels eines Heizregisters und eines Kühlregisters erfolgen, wobei die Medientemperatur durch einen Controller überwacht wird und entsprechend die Register thermisch eingestellt werden (
Weitere linkslaufende Kreisprozesse gehen aus
Diese Verfahren dienen bei den bekannten Anlagen einem gezielten Temperieren wie Heizen, Kühlen oder Gefrieren von Objekten oder Flüssigkeiten.These methods are used in the known systems targeted temperature control such as heating, cooling or freezing of objects or liquids.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Temperieren eines Wärmeaustauschers bei Kälteanlagen bzw. Wärmepumpenanlagen aufzuzeigen, wobei ein Wärmeaustauscher als Verdampfer oder als Wärmeaustauscher oder als Verflüssiger (Verdampfer-Wärmeaustauscher-Verflüssiger) betreibbar ist, so dass dieser eine Wärmeaustauscher sowohl für Heizzwecke als auch für Kühlzwecke nutzbar ist, wobei der Temperaturbereich des Wärmeaustauschers durch die Kennzahlen der Anlagen und durch die charakteristischen Kennzahlen des Kältemittels bestimmt wird. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung, dass in einem vorbestimmten Temperaturbereich des Wärmeaustauschers die Temperatur kontinuierlich abänderbar ist, wobei eine gleichmäßig temperierte Wärmeaustauschfläche des Wärmeaustauschers für ein unmittelbares und gleichmäßiges Temperieren von Medien oder Objekten sorgt.The object of the invention is to provide a method and an apparatus for carrying out the method for controlling the temperature of a heat exchanger in refrigeration or heat pump systems, wherein a heat exchanger as an evaporator or as a heat exchanger or condenser (evaporator-heat exchanger condenser) is operable, so that this heat exchanger is used both for heating purposes and for cooling purposes, wherein the temperature range of the heat exchanger is determined by the characteristics of the systems and by the characteristic characteristics of the refrigerant. In addition, it is an object of the invention that in a predetermined temperature range of the heat exchanger, the temperature is continuously variable, with a uniformly tempered heat exchange surface of the heat exchanger for a direct and uniform temperature control of media or objects.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Nutzung des vom Verdichter bereitgestellten Energiestroms zum einen als Heißdampfvolumenstrom und zum anderen in enthitzter und entwärmter Form als Hochdruckkältemittelkondensat bzw. als Kältemittelmassenstrom, um mittels dieser Ströme die Temperatur und die Leistung des Wärmeaustauschers zu bestimmen, der unmittelbar die nutzungsspezifischen Medien oder Objekte temperiert. Dieses Verfahren soll im Vergleich zu gängigen Verfahren, bei denen ein Verdampfer/Verdichter/Verflüssiger-Satz im Einsatz ist und weitere in Kaskade geschaltete Wärmeaustauscher mit weiteren Stoffkreisen für ein präzises Temperieren von Medien oder Objekten sorgen, zur Überwindung der Nachteile bei gängigen Verfahrensweisen führen.A further object of the invention is the use of the energy flow provided by the compressor, firstly as superheated steam flow and secondly in the heated and cooled form as high-pressure refrigerant condensate or refrigerant mass flow, in order to determine by means of these flows the temperature and the output of the heat exchanger which directly determines the specific use Media or objects tempered. This method should lead to overcoming the disadvantages of common procedures compared to conventional methods in which a vaporizer / compressor / condenser set is in use and other cascaded heat exchangers with other material circuits for precise temperature control of media or objects.
Die Aufgabe der Erfindung ist weiterhin, dass der in den Wärmeaustauscher eingeleitete Energiestrom bzw. der mit Energie beladene Arbeitsstoff als Kältemittel im Wärmeaustauscher gleichmäßig verteilt und aufgeteilt wird, so dass bei Wärmebedarfsänderung bzw. bei Laständerung die innere Wärmeaustauschfläche stets optimal mit dem Arbeitsstoff benetzt wird, so dass die innere Wärmeaustauschfläche vollständig zur Energieübertragung nutzbar ist, was beim Medium oder beim Objekt zu einer verbesserten Nutzbarkeit des Wärmeinhalts des Stoffs führt, woraus wiederum ein verbesserter Gütegrad des Prozesses resultiert. Des Weiteren ist ein unter- oder überfluteter Wärmeaustauscher, insbesondere bei der Betriebsart des Wärmeaustauschers als Verdampfer, zu vermeiden.The object of the invention is further that the introduced into the heat exchanger energy flow or the energy-loaded agent is distributed and divided evenly as a refrigerant in the heat exchanger so that when heat demand change or load change, the inner heat exchange surface is always optimally wetted with the working material, so that the inner heat exchange surface is completely usable for energy transfer, resulting in the medium or the object to an improved usability of the heat content of the substance, which in turn results in an improved quality of the process. Furthermore, a submerged or flooded heat exchanger, in particular in the operating mode of the heat exchanger as an evaporator, to avoid.
Die Aufgabe der Erfindung ist es ferner, dass im Stellbereich eines Stellglieds eine kontinuierliche Temperaturänderung durch den Wärmeaustauscher durchgeführt wird und im diesem Stellbereich ein kontinuierlicher Nutzungswechsel des Wärmeaustauschers vom Kühlen zum Heizen und umgekehrt berücksichtigt ist, zudem ist gefordert, dass die Leistung des Wärmeaustauschers veränderbar ist.The object of the invention is further that in the control range of an actuator a continuous temperature change is performed by the heat exchanger and in this control range a continuous change of use of the heat exchanger from cooling to heating and vice versa is considered, also it is required that the performance of the heat exchanger is changeable ,
Aufgabe der Erfindung ist des Weiteren, die Kälteanlagen bzw. Wärmepumpenanlagen energieeffizient zu betreiben, was mittels einer sich der Wärmeaustauscherleistung anpassenden Antriebsleistung der Arbeitsmaschine zu erfolgen hat.The object of the invention is furthermore to operate the refrigeration systems or heat pump systems in an energy-efficient manner, which has to take place by means of a drive power of the working machine which adjusts to the heat exchanger output.
Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, dass das Kältemittel-Ölgemisch im Systemkreislauf kontinuierlich im Fluss ist, um den Verdichter vor Trockenlauf zu schützen.Furthermore, it is an object of the invention that the refrigerant-oil mixture in the system cycle is continuously in flow to protect the compressor from dry running.
Ebenfalls Aufgabe der Erfindung ist, dass der Wärmeaustauscher zum Ausgleich eines Heizbedarfs die zurückgewonnene Wärmeenergie mit nutzt, woraus sich eine weitere Aufgabe ergibt, nämlich die Erweiterbarkeit des Wärmeaustauschers um einen Verflüssiger, so dass, zum Ausgleich eines größeren Heizbedarfs respektive zur Vergrößerung der Heizleistung, neben der vom Wärmeaustauscher bereitgestellten Nutzleistung der Verflüssiger aus der zurückgewonnenen Wärmeenergie weitere Nutzleistung bereitstellt.Another object of the invention is that the heat exchanger to compensate for a heat demand, the recovered heat energy uses, resulting in another task, namely the expandability of the heat exchanger to a condenser, so that, to compensate for a larger heating needs, respectively, to increase the heating power, in addition provided by the heat exchanger useful power of the condenser from the recovered heat energy further useful power provides.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, dass der Wärmeaustauscher unter anderem auch außerhalb des durch die erfinderische Vorrichtung vorbestimmten Temperaturbereichs betreibbar ist, wobei die Kennzahlen der Kälteanlage bzw. Wärmepumpenanlage, wie die maximal zulässige Temperatur des Verdichters und andere, berücksichtigt werden, um einen sicheren Betrieb der Anlage in diesem erweiterten Temperaturbereich zu gewährleisten.A further object of the invention is that the heat exchanger can also be operated, inter alia, outside the temperature range predetermined by the inventive device, whereby the characteristic numbers of the refrigeration system or heat pump system, such as the maximum permissible temperature of the compressor and others, are taken into account in order to ensure safe operation ensure the system in this extended temperature range.
Aufgabe der Erfindung ist ferner, dass neben der Wirtschaftlichkeit der Kälteanlage bzw. der Wärmepumpenanlage auch deren Betriebssicherheit gewährleistet ist. Zudem ist gefordert, dass bei einer Betriebsstörung der Anlage der Wärmeaustauscher innerhalb eines festgelegten Temperaturbereichs zu halten ist. Daraus ergibt sich eine weitere Aufgabe, nämlich dass ein ohne Hilfsenergie auskommender Sicherheitsregelkreis einzubeziehen ist, der unmittelbar schützend auf die Anlage Einfluss nimmt, z. B. bei einem Defekt des elektronischen Reglers, so dass die Anlage in einen sicheren Betriebszustand überführt wird und so mittelbar der Sicherheitsregelkreis den Wärmeaustauscher im festgelegten Temperaturbereich betreibt.The object of the invention is further that in addition to the cost-effectiveness of the refrigeration system and the heat pump system and their reliability is guaranteed. In addition, it is required that in the event of a malfunction of the system, the heat exchanger must be kept within a specified temperature range. This gives rise to a further object, namely that a safety loop without auxiliary power is to be included, which has a direct protective effect on the system, eg. As in a defect of the electronic controller, so that the system is transferred to a safe operating condition and so indirectly the safety loop operates the heat exchanger in the specified temperature range.
Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, dass die erfinderische Vorrichtung zum Temperieren des Wärmeaustauschers in kompakter, einfacher und kostengünstiger Bauweise zu halten ist.The object of the invention is furthermore that the inventive device for controlling the temperature of the heat exchanger is to be kept in a compact, simple and inexpensive construction.
Zudem ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Temperieren eines Wärmeaustauschers bei Kälteanlagen bzw. Wärmepumpenanlagen aufzuzeigen, wobei der Wärmeaustauscher, der in Abhängigkeit von der Vorrichtung temperiert wird, mit seiner Nutzleistung einen geringen Wärmebedarf ausgleichen soll, und dies bei einer geringen Arbeitsleistung der Kälteanlagen bzw. Wärmepumpenanlagen, woraus sich eine weitere Aufgabe ergibt, dass zur Temperierung und Leistungsbestimmung des Wärmeaustauschers, für die keine standardisierten Drosselorgane verfügbar sind, eine Lösung mit einer dem Verfahren entsprechendem Vorrichtung, die zur Temperierung und Leistungsbestimmung des Wärmeaustauschers dient, herbeigeführt wird.In addition, it is an object of the invention to provide a method and apparatus for carrying out the method for controlling a heat exchanger in refrigeration systems or heat pump systems, wherein the heat exchanger, which is temperature-controlled as a function of the device, to compensate for its low power consumption, and this with a low performance of the refrigeration systems or heat pump systems, resulting in a further object that for temperature control and performance of the heat exchanger, for which no standardized throttle bodies are available, a solution with a method according to the device for temperature control and performance determination of the heat exchanger serves, is brought about.
Demzufolge ist es Aufgabe, einen geringen Wärmebedarf mit einem Wärmeaustauscher und seiner Nutzleistung auszugleichen, was mit einem geringen Energieverbrauch der Arbeitsmaschine einhergehen soll.Accordingly, it is an object to compensate for low heat demand with a heat exchanger and its useful power, which should be accompanied by low energy consumption of the machine.
Des Weiteren ist es Aufgabe, eine unterbrechungsfreie Betriebsweise der Kälteanlage bzw. Wärmepumpenanlage zu gewährleisten.Furthermore, it is an object to ensure an uninterrupted operation of the refrigeration system or heat pump system.
Zudem ist es dabei Aufgabe, den Wärmeaustauscher mit einem Massenstrom und/oder einem Volumenstrom effizient zu speisen, wobei der Zustand und die Menge des Stoffes bestimmbar sind und der Stoff innerhalb des Wärmeaustauschers gleichmäßig verteilt und aufgeteilt ist, woraus sich eine bestimmbare, gleichmäßig temperierte Wärmeaustauschfläche ergibt.It is also an object to efficiently feed the heat exchanger with a mass flow and / or a flow, the state and the amount of the substance can be determined and the material is evenly distributed and divided within the heat exchanger, resulting in a determinable, uniformly tempered heat exchange surface results.
Des Weiteren ist es Aufgabe, dass im Stellbereich eines Stellglieds durch den Wärmeaustauscher sowohl ein Kühlen als auch ein Heizen erfolgt, und dass die auf den Wärmeaustauscher abgestimmte und an ihn angepasste Vorrichtung, bestehend aus einem Drosselorgan, in einer kompakten Bauweise zu halten ist.Furthermore, it is an object that in the control range of an actuator by the heat exchanger, both cooling and heating takes place, and that the tuned to the heat exchanger and adapted to him device consisting of a throttle body is to keep in a compact design.
Ferner ist es Aufgabe, dass die Nutzleistung bzw. der vom Wärmeaustauscher abgeführte Wärmemengenstrom sich automatisch an die momentane Wärmebelastung der Objekte oder der Medien anpasst.Furthermore, it is an object that the net power or the amount of heat flow removed by the heat exchanger automatically adapts to the momentary heat load of the objects or the media.
Die genannten Aufgaben werden mit den Verfahren bzw. den Vorrichtungen mit den Merkmalen gemäß den Ansprüchen 1 bis 19 bzw. 20 bis 39 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Verwendungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen.The above objects are achieved with the methods and the devices having the features according to claims 1 to 19 and 20 to 39, respectively. Advantageous embodiments and uses of the invention will become apparent from the claims.
Die Aufgabe wird durch das erfinderische Verfahren dadurch gelöst, dass der vom Verdichter bereitgestellte Energiestrom als verdichteter und trocken überhitzter Kältemitteldampfstrom bzw. als Heißdampfvolumenstrom in zweifacher Hinsicht genutzt wird, zum einen steht der Heißdampfvolumenstrom zur Verfügung, zum anderem wird der Heißdampfvolumenstrom bzw. der verdichtete und trocken überhitzte Kältemitteldampfstrom enthitzt, entwärmt und gedrosselt, danach steht er als Hochdruckkältemittelkondensat, auch als Kältemittel bezeichnet, im Systemkreis zur Verfügung, wobei das Kältemittel als Kältemittelmassenstrom genutzt wird. Der Kältemittelmassenstrom und/oder der Heißdampfvolumenstrom versorgen einen Wärmeaustauscher, wobei ein Strom, der dem Kältemittelmassenstrom entspricht oder der aus anteiligen Mengenverhältnissen der beiden zusammengeführten Ströme, dem Zwei-Phasen-Strom, oder aus einem anteiligen Heißdampfvolumenstrom besteht oder dem Heißdampfvolumenstrom entspricht, in den Wärmeaustauscher eingeleitet wird, wobei der Strom in direkter Weise im Wärmeaustauscher zur Wirkung kommt und bewirkt, dass Temperatur und Leistung durch diesen bereitgestellt werden. Dabei wird die kleinste Temperatur des Temperaturbereichs des Wärmeaustauschers durch ein Drosselorgan und ein nachgeschaltetes Reduzierrohr und ein diesem wiederum nachgeschaltetes Kapillarrohr bestimmt, die hohe Temperatur wird durch ein verstellbares Heißgasventil und das nachgeschaltete Reduzierrohr und das diesem wiederum nachgeschaltete Kapillarrohr bestimmt, wobei diese hohe Temperatur auf die vorbestimmte maximale Kältemitteldampftemperatur oder die maximale Temperatur des Verdichters begrenzt ist. Dabei finden Drosselorgane Verwendung wie das thermostatische Expansionsventil oder das automatische Expansionsventil, welche als robuste, selbständig arbeitende, funktionelle Regler fungieren, oder das elektronisches Expansionsventil oder das Kapillarrohr oder andere. Der durch die Parallelschaltung des Drosselorgans mit dem verstellbaren Heißgasventil mittels der Verbindung der Ausgänge des Drosselorgans und des Heißgasventils und bei Einstellwerten des Heißgasventils zusammengeführte Strom wird in ein Reduzierrohr, das den Ausgängen nachgeschaltet und dem wiederum ein Kapillarrohr nachgeschaltet ist, eingeleitet, wobei mindestens ein oder mehrere Reduzierrohre und ein oder mehrere Kapillarrohre jeweils in mindestens einem Wärmeaustauscher platziert sind, wobei das Kapillarrohr mit mindestens einer sich einem Druck anpassenden, elastischen Öffnung versehen ist. Sowohl das Reduzierrohr als auch das mit der mindestens einen sich dem Druck anpassenden, elastischen Öffnung des Kapillarrohrs drosseln den Strom. Die Drosselung hat zur Folge, dass sich in Abhängigkeit von der Stellgröße des Heißgasventils jeweils ein Druck im Reduzierrohr und im Kapillarohr einstellt. Der Druck im Zugang des Reduzierrohrs beeinflusst zudem den Drosselungsgrad des Drosselorgans. Dementsprechend ist der Kältemittelmassenstrom von der Stellgröße des Heißgasventils abhängig. Zudem beeinflusst der Druck im Kapillarrohr funktionell den Öffnungsgrad der Öffnungen im Kapillarrohr und somit wird zusätzlich zur Stellgröße des Heißgasventils die Menge bestimmt, die durch die Öffnungen des Kapillarrohrs austritt. Aufgrund dieser durch den Druck gekoppelten Stellglieder wird mit der Stellgröße des Heißgasventils das Beimengen des Heißdampfvolumenstroms zum Kältemittelmassenstrom bestimmbar, wobei durch einen Heißdampfvolumenstrom oder durch die in unterschiedlichen Anteilen zusammengeführten Ströme oder durch einen Kältemittelmassenstrom der Wärmeaustauscher temperiert wird. Zudem wird vor der Einleitung des Kältemittelmassen- und/oder des Heißdampfvolumenstroms in das Reduzierrohr und das Kapillarrohr bewirkt, dass mittels eines thermischen Ausgleichsspeichers gegebenenfalls ein Wärmeaustausch zwischen Kältemittelmassen- und Heißdampfvolumenstrom stattfindet. Durch das Betätigen des Heißgasventils erfolgt somit ein bestimmbares Einleiten von Kältemittelmassenstrom und/oder Heißdampfvolumenstrom in das Reduzierrohr und das Kapillarrohr, wobei innerhalb des Wärmeaustauschers, der meist als mit Lamellen ausgestattetes Wärmeaustauscherrohr ausgestaltet ist, mittels des Kapillarrohrs eine gleichmäßige Verteilung des Massenstroms und/oder Volumenstroms erfolgt, wobei durch den Druck im Kapillarrohr der Öffnungsgrad der mindestens einen Öffnung im Kapillarrohr bestimmt wird, so dass durch diese gleich gestalteten Öffnungen jeweils eine gleichmäßige Aufteilung des Massenstroms und/oder des Volumenstroms durch die Öffnungen in das Wärmeaustauscherrohr erfolgt, wodurch eine optimale, gleichmäßige Temperierung des Wärmeaustauschers erreicht wird, was z. B. bei einem Lamellen-Luft-Wärmeaustauscher zu einer gleichmäßig temperierten Wärmeaustauschfläche führt. Durch diese Verfahrensweise erfolgt im Stellbereich des Heißgasventils mittels des Wärmeaustauschers sowohl ein Kühlen als auch ein Heizen. Bei Temperaturänderung bzw. bei Laständerung sorgt eine Regeleinrichtung durch Temperaturabgleich dafür, dass der Wärmebedarf durch das vom Regler betätigte Heißgasventil vom damit betriebenen Wärmeaustauscher automatisch ausgeglichen wird, und zwar sowohl bei einem Kühl- als auch bei einem Heizbedarf.The object is achieved by the inventive method in that the energy flow provided by the compressor is used as a compressed and dry superheated refrigerant vapor stream or as superheated steam flow in two respects, on the one hand, the superheated steam flow is available, on the other hand, the superheated steam flow or the compressed and dry superheated refrigerant vapor stream is entitzt, cooled and throttled, then he stands as a high-pressure refrigerant condensate, also referred to as refrigerant, in the system circuit available, the refrigerant is used as a refrigerant mass flow. The refrigerant mass flow and / or the hot steam volumetric flow supply a heat exchanger, wherein a stream, the Corresponds to the refrigerant mass flow or which consists of proportional proportions of the two merged streams, the two-phase stream, or from a proportionate hot steam volume flow or the hot steam volume flow, is introduced into the heat exchanger, the flow comes into direct effect in the heat exchanger and causes that temperature and power are provided by this. In this case, the smallest temperature of the temperature range of the heat exchanger is determined by a throttle body and a downstream reducer and this in turn downstream capillary tube, the high temperature is determined by an adjustable hot gas valve and the downstream reducer and this in turn downstream capillary tube, said high temperature on the predetermined maximum refrigerant vapor temperature or the maximum temperature of the compressor is limited. Throttling devices are used such as the thermostatic expansion valve or the automatic expansion valve, which act as robust, self-operating, functional regulators, or the electronic expansion valve or the capillary tube or others. The combined by the parallel connection of the throttle body with the adjustable hot gas valve by means of the connection of the outputs of the throttle body and the hot gas valve and set values of the hot gas valve current is introduced into a reducing tube, which is connected downstream of the outputs and in turn a capillary tube, wherein at least one or a plurality of reducing tubes and one or more capillary tubes are respectively placed in at least one heat exchanger, wherein the capillary tube is provided with at least one pressure-adjusting elastic opening. Both the reducing tube and the at least one pressure-adjusting elastic opening of the capillary tube restrict the flow. The throttling has the consequence that depending on the manipulated variable of the hot gas valve in each case sets a pressure in the reducing tube and in the capillary tube. The pressure in the inlet of the reducing pipe also influences the degree of throttling of the throttle body. Accordingly, the refrigerant mass flow is dependent on the manipulated variable of the hot gas valve. In addition, the pressure in the capillary tube functionally affects the degree of opening of the openings in the capillary tube and thus, in addition to the manipulated variable of the hot gas valve, the amount that emerges through the openings of the capillary tube is determined. Because of these coupled by the pressure actuators with the manipulated variable of the hot gas valve, the admixing of the superheated steam flow to the refrigerant mass flow can be determined, being tempered by a hot steam flow or by merging into different proportions streams or by a refrigerant mass flow of the heat exchanger. In addition, before the introduction of the refrigerant mass and / or the superheated steam flow into the reducing tube and the capillary tube, a heat exchange between the refrigerant mass flow and superheated steam flow optionally takes place by means of a thermal compensating accumulator. By actuation of the hot gas valve thus takes place a determinable introduction of refrigerant mass flow and / or superheated steam flow into the reducing tube and the capillary tube, wherein within the heat exchanger, which is usually designed as a lamellae equipped heat exchanger tube, by means of the capillary tube, a uniform distribution of the mass flow and / or volume flow takes place, is determined by the pressure in the capillary tube, the degree of opening of the at least one opening in the capillary tube, so that in each case a uniform distribution of the mass flow and / or the volume flow through the openings in the heat exchanger tube is carried out by these identically shaped openings, creating an optimal, uniform Temperature control of the heat exchanger is achieved, which z. B. leads in a laminar air heat exchanger to a uniformly tempered heat exchange surface. By this procedure, both cooling and heating takes place in the adjustment range of the hot gas valve by means of the heat exchanger. In case of temperature change or load change, a control device by temperature adjustment ensures that the heat demand is automatically compensated by the actuated by the controller hot gas valve from the heat exchanger operated therewith, both for a cooling and a heating demand.
Die Aufgabe, gemäß dem erfinderischen Verfahren einen Wärmeaustauscher mittels einer Vorrichtung zu temperieren, wird dadurch gelöst, dass dem Sammler mindestens ein Drosselorgan, ausgestaltet als thermostatisches Expansionsventil oder als automatisches Expansionsventil oder als elektronisches Expansionsventil oder als Kapillarrohr, nachgeschaltet ist, dem ein vom Regler betätigtes Heißgasventil, das entweder als Heißgasbypass vor dem Verflüssiger oder in einem Abzweig mit ihm verbunden ist, parallel geschaltet ist. Hierbei sind die beiden zusammengeführten und miteinander verbundenen Ausgänge des Drosselorgans und des Heißgasventils mit dem thermischen Ausgleichsspeicher verbunden, der als thermisch leitendes, langes und vorzugsweise gewickeltes Rohr oder als Behälter gestaltet ist, dessen Inhaltsstoffe gute Wärmeleiteigenschaften aufweisen, dabei ist der Ausgleichsspeicher mit mindestens einem Rohr als Abgangsrohr versehen. Das Abgangsrohr ist mit einem Reduzierrohr und einem thermisch isolierenden, mit einer oder mehreren elastischen, gleichartig gestalteten Öffnungen versehenen Kapillarrohr verlängert, das an seinem Ende verschlossen ist, wobei das Ende des Abgangsrohrs, das Reduzierrohr und das Kapillarrohr im Wärmeaustauscher platziert sind. Der in den Wärmeaustauscher eingeführte Teil des Abgangsrohrs ist mit dem Eingang des Wärmeaustauschers dichtend verbunden. Die als Verbindungsrohr zwischen dem Ausgang des Wärmeaustauschers und dem Verdichter fungierende Saugleitung ist mit dem Wärmeaustauscher und dem Verdichter dichtend verbunden.The task of tempering a heat exchanger by means of a device according to the inventive method, is achieved in that the collector at least one throttle body, designed as a thermostatic expansion valve or as an automatic expansion valve or as an electronic expansion valve or capillary tube, is followed, the one actuated by the controller Hot gas valve, which is connected either as a hot gas bypass before the condenser or in a branch with him, connected in parallel. Here, the two merged and interconnected outputs of the throttle body and the hot gas valve are connected to the thermal balance memory, which is designed as a thermally conductive, long and preferably wound tube or container whose contents have good thermal conduction properties, this is the balance memory with at least one tube provided as outlet pipe. The outlet tube is extended with a reducer tube and a thermally-insulating capillary tube provided with one or more elastic apertures of similar shape closed at its end with the end of the outlet tube, the reducer tube and the capillary tube placed in the heat exchanger. The in the Heat exchanger introduced part of the outlet pipe is sealingly connected to the input of the heat exchanger. The suction pipe functioning as a connecting pipe between the outlet of the heat exchanger and the compressor is sealingly connected to the heat exchanger and the compressor.
Bei dem erfinderischen Verfahren und der Vorrichtung sind mit der Kombination, bestehend aus einem Drosselorgan, einem mit dem Drosselorgan parallel geschalteten verstellbaren Heißgasventil, einem Reduzierrohr und einem Kapillarrohr, durch deren Zusammenwirken und deren Ausgestaltungen Wärmeaustauschertemperaturen einstellbar, wobei bei dieser Kombination die spezifische Verdampfungswärme des Kältemittels und die spezifische Wärmekapazität des verdichteten und trocken überhitzten Kältemitteldampfs bzw. des Heißdampfs durch den Wärmeaustauscher nutzbar sind.In the inventive method and the device are with the combination consisting of a throttle body, a throttling organ connected in parallel adjustable hot gas valve, a reducing tube and a capillary tube, by their interaction and their configurations heat exchanger temperatures adjustable, in this combination, the specific heat of vaporization of the refrigerant and the specific heat capacity of the compressed and dry superheated refrigerant vapor and the superheated steam are usable by the heat exchanger.
Ein besonderer Vorteil dieser Erfindung ist, dass im Stellbereich des Heißgasventils bei der kleinsten einstellbaren Stellgröße sich ein Kältemittelmassenstrom bei der größten einstellbaren Stellgröße sich ein Heißdampfvolumenstrom einstellt und sich bei allen Stellgrößen-Zwischenwerten entweder unterschiedliche Kältemittel-Heißdampf-Massenströme oder ein reduzierter Heißdampfvolumenstrom ergeben.A particular advantage of this invention is that in the control range of the hot gas valve at the smallest adjustable control variable, a refrigerant mass flow at the largest adjustable control variable adjusts a hot steam volume flow and result in either different refrigerant hot steam mass flows or a reduced hot steam volume flow at all intermediate values.
Ein weiterer besonderer Vorteil der Erfindung ist, dass im Stellbereich des Heißgasventils durch den Wärmeaustauscher sowohl ein Kühlen als auch ein Heizen möglich ist, wobei die niedrigste Wärmeaustauschertemperatur bestimmt wird durch die Verdampfungstemperatur, die mittels des Drosselorgans, des Reduzierrohrs und des Kapillarrohrs bestimmt wird, die hohe Wärmeaustauschertemperatur wird mittels des Heißgasventils, des Reduzierrohrs und des Kapillarrohrs bestimmt, wobei die größte Temperatur auf die charakteristischen Kennzahlen der Anlage, z. B. die maximale Kältemitteldampftemperatur oder die maximale Temperatur des Verdichters, begrenzt ist.Another particular advantage of the invention is that in the control range of the hot gas valve through the heat exchanger both cooling and heating is possible, the lowest heat exchanger temperature is determined by the evaporation temperature, which is determined by means of the throttle body, the Reduzierrohrs and the capillary, the high heat exchanger temperature is determined by means of the hot gas valve, the Reduzierrohrs and the capillary tube, the largest temperature on the characteristic characteristics of the system, eg. As the maximum refrigerant vapor temperature or the maximum temperature of the compressor is limited.
Ein besonderer erfinderischer Vorteil ist, dass durch eine erfinderische Kombination, bestehend aus einem Drosselorgan, einem mit dem Drosselorgan parallel geschalteten, verstellbaren Heißgasventil, deren beide Ausgänge zusammengeführt sind, sowie einem nachgeschalteten Reduzierrohr und einem nachgeschalteten Kapillarrohr, durch deren Zusammenwirken sowie durch die Ausgestaltungen dieser Kombination durch Betätigen des Heißgasventils Temperatur und Leistung am Wärmeaustauscher einstellbar sind und mit einer Temperaturregelung ein automatischer Temperaturausgleich erfolgt, wobei bei stetiger Regelung durch den Wärmeaustauscher ein kontinuierlicher Leistungsausgleich durchgeführt wird, und ein Nutzungswechsel des Wärmeaustauschers vom Heizen zum Kühlen und umgekehrt berücksichtigt wird, und zwar bei einer jeweils gleichmäßig temperierten Wärmeaustauschfläche des Wärmeaustauschers, der als Verdampfer oder als Wärmeaustauscher betreibbar ist.A particular inventive advantage is that by an inventive combination, consisting of a throttle body, a parallel with the throttle body, adjustable hot gas valve whose two outputs are merged, and a downstream reducer and a downstream capillary, by their interaction and by the embodiments of this Combined by operating the hot gas valve temperature and power at the heat exchanger are adjustable and with a temperature control automatic temperature compensation, with continuous control by the heat exchanger, a continuous power compensation is performed, and a change of use of the heat exchanger from heating to cooling and vice versa is taken into account at a uniformly tempered heat exchange surface of the heat exchanger, which is operable as an evaporator or as a heat exchanger.
Ein erfinderischer, wesentlicher Vorteil ist, dass durch die erfinderische Kombination, bestehend aus einem Drosselorgan, einem mit dem Drosselorgan parallel geschalteten verstellbaren Heißgasventil, einem Reduzierrohr und einem Kapillarrohr, durch deren Zusammenwirken sowie durch die Ausgestaltungen dieser Kombination ein Beimengen des Heißdampfvolumenstroms zum Kältemittelmassenstrom ermöglicht wird, wobei im Stellbereich des Heißgasventils sich ein Temperaturbereich des Wärmeaustauschers einstellen lässt, der sich von der Verdampfungstemperatur bis zur Heißdampftemperatur erstreckt. Auf diese Weise wird zur Temperierung des Wärmeaustauschers neben der spezifischen Verdampfungswärme des Kältemittels zusätzlich die spezifische Wärmekapazität des verdichteten und trocken überhitzten Kältemitteldampfs bzw. des Heißdampfs mit genutzt.An inventive, significant advantage is that by the inventive combination, consisting of a throttle body, a throttling organ connected in parallel adjustable hot gas valve, a reducing tube and a capillary, through their interaction and by the embodiments of this combination, a mixing of the hot steam volume flow is made possible to the refrigerant mass flow , wherein in the adjustment range of the hot gas valve, a temperature range of the heat exchanger can be adjusted, which extends from the evaporation temperature to the hot steam temperature. In this way, in addition to the specific heat of vaporization of the refrigerant additionally the specific heat capacity of the compressed and dry superheated refrigerant vapor or the superheated steam is used for temperature control of the heat exchanger.
Ein weiterer erfinderischer Vorteil ist, dass die erfinderische Kombination einen Wärmeaustauscher betreibt und erweiterbar ist mit weiteren parallel geschalteten Drosselorganen, die jeweils mit einem nachgeschalteten Reduzierrohr und einem nachgeschalteten Kapillarrohr bestückt sind, wobei diesen Drosselorganen das Heißgasventil parallel geschaltet ist, um weitere parallel geschaltete und in Abhängigkeit vom Heißgasventil stehende Wärmeaustauscher zu betreiben, wobei das Heißgasventil als Master und die durch den Druck gekoppelten Drosselorgane als Slave arbeiten, um so mehrere gleich ausgestaltete Wärmeaustauscher gleichzeitig zu betreiben bzw. mehrere Kühlstellen/Heizstellen im Verbund zu nutzen.Another inventive advantage is that the inventive combination operates a heat exchanger and can be extended with further parallel throttle bodies, which are each equipped with a downstream reducer and a downstream capillary tube, these throttle bodies, the hot gas valve is connected in parallel to more parallel connected and in Depending on the hot gas valve to operate standing heat exchanger, the hot gas valve as a master and coupled by the pressure throttle bodies operate as a slave so as to operate several identically configured heat exchanger simultaneously or use multiple cold spots / hot spots in the network.
Erfinderisch vorteilhaft ist, dass statt dem ohne Hilfsenergie ausgestalteten Drosselorgan, ausgestaltet beispielsweise als thermostatisches Expansionsventil oder Kapillarrohr, ein vom Regler mit Hilfsenergie betätigtes elektrisches, hydraulisches oder pneumatisches Expansionsventil verwendbar ist. Die beiden vom Regler betätigten Ventile, das Expansionsventil und das Heißgasventil, werden als Master-Slave betrieben, wobei das Heißgasventil als Master und das Expansionsventil als Slave fungieren. Vorteilhaft ist, dass die Master-Slave-Betriebsart beispielsweise dadurch realisiert wird, dass der elektrische Anschluss des Expansionsventils zum elektrischen Anschluss des Heißgasventils parallel vertauscht angeschlossen ist oder der Signalausgang des Reglers, der das Heißgasventil betätigt, parallel invers das Expansionsventil betätigt.It is inventively advantageous that, instead of the throttling element designed without auxiliary energy, designed, for example, as a thermostatic expansion valve or capillary tube, an electric, hydraulic or pneumatic expansion valve actuated by the regulator with auxiliary power can be used. The two valves operated by the regulator, the expansion valve and the hot gas valve, are operated as master-slave, with the hot gas valve as master and the expansion valve as slave. It is advantageous that the master-slave mode is realized, for example, in that the electrical connection of the expansion valve for electrical connection of the hot gas valve is connected in parallel reversed or the signal output of the controller which actuates the hot gas valve, in parallel actuates the expansion valve.
Ein durch diese Erfindung gegebener Vorteil besteht darin, dass der Aufwand für die Automatisierung mit Steuerungs- und Regelungstechnik und für die Herstellung der Hardware sowie die Anzahl der Messungen gering gehalten sind. A given by this invention advantage is that the cost of automation with control and regulation technology and for the production of hardware and the number of measurements are kept low.
Ein erfinderischer Vorteil ist, dass durch ein Reduzierrohr als Verbindungsrohr und durch die mindestens eine elastische Öffnung des thermisch isolierenden Kapillarrohrs, das vorzugsweise aus Werkstoffen wie z. B. Kunststoff besteht, der Kältemittelmassenstrom und/oder der Heißdampfvolumenstrom gedrosselt werden. Die Drosselung des Kältemittelmassenstroms und/oder des Heißdampfvolumenstroms durch das Reduzierrohr und die mindestens eine Öffnung des Kapillarrohrs führt zu einem Druck im Reduzierrohr und im Kapillarrohr, wobei der Druck im Kapillarrohr den Öffnungsgrad der mindestens einen elastischen Öffnung des Kapillarrohrs bestimmt, d. h. bei steigendem Druck weitet sich die mindestens eine Öffnung und bei sinkendem Druck verengt sie sich, somit variiert die Durchflussmenge in Abhängigkeit vom Druck und dem gegebenen Öffnungsgrad der Kapillarrohröffnungen. Die Stellgröße des Heißgasventils beeinflusst mittels der mindestens einen elastischen Öffnung im Kapillarrohr und mittels des Reduzierrohrs den Druck, wobei der Druck im Zugang des Reduzierrohrs den Grad der Drosselung des Drosselorgans mit beeinflusst, d. h. beispielsweise bei einem Drosselorgan, das als thermostatisches Expansionsventil ausgestaltet ist, wird mittels des Drucks die Stellgröße des Expansionsventils bestimmt, wodurch sich das Mengenverhältnis vom Heißdampfvolumenstrom zum Kältemittelmassenstrom ergibt, so dass sich entsprechend den Einstellungen des Heißgasventils ein Heißdampfvolumenstrom oder ein aus unterschiedlichen Anteilen von Heißdampfvolumenstrom und Kältemittelmassenstrom bestehender Kältemittel-Heißdampf-Massenstrom oder ein Kältemittelmassenstrom einstellt, wobei mittels der Stellgröße des Heißgasventils die Stoffmenge und damit die Wärmeaustauscherleistung bestimmt wird und durch den Zustand des Stoffs die Wärmeaustauschertemperatur bestimmt wird. Zudem ist von Vorteil, dass mittels des Heißgasventils ein Beimengen des Heißdampfvolumenstroms zum Kältemittelmassenstrom erfolgt, wobei ein zunehmender Heißdampfvolumenstrom zu einem abnehmenden Kältemittelmassenstrom führt und umgekehrt.An inventive advantage is that by a reducing tube as a connecting pipe and by the at least one elastic opening of the thermally insulating capillary tube, preferably made of materials such. B. plastic, the refrigerant mass flow and / or the hot steam volume flow are throttled. The throttling of the refrigerant mass flow and / or the hot steam volume flow through the reducing tube and the at least one opening of the capillary tube leads to a pressure in the reducing tube and in the capillary tube, wherein the pressure in the capillary tube determines the degree of opening of the at least one elastic opening of the capillary tube, d. H. as the pressure increases, the at least one orifice widens and as the pressure decreases, it narrows, thus the flow rate varies depending on the pressure and the degree of opening of the capillary tube orifices. The manipulated variable of the hot gas valve influences the pressure by means of the at least one elastic opening in the capillary tube and by means of the reducing tube, the pressure in the inlet of the reducing tube also having an influence on the degree of throttling of the throttle element, i. H. For example, in a throttle body, which is designed as a thermostatic expansion valve, the manipulated variable of the expansion valve is determined by means of the pressure, resulting in the quantitative ratio of the hot steam volume flow to the refrigerant mass flow, so that according to the settings of the hot gas valve, a hot steam volume flow or from different proportions of superheated steam flow and Refrigerant mass flow existing refrigerant hot steam mass flow or sets a refrigerant mass flow, wherein by means of the manipulated variable of the hot gas valve, the amount of substance and thus the heat exchanger performance is determined and the heat exchanger temperature is determined by the state of the substance. In addition, it is advantageous that an admixing of the hot steam volume flow to the refrigerant mass flow takes place by means of the hot gas valve, wherein an increasing hot steam volume flow leads to a decreasing refrigerant mass flow and vice versa.
Vorteilhaft bei dieser Ausgestaltung ist, dass durch das im Wärmeaustauscher platzierte thermisch isolierende Kapillarrohr, das mit mindestens einer oder mehreren, in Abständen vorhandenen elastischen Öffnungen versehen ist, im Wärmeaustauscher, der meist als Wärmeaustauscherrohr ausgestaltet ist, eine gleichmäßige Stoffverteilung und Stoffaufteilung erfolgt, d. h. es wird eine gleichmäßig Kältemittelmassenstrom- und/oder Heißdampfvolumenstrom-Verteilung und -Aufteilung bewirkt, wodurch sich eine gleichmäßig temperierte Wärmeaustauschfläche mit geringen Temperaturgradienten ergibt. Vorteilhaft ist zudem, dass die mindestens eine Öffnung im Kapillarrohr als sich dem Druck anpassende Düse fungiert, die im Wärmeaustauscher den Kältemittelmassenstrom zerstäubt oder den Heißdampfvolumenstrom entspannt. Somit sorgen die Öffnungen für die Drosselung des Stroms und für die Verteilung und die Aufteilung von Kältemittelmassenstrom und/oder Heißdampfvolumenstrom.An advantage of this design is that the thermally insulating capillary tube placed in the heat exchanger and provided with at least one or more elastic openings at intervals provides a uniform material distribution and material distribution in the heat exchanger, which is usually designed as a heat exchanger tube. H. it is a uniform refrigerant mass flow and / or superheated steam volume flow distribution and division causes, resulting in a uniformly tempered heat exchange surface with low temperature gradients. It is also advantageous that the at least one opening in the capillary tube acts as a pressure-adjusting nozzle which atomizes the refrigerant mass flow in the heat exchanger or depressurizes the hot steam volume flow. Thus, the openings provide for the throttling of the flow and for the distribution and the division of refrigerant mass flow and / or superheated steam flow.
Erfinderisch von Vorteil ist, dass im Wärmeaustauscher durch das Verteilen und Versprühen des unter Druck stehenden Kältemittelmassenstroms durch die mindestens eine elastische Öffnung im Kapillarrohr ein verbesserter Ausnutzungsgrad des in den Wärmeaustauscher eingeleiteten Energiestroms erwirkt wird im Vergleich zu einer Kältemitteleinleitung in einen Wärmeaustauscher, die ohne die erfinderische Kältemittelverteilung erfolgt, was insbesondere bei einem Teillastbetrieb zu einer verbesserten Ausnutzung der Wärmeaustauschfläche führt. Zudem reduzieren sich die Drosselungsverluste des Drosselorgans.An advantage of the invention is that in the heat exchanger by the distribution and spraying of the pressurized refrigerant mass flow through the at least one elastic opening in the capillary tube improved utilization of the introduced into the heat exchanger energy flow is obtained compared to a refrigerant inlet into a heat exchanger, without the inventive Refrigerant distribution takes place, resulting in improved utilization of the heat exchange surface, especially in a part-load operation. In addition, reduce the throttling losses of the throttle body.
Erfinderisch vorteilhaft ist, dass das im Handel erhältliche, standardisierte und damit leistungsabgestufte Heißgasventil vor dem Verflüssiger oder im Abzweig des Verflüssigers mit ihm verbindbar ist, womit die größtmögliche Heißdampftemperatur vorbestimmbar ist und eine einfache hydraulische Verschaltung des Heißgasventils gegeben ist.It is inventively advantageous that the commercially available, standardized and thus power-graded hot gas valve can be connected to it before the condenser or in the branch of the condenser, whereby the maximum hot steam temperature can be predetermined and a simple hydraulic connection of the hot gas valve is given.
Von Vorteil ist dabei, dass die mechanische und die elektrische Verschaltung der Komponenten bei den Kälteanlagen bzw. Wärmepumpenanlagen in einer vereinfachten, kostengünstigen, kompakten Bauweise mit geringem Bauvolumen gehalten und so der apparative Aufwand vereinfacht ist.The advantage here is that the mechanical and the electrical interconnection of the components in the refrigeration systems or heat pump systems held in a simplified, cost-effective, compact design with low volume and so the equipment cost is simplified.
Ein durch diese Erfindung gegebener Vorteil besteht darin, dass bei Anlagen in der Anwendung als Direktverdampfungsanlagen durch die erfinderische Vorrichtung keine separaten Schmierstoffeinrichtungen für den Verdichter erforderlich sind, da durch die Kombination, bestehend aus einem Drosselorgan, einem mit dem Drosselorgan parallel geschalteten verstellbaren Heißgasventil, einem Reduzierrohr und einem Kapillarrohr, durch deren Zusammenwirken sowie die Ausgestaltungen dieser Kombination das Kältemittel-Ölgemisch kontinuierlich im Fluss ist oder das Heißdampf-Ölgemisch im Systemkreis kontinuierlich strömt.A given by this invention advantage is that in systems in the application as direct evaporation systems by the inventive device no separate lubricant devices for the compressor are required, as by the combination consisting of a throttle body, a parallel with the throttle body adjustable hot gas valve, a Reduzierrohr and a capillary tube, through their interaction and the embodiments of this combination, the refrigerant-oil mixture is continuously in the flow or the superheated steam oil mixture flows continuously in the system circuit.
Ein weiterer erfinderischer Vorteil ist, dass das thermisch leitende, vorzugsweise gewickelte, lange Rohr oder der mit Inhaltsstoffen mit guten Wärmeleiteigenschaften gefüllte Behälter als thermischer Ausgleichsspeicher dient, wobei die unterschiedlich temperierten Kältemittel- und Heißdampfströme (Zwei-Phasen-Strömung) durch den thermischen Ausgleichsspeicher einen Wärmeaustausch erfahren, wobei zugleich im thermischen Ausgleichsspeicher eine Vernebelung der Zwei-Phasen-Strömung stattfindet.Another inventive advantage is that the thermally conductive, preferably wound, long tube or the container filled with ingredients with good thermal conductivity properties serves as a thermal compensating memory, wherein the different tempered refrigerant and superheated steam flows (two-phase flow) through the thermal balance memory undergo heat exchange, at the same time takes place in the thermal balance memory nebulization of the two-phase flow.
Eine weitere Aufgabe wird durch eine Ausgestaltung der Vorrichtung mit einem erfinderischen Verfahren dadurch gelöst, dass die spezifische Kondensationswärme des verdichteten und trocken überhitzten Kältemitteldampfs bzw. des Heißdampfvolumenstroms für Heizzwecke mit genutzt wird. Dabei wird der Druck im Wärmeaustauscher von dem am Eingang des Wärmeaustauschers angeordneten verstellbaren Heißgasventil und einem am Ausgang des Wärmeaustauschers angeordneten verstellbaren Expansionsventil bestimmt. Der Wärmeaustauscher wird somit funktionell als Verdampfer oder als Wärmeaustauscher oder als Verflüssiger (Verdampfer-Wärmeaustauscher-Verflüssiger) betrieben.Another object is achieved by an embodiment of the device with an inventive method in that the specific heat of condensation of the compressed and dry superheated refrigerant vapor or the hot steam volume flow is used for heating purposes. In this case, the pressure in the heat exchanger is determined by the arranged at the entrance of the heat exchanger adjustable hot gas valve and arranged at the outlet of the heat exchanger adjustable expansion valve. The heat exchanger is thus functionally operated as an evaporator or as a heat exchanger or as a condenser (evaporator-heat exchanger condenser).
Bei dieser zweckmäßigen Ausgestaltung der erfinderischen Vorrichtung wird die Kombination, bestehend aus einem Drosselorgan, einem mit dem Drosselorgan parallel geschalteten verstellbaren Heißgasventil, einem Reduzierrohr und einem Kapillarrohr, mit ihrem Zusammenwirken und ihren Ausgestaltungen um ein am Ausgang des Wärmeaustauschers angeordnetes verstellbares Expansionsventil erweitert.In this expedient embodiment of the inventive device, the combination consisting of a throttle body, a throttle valve connected in parallel with the adjustable hot gas valve, a reducer and a capillary tube, with their interaction and their designs expanded by a arranged at the output of the heat exchanger adjustable expansion valve.
Die Verfahrensweise beinhaltet, dass in Abhängigkeit von der Differenz der erfassten Temperatur zur Führungsgröße das Heißgasventil und das Expansionsventil sequenziell vom Regler betätigt werden, indem zunächst bei größtmöglicher Stellgröße des Expansionsventils das Heißgasventil betätigt wird und im Anschluss bei größtmöglicher Stellgröße des Heißgasventils das Expansionsventil betätigt wird. Der Wärmeaustauscher wird somit durch den Regler mittels des Heißgasventils und mittels des vom Heißgasventil beeinflussten Drosselorgans betrieben, wobei der Wärmeaustauscher in dieser Betriebsweise als Verdampfer oder als Wärmeaustauscher genutzt wird. Bei Erweiterung des Wärmeaustauschers mit einem Expansionsventil wird der Wärmeaustauscher durch den Regler mittels des Expansionsventils in der Betriebsweise eines Verflüssigers genutzt. Der Wärmeaustauscher ist somit mit der erfinderischen Vorrichtung und der Ausgestaltung als Verdampfer-Wärmeaustauscher-Verflüssiger betreibbar.The procedure includes that depending on the difference of the detected temperature to the reference variable, the hot gas valve and the expansion valve are operated sequentially by the controller by first the highest possible control variable of the expansion valve, the hot gas valve is actuated and then the expansion valve is operated with the largest possible manipulated variable of the hot gas valve. The heat exchanger is thus operated by the controller by means of the hot gas valve and by means of the throttle body influenced by the hot gas valve, the heat exchanger being used in this mode of operation as an evaporator or as a heat exchanger. When expanding the heat exchanger with an expansion valve, the heat exchanger is used by the regulator by means of the expansion valve in the operation of a condenser. The heat exchanger is thus operable with the inventive device and the embodiment as an evaporator-heat exchanger condenser.
Bei dieser erfinderischen Ausgestaltung ist von Vorteil, dass durch die erfinderische Kombination, bestehend aus dem Drosselorgan, dem mit dem Drosselorgan parallel geschalteten, verstellbaren Heißgasventil sowie einem dem Drosselorgan und dem Heißgasventil nachgeschalteten Reduzierrohr und einem dem Reduzierrohr nachgeschalteten Kapillarrohr, durch deren Zusammenwirken und deren Ausgestaltungen zusätzlich der Druck im Wärmeaustauscher mittels eines am Ausgang des Wärmeaustauschers angeordneten Expansionsventils bestimmbar ist, so dass der Wärmeaustauscher zudem als Verflüssiger betreibbar ist. Dabei ist vorteilhaft, dass bei einem Heizbedarf, der größer ist als die vom Wärmeaustauscher mittels der spezifischen Wärme des verdichteten und trocken überhitzten Kältemitteldampfs bzw. des Heißdampfs bereitgestellte Heizleistung, die spezifische Kondensationswärme des Heißdampfs vom hier als Verflüssiger betriebenen Wärmeaustauscher nutzbar ist.In this inventive embodiment it is advantageous that by the inventive combination, consisting of the throttle body, the throttling member connected in parallel, adjustable hot gas valve and a throttle body and the hot gas valve downstream reducing tube and the reducer downstream capillary tube, by their interaction and their embodiments in addition, the pressure in the heat exchanger can be determined by means of an expansion valve arranged at the outlet of the heat exchanger, so that the heat exchanger can also be operated as a condenser. It is advantageous that at a heating demand that is greater than that provided by the heat exchanger by means of the specific heat of the compressed and dry superheated refrigerant vapor or hot steam heat output, the specific heat of condensation of hot steam from here operated as a condenser heat exchanger is available.
Eine Aufgabe mit einer weiteren Ausführungsform des erfinderischen Verfahrens ist, dass der Heizbedarfsausgleich, der von dem mittels, eines Heißgasventils und/oder eines Expansionsventils betriebenen Wärmeaustauschers und zudem von einem mittels eines Dreiwegventils als Verteilventil betriebenen Verflüssigers durchgeführt wird, wobei der Verflüssiger mit dem Wärmeaustauscher in einer Bauform vereint oder separat beim Wärmeaustauscher angeordnet ist. Ist der Heizbedarf größer als die vom Wärmeaustauscher erbringbare Heizleistung, wird zu dieser Heizleistung die Heizleistung des Verflüssigers zugeschaltet. Das Zuschalten der Heizleistung des Verflüssigers erfolgt, wenn die Stellgröße des Heißgasventils einen oberen Ansprechwert im Stellbereich des Heißgasventils überschreitet, und das Abschalten der Heizleistung des Verflüssigers erfolgt, wenn die Stellgröße des Heißgasventils einen unteren Ansprechwert im Stellbereich des Heißgasventils unterschreitet. Somit ist das Zu- und Abschalten der Heizleistung auf die Stellgröße des Heißgasventils abgestimmt und damit an die Heizleistung des Wärmeaustauschers, als Verdampfer-Wärmeaustauscher-Verflüssiger angepasst.An object with a further embodiment of the inventive method is that the heating demand compensation, which is carried out by the means operated by a hot gas valve and / or an expansion valve heat exchanger and also by a three-way valve operated as a distribution valve condenser, wherein the condenser with the heat exchanger in combines a design or is arranged separately at the heat exchanger. If the heating demand is greater than the heat output that can be generated by the heat exchanger, the heat output of the condenser is switched on at this heat output. The connection of the heating power of the condenser takes place when the manipulated variable of the hot gas valve exceeds an upper threshold in the control range of the hot gas valve, and the shutdown of the heating power of the condenser takes place when the manipulated variable of the hot gas valve falls below a lower threshold in the control range of the hot gas valve. Thus, the switching on and off of the heating power is adjusted to the manipulated variable of the hot gas valve and thus adapted to the heat output of the heat exchanger, as evaporator heat exchanger condenser.
Bei dieser weiteren Ausgestaltung wird die erfinderische Vorrichtung um einen Verflüssiger und ein Dreiwegventil erweitert. Dabei ist der Verdichter mit einer Druckleitung mit dem Eintritt des bevorzugt vom Regler betätigten Dreiwegventils verbunden, wobei zum einen einer der beiden Austritte des Dreiwegventils mit dem Verflüssiger verbunden ist, der seinerseits an den nachgeschalteten Sammler angeschlossen ist, und zum anderem der zweite Austritt des Dreiwegventils mit dem weiteren Verflüssiger, der integraler Bestandteil des Wärmeaustauschers ist oder beim Wärmeaustauscher platziert ist, verbunden ist, wobei dieser Verflüssiger ebenfalls mit dem Eingang des ersten Verflüssigers verbunden ist, der seinerseits an den nachgeschalteten Sammler angeschlossen ist.In this further embodiment, the inventive device is extended by a condenser and a three-way valve. In this case, the compressor is connected to a pressure line with the entry of preferably operated by the regulator three-way valve, wherein on the one hand, the two outlets of the three-way valve is connected to the condenser, which in turn is connected to the downstream collector, and on the other, the second outlet of the three-way valve is connected to the further condenser, which is an integral part of the heat exchanger or placed at the heat exchanger, said condenser is also connected to the inlet of the first condenser, which in turn is connected to the downstream collector.
Die erfinderische Ausführungsform hat den Vorteil, dass zum Ausgleich des Heizbedarfs neben der vom Wärmeaustauscher bereitgestellten Nutzwärme eine weitere Nutzwärme von einem Verflüssiger bereitgestellt wird, die in Abstimmung mit dem Heißgasventil zuschaltbar ist, d. h. die Heizleistung des Verflüssigers wird bei Bedarf zur Heizleistung des Wärmeaustauschers als Verdampfer-Wärmeaustauscher-Verflüssiger zugeschaltet. Dabei kann z. B. diese von dem Verflüssiger bereitgestellte Nutzwärme durch Wärmerückgewinnung, beispielsweise aus dem Wärmemengenstrom der Fortluft, der die Wärme entzogen wird, gewonnen werden.The inventive embodiment has the advantage that to compensate for the heating demand in addition to the heat exchanger provided Useful heat, a further useful heat is provided by a condenser, which is switchable in coordination with the hot gas valve, ie the heat output of the condenser is connected as needed to the heat output of the heat exchanger as evaporator heat exchanger condenser. It can be z. B. these provided by the condenser useful heat by heat recovery, for example, from the heat flow of the exhaust air, the heat is removed, are obtained.
Die Lösung einer der vorgenannten Aufgaben wird durch eine weitere ergänzende Ausgestaltung mit einer Erweiterung der erfinderischen Vorrichtung dadurch herbeigeführt, dass die regelbare Heizung, vorzugsweise ein elektrothermischer Wandler, zwischen dem thermischen Ausgleichsspeicher und dem Wärmeaustauscher angeordnet ist.The solution to one of the aforementioned objects is brought about by a further supplementary embodiment with an extension of the inventive device in that the controllable heating, preferably an electrothermal converter, is arranged between the thermal compensation reservoir and the heat exchanger.
Dadurch wird der Heißdampfvolumenstrom vor dem Eintritt in den Wärmeaustauscher durch die regelbare Heizung überhitzt, wobei der Wärmetransport mittels des Kältemittels als Massen- und/oder Volumenstrom erfolgt. Der sich aus der kumulierten Energie des Verdichters und der regelbaren Heizleistung ergebende Energiestrom steht als Nutzleistung am Wärmeaustauscher bereit.As a result, the superheated steam volume flow is overheated by the controllable heater before it enters the heat exchanger, the heat transfer being effected by means of the refrigerant as mass flow and / or volume flow. The resulting from the cumulative energy of the compressor and the controllable heat output energy flow is available as useful power at the heat exchanger.
Vorteilhaft bei dieser weiteren ergänzenden Ausgestaltung ist, dass der Wärmebedarf mittels eines einzigen Wärmeaustauschers ausgeglichen wird und dadurch der Umfang an technischer Ausstattung, insbesondere der des Rohrleitungssystems (Arbeitsstoff-Transportweg), auf ein Minimum reduziert ist, so dass die Temperierung der Objekte oder Medien durch die Wärmeaustauschfläche eines einzigen Wärmeaustauschers erfolgt.An advantage of this further additional embodiment is that the heat demand is compensated by means of a single heat exchanger and thereby the amount of technical equipment, in particular of the piping system (working medium transport path) is reduced to a minimum, so that the temperature of the objects or media the heat exchange surface of a single heat exchanger takes place.
Vorteilhaft bei dieser Ausgestaltung ist zudem, dass der von der regelbaren Heizung ausgehende Energiestrom, aufgrund der Bauart eines Wärmeaustauschers, auf eine große Wärmeaustauschfläche des Wärmeaustauschers übertragen und aufgrund der Berücksichtigung der gleichmäßigen Stoffverteilung und Stoffaufteilung im Wärmeaustauscher erfolgt eine gleichmäßige Wärmeübertragung auf ein Medium oder ein Objekt, im Vergleich zu dem von der regelbaren Heizung übertragenen Energiestrom, der bei direkter Übertragung, bedingt durch die Bauart des elektrothermischen Wandlers mit kleiner Wärmeaustauschfläche, bei hoher Temperatur erfolgt.An advantage of this embodiment is also that the outgoing of the controllable heating energy flow, due to the design of a heat exchanger, transferred to a large heat exchange surface of the heat exchanger and due to the consideration of uniform material distribution and material distribution in the heat exchanger is a uniform heat transfer to a medium or an object in comparison with the energy flow transmitted by the controllable heater, which occurs at high temperature in the case of direct transmission due to the design of the electrothermal converter with a small heat exchange surface.
Eine weitere Aufgabe wird durch eine erweiterte zweckmäßige Ausgestaltung der Vorrichtung gelöst, indem die erfinderische Vorrichtung um eine regelbare Heizung erweitert wird, die als elektrothermischer Wandler ausgestaltet und im Wärmeaustauscher integriert ist oder entsprechend dem Wärmeabfluss des Wärmeaustauschers diesem nachgeschaltet ist. Zudem wird dem Wärmeaustauscher ein Ventil vorgeschaltet, das nach den zusammengeführten Ausgängen des Drosselorgans und des elektrischen Heißgasventils vor dem Wärmeaustauscher angeordnet ist.Another object is achieved by an extended expedient embodiment of the device by the inventive device is extended by a controllable heating, which is designed as an electrothermal transducer and integrated in the heat exchanger or according to the heat flow of the heat exchanger is connected downstream of this. In addition, the heat exchanger is preceded by a valve which is arranged after the merged outputs of the throttle body and the electric hot gas valve in front of the heat exchanger.
Mit dieser weiteren ausgestalteten Vorrichtung wird das Verfahren erweitert, um den Temperaturbereich des Wärmeaustauschers auszuweiten, wobei im erweiterten Temperaturbereich des Wärmeaustauschers die charakteristischen Kennzahlen der Anlage wie die maximale Kältemitteldampftemperatur oder die maximale Temperatur des Verdichters berücksichtigt werden. In diesem erweiterten Temperaturbereich sind Wärmeaustauschertemperaturen bis zur maximalen Grenztemperatur des dem Stoff als Kältemittel beigemischten Öls einstellbar.With this further designed device, the method is extended to extend the temperature range of the heat exchanger, wherein the characteristic characteristics of the system such as the maximum refrigerant vapor temperature or the maximum temperature of the compressor are taken into account in the extended temperature range of the heat exchanger. In this extended temperature range, heat exchanger temperatures are adjustable up to the maximum limit temperature of the oil mixed as refrigerant.
Mit den erweiterten und ergänzenden Ausführungsformen der erfinderischen Kombination liegt das erweiterte erfinderische Verfahren zu Grunde, bei dem der Wärmeaustauscher bei Temperaturen betrieben wird, die größer gleich der maximalen Kältemitteldampftemperatur oder größer gleich der maximalen Temperatur des Verdichters sind, wobei sich die maximale Kältemitteldampftemperatur auf die Kältemitteldampftemperatur beim Eintritt in den Verdichter bezieht, wobei der Regler, z. B. ein P-Regler mit bleibender Regelabweichung, zwischen erfasster Temperatur und Führungsgröße einen Abgleich durchführt und die erfasste Temperatur an die Führungsgröße angleicht,
- – wobei bei einer erfassten Temperatur, die kleiner als die Führungsgröße ist, diese Temperaturdifferenz einem Heizbedarf entspricht, wobei der Regler die erfasste Temperatur mittels der von ihm betriebenen regelbaren Heizung an die Führungsgröße angleicht, und wobei der Wärmeaustauscher mittels des ihm zusätzlich vorgeschalteten geschlossenen Ventils durch den Verdichter evakuiert wird, der sich anschließend ausschaltet,
- – wobei bei einer erfassten Temperatur, die größer als die Führungsgröße ist, diese Temperaturdifferenz einem Kühlbedarf entspricht, wobei der Regler die erfasste Temperatur mittels des von ihm betriebenen Wärmeaustauschers an die Führungsgröße angleicht, indem mittels des vom Regler betätigten Heißgasventils bei geöffnetem und dem Wärmeaustauscher vorgeschalteten Ventil ein bestimmbarer Strom in den Wärmeaustauscher eingeleitet wird,
- – wobei bei geöffnetem Heißgasventil die erfasste Temperatur, die kleiner als die Führungsgröße ist, einer geringen Temperaturdifferenz mit einem geringen Kühlbedarf entspricht, wobei die erfasste Temperatur mittels des vom Regler betriebenen Wärmeaustauschers an die Führungsgröße angeglichen wird, indem der Regler, der in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz das dem Wärmeaustauscher vorgeschaltete Ventil taktet, einen bestimmbaren Strom in den Wärmeaustauscher einleitet.
- - Wherein at a detected temperature, which is smaller than the reference variable, this temperature difference corresponds to a heating demand, wherein the controller equalizes the detected temperature by means of the controllable heater operated by it to the reference variable, and wherein the heat exchanger by means of the additional upstream valve closed by the compressor is evacuated, which then turns off,
- - Wherein at a detected temperature, which is greater than the reference variable, this temperature difference corresponds to a cooling demand, wherein the controller equalizes the detected temperature by means of the heat exchanger operated by it to the reference variable by means of the operated by the controller hot gas valve in the open and the heat exchanger upstream Valve a determinable stream is introduced into the heat exchanger,
- Wherein, with the hot gas valve open, the detected temperature, which is smaller than the reference variable, corresponds to a small temperature difference with a low cooling requirement, wherein the detected temperature is adjusted by means of the heat exchanger operated by the regulator to the reference variable by the controller operating in Depending on the temperature difference the valve upstream of the heat exchanger clocks, initiates a determinable flow into the heat exchanger.
Bei diesem erfinderischen Verfahren ist eine Überwachungs- und Schutzvorrichtung mit einem entsprechenden Verfahren in Ergänzung zur bestehenden Vorrichtung und zum bestehenden Verfahren erforderlich, um sensible Komponenten der Anlage vor Überhitzung zu schützen.In this inventive method, a monitoring and protection device with a corresponding method in addition to the existing device and the existing method is required to protect sensitive components of the system from overheating.
Eine derartige Anordnung einer Überwachungs- und Schutzvorrichtung ist hier beispielsweise die Verbindung eines dem Sammler nachgeschalteten, variabel temperierbaren Drosselorgans mit einem Ventil, wobei der Ventilausgang mit einem Zugang eines Wärmeaustauschers, der als Wärmeaustauscherrohr ausgestaltet und Teil der Saugleitung ist, verbunden ist, wobei das Drosselorgan aus einem Kapillarrohr besteht, das vorzugsweise um einen thermisch leitenden Zylinder gewickelt und somit mechanisch mit ihm verbunden und ebenfalls thermisch verbunden ist, wobei der Zylinder mit einer regelbaren Heizung, vorzugsweise einem elektrothermischen Wandler, bestückt ist. Der als Wärmeaustauscherrohr ausgestaltete Wärmeaustauscher, der Teil der Saugleitung ist, ist mit dem aus einem Rohr bestehenden Zugang bestückt, das in das Innere des Wärmeaustauscherrohrs eingeführt und mit diesem abdichtend verbunden ist, wobei an diesem Rohr ein Reduzierrohr als Verbindungsrohr angeschlossen ist, an welchem ein mit einer oder mehreren gleich gestalteten elastischen Öffnungen versehenes, thermisch isolierendes Kapillarrohr, das vorzugsweise aus einem thermisch isolierenden und elastischen Werkstoff besteht, angeschlossen ist, wobei das Ende des Kapillarrohrs dichtend verschlossen ist.Such an arrangement of a monitoring and protection device is here, for example, the connection of a collector downstream, variable temperature throttle body with a valve, the valve outlet with an access of a heat exchanger, which is designed as a heat exchanger tube and part of the suction line is connected, wherein the throttle body consists of a capillary tube, which is preferably wound around a thermally conductive cylinder and thus mechanically connected to it and also thermally connected, wherein the cylinder is equipped with a controllable heating, preferably an electrothermal transducer. The designed as a heat exchanger tube heat exchanger, which is part of the suction line is equipped with the existing of a pipe access, which is introduced into the interior of the heat exchanger tube and sealingly connected to this, with a reducer tube is connected as a connecting tube to which a with one or more identically designed elastic openings provided, thermally insulating capillary tube, which preferably consists of a thermally insulating and elastic material is connected, wherein the end of the capillary tube is sealed.
Derartige Überwachungs- und Schutzvorrichtungen verhindern unter anderem Temperaturüberschreitungen, also das Überschreiten der maximalen Kältemitteldampftemperatur oder der maximalen Temperatur des Verdichters, wodurch ein sicherer Betrieb im erweiterten Temperaturbereich der Direktverdampfungsanlage gewährleistet ist.Such monitoring and protection devices prevent, inter alia, temperature excesses, ie exceeding the maximum refrigerant vapor temperature or the maximum temperature of the compressor, whereby safe operation in the extended temperature range of the direct evaporation system is ensured.
Auf das zugehörige Regelungsverfahren wird bei den Figuren und bei den Unteransprüchen näher eingegangen.The associated control method is discussed in more detail in the figures and in the dependent claims.
Vorteil ist, dass bei dieser Ausführungsform der Wärmeaustauscher bis zur Grenztemperatur des dem Arbeitsstoff als Kältemittel beigemischten Öls betreibbar ist.The advantage is that in this embodiment the heat exchanger can be operated up to the limit temperature of the oil admixed with the working substance as refrigerant.
Bei diesen ergänzenden Ausgestaltungen ist von Vorteil, dass die erfinderische Kombination, bestehend aus einem Drosselorgan, einem mit dem Drosselorgan parallel geschalteten verstellbaren Heißgasventil, einem Reduzierrohr und einem Kapillarrohr, durch deren Zusammenwirken sowie durch die Ausgestaltungen diese Kombination mit einem variabel temperierbaren Drosselorgan mit seinen Ausgestaltungen erweiterbar ist, was den Temperaturbereich des Wärmeaustauschers ausweitet. Dabei werden Komponenten der Kältemaschinen bzw. Wärmepumpen, z. B. der Verdichter, mittels des variabel temperierbaren Drosselorgans bedarfsgerecht temperiert und somit vor Überhitzung geschützt.In these additional embodiments, it is advantageous that the inventive combination, consisting of a throttle body, an adjustable hot gas valve connected in parallel with the throttling member, a reducing tube and a capillary tube, by their interaction and by the embodiments of this combination with a variably tempered throttle body with its embodiments expandable, which extends the temperature range of the heat exchanger. In this case, components of the refrigerators or heat pumps, z. As the compressor, by means of the variable-temperature throttle body needs-tempered and thus protected from overheating.
Von Vorteil bei diesen Ausgestaltungen und Ausführungsformen ist, dass bei der erfinderischen Kombination, bestehend aus einem Drosselorgan, einem mit dem Drosselorgan parallel geschalteten, verstellbaren Heißgasventil, deren beide Ausgänge zusammengeführt sind, sowie einem nachgeschalteten Reduzierrohr und einem nachgeschalteten Kapillarrohr, durch deren Zusammenwirken sowie durch die Ausgestaltungen dieser Kombination der Wärmeaustauscher mit weiteren Apparaten, wie Verflüssiger und/oder Heizung, erweiterbar ist und dabei die Komponenten der Anlage gegebenenfalls mittels einem variabel temperierbaren Drosselorgans vor Überhitzung geschützt werden.An advantage of these embodiments and embodiments is that in the inventive combination, consisting of a throttle body, connected in parallel with the throttle body, adjustable hot gas valve whose two outputs are merged, and a downstream reducer and a downstream capillary tube, by their interaction and by the configurations of this combination of heat exchangers with other apparatus, such as condenser and / or heating, can be extended while the components of the system are optionally protected by means of a variable-temperature throttle body against overheating.
Eine weitere Aufgabe wird dadurch gelöst, dass durch einen im Kapillarrohr veränderbaren Druck die im Wärmeaustauscher verbrachte Stoffmenge beeinflussbar ist und somit die Leistung des Wärmeaustauschers bestimmbar ist, wobei die Öffnungen des Kapillarrohrs für ein gleichmäßiges Verteilen und Aufteilen des Stoffs sorgen. Dementsprechend ist mittels des Drucks die Durchflussmenge des Kältemittels oder des Kältemittel-Heißdampfes oder des Heißdampfes durch die mindestens eine Öffnung des thermisch isolierenden Kapillarrohrs bestimmbar.Another object is achieved in that by a variable pressure in the capillary, the amount of material spent in the heat exchanger can be influenced and thus the performance of the heat exchanger can be determined, the openings of the capillary provide for uniform distribution and division of the substance. Accordingly, by means of the pressure, the flow rate of the refrigerant or of the superheated refrigerant steam or of the superheated steam can be determined through the at least one opening of the thermally insulating capillary tube.
Vorteilhaft ist bei dieser erweiterten zweckmäßigen Ausführungsform, dass das erfinderische Verfahren der Temperierung eines Wärmeaustauschers mit einem bestimmbaren Druck im Kapillarrohr, der die im Wärmeaustauscher verbrachte Stoffmenge beeinflusst, die wiederum ihrerseits die Leistung des Wärmeaustauschers beeinflusst, kombinierbar ist. Dabei ist es vorteilhaft, dass bei sich änderndem Druck durch die Kapillarrohröffnungen ein gleichmäßiges Verteilen und Aufteilen des Stoffs im Wärmeaustauscher stattfindet, wodurch die Wärmeaustauschfläche stets gleichmäßig temperiert ist.It is advantageous in this extended advantageous embodiment that the inventive method of temperature control of a heat exchanger with a determinable pressure in the capillary tube, which affects the amount of heat spent in the amount of substance, which in turn affects the performance of the heat exchanger, can be combined. It is advantageous that with changing pressure through the capillary tube openings a uniform distribution and division of the substance takes place in the heat exchanger, whereby the heat exchange surface is always uniformly tempered.
Um aus energetischer Sicht den Leistungsverbrauch der Kältemaschine bzw. Wärmepumpe an die Wärmeaustauscherleistung anzupassen, ist eine Regelung der Leistung des Verdichters erforderlich.To adjust the power consumption of the chiller or heat pump to the heat exchanger performance from an energy point of view, a regulation of the power of the compressor is required.
Eine weitere Aufgabe wird durch eine weitere zweckmäßige und vorteilhafte Ausführungsform zum erfinderischen Verfahren insofern gelöst, dass die Leistung des Verdichters sich automatisch an den vom Wärmeaustauscher abgeführten Energiestrom anpasst. Dabei liegt ein Verfahren zu Grunde, bei welchem in Abhängigkeit des vom Wärmeaustauscher abgeführten Wärmemengenstroms die Antriebsleistung des Verdichters bzw. die Drehzahl des Verdichters bestimmt wird. Regelgrößen zur Regelung der Leistung des Verdichters sind in der Regel der vom Wärmeaustauscher abgeführte Wärmemengenstrom, der ermittelt wird aus der Differenz der Wärmemenge vor und nach der Wärmebehandlung beispielsweise eines Mediums, oder die Enthalpie, die ermittelt wird aus der Differenz der Enthalpie vor und nach der Wärmebehandlung beispielsweise eines Mediums. Vorteilhaft bei dieser Ausführungsform ist, dass das erfinderische Verfahren der Temperierung eines Wärmeaustauschers mit dem Verfahren der Leistungsregelung des Verdichters kombinierbar ist.Another object is achieved by a further expedient and advantageous embodiment solved the inventive method in that the power of the compressor automatically adapts to the energy flow discharged from the heat exchanger. In this case, a method is used, in which the drive power of the compressor or the rotational speed of the compressor is determined as a function of the heat quantity flow discharged by the heat exchanger. Controlled variables for controlling the power of the compressor are usually the amount of heat removed by the heat exchanger, which is determined from the difference in the amount of heat before and after the heat treatment, for example a medium, or the enthalpy, which is determined from the difference in enthalpy before and after Heat treatment, for example, a medium. An advantage of this embodiment is that the inventive method of controlling the temperature of a heat exchanger with the method of power control of the compressor can be combined.
Ergänzend zu der Kombination der beiden Verfahren wird die Temperatur und der Druck des vom Verdichter angesaugten Kältemitteldampfs überwacht, so dass vom Verdichter ein trocken überhitzter Kältemitteldampf angesaugt wird. Unterschreitet die an der Saugleitung erfasste Temperatur die vorbestimmte Kältemitteldampftemperatur oder der in der Saugleitung erfasste Druck den vorbestimmten Kältemitteldampfdruck (Sättigungsdruck), bestimmt der Regler eine minimale Stellgröße der Antriebsleistung des Verdichters bzw. eine minimale Drehzahl des Verdichters, wobei der Regler die Drehzahl auf die minimale Stellgröße begrenzt bzw. den unteren Drehzahlbereich des Verdichters regelnd einschränkt.In addition to the combination of the two methods, the temperature and pressure of the refrigerant vapor drawn in by the compressor are monitored, so that a dry superheated refrigerant vapor is sucked in by the compressor. If the temperature detected at the suction line falls below the predetermined refrigerant vapor temperature or the pressure detected in the suction line, the controller determines a minimum actuating variable of the compressor drive power or a minimum compressor speed, the controller setting the speed to the minimum Manipulated variable limited or the lower speed range of the compressor regulatory limits.
Dabei wird beim kombinierten Verfahrensablauf berücksichtigt, dass der vom Wärmeaustauscher durchgeführte Temperaturausgleich vorrangig vor der Anpassung der Antriebsleistung des Verdichters an den vom Wärmeaustauscher abgeführten Energiestrom erfolgt, indem bei einem unteren Ansprechwert der Stellgröße des sich im Regelbetrieb befindenden Stellglieds und bei dessen Unterschreitung und bei einem oberen Ansprechwert der Stellgröße des sich im Regelbetrieb befindenden Stellglieds und bei dessen Überschreitung sukzessive die Stellgröße der Drehzahl des Verdichters vergrößert wird, bis die erfasste Temperatur an die Führungsgröße angeglichen ist.It is taken into account in the combined process sequence that carried out by the heat exchanger temperature compensation takes place prior to the adjustment of the drive power of the compressor to the energy flow discharged from the heat exchanger by a lower response value of the manipulated variable of the actuator located in normal operation and when it falls below and at an upper Pickup value of the manipulated variable of the actuator located in the control mode and when it is exceeded successively the manipulated variable of the speed of the compressor is increased until the detected temperature is equalized to the reference variable.
Erfinderisch vorteilhaft ist bei dieser zweckmäßigen Ausführungsform, dass das im Wärmeaustauscher platzierte, thermisch isolierende Kapillarrohr, das mit mindestens einer oder mehreren elastischen, in Abständen längs an den Kapillarrohren angeordneten, gleich gestalteten Öffnungen versehen ist, bei sich änderndem Druck für eine gleichmäßige Stoffverteilung und Stoffaufteilung durch die mindestens eine Öffnung im Wärmeaustauscher sorgt, so dass bei verschiedenen Lastzuständen und bei einer sich der Leistung des Wärmeaustauschers anpassenden Antriebsleistung des Verdichters eine gleichmäßig temperierte Wärmeaustauschfläche gewährleistet ist.It is inventively advantageous in this advantageous embodiment that the thermally insulating capillary tube placed in the heat exchanger and provided with at least one or more elastic apertures arranged at equal intervals along the capillary tubes is provided with changing pressure for a uniform material distribution and material distribution through the at least one opening in the heat exchanger ensures, so that at different load conditions and at a capacity of the heat exchanger adaptive drive power of the compressor a uniformly tempered heat exchange surface is ensured.
Bei dieser Ausführungsform ist des Weiteren von Vorteil, dass das Verfahren der an die Wärmeaustauscherleistung bedarfsangepassten Antriebsleistung des Verdichters mit dem erfinderischen Verfahren und seinen Ausgestaltungen zur Temperierung eines Wärmeaustauschers kombinierbar ist. Zudem ist von Vorteil, dass unter Berücksichtigung einer gleichmäßig temperierten Wärmeaustauschfläche sich weitere Energieeinsparungen erzielen lassen.In this embodiment, it is furthermore advantageous that the method of the drive power of the compressor, which is adapted to the heat exchanger capacity, can be combined with the inventive method and its configurations for controlling the temperature of a heat exchanger. In addition, it is advantageous that, taking into account a uniformly tempered heat exchange surface, further energy savings can be achieved.
Eine weitere Aufgabe wird durch eine zweckmäßige und vorteilhafte ergänzende Ausführungsform mit einer Vorrichtung dadurch gelöst, dass ein auf den Wärmeaustauscher abgestimmtes, variabel temperierbares Drosselorgan, bestehend aus einem Kapillarrohr, einem thermisch leitenden Zylinder und einer regelbaren Heizung die Aufgabe der Kombination des mit einem Drosselorgan parallel geschalteten Heißgasventils übernimmt. Dabei ist das Kapillarrohr um den thermisch leitenden Zylinder, der mit Heizung bestückt ist, gewickelt und mit ihm mechanisch und thermisch verbunden.Another object is achieved by an expedient and advantageous supplementary embodiment with a device in that a tuned to the heat exchanger, variable temperature throttle body, consisting of a capillary tube, a thermally conductive cylinder and a controllable heater, the task of combining the parallel with a throttle body switched hot gas valve takes over. In this case, the capillary tube is wound around the thermally conductive cylinder, which is equipped with heating, and connected to it mechanically and thermally.
Der erfinderischen Vorrichtung liegt das Verfahren zu Grunde, dass eine Regeleinrichtung ein elektronisches Ventil betätigt, und so die Heizung den Zylinder temperiert, der seinerseits das Kapillarrohr mit dem darin befindlichen Kältemittelmassenstrom temperiert, der in den Wärmeaustauscher eingeleitet wird und diesen somit temperiert und betreibt.The inventive device is based on the method that a control device actuates an electronic valve, and thus the heating tempered the cylinder, which in turn tempered the capillary tube with the refrigerant mass flow therein, which is introduced into the heat exchanger and thus tempered and operated.
Vorteil dieser erfinderischen ergänzenden zweckmäßigen Ausführungsform ist, dass mittels einer Stellgröße des variabel temperierbaren Drosselorgans der Zustand des Stellstroms eingestellt wird.Advantage of this inventive complementary useful embodiment is that by means of a manipulated variable of the variable-temperature throttle body, the state of the actuating current is set.
Der Vorteil dieser ergänzenden zweckmäßigen Ausführungsform ist ebenfalls, dass durch ein vom Regler betätigtes elektronisches Ventil mittels des variabel temperierbaren Drosselorgans die Temperatur am Wärmeaustauscher der Führungsgröße folgt und entsprechend ein automatischer Temperaturausgleich erfolgt, wobei mit stetiger Regelung ein kontinuierlicher Leistungsausgleich durch den Wärmeaustauscher bei stetiger Temperaturänderung des Wärmeaustauschers bzw. bei kontinuierlichem Nutzungswechsel des Wärmeaustauschers vom Kühlen zum Heizen und umgekehrt durchgeführt wird, bei einer gleichmäßig temperierten Wärmeaustauschfläche des Wärmeaustauschers, was insbesondere bei kleinem Leistungsbereich der Kältemaschine bzw. Wärmepumpe eine kostengünstige Bauweise mit geringem Bauvolumen darstellt.The advantage of this additional expedient embodiment is also that followed by an electronic valve operated by the controller by means of the variable temperature throttle body, the temperature at the heat exchanger of the reference variable and corresponding automatic temperature compensation takes place, with continuous control, a continuous power compensation by the heat exchanger at a constant temperature change Heat exchanger or is carried out in a continuous change of use of the heat exchanger from cooling to heating and vice versa, with a uniformly tempered heat exchange surface of the heat exchanger, which in particular at low power range of the chiller or Heat pump is a cost-effective design with low volume.
Vorteilhaft bei den erfinderischen Ausgestaltungen und Ausführungsformen ist, dass eine Regeleinrichtung, die mittels des Heißgasventils und/oder Expansionsventils einen Wärmeaustauscher betreibt, dafür sorgt, dass der Wärmebedarf durch die Nutzleistung des Wärmeaustauschers automatisch ausgeglichen wird bzw. die Wärmeaustauscherleistung sich der Wärmebelastung automatisch anpasst. Entsprechendes gilt für das auf den Wärmeaustauscher abgestimmte und angepasste variabel temperierbare Drosselorgan, das von einer Regeleinrichtung betätigt wird, die einen Wärmeaustauscher betreibt.An advantage of the inventive embodiments and embodiments is that a control device, which operates a heat exchanger by means of the hot gas valve and / or expansion valve, ensures that the heat demand is automatically compensated by the useful power of the heat exchanger or the heat exchanger performance automatically adjusts to the heat load. The same applies to the tuned to the heat exchanger and adapted variable temperature throttle body, which is actuated by a control device which operates a heat exchanger.
Vorteilhaft bei dieser ergänzenden Ausführungsform der Erfindung ist zudem, dass das erfinderische Verfahren der Temperierung eines Wärmeaustauschers mit einer Leistungsregelung des Verdichters kombinierbar ist. Die Leistungsregelung der Antriebsmaschine des Verdichters beeinflusst die Drehzahl des Verdichters und den Druck im Kapillarrohr, wobei der Druck die im Wärmeaustauscher verbrachte Stoffmenge beeinflusst, wodurch die Temperatur und die Leistung des Wärmeaustauschers mit bestimmt werden.Another advantage of this additional embodiment of the invention is that the inventive method of temperature control of a heat exchanger with a capacity control of the compressor can be combined. The power control of the prime mover of the compressor affects the speed of the compressor and the pressure in the capillary tube, which pressure affects the amount of material spent in the heat exchanger, thereby determining the temperature and performance of the heat exchanger.
Bei dieser Ausführungsform der Kombinierbarkeit des erfinderischen Verfahrens der Temperierung eines Wärmeaustauschers mit dem Verfahren der Leistungsregelung des Verdichters ist von Vorteil, dass die Wärmeaustauscherleistung einerseits durch den Zustand des Stoffs als Kältemittel bestimmbar ist und andererseits durch die vom Druck im Kapillarrohr bestimmbare Stoffmenge. Günstig wirkt sich das im Wärmeaustauscher platzierte thermisch isolierende Kapillarrohr aus, das mit mindestens einer oder mehreren in Abständen vorhandenen, gleich gestalteten Öffnungen versehen ist, welche für eine gleichmäßige Stoffverteilung und Stoffaufteilung sorgen, was eine gleichmäßig temperierte Wärmeaustauschfläche zur Folge hat, so dass der Wärmemengenstrom gleichmäßig vom Wärmeaustauscher abfließt. Die Anpassung der Antriebsleistung des Verdichters an den abgeführten Energiestrom des Wärmeaustauschers erfolgt in Abhängigkeit von einer Regelgröße, beispielsweise des vom Wärmeaustauscher abgeführten Wärmemengenstroms oder der vom Wärmeaustauscher abgeführten Enthalpie oder anderen Regelgrößen.In this embodiment, the combinability of the inventive method of temperature control of a heat exchanger with the method of power control of the compressor is advantageous that the heat exchanger performance can be determined on the one hand by the state of the substance as a refrigerant and on the other hand by the determinable by the pressure in the capillary tube amount of substance. Conveniently, the thermally insulating capillary tube placed in the heat exchanger, which is provided with at least one or more spaced, identically designed openings, which ensure a uniform material distribution and material distribution, which has a uniformly tempered heat exchange surface result, so that the heat flow flows evenly from the heat exchanger. The adaptation of the drive power of the compressor to the discharged energy flow of the heat exchanger takes place as a function of a control variable, for example, the amount of heat removed by the heat exchanger or the heat exchanger from the enthalpy or other controlled variables.
Vorteilhaft bei der Erfindung ist, dass der Temperaturbereich des Wärmeaustauschers mit Ausführungsformen und mit Ausgestaltungen gestaltbar ist und die Leistung des Wärmeaustauschers mit Ausführungsformen und mit Ausgestaltungen abänderbar und die Leistung der Arbeitsmaschine auf den vom Wärmeaustauscher abgeführten Energiestrom anpassbar ist.An advantage of the invention is that the temperature range of the heat exchanger can be designed with embodiments and with designs and the performance of the heat exchanger with embodiments and configurations can be changed and the performance of the working machine can be adapted to the energy flow discharged by the heat exchanger.
Bei einer Festwertregelung regelt die Regeleinrichtung die erfasste Regelgröße, hier die Temperatur, um die Temperatur der Objekte oder Medien konstant zu halten, indem der Wärmeaustauscher, der als Verdampfer oder als Wärmeaustauscher oder als Verflüssiger betreibbar ist, mit seiner Nutzleistung automatisch den momentanen Wärmebedarf ausgleicht, wobei der Wärmeaustauscher mit einem oder mehreren Verflüssigern und/oder mit einer oder mehreren regelbaren Heizungen erweiterbar ist, wobei die Verflüssiger und/oder regelbaren Heizungen mit ihrer Nutzleistung ebenfalls automatisch den momentanen Wärmebedarf ausgleichen. Bei einer Folgeregelung, bei der die veränderliche Führungsgröße meist in Abhängigkeit von weiteren Größen steht, gilt bezüglich des Temperaturabgleichs das Gleiche wie bei der Festwertregelung. Zudem überwacht die Regeleinrichtung mittels der erfassten Regelgröße, hier die Kältemitteldampftemperatur (Sauggastemperatur), die Temperatur des Verdichters und andere, und schützt die Komponenten wie den Verdichter vor Überhitzung.In a fixed value control, the control device controls the detected controlled variable, here the temperature to keep the temperature of the objects or media constant by the heat exchanger, which is operable as an evaporator or as a heat exchanger or condenser, automatically compensates with its useful power the current heat demand, wherein the heat exchanger is expandable with one or more condensers and / or with one or more controllable heaters, wherein the condenser and / or controllable heaters also automatically compensate for the current heat demand with their useful power. In the case of a follow-up control, in which the variable command variable usually depends on further variables, the same applies to the temperature adjustment as with the fixed-value control. In addition, the control device monitors by means of the detected controlled variable, here the refrigerant vapor temperature (suction gas temperature), the temperature of the compressor and others, and protects the components such as the compressor from overheating.
Bei Führungsgrößen, die kleiner sind als die Kennzahlen der Anlage, wie die maximale Kältemitteldampftemperatur oder die maximale Temperatur des Verdichters, und bei einem Heizbedarf, der größer ist als durch die Stellglieder des Heißgasventils, des Expansionsventils und des Dreiwegventils erbringbar ist, kann zusätzlich die regelbare Heizung zugeschaltet werden. Die Regeleinrichtung betreibt den Wärmeaustauscher und je nach benötigtem Leistungsbedarf einen Verflüssiger und/oder eine regelbare Heizung.In the case of reference variables which are smaller than the characteristic numbers of the system, such as the maximum refrigerant vapor temperature or the maximum temperature of the compressor, and with a heating requirement which is greater than that which can be achieved by the actuators of the hot gas valve, the expansion valve and the three-way valve, the controllable temperature can additionally be determined Heating be switched on. The control device operates the heat exchanger and, depending on the required power requirement, a condenser and / or a controllable heater.
Die Kältemaschine bzw. die Wärmepumpe umfasst die von der Regeleinrichtung betriebenen Apparate (Wärmeaustauscher, Verflüssiger und Heizung), die von der Regeleinrichtung betätigten Stellglieder (Ventile und variabel temperierbare Drosselorgane), die von der Regeleinrichtung geschaltete Maschine (Verdichter) und die Transportwege (Rohrleitungen). Die Regeleinrichtung sorgt zudem für den automatisierten Betrieb der Anlage, wobei die zu regelnden Größen (Regelgrößen), hier Temperatur und Druck, von den Messeinrichtungen (Temperaturfühler und Druckfühler) fortlaufend erfasst werden.The chiller or the heat pump comprises the apparatus operated by the control device (heat exchanger, condenser and heater), the actuators actuated by the control device (valves and variable-temperature throttle bodies), the machine switched by the control device (compressor) and the transport routes (piping) , The control device also ensures the automated operation of the system, whereby the variables to be controlled (controlled variables), in this case temperature and pressure, are recorded continuously by the measuring devices (temperature sensors and pressure sensors).
Bei den Ausgestaltungen mit den Ausführungsformen betreibt die Regeleinrichtung einen Wärmeaustauscher als Verdampfer oder als Wärmeaustauscher oder als Verflüssiger. Je nach Leistungsbedarf wird der Wärmeaustauscher erweitert um einen Verflüssiger und/oder eine regelbare Heizung sowie Überwachungs- und Schutzvorrichtungen, die Komponenten der Anlagen überwachen.In the embodiments with the embodiments, the control device operates a heat exchanger as an evaporator or as a heat exchanger or as a condenser. Depending on the power requirement, the heat exchanger is extended by a condenser and / or a controllable heater as well as monitoring and protection devices that monitor components of the systems.
Auf die Erfindung mit ihren Verfahren und ihren Vorrichtungen wird in den Ausführungsbeispielen und den Ansprüchen näher eingegangen. On the invention with its methods and their devices will be discussed in more detail in the embodiments and the claims.
Einige Anwendungen und die daraus resultierenden Vorteile werden nachstehend aufgezeigt.Some applications and the resulting benefits are shown below.
Erfinderisch vorteilhaft ist, dass bei den Anlagen, die mit der erfinderischen Kombination bestückt sind, im Heizbetrieb eine Kondensatbildung am Verflüssiger vermieden wird, im Gegensatz zu Invertergeräten, die mit Umschaltventilen zum Kühlen und Heizen bestückt sind.It is inventively advantageous that in the systems that are equipped with the inventive combination, condensate formation on the condenser is avoided in heating operation, in contrast to inverter devices that are equipped with reversing valves for cooling and heating.
Ein weiterer, durch diese Erfindung gegebener Vorteil besteht darin, dass bei Anlagen in der Anwendung als Direktverdampfungsanlagen der Wärmeaustauscher bei stetiger Temperaturregelung zur sensiblen Kühlung eines Mediums nutzbar ist. Mit einer stetigen Temperaturregelung und mit der gleichmäßig temperierten Wärmeaustauschfläche des Wärmeaustauschers lässt sich das zu behandelnde Medium, z. B. Luft, präzise und gleichmäßig temperieren, wobei Kondensatbildung am Wärmeaustauscher in der Anwendung als Verdampfer vermieden wird. Somit kann auf eine Kondensatauffangwanne verzichtet werden, was zudem eine vom Kondensatablauf unabhängige Montage im Gebäude ermöglicht. Die Taupunkttemperatur wird vom Regler aus Luftfeuchtigkeit und Lufttemperatur ermittelt.Another advantage given by this invention is that in systems used in the application as direct evaporation systems, the heat exchanger with continuous temperature control for sensitive cooling of a medium is available. With a continuous temperature control and with the uniformly tempered heat exchange surface of the heat exchanger, the medium to be treated, for. As air, precise and even tempering, with condensation on the heat exchanger in the application is avoided as an evaporator. Thus, it is possible to dispense with a condensate collecting tray, which also allows an installation independent of the condensate drain in the building. The dew point temperature is determined by the controller from humidity and air temperature.
Erfinderisch ist von Vorteil, dass durch dieses Verfahren und die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens unter anderem die Wärmeaustauschfläche, beispielsweise bei einem Lamellen-Luftwärmeaustauscher, gleichmäßig temperiert wird und mit stetiger Regelung eine präzise, gleichmäßige Temperierung eines Objekts oder Mediums, z. B. eines Aerosols, ermöglicht wird, wodurch spezifisch flüssige Schwebstoffe aus dem Aerosol auskondensierbar sind.It is an advantage of the invention that, by means of this method and the device for carrying out this method, among other things, the heat exchange surface, for example in the case of a lamellar air heat exchanger, is uniformly tempered and with constant regulation a precise, uniform temperature control of an object or medium, eg. As an aerosol, is made possible whereby specific liquid suspended matter from the aerosol are auskondensierbar.
Ein weiterer Vorteil ist, dass bei einem Defekt des von einem Regler, z. B. einem elektronischen Regler, betätigten Heißgasventils das Drosselorgan, das beispielsweise als thermostatisches Expansionsventil ausgestaltet ist, in seiner Funktion als selbständig arbeitender Regler als Sicherheitsventil fungiert, so dass wärmeempfindliche Stoffe wie Milch, Aromen und andere vor Überhitzung geschützt sind.Another advantage is that in case of a defect of a controller, z. As an electronic controller, operated hot gas valve, the throttle body, which is designed for example as a thermostatic expansion valve, acting as a self-operating regulator as a safety valve in its function, so that heat-sensitive substances such as milk, flavors and others are protected against overheating.
Ein erfinderischer Vorteil ist dadurch gegeben, dass die Anlage mit der erfindungsgemäßen Kombination, die aus einem Drosselorgan, einem mit dem Drosselorgan parallel geschalteten, verstellbaren Heißgasventil, deren beide Ausgänge zusammengeführt sind, sowie einem nachgeschalteten Reduzierrohr und einem nachgeschalteten Kapillarrohr besteht, durch deren Zusammenwirken sowie durch die Ausgestaltungen dieser Kombination die Temperatur und Leistung am Wärmeaustauscher bestimmt wird. Diese erfinderische Kombination ist mit weiteren erfinderischen Kombinationen, die Temperatur und Leistung bei einem Wärmeaustauscher bestimmen, erweiterbar, und/oder die erfinderische Kombination ist erweiterbar mit einer oder mehreren Wärmeaustauscher-Drosselorgankombinationen.An inventive advantage is given by the fact that the system with the combination according to the invention, consisting of a throttle body, a throttle valve connected in parallel, adjustable hot gas valve whose two outputs are merged, and a downstream reducer and a downstream capillary tube, by their interaction and by the embodiments of this combination, the temperature and performance is determined at the heat exchanger. This inventive combination is expandable with other inventive combinations that determine temperature and performance in a heat exchanger, and / or the inventive combination is expandable with one or more heat exchanger throttle body combinations.
Vorteilhaft bei dem erfinderischen Verfahren und der Vorrichtung ist, dass durch das im Wärmeaustauscher platzierte Kapillarrohr der Kältemittelmassenstrom und/oder der Heißdampfvolumenstrom gleichmäßig im Wärmeaustauscher verteilt und aufgeteilt werden, so dass beispielsweise bei Verwendung des Wärmeaustauschers als Lamellen-Luftwärmeaustauscher der vom Wärmeaustauscher abgeführte Wärmemengenstrom, die Nutzleistung, gleichmäßig und somit mit geringen thermischen Verlusten direkt auf das Objekt oder das Medium übertragbar ist. Im Vergleich hierzu wird bei herkömmlich betriebenen Temperierungsgeräten die Kälteleistung auf ein Fluid übertragen, das seinerseits mittels eines weiteren Wärmeaustauschers das Objekt oder das Medium temperiert, was weitere Übertragungsverluste zur Folge hat. Somit ist durch die erfindungsgemäß gleichmäßig temperierte Wärmeaustauschfläche durch das unmittelbare präzise Temperieren von Objekten oder Medien ein verbesserter Wirkungsgrad gegeben, wodurch sich eine Einsparung von Energie und technischer Ausstattung ergibt, was insgesamt die Wirtschaftlichkeit verbessert. Die erfinderischen Verfahren mit ihren erfinderischen Vorrichtungen werden genutzt, um Werkzeuge, die z. B. beim Stückpressverfahren, in Fräszentren oder bei Tunnelvortriebsmaschinen im Einsatz sind, zu temperieren, d. h. vor Aufnahme des Arbeitsprozesses vorzuwärmen und während des Arbeitsprozesses präzise zu temperieren, in der Regel zu entwärmen. Dabei wird das mit mäanderförmigen Bohrungen versehene Werkzeug mit der erfinderischen Vorrichtung des Reduzierrohrs und Kapillarrohrs bestückt, wodurch das Werkzeug zusätzlich mit dem erfinderischen Wärmeaustauscher aufgerüstet ist.An advantage of the inventive method and the device is that evenly distributed in the heat exchanger and divided by the placed in the heat exchanger capillary tube of the refrigerant mass flow and / or the hot steam volume flow, so that, for example, when using the heat exchanger as lamellar air heat exchanger of the heat exchanger discharged heat flow, the Efficiency, even and thus with low thermal losses directly to the object or the medium is transferable. In comparison, in conventionally operated Temperierungsgeräten the cooling capacity is transferred to a fluid, which in turn tempered by means of another heat exchanger, the object or the medium, which has further transmission losses result. Thus, an improved efficiency is given by the invention evenly tempered heat exchange surface by the immediate precise temperature control of objects or media, resulting in a saving of energy and technical equipment, which improves the overall economy. The inventive method with its inventive devices are used to tools that z. B. in the piece pressing process, in milling centers or tunnel boring machines in use to temper, d. H. to preheat before starting the work process and to precisely temper it during the work process, usually to de-heat. The tool provided with meandering holes is equipped with the inventive device of Reduzierrohrs and capillary tube, whereby the tool is additionally upgraded with the inventive heat exchanger.
Ein weiterer erfinderischer Vorteil ist, dass aufgrund der gleichmäßigen Temperierung des Wärmeaustauschers in der Funktion als Flächenwärmeaustauscher elektronische Bauelemente direkt und präzise temperierbar sind, wobei durch Taupunktbestimmung an den elektronischen Bauelementen u. a. die Kondensatbildung an denselben vermeidbar ist. Zusätzlich ist mittels des Kapillarrohrs mit seiner mindestens einen Öffnung eine räumlich begrenzte, punktgenaue Temperierung des Hot Spots (Hitzequelle) des elektronischen Bauelements gegeben. Dementsprechend ist das Verfahren mit der Vorrichtung beispielsweise bei der Optoelektronik, z. B. Lasertechnik, anwendbar, wo die Bauelemente präzise zu temperieren sind, um am Bauelement einerseits Kondensat und andererseits eine Überhitzung zu vermeiden. Zudem ist das außer Betrieb gesetzte Bauelement stets auf Betriebstemperatur zu halten, um eine zyklische Betriebsweise des Bauelements, mit Ein- und Ausschaltdauer, zu ermöglichen.Another inventive advantage is that due to the uniform temperature of the heat exchanger in the function as a surface heat exchanger electronic components are temperature controlled directly and precisely, which is avoidable by dew point determination of the electronic components, among other things, the condensation on the same. In addition, by means of the capillary tube with its at least one opening, a spatially limited, precise temperature control of the hot spot (heat source) of the electronic component is provided. Accordingly, the method with the device, for example, in optoelectronics, z. As laser technology, applicable, where the components are precisely tempered to the component on the one hand condensate and on the other hand overheating avoid. In addition, the decommissioned component is always kept at operating temperature to allow a cyclic operation of the device, with on and off duration.
Die Erfindungen mit ihren Ausgestaltungen und Ausführungsform eignen sich für Anwendungen und Einsatzgebiete wie die Temperierung von Objekten, z. B. Werkzeuge und andere Güter, oder Medien wie Luft, die beispielsweise in Objekträumen wie Truhen, Zellen, Vitrinen und anderen vorzufinden ist, und anderen Medien, wie Kohlenwasserstoffe und andere Gase. Weitere Anwendungen in der Verfahrenstechnik sind beispielsweise Auskondensierungen von flüssigen Schwebstoffen aus einem Aerosol, wie beispielsweise die Rückgewinnung von Aromastoffen, die beim Gären von organischen Stoffen entstehen, oder das Auskondensierungen von Gaskomponenten aus der Luft. Mittels stetiger Regelung ist ein kontinuierlicher Nutzungswechsel des Wärmeaustauschers vom Kühlen zum Heizen und umgekehrt gegeben, was den Einsatz für thermisch empfindliche Gegenstände, u. a. auch Lebensmittel, ermöglicht und somit die Erfindung auch für die Medizin- und Messtechnik und die Lebensmittelbranche geeignet ist. Durch die präzise und gleichmäßige Lufttemperierung ist der Einsatz in Räumen, die mit Präzisionsfertigungsanlagen, z. B. CNC-Bearbeitungszentren, bestückt sind, ebenfalls geeignet. Folglich ist die Erfindung nicht auf bestimmte Anwendungen beschränkt, vielmehr ist die Verwendung der erfinderischen Verfahren und den erfinderischen Vorrichtungen mit deren Ausgestaltungen und Ausführungsformen zum präzisen Temperieren eines Wärmeaustauschers, der wiederum Objekte oder Medien temperiert, mannigfaltig.The inventions with their embodiments and embodiment are suitable for applications and applications such as the temperature of objects, eg. As tools and other goods, or media such as air, which can be found, for example, in object rooms such as chests, cells, showcases and others, and other media, such as hydrocarbons and other gases. Further applications in process technology are, for example, condensation of liquid suspended matter from an aerosol, such as, for example, the recovery of aroma substances that result from the fermentation of organic substances, or the condensation of gas components from the air. By means of continuous control is a continuous change of use of the heat exchanger from cooling to heating and vice versa, which makes the use of thermally sensitive objects, u. a. Also, food, and thus the invention is also suitable for medical and measuring technology and the food industry. Due to the precise and uniform air temperature control, the use in rooms with precision manufacturing systems, such. As CNC machining centers are equipped, also suitable. Consequently, the invention is not limited to specific applications, but the use of the inventive method and the inventive devices with their embodiments and embodiments for precise temperature control of a heat exchanger, which in turn tempered objects or media, varied.
Die erfindungsgemäßen Verfahren und die erfindungsgemäßen Vorrichtungen werden im Folgenden anhand der begleitenden Prinzipbilder näher erläutert:The methods according to the invention and the devices according to the invention are explained in more detail below with reference to the accompanying schematic diagrams:
Einem an einem Sammler
Ein Temperaturfühler
Das in den Wärmeaustauschereingang
Das als Kapillarrohr ausgestaltete Reduzierrohr
- – drosseln den Strom, der durch
das Drosselorgan 2 strömt, - – oder drosseln den in Abhängigkeit von der Stellgröße des Heißgasventils
3 sich einstellenden Strom, der als Teilströme anteilig durchdas Drosselorgan 2 und das Heißgasventil 3 strömt und im Anschluss zusammengeführt wird - – oder drosseln den in Abhängigkeit von der Stellgröße des Heißgasventils
3 sich einstellenden Strom, der als Teilstromdurch das Heißgasventil 3 strömt, - – oder drosseln den Strom, der durch
das Heißgasventil 3 strömt.
- - throttle the current passing through the
throttle 2 flows, - - Or throttle the function of the manipulated variable of the
hot gas valve 3 adjusting current, which as part of streams proportionately through thethrottle body 2 and thehot gas valve 3 flows and then merged - - Or throttle the function of the manipulated variable of the
hot gas valve 3 self-adjusting current, acting as a partial flow through thehot gas valve 3 flows, - - or throttle the flow through the
hot gas valve 3 flows.
Aufgrund der Drosselung des Stroms zum einen durch das Reduzierrohr
Die in
Durch den vom Heißgasventil
Mittels des vom Regler
Zu den in
Eine weitere Ausführungsform zur Betreibung und somit zur Temperierung des Wärmeaustauschers
Bei Unterschreitung eines einmalig vorab festgelegten unteren Ansprechwerts w5UE im Stellbereich des Heißgasventils
Ein Verflüssiger
Die Erweiterung ist entsprechend auch bei
Ist der Heizbedarf größer als die Heizleistung, die mittels der Stellgröße des Stellglieds vom Heißgasventil
Zudem vergleicht der Regler
Bei Unterschreitung eines einmalig vorab festgelegten unteren Ansprechwerts w5UD im Stellbereich des Heißgasventils
Der Heißdampfvolumenstrom strömt beim Zuschalten des Verflüssigers
Eine weitere Ausführungsform mit einem weiteren Regelungskonzept zur Betreibung des Verflüssigers
Eine weitere erweiterte Ausführungsform mit einem weiteren zweckmäßigen Regelungskonzept zur Betreibung des Verflüssigers
Ein vom Regler
Der Eingang des temperierbaren Kapillarrohrs
Das Kapillarrohr
Zudem sind die Funktionen von
In
Die in
- – ein variabel temperierbares Drosselorgan
31 , bestehend aus einem Kapillarrohr32 , das um einen thermisch leitenden Zylinder33 gewickelt und mechanisch und thermisch mit ihm verbunden ist,wobei im Zylinder 33 eine regelbare Heizung34 , vorzugsweise ein elektrothermischer Wandler, platziert ist, - –
ein Ventil 35 , - – einen
Wärmeaustauscher 36 , der als Wärmeaustauscherrohr ausgestaltet im Stoffkreislauf der Saugleitung10 angeordnet ist. Der Wärmeaustauscher36 (7 ) verfügt über einen weiteren Zugang, der als ein Rohr37 (7 ) ausgestaltet ist.Das Rohr 37 führt einerseits in das Innere des Wärmeaustauschers36 (7 ) und ist mit diesem abdichtend verbunden, und ist andererseitsmit dem Ventil 35 verbunden. Im Innern des Wärmeaustauschers36 (7 ) ist am Rohr37 (7 ) als Verbindungsrohr ein als Kapillarrohr ausgestaltetes Reduzierrohr38 (7 ) angeschlossen, an dem ein mit ein oder mehreren elastischen, gleich gestalteten Öffnungen39 (7 ) versehenes, thermisch isolierendes und elastisches Kapillarrohr40 (7 ) angeschlossen ist, dessen Ende dichtend verschlossen ist, - –
ein Ventil 41 und - – eine regelbare Heizung
42 , vorzugsweise ein elektrothermischer Wandler, dieentweder im Wärmeaustauscher 9 platziert oder, wie hier in6 dargestellt, separat angeordnet ist.
- - A variably temperature-adjustable throttle body
31 consisting of acapillary tube 32 that is a thermallyconductive cylinder 33 wound and mechanically and thermally connected to it, being in the cylinder33 acontrollable heating 34 , preferably an electrothermal transducer, is placed, - - a
valve 35 . - - a
heat exchanger 36 , which is designed as a heat exchanger tube in the material cycle of thesuction line 10 is arranged. The heat exchanger36 (7 ) has another access, which acts as a pipe37 (7 ) is configured. Thepipe 37 On the one hand leads into the interior of the heat exchanger36 (7 ) and is sealingly connected thereto, and on the other hand with thevalve 35 connected. Inside the heat exchanger36 (7 ) is on the pipe37 (7 ) as a connecting tube designed as a capillary Reduzierrohr38 (7 ) connected to the one with one or more elastic, identically designed openings39 (7 ) provided, thermally insulating and elastic capillary tube40 (7 ) is connected, whose end is sealed, - - a
valve 41 and - - a
controllable heating 42 , preferably an electrothermal transducer, either in theheat exchanger 9 placed or, as here in6 shown, is arranged separately.
Der Eingang des Kapillarrohrs
Die Führungsgröße w1 ist hier größer als die jeweilige Kennzahl der Anlage, hier die maximale Kältemitteldampftemperatur w2, wobei jedoch beim erfinderischen Verfahren die Kennzahlen der Anlage zum Schutz der Anlage mit berücksichtigt werden. Die Führungsgröße w1 ist bis zur Grenztemperatur w6 des dem Kältemittel beigemischten Öls veränderbar, wobei die Temperatur des in der Saugleitung
Der Regler
- – die
vom Regler 15 ermittelte Differenz zwischen der vom Temperaturfühler13 erfassten Temperatur, die kleiner als die Führungsgröße w1 ist, und der Führungsgröße w1, wobei aus dieser Temperaturdifferenz ein Heizbedarf resultiert, durchdie vom Regler 15 betriebene regelbare Heizung42 ausgeglichen wird, wobei der Verdichter11 bei geschlossenen Ventilen35 und41 den Kältemitteldampf absaugt und sich anschließend automatisch abschaltet, - – die
vom Regler 15 ermittelte geringe Differenz zwischen der vom Temperaturfühler13 erfassten Temperatur, die größer als die Führungsgröße w1 ist, und der Führungsgröße w1, wobei aus dieser Temperaturdifferenz ein geringer Kühlbedarf resultiert, durchden vom Regler 15 betriebenen Wärmeaustauscher9 ausgeglichen wird, indem der Regler15 bei maximal geöffnetem Heißgasventil3 , hierbei ist bei größtmöglicher Stellgröße des Heißgasventils3 die erfasste Temperatur sodann kleiner als die Führungsgröße w1, in Abhängigkeit von derTemperaturdifferenz das Ventil 41 mittels Pulsbreitensteuerung mit variabler Einschaltdauer oder Pulsfolgensteuerung mit variabler Periodendauer betätigt, - – die
vom Regler 15 ermittelte Differenz zwischen der vom Temperaturfühler13 erfassten Temperatur, die größer als die Führungsgröße w1 ist, und der Führungsgröße w1, wobei aus dieser Temperaturdifferenz ein Kühlbedarf resultiert, durchden vom Regler 15 betriebenen Wärmeaustauscher9 mittels des Heißgasventils3 ausgeglichen wird, dies bei einem Pulsbreitenverhältnis, bei welchem die Einschaltdauer der Pulsbreitensteuerung gleich der Periodendauer ist, oder einem Pulsfolgenverhältnis, bei welchem die Periodendauer der Pulsfolgensteuerung gleich der Einschaltdauer ist, so dassfolglich das Ventil 41 andauernd geöffnet ist.
- - from the
regulator 15 determined difference between thetemperature sensor 13 detected temperature, which is smaller than the reference variable w1, and the reference variable w1, resulting from this temperature difference, a heating demand, by thecontroller 15 operatedcontrollable heating 42 is compensated, thecompressor 11 withclosed valves 35 and41 sucks the refrigerant vapor and then automatically shuts off, - - from the
regulator 15 determined small difference between that of thetemperature sensor 13 detected temperature, which is greater than the reference variable w1, and the reference variable w1, resulting from this temperature difference low cooling demand, by thecontroller 15 operatedheat exchanger 9 is compensated by theregulator 15 at maximum openhot gas valve 3 , this is the largest possible manipulated variable of thehot gas valve 3 the detected temperature then smaller than the reference variable w1, depending on the temperature difference, thevalve 41 operated by means of variable duty cycle pulse width control or variable cycle duration pulse train control, - - from the
regulator 15 determined difference between thetemperature sensor 13 detected temperature, which is greater than the reference variable w1, and the reference variable w1, resulting from this temperature difference, a cooling demand, by thecontroller 15 operatedheat exchanger 9 by means of thehot gas valve 3 is balanced, this at a pulse width ratio in which the duty cycle of the pulse width control is equal to the period duration, or a pulse train ratio at which the period of the pulse train control is equal to the duty cycle, so that consequently thevalve 41 is constantly open.
Eine weitere Ausführungsform mit einem Regelkonzept zum Ausgleich eines geringen Kühlbedarfs durch eine Nutzkälte sieht vor, dass bei geöffnetem Ventil
Die Regeleinrichtung ist mit einer Einrichtung zur Überwachung der vorbestimmten maximalen Kältemitteldampftemperatur w2 ausgestattet, wobei sich diese auf die Kältemitteldampftemperatur beim Eintritt in den Verdichter
Die bei den anderen Figuren erwähnten Funktionen, wie die Stellgrößenbegrenzung des Dreiwegventils
Die vorbestimmte, maximale Verdichtertemperatur w7 bestimmt die maximale Temperatur des Verdichters
Wird die maximale Verdichtertemperatur w7 von der von einem Temperaturfühler
Wird die maximale Temperatur w7 von der vom Temperaturfühler
Die in den
Der in
In
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Sammlercollector
- 22
- Drosselorganthrottle member
- 2'2 '
- Ausgang des DrosselorgansOutput of the throttle body
- 33
- HeißgasventilHot gas valve
- 3'3 '
- Ausgang des HeißgasventilsOutput of the hot gas valve
- 44
- Verflüssigercondenser
- 55
- Abzweigjunction
- 66
- Rohrpipe
- 77
- Thermischer AusgleichsspeicherThermal equalization memory
- 88th
- Rohrpipe
- 99
- Wärmeaustauscherheat exchangers
- 9'9 '
- WärmeaustauschereingangWärmeaustauschereingang
- 9''9 ''
- WärmeaustauscherausgangWärmeaustauscherausgang
- 1010
- Saugleitungsuction
- 1111
- Verdichtercompressor
- 1212
- Druckleitungpressure line
- 1313
- Temperaturfühlertemperature sensor
- 1414
- Ventilatorfan
- 1515
- Reglerregulator
- 1616
- Temperaturfühlertemperature sensor
- 16'16 '
- Temperaturfühlertemperature sensor
- 16''16 ''
- Temperaturfühlertemperature sensor
- 1717
- Stellantriebactuator
- 1818
- Fühlersensor
- 1919
- VerflüssigerventilatorCondenser
- 2020
- Reduzierrohrreducing tube
- 2121
- Kapillarrohrcapillary
- 2222
- Öffnungopening
- 2323
- Expansionsventilexpansion valve
- 2424
- Druckfühlerpressure sensor
- 2525
- Verflüssigercondenser
- 2626
- DreiwegventilThree-way valve
- 26'26 '
- DreiwegventileintrittDreiwegventileintritt
- 26''26 ''
- DreiwegventilaustrittDreiwegventilaustritt
- 26'''26 '' '
- DreiwegventilaustrittDreiwegventilaustritt
- 27 27
- Drosselorganthrottle member
- 2828
- Heizungheater
- 2929
- Zylindercylinder
- 3030
- Kapillarrohrcapillary
- 3131
- Drosselorganthrottle member
- 3232
- Kapillarrohrcapillary
- 3333
- Zylindercylinder
- 3434
- Heizungheater
- 3535
- VentilValve
- 3636
- Wärmeaustauscherheat exchangers
- 3737
- Rohrpipe
- 3838
- Reduzierrohrreducing tube
- 3939
- Öffnungopening
- 4040
- Kapillarrohrcapillary
- 4141
- VentilValve
- 4242
- Heizungheater
- 4343
- Rohrpipe
- 4444
- Temperaturfühlertemperature sensor
- 44'44 '
- Temperaturfühlertemperature sensor
- 4545
- Rohrpipe
- 4646
- Behältercontainer
- 4747
- Inhaltsmaterialcontent material
- 4848
- Gazegauze
Claims (39)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102014007853.1A DE102014007853B3 (en) | 2014-05-30 | 2014-05-30 | Method and device for controlling the temperature of a heat exchanger |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102014007853.1A DE102014007853B3 (en) | 2014-05-30 | 2014-05-30 | Method and device for controlling the temperature of a heat exchanger |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102014007853B3 true DE102014007853B3 (en) | 2015-10-22 |
Family
ID=54250148
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102014007853.1A Active DE102014007853B3 (en) | 2014-05-30 | 2014-05-30 | Method and device for controlling the temperature of a heat exchanger |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102014007853B3 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108612537A (en) * | 2018-06-22 | 2018-10-02 | 厦门厦工中铁重型机械有限公司 | A kind of shield machine people cabin heating system and control method |
| CN115790017A (en) * | 2022-11-30 | 2023-03-14 | 珠海格力电器股份有限公司 | Compressor control method and device, storage medium, processor and air conditioning equipment |
| CN117387413A (en) * | 2023-09-26 | 2024-01-12 | 国联江森自控绿色科技(无锡)有限公司 | Waste heat recovery method for industrial production based on green energy |
| EP4311990A1 (en) * | 2022-07-26 | 2024-01-31 | Lauda Dr. R. Wobser GmbH & Co. KG | Process cooling unit and method for controlling a process cooling unit |
| EP4462042A1 (en) * | 2023-05-11 | 2024-11-13 | Safran Cabin Germany GmbH | Method for operating a chiller and corresponding chiller |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3413931A1 (en) * | 1984-04-13 | 1985-10-24 | Süddeutsche Kühlerfabrik Julius Fr. Behr GmbH & Co. KG, 7000 Stuttgart | EVAPORATOR, ESPECIALLY FOR AIR CONDITIONING IN MOTOR VEHICLES |
| DE19600470A1 (en) * | 1995-08-01 | 1997-02-06 | Bernhard Harter | Thermoelectric Peltier effect heating and cooling system - in which modules are coupled in assemblies to alter temperature of fluids passing through them |
| WO1998009730A1 (en) * | 1996-09-02 | 1998-03-12 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Cyclone separator |
| DE19852735A1 (en) * | 1997-11-19 | 1999-05-20 | Kaijo Kk | Method and device for drying substrates |
| DE102004008410A1 (en) * | 2003-02-24 | 2004-09-02 | Denso Corp., Kariya | Refrigerant cycle system |
| DE202006014246U1 (en) * | 2006-09-18 | 2008-02-07 | Liebherr-Transportation Systems Gmbh | Cold vapor refrigerating machine |
-
2014
- 2014-05-30 DE DE102014007853.1A patent/DE102014007853B3/en active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3413931A1 (en) * | 1984-04-13 | 1985-10-24 | Süddeutsche Kühlerfabrik Julius Fr. Behr GmbH & Co. KG, 7000 Stuttgart | EVAPORATOR, ESPECIALLY FOR AIR CONDITIONING IN MOTOR VEHICLES |
| DE19600470A1 (en) * | 1995-08-01 | 1997-02-06 | Bernhard Harter | Thermoelectric Peltier effect heating and cooling system - in which modules are coupled in assemblies to alter temperature of fluids passing through them |
| WO1998009730A1 (en) * | 1996-09-02 | 1998-03-12 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Cyclone separator |
| DE19852735A1 (en) * | 1997-11-19 | 1999-05-20 | Kaijo Kk | Method and device for drying substrates |
| DE102004008410A1 (en) * | 2003-02-24 | 2004-09-02 | Denso Corp., Kariya | Refrigerant cycle system |
| DE202006014246U1 (en) * | 2006-09-18 | 2008-02-07 | Liebherr-Transportation Systems Gmbh | Cold vapor refrigerating machine |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108612537A (en) * | 2018-06-22 | 2018-10-02 | 厦门厦工中铁重型机械有限公司 | A kind of shield machine people cabin heating system and control method |
| CN108612537B (en) * | 2018-06-22 | 2023-11-21 | 厦门厦工中铁重型机械有限公司 | Shield tunneling machine cabin heating system and control method |
| EP4311990A1 (en) * | 2022-07-26 | 2024-01-31 | Lauda Dr. R. Wobser GmbH & Co. KG | Process cooling unit and method for controlling a process cooling unit |
| DE102022118670A1 (en) | 2022-07-26 | 2024-02-01 | Lauda Dr. R. Wobser Gmbh & Co. Kg | Process cooling unit and method for controlling a process cooling unit |
| CN115790017A (en) * | 2022-11-30 | 2023-03-14 | 珠海格力电器股份有限公司 | Compressor control method and device, storage medium, processor and air conditioning equipment |
| EP4462042A1 (en) * | 2023-05-11 | 2024-11-13 | Safran Cabin Germany GmbH | Method for operating a chiller and corresponding chiller |
| CN117387413A (en) * | 2023-09-26 | 2024-01-12 | 国联江森自控绿色科技(无锡)有限公司 | Waste heat recovery method for industrial production based on green energy |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2321589B1 (en) | High temperature heat pump and method for the control thereof | |
| DE3220978A1 (en) | HEAT PUMP AIR CONDITIONING | |
| DE102014007853B3 (en) | Method and device for controlling the temperature of a heat exchanger | |
| DE10043169A1 (en) | Heat pump hot water supply system for defrosting process has greater degree of opening of pressure reducer in defrost mode than in normal mode; control unit stops pump in defrost mode | |
| DE10300487A1 (en) | Cooling device and thermostat with such a cooling device | |
| DE102018213232A1 (en) | Method for operating a refrigeration system for a vehicle with a refrigerant circuit having a heat pump function | |
| EP3601906B1 (en) | Refrigeration appliance and method for the operation thereof | |
| EP3417213B1 (en) | Refrigeration device comprising multiple storage chambers | |
| DE102018109785A1 (en) | Predictive control of a heat pump | |
| DE102005061599A1 (en) | Modular cooling system and refrigeration device for such a cooling system | |
| DE102015112439A1 (en) | refrigeration plant | |
| DE102013005476A1 (en) | Fridge and / or freezer | |
| DE102013223737A1 (en) | Single-circuit refrigerating appliance | |
| DE10323287A1 (en) | Method and device for energy recovery | |
| DE2846797A1 (en) | Heat recovery installation with solar energy collectors - includes heat store with hot and cold air conditioning devices (NL 2.5.79) | |
| EP1771689B1 (en) | Refrigeration machine and method for operating a refrigeration machine | |
| EP3601902B1 (en) | Refrigeration appliance and method for the operation thereof | |
| WO2017013163A1 (en) | Heat pump system | |
| EP3640565A1 (en) | Cop-optimal power control | |
| EP2861400B1 (en) | Process to change the temperature of an object | |
| EP4458454A1 (en) | Device and method for tempering soft water and/or permeate for a dialysis unit | |
| EP4168723B1 (en) | Cooling device with a suction tube heat exchanger and method for operating a cooling device with a suction tube heat exchanger | |
| EP0033756A1 (en) | Method and device for regulating a heating plant with an installation for obtaining heat from an absorber | |
| DE202004002160U1 (en) | Device for regulating a constant flow temperature | |
| DE19620105A1 (en) | Operation of refrigerating plant |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R016 | Response to examination communication | ||
| R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
| R020 | Patent grant now final |