DE3713869A1 - Regelgeraet fuer die ueberhitzungstemperatur des verdampfers einer kaelte- oder waermepumpanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Regelgerät für die Überhitzungstemperatur des Verdampfers einer Kälte- oder Wärmepumpanlage, bei der der Verdampfer, ein Kom­ pressor, ein Kondensator und ein durch das Regelgerät steuerbares Expansionsventil in einem geschlossenen Kreis hintereinander angeordnet sind und eine Tempera­ tur-Fühleranordnung für die Eingangs- und Ausgangstempe­ ratur des Verdampfers vorgesehen ist, wobei das Regel­ gerät eine Anordnung zum Ermitteln des Istwertes der Überhitzungstemperatur des Verdampfers in Abhängigkeit von den Temperatursignalen der Fühleranordnung, einen Sollwertgeber für den Sollwert der Überhitzungstempera­ tur, einen Vergleicher zum Vergleichen von Soll- und Istwert der Überhitzungstemperatur zur Ermittlung einer Regelabweichung, einen Steller zum Einstellen des Expan­ sionsventils in Abhängigkeit von der Regelabweichung und eine Steuerschaltung zum Optimieren der Regelgüte aufweist.

Bei einem bekannten Regelgerät dieser Art wird das Expan­ sionsventil so gesteuert, daß möglichst keine unverdampf­ te Kühlflüssigkeit aus dem Verdampfer über die Sauglei­ tung in den Kompressor gelangt. Zu diesem Zweck wird dort das Stellsignal des Expansionsventils in Abhängig­ keit von der Größe und Änderungsgeschwindigkeit der Überhitzungstemperatur des Dampfes im Verdampfer gesteu­ ert, wobei der Sollwert der Überhitzungstemperatur ent­ sprechend der Nennleistung der jeweiligen Kälteanlage fest eingestellt wird. Auf diese Weise ist jedoch nicht sichergestellt, daß die Kälteanlage in allen Betriebs­ situationen optimal ausgenutzt wird, z. B. bei Bela­ stungs-, Verdampferdruck-, Kondensatordruck-Änderungen und dergleichen. Beispielsweise kann der Regler bei kurzzeitiger hoher Belastung (hohem Kühlbedarf) eine wesentlich höhere Überhitzungstemperatur als im Normal­ falle fordern, so daß der Verdampfer auf eine entspre­ chend hohe Überhitzungstemperatur auszulegen wäre, ob­ wohl sie im Normalfalle nicht erforderlich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Regelgerät der gattungsgemäßen Art anzugeben, bei dem selbsttätig eine optimale Überhitzung des Verdampfers unabhängig von Belastungsänderungen, verschiedenen Verdampfernenn­ daten und unabhängig von dem verwendeten Kühlmittel sichergestellt ist.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Sollwert der Überhitzungstemperatur durch die Steuerschaltung in Abhängigkeit von der Regelgüte ver­ änderbar ist.

Bei dieser Lösung wird der Sollwert der Überhitzungs­ temperatur selbsttätig der jeweiligen Regelgüte, ins­ besondere der Änderungsgeschwindigkeit der Überhitzungs­ temperatur, angepaßt. So wird der Sollwert bei geringer Überhitzungstemperatur, wenn die Ausgangstemperatur des Verdampfers aufgrund einer periodischen (räumlichen) Annäherung der Flüssigkeits-Gas-Grenze an den Ausgang des Verdampfers entsprechend häufig abfällt, selbsttätig auf einen höheren Wert eingestellt, bis die Überhitzungs­ temperatur zumindest angenähert den Beharrungswert und damit die Gas-Flüssigkeits-Grenze im Verdampfer eine weitgehend stabile Lage erreicht hat.

Vorzugsweise ist dafür gesorgt, daß die Steuerschaltung ein Mikroprozessor mit einem Datenspeicher ist, in dem der Wert der Regelgüte und den Sollwert der Überhitzungs­ temperatur darstellende Daten speicherbar sind, wobei der Mikroprozessor ein Signal zur Änderung des gespei­ cherten Sollwertes der Überhitzungstemperatur erzeugt, wenn der laufend gespeicherte Wert der Regelgüte einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet. Dies ermöglicht auf einfache Weise eine selbsttätige Anpassung des Über­ hitzungstemperatur-Sollwerts. Wegen der Regelung mit "fließendem" oder "schwimmendem" Überhitzungstempera­ tur-Sollwert ohne Absolutwert ist die Regelgüte weitge­ hend unabhängig von einer Druckabnahme im Verdampfer, von der Genauigkeit, mit der die Temperaturen vor und hinter dem Verdampfer gemessen werden, sowie von einer mangelhaften Anbringung der Fühleranordnung. Die Schwin­ gungen der Überhitzungstemperatur aufgrund von Änderun­ gen des Sollwerts oder beim Ausregeln von Störgrößen sind sehr gering. Es ist daher möglich, mit einer Über­ hitzungstemperatur zu arbeiten, die nur geringfügig über dem Mindestwert liegt, bei dem die Gas-Flüssig­ keits-Grenze im Verdampfer gerade eine stabile Lage einnimmt.

Im einzelnen kann ferner dafür gesorgt sein, daß der Mikroprozessor in einer Datenspeicherungsperiode mehrere Meßwerte der Überhitzungstemperatur und ihrer Änderungs­ geschwindigkeit speichert, daß diese Meßwerte durch einen Vergleicher mit einem gespeicherten Grenzwert, einschließlich eines Toleranzbereiches verglichen wer­ den und daß der Sollwert der Überhitzungstemperatur in Abhängigkeit von den nach Ablauf der Datenspeiche­ rungsperiode vorliegenden Vergleichsergebnissen in der einen oder anderen Richtung geändert oder unverändert beibehalten wird. Auf diese Weise kann dafür gesorgt werden, daß kurzfristige starke Änderungen der Überhit­ zungstemperatur für die Änderung des Überhitzungstempe­ ratur-Sollwertes unberücksichtigt bleiben.

Hierbei ist es möglich, daß die Ausgabe des geänderten Sollwertes aus dem Datenspeicher des Mikroprozessors auslösbar ist, wenn der Meßwert den Toleranzbereich für die Dauer eines vorbestimmten Bruchteils, vorzugs­ weise 10 bis 20%, der Datenspeicherungsperiode über­ schritten hatte.

Eine weitere Ausgestaltung kann darin bestehen, daß die Steuerschaltung Zähler aufweist, deren Zählkapazität jeweils der Anzahl der in der Datenspeicherperiode ermit­ telten Meßwerte entspricht und von denen ein Zähler die Anzahl der Meßwerte zählt und die übrigen Zähler durch einen Komparator Zählimpulse in Abhängigkeit davon erhalten, ob die Änderungsgeschwindigkeit der Überhit­ zungstemperatur unterhalb, innerhalb oder oberhalb ihres Toleranzbereiches und ob die Überhitzungstemperatur innerhalb oder außerhalb ihres Toleranzbereiches liegt. Dies ermöglicht eine sehr einfache Überwachung der Regel­ abweichung und ihrer Änderungsgeschwindigkeit mit gerin­ ger Mikroprozessor-Kapazität.

Vorzugsweise beginnt die Datenspeicherungsperiode erst dann, wenn die Überhitzungstemperatur-Meßwerte nach Ablauf einer vorbestimmten Anlaufzeit nach Einschaltung der Anlage innerhalb einer vorbestimmten Abweichung, vorzugsweise 1°C, vom anfänglichen Sollwert liegen. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die Überhitzungs­ temperatur während einer Anlaufzeit von beispielsweise sechs Minuten rasch - ohne zusätzlichen Eingriff - auf den eingestellten Sollwert eingeregelt werden kann.

Hierbei kann durch den Mikroprozessor in der Anlaufzeit, vorzugsweise etwa sechs Minuten lang, ein hoher Über­ hitzungstemperatur-Sollwert, vorzugsweise etwa 10°C, eingestellt werden, und danach ein niedrigerer Betriebs- Sollwert eingestellt und die Datenspeicherperiode einge­ leitet werden.

Wenn die Überhitzungstemperatur wegen einer Änderung eines Parameters der Anlage, z. B. der Belastung, oder nach einer Wiedereinschaltung den augenblicklichen Soll­ wert um einen zu hohen Wert, z. B. mehr als etwa 3°C, unterschreitet, kann der Überhitzungstemperatur-Sollwert umgehend änderbar sein. Auf diese Weise kann schon vor Beginn oder Ablauf der Datenspeicherungsperiode ein selbsttätiger Eingriff erfolgen.

Beispielsweise kann der Steller des Expansionsventils durch ein PI-Regelglied steuerbar sein, dessen Übertra­ gungsfunktion, insbesondere Verstärkungsfaktor, in Abhän­ gigkeit vom Übergangsverhalten der Überhitzungstempera­ tur, insbesondere in Abhängigkeit von der Regelabwei­ chung, selbsttätig einstellbar ist.

Sodann kann die Fühleranordnung einen die Eingangstempe­ ratur und einen die Ausgangstemperatur des Verdampfers messenden Fühler aufweisen, wobei die Fühlersignale einer Vergleicheranordnung zuführbar sein können, durch die ein das Stellsignal des Stellers zwangsweise auf einen vorbestimmten Bruchteil, vorzugsweise etwa 60%, seines Augenblickswertes verringerndes Steuersignal abgebbar ist, wenn die Ein- oder Ausgangstemperatur des Verdampfers außerhalb eines vorbestimmten Sicher­ heitsbereiches, vorzugsweise etwa -70°C bis +45°C, liegt. Dies hat den Vorteil, daß der Kühlbetrieb der Anlage auch bei einer Fehlfunktion der Fühleranordnung, z. B. eines Kurzschlusses oder Leitungsbruchs, fortge­ setzt wird, wenn auch mit geringerer Kühlleistung, so daß das Kühlgut nicht wegen einer zu hohen Temperatur im Kühlraum sofort verdirbt.

Vorzugsweise ist durch das Steuersignal der Vergleicher­ anordnung gleichzeitig ein Alarmgeber auslösbar, so daß eine Fehlfunktion der Fühleranordnung rechtzeitig behoben werden kann.

Ferner ist mit Vorteil dafür gesorgt, daß bei einer Kühlanlage der Alarmgeber auslösbar ist, wenn die Kühl­ raumtemperatur einen von einem hohen Anfangswert, z. B. 10°C, mit der Zeit bis in die Nähe des maximalen Soll­ wertes der Kühlraumtemperatur abnehmenden Grenzwert überschreitet. Dies hat den Vorteil, daß bei einer Inbe­ triebsetzung der Anlage oder mehrmaligem Öffnen der Kühlraumtür, um Kühlgut einzulegen oder zu entnehmen, wobei eine entsprechend hohe Regelabweichung (Übertempe­ ratur im Kühlraum) auftreten kann, nicht sofort der Alarmgeber ausgelöst wird, sondern erst dann, wenn der Grenzwert nach einer längeren Betriebszeit überschrit­ ten wird.

Günstig ist ferner, wenn zwischen dem Überschreiten des Grenzwertes und dem Auslösen des Alarmgebers eine vorbestimmte Verzögerungszeit vorgesehen ist. Die Verzö­ gerungszeit kann hierbei mehrere Minuten, z. B. 10 bis 20 Minuten, dauern. Dadurch wird z. B. vermieden, daß durch ein kurzfristiges Öffnen der Kühlraumtür, z. B. zur visuellen Inspektion, der Alarm sofort ausgelöst wird.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachste­ hend anhand der Zeichnung eines bevorzugten Ausführungs­ beispiels näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Kühlanlage mit einem erfindungsgemäßen Regel­ gerät,

Fig. 2 ein Flußdiagramm des Betriebsablaufs des Regel­ geräts nach Fig. 1,

Fig. 3 den Verlauf der Überhitzungstemperatur des Kühl­ mittels in drei verschiedenen Betriebsperioden mit zugehöriger Einstellung des Überhitzungstempe­ ratur-Sollwerts und

Fig. 4 ein Zeitdiagramm der Kühlraumtemperatur und des Ansprechgrenzwertes eines Alarmgebers, durch den die Kühltemperatur überwacht wird.

Die Kühlanlage nach Fig. 1 enthält einen Kühlkreislauf mit einem Kompressor 1, einem Kondensator 2 in Form einer Wärmetauscherschlange, ein Expansionsventil 3 und einem Verdampfer 4 in Form einer Wärmetauscherschlan­ ge. An den Kühlkreislauf ist ein Regelgerät 5 angeschlos­ sen, das die Überhitzungstemperatur des Kühlmittels im Verdampfer 4 regelt. Zu diesem Zweck enthält das Regelgerät 5 eine Fühleranordnung aus zwei Temperatur­ fühlern 7 und 8, von denen der eine Temperaturfühler 7 die Eingangstemperatur T _E und der andere Temperaturfüh­ ler 8 die Ausgangstemperatur T _A des Verdampfers 4 mißt. Ferner enthält das Regelgerät 5 zwei Verstärker 9, 10, zwei Analog/Digital-Umsetzer 11, 12, einen Mikroprozes­ sor 13, einen Digital/Analog-Umsetzer 14, ein PI-Regel­ glied 15 und einen Steller 16 für das Expansionsventil 3.

Die Fühlersignale werden über die Verstärker 9, 10 und die A/D-Umsetzer 11, 12 dem Mikroprozessor 13 zugeführt, der einen gleichzeitig als Sollwertgeber dienenden Daten­ speicher 17 aufweist. Ein die Regelabweichung darstellen­ des Ausgangssignal des Mikroprozessors wird über den D/A-Umsetzer 14 und das PI-Regelglied 15 dem Steller 16 als Stellsignal für das Expansionsventil 3 zugeführt. Bei dem Steller 16 kann es sich um einen impulsbreiten­ modulierten oder thermisch steuerbaren Steller handeln. Das PI-Glied 15 kann auch durch die Funktion des Mikro­ prozessors digital nachgebildet sein, wobei es in diesen einbezogen wäre.

In dem Mikroprozessor 13 wird aus den Temperaturfühler­ signalen durch Differenzbildung der Istwert der Überhit­ zungstemperatur des Verdampfers 4 bzw. des darin ent­ haltenen Kühlmittels ermittelt und mit einem variablen Überhitzungstemperatur-Sollwert verglichen, wobei der Mikroprozessor nach Ermittlung der Regelgüte, d. h. einer Funktion des Betrags und der Änderungsgeschwindigkeit der Regelgröße, hier der Überhitzungstemperatur, in Abhängigkeit von der Regelgüte jeweils einen anderen Überhitzungstemperatur-Sollwert aus dem Datenspeicher 17 abruft.

Nachstehend wird der Betriebsablauf des Regelgerätes 5 anhand des Signalflußdiagramms nach Fig. 2 ausführli­ cher beschrieben. In dem Signalflußdiagramm bezeichnen S ₁ bis S ₂₁ Funktionseinheiten, die durch entsprechende Schaltungen realisiert sind, aber auch durch entsprechen­ de Programmschritte oder Programmstufen verwirklicht werden können.

Beim Einschalten der Anlage bewirkt die Schaltung S ₁ eine Einstellung eines hohen Überhitzungstemperatur-Soll­ werts von beispielsweise 10°C, der aus dem Datenspeicher 17 abgerufen und zur Berechnung einer Regelabweichung verwendet wird, in Abhängigkeit von der das den Ventil­ öffnungsgrad bestimmende Stellsignal des Stellers 16 gebildet wird. Insbesondere in der Anlaufphase ist es wesentlich, mit einem hohen Überhitzungstemperatur-Soll­ wert zu arbeiten, der einen weitgehend ruhigen Einschalt­ verlauf der Kühlanlage sicherstellt.

Durch die Schaltung S ₂ werden laufend die Eingangstempe­ ratur T _E und die Ausgangstemperatur T _A des Verdampfers 4 eingespeichert. Die gespeicherten Temperaturen T _E und T _A werden laufend in Vergleichern S ₃ bzw. S ₄ mit Tempe­ raturgrenzwerten von -70°C und +45°C verglichen, bevor sie akzeptiert werden. Wenn die Temperaturwerte unter­ halb von -70°C oder oberhalb von +45°C liegen, wird angenommen, daß ein Fühlerfehler vorliegt, z. B. ein Kurzschluß oder eine Leitungsunterbrechung in einem der Fühler 7 und 8. Wenn ein derartiger Fehler festge­ stellt wird, wird über die Schaltung S ₅ bewirkt, daß das Stellsignal für den Steller 16 zwangsläufig auf einen Wert von 60% des Augenblickswertes verringert wird, der aus dem Datenspeicher abgefragt werden kann. Durch diese Reduzierung wird der Öffnungsgrad des Expan­ sionsventils 3 entsprechend verringert, so daß bei einem Fühlerfehler der Betrieb der Kühlanlage bis zur Behebung des Fehlers fortgesetzt wird, wenn auch mit verminderter Kühlleistung. Auf diese Weise wird vermieden, daß ver­ derbliches Kühlgut bis zur Behebung des Fehlers verdirbt.

Wenn die von den Fühlern angezeigten Temperaturen inner­ halb des Sicherheitsbereichs von -70°C bis +45°C liegen, wird durch die Schaltung S ₆ die Überhitzungstemperatur ÜT durch Bildung der Differenz T _A - T _E berechnet. An­ schließend wird in der Schaltung S ₇ die Regelabweichung X _w = ÜT - ÜTS, d. h. die Differenz aus Überhitzungstem­ peratur ÜT und Überhitzungstemperatur-Sollwert ÜTS, berechnet.

Danach wird in der Schaltung S ₈ die Änderungsgeschwin­ digkeit d(ÜT)/dt der Überhitzungstemperatur und dann in der Schaltung S ₉ die Regelgüte als Funktion der Regel­ abweichung X _w sowie der Änderungsgeschwindigkeit der Überhitzungstemperatur ermittelt und im Datenspeicher 17 abgespeichert. Sodann wird in der Schaltung S geprüft, ob die Regelabweichung kleiner als -3°C ist, d. h. ob die Überhitzungstemperatur um mehr als 3°C unter dem eingestellten Überhitzungstemperatur-Sollwert liegt. Wenn nein, wird als Kriterium für die Regelgüte geprüft, ob die Änderungsgeschwindigkeit und die Überhit­ zungstemperatur bzw. die Regelabweichung innerhalb vor­ bestimmter Toleranzbereiche liegen, d. h. ob die berech­ nete Überhitzungstemperatur im Verlauf einer Folge von Messungen stärker schwankt, als es dem Toleranzbereich entspricht. Die Änderungsgeschwindigkeit der Überhit­ zungstemperatur d(ÜT)/dt kann zum Beispiel durch Ermitt­ lung der Differenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Messungen in einem festen Zeitabstand berechnet werden.

Die Anzahl der aufeinanderfolgenden Messungen bestimmt die Dauer der Datenspeicherungsperiode, wobei 24 Meßvor­ gänge innerhalb dieser Datenspeicherungsperiode durchge­ führt werden. Hierbei überwacht ein Zeitzähler S ₁₀, ob die 24 Meßvorgänge ausgeführt sind. Ist dies noch nicht der Fall, d. h. die vom Zeitzähler S ₁₀ laufend gezählte Zeit noch kleiner als 10 Minuten, dann wird der gerade verwendete Überhitzungstemperatur-Sollwert in der Schaltung S ₁₁ beibehalten. Sind die ersten zehn Minuten abgelaufen, dann wird der Inhalt weiterer Daten­ speicher, z. B. Zähler S ₁₂, S ₁₃ und S ₁₄, abgefragt. Bei jedem der 24 Meßvorgänge erhält von diesen Zählern der Zähler S ₁₂ einen Zählimpuls, wenn die Änderungsge­ schwindigkeit der Überhitzungstemperatur klein ist, d. h. unterhalb ihres Toleranzbereiches liegt, und wenn die Überhitzungstemperatur innerhalb ihres Toleranzberei­ ches liegt, der Zähler S ₁₃ einen Zählimpuls, wenn die Änderungsgeschwindigkeit der Überhitzungstemperatur akzeptabel ist, d. h. innerhalb ihres Toleranzbereiches liegt, und wenn die Überhitzungstemperatur innerhalb ihres Toleranzbereiches liegt, und der Zähler S ₁₄ einen Zählimpuls, wenn die Änderungsgeschwindigkeit der Über­ hitzungstemperatur oberhalb ihres Toleranzbereiches liegt (zu groß ist) und wenn die Überhitzungstemperatur außerhalb ihres Toleranzbereichs liegt.

Je nach Zählerstand, z. B. wenn bei 60% der 24 Meßvorgän­ ge die Schwankung der Regelgröße nicht zu hoch war, wird entschieden, ob der augenblickliche Überhitzungs- Sollwert beibehalten, um 0,5°C verringert oder erhöht wird. Nach Ablauf der Datenspeicherungsperiode werden die Zähler durch die Schaltung S ₁₈ zurückgestellt und eine neue Datenspeicherungsperiode eingeleitet.

Wenn dagegen in der Schaltung S eine unterhalb von -3°C liegende Regelabweichung X _w festgestellt wurde, wird in der Schaltung S ₁₉ der Überhitzungstemperatur-Sollwert ÜTS um 1°C erhöht, d. h. ein um 1°C höherer Überhitzungs­ temperatur-Sollwert aus dem Datenspeicher abgerufen, und sodann werden zunächst die Zähler durch die Schaltung S ₁₈ zurückgestellt und ebenfalls die die Schaltungen S ₈ bis S ₁₈ aufweisende Schleife in der beschriebenen Weise durchlaufen.

In den Schaltungen S ₂₀ und S ₂₁ werden dann ein Signal zur Anpassung des Verstärkungsfaktors K _p des PI-Regel­ gliedes 15 und das Stellsignal Y für den Steller 16 in Abhängigkeit von der Regelabweichung X _w berechnet, wobei die Regelabweichung den Verstärkungsfaktor eines im PI-Regelglied 15 enthaltenen Verstärkers steuert.

Eine Abwandlung der Steuerschaltung zur Verarbeitung der Meßwerte kann darin bestehen, daß sie Zähler auf­ weist, deren Zählkapazität jeweils der Anzahl der in der Datenspeicherperiode ermittelten Meßwerte entspricht und von denen ein erster Zähler die Anzahl der Meßwerte zählt, ein zweiter Zähler durch einen Komparator einen Zählimpuls erhält, wenn die Überhitzungstemperatur inner­ halb eines Toleranzbereiches liegt, ein dritter Zähler durch einen Komparator einen Zählimpuls erhält, wenn die Änderungsgeschwindigkeit der Überhitzungstemperatur unterhalb eines Toleranzbereiches liegt, und ein vierter Zähler einen Zählimpuls erhält, wenn die Änderungsge­ schwindigkeit oberhalb des betreffenden Toleranzbereiches liegt. Dies ermöglicht eine sehr einfache Überwachung der Regelabweichung und ihrer Änderungsgeschwindigkeit mit geringer Mikroprozessor-Kapazität.

Fig. 3 veranschaulicht in einem Temperatur-Zeit-Diagramm die Wirkungsweise der durch den Mikroprozessor gebilde­ ten Steuerschaltung und die Regelung der Überhitzungs­ temperatur in drei aufeinanderfolgenden Betriebsperioden a, b und c. Bei der erstmaligen Einschaltung der Anlage in der Betriebsperiode a wird aus dem Datenspeicher 17 ein verhältnismäßig hoher Überhitzungstemperatur-Sollwert abgerufen, in dem dargestellten Beispiel 9°C. Die Über­ hitzungstemperatur steigt bei der Anfangsventilöffnung rasch auf einen zu hohen Wert an und bewirkt durch das Regelgerät 5 eine weitere Öffnung des Expansionsventils 3, so daß die Überhitzungstemperatur abnimmt. Nach eini­ gen Schwingungen um den Sollwert erreicht die abklingende Schwingung der Überhitzungstemperatur allmählich den Beharrungszustand (Sollwert), wobei sie nur noch gering­ fügig um den Sollwert schwankt. In einer vorbestimmten Anlaufzeit a ₁, hier 6 Minuten, nach dem Einschalten bleibt der Sollwert der Überhitzungstemperatur unverän­ dert, also ohne daß in den Regelvorgang eingegriffen wird. Lediglich dann, wenn die Regelabweichung der Über­ hitzungstemperatur einen unteren Grenzwert unterschrei­ tet, d. h. die Überhitzungstemperatur z. B. 3°C unter dem augenblicklichen Sollwert liegt, wird sofort ein höherer Sollwert abgerufen, ohne daß die Regelabweichung oder die Regelgüte im Datenspeicher 17 eingelesen wird. Dieser Fall ist jedoch im Signalflußdiagramm nach Fig. 2 nicht berücksichtigt. Diese sofortige Erhöhung des Soll­ werts bei Unterschreitung des augenblicklichen Sollwertes um mehr als 3°C durch die Überhitzungstemperatur erfolgt auch in allen folgenden Zeitabschnitten.

Nach Ablauf der Anlaufzeit a ₁ beginnt eine Datenspei­ cherperiode von ca. 10 Minuten, in der die Regelabwei­ chung X _w der Überhitzungstemperatur und die Regelgüte periodisch in mehreren aufeinanderfolgenden Meßvorgän­ gen, hier 24, also alle 24 Sekunden, ermittelt und ge­ speichert werden. Gleichzeitig wird ein zweiter, nie­ drigerer Sollwert der Überhitzungstemperatur, hier 8°C, der in dieser Datenspeicherungsperiode verwendet werden soll, abgerufen. Nach Ablauf eines ersten Zeitabschnitts a ₂ von 4 Minuten der Datenspeicherungsperiode wird der Kompressor 1 abgeschaltet, z. B. über einen Kühlraum­ thermostaten.

Bei der nächsten Einschaltung des Kompressors 1 wird zunächst erneut eine Anlaufzeit b ₁ von 6 Minuten ohne Sollwertänderung eingehalten, nunmehr jedoch mit einem etwas niedrigeren Sollwert von beispielsweise 8,5°C als in der ersten Anlaufzeit a ₁, weil die Überhitzungs­ temperatur in der ersten Anlaufzeit a ₁ den Sollwert nur geringfügig, nämlich um nicht mehr als 1°C, unter­ schritten hatte, was durch einen einfachen Grenz­ wertvergleich festgestellt wird. Anschließend wird die bereits in der ersten Betriebsperiode a über den Zeitab­ schnitt a ₂ von etwa 4 Minuten begonnene Datenspei­ cherungsperiode nunmehr über einen restlichen Zeitab­ schnitt b ₂ von 6 Minuten mit demselben zweiten Sollwert von 8°C wie im Zeitabschnitt a ₂ fortgesetzt. Wenn die Regelgüte während des Zeitabschnitts b ₂ zufriedenstellend war, wird ein dritter, noch niedrigerer Sollwert von hier 7,5°C abgerufen, und es beginnt eine neue Daten­ speicherungsperiode, die nach einem Zeitabschnitt b ₃ von 4 Minuten aufgrund einer Ausschaltung des Kompressors unterbrochen wird.

In der folgenden Betriebsperiode c wird während der Anlaufzeit c ₁ von 6 Minuten mit demselben Überhitzungs­ temperatur-Sollwert wie in der Anlaufzeit b ₁ der vorher­ gehenden Betriebsperiode b begonnen, weil die Überhit­ zungstemperatur in der Anlaufzeit b ₁ den Sollwert um mehr als 1°C unterschritten hatte, und auch im anschlie­ ßenden Zeitabschnitt c ₂ der zweiten Datenspeicherungs­ periode b ₃ + c ₂ wird derselbe Sollwert wie am Ende der vorherigen Betriebsperiode b beibehalten, ebenso wie in der sich anschließenden Datenspeicherperiode nach Ablauf der Datenspeicherungsperiode b ₃ + c ₂, weil die Regelgüte zufriedenstellend war, ohne jedoch anzuzeigen, daß ein niedrigerer Überhitzungstemperatur-Sollwert eingestellt werden sollte, weil die Regelgröße nicht vollständig zur Ruhe gekommen ist.

Jedesmal, wenn eine Datenspeicherungsperiode a ₂ + b ₂ gleich b ₃ + c ₂ gleich 10 Minuten abgelaufen ist, die sich also über mehrere Betriebsperioden erstrecken kann, bis 24 Meßvorgänge ausgeführt sind, wird der Zählerstand abgefragt und der Überhitzungstemperatur-Sollwert ent­ sprechend eingestellt. Wenn der Zählwert für die Ände­ rungsgeschwindigkeit und den Betrag der Regelabweichung der Überhitzungstemperatur einen oberen Grenzwert über­ schreitet, was einer geringen Regelgüte entspricht, wird aus dem Datenspeicher 17 ein hoher Sollwert abgeru­ fen. Wenn dieser Zählwert dagegen einen unteren Grenzwert unterschreitet (hohe Regelgüte), wird ein niedriger Sollwert abgerufen.

Fig. 4 veranschaulicht in einem Temperatur-Zeit-Diagramm den Betrieb eines Alarmgebers, der bei Überschreiten eines Grenzwertes der Kühlraumtemperatur anspricht. Der Grenzwert nimmt bei jeder erneuten Einschaltung des Kompressors der Kühlanlage von einem hohen Anfangs­ wert von hier etwa 10°C mit der Betriebszeit ab, wobei die dargestellte Grenzwertkurve aus einer im Daten­ speicher gespeicherten Temperaturtabelle durch den Mikro­ prozessor abgerufen wird, so daß der Grenzwert umso niedriger wird, je länger der Betrieb andauert. Dies hat den Vorteil, daß der Alarmgeber nicht unnötig an­ spricht, wenn bei erstmaliger Inbetriebsetzung der Kühl­ anlage oder nach mehrmaligem Öffnen der Kühlraumtür in kurzen Abständen, um Kühlgut in den Kühlraum zu legen oder daraus zu entnehmen, die Kühlraumtemperatur den Sollwert erheblich überschreitet, ohne daß eine Störung vorliegt. Bei jeder erneuten Einschaltung des Kompressors beginnt eine Zeitregistrierung wieder von vorn mit 0. Im dargestellten Beispiel dauert es nach der ersten Einschaltung etwa 30 Minuten, bis der Kompressor wieder einschaltet und erneut mit der Kühlung beginnt. Wenn nach weiteren 50 Minuten die Kühlraumtemperatur die Einschalt-Temperatur des Kompressors noch nicht über­ schritten hat, unterschreitet der Grenzwert die inner­ halb der normalen Regeldifferenz liegende Einschalt-Tem­ peratur, wobei es günstig ist, wenn der Grenzwert nach einer vorbestimmten längeren Betriebszeit einen niedri­ geren, konstanten Wert annimmt, der geringfügig über der normalen Kühlraumtemperatur liegt.

Wenn die Kühlraumtemperatur den Grenzwert überschritten hat, wird der Alarmgeber jedoch erst nach einer vorbe­ stimmten Verzögerungszeit ausgelöst. Die Verzögerungszeit kann hierbei mehrere Minuten, z. B. 10 bis 20 Minuten, dauern. Dadurch wird z. B. vermieden, daß durch ein kurz­ fristiges Öffnen der Kühlraumtür, z. B. zur visuellen Inspektion, der Alarm sofort ausgelöst wird.

Claims (13)

1. Regelgerät für die Überhitzungstemperatur des Ver­ dampfers einer Kälte- oder Wärmepumpanlage, bei der der Verdampfer, ein Kompressor, ein Kondensator und ein durch das Regelgerät steuerbares Expansionsventil in einem geschlossenen Kreis hintereinander angeord­ net sind und eine Temperatur-Fühleranordnung für die Eingangs- und Ausgangstemperatur des Verdampfers vorgesehen ist, wobei das Regelgerät eine Anordnung zum Ermitteln des Istwertes der Überhitzungstempera­ tur des Verdampfers in Abhängigkeit von den Tempera­ tursignalen der Fühleranordnung, einen Sollwertgeber für den Sollwert der Überhitzungstemperatur, einen Vergleicher zum Vergleichen von Soll- und Istwert der Überhitzungstemperatur zur Ermittlung einer Regel­ abweichung, einen Steller zum Einstellen des Expan­ sionsventils in Abhängigkeit von der Regelabweichung und eine Steuerschaltung zum Optimieren der Regelgüte aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert der Überhitzungstemperatur durch die Steuerschaltung (13, 17) in Abhängigkeit von der Regelgüte veränder­ bar ist.

2. Regelgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung ein Mikroprozessor (13) mit einem Datenspeicher (17) ist, in dem der Wert der Regelgüte und den Sollwert der Überhitzungstemperatur darstellende Daten speicherbar (17) sind, wobei der Mikroprozessor (13) ein Signal zur Änderung des ge­ speicherten Sollwertes der Überhitzungstemperatur erzeugt, wenn der laufend gespeicherte Wert der Regel­ güte einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.

3. Regelgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor (13) in einer Datenspeiche­ rungsperiode mehrere Meßwerte der Überhitzungstempe­ ratur und ihrer Änderungsgeschwindigkeit speichert, daß diese Meßwerte durch einen Vergleicher mit einem gespeicherten Grenzwert, einschließlich eines Tole­ ranzbereiches verglichen werden und daß der Sollwert der Überhitzungstemperatur in Abhängigkeit von den nach Ablauf der Datenspeicherungsperiode vorliegenden Vergleichsergebnissen in der einen oder anderen Rich­ tung geändert oder unverändert beibehalten wird.

4. Regelgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgabe des geänderten Sollwertes aus dem Datenspeicher (17) des Mikroprozessors (13) auslösbar ist, wenn der Meßwert den Toleranzbereich für die Dauer eines vorbestimmten Bruchteils, vorzugsweise 10 bis 20%, der Datenspeicherungsperiode überschrit­ ten hatte.

5. Regelgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung Zähler (S ₁₀ bis S ₁₄) aufweist, deren Zählkapazität jeweils der Anzahl der in der Datenspeicherperiode ermittelten Meßwerte entspricht und von denen ein Zähler (S ₁₀) die Anzahl der Meßwerte zählt und die übrigen Zähler (S ₁₂, S ₁₃, S ₁₄) durch einen Komparator Zählimpulse in Abhängigkeit davon erhalten, ob die Änderungsgeschwindigkeit der Über­ hitzungstemperatur unterhalb, innerhalb oder oberhalb ihres Toleranzbereiches und ob die Überhitzungstem­ peratur innerhalb oder außerhalb ihres Toleranzberei­ ches liegt.

6. Regelgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenspeicherungsperiode beginnt, wenn die Überhitzungstemperatur-Meßwerte nach Ablauf einer vorbestimmten Anlaufzeit nach Ein­ schaltung der Anlage innerhalb einer vorbestimmten Abweichung, vorzugsweise 1°C, vom anfänglichen Soll­ wert liegen.

7. Regelgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Mikroprozessor (13) in der Anlaufzeit, vorzugsweise etwa sechs Minuten lang, ein hoher Über­ hitzungstemperatur-Sollwert, vorzugsweise etwa 10°C, einstellbar ist, und daß danach ein niedrigerer Be­ triebs-Sollwert einstellbar und die Datenspeicher­ periode einleitbar ist.

8. Regelgerät nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die Überhitzungstemperatur wegen einer Änderung eines Parameters der Anlage, z. B. der Belastung, oder nach einer Wiedereinschaltung den augenblicklichen Sollwert um einen zu hohen Wert, z. B. mehr als etwa 3°C, unterschreitet, der Über­ hitzungstemperatur-Sollwert umgehend änderbar ist.

9. Regelgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Steller (16) des Expansions­ ventils (3) durch ein PI-Regelglied (15) steuerbar ist, dessen Übertragungsfunktion, insbesondere Ver­ stärkungsfaktor, in Abhängigkeit vom Übergangsverhal­ ten der Überhitzungstemperatur, insbesondere in Abhän­ gigkeit von der Regelabweichung (X _w ), selbsttätig einstellbar ist.

10. Regelgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühleranordnung (7, 8) einen die Eingangstemperatur (T _E ) und einen die Ausgangs­ temperatur (T _A ) des Verdampfers (4) messenden Fühler (7, 8) aufweist und die Fühlersignale einer Verglei­ cheranordnung (13) zuführbar sind, durch die ein das Stellsignal des Stellers (16) zwangsweise auf einen vorbestimmten Bruchteil, vorzugsweise etwa 60%, seines Augenblickswertes verringerndes Steuer­ signal abgebbar ist, wenn die Ein- oder Ausgangstem­ peratur (T _E , T _A ) des Verdampfers (4) außerhalb eines vorbestimmten Sicherheitsbereiches, vorzugsweise etwa -70°C bis +45°C, liegt.

11. Regelgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von dem Steuersignal der Ver­ gleicheranordnung ein Alarmgeber auslösbar ist.

12. Regelgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Kühlanlage der Alarmgeber auslösbar ist, wenn die Kühlraumtemperatur einen von einem hohen Anfangswert, z. B. 10°C, mit der Zeit bis in die Nähe des maximalen Sollwertes der Kühlraumtempe­ ratur abnehmenden Grenzwert überschritten hat.

13. Regelgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Überschreiten des Grenzwertes und dem Auslösen des Alarmgebers eine vorbestimmte Ver­ zögerungszeit vorgesehen ist.