DE69219229T2

DE69219229T2 - Kältekreislaufsystem

Info

Publication number: DE69219229T2
Application number: DE69219229T
Authority: DE
Inventors: Fumio Matsuoka; Kouichi Negoro; Takeshi Sugimoto; Toshiaki Yamaguchi; Tetsuya Yamashita
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-07-15
Filing date: 1992-07-08
Publication date: 1998-01-15
Anticipated expiration: 2012-07-09
Also published as: DE69219229D1; EP0523902B1; EP0523902A2; JPH0526518A; KR930002764A; EP0523902A3; SG67877A1; JP2537314B2; US5182920A; HK1006327A1; KR950005386B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältekreislaufsystem, welches geeignet ist, zum Beispiel in eine massengefertigte Kühlvorrichtung eingesetzt zu werden, und insbesondere für eine feine Temperatursteuerung in der Kühlvorrichtung
Es wird nun auf Fig. 3 Bezug genommen, in der ein schematisches Diagramm wiedergegeben ist, das ein herkömmliches Kältekreislaufsystem zeigt, welches zum Beispiel in der Veröffentlichung des japanischen ungeprüften Gebrauchsmusters Nr. 155982/1988 offenbart wurde. In Figur 3 bezeichnet die Bezugszahl 1 einen Kompressor. Die Bezugszahl 2 bezeichnet einen Kondensator. Die Bezugszahlen 6a und 6b bezeichnen Verdampfer. Die Bezugszahl 7 bezeichnet eine Kühlvorrichtung. Die Bezugzahl 9 bezeichnet einen Kühlvorrichtungs-Temperatursensor. Die Bezugszahl 11 bezeichnet eine saugseitige Leitung. Die Bezugszahl 12 bezeichnet einen Drucksensor, welcher einen Druck an der saugseitigen Leitung 11 erfaßt. Die Bezugszahl 13 bezeichnet eine Steuervorrichtung, welche eine Freguenzsteuerung eines Inverters 14 auf der Grundlage des von dem Drucksensor 12 erfaßten Druckes durchführt. Der Kompressor 1 wird von dem Inverter 14 angetrieben. Die Bezugszahl 15 bezeichnet eine Hochdruck-Flüssigkeitsleitung. Die Bezugszahlen 16a und 16b bezeichnen temperaturerfassende Kolben. Die Bezugszahlen 17a und 17b bezeichnen Verdampfungsexpansionsventile, deren Öffnen und Schließen durch die temperaturerfassenden Kolben 16a und 16b gesteuert wird. Die Bezugszahlen 18a und 18b bezeichnen Steuervorrichtungen, welche motorisierte Ventile 19a und 19b auf der Grundlage der von dem Temperatursensor 9 erfaßten Temperatur steuern.
Eine Arbeitsweise des herkömmlichen Kältekreislaufsystems wird erläutert. Wenn ein von dem Drucksensor 12 erfaßter Druckwert unterhalb eines in der Steuervorrichtung 13 voreingestellten Abschaltwertes während des Betriebs des Kältekreislaufsystem ist, gibt die Steuervorrichtung 13 ein eine Frequenzabnahme anzeigendes Signal an den Inverter 14 aus, um die Drehung des Kompressors 1 herabzusetzen. Andererseits gibt, wenn der von dein Drucksensor 12 erfaßte Druckwert oberhalb eines in der Steuervorrichtung 13 voreingestellten Abschaltwertes ist, die Steuervorrichtung 13 ein eine Frequenzerhöhung anzeigendes Signal zu dem Inverter 14 aus, um die Drehung des Kompressors 1 zu erhöhen.
Die motorisierten Ventile 19a und 19b werden automatisch durch die Steuervorrichtungen 18a und 18b eingestellt, um auf derselben Drosselgröße in Übereinstimmung mit einer Temperatur in der Kühlvorrichtung 7 zu sein. Durch eine derartige Drosseleinstellung der motorisierten Ventile 19a und 19b wird eine Kühlmittel-Zirkulationsmenge in dem Kältekreislauf gesteuert. Auf diese Weise werden die Temperaturen der Verdampfer 6a und 6b auf im wesentlichen demselben Pegel gehalten, um kaum Unregelmäßigkeiten in der Temperaturverteilung in der Kühlvorrichtung zu bewirken. Wenn zum Beispiel eine durch den Temperatursensor 9 erfaßte Temperatur unterhalb einer in der Steuervorrichtung 18a eingestellten Temperatur ist, geben die Steuervorrichtungen 18a und 18b Signale aus, die eine Abnahme in der Drosseleinstellung der motorisierten Ventile 19a und 19b anzeigen. Wenn die erfaßte Temperatur oberhalb einer in der Steuervorrichtung eingestellten Temperatur ist, geben die Steuervorrichtungen 18a und 18b Signale aus, die einen Anstieg in der Drosseleinstellung der motorisierten Ventile 19a und 19b anzeigen.
Zusätzlich werden das Öffnen und Schließen der Verdampfungsexpansionsventile 17a und 17b durch die temperaturerfassenden Ventile 16a und 16b gesteuert.
Da das herkömmliche System wie vorstehend festgestellt ausgebildet ist, schafft das herkömmliche System ein Problem dahingehend, daß keine Korrelation besteht zwischen den Öffnungs- und Schließvorgängen der Verdampfungsexpansionsventile auf der Einlaßseite des Verdampfers und den Öffnungs- und Schließvorgängen der motorisierten Ventile auf der Auslaßseite des Verdampfers, und daß ein Drucknachlauf bewirkt wird, um eine Kapazität instabil zu machen und die Zuverlässigkeit zu verschlechtern.
Die US-A-3 965 693 offenbart ein Kältekreislaufsystem in Übereinstimmung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das vorerwähnte Problem zu lösen und eine feine Temperatursteuerung für ein Kältekreislaufsystem zu schaffen, das in der Lage ist, in einer stabilen Weise gesteuert zu werden ohne Nachlauf in einem Verdampfungsdruck (Temperatur), und eine Kapazitätssteuerung in einer Drosselsteuerung eines Kompressors ohne einen Inverter durchzuführen.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Kältekreislauf system wie im Anspruch 1 angegeben.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung bestehen drei Druckpegel in dem Kältekreislauf, d.h. ein Kondensationsdruck, eine Verdampfungsdruck und ein Saugdruck, welche als Hochdruck, Mitteldruck und Niederdruck bezeichnet werden. Das elektrische Expansionsventil in der ersten Stufe sieht einen Druckabfall zwischen dem Hochdruck und dem Mitteldruck vor, und das motorisierte Saugdrosselventil in der zweiten Stufe sieht einen Druckabfall zwischen dem Mitteldruck und dem Niederdruck vor. Die Drosselventile in der ersten und der zweiten Stufe werden in Verbindung miteinander gesteuert. Als eine Folge wird der in dem Verdampfer verwendete Druck (der Mitteldruck) bestimmt durch ein relatives Verhältnis der Drosselwerte (d.h. Widerstände im Durchgang) in der ersten und der zweiten Stufe, um eine geeignete Steuerung der Drosselung in der zweiten Stufe durchzuführen. Wie erläutert, ermöglicht die Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, worin eine Variable der Einstellung des elektrischen Expansionsventils und eine Variable der Einstellung des motorisierten Saugdrosselventils in Verbindung miteinander gesteuert werden in Übereinstimmung mit einer Verdampferlast, daß der in dem Verdampfer verwendete Druck (der Mitteldruck) bestimmt wird auf der Grundlage eines relativen Verhältnisses zwischen den Drosseleinstellwerten der jeweiligen Ventile, wodurch ein Vorteil dahingehend geschaffen wird, daß eine geeignete Steuerung ohne Nachlauf durchgeführt werden kann.
In den Zeichnungen:
Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm, wel ches das Kältekreislaufsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist ein Mollier-Diagramm eines Kältemittels gemäß dem Ausführungsbeispiel; und
Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm, welches ein herkömmliches Kältekreislaufsystem zeigt.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
In Fig. 1 bezeichnet die Bezugszahl 1 einen Kompressor, welcher eine konstante Drehung hat. Die Bezugszahl 2 bezeichnet einen Kondensator. Die Bezugszahl 3 bezeichnet ein Reservoir. Die Bezugszahl 4 bezeichnet ein Solenoidventil. Die Bezugszahl 5 bezeichnet ein elektrisches Entspannungsventil. Die Bezugszahl 6 bezeichnet einen Verdampfer. Die Bezugszahl 7 bezeichnet eine Kühlvorrichtung. Die Bezugszahl 8 bezeichnet ein motorisiertes Ansaug-Drosselventil. Die Bezugszahl 9 bezeichnet einen Temperatursensor in der Kühlvorrichtung. Die Bezugszahl 10 bezeichnet eine Steuereinheit. Der Kompressor 1, der Kondensator 2, das Reservoir 3, das Solenoidventil 4, das elektrische Entspannungsventil 5, der Verdampfer 6 und das motorisierte Ansaug-Drosselventil bilden einen Kältekreislauf.
Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen, in welcher ein Mollier-Diagramm eines Kältemittels in dem Kältekreislaufsystem gemäß dem Ausführungsbeispiel gezeigt ist, worin Betriebspunkte bei der Kälteerzeugung gezeigt sind. Die Punkte a bis e in Fig. 1 und diejenigen in Fig. 2 entsprechen jeweils einander, um dieselben Betriebspunkte zu zeigen. Ein gasförmiges Kältemittel an dem Punkt a, welches von dem Kompressor 1 ausgegeben wurde und welches eine hohe Temperatur und einen hohen Druck (PH) hat, tritt in den Kondensator 2 ein, um unter einem hohen Druck kondensiert und verflüssigt zu werden, und es erreicht den Punkt b.
Das so verflüssigte Kältemittel geht durch das Reservoir 3 hindurch und geht durch das geöffnete Solenoidventil 4 hindurch. Dann wird der Druck des Kältemittels durch das elektrische Entspannunqsventil 5 auf einen mittleren Druck BM verringert, um ein Zweiphasen-K4ltemittel an dem Punkt c zu bilden. Das Kältemittel wird im Verdampfer 6 verdampft, um ein verdampftes gasförmiges Kältemittel an dem Punkt d zu bilden. Der Druck des Kältemittels wird durch das motorisierte Ansaug-Drosselventil 8 auf einen niedrigen Druck PL herabgesetzt und erreicht den Punkt e.
Dann wird das Kältemittel in den Kompressor 1 geführt.
Ein Ausströmen Gcomp [Kg/h] des Kältemittels aus dem Kompressor 1 wird durch die Gleichung (1) gezeigt:
Gcomp = Vp 1/Ve η (1)
Vp: Theoretische Kolbenversetzung [m³/h]
Ve: Spezifisches Volumen des Ansauggases [m³/kg]
η : Volumetrischer Wirkungsgrad.
Weil Vp (theoretische Kolbenversetzung in der Gleichung (1)) in dem Kompressor 1 mit konstanter Drehung konstant ist, wird eine Kapazitätssteuerung durchgeführt auf der Grundlage des spezifischen Volumens Ve des Ansauggases, d.h. die Kapazitätssteuerung wird bestimmt durch einen Wert, welcher den niedrigen Druck PL anzeigt.
Andererseits hat eine Drosselseite eine Zweistufen- Struktur. Die Drosseleinstellung SLEV [m²] des elektrischen Entspannungsventils 5 als die Drossel der ersten Stufe wird gezeigt durch die Gleichung (2):
CD: Strömungskoeffizient.
Die Drosseleinstellung Suc [m²] des motorisierten Ansaug-Drosselventils 8 als der Drossel der zweiten Stufe wird gezeigt durch die Gleichung (3):
Aus der Gleichung (2) und der Gleichung (3) wird die folgende Gleichung erhalten:
Die Gleichung (4) zeigt an, daß ein Verhältnis der Drosseleinstellung SLEV [m²] des elektrischen Entspan nungsventils 5 zu der Drosseleinstellung SSuc [m²] des motorisierten Ansaug-Drosselventils 8 nahezu umgekehrt proportional ist zu einem Verhältnis des Druckabfalls zwischen dem Hochdruck PH und dem Mitteldruck PM und dem zwischen dem Mitteldruck PM und dem Niederdruck PL
Es bedeutet, daß, um den Mitteldruck PM als den Verdampfungsdruck anzuheben, die Drosseleinstellung SLEV des elektrischen Entspannungsventils 5 geöffnet wird und die Ventileinstellung SSuc des motorisierten Ansaug-Drosselventils 8 gedrosselt wird, und daß, um den Mitteldruck PM herabzusetzen, die Drosseleinstellung SLEV des elektrischen Entspannungsventils 5 gedrosselt wird und die Ventileinstellung SSuc des motorisierten Ansaug-Drosselventils 8 geöffnet wird.
Wenn die Verdampfungslast groß ist, wird die Variable ΔSLEV der Drosseleinstellung SLEV des elektrischen Entspannungsventils 5 so eingestellt, daß sie in einer Drosselrichtung ΔSLEV < 0 ist, und die Variable SSuc der Drosseleinstellung SSuc des motorisierten Ansaug- Drosselventils 8 wird so eingestellt, daß sie in einer die Drosselung herabsetzenden Richtung ΔSSuc ≥ 0 in Verbindung mit dem Betrieb des elektrischen Entspannungsventils ist. Umgekehrt wird, wenn die Verdampfungslast klein ist, die Variable der Drosseleinstellung des elektrischen Entspannungsventils so eingestellt, daß sie in einer die Drosselung herabset zenden Richtung ΔSLEV > 0 ist, und die Variable der Drosseleinstellung des motorisierten Ansaug-Drosselventils wird so eingestellt, daß sie in einer Drosselungsrichtung ΔSSuc < 0 in Verbindung mit dem Betrieb des elektrischen Entspannungsventils ist.
Wenn zum Beispiel eine erfaßte Temperatur TR in der Kühlvorrichtung höher ist als ein eingestellter Wert TR*, wird bestimmt, daß die Verdampfungslast groß ist. Das elektrische Entspannungsventil wird gedrosselt und die Drosselung des motorisierten Ansaug- Drosselventils wird verringert. Umgekehrt wird, wenn TR ≤ TR* ist, bestimmt, daß die Verdampfungslast klein ist. Die Drosselung des elektrischen Entspannungsventils wird verringert und das motorisierte Ansaug- Drosselventil wird gedrosselt.
Wie erläutert ist, wird, wenn eine Kapazität zu erhöhen ist, weil die Verdampfungslast groß ist, die Drosseleinstellung des elektrischen Entspannungsventils so eingestellt, daß sie in einer Drosselungsrichtung ist, und die Drosseleinstellung des motorisierten Ansaugventils wird so eingestellt, daß sie in in einer die Drosselung verringernden Richtung ist in Verbindung mit dem Betrieb des elektrischen Entspannungsventils. Umgekehrt wird, wenn eine Kapazität zu verringern ist, weil die Verdampfungslast klein ist, die Drosseleinstellung des elektrischen Entspannungsventils so eingestellt, daß sie in einer die Drosselung verringernden Richtung ist, und die Drosseleinstellung des motorisierten Ansaugventils wird so eingestellt, daß sie in einer Drosselungsrichtung ist in Verbindung mit dem Betrieb des elektrischen Entspannungsventils. Eine derartige Anordnung kann eine Kapazitätssteuerung realisieren, welche frei von Nachlauf ist.

Claims

1. Kältekreislaufsystem, welches aufweist:

einen Kältekreislauf mit einem Kompressor (1), einem Kondensator (2), einem variablen Entspannungsventil (5), einem Verdampfer (6) und einem variablen Ansaug-Drosselventil (8), die in Reihe in diesem verbunden sind; und

Steuermittel (9,10) zum Verändern der Drosseleinstellungen der Ventile (5,8) entsprechend der Verdampfungs last;

dadurch gekennzeichnet

daß das Entspannungsventil (5) ein elektrisches Ventil mit einer Drossel-Nenneinstellung SLEV ist;

das Ansaug-Drosselventil (8) ein motorgetriebenes Ventil mit einer Drosselnenneinstellung SSuc ist; und

die Steuermittel (9,10) die Verdampfungslast erfassen und jeweilige in Wechselbeziehung stehende, variable Drosseljustierungssignale ΔSLEV und ΔSSuc an das elektronische Entspannungsventil (5) und das motorgetriebene Ansaug-Drosselventil (8) ausgeben, als eine Funktion der erfaßten Verdampfungslast, worin, (a) wenn die Steuermittel erfassen, daß die Verdampfungslast groß ist, die Steuermittel ein Signal ΔSLEV, welches die Entspannugnsventil-Einstellung SLEV im Sinne einer Drosselung justiert, und ein Signal ΔSSuc, welches die Ansaug-Drosselventil-Einstellung SSuc im Sinne einer Verringerung der Drosselung justiert, angeben, und (b) wenn die Steuermittel erfassen, daß die Verdampfungslast klein ist, die Steuermittel ein Signal ΔSLEV, welches die Entspannungsventil-Einstellung SLEV im Sinne einer Verringerung der Drosselung justiert, und ein Signal ΔSSuc welches die Ansaug-Drosselventileinstellung SSuc im Sinne einer Drosselung justiert, ausgeben.

2. System nach Anspruch 1, enthaltend ein Solenoid ventil (4) zwischen dem Kondensator (2) und dem Entspannungsventil (5).