DE4114700C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regeln der Temperatur eines Mediums mittels eines Temperatur­ regelkreises, der einen Kältemittelkreis mit einer Kom­ pressoreinrichtung mit stufenweise einstellbarer Lei­ stung, einem Kondensator, einer Expansionseinrichtung und einem Verdampfer aufweist, wobei ein den Istwert der zu regelnden Temperatur darstellendes Meßsignal erzeugt und mit dem oberen und unteren Grenzwert einer sich beiderseits eines Sollwerts der zu regelnden Tempe­ ratur erstreckenden Neutralzone verglichen wird und in Abhängigkeit von der Über- oder Unterschreitung der Neutralzone durch das Meßsignal das Ein- bzw. Ausschalten einer Leistungsstufe der Kompressoreinrichtung verzögert ausgelöst wird.

Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Temperatur­ regeleinrichtung für einen Temperaturregelkreis mit einer Kompressoreinrichtung mit stufenweise einstellbarer Leistung, einem Kondensator, einer Expansionseinrichtung und einem Verdampfer mit einem Temperaturfühler zum Erzeugen eines die Ist-Temperatur eines Mediums darstellenden Meßsignals, mit einer Vergleichseinrichtung zum Vergleichen des Meßsignals mit dem oberen und unteren Grenzwert einer Neutralzone und mit einem Schaltwerk, durch das in Abhängigkeit von der Über- oder Unterschreitung der Neutralzone durch das Meßsignal über Verzögerungsglieder das Ein- bzw. Ausschalten einer Leistungsstufe der Kompressoreinrichtung auslösbar ist.

Bei einer bekannten Temperaturregeleinrichtung dieser Art (US-PS 48 25 662) für einen Temperaturregelkreis, der eine Kälteanlage aufweist, wird ein Einschalt-Verzögerungsglied oder ein Ausschalt-Verzögerungsglied ausgelöst, wenn das Temperaturmeßsignal den oberen oder unteren Grenzwert über- bzw. unterschreitet, und wenn das Meßsignal den betreffenden Grenzwert über die Laufzeit des Verzögerungsglieds hinaus über- bzw. unterschreitet, wird eine Kompressorstufe ein- bzw. ausgeschaltet.

Wenn hierbei die Anlage eine hohe thermische Trägheit aufweist, so daß der Temperaturfühler eine Temperatur­ änderung erst verhältnismäßig spät nach dem Ein- oder Ausschalten der Kompressorstufe feststellt, besteht die Gefahr, daß noch eine weitere Kompressorstufe ein- bzw. ausgeschaltet und der Sollwert sehr weit über- bzw. unterschritten wird, gegebenenfalls sogar Dauerschwingungen auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art und eine Temperaturregeleinrichtung anzugeben, bei dem bzw. bei der hohe Schwingungen um den Sollwert herum vermieden und nach dem Erreichen der Neutralzone nur wenige Leistungsstufen ein- bzw. auszuschalten sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemäße Verfahren darin, daß laufend überprüft wird, ob das Meßsignal ansteigt oder abfällt, daß eine erste vorbe­ stimmte Verzögerungszeit ausgelöst wird, wenn der Verlauf des Meßsignals von fallend auf steigend wechselt, daß eine zweite vorbestimmte Verzögerungszeit ausgelöst wird, wenn der Verlauf des Meßsignals von steigend auf fallend wechselt, daß das Einschalten einer Leistungsstufe der Kompressoreinrichtung dann ausgelöst wird, wenn der obere Grenzwert der Neutralzone bei einer Kälteanlage überschritten und bei einer Wärmepumpe unterschritten wird und die erste Verzögerungszeit abgelaufen ist, und daß das Ausschalten einer Leistungsstufe der Kompressoreinrichtung dann ausgelöst wird, wenn der untere Grenzwert der Neutralzone bei einer Kälteanlage unterschritten und bei einer Wärmepumpe überschritten wird und die zweite Verzögerungszeit abgelaufen ist.

Die Verzögerung beginnt hierbei bereits, sobald eine Temperaturänderung aufgrund einer Änderung der Kälte­ leistung der Kompressoreinrichtung festgestellt wird, so daß die Neueinstellung der Kompressorleistung schon dann erfolgt, wenn einer der Grenzwerte der Neutralzone über- bzw. unterschritten wird. Hohe Schwingungen der Temperatur um den Sollwert herum oder Dauerschwingungen werden auf diese Weise vermieden. Vielmehr bleibt die Temperatur weitgehend konstant innerhalb der Neutralzone. Innerhalb der Neutralzone wird die Kälteleistung der Kompressoreinrichtung nicht umgeschaltet. Vielmehr wird die Kälteleistung erst dann geändert, wenn sowohl ein Grenzwert der Neutralzone über- bzw. unterschritten als auch die Laufzeit bzw. Verzögerungszeit eines Ver­ zögerungsgliedes abgelaufen ist. Wenn innerhalb der Verzögerungszeit kein Grenzwert über- bzw. unterschritten wird und die Änderung des Meßsignals ihr Vorzeichen nicht wechselt, wird keine Leistungsstufe der Kompressor­ einrichtung ein- oder ausgeschaltet.

Die erfindungsgemäße Temperaturregeleinrichtung ist in der Weise ausgebildet, daß das Meßsignal einer Diffe­ renzierschaltung mit zwei Ausgängen zuführbar ist, daß an dem einen Ausgang der Differenzierschaltung ein Aus­ gangssignal auftritt, wenn das Meßsignal ansteigt, und daß an dem anderen Ausgang der Differenzierschaltung ein Ausgangssignal auftritt, wenn das Meßsignal abfällt, daß diese Ausgangssignale das Schaltwerk über je ein Verzögerungsglied derart ansteuern, daß das Schaltwerk dann nach Ablauf der jeweiligen Verzögerungszeit ausgelöst wird, wenn die Vergleichseinrichtung beim Über- oder Unterschreiten eines der beiden Grenzwerte ein Signal abgibt, und daß wenigstens das betreffende Verzögerungsglied beim Auslösen des Schaltwerks zurückgestellt wird.

Hierbei wird das Meßsignal (bzw. die Temperatur) kontinuierlich oder zumindest in sehr kurzen Zeitabständen durch die Differenzierschaltung daraufhin überprüft, ob es ansteigt oder abfällt. Wenn die Meßsignaländerung von abfallend auf ansteigend wechselt, wird das erste Verzögerungsglied ausgelöst. Wenn die Meßsignaländerung dagegen von ansteigend auf abfallend wechselt, wird das zweite Verzögerungsglied ausgelöst.

Eine Weiterbildung kann darin bestehen, daß der eine Ausgang der Differenzierschaltung durch das eine Verzö­ gerungsglied mit dem einen Eingang eines ersten Verknüp­ fungsgliedes und der andere Ausgang der Differenzier­ schaltung durch ein zweites Verzögerungsglied mit dem einen Eingang eines zweiten Verknüpfungsgliedes verbunden ist, daß der Ausgang des ersten Verknüpfungsgliedes mit einem Schalteingang des Schaltwerks zum Ein- oder Ausschalten einer Leistungsstufe der Kompressor­ einrichtung und der Ausgang des zweiten Verknüp­ fungsgliedes mit einem Schalteingang des Schaltwerks zum Aus- oder Einschalten einer Leistungsstufe der Kom­ pressoreinrichtung verbunden ist, daß die Vergleichsein­ richtung einen ersten Ausgang aufweist, der mit dem anderen Eingang des ersten Verknüpfungsgliedes verbunden ist und an dem ein Ausgangssignal bei Überschreitung des oberen Grenzwertes der Neutralzone durch das Meßsig­ nal auftritt, daß die Vergleichseinrichtung einen zweiten Ausgang aufweist, der mit dem anderen Eingang des zweiten Verknüpfungsgliedes verbunden ist und an dem ein Aus­ gangssignal bei Unterschreitung des unteren Grenzwertes durch das Meßsignal auftritt, und daß an den Ausgängen der Verknüpfungsglieder Schaltsignale auftreten, sobald und solange an ihren beiden Eingängen Ausgangssignale der angeschlossenen Ausgänge auftreten.

Vorzugsweise ist dafür gesorgt, daß die Vergleichsein­ richtung einen dritten und einen vierten Ausgang auf­ weist, die mit dem Schaltwerk über Verknüpfungsglieder verbunden sind, die in Abhängigkeit von verzögerten Rückstellsignalen des Schaltwerks durchschaltbar sind, daß an dem dritten Ausgang ein Ausgangssignal auftritt, solange das Meßsignal größer als ein oberhalb des oberen Grenzwertes der Neutralzone liegender Maximalwert ist, daß an dem vierten Ausgang der Vergleichseinrichtung ein Ausgangssignal auftritt, solange das Meßsignal klei­ ner als ein unterhalb des unteren Grenzwertes der Neu­ tralzone liegender kleinerer Wert ist, und daß durch das Schaltwerk in gleichen kurzen Zeitabständen, während der Dauer eines Ausgangssingals am dritten oder vierten Ausgang, jeweils eine weitere Leistungsstufe der Kom­ pressoreinrichtung ein- bzw. ausschaltbar ist. Beispiels­ weise kann hierbei alle 30 Sekunden eine Leistungsstufe der Kompressoreinrichtung ein- bzw. ausgeschaltet werden. Auf diese Weise wird die Temperatur sehr rasch wieder in die Neutralzone zurückgeregelt.

Eine Weiterbildung kann darin bestehen, daß die Ver­ gleichseinrichtung einen fünften Ausgang aufweist, an dem ein Ausgangssignal auftritt, solange das Meßsignal kleiner als ein unterhalb des kleineren Wertes liegender Wert ist, bei dessen Unterschreitung bei Anwendung der Regeleinrichtung in einer Kälteanlage Frostgefahr für das Kühlgut besteht, und daß durch das Schaltwerk in noch kürzeren gleichen Zeitabständen, während der Dauer des Ausgangssignals am fünften Ausgang, jeweils eine weitere Leistungsstufe der Kompressoreinrichtung aus­ schaltbar ist. Hierbei kann beispielsweise jede Sekun­ de eine Leistungsstufe der Kompressoreinrichtung ausge­ schaltet werden, um möglichst rasch eine Frostgefahr zu vermeiden.

Vorzugsweise ist ferner dafür gesorgt, daß die Differen­ zierschaltung zwei hintereinander angeordnete Spei­ chereinheiten und einen Subtrahierer aufweist, daß die Ausgänge der Speichereinheiten jeweils mit einem der Eingänge des Subtrahierers verbunden sind, daß der ersten Speichereinheit periodisch Abtastwerte des Meßsignals zuführbar sind und bei Zuführung eines neuen Abtastwertes der bisherige Inhalt der ersten Speichereinheit in die zweite Speichereinheit übertragbar ist. Hierbei kann das Meßsignal beispielsweise alle 10 Sekunden abgetastet und der Abtastwert in die erste Speichereinheit über­ tragen werden, während gleichzeitig der zuvor in der ersten Speichereinheit gespeicherte Abtastwert in die zweite Speichereinheit übertragen wird. Sodann werden die in den Speichereinheiten gespeicherten Abtastwerte miteinander verglichen. Dies ermöglicht auf einfache Weise die Feststellung, ob die Temperatur steigt oder fällt.

Vorzugsweise ist ferner dafür gesorgt, daß der Subtrahie­ rer durch die Vergleichseinrichtung gebildet ist. So kann sie beide Funktionen im Zeitmultiplexverfahren ausführen.

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

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Temperatur­ regelkreises mit einem Kältemittelkreis und einer erfindungsgemäßen Temperaturregeleinrich­ tung,

Fig. 2 ein etwas ausführlicheres Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Temperaturregeleinrichtung,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Differenzierschal­ tung in der erfindungsgemäßen Temperaturregel­ einrichtung nach Fig. 2 und

Fig. 4 den Verlauf der Ausgangssignale einzelner Bau­ teile in dem Blockschaltbild nach Fig. 2 in Abhängigkeit von dem Verlauf der zu regelnden Temperatur T bzw. des diese Temperatur dar­ stellenden Meßsignals.

Nach Fig. 1 enthält der Kältemittelkreis eine Kompressor­ einrichtung 1 mit stufenweise einstellbarer Leistung, zum Beispiel durch Ein- und Ausschalten eines oder mehre­ rer Zylinder, oder mehrere getrennte Kältekompressoren, die einzeln oder gemeinsam ein- und ausgeschaltet werden können, wie es durch weitere Ausgangsleitungen des Schaltwerks 9 angedeutet ist. Wenn mehrere Kompressoren verwendet werden, sind sie saug- bzw. druckseitig paral­ lelgeschaltet. Das komprimierte Kältemittel wird über die druckseitige Leitung einem Kondensator 2 zugeführt, in dem es verflüssigt wird. Vom Ausgang des Kondensa­ tors 2 gelangt das Kältemittel in einen Sammelbehälter 3. Aus dem Sammelbehälter 3 wird das Kältemittel einer Expansionseinrichtung 4 zugeführt, die es ihrerseits einem Verdampfer 5 zuführt. Vom Ausgang des Verdampfers 5 wird das Kältemittel wieder durch die Kompressorein­ richtung 1 angesaugt. Die Expansionseinrichtung 4 steuert den Durchfluß des Kältemittels in Abhängigkeit von der Überhitzungstemperatur des Kältemittels, die mittels eines Temperaturfühlers 6 am Ausgang des Verdampfers 5 gemessen wird.

Der Verdampfer 5 dient zur Kühlung eines Kühlmediums, zum Beispiel Luft, die durch ein nicht dargestelltes Gebläse über den Verdampfer 5 einem zu kühlenden Raum zugeführt wird, oder zur Kühlung von Wasser. Die Tempe­ ratur des Kühlmediums wird durch einen Fühler 7 gemes­ sen. Bei dem Temperaturfühler 7 handelt es sich um einen Thermistor-Fühler. Das Meßsignal des Temperaturfühlers 7 wird einer elektrischen Auswerteschaltung 8 zugeführt, die in Abhängigkeit von der Größe des Meßsignals und eines Temperatur-Sollwerts einem Schaltwerk 9 Schalt­ signale zuführt. Das Schaltwerk 9 schaltet dann in Abhän­ gigkeit von den ihm zugeführten Schaltsignalen ein oder mehrere Leistungsstufen der Kompressoreinrichtung 1 ein bzw. aus.

Der in Fig. 1 dargestellte Kältemittelkreis kann auch für eine Wärmepumpe verwendet werden, wobei der Tempera­ turfühler 7 in einem über den Kondensator 2 geleiteten, die Wärme des Kondensators 2 abführenden Luftstrom ange­ ordnet würde.

Fig. 2 stellt ein Ausführungsbeispiel der Auswerteschal­ tung 8 schematisch dar. Die dargestellte Auswerteschal­ tung 8 enthält eine Vergleichseinrichtung 10, vier Ver­ zögerungsglieder 11, 12, 36, 37 und vier Verknüpfungs­ glieder 13, 14, 38 und 39 in Form von UND-Schaltungen.

Die Vergleichseinrichtung 10 enthält eine Differenzier­ schaltung 15 und fünf Vergleicher 16 bis 20.

Die Differenzierschaltung 15 hat zwei Ausgänge 21 und 22 und einen Eingang 23. Das Meßsignal des Temperatur­ fühlers 7 wird dem Eingang 23 der Differenzierschaltung 15 zugeführt. Die Differenzierschaltung 15 bewirkt, daß an ihrem ersten Ausgang 21 ein Ausgangssignal bei einem Wechsel der Änderung des Meßsignals von fallend auf steigend und an ihrem zweiten Ausgang 22 ein Aus­ gangssignal bei einem Wechsel der Änderung des Meßsignals von steigend auf fallend auftritt. Der erste Ausgang 21 der Differenzierschaltung 15 ist durch das eine Ver­ zögerungsglied 11 mit dem einen Eingang des Verknüpfungs­ gliedes 13 und der zweite Ausgang 22 der Differenzier­ schaltung 15 durch das zweite Verzögerungsglied 12 mit dem einen Eingang des zweiten Verknüpfungsgliedes 14 verbunden. Der Ausgang des ersten Verknüpfungsgliedes 13 ist mit einem Schalteingang des Schaltwerks 9 zum Einschalten einer Leistungsstufe der Kompressoreinrich­ tung 1 und der Ausgang des zweiten Verknüpfungsgliedes 14 mit einem Schalteingang des Schaltwerks 9 zum Aus­ schalten einer Leistungsstufe der Kompressoreinrichtung 1 verbunden.

Die Vergleichseinrichtung 10 hat neben den Ausgängen 21 und 22 fünf weitere Ausgänge 31 bis 35, die zugleich die Ausgänge der Vergleicher 16 bis 20 bilden. Dem einen Eingang der Vergleicher 16 bis 20 wird das Meßsignal des Temperaturfühlers 7 zugeführt. Dem anderen Eingang des Vergleichers 16 wird ein oberer Grenzwert T_o einer Neutralzone und dem anderen Eingang des Vergleichers 17 ein unterer Grenzwert T_u der Neutralzone zugeführt, wobei sich die Neutralzone beiderseits eines Tempera­ tur-Sollwerts T_s (Fig. 4) erstreckt. Dem anderen Eingang des Vergleichers 18 wird ein einstellbarer Maximalwert T_max der Temperatur zugeführt, der oberhalb des oberen Grenzwertes T_o liegt. Dem anderen Eingang des Verglei­ chers 19 wird ein einstellbarer kleinerer Wert T_min zugeführt, der unterhalb des unteren Grenzwertes T_u liegt. Dem anderen Eingang des Vergleichers 20 wird ein einstellbarer Wert T_EIS zugeführt, der noch tiefer als der kleinere Wert T_min und etwas oberhalb der Frost­ grenze von 0°C liegt.

Der Ausgang 31 der Vergleichseinrichtung 10 bildet zu­ gleich den Ausgang des Vergleichers 16 und ist mit dem anderen Eingang des ersten Verknüpfungsgliedes 13 ver­ bunden. An diesem Ausgang 31 tritt ein Ausgangssignal auf, wenn das Meßsignal den oberen Grenzwert T_o der Neutralzone überschreitet. Der Ausgang 32 der Vergleichs­ einrichtung ist mit dem anderen Eingang des zweiten Verknüpfungsgliedes 14 verbunden. An diesem Ausgang 32 tritt ein Ausgangssignal auf, wenn das Meßsignal den unteren Grenzwert T_u unterschreitet. An den Ausgängen der Verknüpfungsglieder 13 und 14 treten Schaltsignale auf, sobald und solange an ihren beiden Eingängen Aus­ gangssignale der Verzögerungsglieder 11 und 12 und der angeschlossenen Ausgänge 31 und 32 der Vergleichs­ einrichtung 10 auftreten.

Ein Rückstellausgang R des Schaltwerks 9 ist mit Rück­ stelleingängen der Verzögerungsglieder 11, 12, 36 und 37 verbunden. Der Ausgang des Vergleichers 20 ist mit einem weiteren Eingang des Verzögerungsgliedes 36 verbun­ den. Der Ausgang des Verzögerungsgliedes 36 ist mit einem Schalteingang des Schaltwerks 9 zum Ausschalten einer Leistungsstufe der Kompressoreinrichtung 1 verbun­ den. Der Ausgang des Verzögerungsgliedes 37 ist mit dem einen Eingang der Verknüpfungsglieder 38 und 39 verbunden. Der Ausgang 33 des Vergleichers 18 ist mit dem anderen Eingang des Verknüpfungsgliedes 38 und der Ausgang 34 des Vergleichers 19 mit dem anderen Eingang des Verknüpfungsgliedes 39 verbunden.

Die Verzögerungszeit t_d der Verzögerungsglieder 11 und 12 ist einstellbar und liegt bei etwa 60 bis 600 s, wobei der eingestellte Wert von der Verzögerungszeit des jeweiligen Temperaturregelkreises abhängt. Die Ver­ zögerungszeit des Verzögerungsgliedes 36 beträgt etwa 1 s und die des Verzögerungsgliedes 37 etwa 30 s. Die Verzögerungszeit der Verzögerungsglieder 11 und 12 be­ ginnt bei Erhalt eines Rückstellimpulses vom Rückstell­ ausgang R des Schaltwerks 9 erneut zu laufen, solange sie ein Ausgangssignal von der Differenzierschaltung 15 erhalten. Andererseits wird die Verzögerungszeit der Verzögerungsglieder 11 und 12 erst ausgelöst, wenn sie auf Null zurückgestellt sind und ein Ausgangssignal der Differenzierschaltung 15 erhalten. Entsprechendes gilt für das Verzögerungsglied 36. Das Verzögerungsglied 37 wird dagegen durch jeden Rückstellimpuls vom Rück­ stellausgang R erneut ausgelöst. Das Schaltwerk 9 erzeugt am Rückstellausgang R bei jeder Umschaltung (Ein- oder Ausschaltung) einer Leistungsstufe der Kompressoreinrich­ tung 1 einen Rückstellimpuls.

Wenn nach einem Wechsel der Änderung des Meßsignals von fallend auf steigend am ersten Ausgang 21 der Diffe­ renzierschaltung 15 ein Ausgangssignal auftritt, führt das Verzögerungsglied 11 dem einen Eingang des Verknüp­ fungsgliedes 13 erst nach Ablauf der Verzögerungszeit des Verzögerungsgliedes 11 ein Eingangssignal zu. Wenn während der Verzögerungs- oder Laufzeit des Verzögerungs­ gliedes 11 am Ausgang 31 der Vergleichseinrichtung 10 ein Ausgangssignal auftritt und wieder verschwindet, weil das Meßsignal den oberen Grenzwert T_o kurzzeitig überschreitet und wieder unterschreitet, tritt am Ausgang des Verknüpfungsgliedes 13 kein Schaltsignal auf, das zum Einschalten einer weiteren Leistungsstufe der Kom­ pressoreinrichtung 1 führen würde. Wenn jedoch während der Laufzeit des Verzögerungsgliedes 11 das Meßsignal des Fühlers 7 den oberen Grenzwert T_o überschreitet und auch noch nach Ablauf der Verzögerungszeit des Ver­ zögerungsgliedes 11 oberhalb des oberen Grenzwertes T_o bleibt, tritt am Ausgang des Verknüpfungsgliedes 13 ein Schaltsignal auf, das dem Einschalteingang des Schaltwerkes 9 zugeführt wird, so daß das Schaltwerk 9 eine weitere Leistungsstufe der Kompressoreinrichtung 1 einschaltet, was zu einer stärkeren Abkühlung führt.

Wenn die Änderung des Meßsignals dagegen von steigend auf fallend wechselt, tritt am Ausgang 22 der Differen­ zierschaltung 15 ein Ausgangssignal auf, das das Verzöge­ rungsglied 12 auslöst. Nach Ablauf der Verzögerungs- oder Laufzeit des Verzögerungsgliedes 12 tritt an dessen Ausgang ein Ausgangssignal auf, das dem einen Eingang des zweiten Verknüpfungsgliedes 14 zugeführt wird. Wenn während der Verzögerungszeit des Verzögerungsgliedes 12 am Ausgang 32 der Vergleichseinrichtung 10 bzw. des Vergleichers 17 ein Ausgangssignal auftritt und gleich wieder verschwindet, bevor die Verzögerungszeit abge­ laufen ist, weil der untere Grenzwert T_u der Neutralzone nur kurzzeitig unterschritten wurde, tritt am Ausgang des Verknüpfungsgliedes 14 kein Schaltsignal auf, das zum Ausschalten einer Leistungsstufe der Kompressor­ einrichtung 1 führen würde. Wenn dagegen der untere Grenzwert T_u noch nach Ablauf der Verzögerungszeit des Verzögerungsgliedes 12 unterschritten wird, tritt am Ausgang des Verknüpfungsgliedes 14 ein Schaltsignal auf, so daß das Schaltwerk 9 eine Leistungsstufe der Kompressoreinrichtung ausschaltet.

Am Ausgang 33 der Vergleichseinrichtung 10 tritt ein Ausgangssignal auf, solange das Meßsignal größer als der oberhalb des oberen Grenzwerts T_o der Neutralzone liegende Maximalwert T_max ist. Am Ausgang 34 der Ver­ gleichseinrichtung 10 tritt ein Ausgangssignal auf, solange das Meßsignal kleiner als der unterhalb des unteren Grenzwertes T_u der Neutralzone liegende kleinere Wert T_min ist. Während der Dauer eines Ausgangssignals am Ausgang 33 bzw. 34 bewirkt das Schaltwerk 9, daß in kurzen Zeitabständen von etwa 30 Sekunden jeweils eine weitere Leistungsstufe der Kompressoreinrichtung 1 ein- bzw. ausgeschaltet wird.

Am Ausgang 35 tritt ein Ausgangssignal auf, wenn das Meßsignal den Wert T_EIS der Temperatur unterschreitet, bei dem Frostgefahr für das Kühlgut besteht. Wenn an dem Ausgang 35 der Vergleichseinrichtung 10 ein Ausgangs­ signal auftritt, bewirkt das Schaltwerk 9, daß in noch kürzeren Zeitabständen von etwa 1 Sekunde während der Dauer des Ausgangssignals am Ausgang 35 jeweils eine weitere Leistungsstufe der Kompressoreinrichtung 1 aus­ geschaltet wird, um so rasch wie möglich eine Frostgefahr zu vermeiden.

Nachstehend wird die Wirkungsweise der Temperaturregel­ einrichtung anhand der Fig. 4 beschrieben, in der oben ein Beispiel eines Verlaufes der zu regelnden Temperatur T bzw. des diese Temperatur darstellenden Meßsignals des Fühlers 7 und darunter der Verlauf der zugehörigen Ausgangssignale der Bauteile 1, 9, 11, 12, 16, 17, 18, 19, 21, 22 und 37 dargestellt ist, wobei die einzelnen Diagramme der Ausgangssignale mit den gleichen Bezugs­ zahlen versehen sind, wie sie für die betreffenden Bau­ teile in Fig. 2 verwendet werden. Ergänzend sei darauf hingewiesen, daß die linear ansteigend dargestellten Abschnitte der Ausgangssignale der Verzögerungsglieder 11, 12 und 37 aus Gründen der besseren Übersicht in dieser Weise dargestellt sind. Diese Abschnitte stellen Laufzeiten der Verzögerungsglieder dar, wobei die Aus­ gangssignale der Verzögerungsglieder während dieser Abschnitte tatsächlich Null sind und erst am Ende der maximalen Lauf- bzw. Verzögerungszeit dieser Verzöge­ rungsglieder (als 1-Signale) auftreten.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, wird in der Temperaturregel­ einrichtung bei Temperaturen T oberhalb von T_max und unterhalb von T_min, wenn am Ausgang 33 des Vergleichers 18 bzw. am Ausgang 34 des Vergleichers 19 ein Ausgangs­ signal auftritt, die feste Verzögerungszeit des Verzöge­ rungsgliedes 37 wirksam, im Beispiel etwa 30 s, nach deren Ablauf eine Leistungstufe der Kompressoreinrichtung 1 ein- bzw. ausgeschaltet wird. Beim Unterschreiten der Temperatur T_EIS werden Leistungsstufen der Kompres­ soreinrichtung 1 über das Verzögerungsglied 36 mit kürze­ rer Verzögerungszeit, hier etwa 1 s, ausgeschaltet, solange der Vergleicher 20 ein Ausgangssignal erzeugt.

Sobald die Temperatur unter T_u sinkt oder T_o überschrei­ tet, wird die Verzögerungszeit t_d der Verzögerungsglieder 11 und 12 angewandt. Jedesmal, wenn eine Leistungsstufe der Kompressoreinrichtung 1 ein- oder ausgeschaltet wird, Diagramm (1), erzeugt das Schaltwerk 9 einen Rück­ stellimpuls am Rückstellausgang R, Diagramm (9), der alle Verzögerungsglieder 11, 12, 36 und 37 auf Null zurückstellt.

Es ist aber auch möglich, daß die Verzögerungsglieder 11 und 12 unabhängig voneinander zurückgestellt werden.

Nach Fig. 4 fällt die Temperatur T nach dem Einschalten der dritten Leistungs- oder Kompressorstufe, Diagramm (1), rasch ab und unterschreitet T_max, so daß das Aus­ gangssignal des Vergleichers 18 verschwindet, bevor die Verzögerungszeit des Verzögerungsgliedes 37 abge­ laufen ist. Dadurch wird automatisch die längere Verzö­ gerungszeit t_d des Verzögerungsgliedes 12 wirksam. Wenn die Verzögerungszeit t_d abläuft, erzeugt das Verzöge­ rungsglied 12 ein Ausgangssignal, und zwar bis zum Zeit­ punkt a, in dem die Temperatur T den unteren Grenzwert T_u unterschreitet. In diesem Zeitpunkt a tritt am Ausgang des Vergleichers 17 ein Ausgangssignal auf, das mit dem Ausgangssignal des Verzögerungsgliedes 12 durch das Verknüpfungsglied 14 zu einem Ausgangssignal ver­ knüpft wird, das über das Schaltwerk 9 die dritte Lei­ stungsstufe der Kompressoreinrichtung 1 ausschaltet, Diagramm (1). Durch das Ausschalten der dritten Lei­ stungsstufe wird im Zeitpunkt a ein Rückstellimpuls erzeugt, Diagramm (9), der das Verzögerungsglied 12 auf Null zurückstellt, Diagramm (12), wobei das Verzöge­ rungsglied 12 sofort erneut anläuft, weil weiterhin am Ausgang 22 der Differenzierschaltung 15 ein Ausgangs­ signal auftritt, Diagramm (22). Sobald die weitere Ver­ zögerungszeit des Verzögerungsgliedes 12 abgelaufen ist, was im Zeitpunkt b der Fall ist, wird eine weitere Leistungsstufe der Kompressoreinrichtung 1 ausgeschaltet. Die Verzögerungsglieder 11 und 12 werden wieder zurückge­ stellt; da aber die Temperatur noch etwas fällt, beginnt das Verzögerungsglied 12 erneut zu laufen, Diagramm (12), ohne jedoch abzulaufen, da die Temperatur T im Zeitpunkt c zu steigen beginnt und dieser Wechsel der Temperatur von fallend auf steigend im Zeitpunkt c durch Abgabe eines Ausgangssignals am Ausgang 21 der Differen­ zierschaltung 15, Diagramm (21), angezeigt wird, während gleichzeitig das zuvor während des Temperaturabfalls am Ausgang 22 vorhandene Signal verschwindet, Diagramm (22). Das Ausgangssignal am Ausgang 21 der Differenzier­ schaltung 15 löst nunmehr das Verzögerungsglied 11 aus, Diagramm (11), und nach Ablauf der Verzögerungszeit t_d des Verzögerungsgliedes 11 tritt am Ausgang des Ver­ zögerungsgliedes ein Ausgangssignal auf, das dem Ver­ knüpfungsglied 13 zugeführt wird.

Im Zeitpunkt d überschreitet die Temperatur T den oberen Grenzwert T_o der Neutralzone, so daß der Vergleicher 16 ein Ausgangssignal abgibt, Diagramm (16), und nunmehr über das Verzögerungsglied 13 erneut eine Leistungsstufe der Kompressoreinrichtung 1 eingeschaltet wird, Diagramm (1). Gleichzeitig wird ein Rückstellimpuls durch das Schaltwerk 9 erzeugt, der die Verzögerungsglieder zurück­ stellt. Nach einiger Zeit, und zwar im Zeitpunkt e, stellt die Differenzierschaltung 15 fest, daß die Tempe­ ratur T nicht mehr steigt, sondern zu fallen beginnt, wonach die Ausgangssignale an den Ausgängen 21 und 22 wechseln, Diagramme (21) und (22), und das Verzögerungs­ glied 12 ausgelöst wird, Diagramm (12). Nach Ablauf der Verzögungszeit des Verzögerungsgliedes 12 erzeugt dieses ein Ausgangssignal, und nach einer weiteren Zeit wird im Zeitpunkt f der untere Grenzwert T_u unterschrit­ ten, so daß der Vergleicher 17 ein Ausgangssignal er­ zeugt, Diagramm (17), das durch die Verknüpfung mit dem noch andauernden Ausgangssignal des Verzögerungs­ gliedes 12 durch des Verknüpfungsglied 14 eine Leistungs­ stufe der Kompressoreinrichtung 1 ausschaltet, Diagramm (1). Die Verzögerungsglieder werden wieder durch einen Rückstellimpuls, Diagramm (9), zurückgestellt und begin­ nen, bis auf das Verzögerungsglied 11, erneut zu laufen. Bevor die Verzögerungszeit des Verzögerungsgliedes 12 abgelaufen ist, beginnt die Temperatur T im Zeitpunkt g wieder anzusteigen. Das daraufhin am Ausgang 21 auf­ tretende Signal löst erst jetzt wieder das Verzögerungs­ glied 11 aus, Diagramme (21) und (11). Die Verzögerungs­ zeit t_d des Verzögerungsgliedes 11 läuft erst im Zeit­ punkt h wieder ab. Kurz vorher hatte die Temperatur T den oberen Grenzwert T_o wieder überschritten. Mithin wird erst im Zeitpunkt h durch das Verknüpfungsglied 13 ein Einschaltsignal für eine Leistungsstufe der Kom­ pressoreinrichtung 1 abgegeben.

Fig. 3 stellt ein Ausführungsbeispiel der Differenzier­ schaltung 15 dar. Sie enthält einen Speicher aus zwei hintereinander angeordneten Speichereinheiten 24 und 25, die ein Schieberegister bilden. Ihre Ausgänge sind jeweils mit einem der Eingänge eines Subtrahierers 26 verbunden, und ein Taktgeber 27 führt den Speicherein­ heiten 24, 25 Schiebeimpulse zu, so daß der eingangs­ seitig mit dem Temperaturfühler 7 verbundenen ersten Speichereinheit 24 periodisch Abtastwerte des Meßsignals zugeführt und bei Zuführung eines neuen Abtastwertes der bisherige Inhalt der ersten Speichereinheit 24 in die zweite Speichereinheit 25 übertragen wird. Der Sub­ trahierer 26 vergleicht daher mit jedem Taktimpuls des Taktgebers 27 zwei aufeinanderfolgende Abtastwerte des Meßsignals, wobei er am Ausgang 21 ein Ausgangssignal erzeugt, wenn der neue Abtastwert größer als der vorher­ gehende ist und mithin das Meßsignal ansteigt, dagegen am Ausgang 22 ein Ausgangssignal erzeugt, wenn der neue Abtastwert kleiner als der vorhergehende ist, mithin das Meßsignal abfällt.

Eine Abwandlung der in Fig. 2 dargestellten Temperatur­ regeleinrichtung kann darin bestehen, daß der Verglei­ cher 20 weggelassen, der Ausgang des Verknüpfungsgliedes 13 mit einem Ausschalteingang des Schaltwerks 9, der Ausgang des Verknüpfungsgliedes 14 mit einem Einschalt­ eingang des Schaltwerks 9, der Ausgang des Verknüpfungs­ gliedes 38 mit einem Ausschalteingang des Schaltwerks 9 und der Ausgang des Verknüpfungsgliedes 39 mit einem Einschalteingang des Schaltwerks 9 verbunden wird. Eine solche Temperaturregeleinrichtung wäre dann für eine Wärmepumpe statt für eine Kälteanlage geeignet, wenn der Temperaturfühler 7 in einem die Wärme des Kon­ densators 2 abführenden Luftstrom, der einem zu heizen­ den Raum oder dergleichen zugeführt wird, angeordnet würde.

Eine alternative Ausbildung der in Fig. 2 dargestellten Temperaturregeleinrichtung kann darin bestehen, daß anstelle des Subtrahierers 26 und der fünf Vergleicher 16 bis 20 ein einziger Subtrahierer oder Vergleicher verwendet wird, der nacheinander (im Zeitmultiplexver­ fahren) eingangsseitig zyklisch, mit dem Temperaturfüh­ ler 7 und mit die Werte T_o, T_u, T_max, T_min und T_EIS liefernden Geber- oder Speichereinheiten und ausgangs­ seitig synchron dazu zyklisch mit den zugehörigen Aus­ gängen 21, 22 und 31 bis 35 verbunden wird. Die Verbin­ dung kann mittels synchronisiert umlaufender Drehschalter oder elektronischer Umschalteinrichtungen in Form von UND-Schaltungen und ODER-Schaltungen ausgebildet sein, wobei die Umschalteinrichtungen durch einen Taktzähler mit mehreren zyklisch durch ein Ausgangssignal belegten Ausgängen durchgeschaltet werden. Eine solche Vergleichs­ einrichtung ist beispielsweise mittels eines Mikro-Com­ puters auf einfache Weise realisierbar.

Bei den Verzögerungsgliedern 11, 12, 36 und 37 kann es sich um analoge Verzögerungsglieder oder um Zeitgeber in Form von Zähleinrichtungen handeln.

Claims (7)

1. Verfahren zum Regeln der Temperatur eines Mediums mittels eines Temperaturregelkreises, der einen Kältemittelkreis mit einer Kompressoreinrichtung mit stufenweise einstellbarer Leistung, einem Kondensator, einer Expansionseinrichtung und einem Verdampfer aufweist, wobei ein den Istwert der zu regelnden Temperatur darstellendes Meßsignal erzeugt und mit dem oberen und unteren Grenzwert (T_o, T_u) einer sich beiderseits eines Sollwerts (T_s) der zu regelnden Temperatur erstreckenden Neutralzone verglichen wird und in Abhängigkeit von der Über- oder Unterschreitung der Neutralzone durch das Meßsignal das Ein- oder Ausschalten einer Leistungsstufe der Kompressoreinrichtung verzögert ausgelöst wird, dadurch gekennzeichnet, daß laufend überprüft wird, ob das Meßsignal ansteigt oder ab­ fällt, daß eine erste vorbestimmte Verzögerungszeit (t_d) ausgelöst wird, wenn der Verlauf des Meßsignals von fallend auf steigend wechselt, daß eine zweite vorbestimmte Verzögerungszeit (t_d) ausgelöst wird, wenn der Verlauf des Meßsignals von steigend auf fallend wechselt, daß das Einschalten einer Leistungsstufe der Kompressoreinrichtung dann ausgelöst wird, wenn der obere Grenzwert (T_o) der Neutralzone bei einer Kälteanlage überschritten und bei einer Wärmepumpe unterschritten wird und die erste Verzögerungszeit abgelaufen ist, und daß das Ausschalten einer Leistungsstufe der Kompressoreinrichtung (1) dann ausgelöst wird, wenn der untere Grenzwert (T_u) der Neutralzone bei einer Kälteanlage unterschritten und bei einer Wärmepumpe überschritten wird und die zweite Verzögerungszeit abgelaufen ist.

2. Temperaturregeleinrichtung (7, 8, 9) für einen Temperaturregelkreis (1-9) mit einer Kompressoreinrichtung (1) mit stufenweise einstellbarer Leistung, einem Kondensator (2), einer Expansionseinrichtung (4) und einem Verdampfer (5), mit einem Temperaturfühler (7) zum Erzeugen eines die Ist-Temperatur eines Mediums darstellenden Meßsignale, mit einer Vergleichseinrichtung (10) zum Vergleichen des Meßsignals mit dem oberen und unteren Grenzwert (T_o, T_u) einer Neutralzone und mit einem Schaltwerk (9), durch das in Abhängigkeit von der Über- oder Unterschreitung der Neutralzone durch das Meßsignal über Verzögerungsglieder (11, 12) das Ein- bzw. Ausschalten einer Leistungsstufe der Kompressoreinrichtung (1) auslösbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsignal einer Differenzierschaltung (15) mit zwei Ausgängen (21, 22) zuführbar ist, daß an dem einen Ausgang (21) der Differenzierschaltung (15) ein Ausgangssignal auftritt, wenn das Meßsignal ansteigt, und daß an dem anderen Ausgang (22) der Differenzierschaltung (15) ein Ausgangssignal auftritt, wenn das Meßsignal abfällt, daß diese Ausgangssignale das Schaltwerk (9) über je ein Verzögerungsglied (11, 12) derart ansteuern, daß das Schaltwerk (9) nach Ablauf der jeweiligen Verzögerungszeit ausgelöst wird, wenn die Vergleichseinrichtung (10) beim Über- oder Unterschreiten eines der beiden Grenzwerte (T_o, T_u) ein Signal abgibt, und daß wenigstens das betreffende Verzögerungsglied (11, 12) beim Auslösen des Schaltwerks (9) zurückgestellt wird.

3. Temperaturregeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Ausgang (21) der Diffe­ renzierschaltung (15) durch das eine Verzögerungsglied (11) mit dem einen Eingang eines ersten Verknüpfungs­ gliedes (13) und der andere Ausgang (22) der Diffe­ renzierschaltung (15) durch ein zweites Verzögerungs­ glied (12) mit dem einen Eingang eines zweiten Ver­ knüpfungsgliedes (14) verbunden ist, daß der Ausgang des ersten Verknüpfungsgliedes (13) mit einem Schalt­ eingang des Schaltwerks (9) zum Ein- oder Ausschalten einer Leistungsstufe der Kompressoreinrichtung (1) und der Ausgang des zweiten Verknüpfungsgliedes (14) mit einem Schalteingang des Schaltwerks (9) zum Aus- oder Einschalten einer Leistungsstufe der Kompressor­ einrichtung (1) verbunden ist, daß die Vergleichsein­ richtung (10) einen ersten Ausgang (31) aufweist, der mit dem anderen Eingang des ersten Verknüpfungs­ gliedes (13) verbunden ist und an dem ein Ausgangs­ signal bei Überschreitung des oberen Grenzwertes (T_o) der Neutralzone durch das Meßsignal auftritt, daß die Vergleichseinrichtung (10) einen zweiten Ausgang (32) aufweist, der mit dem anderen Eingang des zweiten Verknüpfungsgliedes (14) verbunden ist und an dem ein Ausgangssignal bei Unterschreitung des unteren Grenzwertes (T_u) durch das Meßsignal auftritt, und daß an den Ausgängen der Verknüpfungs­ glieder (13, 14) Schaltsignale auftreten, sobald und solange an ihren beiden Eingängen Ausgangssignale der angeschlossenen Ausgänge (31, 32) auftreten.

4. Temperaturregeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung (10) einen dritten und einen vierten Ausgang (33, 34) aufweist, die mit dem Schaltwerk (9) über Verknüp­ fungsglieder (38, 39) verbunden sind, die in Abhängig­ keit von verzögerten Rückstellsignalen des Schaltwerks (9) durchschaltbar sind, daß an dem dritten Ausgang (33) ein Ausgangssignal auftritt, solange das Meß­ signal größer als ein oberhalb des oberen Grenzwertes (T_o) der Neutralzone liegender Maximalwert (T_max) ist, daß an dem vierten Ausgang (34) der Vergleichs­ einrichtung (10) ein Ausgangssignal auftritt, solange das Meßsignal kleiner als ein unterhalb des unteren Grenzwertes (T_u) der Neutralzone liegender kleinerer Wert (T_min) ist, und daß durch das Schaltwerk (9) in gleichen kurzen Zeitabständen, während der Dauer eines Ausgangssingals am dritten oder vierten Ausgang (33, 34), jeweils eine weitere Leistungsstufe der Kompressoreinrichtung (1) ein- bzw. ausschaltbar ist.

5. Temperaturregeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung (10) einen fünften Ausgang (35) aufweist, an dem ein Aus­ gangssignal auftritt, solange das Meßsignal kleiner als ein unterhalb des kleineren Wertes (T_min) liegen­ der Wert (T_EIS) ist, bei dessen Unterschreitung bei Anwendung der Regeleinrichtung in einer Kälteanlage Frostgefahr für das Kühlgut besteht, und daß durch das Schaltwerk (9) in noch kürzeren gleichen Zeit­ abständen, während der Dauer des Ausgangssignals am fünften Ausgang (35), jeweils eine weitere Lei­ stungsstufe der Kompressoreinrichtung (1) ausschalt­ bar ist.

6. Temperaturregeleinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzierschaltung (15) zwei hintereinander angeordnete Speichereinheiten (24, 25) und einen Subtrahierer (26) aufweist, daß die Ausgänge der Speichereinheiten (24, 25) jeweils mit einem der Eingänge des Subtrahierers (26) verbunden sind, daß der ersten Speichereinheit (24) periodisch Abtastwerte des Meßsignals zuführbar sind und bei Zuführung eines neuen Abtastwertes der bisherige Inhalt der ersten Speicherein­ heit (24) in die zweite Speichereinheit (25) übertragbar ist.

7. Temperaturregeleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Subtrahierer durch die Ver­ gleichseinrichtung gebildet ist.