-
Einrichtung zur elektrischen Abtauregelung für den
-
Verdampfer einer Kälteanlage
Beschrelbung: Die Erfindung
betrifft eine Einrichtung zur elektrischen Abtauregelung für den Verdampfer einer
Kälteanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Zum Stand der Technik gehören eine Reihe von Abtauvorrichtungen, bei
denen Daten, die das Vorhandensein einer Reifschicht auf dem Verdampfer vermuten
lassen, ausgewertet werden, um den jeweils nächsten Abtauzeitpunkt zu bestimmen.
-
Solche bekannten Abtauvorrichtungen können beispielsweise in Abhängigkeit
von einer Zeit- oder Programmsteuerung in Gang gesetzt werden. Auch ist es bekannt,
die Anzahl der Einschaltvorgänge eines Verdichters oder eine Laufdauer des Verdichters,
der zu der Kühlanlage gehört, zu berücksichtigen. Generell sind aber diese S-.;euerungsvorgänge
ungenau, so daß zu viele oder zu wenige Abtauvorgänge zu unzutreffenden Abtauzeitpunkten
eingeleitet werden können.
-
Im einzelnen ist in einer bekannten Einrichtung zur Zwangsabtauung
eine Zeitschatuhr vorgesehen, auf der die Abtauzeiten und die Abtaudauer manuell
eingestellt werden. Dementsprechend lassen sich diese Parameter nicht selbsttätig
verändern. Beispielsweise kann mit dieser Einrichtung die Abtauheizung entsprechend
der Einstellung alle sechs Stunden für eine voreingestellte Dauer von z.B. 45 Minuten
zlrangsweise eingeschaltet werden. - Mit dieser Zeitschaltuhr können zwar sogenannte
Sperrzeiten berücksichtigt werden, bei denen eine Abtauung nicht gewünscht wird,
wie beispielsweise wahrend der Ladenöffnungszeiten, Hochtarifzeiten von Elektrizitätsversorgungsunternehmen
oder zur Vermeidung von über lastspitzen bei leistungsstarken Abtauheizungen0 Nachteilig
ist jedoch, daß die eingestellten Abtauzeitpunkte und die Abtaudauer nur in sehr
grober Näherung mit den tatsächlichen
Erfordernissen in Übereinstimmung
gebracht werden können, um auf dem Verdampfer sublimierende Reifschichten einerseits
nicht stark anwachsen zu lassen, andererseits aber die Heizung nicht zu häufig oder
zu lang auszulösen.
-
Eine bessere Annäherung an die tatsächlichen Erfordernisse des Abtauens
ermöglicht eine andere zum Stand der Technik gehörende Abtauregelung, in der durch
zwei Temperaturfühler eine Temperaturdifferenz in dem Luftstrom vor und hinter dem
Verdampfer ermittelt wird. Zum Vergleich mit dem Temperaturdifferenz-Ist-Wert wird
ein Sollwert an einem Geber manuell eingestellt, Die Abtauheizung kann mittels einem
getrennt angeordneten Thermostaten abgeschaltet werden. Weiterhin sind bei dieser
Abtauregelung Mittel zur Einstellung minimal einzuhaltender Wartezeiten zwischen
der letzten Abtauung und der nächsten zu erwartenden Abtauung vorgesehen.
-
Während des Ablaufs dieser Wartezeiten können Abtauvorgänge nicht
wirksam ausgelöst werden. - Nachteilig ist bei dieser Abtauregelung, daß die Abtauung
nur bei bestimmten Voraussetzungen, die nur zufällig gelegentlich erfüllt sind,
die entstehenden Reifschichten wirkungsvoll beseitigt. Darüber hinaus können Einschaltvorgänge
in gewünschten Sperrzeiten nur zufällig verhindert werden, wenn diese Sperrzeiten
in die einstellbaren minimalen Wartezeiten zwischen der letzten Abtauung und der
nächsten zu erwartenden Abtauung fallen.
-
Weiterhin ist eine Einrichtung zur elektrischen Abtausteuerung bekannt,
in der die Zeitdauer der letzten Abtauung gemessen und ausgewertet wird, um zu bestimmen,
zu welchen von vier in einer Periode möglichen Abtauzeitpunkten der Abtauvorgang
eingeleitet wird. Dabei ist für den vierten mm möglichen Zeitpunkt eine Zwangsabtauung
vorgesehen. - Auch diese Messung und Auswertung der letzten Abtaudauer führt nur-
zu einer groben voraussichtlichen Anpassung an die tatsächlichen Abtauerfordernisse.
-
Um die schwer behebbaren Mängel der bisher ungenauen indirekten Auslösung
der Abtauvorgänge zu vermeiden, ist auch eine direkte Auslösung der Abtauung bekannt
(DE-OS 30 01 019), die einen auf das Vorhandensein einer Reifschicht ansprechenden
Reif-Fühler zum Auslösen eines Abtauvorgangs umfaßt. Im einzelnen ist dabei der
Reif-FUhler als Temperaturfuhler ausgebildet und in einem der zugelassenen Reifschichtdicke
entsprechenden Abstand von einer Verdampferfläche angeordnet . Der Temperaturfühler
ist an eine Steuervorrichtung angeschlossen. Sie schaltet eine Abtauheizung ein,
wenn die Reiffuhlertemperatur eine Vergleichstemperatur unterschreitet. Die Vergleichstemperatur
kann insbesondere die Verdampfertemperatur sein. Bei dieser Abtauvorrichtung ist
aber nur mit einer exakten Auslösung der Abtauvorgänge bezogen auf die Reifschicht
zu rechnen, die an der Stelle des Reif-Fufilers entsteht. Mit anderen Wo1ten, diese
Abtauvorrichtung ist nur an einem Punkt genau, während auf die Reifbildung an anderen
Stellen des Verdampfers nur geschlossen werden kann. Hinzu kommt, daß durch die
Anbringung des Reif-Pühlers selbst die Bedingungen der Reifbildung an dieser Stelle
unerwünscht verändert werden können.
-
Dauer hinaus setzt diese Einrichtung eine genaue Justierung des Reif-Fühlers
an der Wand des Verdampfers voraus, so daß deswegen und wegen des erforderlichen
Aufwandes für den Reif-Fühler und die Auswertung des von ihm erzeugten Signals eine
größere Abdeckung des Verdampfers mit mehreren Reif-FUhlern nicht sinnvoll erscheint.
-
Zu der vorliegenden Erfindung gehört daher die Aufgabe, eine Einrichtung
zur elektrischen Abtauregelung nach dem Typ der indirekten Auslösung der Ab-tauheizung
so weiter zu entwickeln, daß der voraussichtliche Vereisungszustand des Verdampfers
ohne Erfordernis eines großen Aufwandes an Fehlern und/oder an Auswerteschaltungen
exakt ermittelt werden kann. Die Ermittlung des Vereisungszustandes soll sich
nicht
auf einzelne Stellen des Verdampfers beschränken, sondern diesen Zustand möglichst
großflächig repräsentieren. Darüber hinaus soll diese Einrichtung eine Voraussetzung
zur Berücksichtigung gewünschter Sperrzeiten bieten, welche das Abtauen möglichst
wenig beeinträchtigt.
-
Diese Aufgabe wird durch die in dem kennzeichnenden Tei.l des Anspruchs
1 angegebene Erfindung gelöst.
-
Nach der Erfindung wird, wenn in einem vorgegebenen ZeZ.tbstana eine
Sperrzeit bevorsteht, zur Bildung des Jeweiffis nac:lsten Abtauzeitpunktes nach
Beendigung eines Abtauvorgangs von der gespeicherten Zeitdauer ausgegangen, die
zwischen der vorletzten und der letzten Abtauung auftrat. Diese gespeicherte Zeitdauer
wird in einer Weise korrigiert, die den voraussichtlichen hochgerechneten Vereisungszustand
des Verdampfers genau berücksichtigt0 Hierzu wird als erstes die Temperaturdifferenz
mit zwei Temperaturfühlern erfaßt, von denen ein Temperaturfühler in dem Luftstrom
vor dem Verdampfer und ein Temperaturfühler hinter dem Verdampfer angeordnet ist.
Bei dieser Anordnung wird annähernd die Temperatur des Gesamtluftstromes erfaßt.
Durch die Erfassung der Verdichterlaufzeit wird berücksichtigt, daß nur dann der
Verdampfer bereift oder weitergehend vereist, wenn dem Verdampfer Wärme entzogen
wird. Die Vereisung des Verdampfers ist also um so größer, Je länger die Verdichterlaufzeit
ist.
-
Im Zusammenhang damit steht die Erfassung der Luftfeuchte, insbesondere
der relativen Luftfeuchtigkeit der Raumluft, die in Verbindung mit der Laufzeit
des Verdichters die an dem Verdampfer auftretende Vereisung bestimmt. D,e Laufzeiten
werden dabei über sämtliche Einschaltzeitpunkte des Verdichters ab dem letzten Abtauvorgang
berücksichtigt. Mit dieser Einrichtung wird also ausgehend von der Zeitdauer zwischen
letzter uni vorletzter Abtauung diese Zeitdauer
nach Beendigung
der letzten Abtauung dem voraussichtlichen nächsten Einschalten der Abtauung korrigiert
zugrunde gelegt. Zur Korrektur werden die Luftfeuchte, die Laufzeiten des Verdichters
und die Temperaturdifferenz-Ist-Werte zwischen den Fühlern laufend ermittelt und
in den Korrekturmitteln mit den in Tabellen abgelegten Werten verglichen.
-
Nach Maßgabe der daraus ermittelten Wertigkeiten der Erfassungswerte
bestimmen diese damit gebildeten Korrekturwerte die Korrektur der Zeitdauer zwischen
letzter und vorletzter Abtauung und bilden die voraussichtliche Zeitdauer zwischen
der letzten und der nächsten Abtauung. Die letztgenannte Zeitdauer kann also ausgehend
von der Zeitdauer zwischen letzter und vorletzter Abtauung sowohl verlangert als
auch verkürzt werden.
-
Auch dann, weizen in dem vorgegebenen Zeitabstand keine Sperrzeit
bevorsteht, wird so das jeweils nächste Einschalten der Abtauheizung für den Verdampfer
exakt vorausbestimmt Für diesen normalen Betriebsfall ist eine vorteilhafte Ausbildung
der Einrichtung zum Einschalten der Abtauung siatt einer Zwangsabtauung zu einem
von nur wenigen fest vorgegebenen Abtauzeitpunkten in Anspruch 2 angegeben. Hiernach
wird mit dem nächsten Abtauzeitlunkt ebenfalls so lange gewartet, bis der erfaßte
Ist-Wert der Temperaturdifferenz dem optimierten Soll-Wert gleich ist. Der optimierte
Soll-Wert hängt nicht nur von einer manuellen Festeinstellung ab, sondern von den
Erfassungswerten der Luftfeuchte, der Einschaltdauer, bzw. Laufzeit des Verdichters,
sowie der Dauer und dem Zeitpunkt der letzten Abtauung. In Abhängigkeit von diesen
Erfassungswerten wird der eingestellte Soll-Wert der Temperaturdifferenz zur Bildung
eines optimierten Soll-Werts ständig der jeweiligen Vereisungssituation angepaßt,
um die Abtauung exakt bei Erreichen eines vorbestimmten Vereisung zustands auszulösen.
-
Gewünschte Sperrzeiten, in denen nicht abgetaut werden soll.
-
können wirksam ohne grosse Beeinträchtigung der Abtauung nach Anspruch
3 berücksichtigt werden. Durch den Tendenzrechner wird hier zu einem sogenannten
Extrapolationszeitpunkt rechtzeitig vor Eintritt des nächsten aktuellen Abtauzeitpunkts
ermittelt, wann dieser Abtauzeitpunkt nach den gemäss Anspruch 1 extrapolierten
Werten voraussichtlich auftritt. Die Abtauung wird dann sofort zu dem vorgegebenen
Extrapolationszeitpunkt vor Beginn der Sperrzeit ausgelöst, wenn der extrapolierte
Abtauzeitpunkt in einen aus der Sperrzeit hervorgehobenen ersten Sperrzeitabschnitt
fallen würde. Anderenfal'.s, wenn der extrapolierte Abtauzeitpunkt in den verbleil>enden
zweiten Sperrzeitabschnitt fallen würde, unterbleibt zunächst eine Abtauung. Es
wird dann im Anschluß an die Sperrzeit erneut die nächste Abtauzeit aus den aktuellen
Erfassungswerten gebildet. - Die Sperrzeiten können hier also ohne weiteres mit
den tatsächlich gewünschten Zeiten übereinstimmen, in denen d:ie Abtauheizung nicht
eingeschaltet werden soll und es kann trotzdem eine zu große Vereisung auch bei
ungünstigen Betriebsfällen durch das Vorziehen eines Abtaüvorgangs vor der Sperrzeit
vermieden werden. Zur Bestimmung der Sperrzeiten, bzw. der zwischen ihnen liegenden
Freigabezeiten wird die alttuelle Uhrzeit erfaßt.
-
Besonders vorteilhafte Dimensionierungen der Unteraeilung der Sperrzeiten
in die ersten und zweiten Sperrzei-tabschnitte sowie des Extrapolationszeitpunktes
sind in den Ansprüchen 5 und 6 angegeben.
-
Entsprechend Anspruch 8 wird die Ybtauheizung durch ein Abtaufühlersignal
abgeschaltet, welches mit einem Abtau-Sollwertsignal verglichen wird. Das Abschalten
erfolgt also unabhängig von der Ermittlung des Abtauzeitpunlrts.
-
Entsprechend Anspruch 9 können Abtauvorgänge an mehrere^* in einen
KeihlkreieiauS liegenden Verdampfern, denen je rindestens
eine
Abtauheizung zugeordnet ist, optimiert werden.
-
Die Verdampfer können dabei um Kühlen mehrerer Kuhlmöbel vorgesehen
sein. Mit der Weiterbildung der Einrichtung werden die Abtauheizungen individuell
durch einen zugeordneten Abtaufühler abgeschaltet, insoweit unabhängig von einer
individuellen oder gemeinsamen Einschaltung. Je nach den speziellen Erfordernissen
besteht dabei die Möglichkeit, die Heizungen nach Maßgabe eines vorbestimmten Leitverdampfers
erfolgen zu lassen oder einzeln nach den jeweiligen Erfordernissen der Verdampfer1
die sich aus den zu diesen erf2ssten Werten ergeben.
-
Gemäß Anspruch 10 können einstellbare Heizintensitäten, beiEpielsweise
bei wahlweiser Einstellung mehrerer Abtauheizmgen an einem Verdampfer bei der Aktivierung
der Einschaltmittel berücksichtigt werden.
-
Zweclrmässige Mittel zur Bildung von Störungsmeldungen, wenn Grenzwerte
von Abtau- oder Kühlzeiten überschritten werden, sind in den Ansprüchen 11 und 12
angegeben.
-
Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand eines
Blockschaltbildes beschrieben. In dem Blockschaltbild ist eilEkonventionelle Kälteanlage
mit einem Verdampfer 1, mit einem Verdichter 2, der ein Kältemittel über einen Kondensator
3 und eine Drosselstelle 4 in den Verdampfer fördert, angedeutet. Mit zwei Temperaturfühlern
5 und 6 wird eine Temperaturdifferenz an einem Luftstrom -Teil 7 - ermittelt, die
der Temperatur des Gesamtluftstroms annähernd gleich ist.
-
Die elektrische Abtauregelung umfaßt eine Programmsteuerung 8, die
auf Mittel 9 zur Erfassung der Temperaturdifferenz als Temperaturdifferenz-Ist-Wert
und zur Erfassung der Feuchte der Raumluft § in der der Verdampfer wirkt, eingerichtet
ist.
-
Diese genannten Fassungswerte werden in einem Speicher 10 zlfischengespeichert.
Ein Teil des Speichers 10 steht w-iterhin mit einer Tastatur 11 in Verbindung, durch
die Werte, beispielsweise Grenzwerte oder Sollwerte, in die Eiirichtung eingegeben
werden können. Mit einem Ausgang des Speichers ist eine Anzeigeeinrichtung 12 unter
anderem zur Anzeige der gespeicherten Temperaturdifferenz Ist-Werte und Feucht-Werte
sowie von Fehlermeldungen, wenn vorgegebene KUhl- oder Abtauzeiten überschritten
werden, angeschlossen. Damit werden Störungen angezeigt, beispielsweise wenn Fühlerdefekte
auftreten, wenn Schaltmittel zum Aktivieren des Verdichters oder der Abtauheizung
gestört sind oder wenn zu wenig Kühlmittel im Kreislauf ist.
-
Ein weiterer Ausgang des Speichers führt zu einem S11-Ist-Wertvergleicher,
in dem mit einem einstellbaren Sollwert geber 14 eingestellte Sollwerte zur Auslösung
einer Kühlung durch Einschalten des Verdichters - angedeutet durch den Block 15
- oder einer Warnung - Block 16 - bei Überschreiten von Grenzwerten. Der errechnete
Te7lperaturdifferenz-Ist-Wert wird in einem Block 17 erfasst.
-
Im Anschluß an Block 17 ist aus der Zeichnung ersichtlich, daß durch
Einschaltsigna3e, die von Einschaltmitteln für die nicht dargestellte Aotauheizung
abgegeben werden, die letzte Abtauzeit durch einen Block 19 erfaßt wird und die
Dauer der letzten Abtauung durch einen Block 20, der außerdem durch Ausschaltsignale,
die von den Ausschaltmitteln 21 ausgehen, gesteuert wird. Außerdem wird in einem
Block 22 die Laufzeit und die Schalthäufigkeit des Verdichters erfaßt Zur Bildung
eines optimierten Soll-Wertes der Temperaturdifferenz werden die Erfassungswerte
der Luftfeuchte der Laufzeit des Verdictlters und der Dauer wie des Zeitpulkts
der
letzten Abtastung in einer Vergleichstabelle 23 eingegeben, die über eine Programmleitung
24 gesteuert wird.
-
Mittels der aus den Tabellen entnommenen Erfassungswerte wird in einem
Rechner 25 ein optimierter Soll-Wert der Temperaturdifferenz ermittelt, der in Vergleichsmitteln
26 mit dem Temperatur Ist-Wert verglichen wird und bei Gleichheit dieser Werte die
Einschaltmittel 18 zum Auslösen des Abtauvorgangs aktivIert. - Die Vergleichstabelle
23 kann durch einen Speicher des Rechners 25 realisiert werden und die Vergleichsmittel
26 können zugleich durch den Rechner 25 gebildet werden.
-
Mit einem Sperrzeitgeber 27 werden Sperrzeiten, in denen die Abtauheizung
nicht wirksam werden soll, eingestellt und abgespeichert. Die Sperrzeiten werden
in einem Abfrageteil des Sperrzeitgebers, der die Uhrzeit erfaßt, abgefragt und
in einen Tendenzrechner eingespeist.
-
In cem Tendenzrechner werden ein erster und ein zweiter Sperrzeitabschnitt
zu je 50 Prozent einer gesamten Sperrzeitdauer gebildet und zu einem vorgegebenen
Extrapolationszeitpunkt, insbesondere eine Stunde vor der nächsten Sperrzeit, ermittelt,
ob auf Grund der gespeicherten Zeitdauer T1 zwischen letzter und vorletzter Abtauung
und der Korrektur dieser Zeitdauer voraussichtlich ein Abtauzeitpunkt in dem ersten
oder dem zweiten Sperrzeitabschnitt auftritt. Im erstgenannten Fall wird sofort
an die Einschaltmittel 18 ein Einschantsignal gegeben, während im zweiten Fall ein
Einschaltsignal bis zum Ablauf der vollständigen Sperrzeit unterdrückt wird und
erst anschliessend nach erneuter Ermittlung des Abtauzeitpunkts - Steuerung durch
die Leitung 29 - die Einschaltmittel 18 aktiviert werden können.
-
Aus dem Blockschaltbild ist ent:lehmbar, dass Mittel 30 ur Erfassung
der Zeitdauer zwischen letzter und vorletzter Abtauung mit einem Block 30 dargestellt
sind, die ausgangsseitig
mit Korrekturmitteln 31 in Verbindung
stehen.
-
In die Korrekturmittel werden aus der Vergleichstabelle 23 entnommene
bewertete Erfassungswerte der Temperaturdifferenz (Ist-Werte), der Luftfeuchte sowie
der Einschaltzeitpunkte und-dauer des Verdichters eingespeist, mit denen die Zeitdauer
zwischen letzter und vorletzter Abtauung korrigiert wird.
-
Der Ausgang dieser Korrekturmittel steht mit dem Ausgang des Tendenzrechners
28 in Verbindung.
-
-Die Mittel zur Erfassung der Zeitdauer 30 und die Korrekturmittel
sowie der Tendenzrechner werden nach Beendigung einer Abtauung so wirksam, daß die
in dem Mittel 30 gespeicherte Zeitdauer Ti zwischen letzter und vorletzter Abtauung
.abzulaufen beginnt und dabei fortlaufend in den Korrekturmfltteln entsprechend
den bewerteten Erfassungsmitteln korrigiert wird. Der Tendenzrechner extrapoliert
wiederum zu dem vorgegebenen Extrapolationszeitpunkt, ob die voraussicft-Liche Einschaltzeit
der Abtauheizung in einen ersten o¢:er einen zweiten sperrzeitabschnitt fällt und
zieht den AI'tauzeitpunkt im erstgenannten Fall wie beschrieben vor oder verlegt
den möglichen Abtauzeitpunkt im zweiten Falze auf die Zeit nach Ablauf der Sperrzeit.
-
Aus dem Blockschaltbild ist schliesslich ersichtlicn, tiass zwischen
dem Ausgang des Tendenzrechners und den Einscilaltmitteln 18 Einsteller 33 für die
Anzahl der Heizungen und Mittel zur Erfassung 34 angeordnet sind. - Ein Einsteller
für die Heiaintensitet zuJ Abtauung und zugeordnete Erfassungsmittel sind nicht
dargestellt.
-
Abgeschaltet wird die Abtauheizung programmgesteuert -Leitung 24 -
durch einen Vergleicher 25, der auf die ILbscha t mittel 21 einwirkt. In dem Vergleicher
25 wird der vor eine Abtaufühler 36 ermittelte Temperatur-Ist-Wert mit einem Temperatur-Soll-Wer
verglichen.
-
SusEerdem kann eine Abschaltung der Abtauheizung zwangsweise erfolgen,
wenn ein gespeicherter fest vorgegebener Grenzwert der Ileizdauer überschritten
wird und die Ausschaltmittel 21 für die Abtauheizung über die Leitung 24 einen entsprechenden
Befehl erhalten. Dieser Störfall wird, wie oben beschrieben, mit den Anzeigemitteln
12 gemeldet.