REFRIGERATOR

Abstract: 1. Refrigerating system having a refrigerant circuit with evaporator (1), compressor (2), condenser (3) and collector (4) and having a control loop for controlling the overheating of the evaporator, and having a temperature sensor (9) and a pressure sensor (8), the measurement values of which are fed to an arithmetic circuit (10) for determining a control variable which depends on the overheating of the refrigerant, and this control variable acts on at least one overheating actuator (6) in such a manner that the flow rate of the refrigerant is controlled in dependence of the overheating value, characterized in that a power actuator (20) provided in a power control loop of the compressor is switched with priority over the overheating actuator (6) inserted between condenser (3) and a distributor (22) of the evaporator (1), in such a manner that the control variable is applied to the power actuator (20), and the overheating actuator (6) controls the refrigerating sytem in dependence on the pressure and temperature sensors (8, 9) arranged on the intake side of the compressor between evaporator (1) and compressor (2) only when the lower range of the influence on the power of the compressor (2) is reached.

Description: Kälteanlage und Verfahren zu ihrem Betrieb Die Erfindung bezieht sich auf eine Kälteanlage gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf ein Verfahren zum Betrieb der Kälteanlage, wie sie insbesondere in Klimaanlagen für Schienenfahrzeuge eingesetzt wird. Zur Erzeugung der erforderlichen Kühlleistung sind Kälteanlagen Bestandteil von Klimaanlagen bzw. Luftkühlanlagen. Es sind Kälteanlagen mit einem thermostatischen Expansionsventil zur Regelung der Überhitzung des Kältemittels am Austritt aus dem Verdampfer bekannt geworden. Verdampferleistung und Überhitzung sind voneinander abhängig. Bei zu grosser Überhitzung vermindert sich die übertragbare Leistung am Verdampfer. Es soll einerseits eine möglichst hohe Ausnutzung des Verdampfers, d.h. eine nur geringe Überhitzung erreicht werden; andererseits ist zu verhindern, dass bei zu geringer Überhitzung unverdampftes Kältemittel in den Verdichter gelangt und diesen beschädigt. Nachteilig bei den bekannten Kälteanlagen ist, dass sich das thermostatische Expansionsventil nur annähernd an das dynamische Verhalten des Verdampfers anpassen lässt. Besonders nachteilig ist, dass die Überprüfung und Einregulierung des Expansionsventils nur durch erfahrenes Fachpersonal vorgenommen werden kann. Ferner sind beim Einsatz der Kälteanlagen in Klimaanlagen für Schienenfahrzeuge häufig die notwendigen Prüfbedingungen nicht gegeben, wie etwa erforderliche Umgebungstemperatur z.B. nachts bei ausser Betrieb gesetzten Reisezugwagen oder fehlende Einbeziehung in das Diagnosesysten des Fahrzeugs. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Kälteanlage der eingangs genannten Art die Überhitzungsregelung zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Überhitzungs-Regelkreis saugseitig zwischen Verdampfer und Verdichter einen Temperaturfühler und einen Druckmessfühler aufweist, dass ein Rechenschaltkreis eine Steuergrösse in Abhängigkeit von der Überhitzung des Kältemittels ermittelt, die auf mindestens ein Stellglied, vorzugsweise ein Magnetventil, einwirkt. Der Sollwert der Überhitzung kann im Regler als fester Wert oder variabel abhängig vom mit dem Druckmessfühler gemessenen Verdampfungsdruck vorgegeben sein. Eine zweckmassige Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass das Magnetventil innerhalb einer vorgegebenen festen oder variablen Taktfrequenz mit variabler Einschaltdauer periodisch öffnet und schliesst. Hierdurch kann vom elektronischen Regler die relative Einschaltdauer des Magnetventils variiert werden. Damit wird eine Anpassung an das dynamische Verhalten des die Regelstrecke bildenden Verdampfers erreicht. Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, dass zusätzlich zu dem im Überhitzungsregelkreis angeordneten Überhitzungs-Stellglied (Magnetventil) ein Leistungsstellglied in einem Leistungsregelkreis des Verdichters vorgesehen ist, das gegenüber dem Überhitzungs-Stellglied derart bevorrechtigt geschaltet ist, dass bei Erreichen des unteren Bereiches der Leistungsbeeinflussung des Verdichters das Überhitzungs Stellglied die Kälteanlage regelt. Dieses Leistungsstellglied beeinflusst den elektrischen Antrieb des Verdichters und es ist vorgesehen, dass nach Erreichen der Untergrenze des Stellbereichs das Magnetventil getaktet wird. Durch die Drehzahlsteuerung des Antriebsmotors wird aufgrund der Verminderung des wirksamen Verdichterhubvolumens eine Mindestüberhitzung des Kältemittels eingehalten. Das Takten des Magnetventils beschränkt sich dann auf Betriebszustände bei niedrigster Verdichter-Drehzahl. Gleiche Wirkungen können auch dadurch erreicht werden, dass das Leistungs-Stellglied das Zu- und Abschalten einzelner Zylinder oder bei einzelnen Verdichtern das Zuund Abschalten einzelner Verdichter jeweils in Abhängigkeit von dem Überhitzungswert steuert. Temperaturfühler und Druckmessfühler können an beliebiger Stelle der Saugleitung zwischen Verdampfer und Verdichter angeordnet werden, so dass z.B. die Wirkung vorhandener Wärmetauscher (Überhitzer) mit erfasst werden kann. Kälteanlagen bekannter Art sind üblicherweise mit Regeleinrichtungen der Klimaanlage verbunden, die Raumtemperaturen oder Kühllufttemperaturen regeln. Die erfindungsgemässe Überhitzungsregelung kann auf dieselben Stellglieder (Magnetventil, Verdichterantrieb usw.) einwirken, wie die Raum- oder Kühllufttemperaturregelung. Das Einhalten einer Mindestüberhitzung hat dabei Vorrang. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere in einer verbesserten Anpassung der Regelung an das dynamische Verhalten des Verdampfers, d.h. an die Betriebsbedingungen der Kälteanlage, die je nach Witterungsverhältnissen und Besetzung des Fahrzeugs sehr unterschiedlich sein können. Vorteilhaft ist es insbesondere auch, dass die Regelung der Kälteanlage in eine bereits vorhandene elektronische Regeleinrichtung, vorzugsweise mit einem Mikrorechner, integriert werden kann, wobei die Möglichkeit der verbesserten Uberwachung und Prüfung der Kälteanlage genutzt wird. Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt: Fig. 1 schematisch einen Kältemittel-Kreislauf einer Kälteanlage mit einer Regeleinrichtung und einem Magnetventil als Stellglied; Fig. 2 das Schema der Kälteanlage nach Fig. 1, bei der als zusätzliches Stellglied der Regelein richtung der Antrieb des Kältemittel-Ver dichters eingesetzt wird. Die Fig. 1 zeigt schematisch den Kältemittel-Kreislauf in einer Kälteanlage. Der Kältemittel-Kreislauf besteht aus: Verdampfer 1, Verdichter 2, Verflüssiger 3, Sammler 4, Filtertrockner 5, Magnetventil 6 und Verdichter 22; die se Bauelemente sind über Rohrleitungen 7, in denen ein Kältemittel zirkuliert, miteinander verbunden. Ausserdem ist ein Heissgas-Bypass-Regler 21 vorgesehen, der den Betrieb des Verdichters bei geschlossenem Magnetventil 6 erlaubt, so dass das Takten, periodisches Öffnen und Schliessen des Magnetventils 6 möglich ist, ohne gleichzeitig den Verdichter 2 aus- und einzuschalten. In der Kältemittelansaugleitung zwischen dem Verdampfer 1 und dem Verdichter 2 sind ein Druckmessfühler 8 und ein Temperaturmessfühler 9 angeordnet, die über Messumformer 13,14 und diesen nachgeschteten Analog-Digital-Umsetzern 12 mit einem Mikrorechner-Regler 10 verbunden sind, während über einen Digitalausgang 11 mit nachgeschaltetem Leistungsverstärker 15 das Magnetventil 6 von dem Mikrorechner-Regler angesteuert wird, das als Stellglied dient. Die Kälteanlage arbeitet wie nachfolgend beschrieben. Der über einen elektrischen Antrieb 19 angetriebene Verdichter 2 saugt in einem geschlossenen Kreislauf den Kältemitteldampf (Kältemittel) an und verdichtet ihn. Anschliessend wird der verdichtete Kältemitteldampf im Verflüssiger 3 so stark gekühlt, dass er verflüssigt. Das verflüssigte Kältemittel strömt über das Magnetventil 6 dem nachgeschalteten Verteiler 22 zu, wo es vom Verflüssigungsdruck auf den Verdampfungsdruck entspannt wird. Mit diesem Druck tritt es in den Verdampfer 1 ein und verdampft hier; gleichzeitig entzieht es der abzukühlenden Zuluft Wärme. Diese Wärmeaufnahme stellt die Kälteleistung dar. Aus dem Verdampfer 1 wird der Kältemitteldampf wieder vom Verdichter 2 angesaugt, womit sich der Kreislauf schliesst. Eine vorgegebene Überhitzung des Kältemittels am Austritt aus dem Verdampfer soll durch Steuern der Durchflussmenge in bestimmten Grenzen eingehalten werden. Da mit wird einerseits eine optimale Ausnutzung des Verdampfers erreicht und andererseits verhinder, dass unverdampftes Kühlmittel in den Verdichter gelangt und diesen beschädigt. Der Mikrorechner-Regler 10 besteht im wesentlichen aus einem Mikrorechner 17, an dem über einen parallelen Bus eine Einheit 18 zur Bedienung und Anzeige, sowie Analog-Digital-Umsetzer 12 und ein Digitalausgang 11 angeschlossen sind. Die Analog-Digital-Umsetzer 12 des Mikrorechner-Reglers 10 empfangen über die Messfühler 13,14 Messsignale von dem Druckmessfühler 8 und den Temperaturmessfühler 9, die im Mikrorechner 17 zur Ermittlung der Überhitzung des Kältemittels und Ermittlung einer Steuergrösse für das Stellglied verarbeitet werden. Der Digi talausgang 11 steuert über einen dem Mikrorechner-Regler 10 nachgeschalteten Leistungsverstärker 15 das Magnetventil 6. Durch periodisches Öffnen und Schliessen des Magnetventils 6 (Takten) wird die zu verdampfende Kälte- mittelmenge dosiert, d.h. eine vorgegebene Überhitzung eingehalten. Das Einhalten einer Mindest-Überhitzung hat Vorrang vor einer auf dasselbe Stellglied einwirkenden Raum- oder Kühllufttemperatur-Regelung. Bei Kältemittel-Kreisläufen mit geteiltem Verdampfer und mehreren Magnetventilen wirkt die beschriebene Regelung sinngemäss auf eines oder mehrere der Magnetventile ein. Für die Betätigung des Stellgliedes (Magnetventil) kann eine feste oder veränderliche Taktfrequenz vorgesehen sein, innerhalb derer die relative Einschaltdauer variiert wird. Hierdurch ist eine Anpassung an das dynamische Verhalten des Verdampfers als Regelstrecke möglich. Der zu erreichende Überhitzungswert kann im Regler als fester Wert oder als variabler Wert, der abhängig ist von dem mit dem Druckaufnehmer gemessenen Verdampfungsdruck, vorgegeben werden. Die Fig. 2 unterscheidet sich von der Fig. 1 durch den hinzugefügten Umrichter 20, den Leistungsverstärkern 16, den Digital-Analog-Umsetzer 24 und die Ausgabeinheit 23. Uber den Digital-Analog-Umsetzer 24 und die Ausgabeeinheit 23 sowie den Leistungsverstärker 16 wird der Umrichter 20 angesteuert, der die Drehzahl des elektrischen Antriebes 19 für den Verdichter 2 steuert. Allgemein kann man jedoch sagen, dass die Überhitzungsregelung auf die Leistungsregelung des Verdichters 2 einwirken soll. Dies kann, wie anhand von Fig. 2 beschrieben, über eine Drehzahlsteuerung für den Antriebsmotor des Verdichters erfolgen. Es können aber auch ein oder mehrere Zylinder des Verdichters oder bei Anlagen mit mehreren Verdichtern können ein oder mehrere Verdichter abgeschaltet werden. Durch die Verminderung des wirksamen Verdichter-Hubvolemens wird eine Mindestüberhitzung erreicht. Das Regeln durch Beeinflussung des Taktens des Stellgliedes (Magnetventil) beschränkt sich auf Betriebszustände wenn das kleinste Verdichter-Hubvolumen bereits erreicht ist.

Claims: Ansprüche 1. Kälteanlage mit einem Regelkreis zur Überhitzungsregelung des Verdampfers und mit einem Kältemittelkreislauf und darin angeordneten Verdampfer, Verdichter, Verflüssiger und Sammler, dadurch gekennzeichnet, dass der Uberhitzungs-Regelkreis saugseitig zwischen Verdampfer (1) und Verdichter (2) einen Temperaturfühler (9) und einen Druckmessfühler (8) aufweist und dass ein Rechenschaltkreis (10) aus den Messsignalen der Fühler (8,9) in eine Steuergrösse in Abhängigkeit von der Überhitzung des Kältemittels (1) ermittelt, die auf mindestens ein Stellglied, vorzugsweise ein Magnetventil (6), einwirkt. 2. Kälteanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Rechenschaltkreis zur Regelung der Überhitzung ein Mikrorechner-Regler (10) vorgesehen ist. 3. Kälteanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem im Überhitzungsregelkreis angeordneten Überhitzungs-Stellglied (Magnetventil 6) ein Leistungs-Stellglied in einem Leistungsregelkreis des Verdichters (2) vorgesehen ist, das gegen über dem Überhitzungs-Stellglied derart bevorrechtigt geschaltet ist, dass bei Erreichen des unteren Bereiches der Leistungsbeeinflussung des Verdichters das Überhitzungs-Stellglied die Kälteanlage regelt. 4. Kältenanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungs-Stellglied (z.B. Umrichter 20) den elektrischen Antrieb (19) des Verdichters (2) beeinflusst. 5. Kälteanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungs-Stellglied das Zu- und Abschalten einzelner Zylinder in Abhängigkeit von dem UBerhitzungswert steuert. 6. Kälteanlage nach Anspruch 4 mit mehreren parallel arbeitenden Verdichtern, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungs-Stellglied das Zu- und Abschalten einzelner Verdichter in Abhängigkeit von dem Überhitzungswert steuert. 7. Kälteanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Kühllufttemperatur bzw. der Raumtemperatur über Überhitzungsund Leistungs-Stellglieder erfolgt, wobei das Einhalten der Mindest-Überhitzung vor der Kühlluftregelung bevorrechtigt ist. 8. Verfahren zum Betrieb der Kältenanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichne, dass durch periodisches Öffnen und Schliessen (Takten) des Überhitzungs-Stellgliedes (Magnetventil) die Druchflussmenge des Kühlmittels zum Erreichen der vorgegeben Überhtizung eingeregelt wird. 9. Verfahren zum Betrieb der Kälteanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetventil (6) innerhalb einer vorgegebenen festen oder variablen Taktfrequenz mit variabler Einschaltdauer periodisch öffnet und schliesst.

Inventors: FRANK, DIETER, DIPL.-ING.
Applicants: ASEA BROWN BOVERI AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1984
Main classification: F25B49
IPC codes: F25B41, F25B49