EP0410330A2 - Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb einer Kälteanlage - Google Patents

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EP0410330A2
EP0410330A2 EP19900113997 EP90113997A EP0410330A2 EP 0410330 A2 EP0410330 A2 EP 0410330A2 EP 19900113997 EP19900113997 EP 19900113997 EP 90113997 A EP90113997 A EP 90113997A EP 0410330 A2 EP0410330 A2 EP 0410330A2
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EP
European Patent Office
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cooling
compressors
refrigeration system
cooling point
requirement
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EP0410330B1 (de
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Wolfgang Höner
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York International GmbH
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Publication of EP0410330A3 publication Critical patent/EP0410330A3/de
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    • F25B5/02—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity arranged in parallel
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    • F25B2600/025—Compressor control by controlling speed
    • F25B2600/0251—Compressor control by controlling speed with on-off operation

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a refrigeration system, in particular a composite refrigeration system, with at least two compressors connected in parallel, which are operated simultaneously or alternately individually to cover the respective refrigeration requirement of at least one cooling point.
  • the invention further relates to a device for carrying out the method.
  • This device is, in particular, a composite refrigeration system with at least one cooling point provided with sensors, with at least two compressors connected in parallel, which, in cyclically alternating or joint operation, provide the cooling capacity required to cover the cooling requirement.
  • the cooling capacity of a refrigeration system is determined by the cooling requirement of the connected cooling points, which is essentially influenced by the ambient temperature and the atmospheric humidity of the ambient air at the location of the cooling points. As a result, strong fluctuations in the cooling requirement are possible in the course of the season.
  • a refrigeration system must always meet the maximum cooling requirement, i.e. H. If the ambient temperature is high and the ambient air humidity is high, the location of the cooling points should be designed for maximum load of refrigerated goods and temperature as well as for the cooling volume of the cooling points.
  • the previously mentioned fluctuations in the cooling requirement have the consequence that the compressors provided for the cooling supply are operated with different duty cycles, with a known high frequency having a disadvantageous effect on their service life.
  • the switching on of the compressors if there is no common operation due to high cooling demand, the individual compressors are switched on after a predetermined cycle, so that the switching on frequency is as equal as possible for all compressors.
  • the determination of the cooling requirement and the dependent operation of the compressors of the refrigeration system is usually carried out by evaluating the suction pressure in the coolant circuit. For this purpose, the current pressure in the suction line is compared in a control circuit with a lowest value determined by calculation, so that the maximum cooling capacity required to supply the cooling points is provided at maximum cooling requirements.
  • the cooling points are controlled independently of this in a separate control loop that controls the supply of refrigerant to the specified temperature values.
  • the solution to the problem is characterized in that a reference signal for the respective cooling conditions at the cooling point is transmitted to a central unit from each cooling point, that the respective cooling requirement is determined therefrom and that the connected compressors are switched on or off accordingly.
  • the devices originally provided for local temperature control of the cooling points are linked to the capacity control of the compressor network, the reference signal of the cooling point being based on a target specification which includes both the maximum cooling volume and the resulting maximum cooling requirement the location of the cooling point with the prevailing ambient conditions is also taken into account, evaluated in the central unit in order to obtain a measure of the actual cooling requirement and accordingly to put one or more compressors into operation.
  • the refrigerant suction pressure is expediently also evaluated in the central unit as an additional reference variable and is based on the respective switching command to the compressors.
  • the supply of refrigerant to the connected cooling points is opened or closed by the central unit.
  • the cyclical switching or step switching of the compressors is carried out directly by a step switch arranged in the central unit.
  • the deviation of the cooling point temperature from its predetermined target value in conjunction with a stored time factor is a measure of the cooling requirement present, ie. H. a measure of the increase or decrease of the respective evaporation pressure of the refrigerant, taking into account all factors that determine the refrigeration demand.
  • a composite refrigeration system of the type mentioned at the outset for carrying out the method described above is characterized in accordance with the invention in that a central unit is provided which works both with the sensors of each cooling point and with the connected units sealing the refrigeration system is connected that each sensor gives a reference signal to the central unit, which evaluates this to determine the cooling requirement and that the central unit controls the operation of the compressors in accordance with the determined cooling requirement.
  • a sensor is understood to mean a temperature control unit which comprises one or more temperature sensors placed at the cooling point and a thermostat which is operatively connected to them.
  • the thermostat is preferably designed as an electronic temperature controller in order to ensure the most precise possible temperature detection with sufficiently small tolerances.
  • the sensors of each cooling point are connected to a step switch provided for controlling the compressors and apply a reference signal to the latter, and that the step switch controls the operation of the connected compressors in accordance with the reference signals received.
  • the temperature deviation of the cooling points gives a direct connection or return command to the step switch of the compressor control.
  • the signal With a temperature deviation of z. B. 1 to 2 K, the signal is in the neutral zone, ie there is no switching on or off of the compressors. If there is a 1K deviation, the tap changer receives a return signal and if there is a 2K deviation, a step forward signal. Adjustable timers are provided for forward and reverse. With the help of the suction pressure measurement, minimum and maximum values of the suction pressure can be limited.
  • the only figure shows one Circuit diagram of a composite refrigeration system, which works according to the inventive method.
  • the single figure shows a composite refrigeration system 10, with a total of three cooling points 11, which are connected in parallel and which are represented schematically by evaporators 11a.
  • a sensor designed as a temperature control is assigned to each cooling point and is formed from a thermostat 13 and at least one temperature sensor 18.
  • Each thermostat 13 assigned to a cooling point 11 cooperates with the at least one temperature sensor 18 and is connected to a central unit 20 via a signal line 14. Via this signal line 14, the central unit 20 is transmitted a reference signal from each of the thermostats 13 assigned to the cooling points 11 belonging to the refrigeration system, which provides information about the current cooling requirement of the cooling point 11 and thus indirectly about both the temperature of the cooling point 11 and the ambient conditions at the installation site the cooling point 11 there.
  • the signal line 14 is preferably designed as a data bus line, so that signals of different types can be transmitted. In addition, the transmission of control commands with the signal line 14 is also possible.
  • Each cooling point 11 is supplied via an inlet line 19 with the refrigeration unit formed by a compressor 22 with the amount of refrigerant required to cover the respective refrigeration requirement.
  • a remote-controlled shut-off valve 12 is arranged in front of each evaporator 11a in the refrigerant line 19 and interrupts or releases the supply of refrigerant in accordance with the reference signal of the thermostat 13 assigned to this cooling point 11.
  • the shut-off valves are preferably designed such that they assume two end positions, namely “open” and “closed”, without an intermediate position.
  • throttle point 17 in the feed line 19, which is preferably designed as a thermostatic expansion valve in order to ensure the complete evaporation of the refrigerant in the evaporator associated with the cooling point 11, not shown here in any more detail.
  • each cooling point can also be assigned a blower 14, which serves to distribute the cooling power released at the cooling point 11 in the evaporator 11a evenly.
  • the above-mentioned refrigeration unit is formed from three compressors 22, each connected in parallel and driven by an electric motor 23, which has a condenser 25, in which the highly compressed refrigerant is liquefied, giving off heat, and a downstream collector 27, from which the feed line 19 branches. is connected to the evaporators 11a.
  • suction line 24 is designed as a collecting line for the individual lines coming from the individual cooling points and, when the refrigeration unit is reached, is in turn guided in individual lines to the individual compressors 22.
  • this can, as shown in the example, be designed as an air-cooled condenser, and the heat dissipation can be increased by means of a single-stage or multi-stage fan.
  • water cooling can also be provided instead, which serves as a regenerative heat source.
  • the central unit 20 is connected to each thermostat 13 via signal lines 14 and thus receives the current reference values from the connected cooling points 11.
  • control signals can also be transmitted via this signal line 14, which is for the remote actuation of the remotely operated shut-off valves 12 is used.
  • a control line 15 is provided, which establishes the connection between the central unit 20 and the respective drive module of the assigned shut-off valve 12.
  • the additional blower 14, which is used for uniform cooling distribution at the cooling point 11, is also connected via a control line 16 to the associated thermostat 13, the control line 16 being able to be switched through, so that the blower 14 is controlled directly by the central unit 20.
  • each drive motor 23 for the compressors 22 is connected to the central unit 20 via a separate line 28.
  • a pressure sensor 21 is provided, which is used to detect the suction pressure of the refrigerant in the return line 24 and is designed as a measuring transducer and is also connected to the central unit 20.
  • the central unit receives the additional information about the respective refrigerant temperature, which in comparison with the respective cooling point temperature determines the required cooling capacity, i. H. the need for cooling, can be determined.
  • the suction pressure is entered as the setpoint minimum for the maximum cooling capacity.
  • the suction pressure setpoint increase via the thermostats 13 can take place in a preselected range, for example 0-10 K.
  • the deviation from the temperature setpoint of the cooling point can be between 0 and 2 K.
  • a setpoint shift for the suction pressure is 0 K at the maximum deviation of the cooling point temperature. The closer the cooling point temperature approaches its setpoint, the greater the increase in suction pressure setpoint. If there is a 0 K deviation from the cold store temperature setpoint, the largest setpoint increase for the suction pressure of 10 K, for example, comes into play. It is provided that the setpoint shift for the suction pressure takes place step-by-step with the inclusion of a timing element not described here.
  • This increase in the suction pressure setpoint according to the invention increases the operating time of the cooling points 11, which has an advantageous effect on the operation of the throttle valves 17. This prevents short operating times, which lead to inefficient operation of the refrigeration system 10 as a result of insufficient refrigerant filling of the evaporators 11a of the cooling points 11 and which, due to insufficient suction gas overheating, reduce the performance of the compressors 22 and adversely affect their service life.
  • the reference signal of the cooling point 11, which exhibits the greatest deviation of the cooling point temperature from the setpoint value, is decisive for the setpoint shift of the suction pressure of the refrigerant, since compliance with the setpoint for the cooling point must always be given priority.
  • cooling points 11 with a lower setpoint deviation are introduced more quickly to the temperature setpoint due to the higher cold supply compared to the current demand.
  • the method according to the invention is such that when the temperature falls below the cooling point at the cooling point, the supply of refrigerant to this cooling point 11 is interrupted by actuating the remotely operable shut-off valve 12.
  • shut-off valves 12 installed in the feed line 19 have two end positions for "open” and "closed", i. H. without intermediate position.
  • the compressor is switched off with a time delay, but if the suction pressure setpoint is exceeded, a compressor 22 is switched on. If there is a correspondingly high cooling requirement, the entire refrigeration unit, ie. H. all compressors 22 connected in parallel must be switched on.
  • the refrigeration system 10 shown by way of example can also be operated using a second method according to the invention, the temperature deviation at the cooling points 11 being used directly to control the step switch of the compressor control 20.
  • the cooling capacity of the refrigeration system 10 is not adapted to the cooling requirements of the cooling points 11 by shifting the suction pressure setpoint for the refrigerant but by increasing or decreasing the cooling capacity by switching the installed compressors 22 on or off.
  • the detection of the suction pressure of the refrigerant in the return line 24 only serves to limit the suction pressure downwards and upwards, i.e. H. with regard to minimum and maximum pressure.
  • the cooling unit is only switched on again when the temperature of a cooling point has exceeded the specified tolerance range.
  • the compressor is queried and evaluated when the return is requested, and also to initiate the long-term shutdown of the cooling points 11, e.g. B. to defrost iced evaporators.

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Abstract

Verfahren zum Betrieb einer Kälteanlage, insbesondere einer Verbund-Kälteanlage mit wenigstens zwei parallel geschalteten Verdichtern, die zur Deckung des jeweiligen Kältebedarfs von wenigstens einer mit Sensoren versehenen Kühlstelle gleichzeitig gemeinsam oder abwechselnd nacheinander einzeln betrieben werden, wobei von jeder Kühlstelle (11) ein Referenzsignal für die aktuellen Kühlbedingungen an der Kühlstelle (11) an eine Zentraleinheit (20) übermittelt wird, und hieraus der jeweilige Kältebedarf ermittelt wird und daß dementsprechend die angeschlossenen Verdichter (22) von der Zentraleinheit (20) ein- bzw. abgeschaltet werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Kälteanlage, insbesondere einer Verbund-Kälteanlage, mit wenigstens zwei parallel geschalteten Verdichtern, die zur Deckung des jeweiligen Kältebedarfs wenigstens einer Kühlstelle gleichzeitig gemeinsam oder abwechselnd ein­zeln betrieben werden.
  • Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Diese Vorrichtung ist ins­besondere eine Verbund-Kälteanlage mit wenigstens einer mit Sensoren versehenen Kühlstelle, mit wenigstens zwei parallel geschalteten Verdichtern, die in zyklisch ab­wechselndem oder gemeinsamem Betrieb die zur Deckung des Kältebedarfs erforderliche Kälteleistung aufbringen.
  • Die Kühlleistung einer Kälteanlage wird bestimmt durch den Kältebedarf der angeschlossenen Kühlstellen, der im wesentlichen durch die Umgebungstemperatur und die Luft­feuchtigkeit der Umgebungsluft am Ort der Kühlstellen beeinflußt wird. Hierdurch bedingt sind starke Schwan­kungen des Kältebedarfs im jahreszeitlichen Wechsel mög­lich.
  • Unabhängig von solchen Schwankungen muß eine Kälteanlage stets auf den maximalen Kältebedarf, d. h. bei hoher Um­gebungstemperatur und hoher Luftfeuchtigkeit der Umge­bungsluft am Aufstellungsort der Kühlstellen auf maxima­le Kühlgutbeschickung und Kühlguttemperatur sowie auf das Kühlvolumen der Kühlstellen ausgelegt sein. Dabei haben die zuvor erwähnten Schwankungen des Kältebedarfs zur Folge, daß die zur Kälteversorgung vorgesehenen Ver­dichter mit unterschiedlicher Einschaltdauer betrieben werden, wobei bekannterweise sich eine hohe Einschalt­häufigkeit nachteilig auf deren Lebensdauer auswirkt. Um diesem Problem abzuhelfen, ist aus der DE-PS 27 58 153 bekannt, mehrere Verdichter zur Kälteversorgung einer Kälteanlage zusammenzuschalten und bedarfsweise deren Betrieb so vorzusehen, daß ihre Einschaltung abhängig vom aktuellen Kältebedarf erfolgt. Dabei ist insbesonde­re vorgesehen, daß die Einschaltung der Verdichter, so­fern kein gemeinsamer Betrieb aufgrund hohen Kältebe­darfs erfolgt, die einzelnen Verdichter nach einem vor­gegebenen Zyklus eingeschaltet werden, so daß die Ein­schalthäufigkeit für alle Verdichter möglichst gleich ist.
  • Die Ermittlung des Kältebedarfs und der hiervon abhängi­ge Betrieb der Verdichter der Kälteanlage erfolgt übli­cherweise durch Auswertung des Saugdrucks im Kühlmittel­kreislauf. Hierzu wird in einem Regelkreis der aktuelle Druck in der Saugleitung mit einem durch Berechnung er­mittelten niedrigsten Wert verglichen, so daß bei maxi­malem Kühlbedarf die erforderliche größte Kälteleistung zur Versorgung der Kühlstellen bereitgestellt wird.
  • Die Kühlstellen werden hiervon unabhängig in einem eige­nen Regelkreis, der den Zulauf an Kältemittel kontrol­liert, auf die vorgegebenen Temperaturwerte geregelt.
  • Dies hat zur Folge, daß die Kälteübertragung an den Kühlstellen mit der größtmöglichen Temperaturdifferenz erfolgt, obwohl im Teillastbereich eine entsprechend kleinere Temperaturdifferenz ausreichend wäre. Eine sol­che Betriebsweise aber ist unwirtschaftlich und führt zu einer hohen Einschalthäufigkeit. Die hiedurch bedingten kurzen Betriebszeiten können zu Störungen beim Betrieb der Drosselventile, z. B. thermostatische Expansionsven­tile, an den Verdampfern führen, da infolge unvollstän­diger Kältemittelbeaufschlagung der Verdampfer und Über­tragung von flüssigen Kühlmittel in die Saugleitung und damit in den Verdichter in stetem Wechsel möglich sind.
  • Ausgehend vom vorstehend genannten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Kälteanlage der eingangs genannten Art anzugeben, nach welchem ein möglichst gleichförmiger Betrieb der Kälte­anlage möglich ist und im Hinblick auf den jeweiligen Kältebedarf eine möglichst gleichmäßige Auslastung der angeschlossenen Verdichter erfolgt. Außerdem soll eine nach dem Verfahren arbeitende Kälteanlage konzipiert werden.
  • Die Lösung der Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch ge­kennzeichnet, daß von jeder Kühlstelle ein Referenzsi­gnal für die jeweiligen Kühlbedingungen an der Kühlstel­le an eine Zentraleinheit übermittelt wird, daß hieraus der jeweilige Kältebedarf ermittelt wird und daß dement­sprechend die angeschlossenen Verdichter ein- bzw. abge­schaltet werden.
  • Gemäß der Erfindung ist danach vorgesehen, daß die ur­sprünglich zur örtlichen Temperaturregelung der Kühl­stellen vorgesehenen Einrichtungen mit der Leistungsre­gelung des Verdichter-Verbundes verknüpft werden, dabei wird das Referenzsignal der Kühlstelle unter Zugrundele­gung einer Sollvorgabe, die sowohl das maximale Kühlvo­lumen sowie den hieraus resultierenden maximalen Kälte­bedarf als auch den Aufstellungsort der Kühlstelle mit den vorherrschenden Umgebungsbedingungen berücksichtigt, in der Zentraleinheit ausgewertet, um so ein Maß für den tatsächlichen Kältebedarf zu erhalten und demgemäß einen oder mehrere Verdichter in Betrieb zu nehmen.
  • Zweckmäßigerweise wird als zusätzliche Referenzgröße der Kältemittelsaugdruck ebenfalls in der Zentraleinheit ausgewertet und dem jeweiligen Schaltbefehl an die Ver­dichter zugrundegelegt.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, daß der Zulauf an Kältemittel zu den angeschlossenen Kühlstellen von der Zentraleinheit ge­öffnet oder geschlossen wird.
  • Während also bei herkömmlichen Kälteanlagen die Be­triebsweise der Verdichter zur Deckung des aktuellen Kältebedarfs üblicherweise mit festem Kältemittelsaug­druck-Sollwert erfolgt, und lediglich bei z. B. Super­märkten, in denen Verbund-Kälteanlagen ebenfalls zum Einsatz kommen, eine verbesserte Ausführung mit gleiten­dem Saugdruck-Sollwert Verwendung findet, bei der als Führungsgröße für die Sollwertanpassung die separate Temperatur und/oder relative Luftfeuchte des Verkaufs­raumes gewählt wird, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, auf derartigen apparativen Aufwand zu verzichten, indem die ebenfalls vorgesehene Sollwertverschiebung der Saug­druck-Regelung mittels der in der Zentraleinheit ausge­werteten Kühlstellentemperaturen erfolgt.
  • Auf diese Weise werden nicht nur die Temperatur und die relative Feuchte der Umgebungsluft sondern alle den Käl­tebedarf beeinflussenden Faktoren berucksichtigt. Hier­durch ist erstmals auch für Kühlräume die Möglichkeit der energetisch vorteilhaften Kühlung mit gleitendem Saugdruck-Sollwert geschaffen.
  • Gemäß einer hierzu äquivalenten Variante zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe kann ferner vor­gesehen sein, daß die zyklische Umschaltung bzw. Stufen­schaltung der Verdichter von einem in der Zentraleinheit angeordneten Stufenschalter unmittelbar vorgenommen wird. Gemäß der Erfindung ist also die Abweichung der Kühlstellentemperatur von ihrem vorgegebenen Sollwert in Verbindung mit einem gespeicherten Zeitfaktor ein Maß für den vorhandenen Kältebedarf, d. h. ein Maß für die Erhöhung oder die Absenkung des jeweiligen Verdampfungs­druckes des Kältemittels, wobei alle kältebedarfsbestim­menden Faktoren Berücksichtigung finden.
  • Mit Hilfe dieser erfindungsgemäßen Verfahrensweise wird erreicht, daß die Verdichter stets mit der höchstmögli­chen und damit wirtschaftlichsten Verdampfungstemperatur betrieben werden können und gleichzeitig die vorge­schriebenen Kühlstellentemperaturen mit Sicherheit ein­gehalten werden. Hierdurch ist einerseits eine hohe Le­bensdauer der Verdichter gewährleistet und damit ande­rerseits ein hohes Maß an Verfügbarkeit, um die vorge­schriebenen Kühlstellen-Temperaturen einzuhalten.
  • Eine Verbundkälteanlage der eingangs genannten Art zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß eine Zen­traleinheit vorgesehen ist, die sowohl mit den Sensoren jeder Kühlstelle als auch mit den angeschlossenen Ver­ dichtern der Kälteanlage verbunden ist, daß jeder Sensor ein Referenzsignal an die Zentraleinheit gibt, welches diese zur Ermittlung des Kältebedarfs auswertet und daß die Zentraleinheit entsprechend dem ermittelten Kältebe­darf den Betrieb der Verdichter steuert.
  • Dabei wird definitionsgemäß hier und im weiteren unter Sensor eine Temperatur-Regeleinheit verstanden, die ei­nen oder mehrere an der Kühlstelle plazierte Temperatur­fühler und einen mit diesen in Wirkverbindung stehenden Thermostaten umfaßt. Vorzugsweise ist der Thermostat als elektronischer Temperaturregler ausgebildet, um eine möglichst präzise Temperaturerfassung mit genügend klei­nen Toleranzen zu gewährleisten.
  • Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Lösung kann vor­gesehen sein, daß die Sensoren jeder Kühlstelle mit ei­nem zur Steuerung der Verdichter vorgesehenen Stufen­schalter verbunden sind und diesen mit einem Referenzsi­gnal beaufschlagen, und daß der Stufenschalter entspre­chend den erhaltenen Referenzsignalen den Betrieb der angeschlossenen Verdichter steuert.
  • Die Temperaturabweichung der Kühlstellen gibt direkt ei­nen Zuschalt- oder Rücklaufbefehl auf den Stufenschalter der Verdichtersteuerung. Bei einer Temperaturabweichung von z. B. 1 bis 2 K befindet sich das Signal in der neu­tralen Zonde, d. h. es erfolgt weder ein Zu- noch ein Abschalten der Verdichter. Bei einer Abweichung 1K erhält der Stufenschalter ein Rücklaufsignal und bei Ab­weichung 2K einen Impuls für Vorlauf. Für Vorlauf und Rücklauf sind einstellbare Zeitglieder vorgesehen. Mit Hilfe der Saugdruckmessung können Minimum- und Maximum­werte des Saugdruckes begrenzt werden.
  • Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Er­findung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungs­beispiels sollen die Erfindung, vorteilhafte Ausgestal­tungen sowie Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
  • Die einzige Figur zeigt ein
    Schaltschema einer Verbund-Kälteanlage, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet.
  • Die einzige Figur zeigt eine Verbund-Kälteanlage 10, mit insgesamt drei Kühlstellen 11, die parallel geschaltet sind und die durch Verdampfer 11a schematisch darge­stellt sind.
  • Einer jeden Kühlstelle ist ein als Temperatur-Regelung ausgebildeter Sensor zugeordnet, der aus einem Thermo­stat 13 und wenigstens einem Temperaturfühler 18 gebil­det ist. Jeder einer Kühlstelle 11 zugeordnete Thermo­stat 13 arbeitet mit dem wenigstens einen Temperaturfüh­ler 18 zusammen und ist über eine Signalleitung 14 mit einer Zentraleinheit 20 verbunden. Über diese Signallei­tung 14 wird die Zentraleinheit 20 von jedem der den zur Kälteanlage gehörenden Kühlstellen 11 zugeordneten Ther­mostaten 13 ein Referenzsignal übermittelt, welches Auf­schluß über den momentanen Kältebedarf der Kühlstelle 11 und damit indirekt sowohl über die Temperatur der Kühl­stelle 11 als auch über die Umgebungsbedingungen am Auf­stellungsort der Kühlstelle 11 gibt.
  • Vorzugsweise ist die Signalleitung 14 als Datenbuslei­tung ausgebildet, so daß Signale unterschiedlicher Art übertragen werden können. Außerdem ist auch die Übertra­gung von Steuerbefehlen mit der Signalleitung 14 mög­lich.
  • Jede Kühlstelle 11 wird über eine Zulaufleitung 19 mit der von einem aus Verdichtern 22 gebildeten Kälteaggre­gat mit der zur Deckung des jeweiligen Kältebedarfs er­forderlichen Kältemittelmenge versorgt.
  • In der Kältemittelleitung 19 ist vor jedem Verdampfer 11a jeweils ein fernbetätigbares Absperrventil 12 ange­ordnet, welches die Zufuhr an Kältemittel entsprechend dem Referenzsignal des dieser Kühlstelle 11 zugeordneten Thermostaten 13 unterbricht oder freigibt. Vorzugsweise sind die Absperrventile so ausgebildet, daß sie zwei Endstellungen, nämlich "offen" und "geschlossen", ohne Zwischenstellung einnehmen.
  • In Durchflußrichtung hinter dem Absperrventil 12 befin­det sich in der Zulaufleitung 19 eine Drosselstelle 17, die vorzugsweise als thermostatisches Expansionsventil ausgebildet ist, um die völlige Verdampfung des Kälte­mittels in dem der Kühlstelle 11 zugeordneten, hier nicht näher gezeigten Verdampfer zu gewährleisten.
  • Ergänzend kann jeder Kühlstelle zusätzlich ein Gebläse 14 zugeordnet sein, welches dazu dient, die an der Kühl­stelle 11 im Verdampfer 11a freigesetzte Kälteleistung gleichmäßig zu verteilen.
  • Das bereits erwähnte Kälteaggregat ist aus drei parallel geschalteten jeweils von einem Elektromotor 23 angetrie­benen Verdichtern 22 gebildet, welche über einen Konden­sator 25, in welchem das hochverdichtete Kältemittel verflüssigt wird unter Abgabe von Wärme, und einen nach­geschalteten Sammler 27, von welchem die Zulaufleitung 19 abgeht, mit den Verdampfern 11a verbunden ist.
  • Der Rücklauf des Kältemittels zum Kälteaggregat erfolgt über eine Saugleitung 24, welche als Sammelleitung für die von den einzelnen Kühlstellen kommenden Einzellei­tungen ausgebildet ist und bei Erreichen des Kälteaggre­gats wiederum in Einzelleitungen zu den einzelnen Ver­dichtern 22 geführt ist.
  • Zur Erhöhung des Wirkungsgrades bei der Verflüssigung des Kältemittels im Kondensator 25 kann dieser, wie im Beispiel gezeigt, als luftgekühlter Kondensator ausge­bildet sein, wobei mittels eines ein- oder mehrstufigen Gebläses die Wärmeabfuhr erhöht werden kann. Selbstver­ständlich kann statt dessen auch eine Wasserkühlung vor­gesehen sein, die als regenerative Wärmequelle dient.
  • Die Zentraleinheit 20 ist wie bereits erwähnt über Si­gnalleitungen 14 mit jedem Thermostaten 13 verbunden und erhält so die aktuellen Referenzwerte von den ange­schlossenen Kühlstellen 11. Wie ebenfalls erwähnt, kann über diese Signalleitung 14 auch die Übertragung von Steuerbefehlen erfolgen, was für die Fernbetätigung der fernbetätigbaren Absperrventile 12 genutzt wird. Hierzu ist abgehend von der Signalleitung 14 jeweils eine Steu­erleitung 15 vorgesehen, die die Verbindung zwischen der Zentraleinheit 20 und dem jeweiligen Antriebsmodul des zugeordneten Absperrventils 12 herstellt. In gleicher Weise ist auch das zusätzliche Gebläse 14, das zur gleichmäßigen Kälteverteilung an der Kühlstelle 11 dient, über eine Steuerleitung 16 mit dem zugeordneten Thermostat 13 verbunden, wobei die Steuerleitung 16 durchgeschaltet sein kann, so daß das Gebläse 14 direkt von der Zentraleinheit 20 angesteuert wird.
  • Andererseits besteht auch die Möglichkeit, daß der zuge­ordnete Thermostat 13 die Ansteuerung des zugeordneten Gebläses 14 sowie des Absperrventils 12 übernimmt.
  • Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß jeder An­triebsmotor 23 für die Verdichter 22 jeweils über eine separate Leitung 28 mit der Zentraleinheit 20 verbunden ist.
  • Außerdem ist ein Drucksensor 21 vorgesehen, der zur Er­fassung des Saugdruckes des Kältemittels in der Rück­laufleitung 24 dient und als Meßwandler ausgebildet ebenfalls mit der Zentraleinheit 20 verbunden ist. An­hand des von dem Drucksensor 21 übermittelten Referenz­wertes für den aktuellen Saugdruck erhält die Zentral­einheit die zusätzliche Information über die jeweilige Kältemitteltemperatur woraus sich im Vergleich mit der jeweiligen Kühlstellentemperatur die erforderliche Kühl­leistung, d. h. der Kältebedarf, bestimmen läßt.
  • Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Funktion der vorstehend beschriebenen Schaltungsan­ordnung wird folgendes ausgeführt. Unter Zugrundelegung des im Beispiel dargestellten Schaltungsschema werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Sollwertabwei­chungen der Kühlstellensensoren 13 an die Zentraleinheit 20 weitergemeldet und dort zusammen mit dem Signal der Saugdrucküberwachung 21 zu einem Eingangssignal für den in der Zentraleinheit 20 integrierten, hier nicht näher gezeigten, Stufenschalter der Verdichtersteuerung verar­beitet.
  • Gemäß der Erfindung sind die nachfolgend beschriebenen Möglichkeiten vorgesehen.
  • Der Saugdruck wird als Sollwert-Minimum für die maximale Kälteleistung eingegeben. Die Saugdruck-Sollwerterhöhung über die Thermostaten 13 kann in einem vorgewählten Be­reich, beispielsweise 0 - 10 K, erfolgen. Die Abweichung vom Temperatursollwert der Kühlstelle kann dabei zwi­schen 0 und 2 K betragen.
  • Eine Sollwertverschiebung für den Saugdruck beträgt bei der maximalen Abweichung der Kühlstellentemperatur 0 K. Je weiter sich die Kühlstellentemperatur ihrem Sollwert nähert, desto größer kann die Saugdruck-Sollwerterhöhung sein. Bei 0 K Abweichung vom Kühlstellentemperatursoll­wert kommt die größte Sollwertanhebung für den Saugdruck von beispielsweise 10 K zum Tragen. Dabei ist vorgese­hen, daß die Sollwertverschiebung für den Saugdruck schrittweise unter Einbeziehung eines hier nicht näher beschriebenen Zeitgliedes erfolgt.
  • Durch diese erfindungsgemäße Erhöhung des Saugdruck-­Sollwertes wird die Betriebszeit der Kühlstellen 11 er­höht, was sich vorteilhaft auf die Arbeitsweise der Drosselventile 17 auswirkt. Kurze Betriebszeiten, die zu einem unwirtschaftlichen Betrieb der Kälteanlage 10 in­folge ungenügender Kältemittelfüllung der Verdampfer 11a der Kühlstellen 11 führen und die sich infolge ungenü­gender Sauggasüberhitzung leistungsmindernd auf die Ver­dichter 22 und nachteilig auf deren Lebensdauer auswir­ken, werden so verhindert.
  • Gleichzeitig wird hiermit eine höhere Verdampfungstempe­ratur erreicht, bei der der Verdichter mit größerer Lei­stungszahl arbeitet, was gleichbedeutend ist, mit einer Erhöhung seiner Kälteleistung und einer Reduzierung sei­ner Leistungsaufnahme.
  • Bestimmend für die Sollwertverschiebung des Saugdruckes des Kältemittels ist jeweils das Referenzsignal der Kühlstelle 11, die die größte Sollwertabweichung der Kühlstellentemperatur aufweist, da der Einhaltung des Kühlstellen-Sollwertes stets Vorrang einzuräumen ist.
  • Kühlstellen 11 mit geringerer Sollwertabweichung werden in diesem Fall aufgrund des höheren Kälteangebotes ge­genüber dem augenblicklichen Bedarf schneller an den Temperatursollwert herangeführt.
  • Grundsätzlich ist das erfindungsgemäße Verfahren so be­schaffen, daß bei Unterschreiten des Temperatursollwer­tes an der Kühlstelle der Zulauf an Kältemittel zu die­ser Kühlstelle 11 durch Betätigen des fernbetätigbaren Absperrventils 12 unterbrochen wird.
  • Die in der Zulaufleitung 19 installierten Absperrventile 12 besitzen zwei Endstellungen für "offen" und "ge­schlossen", d. h. ohne Zwischenstellung.
  • Wird der nach oben verschobene Saugdruck-Sollwert unter­schritten, so erfolgt zeitverzögert die Abschaltung ei­nes Verdichters, hingegen bei Überschreitung des Saug­druck-Sollwertes das Zuschalten eines Verdichters 22. Bei entsprechend hohem Kältebedarf kann auch das gesamte Kälteaggregat, d. h. sämtliche parallel geschalteten Verdichter 22, eingeschaltet sein.
  • Wie bereits erwähnt, kann der Betrieb der beispielhaft gezeigten Kälteanlage 10 auch nach einem zweiten erfin­dungsgemäßen Verfahren erfolgen, wobei die Temperaturab­weichung an den Kühlstellen 11 unmittelbar zur Ansteue­rung des Stufenschalters der Verdichtersteuerung 20 dient.
  • Hierbei ist vorgesehen, daß die Anpassung der Kältelei­stung der Kälteanlage 10 an den Kältebedarf der Kühl­stellen 11 nicht über eine Verschiebung des Saugdruck-­Sollwertes für das Kältemittel erfolgt sondern durch Er­höhung bzw. Minderung der Kühlleistung mittels Zu- bzw. Abschaltung der installierten Verdichter 22.
  • Die Erfassung des Saugdrucks des Kältemittels in der Rücklaufleitung 24 dient hierbei lediglich zur Begren­zung des Saugdruckes nach unten und oben, d. h. hin­sichtlich Minimal- und Maximaldruck.
  • Ergänzend ist darauf hinzuweisen, daß gemäß beiden Va­rianten vorgesehen ist, daß bei Betrieb mit abfallendem Saugdruck - gleichbedeutend mit sinkender Kühlstellen­temperatur - eine Auswertung der Kühlstellentemperaturen jener Kühlstellen 11 erfolgt, die sich innerhalb ihrer Schalthysterese befinden, wobei entsprechend ihrem Ab­stand zum Temperatursollwert der Zulauf an Kältemittel freigegeben wird, bis die Kühlstellentemperatur-Sollwer­te erreicht sind.
  • Erst wenn kein Zuschalten von Kühlstellen mehr möglich ist, d. h. die Kühlstellentemperatur-Sollwerte erreicht sind und der Saugdruck-Sollwert unterschritten wird, er­folgt die Abschaltung des letzten im Betrieb befindli­chen Verdichters 22.
  • Die Wiedereinschaltung des Kälteaggregats erfolgt erst dann, wenn die Temperatur einer Kühlstelle den vorgege­benen Toleranzbereich überschritten hat. Hierbei kann es zweckmäßig sein, den Kühlstellen unterschiedliche Prio­ritäten zuzuordnen, denen zufolge eine Vorrangschaltung resultiert. Hierbei kann unterschieden werden zwischen Kühlstellen mit großem Kältebedarf bzw. mit großer Tem­peraturgenauigkeit und in solche mit geringerem Kältebe­darf oder größerer zulässiger Temperaturabweichung.
  • Ergibt sich im Betrieb die Notwendigkeit der Zuschaltung eines weiteren Verdichters, so wird erfindungsgemäß zu­nächst geprüft, ob sich die Kühlstellentemperaturen be­reits in Sollwertnähe befinden. Ist dies der Fall, so werden diese Kühlstellen sukzessive vorzeitig abgeschal­tet.
  • In entgegengesetzter Weise erfolgt eine Abfrage und Aus­wertung bei Rücklaufforderung der Verdichter, ebenso auch zur Einleitung der längerfristigen Abschaltung der Kühlstellen 11, z. B. um vereiste Verdampfer abzutauen.
  • Durch diese Maßnahme erfolgt jeweils die volle Ausla­stung der einzelnen Verdichter und es kann auf eine ex­trem feinstufige Unterteilung der Verdichter, z. B. mit­tels Zylinderabschaltung, verzichtet werden. Ein schäd­licher Kurzzeitbetrieb wird verhindert, und die Verdich­ter werden mit höchstmöglicher Verdampfungstemperatur äußert wirtschaftlich betrieben.

Claims (10)

1. Verfahren zum Betrieb einer Kälteanlage, insbe­sondere einer Verbund-Kälteanlage mit wenigstens zwei parallel geschalteten Verdichtern, die zur Deckung des jeweiligen Kältebedarfs von wenigstens einer mit Senso­ren versehenen Kühlstelle gleichzeitig gemeinsam oder abwechselnd nacheinander einzeln betrieben werden, da­durch gekennzeichnet, daß von jeder Kühlstelle (11) ein Referenzsignal für die aktuellen Kühlbedingungen an der Kühlstelle (11) zu einer Zentraleinheit (20) übermittelt wird, daß hieraus der jeweilige Kältebedarf ermittelt wird und daß dementsprechend die angeschlossenen Ver­dichter (22) von der Zentraleinheit (20) ein- bzw. abge­schaltet werden.
2. Verfahren zum Betrieb einer Kälteanlage, insbe­sondere einer Verbund-Kälteanlage, mit wenigstens zwei parallel geschalteten Verdichtern, die zur Deckung des jeweiligen Kältebedarfs von wenigstens einer mit einem Sensor versehenen Kühlstelle gleichzeitig gemeinsam oder abwechselnd nacheinander einzeln betrieben werden, da­durch gekennzeichnet, daß von jeder Kühlstelle ein Refe­renzwert für den jeweiligen Kältebedarf der Kühlstelle (11) an einen Stufenschalter (20) zur Ansteuerung der zur Kälteanlage (10) gehörenden Verdichtern (22) über­mittelt wird und daß der Stufenschalter (20) dementspre­chend die Ein- und Abschaltung der angeschlossenen Ver­dichter (22) vornimmt.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­durch gekennzeichnet, daß als Referenzsignal der Meßwert eines Temperaturfühlers verwendet und mit dem jeweiligen Kältemittel-Saugdruck verglichen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­durch gekennzeichnet, daß unter Zugrundelegung der aus dem Referenzsignal der Kühlstelle (11) und aus dem Ver­gleich mit dem Kältemittel-Saugdruck gewonnenen Informa­tion die Ansteuerung von Abschaltventilen (12) in der Zulaufleitung (13) für die Kältemittelversorgung jeder Kühlstelle (11) erfolgt.
5. Verbund-Kälteanlage mit wenigstens einer mit Sensoren versehenen Kühlstelle, mit wenigstens zwei pa­rallel geschalteten Verdichtern, die zur Deckung des Kältebedarfs in zyklisch abwechselndem oder gemeinsamem Betrieb die zur Deckung des Kältebedarfs erforderliche Kälteleistung bereitstellen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zentraleinheit (20) vorgesehen ist, die sowohl mit den Sensoren (13) jeder Kühlstelle (11) als auch mit den angeschlossenen Verdichtern (22) der Kälteanlage (10) verbunden ist, daß jeder Sensor (13) ein Referenzsignal an die Zentraleinheit (20) gibt, welches die Zentralein­heit (20) zur Ermittlung des Kältebedarfs auswertet und entsprechend dem ermittelten Kältebedarf dem Betrieb der Verdichter (22) steuert.
6. Verbund-Kälteanlage zur Durchführung des Verfah­rens nach einem der Ansprüche 2 bis 4, mit wenigstens einer mit Sensoren versehenen Kühlstelle, mit wenigstens zwei parallel geschalteten Verdichtern, die in zyklisch abwechselndem oder gemeinsamem Betrieb die zur Deckung des Kältebedarfs erforderliche Kälteleistung bereitstel­ len, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stufenschalter (20) vorgesehen ist, der sowohl mit den Sensoren (13) jeder Kühlstelle (11) als auch mit den angeschlossenen von Mo­toren (23) angetriebenen Verdichtern (22) der Kälteanla­ge (10) verbunden ist, daß jeder Sensor (13) ein Refe­renzsignal an den Stufenschalter (20) gibt, welches dem jeweiligen Kältebedarf entspricht, und daß der Stufen­schalter dementsprechend die Motoren (23) der Verdichter (22) ein- bzw. ausschaltet.
7. Verbund-Kälteanlage nach Anspruch 5 oder 6, da­durch gekennzeichnet, daß in der Zulaufleitung (13) für das Kältemittel zu jeder Kühlstelle (11) ein fernbetä­tigbares Absperrventil (12) angeordnet ist, welches ferngesteuert den Kältemittelzulauf unterbricht oder freigibt.
8. Verbund-Kälteanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalleitungen (14) zwischen den Sensoren (13) der Kühlstellen (11) und der Zentraleinheit bzw. dem Stufenschalter (20) als Bus­leitungen zur Übertragung von Signalen und Steuerbefeh­len ausgebildet sind.
9. Verbund-Kälteanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die fernbetätigbaren Absperrventile (12) über die Signalleitung (14, 15) an­steuerbar sind.
10. Verbund-Kälteanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß den Verdampfern (11a) wenigstens einer Kühlstelle (11) ein Lüftergebläse (14) zugeordnet ist, das über eine Steuerleitung (16) mit dem Kühlstellensensor (13) verbunden ist.
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