DE69923382T2

DE69923382T2 - Kühlbehälter und Verfahren zur Optimierung der Temperaturabsenkung im Behälter

Info

Publication number: DE69923382T2
Application number: DE69923382T
Authority: DE
Inventors: Boris Marlborough Karpman; Alexander Manlius Lifson
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 1998-07-02
Filing date: 1999-06-08
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2019-06-09
Also published as: JP3192130B2; EP0969257A3; DE69923382D1; DK0969257T3; US6058729A; ES2237887T3; JP2000081265A; ATE288062T1; EP0969257B1; EP0969257A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft ein gekühltes Behältnis und ein Verfahren zum Betreiben eines Kühlsystems zum Kühlen eines gekühlten Behältnisses, insbesondere zum Optimieren des Kühlens und im Gleichgewicht-halten der Kapazität, der Energieeffizienz und der Zuverlässigkeit eines Kühlsystems, das einem Vorgang der Temperaturverringerung in einem gekühlten Raum unterzogen wird.
Beim Kühlen eines Behältnisses zum Befördern von Fracht ist ein Kühlsystem angebracht, um ein Behältnis zu kühlen und Waren in dem Behältnis auf einer Zieltemperatur zu halten. Zu jedem gegebenen Zeitpunkt sind die Kühlsystembetriebsbedingungen durch mehrere Faktoren bestimmt. Zum Beispiel beeinflussen die Zielpunkt- oder Einstellpunkttemperatur, die Umgebungstemperatur, die Temperatur innerhalb des gekühlten Behältnisses und die elektrischen Eigenschaften der elektrischen Stromversorgung alle die Betriebsbedingungen. Wenn sich diese Parameter ändern, so ändern sich auch die Kühlsystembetriebsbedingungen.
Zwischenmodus-Kühlbehältnisse sind dazu ausgelegt, Waren bei verschiede- nen Transportmoden zu transportieren, wobei eine Zieltemperatur innerhalb des Behältnisses zu allen Zeitpunkten aufrechterhalten wird. Dieser Typ von gekühltem Behältnis unterliegt besonders heftigen Änderungen bei allen o.g. Parametern.
Der Vorgang des Bringens der Temperatur von einer anfänglich warmen Fracht und einem anfänglich warmen Behältnis auf eine Zieltemperatur für ein Zwischenmodus-Kühlbehältnis muss unter weit variierenden Bedingungen in den o.g. Parametern erfolgen. Diese anfängliche Temperaturverringerung von einer Anfangstemperatur auf eine Zieltemperatur wird allgemein als Temperatursenkung (temperature pull down) bezeichnet. Die Stromversorgungseigenschaften, Zieltemperaturen und Umgebungstemperatur können stark variieren, wie z.B. von sehr geringen zu sehr hohen Temperaturen. Diese variierenden Parameter stellen spezielle Anforderungen an ein Kühlsystem für Zwischenmodus-Transportbehältnisse. Während es wünschenswert ist, die Energieeffizienz, die Kühlkapazität und die Zuverlässigkeit des Kühlsystems zu maximieren, ist es häufig unrealistisch, alle diese Ziele für die feste Konfiguration eines Kühlsystems zu erreichen. Betriebsbegrenzungen werden dem Kühlsystem durch die Hardware, das Kühlmittel und Sicherheitsanforderungen auferlegt. Jede dieser Begrenzungen erzeugt zusätzliche Schwierigkeiten beim Erhalten einer universellen Kühlsystemkonfiguration, die einem Bereich von Betriebsbedingungen genügen würde, die typischerweise in einem Behältnis-basierten Kühlsystem angetroffen werden. Beispielsweise könnte der Modus maximaler Kühlkapazität in bestimmten Fällen nicht sehr effizient sein. Es können auch Betriebsgrenzen (z.B. elektrisch etc.) während des Betriebs maximaler Kühlkapazität überschritten werden.
Wenn das Kühlsystem einen Spiralkompressor einsetzt, gibt es Grenzen, die besonders schwer zu bewältigen sind. Zum Beispiel haben Spiralkompressoren Grenzen beim Motorstrom, Auslassdruck, Auslasstemperatur und Saugdruck, welche alle sorgfältig überwacht werden müssen.
Es gibt daher einen Bedarf dafür, ein Verfahren und einen Algorithmus zum Anpassen eines Kühlsystems zu erzeugen, um variierenden Betriebsbedingungen Rechnung zu tragen, wobei das System vor einem Betrieb außerhalb voreingestellter Grenzen geschützt wird.
EP 0718 568 offenbart ein Verfahren der Kapazitätssteuerung für Kompressoren mehrerer Stufen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
In einem ersten breiten Aspekt sieht die vorliegende Erfindung ein abgedichtetes Kühlbehältnis wie in Anspruch 1 beansprucht vor.
In einem zweiten breiten Aspekt sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Kühlsystems wie in Anspruch 6 beansprucht vor.
In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung wird ein Kühlsystem in einem von mehreren möglichen Moden gemäß einem Verfahren betrieben, das optimale Kapazität, Energieeffizienz und Zuverlässigkeit eines Kühlsystems bei jeder Stufe eines Temperatursenkungsvorgangs erreicht. Das Kühlsystem in seinem Modus höchster Kapazität direkt beim Starten zu betreiben, kann dazu führen, bestimmte System- und/oder Kompressorbetriebsgrenzen zu überschreiten. Die Grenzen an dem System müssen sorgfältig eingehalten werden, um hohe Zuverlässigkeit des Systems und des Kompressors zu gewährleisten. Andererseits können bestimmte Energieeffizienz-sensitive Anwendungen einen Betrieb des Kompressors in einem Modus geringerer Kapazität erfordern, um den Gesamtenergieverbrauch zu minimieren. Ein Kühlsystementwickler kann einen gewünschten Kompromiss zwischen Kapazität, Energieeffizienz und Zuverlässigkeit durch geeignete Auswahl der Betriebsmoden des erfindungsgemäßen Verfahrens erreichen.
In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung ist ein Kühlsystem mit den nötigen Elementen ausgestattet, um Saugdrosselung, Bypassentlastung und Economizing zu ermöglichen. Dieses System kann in einem von mehreren Moden betrieben werden, die verschiedene Kombinationen der o.g. Kühlsystemelemente einsetzen.
Das System kann in sechs verschiedenen Moden betrieben werden. In einem ersten Modus wird das Kühlsystem mit eingeschaltetem Economiserkreis betrieben, wobei weder die Bypassentlastung noch die Saugdrosselung aktiviert ist. Dies ist der Modus höchster Kapazität für den meisten Betrieb. Ein zweiter Modus weist den Einsatz des Economiserkreises zusammen mit der Saugdrosselung auf. Dies würde typischerweise zu einer ein wenig geringeren Systemkapazität führen. Der Kompressor würde jedoch weiterhin bei einem geringeren Auslassdruck und Strom arbeiten, was in Fällen kritisch wäre, in denen die Auslassdruck- oder Strombetriebsgrenzen ansonsten überschritten würden.
Ein dritter Modus wird manchmal als Standardbetrieb bezeichnet. Keine der o.g. Einrichtungen wird eingesetzt. Das heißt, der Economiserkreis ist deakti viert, die Bypassentlastung ist geschlossen, und keine Saugdrosselung ist vorgesehen.
Der vierte Modus ist eine Kombination von Standardmoden mit Saugdrosselung.
Ein fünfter Modus nutzt Bypassentlastung mit weder Saugdrosselung noch Economiserkreis-Aktivierung.
Ein sechster Modus ist eine Kombination von Bypassentlastung mit Saugdrosselung. Der sechste Modus nutzt kein Economizing.
In einem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird eine Strategie eines geschlossenen Regelkreises zum Einsetzen der sechs obigen Moden verwendet. Das System wird in einem der höherzahligen Moden (d.h. dem sechsten oder dem fünften) gestartet. Wenn das Absenken fortschreitet, werden die Systembetriebsgrenzen überwacht (z.B. Kompressorstrom, Auslassdruck, Auslasstemperatur, etc.). Wenn nach einer Zeitdauer alle Systemparameter um eine ausreichende Spanne unterhalb der korrespondierenden Grenzen sind, wird dem System erlaubt, sich zu einem geringerzahligen Modus (z.B. dem dritten) zu bewegen.
Eine ähnliche Taktik einsetzend wird das System schließlich bei seinem Modus höchster Kapazität, Modus 1, ankommen. Wenn jedoch zu irgendeinem Zeitpunkt im Verlauf des Absenkens eine der Systembetriebsgrenzen überschritten wird, bewegt sich das System zurück zu einem höherzahligen Modus.
Ferner ist es auch möglich, einen Zwischenmodus als Rückfallposition einzusetzen. Das heißt, wenn das System von Modus sechs zu Modus drei geschaltet wird und eine der Grenzen dann überschritten wird, kann das System zu Modus fünf zurückkehren oder, in einer anderen Variation, zu Modus vier. Nach Betreiben dieser Rückfallposition für eine Zeitdauer kann das System, wenn die Systembetriebsparameter um eine akzeptable Spanne unter korrespondierenden Grenzen sind, wieder einen weiteren Übergang zu einem Modus höherer Ka pazität versuchen. Auf diese Weise werden die Systemkapazität und die Energieeffizienzen optimiert, wobei Betriebsgrenzen während des gesamten Absenkvorgangs nicht überschritten werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Strategie eines offenen Regelkreises eingesetzt. Dieses Verfahren setzt früheres Wissen des Systembetriebs über den Betriebsverlauf ein. Aus Experimenten oder Analyse kann man bei einer Steuerstrategie ankommen, die direkt von Betriebseigenschaften abgeleitet ist, wie der Umgebungstemperatur, dem gekühlten Raum, der Temperatur, der elektrischen Stromversorgungsspannung, der Frequenz, etc. Betrieb unter diesem Verfahren führt automatisch zu einem optimalen Kompromiss zwischen Kapazität, Energieeffizienz und Zuverlässigkeit, vorgesehen durch einen eingebauten Steueralgorithmus.
Diese und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung können am besten aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen verstanden werden, von denen das Nachfolgende eine kurze Beschreibung ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht eines Behältniskühlsystems.
2 ist ein Diagramm eines grundlegenden Kühlzyklus, aufgezeigt in Druck-Enthalpie-Koordinaten.
3 zeigt die Wirkung einer Bypassentlastung an dem Druck-Enthalpie-Diagramm.
4 zeigt die Wirkung des Economizing an dem Druck-Enthalpie-Diagramm.
5 zeigt die Temperatur in einem gekühlten Raum gegen die Zeit für einen typischen Absenkprozess.
6a ist eine Kapazitätsabbildung eines typischen Kühlsystems.
6b ist eine Energieeffizienzabbildung eines typischen Kühlsystems.
7 ist ein Flussdiagramm für einen geschlossenen Regelkreisalgorithmus gemäß dieser Erfindung.
8 ist ein Flussdiagramm für einen offenen Regelkreisalgorithmus gemäß dieser Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Ein Kühlsystem 24 zum Kühlen eines gekühlten Behältnisses 22 ist in 1 veranschaulicht. Das Kühlsystem 24 enthält einen Kompressor 26, einen Kondensor 28, einen Verdampfer 30 und ein Expansionselement 32, wie bekannt. Dies sind die vier Hauptkomponenten eines typischen Kühlsystems. Das Kühlsystem 24 ist auch mit einem Saugmodulationsventil 34 (SMV) vorgesehen, welches eine bekannte Komponente ist, die das zu dem Kompressor führende Saugfluid drosselt. Ein Entlasterbypassventil 36 (unloader, UNLD) verbindet komprimiertes Kühlmittel teilweise oder vollständig zurück zu dem Kompressoreinlass. Auf diese Weise minimiert das Entlasterventil die Last an dem Kompressor und minimiert auch die Menge von den Kompressor verlassendem Fluid. Entlasterventile sind bekannt, und das Entlasterventil bildet keinen Teil dieser Erfindung. Es ist die Verwendung des Entlasterventils zu bestimmten Zeitpunkten innerhalb des Verfahrens dieser Erfindung, die erfinderisch ist. Dasselbe trifft auf das Saugmodulationsventil zu.
In einer am stärksten bevorzugten Ausführungsform verbindet das Entlasterventil eine Economiserleitung zurück zu der Hauptsaugleitung.
Ein Economiserkreis 38 (ECON) umfasst ein Economiserleitungs-Expansionselement 40, einen Economiserwärmetauscher 42 und ein Economiserleitungsventil 39. Der Economiser selbst ist wiederum nicht erfinderisch. Statt dessen ist es die Verwendung und die Beziehung unter den Komponenten des Kühlsystems 24, die der erfinderische Aspekt dieser Erfindung sind.
2 zeigt eine Sättigungskurve A und eine Kühlzykluskurve B, die in Druck-Enthalpie-Koordinaten aufgetragen sind. Die Sättigungskurve A gibt die thermodynamische Eigenschaft des verwendeten Kühlmittels wieder. Die Kühlzykluskurve B gibt die Eigenschaften des durch das Kühlsystem zirkulierenden Kühlmittels an verschiedenen Stellen und Punkten in dem Zyklus wieder.
Die Sättigungskurve trennt die zwei Phasen (Flüssig-Gas-Regionen) unter der Sättigungskurve von der rein flüssigen Region (oberhalb und links der Kurve) und einer rein gasförmigen Region (oberhalb und rechts der Kurve).
Punkt 1 der Kurve B entspricht dem in den Kompressoreinlass eindringenden thermodynamischen Zustand.
Punkt 2 der Kurve B entspricht dem den Kompressorauslass verlassenden thermodynamischen Zustand.
Punkt 3 entspricht dem den Kondensor verlassenden und die Drosselvorrichtung verlassenden thermodynamischen Zustand.
Punkt 4 entspricht dem in den Verdampfer eintretenden oder die Drosselvorrichtung verlassenden thermodynamischen Zustand.
Diese vier unterschiedlichen Prozesse bilden einen grundlegenden Kühlzyklus. Das Kühlmittel wird zwischen den Zustandspunkten 1 und 2 komprimiert. Energie in der Form von Wärme wird aus dem Kühlmittel zwischen den Punkten 2 und 3 in einem allgemein als ein Kondensor bezeichneten Wärmetauscher entnommen. Der Kondensor gibt Wärme in die umgebende Umgebung ab. Eine adiabatische Expansion über das Drosselventil (oder feste Beschränkung) findet zwischen den Punkten 3 und 4 statt. Energie wird zwischen den Zustandspunkten 4 und 1 in der Form von Wärme in einem allgemein als ein Verdampfer bezeichneten Wärmetauscher absorbiert. Der Verdampfer entnimmt Wärme aus dem klimatisierten Raum, wie dem gekühlten, oben beschriebenen Behältnis.
3 zeigt eine Modifikation des grundlegenden, in 2 gezeigten Kühlzyklus. In 3 ist ein Saugmodulationsventil zwischen dem Verdampfer und dem Kompressor angeordnet.
Als ein Ergebnis des Saugmodulationsventilbetriebs findet ein zusätzlicher, annähernd adiabatischer Expansionsvorgang zwischen dem Auslass des Verdampfers und dem Einlass des Kompressors statt. Der Saugdruck ist reduziert, und die Kompressormassenströmungspumpkapazität ist vermindert aufgrund des höheren spezifischen Volumens von Gas bei geringerem Saugdruck. Dies wiederum senkt die Systemkühlkapazität. Das Saugmodulationsventil ist das Element, das verwendet wird, um die Saugdrosselung in den oben beschriebenen Moden zu erreichen.
4 zeigt eine Modifikation des grundlegenden Kühlzyklus, wenn ein Economiserkreis hinzugefügt wurde. Wie in dem grundlegenden Kühlzyklus verlässt ein Kühlmittel geringer Enthalpie den Kondensor am Zustandspunkt 3. Die Kühlmittelströmung wird dann in einen Economiser- (Hilfs-) Strom und einen Verdampfer- (Haupt-) Strom aufgeteilt. Der Economiserstrom unterliegt einer adiabatischen Expansion über eine Drosselvorrichtung von Punkt 3 zu Punkt 4A. Der Druck wird auf einen mittleren Druck reduziert, der dem Zustand bei einem dazwischen liegenden Punkt des Kompressionsvorgangs entspricht. Dann treten sowohl der Hilfs- als auch der Hauptstrom in den allgemein als ein Economiser bezeichneten Wärmetauscher ein. Der Dampf im Hilfsstrom verdampft bei dem Zwischendruck und dringt in den Kompressor an einem dazwischen liegenden Punkt des Kompressionsvorgangs ein. Wenn der Dampf in dem Hilfsstrom verdampft, wird der Hauptstrom weiter abgekühlt zwischen den Punkten 3 und 3A. Als ein Ergebnis wird die Enthalpie des Hauptstroms weiter gesenkt, und die Enthalpiedifferenz zwischen den Zustandspunkten 4 und 1 wird somit gesteigert. Die Systemkühlkapazität ist direkt proportional zu der Enthalpieänderung in dem Verdampfer, und somit wird die Kühlsystemkühlkapazität durch die Verwendung des Economiserkreises gesteigert. Da eine zu sätzliche Kühlwirkung nur mit teilweiser Komprimierung des Hilfsstroms erreicht wird, wird die Gesamtenergieeffizienz gesteigert. Der Economiserkreis sorgt somit für eine zusätzliche Kühlkapazität in einer energieeffizienten Weise.
Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren zum Einsetzen einer Kombination des Economiserkreises, der Entlasterbypassleitung und eines Saugmodulationsventils, um Kapazität, Energieeffizienz und Zuverlässigkeit eines Behältniskühlsystems, das dem Temperaturabsenkprozess unterzogen wird, zu optimieren. Sechs Operationsmoden für das in 1 veranschaulichte Kühlsystem sind definiert. Diese Moden sind im Abschnitt der Zusammenfassung der Erfindung beschrieben und beziehen sich auf die Verwendung jedes der drei oben beschriebenen Elemente allein oder in Kombination.
Zum Verständnis der in dieser Erfindung diskutierten Verfahren sollten die 6A und 6B studiert werden. Diese Figuren zeigen eine Kühlsystem-Nettokühlkapazität und eine Energieeffizienz und wie sie beeinflusst werden durch Betriebsmoden, Umgebungstemperatur und eine Temperatur des kontrollierten oder gekühlten Raums bei einem Kühlsystem, das zum Betrieb in den sechs Moden in der Lage ist.
Die Linien A-niedrig und A-hoch entsprechen einem economisierten Betrieb bei niedrigen und hohen Umgebungstemperaturbedingungen. Die Linien B-niedrig und B-hoch entsprechen einem Standardbetrieb bei niedrigen und hohen Umgebungsbedingungen, und die Linien C-niedrig und C-hoch entsprechen einem entlasteten Betrieb bei den niedrigen und hohen Umgebungstemperaturbedingungen. Es ist wichtig, zu erkennen, dass jede Linie den Effekt des Saugdrosselns umfasst, wie er benötigt wird, um Betriebsgrenzen bei diesen dargestellten Bedingungen aufrechtzuerhalten.
Wie aus den 6A und 6-b zu sehen ist, erreicht der Betrieb niedriger Umgebungstemperatur die höchste Kapazität, wenn das Kühlsystem für economisierten Betrieb konfiguriert ist. Es wird angemerkt, dass die Energieeffizienz weiterhin mit der Temperatur innerhalb des gekühlten Raums variiert. Die höchste Effizienz wird erreicht bei einem entlasteten Modus bei höheren Tem peraturen, bei einem Standardmodus bei mittleren Temperaturen und in einem economisierten Modus bei niedrigeren Temperaturen.
Bei hohen Umgebungstemperaturen wird jedoch die höchste Kapazität nicht länger mit economisiertem Betrieb über den Kontrolltemperaturbereich erreicht. Ein entlasteter Betrieb führt zu einer maximalen Kühlung am oberen Ende des Temperaturbereichs, und ein Standardmodus sorgt für die maximale Kühlung im mittleren Temperaturbereich. Schließlich hat der ökonomisierte Modus die höchste Kapazität am unteren Ende des Temperaturbereichs. Wie oben angemerkt, könnte man denken, dass der nominale Betrieb höchster Kapazität, oder economisierte Betrieb, sich bei der höchsten Kapazität über die Bereiche ergeben würde. Diese Figuren zeigen, dass dies nicht der Fall ist.
Abhängig von dem spezifischen Anwendungsziel kann ein Kühlsystementwickler klar einen wünschenswerten Kompromiss erreichen zwischen Kapazität und Energieeffizienz durch Zuordnung der Betriebsmoden, basierend auf verschiedenen Systemeigenschaften (z.B. Umgebungstemperatur, Steuertemperatur, Kompressorstrom, Auslassdruck, etc.). Dieses Verfahren ist besonders gut geeignet für Kühlsysteme, die mit einer Mikroprozessor-basierten Steuerung ausgerüstet sind, die in der Lage ist, die Systembetriebsparameter kontinuierlich zu überwachen und Systemvorrichtungen gemäß einer programmierten Logik zu steuern.
Das vorliegende Verfahren dieser Erfindung wird weiter verstanden durch Untersuchen des in 5 dargestellten Temperaturabsenkprozesses. 5 stellt die Temperatur innerhalb des gekühlten Behältnisses (T) vom Beginn des Vorgangs und bis ein Einstellpunkt T_set erreicht ist, grafisch dar. Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist, einen wünschenswerten Kompromiss zwischen der Zeit, die benötigt wird, um T_set zu erreichen, und der durch das Kühlsystem verbrauchten Energie zu erreichen, wobei der Betrieb innerhalb aller Betriebsgrenzen gehalten wird. In einem Verfahren der vorliegenden Erfindung strebt das System an, den Modus höchster Kapazität in der aufsteigenden Weise zu erreichen, wie sie in der Zusammenfassung der Erfindung beschrieben ist.
7 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erreichen des gewünschten Kompromisses zwischen Energieeffizienz und Nettokühlkapazität in dem Kühlsystem während eines Absenkprozesses (wobei das System innerhalb eingestellter Grenzen an allen Betriebsparametern gehalten wird) oder des Steuerschemas vom Typ des geschlossenen Kreises. Dies ist ein Schema eines geschlossenen Regelkreises. Wie in 7 zu sehen ist, ist die Steuerung dazu programmiert, das Kühlsystem in einem Modus geringer Kapazität, wie einem entlasteten Modus, zu starten und während des Betreibens des Saugmodulationsventils das System innerhalb der Betriebsgrenzen zu halten.
Betriebsgrenzen (z.B. Stromentnahme, maximale Auslasstemperatur etc.) werden in der Steuerung für jede von mehreren Einrichtungen eingestellt. Der Kompressor sollte diese Grenzen nicht überschreiten, da dies unerwünscht wäre und den Kompressor potenziell beschädigen könnte. Diese Grenzen werden durch einen Systementwickler einfach eingestellt und würden von System zu System variieren. Bei der vorliegenden Erfindung ist die Steuerung jedoch mit Angaben ausgestattet, was diese Grenzen sind, und ist in der Lage, die vorliegenden Betriebsparameter mit diesen Grenzen zu vergleichen.
Während des Betriebs im Modus 6 ist das Saugmodulationsventil über eine Zeitdauer vollständig geöffnet. Dies steigert die Kapazität, so dass nur der Entlaster verwendet wird. Nach einer bestimmten Zeitdauer bei dieser Bedingung versucht die Steuerung einen Übergang zu einem Standardmodus durch Schließen des Entlasters. Dieser Modus wird mit einem Drosseln (d.h. in Modus 4) begonnen. Wenn der Übergang zu dem Standardmodus gemacht ist und die eingestellte Zeitdauer verstreicht (_t₂), wird die Saugmodulationsventilposition überprüft. Das Saugmodulationsventil wird durch eine Steuerung gesteuert, um das System innerhalb der Betriebsgrenzen zu halten. Die Steuerung versucht, das Modulationsventil hin zu einer vollständig geöffneten Position zu öffnen, während der Betrieb innerhalb der Grenzen gehalten wird. Das Saugmodulationsventil wird somit wünschenswerterweise durch jede Phase des Absenkprozesses eingesetzt, um den Betrieb innerhalb der eingestellten Grenze zu halten. Somit gibt die Position des Saugmodulationsventil zu jedem Zeitpunkt eine indirekte Angabe des derzeitigen Betriebsmodusstatus in Bezug auf die Betriebs grenzen. Das heißt, wenn das System sich einer Betriebsgrenze nähert, wird das Saugmodulationsventil langsam durch die Steuerung geschlossen, um das System zurück in die Grenzen zu bringen.
Wenn die Saugmodulationsposition weniger als einige Prozent offen ist (X%), kann die Steuerung nach der Zeitdauer dann das Kühlsystem zurück zu einem Modus geringerer Kapazität übergehen lassen. In dem zu diesem Punkt beschriebenen Verfahren wäre dieser Modus geringerer Kapazität der entlastete Modus.
Wenn das Saugmodulationsventil über einen bestimmten Prozentanteil hinaus geöffnet ist, kann das System stattdessen dann fortfahren, in einem Standardmodus zu arbeiten, bis eine weitere eingestellte Zeitdauer _t₃ abläuft. An diesem Punkt kann die Steuerung das System in den economisierten Modus versetzen, vorausgesetzt, das Saugmodulationsventil hat eine vollständig (oder nahezu vollständig) offene Position erreicht.
In dem economisierten Modus wird das Modulationsventil vorzugsweise weiterhin anfänglich verwendet. Die Steuerungen versuchen, das Modulationsventil wie oben beschrieben zu schließen. Die Steuerung überprüft wiederum die Saugmodulationsposition nach einer eingestellten Zeitdauer _t₄. Wenn die Saugmodulationsposition geringer als die spezifizierte Öffnung (Y%) ist, lässt die Steuerung das System zurück zu dem Standardbetriebsmodus übergehen. Ansonsten fährt das Kühlsystem fort, in dem economisierten Modus zu arbeiten, bis das Absenken abgeschlossen ist. Somit ist eine Konfiguration des Kühlsystems effektiv angepasst, um einen gewünschten Kompromiss zwischen Nettokapazität und Energieeffizienz zu erreichen, wobei das System innerhalb aller Betriebsgrenzen gehalten wird.
8 enthält ein Flussdiagramm für eine zweite Ausführungsform, die eine Strategie eines offenen Regelkreises verwendet. Dieses Verfahren benötigt ein Aufzeichnen der Betriebseigenschaften der Einheit über den Betriebsverlauf. Als ein Beispiel kann die Nettokühlkapazität und Energieeffizienz willkürlich oder experimentell für alle Kombinationen von Systemmoden und Betriebsbedin gungen bestimmt werden. Dies würde eine Bestimmung des nötigen Betrags an Saugdrosselung, um die Betriebsgrenzen für alle Bedingungen aufrechtzuerhalten, einschließen. Sobald die Aufzeichnung vollständig ist, kann die Konfiguration der Einheit angepasst werden, um die Ziele des Kühlsystementwicklers widerzuspiegeln. Dies kann besser durch Untersuchen der 6A und 6B verstanden werden. Bei einigen Anwendungen, bei denen die maximale Kapazität der treibende Faktor ist, könnte ein Streben hin zu dem economisierten Betrieb innerhalb eines bestimmten Betrags des Saugdrosselns der vernünftigste Ansatz sein. Bei Anwendungen, die empfindlich auf Energieeffizienz sind, kann der entlastete Modus über einen relativ weiten Bereich von Bedingungen auf Kosten einer reduzierten Kühlkapazität verwendet werden. Wiederum kann die Steuerung einfach angepasst werden, um einen erwünschten Kompromiss zu erreichen.
Bei der vorliegenden Erfindung wird der Absenkvorgang eines Kühlsystems optimiert, um einen gewünschten Kompromiss zwischen Kapazität und Energieeffizienz zu erreichen, wobei alle Systembetriebsgrenzen eingehalten werden. Die vorliegende Erfindung verwendet den Betrieb mehrerer Systemkomponenten in Kombination in einer Weise, wie es früher nicht geschehen ist. Außerdem verwendet die vorliegende Erfindung eine Logik zum Erreichen des gewünschten Ziels, wiederum in einer Weise, die nicht im Stand der Technik eingesetzt wurde.
Bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung wurden offenbart, ein Durchschnittsfachmann würde jedoch erkennen, dass bestimmte Modifikationen in den Umfang dieser Erfindung kommen. Aus diesem Grund sollten die nachfolgenden Ansprüche studiert werden, um den wahren Umfang und Gehalt dieser Erfindung zu bestimmen.

Claims

Abgedichtetes, gekühltes Behältnis, aufweisend: eine gekühlte Box (22); ein Kühlsystem (24) zum Kühlen der Box (22), wobei das Kühlsystem (24) mit einem Kompressor (26), einem Verdampfer (30), einem Kondensor (28), einem Drosselventil (32), einem Economiser-Kreis (38), einem Saugmodulationsventil (34) und einem Entlasterventil (36) für den Kompressor (26) vorgesehen ist; und eine Steuerung für das Kühlsystem (24), wobei die Steuerung programmiert ist, eine Minderung bei der Temperatur der Box (22) durch Betrieb des Kompressors (26), des Entlasterventils (36), des Saugmodulationsventils (34) und des Economiser-Kreises (38) zu erreichen gemäß einer Logik, die dazu ausgelegt ist, Energie, Effizienz und Kühlkapazität im Gleichgewicht zu halten; dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung eine Reihe von Betriebsmoden aufweist, in dem sie das Saugmodulationsventil (34) zusammen mit dem Entlaster (36) einsetzt, nur den Entlaster (36) verwendet, nur das Saugmodulationsventil (34) verwendet, keines der drei Elemente verwendet, den Economiser-Kreis (38) mit dem Saugmodulationsventil (34) verwendet und nur den Economiser-Kreis (38) verwendet; wobei die Betriebsmoden definiert sind von einer nominal minimalen Kapazität, die das Saugmodulationsventil (34) zusammen mit dem Entlaster einsetzt, zu einer nominal höchsten Kapazität, die nur den Economiser-Kreis (38) einsetzt; und wobei die Steuerung anfängt, den Kühlzyklus in einem Modus mit einer nominal geringeren Kapazität zu betreiben und zu Moden mit nominal höherer Kapazität im Verlauf der Zeit zu erhöhen.
System (24) nach Anspruch 1, wobei die Steuerung während des Absenkens Betriebsgrenzen überwacht.
System (24) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Ändern zu erhöhten Moden auftritt, wenn das System (24) in einem bestimmten Modus für eine bestimmte Zeitdauer arbeitet, ohne Betriebsgrenzen zu überschreiten.
System (24) nach Anspruch 3, wobei die Steuerung das Kühlsystem (24) derart betreibt, dass es zu einem Modus mit einer geringeren nominalen Kapazität zurückkehrt, sollte ein Betriebslimit während der vorbestimmten Zeitdauer überschritten werden.
System (24) nach Anspruch 4, wobei dieses System (24) nach dem Zurückkehren zu einem niedrigeren Modus zu einem Modus höherer Kapazität zurückkehrt, wenn nach der Rückkehr keine Betriebsgrenze überschritten wird.
Verfahren zum Betreiben eines Kühlsystems (24) für ein gekühltes Behältnis, wobei das Kühlsystem (24) ein Entlasterventil (36), ein Saugmodulationsventil (34), einen Economiser-Kreis (38) und eine Steuerung aufweist, wobei das Betriebsverfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es die folgenden Schritte aufweist: (i) die Steuerung ist betreibbar, sechs Betriebsmoden zu definieren, indem sie das Saugmodulationsventil (34) zusammen mit dem Entlaster einsetzt (Modus 6), nur den Entlaster (36) verwendet (Modus 5), nur das Saugmodulationsventil (34) verwendet (Modus 4), keines der drei Elemente verwendet (Modus 3), den Economiser-Kreis (38) mit dem Saugmodulationsventil (34) verwendet (Modus 2) und den Economiser-Kreis (38) verwendet (Modus 1), und Definieren der sechs Betriebsmoden als von 6 bis 1; (ii) Beginnen des Betriebs des Kühlkreises in einem der Moden 5 und 6 für eine Zeitdauer und Überwachen von Betriebsgrenzen während der Zeitdauer und wenn Betriebsgrenzen während der Zeitdauer nicht überschritten werden, Erhöhen nach oben zu einem der Moden 2, 3 und 4; (iii) Betreiben des Kühlsystems (24) in den Moden 2, 3 oder 4 für eine Zeitdauer und Überwachen von Betriebsgrenzen; (iv) wenn Betriebsgrenzen innerhalb der Zeitdauer nicht überschritten werden, Bewegen des Kühlsystems (24) zu Modus 1 oder 2; und (v) Bewegen von einem Modus kleinerer Nummer zu einem Modus größerer Nummer, sollten die Betriebsgrenzen während eines Betriebsmodus überschritten werden.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das System (24) in Modus 5 oder 6 in Schritt (ii) beginnt und sich zu Modus 3 in Schritt (iii) bewegt und dann zu Modus 1 in Schritt (iv).
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das System (24), wenn ein Maximum des Systems (24) in Schritt (iii) überschritten wird, zu einem der Moden 4 oder 5 zurückgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich das System (24), wenn der Betrieb in Schritt (iv) bei Modus 1 Betriebsmaxima überschreitet, zurück zu Modus 2 oder 3 bewegt.