DE19500865A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Kälteerzeugungssystems, gekennzeichnet durch die Steuerung des Maximalbetriebsdrucks - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Kälteerzeugungs­ systeme und insbesondere Verfahren und Vorrichtungen zum Betreiben von Kälteerzeugungssystemen, die einen Verdichter mit Zwischen­ druckanschluß verwenden.

Das Patent US 4,850,197 des Anmelders der vorliegenden Erfindung offenbart ein auf einem Vorwärmzyklus basierendes Dampfverdich­ tungs-Kälteerzeugungssystem, das einen Kälteverdichter verwendet, der zusätzlich zu Saug- und Ausgabeanschlüssen einen Zwischendruck­ anschluß aufweist. Ein Vorwärm-Wärmetauscher wird dazu verwendet, die Leistung von Heißgaskühl- und Heißgasheizzyklen zu steigern, welche durch zugehörige elektrische oder elektronische Steuerungen eingeleitet werden, um einen vorgegebenen Temperaturbereich in der Nähe einer gewählten Solltemperatur in einem bedienten zu klimatisie­ renden Raum zu erzielen und aufrechtzuerhalten.

Das Patent US 5,174,123 des Anmelders der vorliegenden Erfindung, erteilt am 29. Dezember 1992, mit dem Titel "Methods and Apparatus for Operating a Refrigeration System", offenbart Kälteerzeugungsver­ fahren und -vorrichtungen, die in einem Kälteerzeugungssystem mit einem Vorwärmzyklus anstelle eines Vorwärm-Wärmetauschers einen Kondensatsammler verwenden. Die in der obigen Anmeldung offen­ barte Kälteerzeugungsanordnung beseitigt die Notwendigkeit eines Schwimmerventils im Kondensatsammler, so daß der Kondensatsamm­ ler in Transport-Kälteerzeugungsanwendungen eingesetzt werden kann.

Es wäre wünschenswert und ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, sowohl die Zuverlässigkeit und den Wirkungsgrad als auch die Steuerverfahren und -anordnungen von Kälteerzeugungssystemen mit Vorwärmzyklus, etwa von Kälteerzeugungssystemen, die in den obenerwähnten Patenten offenbart sind, zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Verfahren und Vorrichtungen zum Betreiben eines Kälteerzeugungssystems, die die in den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale besitzen.

Die abhängigen Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gerichtet.

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Betreiben eines Kälteerzeugungssystems, das eine vorgegebene Soll­ temperatur in einem klimatisierten Raum über Kühl- und Heizzyklen erzielt und hält. Das Kälteerzeugungssystem enthält einen Kälteverdich­ ter mit einem Sauganschluß, einem Zwischendruckanschluß und einem Ausgabeanschluß sowie eine Verdichter-Antriebsmaschine. Das Käl­ teerzeugungssystem enthält weiterhin eine Heißgas-Verdichterausgabe­ leitung, eine erste und eine zweite Heißgasleitung, ein erstes steuerba­ res Ventilmittel, das eine erste Stellung und eine zweite Stellung auf­ weist, die die Heißgas-Verdichter-Ausgabeleitung mit der ersten Heiß­ gasleitung bzw. mit der zweiten Heißgasleitung verbinden. Mit der ersten Heißgasleitung ist ein Hauptkondensator verbunden. Ein Ver­ dampfer, der dem klimatisierten Raum zugehört, enthält ein Verdamp­ fer-Expansionsventil. Dem klimatisierten Raum gehört ferner ein Hilfs­ kondensator zu, der mit der zweiten Heißgasleitung verbunden ist. Außerdem ist ein Vorwärm-Wärmetauschermittel mit einem ersten und einem zweiten Kältemittel-Strömungsweg vorgesehen, das ein Vor­ wärmer-Expansionsventil enthält, das die Kältemittel-Durchflußmenge durch den zweiten Kältemittel-Strömungsweg steuert. Eine Hauptflüs­ sigkeitsleitung verbindet den Hauptkondensator über den ersten Käl­ temittel-Strömungsweg des Vorwärm-Wärmetauschermittels mit dem Verdampfer-Expansionsventil, während eine Hilfsflüssigkeitsleitung den Hilfskondensator mit dem Vorwärm-Wärmetauschermittel verbin­ det, eine Hauptsaugleitung den Verdampfer mit dem Sauganschluß des Verdichters verbindet und eine Hilfssaugleitung den zweiten Strö­ mungsweg des Vorwärm-Wärmetauschermittels mit dem Zwischen­ druckanschluß des Verdichters verbindet. Ein zweites steuerbares Ventilmittel, das eine erste Stellung und eine zweite Stellung aufweist, ist so angeordnet, daß es die Hauptflüssigkeitsleitung sperrt und frei­ gibt, während ein drittes steuerbares Ventilmittel so angeordnet ist, daß es zum Vorwärm-Wärmetauschermittel wahlweise Wärme hinzufügt.

Für die Offen/Geschlossen-Ventilstellungen des ersten, des zweiten und des dritten steuerbaren Ventilmittels ist wenigstens ein vorgegebenes Nullmuster vorgesehen, wobei ein Nullzyklus oder eine Null-Betriebs­ art eingeleitet werden, wenn die Temperatur des klimatisierten Raums in einem vorgegebenen Null-Temperaturbereich liegt, der in der Um­ gebung der vorgegebenen Solltemperatur liegt, wobei dabei der Betrieb des Kälteverdichters aufrechterhalten wird. Die Einleitung der Null- Betriebsart enthält die Wahl des wenigstens einen vorgegebenen Null­ musters für Offen/Geschlossen-Ventilstellungen.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausfüh­ rungsformen, die auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt; es zeigen:

Fig. 1 ein Kälteerzeugungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das einen Vorwärmzyklus ent­ hält;

Fig. 2 eine schematische Ansicht, die die Implementierung desjeni­ gen Abschnitts der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung genauer veranschaulicht, der direkt dem zu klimatisierenden Raum zugeordnet ist;

Fig. 3 eine abgewandelte Ausführungsform des in Fig. 1 gezeigten Kälteerzeugungssystems, wobei die Abwandlung auf die Kühlung eines von einem Kälteverdichter verwendeten Schmiermittels bezogen ist und ein Motorkühlmittel sowie ei­ nen einzigen Thermostaten des Nebenleitungstyps verwendet;

Fig. 4 eine weitere abgewandelte Ausführungsform des in Fig. 1 gezeigten Kälteerzeugungssystems, wobei die Abwandlung auf die Kühlung eines von einem Kälteverdichter verwende­ ten Schmiermittels bezogen ist und ein Motorkühlmittel sowie einen einzigen Thermostaten des Drosseltyps verwendet;

Fig. 5 einen Steueralgorithmus mit Heiz-, Kühl- und Null-Betriebs­ arten, die gemäß den Lehren der Erfindung implementiert sind; und

Fig. 6 weitere abgewandelte Ausführungsformen des in Fig. 1 gezeigten Kälteerzeugungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung.

Der bereits oben und in der folgenden Beschreibung und in den An­ sprüchen verwendete Ausdruck "klimatisierter Raum" umfaßt jeden Raum, dessen Temperatur und/oder Feuchtigkeit gesteuert werden sollen, einschließlich stationärer und bewegter Anwendungen, etwa für die Aufbewahrung von Lebensmitteln oder anderen leicht verderblichen Waren, der Aufrechterhaltung einer geeigneten Atmosphäre für die Beförderung von industriellen Gütern, der Raumklimatisierung für ein behagliches Raumklima und dergleichen. Der Ausdruck "Kälteerzeu­ gungssystem" wird verwendet, um allgemein sowohl Klimatisierungs­ systeme für die Raumbehaglichkeit sowie Klimatisierungssysteme für die Aufbewahrung von leicht verderblichen Gütern und für die Beför­ derung von industriellen Gütern abzudecken. Wenn angegeben wird, daß die Temperatur eines klimatisierten Raums auf eine gewählte Solltemperatur gesteuert wird, so ist damit gemeint, daß die Tempera­ tur des klimatisierten Raums auf einen vorgegebenen Temperaturbe­ reich gesteuert wird, der in der Umgebung der gewählten Solltempera­ tur liegt. In Fig. 1 sind steuerbare Ventile, die normalerweise offen sind (n-o), durch einen leeren Kreis dargestellt, während steuerbare Ventile, die normalerweise geschlossen sind (n-g), durch ein "x" in einem Kreis dargestellt sind. Selbstverständlich kann die zugehörige elektrische oder elektronische Steuervorrichtung, die hier "elektrische Steuervorrichtung" genannt wird, dahingehend geändert werden, daß die gezeigten energielosen Zustände invertiert werden. Ein in Fig. 1 auf ein Ventil gerichteter Pfeil zeigt an, daß das Ventil durch die zuge­ hörige elektrische Steuervorrichtung gesteuert wird.

In den Zeichnungen und insbesondere in Fig. 1 ist ein Kälteerzeu­ gungssystem 10 gezeigt, das gemäß den Lehren der vorliegenden Er­ findung konstruiert ist. Das Kälteerzeugungssystem 10 ist von einer Bauart, die einen Vorwärmzyklus enthält und einen Kälteverdichter 12 mit einem Sauganschluß S, einem Ausgabeanschluß D und einen Zwi­ schendruckanschluß IP umfaßt. Der Verdichter 12 wird von einer Antriebsmaschine 14 angetrieben, die in einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung einen flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor wie etwa einen Dieselmotor enthält, der mit dem Verdichter 12 wie allgemein durch die unterbrochene Linie 16 angege­ ben verbunden ist. Die Antriebsmaschine 14 kann auch einen Elektro­ motor als einzige Antriebsmaschine oder als Zusatzantriebsmaschine umfassen.

Eine Heißgas-Verdichterausgabeleitung 18 verbindet den Ausgabean­ schluß D des Verdichters 12 über ein Ausgabe-Hauptsperrventil 22 mit dem ersten steuerbaren Ventilmittel 20. Das erste steuerbare Ventilmit­ tel 20 verbindet die Heißgas-Verdichterausgabeleitung 18 mit einer ausgewählten der ersten und zweiten Heißgasleitungen 24 bzw. 26. Wie in Fig. 1 gezeigt, kann das erste steuerbare Ventilmittel 20 ein n-g- Vorsteuermagnetventil 28 und ein Dreiwegeventil 30 enthalten. Das Vorsteuermagnetventil 28 verbindet wahlweise die Niederdruckseite des Verdichters 12 mit dem Dreiwegeventil 30, etwa durch den An­ schluß an eine Hauptsaugleitung 32 über ein T-Stück, wobei die Haupt­ saugleitung 32 über ein Saugleitungs-Hauptabsperrventil 36 mit dem Sauganschluß S des Verdichters 12 verbunden ist. Das Vorsteuerma­ gnetventil 28 wird durch die elektrische Steuervorrichtung 38 über Mittel funktional gesteuert, die allgemein mit dem Pfeil 29 bezeichnet sind. Wenn das Vorsteuermagnetventil 28 im energielosen Zustand und daher geschlossen ist, verbindet das Dreiwegeventil 30 die Heißgas- Verdichterausgabeleitung 18 mit der ersten Heißgasleitung 24, wäh­ rend dann, wenn die elektrische Steuervorrichtung 38 das Vorsteuer­ magnetventil 28 mit Energie versorgt und daher öffnet, das Dreiwege­ ventil 30 durch den Verdichterdruck betätigt wird und die Heißgas- Verdichterausgabeleitung 18 mit der zweiten Heißgasleitung 26 ver­ bindet.

Die erste Heißgasleitung 24 und die zweite Heißgasleitung 26 leiten heißes Verdichter-Ausgabegas zum Kühlkreis 40 bzw. zum Heizkreis 43. Der Kühlkreis 40 enthält einen Haupt-Kältemittelkondensator 44, der eine Kühlschlange 46 sowie ein Kondensator-Luftbewegungsmittel 48 umfaßt. Die erste Heißgasleitung 24 ist mit der Einlaßseite der Kühlschlange 46 verbunden, während deren Auslaßseite über eine Hauptflüssigkeitsleitung 52, die ihrerseits ein Rückschlagventil 50 enthält, mit einem Einlaß 51 eines Kältemittelsammlers 50 verbunden ist. Der Kühlkreis 40 und die Hauptflüssigkeitsleitung 52 werden vom Auslaß 53 des Sammlers 50 über einen Kältemittel-Dehydrator oder -trockner 58, ein Vorwärm-Wärmetauschermittel 60 sowie ein zweites steuerbares Ventilmittel 62 wie etwa ein n-o-Magnetventil, das durch die elektrische Steuervorrichtung 38 über allgemein mit dem Pfeil 63 bezeichnete Mittel funktional gesteuert wird, an die Einlaßseite eines Verdampfer-Expansionsventils 56 fortgesetzt.

Das Vorwärm-Wärmetauschermittel 60 enthält einen ersten Kältemittel- Strömungsweg 64 und einen zweiten Kältemittel-Strömungsweg 66, wobei der erste Kältemittel-Strömungsweg 64 eine Wärmetauscher­ schlange 68 in der Flüssigkeitsleitung 52 enthält. Der zweite Kältemit­ tel-Strömungsweg 66 enthält eine Rohrhülse oder ein Gehäuse 70, das die Wärmetauscherschlange 68 umgibt, wobei die Rohrhülse 70 einen Kältemitteleinlaß 72 und einen Kältemittelauslaß 74 aufweist. Der zweite Strömungsweg 66 ist an die Hauptflüssigkeitsleitung 52 über ein T-Stück 76 und eine Leitung 77 angeschlossen, ferner ist in die Leitung 77 zwischen dem T-Stück 76 und dem Rohrhülseneinlaß 72 ein Vor­ wärmer-Expansionsventil 76 eingefügt. Somit wird ein Teil des durch die Hauptflüssigkeitsleitung 52 strömenden flüssigen Kältemittels durch das Vorwärmer-Expansionsventil 78 in den zweiten Kältemittel-Strö­ mungsweg 76 abgezweigt, wobei das Kältemittel in der Rohrhülse 70 expandiert und durch Unterkühlen des durch die Wärmetauscher­ schlange 68 strömenden flüssigen Kältemittels einen Vorwärmzyklus schafft. Der Rohrhülsenauslaß 74 ist mit dem Zwischendruckanschluß IP des Verdichters 12 über eine Hilfssaugleitung 80 und ein Hauptab­ sperrventil 82 verbunden. Das Kältemittel in der Rohrhülse 70 steht unter höherem Druck als das zum Sauganschluß S des Verdichters 12 zurückkehrende Kältemittel und wird daher zum Zwischendruckan­ schluß IP mit höherem Druck zurückgeleitet.

Das Vorwärm-Wärmetauschermittel 60 enthält außerdem ein Heizmittel 84, mit dem dem durch das Vorwärm-Wärmetauschermittel 60 strö­ menden Kältemittel wahlweise Wärme hinzugefügt wird. Das Heizmit­ tel 84 enthält in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, in der die Antriebsmaschine 14 einen flüssigkeitsgekühlten Verbren­ nungsmotor enthält, einen Heiz- oder Kühlmantel 86, der so ange­ schlossen ist, daß er von der Antriebsmaschine 14 über das dritte steu­ erbare Ventilmittel 88, das ein n-g-Magnetventil, das durch die elektri­ sche Steuervorrichtung 38 über allgemein mit dem Pfeil 89 bezeichnete Mittel funktional gesteuert wird, flüssiges Kühlmittel empfängt. Das flüssige Kühlmittel von einem der Antriebsmaschine 14 zugehörigen Flüssigkühlmittelkreis tritt an der Einlaßseite des Kühlmantels 86 über eine erste Flüssigkeitsströmungsleitung 90 ein und wird vom Kühlman­ tel 86 über eine zweite Flüssigkeitsströmungsleitung 94 zu einer Was­ serpumpe 92 zurückgeleitet. Das Ventil 88 und die Leitung 90 sind mit dem Flüssigkeitskreis der Antriebsmaschine 14 unter Umgehung eines der Antriebsmaschine 14 zugehörigen Thermostaten T verbunden. Die Kältemittel-Durchflußmenge durch den zweiten Kältemittel-Strö­ mungsweg 66 wird durch das Vorwärm-Expansionsventil 78 in Ab­ hängigkeit von der Kältemitteltemperatur am Auslaß 74 gesteuert, wie durch den Wärmekolben 96 angezeigt ist. Wenn die Antriebsmaschine 14 ein Elektromotor ist, kann der Heizmantel 86 anstelle eines Kühl­ mantels eine elektrische Widerstandswicklung sein, wobei dann das dritte steuerbare Ventilmittel 88 durch einen Ein/Aus-Schalter ersetzt ist. Obwohl vorzugsweise der Außenseite der Rohrhülse 70 Wärme zugeführt wird, kann selbstverständlich der Wärmemaustauschschlange in der Rohrhülse 70 flüssiges Kühlmittel zugeführt werden, ferner können anstelle der Heizung der Außenseite der Rohrhülse 70 in der Rohrhülse 70 elektrische Heizwiderstände vorgesehen sein.

Der Kühlkreis 40 wird vom Verdampfer-Expansionsventil 56, das Hochdruck- und Niederdruckseiten des Kühlkreises 40 trennt, über einen Kältemittelverteiler 98, der Kältemittel an einen Verdampfer 100 verteilt, fortgesetzt. Der Verdampfer 100 enthält eine Verdampfer­ schlange 102, die mehrere Strömungswege enthält, die vom Verteiler 98 Kältemittel empfangen, sowie ein Verdampfer-Luftbewegungsmittel 104. Das Luftbewegungsmittel 104 bewirkt eine Zirkulation der Luft zwischen dem klimatisierten Raum, der allgemein mit 106 bezeichnet ist, und der Verdampferschlange 102. Eine Auslaßseite der Verdamp­ ferschlange 102 ist mit der obenerwähnten Hauptsaugleitung 32 ver­ bunden, damit das Kältemittel zum Sauganschluß S des Verdichters 12 zurückgeleitet werden kann. Die Strömung durch den ersten Strö­ mungsweg 64 des Vorwärm-Wärmaustauschmittels 60 wird daher durch das Verdampfer-Expansionsventil 56 gesteuert, das seinerseits die Durchflußmenge entsprechend dem Grad der Überhitzung der die Verdampferschlange 102 verlassenden Kältemitteldämpfe steuert, wie durch den Wärmekolben 107 angezeigt ist.

Der Heizkreis 42 enthält die zweite Heißgasleitung 26, einen Hilfskon­ densator 108 sowie eine Hilfsflüssigkeitsleitung 110. Der Hilfskonden­ sator 108 gehört dem Verdampfer 100 zu und steht daher in einer Wärmeaustauschbeziehung mit dem klimatisierten Raum 106. Die zweite Heißgasleitung 126 ist mit einer Einlaßseite des Hilfskondensa­ tors 108 verbunden, während die Auslaßseite des Hilfskondensators 108 mit der Hilfsflüssigkeitsleitung 110 verbunden ist. Die Hilfsflüs­ sigkeitsleitung 110 ist mit der Hauptflüssigkeitsleitung 52 über ein T-Stück 112 verbunden, wobei in der Hilfsflüssigkeitsleitung 110 ein Rückschlagventil 114 angeordnet ist, das eine Strömung von der Hauptflüssigkeitsleitung 52 zum Hilfskondensator 108 verhindert.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Hilfskondensator 108 in einen ersten und einen zweiten Abschnitt 116 bzw. 118, die hintereinander angeordnet sind und als Abtauflüssig­ keitsschalen-Heizschlange bzw. als Heizschlange für die Zuführung von Wärme zum klimatisierten Raum 106 arbeiten, unterteilt. Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer geeigneten Implementierung des Verdampfers 100 und des Hilfskondensators 108, in der die Heiz­ schlange 118 durch Verwendung einer/eines von mehreren Reihen oder Kältemittel-Strömungswegen, die die Verdampferschlange 102 bilden, implementiert ist. Die vom klimatisierten Raum 106 zurückkehrende Luft, die mit dem Pfeil 120 bezeichnet ist, wird mittels des Luftbewe­ gungsmittels 104 in eine Sammelkammer 122 gesaugt und zum Strömen durch mehrere Kältemittel-Strömungswege gezwungen, die die Strö­ mungswege der Verdampferschlange 102 und einen oder mehrere Strömungswege, die dem Hilfskondensator 108 zugehören, enthalten, wobei die Heizschlange 118 durch eine oder mehrere Reihen von Wärmeaustauschrohren in einer die Verdampferschlange 102 bilden­ den Struktur gegeben ist, wie oben erwähnt worden ist. Die Anordnung der Heizschlange 118 in bezug auf die Luftströmungsrichtung durch die Sammelkammer 122 hängt von der besonderen Anwendung des Käl­ teerzeugungssystems 10 ab. Wenn von der Anwendung eine Entfeuch­ tung gefordert ist, würde eine Röhre oder Reihe in der Nähe der eintre­ tenden Luft gewählt, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Wenn andererseits eine Entfeuchtung nicht gefordert ist, würde sich die gewählte Reihe unge­ fähr in der Mitte befinden, um den Abtauzyklus der Verdampferschlan­ ge 102 zu verstärken. Selbst wenn die Heizschlange 118 sich in der Nähe der Eintrittsseite der Luftströmung befindet, erfolgt der Abtau­ vorgang schnell, wenn ein steuerbarer Abtaudämpfer 124, der durch die elektrische Steuervorrichtung 38 gesteuert wird, während des Ab­ tauvorgangs ausgeschaltet ist, wodurch Luft schnell um sämtliche Reihen des die Verdampferschlange 102 bildenden Rohrbündels zirku­ liert, so daß von der Heizschlange 118 Wärme schnell an sämtliche Reihen der Struktur verteilt wird. Die mit dem Pfeil 126 bezeichnete abgegebene oder klimatisierte Luft wird durch das Luftbewegungsmit­ tel 104 zu einer Rückströmung in den klimatisierten Raum 106 ge­ zwungen. Rückkehrluft- und Ausgabeluft-Temperatursensoren 128 bzw. 130 schaffen Steuersignale für die elektrische Steuervorrichtung 38. Wie in Fig. 1 gezeigt, kann auch von einem Umgebungsluft-Tem­ peratursensor 132 ein Eingangssignal für die elektrische Steuervorrich­ tung 38 geschaffen werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Kältemittel-Entlüftungsleitung mit vorgegebener Blendengröße, die mit dem Bezugszeichen 134 bezeichnet ist, vorgesehen. Die Entlüf­ tungsleitung 133 ist in der Weise angeschlossen, daß während eines Kühlzyklus der Heizkreis 42 mit Druck beaufschlagt wird, um den Kühlzyklus ohne weitere Anforderungen an das gesamte Kälteerzeu­ gungssystem zu verbessern, indem das im Heizkreis 42 eingeschlossene Kältemittel in den Kühlkreis 40 gezwungen wird. Die Kühlmittel-Ent­ lüftungsleitung 133 ist zwischen den Heizkreis 42, der den Kreis zwi­ schen dem Dreiwegeventil 30 und dem Rückschlagventil 114, d. h. die zweite Heißgasleitung 26, den Hilfskondensator 108 und die Hilfsflüs­ sigkeitsleitung 110 enthält, und die Niederdruckseite des Kühlkreises 40, d. h. zwischen die Auslaßseite des Verdampfer-Expansionsventils 56 und den Sauganschluß S des Verdichters 12 geschaltet. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Abtauflüssigkeits­ schalen-Heizschlange 116 mit der Heizschlange 118 in Serie angeord­ net, während die Kältemittel-Entlüftungsleitung 133 an einer Verbin­ dung oder einem T-Stück 136 zwischen den Schlangen 116 und 118 mit einem von zwei vorgegebenen Punkten verbunden ist. In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Entlüf­ tungsleitung 133 mit dem Kältemittelverteiler 98 verbunden. In Fig. 6, die später erläutert wird, ist die Entlüftungsleitung 133 mit einem ande­ ren vorgegebenen Punkt verbunden. Diese bevorzugten Anordnungen besitzen die Vorteile, daß die Länge der Entlüftungsleitung 133 mini­ miert ist und daß der Abtauvorgang der Entlüftungsleitung 133 wäh­ rend des Abtauzyklus erfolgt. Da während des Heiz-/Abtauzyklus die Entlüftungsleitung 133 eine Volumenabnahme bewirkt, ist die Entlüf­ tungsmündung 134 vorzugsweise so bemessen, daß sie in einem Be­ reich von ungefähr 0,8 bis 2,5 mm liegt, damit die Volumenabnahme während des Heiz-/Abtauzyklus minimiert wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbindet eine Verdichter-Ölablaufleitung 138 einen unteren Punkt 140 der Rohrhülse 70 mit einem der beiden vorgegebenen Punk­ te. In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist die Ölablaufleitung mit einem in Höhenrichtung noch tieferen Punkt der Hilfssaugleitung 80 verbunden, wobei die untere Verbindung mit der Hilfssaugleitung 80 durch das T-Stück 142 gegeben ist. In Fig. 6, die im folgenden erläutert wird, ist ein weiterer vorgegebener Punkt ge­ zeigt, der ein in Höhenrichtung höherer Punkt in der Hilfssaugleitung 80 als der Ablaufpunkt 140 ist. Das Verdichteröl, das in das System zusammen mit der Heißgasausgabe vom Verdichter 12 ausgetragen wird, ist wenigstens teilweise mit dem flüssigen Kältemittel in der Rohrhülse 70 mischbar. Das Verdichteröl, das sich in der Rohrhülse 70 sammelt, senkt den Vorwärmwirkungsgrad zwischen der in der Rohr­ hülse 70 stattfindenden Verdampfung des Flutungstyps und der Wärme­ tauscherschlange 68 ab. In der Ausführungsform von Fig. 1 hat sich gezeigt, daß die Ablaufleitung 138 gut arbeitet, wenn sie durch ein OD-Rohr mit einem Außendurchmesser von 6,35 mm und eine Mündung von 2,3 mm gebildet ist. Auf diese Weise schafft die Ablaufleitung 138 den Vorteil, daß die Konzentration des Verdichteröls der Rohrhülse verringert wird, wodurch der Vorwärmwirkungsgrad in Abhängigkeit von der momentanen Betriebsbedingung um 20 bis 60% erhöht wird. Die Ablaufleitung 138 führt auch eine dosierte Strömung des flüssigen Kältemittels zum Verdichter 12 zurück, indem sie Öl und flüssiges Kältemittel in den Zwischendruckanschluß IP einspritzt. Die abgemes­ sene Menge des flüssigen Kältemittels verdampft und kühlt dadurch den Verdichter, wodurch die Ausgabetemperatur des Verdichters 12 inner­ halb erwünschter Grenzen gehalten wird.

Wie bei Verdichtern mit einem Zwischendruckanschluß IP üblich, ist ein steuerbares n-g-Ventil 144, das Vorwärmer-Nebenleitungsventil genannt wird, vorgesehen, das die Vorwärmer-Kältemitteldämpfe zum Sauganschluß P umleitet, wenn es geöffnet ist. Das Nebenleitungsventil 144 wird durch die elektrische Steuervorrichtung 38 über im allgemei­ nen mit dem Pfeil 147 bezeichnete Mittel funktional gesteuert. Das Ventil 144 kann im Verdichter 12 oder wie gezeigt außerhalb des Ver­ dichters 12, vorgesehen sein und ist zwischen T-Stücke 146 und 148 eingefügt, die Verbindungen mit der Hilfssaugleitung 80 bzw. mit der Hauptsaugleitung 32 herstellen. In einem normalen Einschaltverhältnis des Vorwärmer-Nebenleitungsventils 144 ist das Ventil 144 während des Heiz/Abtauzyklus geöffnet, um jede Beschränkung des Verdichter- Pumpvermögens auszuschließen. Während des Heiz-/Abtauzyklus ist die normale Strömung zum Sauganschluß unterbrochen. Wenn der Verdichter 12 nur durch den Zwischendruckanschluß IP pumpt, kann das Pumpvermögen eingeschränkt sein, ferner wird in der Haupt­ saugleitung ein Unterdruck hervorgerufen. Eine geöffnete Leitung zwischen der Hilfssaugleitung und der Hauptsaugleitung über das geöffnete Nebenleitungsventil 144 beseitigt daher diese Probleme. Das Nebenleitungsventil 144 kann auch während eines Kühlzyklus als Teil eines Temperatur-Steuerungsalgorithmus geöffnet sein, um den Ver­ dichter 12 für die Temperatursteuerung im klimatisierten Raum 106 zu entlasten, wenn eine Annäherung an die gewählte Solltemperatur er­ folgt. Die Solltemperatur des klimatisierten Raums 106 wird auf einer Solltemperatur-Wähleinrichtung 145 gewählt, die ein Eingangssignal für die elektrische Steuervorrichtung 38 erzeugt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt das Vor­ wärmer-Nebenleitungsventil 144 eine weitere Funktion, nämlich eine Motorlastverwaltung, wenn die Antriebsmaschine 14 ein Verbren­ nungsmotor ist. Es ist wünschenswert, daß die Temperatur des Motor­ kühlmittels und die Abgastemperatur innerhalb vernünftiger Grenzen gehalten werden. Wenn die Last des Motors 14 übermäßig hoch ist, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen, wäre es wünschens­ wert, den Motor 14 zu entlasten, um die gewünschten Grenzen beizu­ behalten. Daher wird gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung die Last des Motors 14 überwacht, wobei bei Überschreiten eines vorgegebenen Werts das Nebenleitungsventil 144 durch die elektrische Steuervorrichtung 38 geöffnet wird und solange offen bleibt, bis die überwachte Last unter einen vorgegebenen kleineren Wert abfällt. Die Last des Motors 14 kann beispielsweise durch Überwachen des Ver­ dichter-Ausgabedrucks überwacht werden. Ein Ausgabedrucksensor 150 erzeugt eine Information bezüglich des Verdichterausgabedrucks für die elektrische Steuervorrichtung 38. Wenn der Ausgabedruck einen vorgegebenen Wert erreicht, beispielsweise 2482 kPa (relativ) für ein R22-Kältemittel, versorgt die elektrische Steuervorrichtung 38 das Vorwärmer-Nebenleitungsventil 144 mit Energie, so daß dieses sich öffnet und den Motor 14 entlastet. Wenn der Ausgabedruck auf einen vorgegebenen Wert wie etwa 2165 kPa (relativ) für das R22-Kältemittel abfällt, unterbricht die elektrische Steuervorrichtung 38 die Energiever­ sorgung des Nebenleitungsventils 144, wodurch dieses geschlossen wird. Es können andere Anzeigeinformationen für die Motorlast ver­ wendet werden, beispielsweise die Temperatur des Motorkühlmittels, die durch einen dem Motorkühlkreis 154 zugehörigen Temperatursen­ sor 152 ermittelt wird. Ein Motorkühlmittel-Temperaturanstieg auf beispielsweise 101°C kann dazu verwendet werden, ein Öffnen des Ventils 144 einzuleiten, während ein Temperaturabfall auf beispiels­ weise 92°C einen Schließvorgang einleiten kann. Die Motorabgastem­ peratur kann ebenfalls für die Anzeige der Motorlast verwendet wer­ den, die von einem der Abgasleitung 158 zugehörigen Temperatursen­ sor 156 ermittelt wird. Ein Abgastemperaturanstieg auf beispielsweise 454°C kann für die Einleitung des Öffnens des Ventils 144 verwendet werden, während ein Temperaturabfall auf beispielsweise 426°C einen Schließvorgang einleiten kann.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Motorkühlmittel zum Kühlen des Verdichteröls verwendet. Wenn der Verdichter 12 mit hohen Druckverhältnissen verdichtet und das Verhältnis der spezifischen Wärme des Kältemittels hoch ist, erfordert der Verdichter 12 eine gewisse Kühlung, um die Ausgabetemperatur zu begrenzen, weshalb in Verbindung mit dem Ausgabe-Hauptabsperr­ ventil 22 O-Ring-Dichtungen aus Neopren oder dergleichen verwendet können. Die Verdichterkühlung wird durch die Entnahme von Öl aus dem Verdichter 12, durch Kühlen des Öls in einen Ölkühler 160 und durch erneutes Einspritzen des Öls in den Verdichter 12 an einem dazwischenliegenden Punkt erzielt, wobei diese Operation außerdem die Wellendichtung schmiert. Das Motorkühlmittel ist vorzugsweise eine Lösung aus Ethylenglycol und Wasser. Es wäre wünschenswert, sowohl das Motoröl als auch das Verdichteröl mit einem einzigen Thermostaten zu kühlen, obwohl der Motor und der Verdichter unter­ schiedliche Kühlungsanforderungen haben. Weder der Verdichter 122 noch der Motor 14 sollten zu heiß oder zu kalt werden, wobei sich der Verdichter 12 unter den meisten Betriebsbedingungen im allgemeinen schneller als der Motor 14 aufheizt.

Genauer ist ein Verdichter-Ölkühler 160 mit einem Einlaß 161 und einem Auslaß 163 vorgesehen, der eine Wärmetauscherschlange 162 aufweist, die über Leitungen 166 und 168 mit einer Verdichterölwanne 164 verbunden ist. Die Wärmetauscherschlange 162 ist von einem Kühlmantel 170 umgeben, der mit dem Motorkühlmittelkreis 154 ver­ bunden ist. Der Motorkühlmittelkreis 154 enthält einen Thermostaten 172, einen Kühler 174 und einen Expansionstank 176 sowie die oben­ erwähnte Kühlmittelpumpe 92. Das Motorkühlmittel im Expansionstank 176 ist mit dem Bezugszeichen 177 bezeichnet. Wie gezeigt, kann der Kühlmantel 170 in der Weise angeschlossen sein, daß er über eine Leitung 178 vom Thermostaten 172 Kühlmittel empfängt und dieses Kühlmittel über eine Leitung 180 zur Pumpe 92 zurückleitet.

Die Fig. 3 und 4 zeigen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung bezüglich der Verbindung des Ölkühlers 160 mit dem Motorkühlmittel­ kreis 154. Fig. 3 bezieht sich auf die Verwendung eines Thermostaten 182 des Nebenleitungstyps. Der Nebenleitungsthermostat 182 besitzt einen ersten Einlaß 184, einen zweiten Einlaß 186 sowie einen Auslaß 188. Anfangs sperrt der Nebenleitungsthermostat den Einlaß 186, so daß sämtliches Kühlmittel zum Kühler 174 geleitet wird, bis die Tem­ peratur des Kühlmittels auf einen vorgegebenen Wert ansteigt, bei dem mit dem Öffnen des Einlasses 186 sowie mit dem Schließen des Einlas­ ses 184 begonnen wird. Bei einer vorgegebenen höheren Temperatur ist der Thermostateinlaß 184 im wesentlichen geschlossen, während der Einlaß 186 im wesentlichen vollständig geöffnet ist, so daß sämtliches Kühlmittel durch den Kühler 174 zirkuliert. Um sicherzustellen, daß unabhängig von der Stellung des Thermostaten 182 in jedem Zeitpunkt eine konstante Kühlmittelströmung durch den Ölkühler 160 vorhanden ist, ist der Kühlmantel 170 stromabseitig vom Thermostaten 182 und vom Kühler 174 mit dem Auslaß 188 des Thermostaten 182 verbunden.

Fig. 4 zeigt eine Anordnung, die einen Thermostaten 190 des Drossel­ typs verwendet, der einen einzigen Einlaß 192 und einen einzigen Auslaß 194 aufweist. Der Drosselthermostat 190 ist unterhalb einer vorgegebenen Temperatur im wesentlichen vollständig geschlossen, wobei er sich bei Erreichen der vorgegebenen Temperatur zu öffnen beginnt und bei einer vorgegebenen höheren Temperatur seine voll­ ständig geöffnete Stellung erreicht. Anstelle der Verbindung des Ölküh­ lers 160 stromabseitig vom Kühler 174 und vom Thermostaten 182 wie in der Ausführungsform von Fig. 3 ist in der in Fig. 4 gezeigten Aus­ führungsform der Ölkühler 160 stromaufseitig vom Thermostaten 190 angeschlossen, d. h. bei einem T-Stück 196, das mit dem Flüssigkühl­ mittelkreis 154 vor dem Einlaß 192 des Thermostaten 190 angeschlos­ sen ist. Somit empfängt der Ölkühler 160 die Kühlmittelströmung unabhängig von der internen Strömungsstellung des Thermostaten 190.

Für die Konstruktion und den Betrieb des Kälteerzeugungssystems 10 mit den obenbeschriebenen Merkmalen wäre bei einer wirtschaftlichen Auslegung der verschiedenen Wärmetauscher und der Antriebsmaschi­ ne 14 in bezug auf den Verdichter 12 und bei gleichzeitiger Steuerung des Verdichter-Ausgabedrucks und der Verdichter-Ausgabetemperatur sowie der Motorlast zusätzlich zu der obenbeschriebenen optionalen Motorlastverwaltung, die das Vorwärmer-Nebenleitungsventil 144 benutzt, eine Kapazitätssteuerung wünschenswert. Die einfachste Weise zum Erreichen dieses Ziels besteht darin, an der Niederdruckseite des Kälteerzeugungssystems, d. h. auf der Saugseite einen Druckabfall zu bewirken, entweder durch ein Saugleitungs-Drosselventil oder ein Maximalbetriebsdruck-Verdampfer-Expansionsventil (MOP-Verdamp­ fer-Expansionsventil). Um jedoch mit einem Saugleitungs-Drosselventil oder mit einem MOP-Verdampfer-Expansionsventil den Verdichter- Ausgabedruck und die Verdichter-Ausgabetemperatur sowie die Motor­ last zu steuern, erfährt eine der Betriebsarten, die Kühlung oder die Heizung/der Abtauvorgang eine zu hohe Beschränkung, da die er­ wünschten Druckabfälle für die beiden Betriebsarten unterschiedlich sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung braucht bei der Saugdrucksteuerung kein Kompromiß gemacht zu werden, ohne daß ein zusätzliches Ventil hinzugefügt wird, indem sowohl für das Verdamp­ fer-Expansionsventil 56 als auch für das Vorwärmer-Expansionsventil 78 ein MOP-Expansionsventil vorgesehen wird, wobei der jeweilige Maximalbetriebsdruck für die zugehörige Betriebsart optimal eingestellt ist. Das Verdampfer-MOP-Expansionsventil 56 ist daher im Vergleich zur Einstellung des Vorwärmer-MOP-Expansionsventils relativ niedrig eingestellt, wobei das Verdampfer-MOP-Expansionsventil 56 den maximalen Verdichter-Betriebsdruck während eines Kühlungszyklus steuert und das Vorwärmer-MOP-Expansionsventil 78 den maximalen Verdichter-Betriebsdruck während eines Heiz-/Abtauzyklus steuert. Wenn beispielsweise das R22-Kältemittel verwendet wird, wird das Haupt-MOP-Expansionsventil 56 normalerweise so eingestellt werden, daß ein Maximaldruck ungefähr in einem Bereich von 68,96 kPa (absolut) bis 344,7 kPa (absolut) liegt, während das Vorwärmer-MOP- Expansionsventil 78 so eingestellt werden wird, daß der Maximaldruck ungefähr in einem Bereich von 413,7 kPa (absolut) bis 689,5 kPa (absolut) liegt.

In Fig. 5 ist ein Steuerungsalgorithmus 198 mit Betriebsarten gezeigt, die gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung implementiert sind und mehrere wählbare Null-Betriebsarten enthalten, die die Temperatur des klimatisierten Raums 106 in einem Null-Temperaturbereich gleichmäßig in der Nähe der gewählten Solltemperatur halten, ohne daß die Antriebsmaschine 14 oder der Verdichter 12 abgeschaltet werden müssen. Diese Anordnung gewährleistet stets eine konstante Luftströ­ mung durch das Verdampfer-Luftbewegungsmittel 104, wodurch im gesamten klimatisierten Raum 106 eine im wesentlichen gleichmäßige Temperatur aufrechterhalten wird. Daher kann die Temperatur des klimatisierten Raums 106 sehr nahe an der gewählten Solltemperatur gesteuert werden, ohne daß im oberen Bereich die Gefahr des Gefrie­ rens einer darin gelagerten, leicht verderblichen Ladung besteht.

Die linke Seite des Steuerungsalgorithmus 198 von Fig. 5 zeigt die Steuerfehler-Änderungspunkte zwischen den Betriebsarten bei fallender Temperatur im klimatisierten Raum 106, während die rechte Seite die Steuerfehler-Änderungspunkte bei ansteigender Temperatur im klima­ tisierten Raum 106 zeigt. Die elektrische Steuervorrichtung 38 berech­ net den Steuerfehler in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Temperatur des klimatisierten Raums 106, die entweder von einem der Temperatursensoren 128 oder 130 oder von beiden ermittelt wird, und der gewählten Solltemperatur SP.

Fig. 5 zeigt außerdem die Öffnungs/Schließ-Muster der steuerbaren Ventile 28, 62, 88 und 144, mit denen die verschiedenen Betriebsarten des Steueralgorithmus implementiert werden. Ein "C" gibt an, daß das zugehörige Ventil geschlossen ist, während ein "O" angibt, daß das Ventil geöffnet ist und ein "X" für das Nebenleitungsventil 144 angibt, daß das Ventil 144 für eine zusätzliche Feinabstimmungs-Temperatur­ steuerung durch Belasten oder Entlasten des Verdichters 12 geöffnet oder geschlossen werden kann. Die interne Entlastung des Verdichters 12, d. h. eine Verringerung des Fördervolumens etwa mittels eines Schieberventils, eines Schlitzventils oder eines Hubventils kann eben­ falls dazu verwendet werden, eine feine Temperatursteuerung zu erhal­ ten, wie im Stand der Technik wohlbekannt ist.

Es wird angenommen, daß im klimatisierten Raum 106 die Temperatur in der Anfangsstufe abgesenkt wird, so daß das Kälteerzeugungssystem 10 die volle oder maximale Kühlleistung erbringen muß. Wenn die Antriebsmaschine 14 ein Verbrennungsmotor ist, wird die Motordreh­ zahl normalerweise durch die elektrische Steuervorrichtung 38 zwi­ schen zwei Drehzahlen, die hohe Drehzahl bzw. niedrige Drehzahl genannt werden, gesteuert, wobei die Temperaturabsenkung in der Hochdrehzahl-Kühlungsbetriebsart 200 begonnen wird, um die maxi­ male Kühlung zu erhalten. Das Vorsteuer-Magnetventil 28 wird ge­ schlossen, wodurch das Dreiwegeventil 30 den Kühlungskreis 40 wählt, während das Flüssigkeitsleitungsventil 62 offen ist, damit die Verdampferschlange 102 in einer Kühlungsbetriebsart arbeitet, das Motorkühlmittelventil 88 geschlossen wird, wodurch verhindert wird, daß der Vorwärmer-Wärmetauscher 60 mit Wärme beaufschlagt wird, und das Vorwärmer-Nebenleitungsventil 144 geschlossen wird. Somit wird das flüssige, unter hohem Druck stehende Kältemittel in der Wärmetauscherschlange 68 durch den expandierenden, gefluteten Verdampfungszustand des Kältemittels im zweiten Kältemittel-Strö­ mungsweg, der durch die Rohrhülse 70 definiert ist, unterkühlt. Das Kältemittel kehrt sowohl über den Sauganschluß S als auch über den Zwischendruckanschluß IP zum Verdichter 12 zurück.

Wenn der Steuerfehler auf einen bei 202 angezeigten Punkt abfällt, wird der Motor 14 auf die niedrigere seiner beiden Standard-Betriebs­ drehzahlen geschaltet, ohne daß das Öffnungs/Schließ-Muster für das steuerbare Ventil geändert wird, wodurch in eine Niederdrehzahl- Kühlungsbetriebsart 204 eingetreten wird.

Bei einem noch kleineren Steuerfehler, der am Punkt 206 angezeigt ist, wird durch Öffnen des Motorkühlmittelventils 88 eine Niederdrehzahl- Teilkühlungsbetriebsart 208 mit reduzierter Kühlleistung begonnen. Daher wird die Unterkühlung des unter hohem Druck stehenden flüssi­ gen Kältemittels in der Wärmetauscherschlange 68 reduziert, wodurch die Kühlungsrate des klimatisierten Raums 106 reduziert wird, so daß die Annäherung an die Solltemperatur SP mit geringerer und genauer gesteuerter Rate erfolgt.

Wenn die Solltemperatur SP erreicht ist, wird in einen Null-Tempera­ turbereich, der in der Umgebung der Solltemperatur SP liegt, eingetre­ ten, wobei dieser Null-Temperaturbereich in einer bevorzugten Aus­ führungsform der Erfindung in mehrere verschiedene Null-Betriebsar­ ten unterteilt ist, etwa eine erste, eine zweite und eine dritte Betriebsart 210, 212 bzw. 214, wovon jede durch verschiedene Öffnungs/Schließ- Muster 211, 213 bzw. 215 für Stellungen der steuerbaren Ventile im­ plementiert ist. Die erste Null-Betriebsart 210 wird im Sollpunkt SP eingeleitet, während die zweite Null-Betriebsart 212 bei einem mit dem Punkt 216 bezeichneten, etwas größeren Steuerfehler eingeleitet wird und die dritte Null-Betriebsart 214 bei einem mit dem Punkt 218 be­ zeichneten noch größeren Steuerfehler eingeleitet wird. Die Antriebs­ maschine 14 und der Verdichter 12 bleiben während dieser drei Null- Betriebsarten in Betrieb, wobei der Motor 14 mit der Einstellung mit niedriger Drehzahl läuft.

In der ersten Null-Betriebart 210, die am nähesten am Sollpunkt SP liegt, finden im Verdampfermittel 100 sowohl eine Heizung als auch eine Kühlung statt, wobei die Betonung auf der Kühlung liegt, um eine schnelle Rückkehr in die Niederdrehzahl-Teilkühlungsbetriebsart 208 zu verhindern. Die Betonung auf der Kühlung ermöglicht außerdem eine gewisse Entfeuchtung. Die erste Null-Betriebsart 210 wird durch Öffnen des Vorsteuermagnetventil 28 implementiert, um die Strömung des heißen Verdichter-Ausgabegases zum Heizkreis 42 zu schalten, wobei das Flüssigkeitsleitungsventil 62 in der geöffneten Stellung erhalten wird, um eine Kühlung in der Verdampferschlange 102 zu ermöglichen. Mit anderen Worten, der Strömungsweg enthält die zweite Heißgasleitung 26, den Hilfskondensator 108, den Sammler 50, die beiden Strömungswege 64 und 66 durch den Vorwärmer-Wärme­ tauscher 60, in denen die Unterkühlung des durch die Wärmetauscher­ schlange 68 strömenden flüssigen Kältemittels erfolgt, das Expansions­ ventil 56 und die Verdampferschlange 102, wobei Kältemittel sowohl zum Sauganschluß S als auch zum Zwischendruckanschluß IP zurück­ geleitet wird.

In der zweiten Null-Betriebsart 212, die sich zwischen den die Null- Betriebsarten begrenzenden Steuerfehlern befindet, findet im Verdamp­ fermittel 100 weder eine Kühlung noch eine Heizung statt, wobei das Motorkühlmittel 177 durch den Wassermantel 86 zirkuliert, um das Kältemittel in der Rohrhülse 70 vollständig verdampft zu halten, damit es in den Verdichter 12 zurückgeleitet werden kann, wobei gleichzeitig eine gewünschte Kühlung des Motorkühlmittels stattfindet. Die zweite Null-Betriebsart 212 wird durch Schließen des Vorsteuermagnetventils 28, wodurch das heiße Verdichter-Ausgabegas zur ersten Heißgaslei­ tung 24 zurückgeleitet wird und verhindert wird, daß der Hilfskonden­ sator 108 dem klimatisierten Raum 106 zusätzliche Wärme zuführt, durch Schließen des Flüssigkeitsleitungsventils 62, wodurch verhindert wird, daß die Verdampferschlange 102 dem klimatisierten Raum 106 Wärme entzieht, sowie durch Öffnen des Motorkühlmittelventils 88, wodurch das Motorkühlmittel Wärme an das Kältemittel in der Rohr­ hülse 70 abgeben kann, implementiert. Das Nebenleitungsventil 144 kann ebenfalls geöffnet werden, um zu verhindern, daß die Saugseite des Kältemittelerzeugungssystems 10 bis in die Nähe eines Vakuums evakuiert wird.

Daher umfaßt in der zweiten Null-Betriebsart 212 der Kältemittelströ­ mungskreis die Heißgasleitungen 18 und 24, den Hauptkondensator 46, den Sammler 50, den zweiten Strömungsweg 66 durch das Vorwärm- Wärmetauschermittel 60 sowie die Hilfssaugleitung 80 und die Haupt­ saugleitung 32.

Die dritte Null-Betriebsart 214 sorgt im Verdampfer 100 ähnlich wie in der ersten Null-Betriebsart 210 sowohl für eine Heizung als auch für eine Kühlung, wobei jedoch dem Kältemittel mehr Wärme als in der ersten Null-Betriebsart 204 zugeführt wird, um zu versuchen, die Tem­ peratur des klimatisierten Raums 106 in der Null-Temperaturzone zu halten, indem das Motorkühlmittelventil 88 offengelassen wird, wenn die Betriebsart von der zweiten Null-Betriebsart 212 zur dritten Null- Betriebsart 214 wechselt. Daher wird die dritte Null-Betriebsart 214 durch Öffnen des Vorsteuermagnetventils 28, wodurch der Heizkreis 42 gewählt wird, durch Öffnen des Flüssigkeitsleitungsventils 62 sowie durch Offenlassen des Motorkühlmittelventils 88 implementiert. Der Kältemittel-Strömungsweg ist der gleiche wie oben mit Bezug auf die erste Null-Betriebsart 204 beschrieben, wobei in der Wärmetauscher­ schlange 88 eine geringere Unterkühlung des flüssigen Kältemittels erfolgt. Da im Verdampfer 100 eine gewisse Kühlung stattfindet, findet auch eine gewisse Entfeuchtung statt.

Wenn daher in irgendeinem gegebenen Zeitpunkt der Steuerfehler gering ist, d. h. die Temperatur in der Nähe der Solltemperatur liegt, wird eine Null-Betriebsart gewählt, in der versucht wird, den Wärme­ verlust oder -gewinn des klimatisierten Raums 106 durch Zuführung oder Entzug von Wärme zum bzw. vom klimatisierten Raum durch die Verdampferschlange 102 und den Hilfskondensator 108 anzupassen.

Wenn die dritte Null-Betriebsart 214 nicht verhindern kann, daß der Steuerfehler ansteigt, was bedeutet, daß mehr Wärme erforderlich ist, als in der dritten Null-Betriebsart 214 zugeführt wird, leitet ein mit 220 bezeichneter Steuerfehlerwert eine Niederdrehzahl-Teilheizbetriebsart 222 ein, die das Vorsteuer-Magnetventil 28 offenläßt, während das Flüssigkeitsleitungsventil 62 und das Motorkühlmittelventil 88 ge­ schlossen sind. Das Vorwärmer-Nebenleitungsventil 144 kann ebenfalls geöffnet werden, um eine Begrenzung der Verdichter-Pumpkapazität sowie die Entstehung eines Vakuums in der Hauptsaugleitung 32 zu verhindern. Der Kältemittel-Strömungsweg enthält die Heißgasleitun­ gen 18 und 26, den Hilfskondensator 108, die Hilfsflüssigkeitsleitung 110, den Sammler 50, den zweiten Kältemittel-Strömungsweg 66 durch den Vorwärmer-Wärmetauscher 60 sowie die Hilfssaugleitung 80 und die Hauptsaugleitung 32.

Wenn der Steuerfehler weiterhin ansteigt und einen mit 224 bezeichne­ ten Wert erreicht, wird in eine Niederdrehzahl-Heizbetriebsart 226 mit höherer Heizrate eingetreten, die durch Öffnen des Motorkühlmittel­ ventils 88 zusätzliche Wärme zuführt. Das Vorsteuermagnetventil 28 sowie das Nebenleitungsventil 144 bleiben geöffnet, während das Flüssigkeitsleitungsventil 62 geschlossen bleibt. Der Kältemittel-Strö­ mungsweg ist der gleiche wie in der Teilheizbetriebsart 222.

Wenn der Steuerfehler weiterhin ansteigt und einen mit 228 bezeichne­ ten Wert erreicht, wird durch Schalten des Motors 14 zur höheren der beiden Betriebsdrehzahlen, d . h. in die Hochdrehzahl-Heizbetriebsart 230 die maximale Heizung erzielt. Das Öffnungs/Schließ-Muster für die steuerbaren Ventile bleibt das gleiche wie in der Niederdrehzahl- Heizbetriebsart 226.

Bei einem Temperaturanstieg im klimatisierten Raum 106 wird in die eben beschriebenen Betriebsarten in umgekehrter Reihenfolge bei etwas verschiedenen Steuerfehlern eingetreten, d. h. in dem in Fig. 5 gezeig­ ten Steuerungsalgorithmus nach oben, wodurch eine Hysterese geschaf­ fen wird, die ein unerwünschtes schnelles Zurückschalten in die unmit­ telbar vorhergehende Betriebsart verhindert.

In Fig. 6 sind zwei bevorzugte Abwandlungen des in Fig. 1 gezeigten Kälteerzeugungssystems 10 gezeigt, die verwendet werden können. Gleiche Bezugszeichen in den Fig. 6 und 1 bezeichnen gleiche Kompo­ nenten, während ähnliche, jedoch abgewandelte Komponenten in Fig. 6 mit einem Apostroph versehen sind. Eine erste Abwandlung betrifft die Entlüftungsleitung 133′. Das zweite Ende der Entlüftungsleitung 133′ von Fig. 6 ist nicht wie die Entlüftungsleitung 133 von Fig. 1 mit dem Kältemittelverteiler 98, sondern mit einem T-Stück 197 in der Haupt­ saugleitung 32 stromabseitig von der Verdampferschlange 102 zwi­ schen der Verdampferschlange 102 und dem Wärmekolben 107 ange­ schlossen. Diese Anordnung besitzt gegenüber der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform den Vorteil, daß ein Druckabfall in den Verteilerroh­ ren im Verteiler 98 vermieden wird.

Eine zweite Abwandlung betrifft die Ölablaufleitung 138. Während einer Anfangsprüfung des Kälteerzeugungssystems 10 gemäß Fig. 1 wurde das System 10 in einer Niederdrehzahl-Kühlbetriebsart mit einer Temperatur von 21,1°C im zu klimatisierenden Raum und mit einer Umgebungstemperatur von 48,9°C betrieben. Der Verdichter 12 wurde dann abgeschaltet. Während der Verdichter 12 abgeschaltet war, wurde die Umgebungstemperatur während eines Zeitintervalls von einigen Stunden auf -31,67°C reduziert, während die Temperatur im zu klima­ tisierenden Raum auf einer Temperatur von 1,67°C gehalten wurde. Während dieses Betriebs findet eine Migration des Kältemittels in die kühle Umgebung statt, so daß die Kondensatorschlange 46 normaler­ weise von allen anderen Komponenten am schnellsten gekühlt. Dies geschah jedoch nicht, da die Ölrückführung-Ablaufleitung 138, die mit einem Punkt in der Hilfssaugleitung unter dem Auslaß 140 verbunden ist, zuläßt, daß die Vorwärmerflüssigkeit zum Verdichter 12 gelangen kann. Daher kühlte der Verdichter 12 schneller als die Kondensator­ schlange 46 ab, so daß die meiste Kältemittelflüssigkeit in den Verdich­ ter 12 gelangte. Diese gravierende Änderung der Bedingungen würde unter tatsächlichen Betriebsbedingungen nicht auftreten. Dieses uner­ wünschte Ergebnis kann jedoch selbst bei dieser schwierigen Prüfung durch eine Ölablaufanordnung wie in Fig. 6 gezeigt verhindert werden. Die Ablaufleitung 138′ verläuft nach oben bis über das Niveau des Ablaufpunkts 140 und steht dabei mit der Flüssigkeitsleitung 77 in einer Wärmeaustauschbeziehung, weshalb die Ölrückführleitung als Öl- /Kältemittel-Flüssigkeitsheber oder Perkolator arbeitet. Das Verbin­ dungs-T-Stück 142′ befindet sich in der Hilfssaugleitung 80 an einem erhöhten Punkt oberhalb des Ablaufpunkts 140. Die in Fig. 6 gezeigte Ausführungsform mit der Ablaufleitung 138′ hält die Ölkonzentration im Vorwärmer-Wärmetauscher 60 niedrig, wobei bei abgeschaltetem Verdichter 12 die Ablaufleitung 138′ das flüssige Kältemittel nicht in den Verdichter 12 abführt. Die unter hohem Druck stehende und die Kondensationstemperatur aufweisende Flüssigkeitsleitung 77 wird durch teilweises Sieden der flüssigen Kältemittel/Öl-Lösung unterkühlt. Der vertikale Ölhubabschnitt der Ablaufleitung 138′ kann durch ein oder mehrere OD-Rohre mit einer Länge von 6,35 mm geschaffen werden, während der horizontale Abschnitt der Ölrückführleitung oder der Ölrückführleitungen eine OD-Rohrleitung mit einer Länge von 9,5 mm ist. Die in Fig. 6 gezeigte Ausführungsform mit der Ablaufleitung 138′ besitzt ebenfalls den Vorteil der Temperatursteuerung wie in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform, wodurch die Vorwärmer-Saug­ temperatur direkt und die Ausgabetemperatur indirekt begrenzt werden können.

Claims (4)

1. Verfahren zum Betreiben eines Kälteerzeugungssystems, das eine vorgegebene Solltemperatur in einem klimatisierten Raum (106) über Kühl- und Heizzyklen erzielt und hält, wobei das Kälteerzeu­ gungssystem (10) versehen ist mit einem Kälteverdichter (12), der einen Sauganschluß (S), einen Zwischendruckanschluß (IP) und einen Ausgabeanschluß (D) enthält, einer Verdichter-Antriebsmaschine (14), einer Heißgas-Verdichterausgabeleitung (18), einer ersten und einer zweiten Heißgasleitung (24, 26), einem ersten steuerbaren Ventilmittel (20), das eine erste und eine zweite Stellung aufweist, in denen die Heißgas-Verdichterausgabeleitung (18) mit der ersten bzw. der zweiten Heißgasleitung (24, 26) verbunden ist, einem Hauptkondensator (44), der mit der ersten Heißgasleitung (24) verbunden ist, einem Verdamp­ fer (100), der dem klimatisierten Raum (106) zugeordnet ist, einem Verdampfer-Expansionsventil (56), einem dem klimatisierten Raum (106) zugeordneten Hilfskondensator (108), der mit der zweiten Heiß­ gasleitung (26) verbunden ist, einem Vorwärm-Wärmetauschermittel (60), das einen ersten und einen zweiten Kältemittel-Strömungsweg (64, 66) aufweist, einem Vorwärmer-Expansionsventil (78), das die Kältemittel-Durchflußmenge durch den zweiten Kältemittel-Strö­ mungsweg (66) steuert, einer Hauptflüssigkeitsleitung (52), die den Hauptkondensator (44) mit dem Verdampfer-Expansionsventil (56) über den ersten Kältemittel-Strömungsweg (64) des Vorwärm-Wärme­ tauschermittels (60) verbindet, einer Hilfsflüssigkeitsleitung (110), die den Hilfskondensator (108) mit dem Vorwärm-Wärmetauschermittel (60) verbindet, einer Hauptsaugleitung (32), die den Verdampfer (100) mit dem Sauganschluß (S) des Verdichters (12) verbindet, einer Hilfs­ saugleitung (80), die den zweiten Kältemittel-Strömungsweg (66) des Vorwärm-Wärmetauschermittels (60) mit dem Zwischendruckanschluß (IP) des Verdichters (12) verbindet, und einem zweiten steuerbaren Ventilmittel (62), das eine erste und eine zweite Stellung aufweist, in denen die Hauptflüssigkeitsleitung (52) gesperrt bzw. freigegeben ist, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Vorsehen von Maximalbetriebsdruck-Ventilen für die Ver­ dampfer- und Vorwärmer-Expansionsventile (56, 78),
Steuern des Maximalbetriebsdrucks während eines Kühlzy­ klus mit dem Verdampfer-Maximalbetriebsdruck-Ventil (56) und
Steuern des Maximalbetriebsdrucks während eines Heizzy­ klus mit dem Vorwärmer-Maximalbetriebsdruck-Ventil (78).

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den folgenden Schritt:
Vorsehen eines höheren Maximalbetriebsdrucks für das Vorwärmer-Maximalbetriebsdruck-Ventil (78) als für das Verdampfer- Maximalbetriebsdruck-Ventil (56).

3. Kälteerzeugungssystem, das eine vorgegebene Solltemperatur in einem klimatisierten Raum (106) über Kühl- und Heizzyklen erzielt und hält, mit einem Kälteverdichter (12), der einen Sauganschluß (S), einen Zwischendruckanschluß (IP) und einen Ausgabeanschluß (D) enthält, einer Verdichter-Antriebsmaschine (14), einer Heißgas-Ver­ dichterausgabeleitung (18), einer ersten und einer zweiten Heißgaslei­ tung (24, 26), einem ersten steuerbaren Ventilmittel (20), das eine erste und eine zweite Stellung aufweist, in denen die Heißgas-Verdichteraus­ gabeleitung (18) mit der ersten bzw. der zweiten Heißgasleitung (24, 26) verbunden ist, einem Hauptkondensator (44), der mit der ersten Heißgasleitung (24) verbunden ist, einem Verdampfer (100), der dem klimatisierten Raum (106) zugeordnet ist, einem Verdampfer-Expan­ sionsventil (56), einem dem klimatisierten Raum (106) zugeordneten Hilfskondensator (108), der mit der zweiten Heißgasleitung (26) ver­ bunden ist, einem Vorwärm-Wärmetauschermittel (60), das einen ersten und einen zweiten Kältemittel-Strömungsweg (64, 66) aufweist, einem Vorwärmer-Expansionsventil (78), das die Kältemittel-Durch­ flußmenge durch den zweiten Kältemittel-Strömungsweg (66) steuert, einer Hauptflüssigkeitsleitung (52), die den Hauptkondensator (44) mit dem Verdampfer-Expansionsventil (56) über den ersten Kältemittel- Strömungsweg (64) des Vorwärm-Wärmetauschermittels (60) verbin­ det, einer Hilfsflüssigkeitsleitung (110), die den Hilfskondensator (108) mit dem Vorwärm-Wärmetauschermittel (60) verbindet, einer Haupt­ saugleitung (32), die den Verdampfer (100) mit dem Sauganschluß (S) des Verdichters (12) verbindet, einer Hilfssaugleitung (80), die den zweiten Kältemittel-Strömungsweg (66) des Vorwärm-Wärme­ tauschermittels (60) mit dem Zwischendruckanschluß (IP) des Verdich­ ters (12) verbindet, und einem zweiten steuerbaren Ventilmittel (62), das eine erste und eine zweite Stellung aufweist, in denen die Haupt­ flüssigkeitsleitung (52) gesperrt bzw. freigegeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß
die Verdampfer- und Vorwärmer-Expansionsventile (56, 78) Maximalbetriebsdruck-Ventile mit vorgegebenen Maximalbetriebs­ druck-Einstellungen sind,
das Verdampfer-Maximalbetriebsdruck-Ventil (56) den Maximalbetriebsdruck während eines Kühlzyklus steuert und
das Vorwärmer-Maximalbetriebsdruck-Ventil (78) den Ma­ ximalbetriebsdruck während eines Heizzyklus steuert.

4. Kälteerzeugungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Maximalbetriebsdruck-Einstellung des Vorwärmer-Ma­ ximalbetriebsdruck-Ventils höher als die Maximalbetriebsdruck-Einstel­ lung des Verdampfer-Maximalbetriebsdruck-Ventils (56) ist.