DE3032292C2

DE3032292C2 -

Info

Publication number: DE3032292C2
Application number: DE3032292A
Authority: DE
Inventors: Kenneth John Hoffman Estates Ill. Us Kountz; Richard Alan Erth; Dean King York Pa. Us Norbeck
Original assignee: York International Corp
Current assignee: York International Corp
Priority date: 1979-09-12
Filing date: 1980-08-27
Publication date: 1988-01-07
Also published as: GB2059109A; JPH0359346B2; FR2465263B1; AU6168580A; DE3032292A1; ES498619A0; KR830003964A; AU537463B2; ES8106602A1; ES8204147A1; FR2465263A1; US4282719A; IT8024528A0; GB2059109B; ES494957A0; BR8005792A; CA1140236A; IT1133811B; AR227161A1; KR830002707B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für eine Kälteanlage nach dem Oberbegriff des Patentan spruchs.

Eine Regeleinrichtung für eine Kälteanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs ist in der US-PS 41 51 725 beschrieben. Hierbei werden die Stellgrößen zur Regelung der Kälteanlage aus der Differenz zwischen zwei Temperaturen abgeleitet, von denen eine der des den Verdampfer verlassenden gesättigten Kältemitteldampfes und die andere der des Kältemittels in der Austrittsleitung des Kondensators entspricht.

Eine derartige Regeleinrichtung weist den Nachteil auf, daß es hierbei insbesondere bei geringen Lasten und niedrigen Drücken aufgrund von thermischen Verzögerungen zu einem nicht zufriedenstellenden Betrieb der Kälteanlage kommt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung der angegebenen Art dahingehend zu verbessern, daß bei geringen Lasten ein rascheres Ansprechen der Kälteanlage gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Regeleinrichtung der angegebenen Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentsanpruchs gelöst.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Regeleinrichtung basiert auf dem Grundgedanken, nicht, wie vorstehend beim Stand der Technik ausgeführt, eine Temperaturdifferenz als Stell größe zur Einstellung der Fördermengensteuerung sondern statt dessen hierfür ein Druckverhältnis zu verwenden. Um dies zu erreichen, weist die erfindungsgemäße Regel einrichtung eine 1. Einrichtung zur Erzeugung eines auf den absoluten Kondensatordruck bezogenen ersten Signales (P _cd ) und eine 2. Einrichtung zur Erzeugung eines auf den absoluten Verdampferdruck bezogenen zweiten Signales (P _ev ) auf. Diese beiden Signale werden einer Verarbeitungsein richtung zugeführt, die ein Regelsignal erzeugt, wobei dieses Regelsignal als Funktion des Ausdrucks

anzusehen ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Kälteanlage;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungs form der Regeleinrichtung;

Fig. 3 eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise der Regeleinrichtung; und

Fig. 4 eine Darstellung der elektrischen Schaltung der Regeleinrichtung.

Fig. 1 zeigt eine Kälteanlage, in welcher ein elektrischer Haupt antrieb 36 über eine Welle 39 einen Kompressor 20 antreibt. Der Hauptenergiestrom folgt von links nach rechts im oberen Teil der Fig. 1, von der Eingangsleitung 41 über eine Gleichrichterbrücke 40, ein LC-Filter 101, einen Wechselrichter 37 zum Hauptantrieb 36, der ein gewöhnlicher Asynchronmotor sein kann. Die Einzelheiten des Kältekreises zwischen Kompressor 20, Kondensator 22 und Verdampfer 28 sind nicht gezeigt, da sie allgemein bekannt sind. Der Kompressor 20 und die über einen Motor 32 verstellbaren Einlaßleitschaufeln werden von einer Fördermengensteuerungseinheit 50 aus geregelt, die im einzelnen in der US-PS 41 51 725 beschrieben ist. Die Fördermengen steuerungseinheit 50 besitzt mehrere elektrische Leitungen, die in einem Kabel 103 zusammengefaßt sind, eine Schnittstellenverbindung mit einer am Kompressor angeordneten Kompressorzentralregelung 102, die in bekannter Weise ausgebildet ist. An der Fördermengen steuerungseinheit 50 liegen auch Steuersignale von einer logischen Steuerung 104 an. Außerdem regelt die logische Steuerung die Wechselrichterfrequenz über einen spannungsgeregelten Oszillator 105, eine logische Steuerstufe 106 und einen Tor- oder Schaltsteuerkreis 107. Die logische Steuerung 104 regelt auch eine Brückentriggerschaltung 108, um entsprechend die Gleichrichterbrücke 40 und den Pegel der am Wechselrichter 37 anliegenden Gleichspannung zu regeln.

Eine 1. Einrichtung 110 zur Erzeugung eines auf einen 1. Betriebs parameter der Kälteanlage bezogenen 1. Signales, die im Kondensator angeordnet ist, gibt über eine Leitung 111 ein erstes Signal ab, das eine Funktion des Absolutdruckes im Kondensator ist. Eine entsprechende 2. Einrichtung 112, gibt ein zweites Signal an eine Leitung 113 ab, das eine Funktion des absoluten Druckes im Verdampfer ist. Diese beiden Signale dienen in der Fördermengensteuerungseinheit 50 zum Aufbau eines Steuersignals, das den Verdichterdruck kennzeichnet und den Wirkungsgrad der Anlage selbst bei leichteren Lasten und bei einem niedrigen Druck erhöht.

Die vereinfachte Anordnung der Fig. 2 zeigt den Teil der Fördermengen steuerungseinheit 50, der das Regelsignal für die Kälteanlage erzeugt. Das erste Signal (Kondensatordrucksignal) auf der Leitung 111 und das zweite Signal (Verdampferdrucksignal) auf der Leitung 113 werden in einem Summierungs glied 120 addiert, um auf einer Leitung 121 ein Pegelsignal zu erzeugen, welches die Differenz zwischen dem Kondensator und dem Verdampferdruck darstellt. Das zweite Signal gelangt auch über eine Leitung 122 an eine Teilerstufe 123, welche die über die Leitungen 121, 122 anliegenden Signale verarbeitet, um an seine Ausgangsleitung 124 ein Signal abzugeben, welches ein Verhältnis darstellt. Der Zähler dieses Signals ist die Differenz zwischen den Absolutdrücken am Kondensator und am Verdampfer und der Nenner ist der Verdampferdruck. Ein Funktionsgeber 125 erhält dann das Verhältnissignal und erzeugt auf einer Leitung 126 ein Signal, welches die minimale Machzahl M _O für die voll geöffneten Leitschaufeln darstellt.

Verschiedene Kurven sind in Fig. 3 mit verschiedenen Abszissen auf getragen, wobei jedoch die Ordinate stets den Kompressordruck angibt.

Die Kurven 130, 131 und 132 stellen den Kompressordruck dar, der über der Druckdifferenz (in psi, mittlere Abszisse der Fig. 5) aufgetragen ist. Die Kurve 130 gilt für Messungen bei einem Saugdruck von 5 psia, die Kurve 131 gilt für Messungen bei einem Saugdruck von 8 psia und die Kurve 132 dementsprechend bei 11 psia. Daraus ergibt sich, daß durch Abtastung einer Druckdifferenz eine weite Streuung des Kompressordruckwertes bei einer Veränderung des Saugdruckes auftritt. Somit ist offensichtlich, daß die Verwendung lediglich der Druckdifferenz für die Erzeugung eines Signalwertes, welcher den Kompressordruck unter verschiedenen Ansaug druckbedingungen darstellt, nicht wirkungsvoll ist.

Die Kurvenschar 133, 134 und 135 der Fig. 3 zeigt verschiedene Kompressordruckwerte für verschiedene Saugdruckwerte unter Verwendung des Temperaturdifferenzmeßverfahrens gemäß US-PS 41 51 725. Die Kurve 133 stellt den sich ergebenden Kompressordruckwert bei einem Saugdruck von 5 psia, die Kurve 134 entsprechend bei einem Saugdruck von 8 psia und die Kurve 135 den Druckwert bei einem Saugdruck von 11 psia dar. Es ist offensichtlich, daß die Kurvenschar 133-135 im Vergleich zu den Kurven 130-138 (Druckdifferenz) eine viel größere Annäherung aufweist. Die Kurve 136 ist eine Darstellung der Funktion Ω = 0,02225 (T _cd-T _ev )-0,12. Obwohl diese Lösung eine erhebliche Verbesserung des Wirkungsgrades im Gegensatz zur Druck differenzlösung mit sich bringt, wird noch immer der Kompressor druckwert bei leichten Lasten (kleiner als etwa 0,8) für einen Verdampferdruck von 7 psia oder weniger unterbewertet, wenn ein normeles Verdampfen des Kältemittels, wie z. B. R11 zu berücksichtigen ist.

Die in Fig. 2 gezeigte Fördermengensteuerung ergibt demgegenüber Kompressordruckwerte, wie sie durch die Kurve 140 dargestellt sind. Es ist ganz offensichtlich, daß keine Schwankungen des Kompressor druckes bei verschiedenen Saugdrücken auftreten. Somit definiert der Ausdruck

eindeutig einen Kompressordruckwert ohne jegliche Schwankungen, was bei der Temperaturdifferenzlösung (Kurven 133-135) oder der Druckdifferenzlösung (Kurven 130-132) nicht der Fall ist. So erlaubt eine Fördermengensteuerung gemäß der verbesserten Anordnung der Fig. 2 eine wesentlich bessere Regelung der in Fig. 1 gezeigten Hauptanlage.

Die in Fig. 3 gezeigten Kurven gelten für das Kältemittel R11. Außerdem wird angenommen, daß kein Druckabfall vom Verdampfer auf den Saugdruck oder von der Austrittsleitung zum Kondensator stattfindet. Ferner sei angenommen, daß keine Ansaugüberhitzung auftritt. Für eine Anlage wie diese sind dies zulässige Annahmen.

Fig. 4 zeigt den Teil der Fördermengensteuerungseinheit 50, der das dem vorstehend genannten entsprechende Regelsignal erzeugt. Die Schaltung AD535K erzeugt sowohl die Differenz zwischen den Drucksignalen Kondensatordruck P _cd - Verdampferdruck P _ev) als auch den Quotienten mit dem Verdampferdrucksignal (P _ev ), so daß das Ausgangssignal am Stift 8 das angestrebte Regelsignal ist. Die Verstärker stufe 141 dient lediglich der Verstärkung. Die Übertragungs funktion von AD535K ergibt die Differenz zwischen den Eingangs signalen an den Stiften 6 und 7, geteilt durch die Differenz zwischen den Eingangssignalen an den Stiften 10 und 1. Auf dieser Stufe stehen noch andere Funktionen zur Verfügung, doch sind sie nicht belegt. Das Kondensatordrucksignal liegt über der Leitung 111 und einem Widerstand R-108 am Stift 6 an, und das Verdampferdrucksignal gelangt über die Leitung 113 über einen Widerstand R-107 an den Stift 7. Damit ist die Differenz der Drücke für den Zähler des Pegelsignals dargestellt. Das auch über die Stufe 141 am Stift 10 und Stift 1 anliegende Verdampferdruck signal wird an Masse geführt. Daher ist das Ausgangssignal am Stift 8 das angestrebte Regelsignal, dem das Verhältnis

zugrunde liegt.

Der Rechenverstärker 142 ist als Schmitt-Trigger geschaltet, um ein Verdampferniederdrucksignal zum Abschalten der Anlage zu erzeugen. Das Regelsignal liegt über die Widerstände R-126, R-128 und R-113 an den Eingängen der Rechenverstärker 143, 144 und 145 an. Diese drei Stufen sind zusammengeschaltet, um als Funktionsgeber zu arbeiten und erzeugen auf einer Leitung 126 das Signal M _O für die kleinste Machzahl bei voll geöffneten Einlaßleitschaufeln.

Die vorstehend beschriebene Regeleinrichtung erlaubt eine besonders wirksame Regelung großer Kälteanlagen, bei welchen ein Elektromotor einen Kompressor in einem ersten Regelbereich antreibt und der Kompressor mit verstellbaren Einlaßleitschaufeln für einen zweiten Regel bereich bestückt ist. Beide Regelbereiche werden als Funktion des berechneten Kompressordrucks geregelt, der von einem Verhältnissignal abgeleitet ist, das auf die Differenz zwischen den durch den Verdampferdruck dividierten Absolutdrücken des Kondensators und Verdampfers bezogen ist. Die Berechnungen des aus diesem Ausdruck abgeleiteten Druckes verändern sich nicht in Abhängigkeit von Änderungen des Ansaugdruckes, wie dies bei den bekannten Regeleinrichtungen der Fall ist. Außerdem erfolgt die Druckberechnung viel schneller als sie mit Temperaturfühlern vorgenommen werden könnte, da keine thermische Verzögerungen auftreten können.

Man erkennt, daß für die Messung mehrere Möglichkeiten zur Verfügung stehen, um einerseits die Temperatur der Anlage zu messen, um Eingangsdaten zu liefern und andererseits diese Daten zu verarbeiten, um das angestrebte Verhältnissignal

zu erzeugen. Beispielsweise könnte ein Differentialdruckwandler zum Drosselventil einer solchen Anlage parallel geschaltet werden, um das Signal für den Zähler dieses Ausdruckes zu erzeugen, und ein weiterer Absolutdruckwandler kann zur Erzeugung des Signales für den Nenner eingesetzt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verwendung von zwei Manometerdruckwandlern, wobei ein Aneroid-Barometer-Druckwandler die entsprechende Korrektur liefert. Andere Anordnungen und Verarbeitungsmöglichkeiten sind dem Fachmann zweifellos bekannt. Ferner ist auch wichtig, daß das Druckverhältnis

ausgedrückt werden kann. Somit können Kondensator- und Verdampferdrücke abgeleitet werden, dividiert werden, um das Verhältnis für den ersten Teil dieses Ausdruckes und damit das erforderliche Regelsignal zu erzeugen.

Claims

1. Regeleinrichtung für eine Kälteanlage mit einem Kompressor, einem Kondensator und einem Verdampfer, die in einem geschlossenen Kältekreislauf angeordnet sind, wobei dem Kompressor verstellbare Einlaßleitschaufeln, eine Vorrichtung zur Verstellung der Einlaßleitschaufeln, ein Antrieb und eine Vorrichtung zur Drehzahlregelung des Antriebs zugeordnet sind und die Regeleinrichtung eine erste Einrichtung zur Erzeugung eines auf einen ersten Betriebsparameter der Kälteanlage bezogenen ersten Signales, eine zweite Einrichtung zur Erzeugung eines auf einen zweiten Betriebsparameter der Kälteanlage bezogenen zweiten Signales und eine dritte Einrichtung zur Verarbeitung des ersten und zweiten Signales und zur Erzeugung von zwei davon abhängigen Regelsignalen zur Einstellung der Einlaß leitschaufeln und der Drehzahl des Antriebs für den Kompressor aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung (110) ein auf den absoluten Kondensatordruck (P _cd ) bezogenes erstes Signal und die zweite Einrichtung (112) ein auf den absoluten Verdampferdruck (P _ev ) bezogenes zweites Signal erzeugt und daß die dritte Einrichtung (120, 123) das erste und zweite Signal so verarbeitet, daß der Quotient (P _cd - P _ev )/P _ev gebildet wird, und von diesem Quotienten abhängig die beiden Regelsignale erzeugt.