EP2828589B1

EP2828589B1 - Kälteanlage

Info

Publication number: EP2828589B1
Application number: EP13711051.6A
Authority: EP
Inventors: Birte MARGOTTI; Stephan Rölke
Original assignee: Bitzer Kuehlmaschinenbau GmbH and Co KG
Current assignee: Bitzer Kuehlmaschinenbau GmbH and Co KG
Priority date: 2012-03-21
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2019-11-06
Anticipated expiration: 2033-03-21
Also published as: EP2828589A1; RU2014142091A; DE102012102404A1; CN103322739B; RU2615864C2; WO2013139909A1; US9194619B2; CN103322739A; US20130247603A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Kälteanlage umfassend einen Kältekreislauf, in welchem ein Kältemittelverdichter, ein auf den Kältemittelverdichter folgender Verflüssiger, eine auf den Verflüssiger folgende Expansionseinrichtung und ein auf die Expansionseinrichtung folgender Verdampfer angeordnet sind, welcher wiederum mit dem Kältemittelverdichter verbunden ist, wobei der Kältemittelverdichter einen durch eine elektronische Motorsteuerung drehzahlgeregelten Antriebsmotor aufweist, und einen kältemitteldurchströmten Steuerungskühlungszweig, welcher von dem Kältekreislauf zwischen dem Verflüssiger und der Expansionseinrichtung abzweigt und zu einem Anschluss des Kältemittelverdichters geführt ist und in welchem ein mit elektronischen Leistungsbauteilen der Motorsteuerung wärmeleitend verbundener Kühlkörper angeordnet ist, wobei eine Mindestverdampfungstemperatur des Kühlkörpers unterhalb einer Verflüssigungstemperatur des Kältemittels im Verflüssiger liegt.
Derartige Kälteanlagen sind aus der EP 0 933 603 A1 bekannt.
Bei diesen besteht allerdings das Problem, dass die Kühlung des Kühlkörpers in dem Steuerungskühlungszweig zu Problemen in der elektrischen Motorsteuerung führt, da entweder die elektronischen Leistungsbauteile der Motorsteuerung zu heiß werden oder eine zu starke Kühlung des Kühlkörpers erfolgt, die zu einem Vereisen oder einer Kondenswasserbildung im Bereich des Kühlkörpers führen kann, die wiederum Betriebsstörungen bei der Motorsteuerung verursacht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kälteanlage der gattungsgemäßen Art derart zu verbessern, dass Betriebsstörungen der Motorsteuerung möglichst vermieden werden.
Diese Aufgabe wird bei einer Kälteanlage der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Der Vorteil dieser Lösung ist damit darin zu sehen, dass durch das Festlegen der Mindestverdampfungstemperatur, die oberhalb einer Gefrierpunktstemperatur von Wasser liegt, sichergestellt werden kann, dass der Kühlkörper nicht vereist.
Noch besser ist es, wenn die Mindestverdampfungstemperatur des Kühlkörpers oberhalb einer Taupunkttemperatur der Umgebung der Motorsteuerung liegt.
Mit dieser Lösung kann sichergestellt werden, dass auch eine Kondensation von Wasser an dem Kühlkörper verhindert werden kann, die ebenfalls zu Störungen der Motorsteuerung, insbesondere einer Beschädigung derselben, führen kann.
Die erfindungsgemäße Lösung sieht vor, dass die Temperatur des Kühlkörpers mindestens bei einer durch einen Verdampfungsdruck des Kältemittels in den Kühlkörper einstellbaren Mindestverdampfungstemperatur oder höher liegt.
Durch die Einstellung des Verdampfungsdrucks kann sichergestellt werden, dass in keinem Fall die Temperatur des Kühlkörpers die dem Verdampfungsdruck entsprechende Mindestverdampfungstemperatur unterschreitet.
Um sicherzustellen, dass eine zuverlässige Temperaturregelung des Kühlkörpers auch während einer Anlaufphase des Kältemittelverdichters erfolgt, ist vorzugsweise vorgesehen, dass in einer Anlaufphase des Kältemittelverdichters ein minimaler Kältemittelstrom durch den Kühlkörper strömt.
Der minimale Kältemittelstrom durch den Kühlkörper stellt sicher, dass eine Kälteleistungsregelung für den Kühlkörper auch in der Anlaufphase funktionsfähig ist und möglichst rasch nach einem Einschalten des Kältemittelverdichters einsetzt.
Besonders günstig ist es dabei, wenn die Regelung in der Anlaufphase einen minimalen Kältemittelstrom durch den Steuerungskühlungszweig zulässt, so dass der gesamte Steuerungskühlungszweig von dem minimalen Kältemittelstrom durchsetzt ist und somit, die in diesem vorgesehene Temperaturregelung für den Kühlköper die Regelungstätigkeit aufnimmt.
Hinsichtlich der Einstellung des Verdampfungsdrucks im Kühlkörper sind die unterschiedlichsten Lösungen denkbar.
So sieht die erfindungsgemäße Lösung vor, dass die Einstellung des Verdampfungsdrucks im Kühlkörper durch einen Verdampfungsdruckregler erfolgt.
Eine besonders günstige Lösung sieht vor, dass die Regelung einen Verdampfungsdruckregler aufweist, der einen Verdampfungsdruck im Kühlelement so regelt, dass dieser über einem Druck an dem Anschluss des Kältemittelverdichters liegt, mit welchem der Steuerungskühlungszweig verbunden ist.
Ein derartiger Verdampfungsdruckregler kann dabei ein mechanischer Verdampfungsdruckregler sein.
Es ist aber auch denkbar, dass der Verdampfungsdruckregler ein elektrisch oder elektronisch arbeitender Verdampfungsdruckregler ist, welcher beispielsweise mit einer Drucksteuerung ein Steuerventil pulsweitenmoduliert ansteuert, um den Verdampfungsdruck zu regeln.
Besonders günstig ist es dabei, wenn der Verdampfungsdruckregler bei dem Einschalten des Kältemittelverdichters in der Anlaufphase den minimalen Kältemittelstrom zulässt, das heißt, dass der Verdampfungsdruckregler so arbeitet, dass dieser unabhängig von der vorgesehenen Regelung auf jeden Fall den minimalen Kältemittelstrom zulässt.
Dabei kann beispielsweise in Kauf genommen werden, dass der Verdampfungsdruckregler bei dem Einschalten des Kältemittelverdichters in der Anlaufphase regelungsunwirksam oder begrenzt wirksam ist.
Eine Verdampfungsdruckregelung ist beim Einschalten des Kältemittelverdichters in der Anlaufphase von untergeordneter Bedeutung im Gegensatz zu dem erforderlichen minimalen Kältemittelstrom, um die Leistungsregelung des Kühlkörpers sicherzustellen.
Eine derartige Regelungsunwirksamkeit des Verdampfungsdruckreglers lässt sich beispielsweise bei einem mechanischen Verdampfungsdruckregler oder auch einem elektrisch oder elektronisch gesteuerten Verdampfungsdruckregler dadurch erreichen, dass dem Verdampfungsdruckregler eine Umgehungsleitung mit einer Drossel zugeordnet ist, wobei die Drossel den minimalen Kältemittelstrom definiert, so dass unabhängig davon, ob der Verdampfungsdruckregler arbeitet oder nicht, der minimale Kältemittelstrom durch den Steuerungskühlungszweig sichergestellt ist.
Eine andere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass der Verdampfungsdruckregler ein Steuerventil und eine Drucksteuerung umfasst und dass die Drucksteuerung in der Anlaufphase des Kältemittelverdichters das Steuerventil so ansteuert, dass sie den minimalen Kältemittelstrom vorrangig vor der Verdampfungsdruckregelung zulässt.
Im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der einzelnen Ausführungsformen wurde nicht mehr darauf eingegangen, wie eine Temperaturregelung des Kühlkörpers erfolgen kann.
Eine besonders günstige Lösung sieht vor, dass der Anschluss des Kältemittelverdichters für den Steuerungskühlungszweig nicht der Anschluss des Kältemittelverdichters ist, der mit dem Verdampfer verbunden ist, sondern ein Anschluss des Kältemittelverdichters, der auf einem relativ zu dem mit dem Verdampfer verbundenen Anschluss höheren Druck, beispielsweise einem Zwischendruck des Kältemittelverdichters, liegt.
Beispielsweise ist im Fall einer Ausbildung des Kältemittelverdichters, als Schraubenverdichter vorgesehen, dass der Anschluss des Kältemittelverdichters, welcher mit dem Steuerungskühlungszweig verbunden ist, in eine geschlossene Verdichterkammer des Schraubenverdichters führt.
Eine derartige Lösung hat den großen Vorteil, dass damit die Möglichkeit gegeben ist, durch den durch den Steuerungskühlungszweig geführten Kältemittelstrom das Ansaugvolumen des Kältemittelverdichters nicht zu beeinträchtigen.
Weiterhin hat diese Lösung den Vorteil, dass damit bereits durch den Anschluss des Kältemittelverdichters ein Druckniveau vorgegeben ist, das selbst bei nicht vorhandener Regelungsfunktion des Verdampfungsdruckreglers ein Druckniveau und somit eine Temperatur im Kühlkörper sicherstellt, die über der tiefstmöglichen Temperatur des Verdampfers liegt.
Beispielsweise wäre eine elektronische Temperaturregelung mit einem gesteuerten Regelventil denkbar.
Eine elektronische Temperaturregelung mit einem gesteuerten Regelventil hat jedoch hinsichtlich der Kosten und der Zuverlässigkeit Nachteile.
Aus diesem Grund sieht eine besonders vorteilhafte Lösung vor, dass der Steuerungskühlungszweig ein dem Kühlkörper vorgeschaltetes thermostatisches Expansionsventil umfasst, das durch einen Temperaturfühler am Kühlkörper gesteuert ist.
Der Temperaturfühler könnte dabei mittig oder im Verlauf eines Kühlkanals im Kühlkörper vorgesehen sein.
Zweckmäßigerweise ist der Temperaturfühler jedoch an einem Ausgangsanschluss des Kühlkörpers angeordnet.
Um auch beim Vorsehen eines thermostatischen Expansionsventils sicherzustellen, dass in der Anlaufphase des Kältemittelverdichters ein minimaler Kältemittelstrom durch den Kühlkörper strömt, ist vorzugsweise vorgesehen, dass dem Expansionsventil eine Umgehungsleitung mit einer Drossel zugeordnet ist.
Eine derartige Umgehungsleitung für das Expansionsventil schafft die Möglichkeit, auch bei geschlossenem Expansionsventil in der Anlaufphase einen minimalen Kältemittelstrom durch den Kühlkörper strömen zu lassen und somit beispielsweise auch einen Verdampfungsdruck aufzubauen, der dazu führt, dass der Verdampfungsdruckregler in Aktion tritt und somit ebenfalls den minimalen Kältemittelstrom in der Anlaufphase zulässt, unabhängig davon, ob das Expansionsventil bereits regelt oder nicht.
Dieser minimale Kältemittelstrom durch den Kühlkörper stellt sicher, dass bei einer Erwärmung des Kühlkörpers das Expansionsventil schnell reagieren kann, um eine Überhitzung des Kühlkörpers und somit auch eine Überhitzung der elektronischen Leistungsbauteile, zu verhindern.
Weitere Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.
In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung eines Kältemittelverdichters;
Fig. 2: eine schematische Darstellung einer Motorsteuerung des Kältemittelverdichters mit in dieser gekoppeltem Kühlelement;
Fig. 3: eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kälteanlage;
Fig. 4: eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kälteanlage;
Fig. 5: eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kälteanlage;
Fig. 6: eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kälteanlage und
Fig. 7: eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kälteanlage.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß verwendeten Kältemittelverdichters 10 ist als Schraubenverdichter ausgebildet, wie er zum Beispiel in den deutschen Patentanmeldungen DE 198 45 991 A1 oder DE 103 59 032 A1 beschrieben ist.
Ein derartiger Schraubenverdichter umfasst beispielsweise einen ersten Schraubenläufer 12 und einen zweiten Schraubenläufer 14, die jeweils in Schraubenläuferbohrungen 16 bzw. 18 eines Schraubenverdichtergehäuses 20 drehbar angeordnet sind und mit ihren umfangsseitigen Schraubenkonturen 22 bzw. 24 ineinandergreifen, wobei die Schraubenkonturen 22 und 24 im Bereich eines saugseitig angeordneten Einlassfensters 26 zumindest teilweise geöffnete Verdichterkammern bilden und im Anschluss an das Einlassfenster 26 geschlossene und zunehmend volumenreduzierte Verdichterkammern bilden, die sich wiederum im Bereich eines Auslassfensters 28, das druckseitig der Schraubenläufer 16 und 18 angeordnet ist, in dieses öffnen.
Somit liegt am Einlassfenster 26 ein Saugdruck PS und am Auslassfenster 28 ein Auslassdruck PA vor, der über dem Saugdruck PS liegt.
Bei einem Schraubenverdichter besteht aber auch noch die Möglichkeit, auf einem Zwischendruck PZ in die durch die Schraubenkonturen 22 und 24 nach dem Einlassfenster 26 geschlossenen Verdichterkammern Kältemittel zuzuführen, beispielsweise auf einem Zwischendruckniveau PZ1, das sich in den nach dem Einlassfenster 26 bildenden geschlossenen Verdichterkammern bildet oder auf einem Zwischendruckniveau PZ2, das in den Verdichterkammern nahe dem Auslassfenster 28 vorliegt.
Um dem Schraubenverdichter auf den verschiedenen Druckniveaus Kältemittel zuführen zu können, ist dieser mit einem Einlassanschluss AE versehen, an welchem Kältemittel mit dem Saugdruck zugeführt wird, mit einem Zwischendruckanschluss AZ1, an welchem Kältemittel mit dem Zwischendruck PZ1 zugeführt werden kann, mit einem Zwischendruckanschluss AZ2, an welchem Kältemittel mit dem Zwischendruck PZ2 zugeführt werden kann, sowie mit einem Ausgangsanschluss AA, an welchem Kältemittel bei dem Ausgangsdruck PA austritt.
Zum Antreiben der Schraubenläufer 12 und 14 ist einer der Schraubenläufer durch einen Antriebsmotor 30 antreibbar, welcher durch eine Motorsteuerung 32 drehzahlgeregelt ansteuerbar ist, wobei die Motorsteuerung 32 wie in Fig. 2 dargestellt, eine elektronische Drehzahlsteuerung 34 umfasst, beispielsweise einen Inverter, welcher stark temperaturbelastete elektronische Leistungsbauteile 36 aufweist, die beim Betrieb des Antriebsmotors 30 mit der Motorsteuerung 32 eine hohe Wärmeentwicklung haben, und bei zu großer Erhitzung während des Betriebs des Antriebsmotors 30 eine verkürzte Lebensdauer zeigen.
Aus diesem Grund ist es erforderlich, die elektronischen Leistungsbauteile 36 an einen Kühlkörper 40 thermisch anzukoppeln, an welchen diese ihre Wärme abgeben können.
Um eine Überhitzung dieser elektronischen Leistungsbauteile 36 zu verhindern, ist der Kühlkörper 40 mit einem Eingangsanschluss 42 und einem Ausgangsanschluss 44 für ein Kältemittel versehen und zwischen dem Eingangsanschluss 42 und dem Ausgangsanschluss 44 erstreckt sich in dem Kühlkörper 40 ein von Kältemittel durchströmbarer Kühlkanal 46, der derart in dem Kühlkörper 40 verläuft, dass mit dem Kältemittel der Kühlkörper 40 im Wesentlichen gleichmäßig gekühlt werden kann, insbesondere verläuft der Kühlkanal 46 so, dass eine optimale Wärmeabfuhr der thermisch mit dem Kühlkörper 40 gekoppelten elektronischen Leistungsbauteile 36 über das durch den Kühlkanal 46 durchströmende Kältemittel möglich ist.
Bei einem ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kälteanlage, dargestellt in Fig. 3 ist der Kältemittelverdichter gemäß Fig. 1 in einem als Ganzes mit 50 bezeichneten Kältekreislauf angeordnet, wobei ein Ausgangsanschluss AA des Kältemittelverdichters 10 über eine erste Verbindungsleitung 52 mit einem Verflüssiger 54 verbunden ist, in welchem eine Verflüssigung des unter Druck aus dem Ausgangsanschluss AA des Kältemittelverdichters 10 austretenden Kältemittels erfolgt.
Ferner ist der Verflüssiger 54 über eine Verbindungsleitung 56 mit einer Expansionseinrichtung 58 verbunden, auf welche ein Verdampfer 62 folgt, der seinerseits über eine Verbindungsleitung 64 mit dem Eingangsanschluss AE des Kältemittelverdichters 10 verbunden ist.
Der Kältekreislauf 50 ist somit ein konventioneller Kältekreislauf, wie er üblicherweise in Kälteanlagen vorhanden ist.
Von dem Kältekreislauf 50 zweigt ein Steuerungskühlungszweig 70 zur Kühlung des Kühlkörpers 40 ab, beispielsweise von der Verbindungsleitung 56 zwischen dem Verflüssiger 54 und der Expansionseinrichtung 58, wobei eine erste Verbindungsleitung 72 des Steuerungskühlungszweigs 70 zu einem Einschaltventil 74 des Steuerungskühlungszweigs 70 führt, auf welches ein thermostatisches Expansionsventil 76 folgt, das mit dem Eingangsanschluss 42 des Kühlkörpers 40, der in dem Steuerungskühlungszweig 70 angeordnet ist, verbunden ist.
Auf einen Ausgangsanschluss 44 des Kühlkörpers 40 folgt dann eine Verbindungsleitung 78, die zu einem Verdampfungsdruckregler 80 führt, der seinerseits wiederum über eine Verbindungsleitung 82 mit einem Zwischendruckanschluss, beispielsweise dem Zwischendruckanschluss AZ1 des Kältemittelverdichters 10 verbunden ist.
Die Tatsache, dass die Verbindungsleitung 82 zu dem Zwischendruckanschluss AZ1 geführt ist, hat zur Folge, dass bereits ohne Regelwirkung des Verdampfungsdruckreglers 80 der Verdampfungsdruck VD in dem Kühlkörper 40 höher liegt als der Saugdruck PS des Kältemittelverdichters 10. Beispielsweise liegt der Verdampfungsdruck VD im Kühlkörper 40 mindestens auf dem Druck PZ1 des Kältemittelverdichters 10, ohne dass der Verdampfungsdruckregler 80 wirksam ist.
Durch den Verdampfungsdruckregler 80 lässt sich jedoch der Verdampfungsdruck VD noch weiter über den Zwischendruck PZ1 des Kältemittelverdichters 10 anheben.
Eine derartige Anhebung des Verdampfungsdrucks VD im Kühlkörper 40 hat den Sinn, sicherzustellen, dass die im Kühlkörper 40 sich einstellende Verdampfungstemperatur des den Steuerungskühlungszweig 70 durchströmenden Kältemittels über der Gefrierpunktstemperatur von Wasser liegt, um ein Vereisen des Kühlkörpers 40 zu verhindern. Vorzugsweise wird der Verdampfungsdruck VD so hoch gelegt, dass die Verdampfungstemperatur über einer Taupunkttemperatur der Umgebung liegt, um eine Kondensation von Wasser an dem Kühlkörper 40 zu verhindern.
Der Grund hierfür ist der, dass entweder ein Vereisen des Kühlkörpers 40 oder die Kondensation von Wasser am Kühlkörper 40 kurz- oder langfristig zu einer Beschädigung der Drehzahlsteuerung 34 oder der gesamten Motorsteuerung 32, insbesondere auch zu Kurzschlüssen in diesen, führen kann.
Somit eröffnet der Verdampfungsdruckregler 80 die Möglichkeit, über den Verdampfungsdruck VD im Kühlkörper 40 eine Mindestverdampfungstemperatur im Kühlkörper 40 festzulegen, die dieser selbst bei voller Kühlleistung des Steuerungskühlungszweigs 70 nicht unterschreitet.
Die Regelung der Kälteleistung im Kühlkörper 40 erfolgt durch das Expansionsventil 76, das einen die Temperatur am Ausgangsanschluss 44 des Kühlkörpers 40 erfassenden Temperaturfühler 86 aufweist, der im Expansionsventil 76 die Temperatur am Ausgangsanschluss 44 des Kühlkörpers 40 übermittelt.
Vorzugsweise ist dabei das Expansionsventil 76 ein thermostatisches Expansionsventil, das entsprechend einem Differenzdruck regelt, der sich aus der Differenz eines ersten Drucks, erzeugt durch ein in dem Temperaturfühler 86 erhitztes und über ein Kapillarrohr 88 dem Expansionsventil 76 zugeführtes Medium, und eines zweiten Drucks D2 des Kältemittels der am Eingangsanschluss 42 des Kühlkörpers 40 oder am Ausgangsanschluss 44 des Kühlkörpers 40 vorliegt, ergibt.
Ein derartiges thermostatisches, mit einer Druckdifferenz arbeitendes Expansionsventil 76 ist einerseits kostengünstig, andererseits wartungsfrei und hat eine hohe Lebensdauer.
Ein derartiges thermostatisches oder mechanisches Expansionsventil 76 ist allerdings durch eine Steuerung 90 des Steuerungskühlungszweigs 70 nicht steuerbar, so dass folgende Problematik beim Einschalten des Kältemittelverdichters 10 auftritt.
Beim Abschalten des Kältemittelverdichters 10 wird das Einschaltventil 74 durch die Steuerung 90 geschlossen, so dass der Druck im Kühlkörper maximal dem durch den Verdampfungsdruckregler 80 eingestellten Verdampfungsdruck VD entspricht.
Vorzugsweise ist der Verdampfungsdruckregler 80 ebenfalls ein mechanischer Druckregler, welcher auf einen fest eingestellten Referenzdruck regelt.
Beim Abschalten des Kältemittelverdichters 10 kann jedoch auch der Druck in dem Kühlkörper 40 unter den durch den Verdampfungsdruckregler 80 vorgegebenen Verdampfungsdruck VD absinken.
Wird nun der Kältemittelverdichter 10 eingeschaltet, so wird auch gleichzeitig das Einschaltventil 74 durch die Steuerung 90 geöffnet.
Da der Druck im Kühlkörper 40 dem Verdampfungsdruck VD entspricht oder unterhalb von diesem Druck liegt, bleibt der Verdampfungsdruckregler 80 geschlossen, das heißt, dass kein Kältemittel das Expansionsventil 76 und den Kühlkörper 40 durchströmen kann.
Darüber hinaus bleibt auch das Expansionsventil 76 geschlossen, da die durch den Temperaturfühler 86 des Expansionsventils 76 gemessene Temperatur noch keinerlei Erhöhung anzeigt.
Da bei anlaufendem Kältemittelverdichter 10 die Temperatur der elektronischen Leistungsbauteile 36 relativ schnell ansteigt, erfolgt zwar eine Erwärmung des Kühlkörpers 40, die sich jedoch, da kein Kältemittel durch den Kühlkörper 40 strömt, erst mit großer Verzögerung am Temperaturfühler 86 bemerkbar machen kann, so dass nach wie vor das Expansionsventil 76 so lange geschlossen bleiben würde, bis an dem Temperaturfühler 86 der Temperaturanstieg erkannt würde.
Diese Erwärmung führt zu einer unerwünschten Erwärmung der elektronischen Leistungsbauteile 16, so dass vielfach der Antriebsmotor 30 aus diesem Grund abgeschaltet werden muss, um die elektronischen Leistungsbauteile 36 zu schützen, auf jeden Fall reduziert jedoch eine derartige Erwärmung der elektronischen Leistungsbauteile 36 deren Lebensdauer.
Aus diesem Grund ist dem Expansionsventil 76 eine Umgehungsleitung 92 mit einer eingebauten Drossel 94 parallel geschaltet, die Drossel 94 kann als Düse, Kapillarleitung oder als Blende ausgebildet sein. Dabei kann die Umgehungsleitung 92 mit der Drossel 94 extern oder intern vorgesehen sein.
Die Umgehungsleitung 92 mit der eingebauten Drossel 94 führt nun dazu, dass beim Anlaufen des Kältemittelverdichters 10 und Öffnen des Einschaltventils 74 durch die Steuerung 90 trotz geschlossenem Expansionsventil 76 aufgrund der dieses überbrückenden parallelgeschalteten Umgehungsleitung 92 der Druck des Kältemittels im Kühlkörper 40 über dem durch den Verdampfungsdruckregler 80 eingestellten Verdampfungsdruck VD ansteigt, so dass aufgrund dieses Druckanstiegs der Verdampfungsdruckregler 80 öffnen wird und somit einen Kältemittelstrom durch den Kühlkörper 40 zulässt, der dazu führt, dass auch der Temperaturfühler 86 eine Erwärmung des den Kühlkörper 40 durchströmenden Kältemittels durch die Wärme der elektronischen Leistungsbauteile sehr schnell erfassen kann und zu einem Öffnen des Expansionsventils 76 führt, so dass dieses die vorgesehene Regelungsfunktion für die Kälteleistung des Kühlkörpers 40 übernimmt.
Das erste Ausführungsbeispiel der in Fig. 3 beschriebenen Kälteanlage führt somit bereits kurz nach dem Anlaufen des Kältemittelverdichters 10 zu einem zumindest minimalen Kältemittelstrom durch den Kühlkörper 40, welcher bewirkt, dass das thermostatische Expansionsventil 76 seine Regelungsfunktion aufnimmt und rechtzeitig vor einer zu starken Erwärmung des Kühlkörpers 40 zu einer ausreichenden Kühlung desselben durch das den Kühlkörper 40 durchströmende und in diesem verdampfende Kältemittel führt.
Ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kälteanlage, dargestellt in Fig. 4, ist insoweit, als dieses dieselben Elemente wie das erste Ausführungsbeispiel aufweist, mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass hinsichtlich der Beschreibung dieser Elemente vollinhaltlich auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel verwiesen werden kann.
Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel ist bei diesem Ausführungsbeispiel keine Umgehungsleitung 92 mit einer Drossel 94 parallel zum Expansionsventil 76 vorgesehen, sondern eine Umgehungsleitung 102 mit einer Drossel 104 parallel zum Verdampfungsdruckregler 80, die extern oder intern vorgesehen sein können. Ferner kann die Drossel 94 als Düse, Kapillarleitung oder Blende ausgebildet sein.
Beim Anlaufen des Kältemittelverdichters 10 erfolgt ebenfalls ein Öffnen des Einschaltventils 74 durch die Steuerung 90 und die Umgehungsleitung 102 und die Drossel 104 werden selbst dann, wenn der Verdampfungsdruckregler 80 aufgrund eines zu niedrigen Drucks in dem Kühlkörper 40 nicht öffnen würde, zu einem begrenzten minimalen Kältemittelstrom durch den Kühlkörper 40 führen, der wiederum zur Folge hat, dass der Temperaturfühler 86 durch den Kontakt mit dem am Ausgangsanschluss 44 des Kühlkörpers austretenden Kältemittel sehr schnell auf eine Erwärmung dieses Kältemittels reagieren kann und somit das thermostatische Expansionsventil 76 die Regelung der Kälteleistung in dem Kühlkörper 40 aufnimmt.
Nach einer gewissen Anlaufzeit steigt dann der Druck im Kühlkörper 40 mindestens auf den durch den Verdampfungsdruckregler 80 vorgegebenen Verdampfungsdruck VD an und bei Überschreiten dieses Verdampfungsdrucks VD beginnt der Verdampfungsdruckregler 80 wiederum zu regeln.
Damit ist ebenfalls sichergestellt, dass in dem Steuerungskühlungszweig 70 sehr schnell nach Anlaufen des Kältemittelverdichters 10 die Regelung für den Kühlkörper 40 einsetzt.
Im Übrigen funktioniert das zweite Ausführungsbeispiel in gleicher Weise wie das voranstehend beschriebene Ausführungsbeispiel, so dass auf dieses vollinhaltlich Bezug genommen werden kann.
Bei einem dritten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kälteanlage, dargestellt in Fig. 5, sind diejenigen Teile, die mit denen der voranstehenden Ausführungsbeispiele identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass hinsichtlich der Beschreibung derselben vollinhaltlich auf die Ausführungen zu den voranstehenden Ausführungsbeispielen verwiesen werden kann.
Im Gegensatz zu den voranstehenden Ausführungsbeispielen ist weder dem thermostatischen Expansionsventil noch dem mechanischen Verdampfungsdruckregler 80 eine Umgehungsleitung mit einer Drosselleitung zugeordnet.
Vielmehr ist der mechanische Verdampfungsdruckregler 80 durch einen elektrisch gesteuerten Verdampfungsdruckregler 80' ersetzt, welcher ein durch eine Drucksteuerung 110 mit einem pulsweitenmodulierten Steuersignal angesteuertes Steuerventil 112 aufweist, welches zwischen der Verbindungsleitung 78 und der Verbindungsleitung 82 angeordnet ist, um den Verdampfungsdruck VD in dem Kühlkörper 40 auf den vorgesehenen Wert zu regeln.
Dieser elektrisch gesteuerte Verdampfungsdruckregler 80' ist über die Steuerung 90, die mit der Drucksteuerung 110 zusammenwirkt, so steuerbar, dass die Drucksteuerung 110 das Steuerventil 112 durch ein entsprechendes pulsweitenmoduliertes Steuersignal bei anlaufendem Kältemittelverdichter 10 so steuert, dass dieses einen minimalen Kältemittelstrom durch den Steuerungskühlungszweig 70 zulässt, der sicherstellt, dass das mechanische Expansionsventil 76 mit seinem Temperaturfühler 86 eine Temperaturerhöhung des den Kühlkörper 40 durchströmenden Kältemittels sehr schnell erfasst und somit die Regelung der Kälteleistung des Kühlkörpers aufnimmt.
Im Übrigen funktioniert das dritte Ausführungsbeispiel in gleicher Weise wie die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele, so dass auf die diese vollinhaltlich Bezug genommen werden kann.
Bei einem vierten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 6, sind diejenigen Elemente, die mit denen des voranstehenden Ausführungsbeispiels identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass hinsichtlich der Beschreibung derselben vollinhaltlich auf die Ausführungen zu den voranstehenden Ausführungsbeispielen Bezug genommen werden kann.
Im Gegensatz zum dritten Ausführungsbeispiel ist ebenfalls ein elektrisch gesteuerter Verdampfungsdruckregler 80" mit dem Steuerventil 112 vorgesehen, allerdings ist die Drucksteuerung 110' so ausgebildet, dass sie einerseits den Verdampfungsdruck VD im Kühlkörper 40, beispielsweise in der Verbindungsleitung 78, und andererseits den Druck in der Verbindungsleitung 82 erfasst und entsprechend dieser Druckdifferenz den Verdampfungsdruck VD auf einen Mindestdruck regelt.
Auch diese Drucksteuerung 110' ist durch die Steuerung 90 ansteuerbar, so dass auch bereits bei anlaufendem Kältemittelverdichter unabhängig vom Druck im Kühlkörper 40 zunächst durch ein geeignetes pulsweitenmoduliertes Steuersignal für das Steuerventil 112 ein minimaler Kältemittelstrom durch den Kühlkörper 40 zugelassen werden kann, welcher sicherstellt, dass das thermostatische Expansionsventil 76 mit dem Temperaturfühler 86 die Regelung für den Kühlkörper 40 aufnimmt und erst nach einer gewissen Anlaufzeit der Verdampfungsdruckregler 80" den Verdampfungsdruck VD im Kühlkörper 40 auf den vorgesehenen Verdampfungsdruck VD einstellt.
Im Übrigen funktioniert das vierte Ausführungsbeispiel in gleicher Weise wie im Zusammenhang mit den voranstehenden Ausführungsbeispielen beschrieben, so dass auf die Ausführungen im Zusammenhang mit diesen Ausführungsbeispielen vollinhaltlich Bezug genommen werden kann.
Bei einem fünften Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 7, sind ebenfalls diejenigen Teile, die mit den voranstehenden Ausführungsbeispielen identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass hinsichtlich der Beschreibung derselben vollinhaltlich auf die Ausführungen zu diesen Ausführungsbeispielen Bezug genommen werden kann.
Bei dem fünften Ausführungsbeispiel ist anstelle des elektrischen Verdampfungsdruckreglers 80" ein Verdampfungsdruckregler 80"' vorgesehen, welcher ein durch eine Drucksteuerung 120 gesteuertes Dreiwegesteuerventil 122 aufweist, welches entweder die Verbindungsleitung 78 direkt mit der Verbindungsleitung 82 verbindet oder diese über eine Drossel 124 mit der Verbindungsleitung 82 verbindet.
Dieser Verdampfungsdruckregler 80"' steuert mit der Drucksteuerung 120 das Dreiwegesteuerventil 122 entsprechend dem Druck in der Verbindungsleitung 82, die zum Anschluss AZ1 des Kältemittelverdichters 10 führt. Die Ansteuerung des Steuerventils 122 erfolgt dabei so, dass bereits beim Abschalten des Kältemittelverdichters 10 die Drucksteuerung 120 das Steuerventil 122 so einstellt, dass dieses über die Drossel 124 die Verbindungsleitung 78 mit der Verbindungsleitung 82 verbindet.
Wird nun der Kältemittelverdichter 10 eingeschaltet, so stellt sich an dem Anschluss AZ1 der Druck PZ1 ein, der allerdings niedriger ist als der gewünschte Verdampfungsdruck VD in dem Kühlkörper 40 und es wird durch die Drossel 124 zunächst der Druck im Kühlkörper 40 ebenfalls auf den Druck PZ1 abgesenkt.
Dies hat allerdings den Vorteil, dass dadurch ebenfalls ein minimaler Kältemittelstrom durch den Kühlkörper 40 in einer Anlaufphase des Kältemittelverdichters 10 sichergestellt werden kann, so dass bereits unmittelbar nach dem Anlaufen des Kältemittelverdichters 10 das mechanische Expansionsventil 76 mit dem Temperaturfühler 86 voll funktionsfähig ist.
Nach der Anlaufphase erfolgt dann ein Umschalten des Dreiwegesteuerventils 122 auf einen pulsweitenmodulierten Betrieb mit einer Regelung des Verdampfungsdrucks im Kühlkörper 40 auf den festgelegten Wert VD.

Claims

Kälteanlage umfassend einen Kältekreislauf (50) in welchem ein Kältemittelverdichter (10), ein auf den Kältemittelverdichter (10) folgender Verflüssiger (54), eine auf den Verflüssiger (54) folgende Expansionseinrichtung (58) und ein auf die Expansionseinrichtung (58) folgender Verdampfer angeordnet sind, welcher wiederum mit dem Kältemittelverdichter (10) verbunden ist, wobei der Kältemittelverdichter (10) einen durch eine elektronische Motorsteuerung (32) drehzahlgeregelten Antriebsmotor (30) aufweist und einen kältemitteldurchströmten Steuerungskühlungszweig (70), welcher von dem Kältekreislauf (50) zwischen dem Verflüssiger (54) und der Expansionseinrichtung (58) abzweigt und zu einem Anschluss (AZ) des Kältemittelverdichters (10) geführt ist und in welchem ein mit elektronischen Leistungsbauteilen (36) der Motorsteuerung (32) wärmeleitend verbundener Kühlkörper (40) angeordnet ist, wobei eine Mindestverdampfungstemperatur des Kühlkörpers unterhalb einer Verflüssigungstemperatur des Kältemittels im Verflüssiger (54) liegt,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Regeleinheit für den Steuerungskühlungszweig (70) vorhanden ist, welche so ausgebildet ist, dass sie beim Betrieb des Kältemittelverdichters (10) eine Temperatur des Kühlkörpers (40) so regelt, dass eine Mindestverdampfungstemperatur des Kühlkörpers (40) oberhalb einer Gefrierpunktstemperatur von Wasser und oberhalb einer Taupunkttemperatur einer Umgebung der Motorsteuerung (32) liegt, dass die Temperatur des Kühlkörpers (40) mindestens bei einer durch einen Verdampfungsdruck (VD) des Kältemittels in dem Kühlkörper (40) einstellbaren Mindestverdampfungstemperatur oder höher liegt und dass die Einstellung des Verdampfungsdrucks (VD) im Kühlkörper (40) durch einen Verdampfungsdruckregler (80) erfolgt.
Kälteanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Anlaufphase des Kältemittelverdichters (10) ein minimaler Kältemittelstrom durch den Kühlkörper (40) strömt.
Kälteanlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung in der Anlaufphase des Kältemittelverdichters (10) einen minimalen Kältemittelstrom durch den Steuerungskühlungszweig (70) zulässt.
Kälteanlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfungsdruckregler (80) den Verdampfungsdruck (VD) im Kühlkörper (40) so regelt, dass dieser über einem Druck (PZ) an dem Anschluss (AZ) des Kältemittelverdichters (10) liegt, mit welchem der Steuerungskühlungszweig (70) verbunden ist.
Kälteanlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfungsdruckregler (80) in der Anlaufphase beim Einschalten des Kältemittelverdichters (10) den minimalen Kältemittelstrom durch den Steuerungskühlungszweig (70) durchlässt.
Kälteanlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfungsdruckregler (80) bei dem Einschalten des Kältemittelverdichters (10) in der Anlaufphase regelungsunwirksam ist.
Kälteanlage nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verdampfungsdruckregler (80) eine Umgehungsleitung (102) mit einer Drossel (104) zugeordnet ist.
Kälteanlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfungsdruckregler (80) ein Steuerventil (112, 122) und eine Drucksteuerung (110, 120) für das Steuerventil (112, 122) umfasst und dass die Drucksteuerung (110, 120) in der Anlaufphase des Kältemittelverdichters (10) so arbeitet, dass sie den minimalen Kältemittelstrom zulässt.
Kälteanlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss (AZ) des Kältemittelverdichters (10) mit welchem der Strömungskühlungszweig (70) verbunden ist, auf einem Druckniveau liegt, das über dem Druckniveau (PS) des Anschlusses (AE) des Kältemittelverdichters (10) liegt, welcher mit dem Verdampfer (62) verbunden ist.
Kälteanlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerungskühlungszweig (70) ein dem Kühlkörper (40) vorgeschaltetes thermostatisches Expansionsventil (76) umfasst, das durch einen Temperaturfühler (86) am Kühlkörper (40) gesteuert ist.
Kälteanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler (86) an einem Ausgangsanschluss (44) des Kühlkörpers (40) angeordnet ist.
Kälteanlage nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass dem thermostatischen Expansionsventil (76) eine Umgehungsleitung (92) mit einer Drossel (94) zugeordnet ist.