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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zum Steuern einer Kühlvorrichtung,
insbesondere auf ein Verfahren bei niedriger Außentemperatur,
und auf eine Kühlvorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens.
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Fig. 1 zeigt eine Grundanordnung einer
Kühlvorrichtung. Ein Kühlzyklus besteht hauptsächlich aus vier
Bauteilen, d.h. einem Kompressor 121, einem Kondensor
122, einem Expansionsventil 123 und einem Verdampfer
15 124. Bei einer Luftkühlanlage ist der Verdampfer
innen und ein Kondensor außen angeordnet. Ein
Kühlmittel ist in dem Kühlkreislauf eingeschlossen und das
Kühlmittel zirkuliert durch die Bauteile, so daß die
Innenwärme außerhalb des Raums geleitet werden kann.
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Die Funktionsweise eines solchen Kühlkreislaufs wird
im folgenden beschrieben. In einem Verdampfer 124
nimmt ein Niederdruck-Kühlflüssigkeitsmittel die
Innenwärme auf und verdampft zu Gas. Das in dem
Verdampfer entstandene Kühlmittelgas wird an einen
Kompressor 121 geliefert und zu einem Hochtemperatur-,
Hochdruckgas komprimiert. Das erhaltene Gas wird an
den Kondensor 122 geliefert. In dem Kondensor wird
die Wärme in einer zu dem Verdampfer umgekehrten
Weise in die Außenluft abgegeben, d.h. das Gas wird in
eine Hochdruck-Flüssigkeit umgewandelt. Die
Hochdruck-Flüssigkeit wird einem Expansionsventil 123
zugeführt und in eine Flüssigkeit mit niedriger
Temperatur und niedrigem Druck expandiert. Die erhaltene
Flüssigkeit wird erneut an den Verdampfer geliefert.
In dieser Weise wird der Kreislauf wiederholt.
Genauer gesagt, wird bei dem Betrieb des Kompressors das
Kühlmittelgas mit einer niedrigeren
Sättigungstemperatur als die Raumtemperatur in ein Gas komprimiert,
das eine höhere Sättigkeitstemperatur als die der
Außenluft aufweist, wodurch die Innenwärme aus einem
Raum geleitet wird.
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Wenn allerdings die Außentemperatur niedrig ist und
die Kühlvorrichtung entsprechend Fig. 1 wie im Fall
einer hohen Außentemperatur betrieben wird, wird der
Wärmeaustausch des Kondensors verbessert und der
Kondensordruck als Kühlmitteldruck in dem Kondensor
nimmt ab. Wenn der Kondensordruck abnimmt, wird der
Verdampferdruck als Kühlmitteldruck in dem Verdampfer
entsprechend verringert. Als Ergebnis friert der
Verdampfer ein oder wird bei einem "über-entfeuchteten"
Zustand betrieben. Wenn die Kompressionsleistung in
dem Kompressor derart verringert wird, daß der
Verdampfungsdruck nicht verringert wird, selbst wenn der
Kondensordruck abnimmt, nimmt die Durchflußmenge des
in dem Kühlkreislauf umlaufenden Kühlmittels ab.
Dadurch wird die Kühlfähigkeit verringert oder ein Grad
der Überhitze erhöht.
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Um die oben angegebenen Probleme zu lösen, wird bei
einer Kühlvorrichtung nach dem Stand der Technik eine
Nebenleitung oder "Bypass" längs der sich vom
Kompressor zum Expansionsventil erstreckenden Leitung
angeordnet und ein Steuerventil 226 für den
Kondensordruck entsprechend Fig. 2 wird in dem
Verbindungspunkt des Bypass und des Pfades über den Kondensor
angeordnet. Das Steuerventil für den Kondensordruck
ist ein Dreiwegeventil, bei dem ein vorbestimmter
Gasdruck eingeschlossen ist. Wenn der Kondensordruck
verringert wird, öffnet das Steuerventil automatisch
das Ventil des Bypass, so daß der Kondensordruck auf
einen Wert erhöht wird, der so hoch wie derjenige
ist, wenn die Außentemperatur hoch ist. Auf diese
Weise kann das Steuerventil verhindern, daß der
Verdampfungsdruck und die Kühlkapazität abnehmen. Wenn
allerdings die Außentemperatur niedrig ist, verliert
dieses Verfahren eine Möglichkeit des Betriebes der
Kühlvorrichtung bei einer niedrigen
Kompressionsleistung, da die Druckdifferenz zwischen dem
Kondensordruck und dem Verdampferdruck gering sein kann. Bei
diesem Verfahren wird der Kondensordruck erhöht, um
die Druckdifferenz zwischen dein Kondensordruck und
dem Verdampferdruck zu erhöhen, wodurch die
Kompressionsleistung zum Betrieb der Vorrichtung erhöht
wird, und eine nicht wirtschaftliche Betriebsweise
hervorgerufen wird.
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Wenn das Problem des Betriebes der Kühlvorrichtung
nach Fig. 1 bei niedrigen Außentemperaturen
dahingehend
gelöst wird, daß eine ausreichende umlaufende
Kühlmittelmenge beibehalten wird, kann ein Verfahren
zum Erhöhen des maximalen Hubes des Expansionsventils
123 verwendet werden. Das Verfahren zum Erhöhen des
Ventilhubes des Expansionsventils umfaßt ein
Verfahren, bei dem eine Mehrzahl von Expansionsventilen
parallel zueinander angeordnet werden, oder ein
Verfahren, bei dem ein Expansionsventil mit einer
höheren Kapazität als bei üblichen Ventilen vorgesehen
wird (zum Beispiel ein Expansionsventil für eine
Kühlkapazität von 10 RT (ton of refrigeration) wird
mit einer Luftkühlanlage einer Kühlkapazität von 5 RT
verbunden). Es sei bemerkt, daß "RT" eine Einheit
ist, die die Kühlkapazität einer Kühlvorrichtung
angibt und 1 RT = 3,320 kcal/h. Wenn der Ventilhub des
Expansionsventils erhöht wird, wird der Zustand des
geringen Kondensordrucks aufrechterhalten und der
Betrieb mit niedriger Kompressionsleistung in dem
Kompressor wird ermöglicht.
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Allerdings ist bei dieser Betriebsweise der Ventilhub
des Expansionsventils begrenzt. Wenn die Anzahl der
Expansionsventile zu sehr erhöht wird (drei oder vier
Ventile) oder wenn ein Expansionsventil mit einer zu
großen Kapazität (zum Beispiel ein Expansionsventil
für 15 RT wird mit einer Kühlanlage einer
Kühlkapazität von 5 RT verbunden) verwendet wird, kann die
Steuerung der Überhitze nicht genau durchgeführt
werden, wenn der Kondensordruck hoch ist. Daher sind
diesem Verfahren Grenzen gesetzt. Wenn die
Außentemperatur sich verringert, verringert sich der
Kondensordruck sehr stark. Selbst wenn das Expansionsventil
voll geöffnet ist, wird die Menge des umlaufenden
Kühlmittels verringert und der Grad der Überhitze
wird unerwünscht erhöht.
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Die GB-A-898 327 beschreibt den Kühlbetrieb von
Luftkühlanlagen, wenn die Außentemperatur niedrig ist,
wie beispielsweise im Winter. Ein Ventil arbeitet in
der Weise, daß ein Ventilbereich unter dem Einfluß
des Druckausgleiches vor und hinter einer Membran
bewegt wird, um die Durchflußmenge des Kühlmittels
von der Kondensorseite und vom der Bypasseite zu
regulieren, so daß verhindert wird, daß der
Kondensordruck unter einen vorbestimmten Wert fällt.
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Die US-A-4 735 059 offenbart eine Vorrichtung, bei
der der Druck in einem Unter- oder Subempfänger
größer gemacht wird als der in einem Empfänger, wodurch
verhindert wird, daß ein "flash", d.h.
unkondensiertes Gas von dem Subempfänger zu einem
Expansionsventil fließt. Ein Regelventil für den Auslaßdruck
verhindert, daß der Druck in dem Auslaß des Ventils
unter einen vorbestimmten Wert fällt. Somit arbeitet
das System dieser Druckschrift in der Weise, daß der
Kondensordruck derart gesteuert wird, daß er nicht
unter einen vorbestimmten Wert fällt.
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Die vorliegende Erfindung wurde mit dem Ziel
durchgeführt, den geringen Wirkungsgrad nach dem Stand der
Technik zu verbessern, der dadurch bewirkt wurde, daß
eine Luftkühlanlage betrieben wird, während die
Kompressionsleistung auf einen so hohen Wert erhöht
wurde, als ob die Außentemperatur hoch wäre, selbst wenn
die Außentemperatur niedrig ist und ihr liegt die
Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern einer
Kühlvorrichtung mit geringer Kompressionsleistung
vorzusehen, die einen wirtschaftlichen Betrieb der
Vorrichtung ermöglicht.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zum Steuern einer Kühlvorrichtung zur
Durchführung einer Kühlung über das gesamte Jahr, bei der
zur Ermöglichung eines wirtschaftlichen Betriebes der
Kühlvorrichtung mit geringer Kompressionsleistung
eine Bypassleitung zu dem Leitungsweg vorgesehen ist,
der sich von einem Kompressor bis zu einem
Expansionsventil über einen Kondensor erstreckt, und bei
dem eine Vorrichtung zur Steuerung eines
Verhältnisses der Durchflußmenge eines Kühlmittels durch den
Leitungsweg über den Kondensor zu dem des
Bypassleitungsweges vorgesehen ist oder bei dem eine
Vorrichtung zum Verändern der Luftmenge eines Ventilators
einer Außeneinheit zum Beblasen des Kondensors
angeordnet ist, um die Kapazität des Kondensors zu
verändern. Im Betrieb wird der Grad der Überhitze des
Kühlmittels an einem Ausgang des Verdampfers gemessen
und ein Expansionsventil wird in Übereinstimmung mit
dem gemessenen Grad der Überhitze gesteuert. Wenn
jedoch das Expansionsventil voll geöffnet ist und
wenn die Druckdifferenz zwischen dem Kondensordruck
und dem Verdampferdruck gering ist, so daß die
Durchflußmenge des in dem Kühlkreislauf zirkulierenden
Kühlmittels verringert wird und der Grad der
Überhitze erhöht wird, wird der Kondensordruck durch die
Vorrichtung in Übereinstimmung mit einer Differenz
zwischen einem vorgegebenen Wert der Überhitze und
dem gemessenen Wert der Überhitze gesteuert, wodurch
der Grad der Überhitze gesteuert wird.
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Wenn der Kondensordruck verringert wird und ein
Kompressionsverhältnis als Verhältnis eines Lieferdrucks
zum Ansaugdruck des Kompressors niedriger wird als
ein zulässiges minimales Kompressionsverhältnis des
Kompressors, wird der Kondensordruck bis zu einem
minimalen Druck erhöht, der das zulässige minimale
Kompressionsverhältnis überschreitet.
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Im Gegensatz zum Stand der Technik wird ein niedriger
Kondensordruck bei niedrigen Außentemperaturen
effektiv verwendet und eine wirtschaftliche Betriebsweise
mit geringer Kompressionsleistung kann erzielt
werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 ist ein Schaltbild einer Grundanordnung einer
Kühlvorrichtung;
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Fig. 2 ist ein Schaltbild einer Anordnung einer
Kühlvorrichtung nach dem Stand der Technik;
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Fig. 3 ist ein Schaltbild einer Kühlvorrichtung nach
einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
das ein Kondensordruck-Steuerventil mit variablem
Einstelldruck als Kondensordruck-Steuervorrichtung
verwendet;
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Fig. 4 ist ein Schaltbild einer Kühlvorrichtung nach
einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung, das zwei Steuerventile als
Kondensordrucksteuervorrichtung verwendet;
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Fig. 5 ist ein Schaltbild einer Kühlvorrichtung nach
einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung, das die beiden
Kondensordruck-Steuervorrichtungen nach den Fign. 3 und 4 verwendet und bei
dem sich eine Nebenleitung von einem Bereich in der
Mitte längs eines Kondensors erstreckt;
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Fig. 6 ist ein Schaltbild einer Kühlvorrichtung nach
einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung, das beide
Kondensordruck-Steuervorrichtungen nach den Fign. 3 und 4 verwendet und bei dem ein
Nebenleitungswegbereich einen Wärmeaustausch als ein
Kondensor durchführt;
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Fig. 7 ist ein Schaltbild einer Kühlvorrichtung nach
noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung, das beide
Kondensordruck-Steuervorrichtungen nach den Fign. 3 und 4 verwendet und bei
dem eine Mehrzahl von Nebenleitungswegen zur
Durchführung eines Wärmeaustausches als ein Kondensor
angeordnet ist;
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Fig. 8 ist ein Schaltbild einer Kühlvorrichtung nach
noch einem anderen Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung, das Ventilatoren mit variabler
Drehgeschwindigkeit einer Außeneinheit als Kondensordruck-
Steuervorrichtung verwendet;
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Fig. 9 ist eine Schnittansicht einer Anordnung eines
Kondensordruck-Steuerventils mit variablem
Einstelldruck;
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Fig. 10 ist ein Flußdiagramm für die Betriebsweise
der Kühlvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung,
die das Kondensordruck-Ventil mit variablem
Einstelldruck als Kondensordruck-Steuervorrichtung verwendet;
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Fig. 11 ist ein Flußdiagramm einer Betriebsweise der
Kühlvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, die
zwei Steuerventile als
Kondensordruck-Steuervorrichtung verwendet;
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Fig. 12 ist ein Flußdiagramm einer Betriebsweise der
Kühlvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, die
den Ventilator mit variabler Drehgeschwindigkeit der
Außeneinheit als Kondensordruck-Steuervorrichtung
verwendet;
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Fig. 13 ist eine Kennlinie, die
Leistungskoeffizienten (COPs) eines Falls vergleicht, bei dem die
Kühlvorrichtung mit einem Verfahren nach dem Stand der
Technik gesteuert wird und eines Falls, bei dem die
Kühlvorrichtung mit dem Verfahren nach der
vorliegenden Erfindung gesteuert wird; und
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Fig. 14 ist ein Diagramm, das die Leistungsfähigkeit
einer Luftkühlanlage zeigt, bei dem das
Steuerverfahren nach der vorliegenden Erfindung angewandt wird.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung
werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
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Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer
Kühlvorrichtung, die ein Kondensordruck-Steuerventil 25 mit
variablem Einstelldruck verwendet. Genauer gesagt,
umfaßt die Kühlvorrichtung einen Kompressor 21 mit
einer Steuervorrichtung 30 für die
Drehgeschwindigkeit, einen Kondensor 22, einen Ventilator 27, einer
Außeneinheit zum Beblasen des Kondensors, einen
Verdampfer 24, einen Ventilator 28, einer Inneneinheit
zum Beblasen des Verdampfers 24, einen Leitungsweg
zum Führen eines von dem Kompressor 21 über den
Kondensor 22 gelieferten Kühlmittels, einen Bypass- oder
Nebenleitungsweg 36 zum Leiten des Kühlmittels unter
Umgehung des Kondensators 22, ein Verdichtungsdruck-
oder Kondensordruck-Steuerventil 25 mit variablem
Einstelldruck, das an dem Verbindungspunkt zwischen
den beiden Leitungswegen als Vorrichtung zum Steuern
der Durchflußmengen der beiden Leitungswege
angeordnet ist, einen Leitungsweg zum Führen des
Kühlmittels, das aus dem Steuerventil 25 zum Verdampfer
fließt, ein Expansionsventil 23, das zwischen das
Steuerventil 25 und den Verdampfer 24 geschaltet ist,
und einen Leitungsweg zum Zurückführen des aus dem
Verdampf er zum Kompressor strömenden Kühlmittels.
Diese Vorrichtung umfaßt einen
Kompressionsverhältnis-Sensor 34 zum Erfassen eines Verhältnisses des
Lieferdrucks des Kompressors 21 zum Ansaugdruck,
einen Überhitzer-Sensor 33 zum Erfassen des Grades an
Überhitze an der Ansaugöffnung des Kompressors 21 und
eine Steuereinheit 35 zum Durchführen einer
arithmetischen Operation von zwei Signalen, d.h. einem
Signal vom Kompressionsverhältnis-Sensor 34 und einem
Überhitzesignal vom Überhitzersensor 33 und zum
Liefern eines Steuersignals an das Expansionsventil 23
und das Steuerventil 25. Es sei bemerkt, daß das
Bezugszeichen 32 eine Vorrichtung zum Erfassen der
Raumtemperatur bezeichnet.
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Fig. 9 zeigt eine Anordnung eines Kondensordruck-
Steuerventils 25 mit variablem Einstelldruck.
Bezugszeichen 1 bezeichnet den Eintritt des Kühlmittels, 2
eine Membraninnenkammer, 3 eine Membranaußenkammer, 4
eine Feder, 5 ein Ventilstück, 6 einen Auslaß des
Kühlmittels, 7 einen Grundkörper, 8 eine Membran, 9
ein Fühlerrohr, 10 ein Heizelement, 11 eine Leitung,
12 eine Steuerung zum Steuern des Heizelementes auf
der Grundlage eines Steuersignals von der
Steuereinheit. Das Bezugszeichen B bezeichnet eine
Einlaßöffnung
vom Bypassleitungsweg 36, C eine Einlaßöffnung
vom Leitungsweg über den Kondensor 22 und R eine
Auslaßöf fnung zum Expansionsventil 23. Die
Membraninnenkammer 2 steht mit dem Fühlerrohr über die Leitung 11
in Verbindung. Eine Flüssigkeits-Gasmischung, deren
Druck abhängig von den Temperaturen sich ändert, ist
in dem Fühlerrohr 9 oder Zylinder eingeschlossen.
Wenn das in dem Zylinder 9 eingelassene Heizelement
10 mit Energie versorgt wird, erhöht sich die
Temperatur des Gases und als Ergebnis erhöht sich der
Druck in der Membraninnenkammer 2. Wenn daher die
elektrische Leistung zum Heizelement 10
erhöht/verringert wird, kann der Druck in der
Membraninnenkammer 2 in gewünschter Weise gesteuert werden und somit
kann der Druck in dem Kondensor 22 in gewünschter
Weise gesteuert werden. Wenn beispielsweise der
Kondensordruck wegen der geringen Außentemperatur im
Übermaß verringert wird und erhöht werden muß, wird
die elektrische Leitung zum Heizelement 10 erhöht, so
daß das Ventilteil 5 die Einlaßöffnung C zum
Leitungsweg über den Kondensor 22 schließt und die
Einlaßöffnung B von dem Bypassleitungsweg öffnet. Wenn
der C-R Kreis geschlossen ist, wird die
Kühlmittelflüssigkeit in dem Kondensor 22 gespeichert, um den
effektiven Raum des Kondensors 22 zu verringern,
wodurch der Kondensordruck erhöht wird. Wenn der
Kondensordruck sich erhöht und einen vorbestimmten Druck
übersteigt, wird das Ventilteil 5 nach oben bewegt
und öffnet den C-R Kreis und schließt den B-R Kreis.
Auf diese Weise wird die Energiemenge des
Heizelementes 10 gesteuert, so daß der Kondensordruck auf einen
beliebigen Wert festgesetzt werden kann.
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Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der
Kühlvorrichtung, die ein erstes und zweites Steuerventil 41, 42
verwendet. In diesem Ausführungsbeispiel wird die für
das Kondensordruck-Steuerventil 25 im
Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 verwendete Steuerung auch für das
erste und zweite Steuerventil 41, 42 angewandt.
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In den Ausführungsbeispielen nach den Fign. 3 und 4
erstreckt sich der Bypassleitungsweg vom Eintritt des
Kondensors 22. Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel,
bei dem der Bypassleitungsweg sich von der Mitte
längs des Kondensors erstreckt. Fig. 6 zeigt ein
Ausführungsbeispiel, bei dem der
Bypassleitungswegbereich als ein zweiter Kondensor 55 zur Durchführung
eines Wärmeaustausches dient. Fig. 7 zeigt ein
Ausführungsbeispiel, bei dem eine Mehrzahl von
Bypassleitungswegen als Kondensoren zum Durchführen von
Wärmeaustausch angeordnet sind, und ein Steuerventil
ist für jeden Leitungsweg vorgesehen. Die Anordnungen
nach den Fign. 3 bis 7 können in gewünschter Weise
abhängig von der Größe, den Installationsbedingungen
der Kühlvorrichtung und dergleichen ausgewählt
werden.
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Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel der
Kühlvorrichtung, die eine Vielzahl von unabhängig voneiander
steuerbaren Ventilatoren 27 einer Außeneinheit
verwendet. In diesem Ausführungbeispiel wird die
Steuerung für das Kondensordruck-Steuerventil 25 mit
variablem Einstelldruck nach dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 3 für die Ventilatoren 7 verwendet. Die
Ventilatoren 27 können durch einen oder eine Vielzahl
von Ventilatoren mit varibler Drehgeschwindigkeit
ersetzt werden.
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Die sechs Ausführungsbeispiele wurden oben erklärt.
Das heißt, daß jede Anordnung verwendet werden kann,
solange der Kondensordruck bei niedrigen
Außentemperaturen gesteuert werden kann. Eine Anordnung, die
sowohl ein Kondensordruck-Steuerventil mit variablem
Ventilhub und variablem Einstelldruck als auch einen
Ventilator mit variabler Drehgeschwindigkeit einer
Außeneinheit umf aßt, kann angewandt werden.
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Ein Verfahren zur Steuerung der Kühlvorrichtung nach
der vorliegenden Erfindung wird im folgenden
beschrieben. Wenn die Außentemperatur niedrig ist, wird
bei dem Betriebsverfahren der vorliegenden Erfindung
der Kondensordruck sich selbst überlassen und der
Ventilhub des Expansionsventils 23 wird so lange wie
möglich erhöht, wobei der Grad an Überhitze gesteuert
wird. Das Verfahren des Erhöhens des Ventilhubes des
Expansionsventils 23 umfaßt das Verfahren des
Anordnens einer Vielzahl von Expansionsventilen parallel
zueinander oder ein Verfahren des Anordnens eines
Expansionsventils mit einer Kapazität größer als der
übliche Wert (zum Beispiel ein Expansionsventil für
eine Kühlkapazität von 10 RT wird mit einer
Luftkühlanlage einer Kühlkapazität von 5 RT verbunden). Wenn
der Ventilhub des Expansionsventils 23 erhöht wird,
wird der Zustand des niedrigen Kondensordrucks
aufrechterhalten und als Ergebnis wird der Betrieb des
Kompressors 21 mit niedriger Kompressionsleistung
ermöglicht.
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Allerdings hat diese Betriebsweise die folgenden
Nachteile:
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(1) Da der Ventilhub des Expansionsventils 23
begrenzt ist, kann der Grad der Überhitze nicht
genau gesteuert werden, wenn die Anzahl der
Expansionsventile zu hoch ist (drei oder vier
Ventile
sind angeordnet) oder wenn ein
Expansionsventil mit einer zu großen Kapazität verwendet
wird (ein Expansionsventil für 15 RT ist mit
einer Luftkühlanlage mit einer Kühlkapazität von
5 RT verbunden) und dieses Verfahren unterliegt
Grenzen.
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(2) Der Kompressor 21 hat ein zulässiges minimales
Kompressionsverhältnis in Hinblick eines
Kühlmaschinenöls.
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Aus diesen Gründen treten die folgenden Probleme auf,
wenn die Außentemperatur unter 10º C fällt:
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(1) Der Kondensordruck wird exzessiv verringert und
selbst wenn das Expansionsventil 23 voll
geöffnet ist, wird die umlaufende Kühlmittelmenge
verringert und der Grad an Überhitze wird
erhöht.
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(2) Ein Kompressionsverhältnis des Lieferdrucks zum
Ansaugdruck fällt unter ein erlaubtes minimales
Kompressionsverhältnis des Kompressors 21 ab.
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Um die obige Situation zu vermeiden, muß der
Kondensordruck unvermeidlich erhöht werden. Da allerdings
das in der Vorrichtung nach dem Stand der Technik
verwendete Kondensordruck-Steuerventil nur einen
konstanten Kondensordruck einstellen kann, wird der
Kondensordruck unnötigerweise erhöht, wenn dieses Ventil
ohne Modifikationen verwendet wird und die
Kompressionsleistung wird erhöht. Entsprechend der
vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Variieren
des Kondensordrucks vorgesehen, die die folgende
Steuerung durchführen soll.
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Das Verfahren für den Betrieb in dem Kühlkreislauf
nach Fig. 3 wird im folgenden unter Bezugnahme auf
die Flußdiagramme nach den Fign. 10(a) und 10(b)
beschrieben.
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Zuerst wird der Grad an Überhitze gesteuert. Der Grad
an Uberhitze wird durch den Überhitze-Sensor 33
gemessen und mit einem vorbestimmten Wert an Überhitze
verglichen. In einem ersten Vorgang wird, wenn der
gemessene Grad an Überhitze höher ist als der
vorbestimmte Grad an Überhitze, das Expansionsventil 23 in
Übereinstimmung mit der Differenz zwischen ihnen in
der gleichen Weise wie bei einer normalen
Überhitzesteuerung geöffnet. Wenn im Gegensatz dazu der
gemessene Grad an Überhitze niedriger ist als der
vorbestimmte Grad an Überhitze, wird das Expansionsventil
23 in Übereinstimmung mit der Differenz geschlossen.
In einem zweiten Vorgang wird allerdings, wenn die
Außentemperatur fällt und der Kondensordruck
entsprechend verringert wird und wenn der gemessene Grad an
Überhitze höher ist als der vorbestimmte Grad an
Überhitze (Y) und das Expansionsventil 23 voll
geöffnet ist (Y), der Ventilhub des
Kondensordruck-Steuerventils 25 mit variablem Ventilhub abhängig von der
Differenz zwischen dem gemessenen und dem
vorbestimmten Wert an Überhitze gesteuert, so daß die
Durchflußmenge des durch den Bypassleitungsweg fließenden
Kühlmittels erhöht wird. Somit wird der
Kondensordruck erhöht und der Grad an Uberhitze verringert.
Wenn im Gegensatz dazu der gemessene Grad an
Überhitze geringer als der vorbestimmte Grad an Überhitze
(N) ist und wenn das Kondensordruck-Steuerventil 25
mit variablem Einstelldruck betätigt wird (Y), damit
das Kühlmittel in den Bypassleitungsweg fließt und so
den Kondensordruck erhöht, der Ventilhub des
Steuerventils
25 abhängig von der Differenz zwischen dem
gemessenen und dem vorbestimmten Wert an Überhitze
gesteuert, damit die Durchflußmenge des durch den
Bypassleitungsweg fließenden Kühlmittels verringert
wird. Somit wird der Kondensordruck verringert und
der Grad an Überhitze erhöht. Selbst wenn der Grad an
Überhitze nicht durch das Expansionsventil 23
gesteuert werden kann, kann es mit diesem Verfahren durch
das Steuerventil 25 gesteuert werden.
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Die Grundsteueroperation wurde oben beschrieben. Wenn
das folgende Problem des Kompressionsverhältnisses
des Kompressors nach der oben erwähnten
Steueroperation auftritt, wird die folgende Steuerung
durchgeführt.
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Ein Kompressionsverhältnis des Lieferdrucks zum
Saugdruck des Kompressors 21 wird durch den
Kompressionsverhältnis-Sensor 34 erfaßt und mit dem gespeicherten
zulässigen minimalen Kompressionsverhältnis
verglichen. Wenn das gemessene Kompressionsverhältnis
geringer als das zulässige minimale
Kompressionsverhältnis (Y) ist, wird der Ventilhub des Steuerventils
25 abhängig von der Differenz zwischen dem gemessenen
Kompressionsverhältnis und dem zulässigen minimalen
Kompressionsverhältnis gesteuert, um die
Durchflußmenge des durch den Bypassleitungsweg durchfließenden
Kühlmittels zu erhöhen. Als Ergebnis wird der
Kondensordruck erhöht, so daß das Kompressionsverhältnis so
weit erhöht wird, daß es größer ist als das zulässige
minimale Kompressionsverhältnis. Wenn allerdings das
gemessene Kompressionsverhältnis höher ist als das
zulässige minimale Kompressionsverhältnis (N), aber
zu hoch ist, zum Beispiel, wenn das
Kompressionsverhältnis auf 3,0 erhöht wird, obwohl das zulässige
minimale Kompressionsverhältnis 2,0 ist, dann wird
die Kompressionsleistung zu groß, wodurch eine
unwirtschaftliche Betriebsweise bewirkt wird. Wenn
daher das gemessene Kompressionsverhältnis höher ist
als das zulässige minimale Kompressionsverhältnis,
wird der Ventilhub des Steuerventils 25 abhängig von
der Differenz zwischen ihnen gesteuert, so daß die
Durchflußmenge des durch den Bypassleitungsweg
strömenden Kühlmittels verringert wird. Als Ergebnis wird
der Kondensordruck verringert, so daß die
Kühlvorrichtung immer bei einem Kompressionsverhältnis nahe
dem zulässigen minimalen Kompressionsverhältnis
betrieben wird. Wenn die Außentemperatur hoch ist und
das Steuerventil 25 nicht arbeiten muß (N), dann
bleibt der Ventilhub des Steuerventils unverändert.
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Diese Steueroperation ist nur notwendig, wenn der
Kompressor bei einem bestimmten konstanten
Kompressionsverhältnis oder mehr betrieben werden kann. Wenn
dieses Problem in dem Kompressor gelöst ist, ist die
Steueroperation unnötig.
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Der Raumtemperatursensor 32 nach den Fign. 3 bis 8
vergleicht die Raumtemperatur mit einer vorbestimmten
Temperatur und die Differenz zwischen ihnen wird der
Steuervorrichtung 30 für die Drehgeschwindigkeit des
Kompressors 21 über die Steuereinheit 35
zurückgeführt. Genauer gesagt, wird, wenn die Raumtemperatur
höher als die vorbestimmte Temperatur ist, die
Drehgeschwindigkeit des Kompressors 21 erhöht, ansonsten
wird sie verringert. Eine derartige Steuerung wird
bei den Kühlvorrichtungen nach dem Stand der Technik
durchgeführt.
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Das Verfahren zum Betrieb der Anordnung nach der Fig.
4 wird im folgenden unter Bezugnahme auf die
Flußdiagramme nach den Fign. 11(a) und 11(b) beschrieben.
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Die Steuerung im ersten Vorgang ist die gleiche wie
bei dem Steuerungsverfahren der Anordnung nach der
Fig. 3. In einem zweiten Vorgang werden, wenn der
gemessene Grad an Überhitze höher ist als der
vorbestimmte Grad an Überhitze (Y) und das
Expansionsventil 23 voll geöffnet ist (Y), die Ventilhübe des
ersten und des zweiten Steuerventils 41, 42 abhängig
von der Differenz zwischen dem gemessenen und dem
vorbestimmten Grad an Überhitze gesteuert, damit die
Durchf lußmenge des durch den Bypassleitungsweg
fIießenden Kühlmittels erhöht wird. Daher wird der
Kondensordruck erhöht und der Grad an Überhitze
verringert. Selbst wenn der Grad an Überhitze nicht durch
das Expansionsventil 23 gesteuert werden kann, kann
mit diesem Verfahren der Grad an Überhitze mit dem
ersten und zweiten Steuerventil 41, 42 gesteuert
werden.
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Die Steueroperation des Kompressionsverhältnisses ist
die gleiche wie bei dem Steuerverfahren der Anordnung
nach Fig. 3. Wenn das gemessene
Kompressionsverhältnis geringer als das zulässige minimale
Kompressionsverhältnis (Y) ist, werden die Ventilhübe des ersten
und zweiten Steuerventils 41, 42 in Abhängigkeit von
der Differenz zwischen dem gemessenen
Kompressionsverhältnis und dem zulässigen minimalen
Kompressionsverhältnis gesteuert, damit die Durchflußmenge des
durch den Bypassleitungsweg fließenden Kühlmittels
erhöht wird. Daher wird der Kondensordruck erhöht, so
daß das Kompressionsverhältnis soweit erhöht wird,
daß es höher ist als das zulässige minimale
Kompressionsverhältnis.
Wenn allerdings das gemessene
Kompressionsverhältnis höher als das zulässige minimale
Kompressionsverhältnis (N) ist, aber zu hoch ist, zum
Beispiel, wenn das Kompressionsverhältnis auf 3,0
erhöht wird, obwohl das zulässige minimale
Kompressionsverhältnis 2,0 ist, wird die
Kompressionsleistung zu hoch, wodurch ein nicht wirtschaftlicher
Betrieb bewirkt wird. Wenn daher das gemessene
Kompressionsverhältnis höher als das zulässige minimale
Kompressionsverhältnis ist, werden die Ventilhübe des
ersten und zweiten Steuerventils 41, 42 abhängig von
der Differenz zwischen ihnen gesteuert, damit die
Durchflußmenge des durch den Bypassleitungsweg
fließenden Kühlmittels verringert wird. Als Ergebnis wird
der Kondensordruck verringert, so daß die
Kühlvorrichtung immer bei einem Kompressionsverhältnis nahe
dem zulässigen minimalen Kompressionsverhältnis
betrieben wird.
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Wenn die Außentemperatur hoch ist, ist das erste
Steuerventil 41 voll geöffnet und das zweite
Steuerventil 42 ist vollständig geschlossen.
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Das Verfahren zum Betrieb der Anordnung nach Fig. 8
wird unter Bezugnahme auf die Flußdiagramme nach den
Fign. 12(a) und 12(b) beschrieben.
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Die Steueroperation beim ersten Vorgang ist der
gleiche wie die in der Anordnung nach den Fign. 3 und 4.
Bei einem zweiten Vorgang wird, wenn der gemessene
Grad an Überhitze höher als der vorbestimmte Grad an
Überhitze (Y) ist und das Expansionsventil 23 voll
geöffnet (Y) ist, das Luftvolumen des Ventilators 27
der Außeneinheit abhängig von der Differenz zwischen
dem gemessenen und dem vorbestimmten Wert an
Superhitze
verringert, damit der Kondensordruck erhöht und
damit der Grad an Überhitze verringert wird. Im
Gegensatz dazu wird, wenn der gemessene Grad an
Überhitze geringer als der vorbestimmte Grad an Überhitze
(N) ist und das Luftvolumen des Ventilators 27
verringert wird (Y), um den Kondensordruck zu erhöhen,
das Luftvolumen des Ventilators 27 abhängig von der
Differenz zwischen dem gemessenen und dem
vorbestimmten Grad an Superhitze erhöht, wodurch den
Kondensordruck verringert und der Grad an Überhitze erhöht
wird. Wenn der Grad an Überhitze durch das
Expansionsventil 23 nicht gesteuert werden kann, wird mit
dem erf indungsgemäßen Verfahren das Luftvolumen des
Ventilators 27 gesteuert, um den Grad an Überhitze zu
steuern.
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Bei der Steueroperation des Luftvolumens werden
einige Ventilatoren intermittierend betrieben, wenn der
Ventilator der Außeneinheit eine Vielzahl von
Ventilatoren umfaßt.
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Die Steuerung des Kompressionsverhältnisses
entspricht derjenigen wie in dem Steuerverfahren für die
Anordnungen nach den Fign. 3 und 4. Wenn das
gemessene Kompressionsverhältnis geringer als das zulässige
minimale Kompressionsverhältnis ist (Y), wird das
Luftvolumen des Ventilators 27 abhängig von der
Differenz zwischen dem gemessenen Kompressionsverhältnis
und dem zulässigen minimalen Kompressionsverhältnis
verringert, so daß der Kondensordruck erhöht und das
Kompressionsverhältnis erhöht wird, damit es höher
ist als das zulässige minimale
Kompressionsverhältnis. Wenn allerdings das gemessene
Kompressionsverhältnis höher als das zulässige minimale
Kompressionsverhältnis ist (N), aber zu hoch ist, zum
Beispiel, wenn das Kompressionsverhältnis auf 3,0
erhöht wird, obwohl das zulässige minimale
Kompressionsverhältnis 2,0 ist, wird die
Kompressionsleistung zu hoch, wodurch ein nicht wirtschaftlicher
Betrieb bewirkt wird. Wenn daher das gemessene
Kompressionsverhältnis höher als das zulässige minimale
Kompressionsverhältnis ist, wird das Luftvolumen des
Ventils 27 gesteuert erhöht in Übereinstimmung mit
der Differenz zwischen den Werten, um den
Kondensordruck zu verringern, so daß die Kühlvorrichtung immer
bei einem Kompressionsverhältnis nahe dem zulässigen
minimalen Kompressionsverhältnis betrieben wird.
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Wenn die Außentemperatur hoch ist, wird der
Ventilator 27 der Außeneinheit derart betrieben, daß er das
maximale Luftvolumen abgibt.
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Entsprechend der oben beschriebenen Erfindung können
die folgenden Wirkungen erhalten werden.
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(1) Wenn die Kühlvorrichtung bei einer niedrigen
Außentemperatur betrieben wird, wird die
Kondensordruck-Steuervorrichtung verwendet. Daher wird selbst
wenn das Expansionsventil voll geöffnet ist, damit
die zirkulierende Kühlmittelmenge gering und der Grad
an Überhitze hoch ist, die Durchflußmenge des den
Kondensor umströmenden Kühlmittels gesteuert oder das
Luftvolumen zu dem Kondensor gesteuert, damit der
Grad an Überhitze gesteuert wird. Zusätzlich wird der
Kondensordruck auf einen minimalen notwendigen Druck
gedrückt, wodurch ein sparsamer Betrieb ermöglicht
wird.
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Fig. 13 zeigt ein Diagramm, bei dem die
Leistungskoeffizienten (COPs) der vorliegenden Erfindung und des
Standes der Technik nach Fig. 2 verglichen werden.
Der Leistungskoeffizient COP wird wie folgt
definiert:
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COP = Kühlkapazität der Luftkühlanlage [kWJ durch
elektrische Eingangsleistung des Kompressors
[kW].
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Mit der Anordnung und dem Steuerverfahren der
vorliegenden Erfindung taucht merkbar eine Differenz in den
Leistungskoeffizienten auf, wenn die Außentemperatur
20º C oder weniger ist. Wenn die Außentemperatur 5º C
oder weniger ist, wird der Leistungsfaktor ungefähr
2,5 mal dem nach dem Verfahren nach dem Stand der
Technik.
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Fig. 14 zeigt ein Diagramm, bei dem der Wirkungsgrad
einer Luftkühlanlage dargestellt wird, bei der das
Steuerverfahren nach der vorliegenden Erfindung
angewandt wird. Wie aus Fig. 14 zu erkennen ist, wird mit
dem Steuerverfahren nach der vorliegenden Erfindung
bei niedriger Außentemperatur die Kühlkapazität
erhöht und der Leistungsverbrauch wird verringert,
selbst bei einer identischen Betriebsfrequenz des
Kompressors im Vergleich zu dem Fall, bei dem die
Außentemperatur hoch ist. Daher kann der Betrieb mit
einem großen COP durchgeführt werden.
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(2) Wenn die Kühlvorrichtung bei niedriger
Außentemperatur betrieben wird, wird selbst wenn das
Verhältnis des Lieferdrucks zu dem Ansaugdruck niedriger ist
als das zulässige minimale Kompressionsverhältnis,
die Durchflußmenge des den Kondensor im Bypass
umströmenden Kühlmittels gesteuert oder das Luftvolumen
zu dem Kondensor gesteuert, damit ein minimaler
notwendiger Kondensordruck eingestellt wird. Dadurch
kann eine energiesparende Betriebsweise durchgeführt
werden, während der Kompressor geschützt wird.