EP3126672A1 - Hubkolbenverdichter und regelverfahren hierfür - Google Patents

Hubkolbenverdichter und regelverfahren hierfür

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EP3126672A1
EP3126672A1 EP15722044.3A EP15722044A EP3126672A1 EP 3126672 A1 EP3126672 A1 EP 3126672A1 EP 15722044 A EP15722044 A EP 15722044A EP 3126672 A1 EP3126672 A1 EP 3126672A1
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EP
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compressor
reciprocating compressor
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reciprocating
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    • F25B31/023—Compressor arrangements of motor-compressor units with compressor of reciprocating-piston type

Definitions

  • the present invention relates to a reciprocating compressor according to the preamble of patent claim 1, and a reciprocating compressor having refrigeration or
  • Refrigeration systems are often operated with reciprocating compressors. Examples of this can be found inter alia in the field of bus air conditioning, where in a corresponding refrigeration system (air conditioning) a reciprocating compressor is arranged, which is driven by the crankshaft of the drive motor via a belt drive and a magnetic coupling. The compressor can be switched on and off via the magnetic coupling. However, the shut-off and shut-off affects the entire compressor and thus the entire power output of the compressor (100% on-off).
  • Other examples can be found in the field of mobile and stationary air conditioning, mobile and stationary refrigeration, so for example in the field of transport refrigeration and supermarket refrigeration, and in the field of heat pumps.
  • connection and disconnection causes a transient operation of the compressor and leads
  • a reciprocating compressor for a variety of applications, such as refrigeration, air conditioning, or
  • Claim 1 solved.
  • the second aspect of the problem is solved by systems according to claims 6 and 7.
  • a corresponding reciprocating compressor has a control device which is provided for particular stepless control of a capacity of the reciprocating compressor and which has an input for supplying input information, in particular a suction pressure or a high pressure of the compressor, and at least one output for controlling a control element.
  • the control device is designed to generate a digital output signal, wherein the control element has a digitally controllable control valve.
  • the reciprocating compressor has at least one suction gas volume and at least one high-pressure volume, wherein a connection between the at least one suction gas volume and the at least one
  • the reciprocating compressor further comprises a shut-off device, in particular a valve, further in particular a non-return valve, which, viewed in a flow direction of the refrigerant in a normal operation of the compressor, downstream of the one / a respectively associated
  • High-pressure volume is arranged.
  • the at least one suction gas volume and the at least one high-pressure volume and the control valve are integrated in the reciprocating compressor.
  • connection between the high-pressure volume and the suction volume of the compressor can be at simultaneously closing one of the high pressure side associated and downstream in the operating flow direction of the refrigerant to the high pressure volume
  • the object is achieved by devices according to claim 6 or 7, which have a corresponding reciprocating compressor.
  • Cylinder groups if necessary, also individual cylinders with a fast switchable controllability (digital control) equip.
  • the compressor can almost continuously from 100% to preferably about 10% of its nominal delivery volume or its maximum
  • a digitally controllable valve is included as a control valve for the flow rate of a reciprocating compressor in a control device for a refrigeration system.
  • Figure 1 is a schematic representation of a bus with a schematic representation of a first possible embodiment of the invention in use in an air conditioner thereof.
  • Fig. 2 is a partial view of the compressor, as shown schematically in Fig. 1
  • FIG. 3 and 4 are each a schematic view of a partial section (sectional view) of the compressor according to FIG. 2;
  • Fig. 5 is a schematic representation of a compressor which is used in a second possible embodiment of a refrigeration system according to the invention.
  • a refrigeration system or Klimaanläge 1 in the form of a bus air conditioning system 1 as essential components a compressor 10 for compressing refrigerant, which is designed as a reciprocating compressor, and a control device 12, a control 14 and a control element in Form of a shut-off device or a valve 16 has.
  • a compressor according to the invention in the climate sector, the areas stationary and mobile refrigeration as well as the area of heat pumps are mentioned by way of example.
  • the control device 12 further includes an input 18 for supplying input information, which is represented in the presently described embodiment by a suction pressure of the compressor 10, and an output 20 for controlling the regulating member (valve 16), and a delivery volume determining device for
  • the input is preferably the suction pressure of the compressor 10
  • the input is in the case of heat pumps, for example, preferably the high pressure, ie the pressure which rests against the high-pressure side of the compressor 10.
  • the control device 12 is configured to generate a digital output signal.
  • the valve 16 which regulates the delivery volume of the compressor 10, designed as a digitally controllable electromagnetic valve.
  • other types of valve in particular electromechanical or else mechanically, pneumatically or hydraulically operable valves or other shut-off devices (slides and the like.) are conceivable.
  • the refrigeration system 1 has a suction gas volume 22 and a high-pressure volume 24, the suction gas volume 22 being arranged upstream of the cylinders of the compressor 10, and the high-pressure volume 24 downstream of the cylinders of the compressor 10
  • connection 26 in the form of a bore or recess, for example in the housing of the compressor 10 or as a pipe, wherein the digitally controllable valve 16 is arranged in the connection 26 and open and interrupt or can close.
  • the refrigeration system 1 further comprises a second shut-off device in the form of a
  • Check valve 28 (second valve), which is arranged downstream of the high-pressure volume 24. It is also any other than a check valve 26
  • Shut-off device (slide valve, valve, for example, electromechanically actuated or solenoid-operated or pneumatically actuated valve, or a diaphragm or the like.) Conceivable.
  • the suction gas volume 22 and the high-pressure volume 24 are interconnected by the above-mentioned connection 26, for example piping (bypass line), which is apparent and closable by the digitally controllable valve 16 such that the suction gas volume 22 and the high-pressure volume 24 directly
  • valve 16 in fluid communication with each other when the valve 16 is in an open position. If the valve 16 is in a closed position, there is no direct connection between the volume of suction gas 22 and the high-pressure volume 24.
  • the compressor 10 is located in
  • valve 16 when the valve 16 is in its open position (see also Fig. 4), there is a "short circuit" between Sauggasvolumen 22 and high pressure volume 24. In an open position of the valve 16, the check valve 28 closes by the high pressure and keeps the high pressure so Thus, the power consumed by the compressor drops to the unavoidable value which is due to the internal losses of the compressor, for example at the working valves.
  • another shut-off device is closed, for example by the control device 12 Compressor 10
  • the opening duration of the valve 16 can be carried out by the control device 12 in an arbitrary, continuously variable clocking, so that a delivery rate of the compressor 10 of basically 0% to 100% is infinitely variable or nearly infinitely variable.
  • the control device 12 is configured to provide a minimum displacement of 5% to 10% to cool the compressor 10. For air-cooled compressors only, this can be dispensed with.
  • the described refrigeration system 1 has a condenser 30, an expansion element in the form of an expansion valve 32 and an evaporator 34 for air conditioning the vehicle (bus) 36 / for cooling the volume to be cooled.
  • the described embodiment of a refrigeration system 1 according to the invention has integrated the suction gas volume 22 and the high-pressure volume 24 in the compressor 10.
  • connection 26 between the suction gas side and the high pressure side is preferably between the suction gas volume 22 and the high pressure volume 24 in the form of a channel (alternatively as a bore or as a recess formed in the casting of the corresponding components, alternatively also as
  • the valve 16 is as in the above
  • Embodiment arranged in the connection 26 (channel) and thus also integrated into the compressor 10.
  • connection 26 channel
  • all conceivable types of valves and also other shut-off devices are conceivable, as have already been described in connection with the embodiment explained above.
  • an integration of the volumes and the valve in the compressor 10 may be advantageous.
  • the mode of operation is in the second
  • a compressor 10 of a second embodiment of a refrigeration system according to the invention which is likewise designed as a reciprocating cylinder, has two cylinder groups in the form of two cylinder banks 40 (the cylinders do not necessarily have to be grouped as cylinder banks 40; other criteria for grouping are possible).
  • the refrigeration system 1, more precisely the reciprocating compressor 10 of the refrigeration system 1 has per cylinder bank 40 (in alternative embodiments per cylinder group or per
  • Refrigerant and a high-pressure volume 24 for the discharge of the refrigerant are Refrigerant and a high-pressure volume 24 for the discharge of the refrigerant.
  • High-pressure volumes 24 are arranged downstream of the respective associated cylinder bank 40.
  • a first cylinder bank 40 associated suction gas volume 22 and the first cylinder bank 40 associated high-pressure volume 24 is a first cylinder bank 40 associated suction gas volume 22 and the first cylinder bank 40 associated high-pressure volume 24 a second cylinder bank 40 associated suction gas volume 22 and the first cylinder bank 40 associated high-pressure volume 24 .
  • Compound 26 is formed, which connects the two volumes together.
  • connection is arranged a digitally controllable valve 16.
  • An analogous construction is realized for the second cylinder bank 40 associated volumes. Between the second cylinder bank 40 associated Sauggasvolumen 22 and the second cylinder bank 40 associated high-pressure volume 24, a further (second) connection 26 is formed, which connects the two volumes together. In the connection, a digitally controllable valve (third valve) 16 is arranged.
  • the connections 26 are formed as pipelines.
  • valves 16 are formed analogously to the valve 16 already described in the first and second embodiments and may also be substituted by any other shut-off device, wherein at least one of the shut-off devices must be digitally controllable in order to obtain the desired control precision. It would alternatively also be conceivable that only one cylinder bank 40 assigned volumes a connection 26 (for example, pipe or channel) is provided. The valves 16 are controlled by the control device 12. Also in this embodiment, both the compound (s) 26 and the high-pressure volumes and volumes of suction gas are integrated in the compressor 10.
  • the compressor 10 can be controlled steplessly or virtually continuously or in any increments from 100% to approximately 10%, the lower limit being determined thermally and by the oil balance of the compressor 10.
  • the shift of the Zylinderbänke40 or cylinder groups, possibly also individual cylinders can be carried out asynchronously, so that the time of total zero promotion can be limited.
  • Registration is that the compound (s) 26 and / or the valve (s) 16 and / or the suction gas volume (s) and / or the high-pressure volume volume (s) are arranged outside the compressor. This represents a simple one
  • Refrigerant delivery corresponding to 50-100% of the rated power cycles a cylinder bank 40 to full shutdown (at 50%); with a desired refrigerant delivery corresponding to 50-10% of the rated power both banks clock with increasing
  • the starting torque of the compressor 10 can be limited by, for example, all cylinders are switched off at start. This makes it possible to limit the size of couplings and also drives, are driven by the corresponding compressor 10 in the rule. Also, the torque can generally be controlled and limited in order to protect the clutch in operation against a possible overload.
  • Another possibility is to switch off one or more cylinder banks 40 or cylinder groups or cylinders each time the clutch is switched on. This reduces the switching work of the clutch. This possibility already exists at
  • the inventive method is used to control a reciprocating compressor 10, for example, a refrigeration or air conditioning 1 or a heat pump, wherein the rules of the refrigeration system 1 is accomplished by controlling the flow rate of the compressor 10.
  • the regulation of the delivery rate is effected by at least one digital signal.
  • the digital signal or digital signals can be supplied to one or more digitally controllable control valve (s) 16.
  • the refrigeration system 1 has at least one suction gas volume 22 and at least one
  • High-pressure volume 24 wherein a connection 26 between the at least one suction gas volume 22 and the at least one high-pressure volume 24 of
  • Reciprocating compressor 10 is formed, wherein the control of the delivery rate of the compressor 10 is controlled by opening and closing the connection 26 by the digital signal, in particular by means of the digitally controllable control valve 16.
  • the refrigeration system can have a plurality of cylinder groups, in particular cylinder banks 40, and more than one suction gas volume 22, in particular a suction gas volume 22 for each
  • Cylinder group and more than one high-pressure volume 24 in particular a
  • Compound 26 is formed between one of the suction gas volumes 22 and a corresponding high pressure volume 24 of the refrigeration system 1.
  • the control of the delivery rate of the compressor 10 is effected by opening and closing the connection 26 controlled by the digital signal, in particular by means of the digitally controllable control valve 16.
  • connection 26 is formed between each of the suction gas volumes 22 and each corresponding high-pressure volume 24 of the refrigeration system 1, wherein the control of the delivery rate of the compressor 10 is controlled by opening and closing the connections 26 controlled by the digital signal, in particular by means of digitally controllable control valves 16.
  • the opening and closing of connections 26 assigned to different cylinder groups preferably takes place asynchronously during operation of the refrigeration system 1.
  • a method for controlling a reciprocating compressor 10 which, as already explained, has a control device 12 and is provided for compressing refrigerant.
  • the regulation of the reciprocating compressor 10 is accomplished by controlling the delivery rate of the compressor 10, wherein the control of the delivery rate by at least one digital signal, wherein the digital signal or digital signals to one or more digitally controllable control valve (s) 16 is supplied.
  • the reciprocating compressor 10 has at least one suction gas volume 22 and at least one high-pressure volume 24, wherein a connection between the at least one
  • Suction gas volume 22 and the at least one high-pressure volume 24 of the refrigeration system is formed, wherein the control of the capacity of the compressor by opening and closing the connection controlled by the digital signal, in particular by means of the digitally controllable control valve 16.
  • the reciprocating compressor 10 has a shut-off device 28, which, viewed in a flow direction of the refrigerant in a normal operation of the reciprocating compressor 10, downstream of the
  • High pressure volume 24 is arranged, wherein the shut-off device 28 is closed when the connection 26 is opened, and wherein the shut-off device 28 is opened when the connection 26 is closed.
  • the control device controls one or more control valves such that a
  • Delivery volume of the compressor 10 is provided as a minimum delivery volume and / or that 100% of the nominal delivery capacity or nominal delivery volume or the maximum delivery volume or the maximum delivery capacity is provided as the maximum delivery volume. Between the minimum delivery volume and the maximum delivery volume
  • Delivery volume is preferably varied or regulated steplessly.
  • a method for controlling a reciprocating compressor with a control device wherein the rules of the refrigeration system is accomplished by controlling the flow rate of the compressor, wherein the control of the flow rate is performed by at least one digital signal.
  • High-pressure volume of the refrigeration system is formed, wherein the control of the capacity of the compressor is controlled by opening and closing the connection by the digital signal, in particular by means of the digitally controllable control valve.
  • Method according to 1, 2 or 3 wherein the refrigeration system has a plurality of cylinder groups, in particular cylinder banks, and more than one suction gas volume, in particular a suction gas volume for each cylinder group, and more than one high pressure volume, in particular a high pressure volume for each cylinder group, wherein at least one Connection between one of the suction gas volume and a corresponding high-pressure volume of the refrigeration system is formed, wherein the control of the capacity of the compressor is controlled by opening and closing the connection by the digital signal, in particular by means of the digitally controllable control valve.
  • Method according to 4 wherein a connection between each of the suction gas volumes and a corresponding high pressure volume of the refrigeration system is formed, wherein the control of the capacity of the compressor by opening and closing of the connections is controlled by the digital signal, in particular by means of digitally controllable control valves.
  • Method according to one of the items 1 to 5 wherein the compressor has one or more feed (s) for refrigerant to be compressed, wherein in a compressor having a plurality of cylinder groups, in particular cylinder banks, in particular a supply is provided for each cylinder group, wherein the control of the delivery rate is performed by opening and closing the connection controlled by the digital signal, in particular by means of the digitally controllable control valve.
  • control device is an or controls a plurality of control valves such that a delivery volume of 5% to 10% of the nominal delivery volume or maximum delivery volume of the compressor is provided as a minimum delivery volume.
  • the disclosure of the present application further includes: Control device (12) for a refrigeration system (1), which is used to regulate a
  • a reciprocating compressor 10
  • Delivery of a reciprocating compressor (10) is provided, which has an input (18) for supplying input information, in particular suction pressure of a corresponding compressor (10), and at least one output (20) for controlling a control element (16),
  • control device (12) is adapted to generate a digital output signal.
  • Refrigeration system (1) with a control device (12) and a reciprocating compressor (10) for compressing refrigerant,
  • the regulating device is a regulating device (12) according to 1. or 2.
  • the compressor (10, 110) has a plurality of cylinder groups, in particular cylinder banks (40, 124).
  • Refrigeration system (1) according to 3 or 4,
  • the refrigeration system (1) has at least one suction gas volume (22) and at least one high-pressure volume (24), wherein a connection (26) between the at least one suction gas volume (22) and the at least one High-pressure volume (24) of the refrigeration system (1) is formed, wherein the digitally controllable control valve (16) in the connection (26) is arranged.
  • the refrigeration system (1) more than a suction gas volume (22), in particular a
  • Control valve (16) is arranged. Refrigeration system (1) according to FIG. 6,
  • Refrigeration system (1) according to one of 5 to 7,
  • the at least one suction gas volume (22) or a plurality of volumes of suction gas (22) of the refrigeration system (1) is at least partially provided by a compressor suction gas volume (22) integrated in the compressor (10) or in each case in the compressor (10).
  • the refrigeration system (1) has a shut-off device, in particular a valve, furthermore in particular a check valve (28) which, in one
  • the compressor (10) has one or more feed (s) for the refrigerant to be compressed, wherein in a compressor (10), the plurality of
  • Cylinder groups in particular cylinder banks (40), in particular a supply is provided for each cylinder group, wherein the digitally controllable control valve (16) is arranged in one of the feeders.
  • a digitally controllable control valve (16) is arranged in each of the feeders.
  • the refrigeration system (1) in particular the control device (12) is designed to the volume of the compressor (10) of 5%, in particular 10% of a

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Abstract

Hubkolbenverdichter (10) mit einer Regelvorrichtung (12), die zur insbesondere stufenlosen Regelung einer Förderleistung des Hubkolbenverdichters (10) vorgesehen ist, welche einen Eingang (18) zum Zuführen einer Eingangs-Information, insbesondere Saugdruck oder Hochdruck eines entsprechenden Verdichters (10), sowie wenigstens einen Ausgang (20) zur Ansteuerung eines Regelorgans (16) aufweist, wobei die Regelvorrichtung (12) ausgebildet ist, um ein digitales Ausgangssignal zu erzeugen, wobei das Regelorgan ein digital ansteuerbares Regelventil (16) aufweist, wobei der Hubkolbenverdichter (10) wenigstens ein Sauggasvolumen (22) und wenigstens ein Hochdruckvolumen (24) aufweist, wobei eine Verbindung (26) zwischen dem wenigstens einen Sauggasvolumen (22) und dem wenigstens einen Hochdruckvolumen (24) des Hubkolbenverdichters (10) ausgebildet ist, wobei das digital ansteuerbare Regelventil (16) in der Verbindung (26) angeordnet ist, wobei der Hubkolbenverdichter (10) eine Absperrvorrichtung, insbesondere ein Ventil, weiterhin insbesondere ein Rückschlagventil (28) aufweist, welches, in einer Strömungsrichtung des Kältemittels bei einem normalen Betrieb des Hubkolbenverdichters (10) betrachtet, stromabwärts des Hochdruckvolumens (24) angeordnet ist, wobei das wenigstens eine Sauggasvolumen und das wenigstens eine Hochdruckvolumen und das Regelventil (16) in den Hubkolbenverdichter (10) integriert sind, sowie Kälte- oder Klimaanlage oder Wärmepumpe mit einem entsprechenden Verdichter (10), sowie entsprechendes Regelverfahren.

Description

Hubkolbenverdichter und Regelverfahren hierfür
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hubkolbenverdichter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie eine den Hubkolbenverdichter aufweisende Kälte- oder
Klimaanlage oder eine den Hubkolbenverdichter aufweisende Wärmepumpe gemäß den Ansprüchen 6 und 7. Ferner ist im Gedanken der vorliegenden Erfindung ein
entsprechendes Regelverfahren enthalten.
Kälteanlagen werden oftmals mit Hubkolbenverdichtern betrieben. Beispiele hierfür können unter anderem im Bereich der Busklimatisierung gefunden werden, wo in einer entsprechenden Kälteanlage (Klimaanlage) ein Hubkolbenverdichter angeordnet ist, der von der Kurbelwelle des Antriebsmotors über einen Riementrieb und eine Magnetkupplung angetrieben wird. Über die Magnetkupplung kann der Verdichter zu- und abgeschaltet werden. Die Zu- und Abschaltung wirkt sich aber auf den gesamten Verdichter und somit auf die gesamte vom Verdichter erbrachte Leistung aus (100% An-Aus). Andere Beispiele finden sich im Bereich der mobilen und stationären Klimatisierung, der mobilen und auch stationären Kälteerzeugung, also beispielsweise im Bereich der Transportkälte und der Supermarktkälte, sowie im Bereich Wärmepumpen.
Die Zu- und Abschaltung bedingt einen instationären Betrieb des Verdichters und führt
1
BESTÄTIGUNGSKOPIE auch zu hohen Spitzenlasten in dessen Antrieb. Die Schalthäufigkeit ist dabei
grundsätzlich durch die zu bewegenden Massen und die Schaltarbeit der Kupplung begrenzt.
Bei den Verdichtern werden beispielsweise im Bereich der Busklimatisierung
vorherrschend vier-zylindrige Hubkolbenverdichter verwendet, bei denen in V-Bauweise zwei einzelne Zylinderbänke angeordnet sind. In anderen Anwendungen kommen anderweitige Hubkolbenverdichter mit beliebiger Zylinderanzahl zum Einsatz, wobei die Zylinder in Zylinderbänken angeordnet sein können bzw. in solche unterteilt sein können oder auch nicht.
Durch einen Betrieb an einem Dieselmotor werden Verdichter beispielsweise in mobilen Anwendungen, insbesondere mobilen Klimaanwendungen ständig mit einer dem
Fahrbetrieb entsprechenden Drehzahl betrieben, die nicht mit einer Drehzahl
übereinstimmt, bei der der Verdichter die gewünschte Kühlleistung erbringen würde. Aus diesem Grunde ergibt sich ein fortlaufender Korrekturbedarf der Kühl- bzw. Kälteleistung.
Eine ähnliche Problemstellung ergibt sich beispielsweise auch bei manchen
Transportkälteanlagen.
Es ist bekannt, dass dies -wie z.B. bei PKWs- durch hubgeregelte Axialkolbenverdichter teilweise kompensiert werden kann. Dort wird der Hub stufenlos bis nahe Null geregelt und so der unerwünschte Drehzahleinfluss zum Teil ausgeglichen. Diese bei kleinen Verdichtern übliche Bauweise verzichtet auf ein eigenständiges Öl-System und
funktioniert in begrenzten Anlagen mit begrenzten Lebensdauern für PKWs ausreichend gut. Eine Übertragung auf Nutzfahrzeuge mit ihren größeren Leistungen und höheren Lebensdauerforderungen ist jedoch bis heute nicht in Serie gelungen.
Im Bereich der Busklimatisierung ist es bekannt, bei vier-Zylinder-V-Verdichtern eine Zylinderbank (= zwei Zylinder=50%) wegzuschalten bzw. in einen Zustand zu versetzen, in dem durch die entsprechende Zylinderbank keine Förderleistung erbracht wird. Dies geschieht durch ein Absperren des Sauggasstroms für die entsprechende Zylinderbank. Der Verdichter läuft dann unter nahezu Nullförderung, verdichtet gegen Enddruck und reexpandiert das Gas, wobei die Verdichtungsarbeit an die Kurbelwelle zurück gegeben wird. Mit einer solchen Regelung kann ein Busklimasystem bereits etwas feiner geregelt werden, nämlich in 50% Stufen, was aber immer noch nicht genügt, wenn eine hohe Regelungsqualität erreicht werden soll.
Demnach ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Hubkolbenverdichter für die verschiedensten Verwendungsgebiete, beispielsweise Kälte-, Klima-, oder auch
Wärmepumpenanwendungen anzugeben, der gegenüber dem Stand der Technik eine erhöhte Regelungsqualität aufweist. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, entsprechende Anlagen, sowie auch ein entsprechendes Regelverfahren anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Hubkolbenverdichter gemäß
Patentanspruch 1 gelöst. Der zweite Aspekt der Aufgabenstellung wird durch Anlagen gemäß den Ansprüchen 6 und 7 gelöst. Der verfahrenstechnische Aspekt der
Aufgabenstellung wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 8 gelöst.
Ein entsprechender Hubkolbenverdichter weist eine Regelvorrichtung auf, die zur insbesondere stufenlosen Regelung einer Förderleistung des Hubkolbenverdichters vorgesehen ist und welche einen Eingang zum Zuführen einer Eingangs-Information, insbesondere eines Saugdrucks oder eines Hochdrucks des Verdichters, sowie wenigstens einen Ausgang zur Ansteuerung eines Regelorgans aufweist. Die Regelvorrichtung ist ausgebildet, um ein digitales Ausgangssignal zu erzeugen, wobei das Regelorgan ein digital ansteuerbares Regelventil aufweist. Der Hubkolbenverdichter weist wenigstens ein Sauggasvolumen und wenigstens ein Hochdruckvolumen auf, wobei eine Verbindung zwischen dem wenigstens einen Sauggasvolumen und dem wenigstens einen
Hochdruckvolumen der Kälteanlage ausgebildet ist, und wobei das digital ansteuerbare Regelventil in der Verbindung angeordnet ist. Der Hubkolbenverdichter weist ferner eine Absperrvorrichtung, insbesondere ein Ventil, weiterhin insbesondere ein Rückschlagventil auf, welches, in einer Strömungsrichtung des Kältemittels bei einem normalen Betrieb des Verdichters betrachtet, stromabwärts des einen/eines jeweils zugeordneten
Hochdruckvolumens angeordnet ist. Das wenigstens eine Sauggasvolumen und das wenigstens eine Hochdruckvolumen und das Regelventil sind in den Hubkolbenverdichter integriert.
Die Verbindung zwischen Hochdruckvolumen und Saugvolumen des Verdichters kann bei gleichzeitigem Schließen einer der Hochdruckseite zugeordneten und in Betriebs- Strömungsrichtung des Kältemittels dem Hochdruckvolumen nachgeordneten
Absperrvorrichtung geöffnet werden, wodurch sich den beiden vorstehend genannten Volumina zugeordnete Kolben bzw. Zylinderbänke oder ggf. auch alle Zylinder bzw.
Zylinderbänke des Verdichters in einen Zustand einer Nullförderung von Kältemittel verbringen lassen. Durch die Integration des Hochdruckvolumens in den Verdichter ist ein möglichst kleines Hochdruckvolumen sichergestellt, das für einen energetisch günstigen Betrieb des Verdichters sorgt.
Hinsichtlich des Anlagen-Aspekts wird die Aufgabe durch Vorrichtungen gemäß Anspruch 6 ode 7 gelöst, welche einen entsprechenden Hubkolbenverdichter aufweisen.
Es wird im vorgeschlagen, den gesamten Verdichter und/oder Zylinderbänke bzw.
Zylindergruppen, ggf. auch einzelne Zylinder mit einer schnell schaltbaren Regelbarkeit (digitale Regelung) auszustatten. Hierdurch kann der Verdichter quasi stufenlos von 100% bis vorzugsweise ca. 10% seines Nennfördervolumens bzw. seines maximalen
Fördervolumens geregelt werden.
Ferner ist ein Verfahren zum Regeln einer Förderleistung eines Hubkolbenverdichters bzw. einer mit diesem ausgestatteten Kälteanlage durch ein digitales Signal im Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten.
Letztendlich sei angemerkt, dass im Gedanken der vorliegenden Erfindung auch die Verwendung eines digital ansteuerbaren Ventils als Regelventil für die Förderleistung eines Hubkolbenverdichters in einer Regelvorrichtung für eine Kälteanlage enthalten ist.
Weitere optionale Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen, sowie der folgenden Figurenbeschreibung angegeben. In der Figurenbeschreibung wird die vorligende Erfindung am Beispiel einer Vorrichtung zur Busklimatisierung (Kälteanlage für Busklimatisierung bzw. Busklimasystem) beschrieben. Es sei jedoch an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass eine erfindungsgemäße Kälteanlage in vielen Anwendungen, beispielsweise einer Kälteanlage für einen Trailer, allgemein in einer Transportkälteanlage, aber auch in einer stationären Kälteanlage (beispielsweise Supermarktkälte) Anwendung finden kann. Die beschriebenen jeweiligen Merkmale können einzeln oder in beliebigen Kombinationen realisiert sein. Die Erfindung wird demnach im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen anhand von beispielhaften Ausführungsformen beschrieben. In den
Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Busses mit einer schematischen Darstellung einer ersten möglichen Ausführungsform der Erfindung im Einsatz in einer Klimaanlage desselben;
Fig. 2 eine Teilansicht des Verdichters, wie er in Fig. 1 schematisch dargestellt ist
Fig. 3 und 4 jeweils eine schematische Ansicht eines Teilausschnitts (Schnittansicht) des Verdichters gemäß Fig. 2; und
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Verdichters, der in einer zweiten möglichen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kälteanlage Verwendung findet.
Wie in Figur 1 dargestellt ist, weist eine Kälteanlage bzw. Klimaanläge 1 in Form eines Busklimasystems 1 als wesentliche Bestandteile einen Verdichter 10 zum Verdichten von Kältemittel, der als Hubkolbenverdichter ausgebildet ist, und eine Regelvorrichtung 12 auf, die eine Regelung 14 sowie ein Regelorgan in Form einer Absperrvorrichtung bzw. eines Ventils 16 aufweist. Neben einer Anwendung eines erfindungsgemäßen Verdichters im Klimabereich seien beispielhaft die Bereiche stationäre und mobile Kälte sowie der Bereich der Wärmepumpen genannt.
Die Regelvorrichtung 12 weist ferner einen Eingang 18 zum Zuführen einer Eingangs- Information, die in der vorliegend beschriebenen Ausführungsform durch einen Saugdruck des Verdichters 10 repräsentiert wird, sowie einen Ausgang 20 zur Ansteuerung des Regelorgans (Ventil 16), sowie eine Fördervolumenbestimmungsvorrichtung zur
Bestimmung eines erwünschten Fördervolumens in Abhängigkeit eines am Eingang 18 anliegenden Eingangssignals und zur Erzeugung eines entsprechenden dem Ausgang 20 zuzuführenden Ausgangssignals, auf. Während in Kälteanlagen oder Klimaanlagen die Eingangsgröße vorzugsweise der Saugdruck des Verdichters 10 ist, ist die Eingangsgröße bei Wärmepumpen beispielsweise vorzugsweise der Hochdruck, d.h. der Druck, der an der Hochdruckseite des Verdichters 10 anliegt.
Die Regelvorrichtung 12 ist ausgebildet, um ein digitales Ausgangssignal zu erzeugen. Zur Umsetzung des digitalen Ausgangssignals ist das Ventil 16, das das Fördervolumen des Verdichters 10 regelt, als digital ansteuerbares elektromagnetisches Ventil ausgeführt. Es sind alternativ auch andere Ventilbauarten, insbesondere elektromechanische oder aber auch mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch betätigbare Ventile oder anderweitige Absperrvorrichtungen (Schieber und dgl.) denkbar.
Die Kälteanlage 1 weist ein Sauggasvolumen 22 und ein Hochdruckvolumen 24 auf, wobei das Sauggasvolumen 22 stromaufwärts der Zylinder des Verdichters 10 angeordnet ist, und das Hochdruckvolumen 24 stromabwärts der Zylinder des Verdichters 10
angeordnet ist, wobei die Richtungsbestimmungen stromaufwärts und stromabwärts bei einem normalen Betrieb der Kälteanlage 1 durch die Strömungsrichtung des Kältemittels definiert sind. Zwischen dem Sauggasvolumen 22 und dem Hochdruckvolumen 24 ist eine Verbindung 26 in Form einer Bohrung bzw. Aussparung beispielsweise im Gehäuse des Verdichters 10 oder aber auch als Rohrleitung ausgebildet, wobei das digital ansteuerbare Ventil 16 in der Verbindung 26 angeordnet ist und diese öffnen und unterbrechen bzw. verschließen kann.
Die Kälteanlage 1 weist ferner eine zweite Absperrvorrichtung in Form eines
Rückschlagventils 28 (zweites Ventil) auf, welches stromabwärts des Hochdruckvolumens 24 angeordnet ist. Es ist anstelle eines Rückschlagventils 26 auch jegliche andere
Absperrvorrichtung (Schieber, Ventil, beispielsweise elektomechanisch betätigtes oder elektromagnetisch betätigtes oder aber auch pneumatisch betätigtes Ventil, oder eine Blende oder dgl.) denkbar.
Das Sauggasvolumen 22 und das Hochdruckvolumen 24 sind durch die obenstehend erwähnte Verbindung 26, beispielsweise Rohrleitung (Bypass-Leitung) miteinander verbunden, die durch das digital ansteuerbare Ventil 16 offenbar und verschließbar ist derart, dass das das Sauggasvolumen 22 und das Hochdruckvolumen 24 direkt
miteinander in (Fluid-)Verbindung stehen, wenn das Ventil 16 in einer Öffnungsstellung ist. Ist das Ventil 16 in einer Schließstellung, so besteht keine direkte Verbindung zwischen Sauggasvolumen 22 und Hochdruckvolumen 24. Der Verdichter 10 befindet sich in
Normalbetrieb (vgl. hierzu auch Fig. 3), in dem Kältemittel aus dem Sauggasvolumen 22 in die Zylinder geleitet wird, dort verdichtet wird, und dann in das Hochdruckvolumen 24 ausgestoßen und dem Busklimasystem 1 zur Verfügung gestellt wird (der Weg des Kältemittels ist jeweils durch Pfeile angedeutet).
Wenn das Ventil 16 jedoch in seiner Öffnungsstellung ist (vgl. hierzu auch Fig. 4), ergibt sich ein„Kurzschluß" zwischen Sauggasvolumen 22 und Hochdruckvolumen 24. In einer Öffnungsstellung des Ventils 16 schließt das Rückschlagventil 28 durch den Hochdruck und hält den Hochdruck damit aus den Arbeitsräumen des Verdichters fern. Somit sinkt die aufgenommene Leistung des Verdichters auf den unvermeidlichen Wert, der den inneren Verlusten des Verdichters, beispielsweise an den Arbeitsventilen entspringt. In alternativen Ausführungsformen wird eine anderweitige Absperrvorrichtung geschlossen, beispielsweise durch die Regelvorrichtung 12. Damit wird der Verdichter 10
„abgeschaltet", da das durch die Zylinder geförderte Kältemittel vom Hochdruckvolumen 24 zurück in das Sauggasvolumen 22 strömt und von dort wiederum in die Zylinder und dann wiederum in das Hochdruckvolumen 24 gelangt.
Die Öffnungsdauer des Ventils 16 kann durch die Regelvorrichtung 12 in einer beliebigen, stufenlosen Taktung erfolgen, so dass eine Förderleistung des Verdichters 10 von prinzipiell 0% bis 100% stufenlos bzw. nahezu stufenlos darstellbar ist. In der vorliegend beschriebenen Ausführungsform ist die Regelvorrichtung 12 jedoch derart ausgebildet, dass ein minimales Fördervolumen von 5% bis 10% gewährleistet ist, um den Verdichter 10 zu kühlen. Bei ausschließlich luftgekühlten Verdichtern kann hierauf verzichtet werden.
Es sei ergänzend festgehalten, dass die beschriebene Kälteanlage 1 einen Kondensator 30, ein Expansionsorgan in Form eines Expansionsventils 32 und einen Verdampfer 34 zur Klimatisierung des Fahrzeugs (Bus) 36/zur Kühlung des zu kühlenden Volumens aufweist. Ein Sollwert, mit dessen Hilfe der Saugdruck, der erwünscht und somit einzuregeln ist, ermittelt wird, wird aus dem Volumen (in der beschriebenen Ausführungsform aus dem Fahrzeug 36), das zu klimatisieren ist, eingespeist. Wie aus den Figuren 2 bis 4 ersichtlich ist, weist die beschriebene Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kälteanlage 1 das Sauggasvolumen 22 und das Hochdruckvolumen 24 im Verdichter 10 integriert auf. Die Verbindung 26 zwischen der Sauggasseite und der Hochdruckseite ist zwischen dem Sauggasvolumen 22 und dem Hochdruckvolumen 24 hier vorzugsweise in Form eines Kanals (alternativ als Bohrung oder als im Rahmen des Gießens der entsprechenden Bauteile geformte Aussparung, alternativ auch als
Rohrleitung) ausgebildet. Das Ventil 16 ist wie in der vorstehend erläuterten
Ausführungsform in der Verbindung 26 (Kanal) angeordnet und somit ebenfalls in den Verdichter 10 integriert. Wiederum sind alle denkbaren Arten von Ventilen und auch anderweitige Absperrvorrichtungen denkbar, wie sie bereits in Zusammenhang mit der vorstehend erläuterten Ausführungsform dargestellt wurden. Insbesondere in Anlagen, in denen hohe Drücke erreicht werden, kann eine Integration der Volumina und des Ventils in den Verdichter 10 vorteilhaft sein. Die Betriebsweise ist in der zweiten
Ausführungsform identisch zu der ersten Ausführungsform.
Wie aus der schematischen Darstellung in Fig. 5 ersichtlich ist, weist ein Verdichter 10 einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kälteanlage, der ebenfalls als Hubkolbenzylinder ausgebildet ist, zwei Zylindergruppen in Form zweier Zylinderbänke 40 auf (die Zylinder müssen nicht notwendigerweise als Zylinderbänke 40 gruppiert sein; andere Kriterien zur Gruppierung sind denkbar).
Die Kälteanlage 1, genauer der Hubkolbenverdichter 10 der Kälteanlage 1 weist pro Zylinderbank 40 (in alternativen Ausführungsformen pro Zylindergruppe oder pro
Zylinder) ein Sauggasvolumen 22 zur Speisung der jeweiligen Zylinderbank 40 mit
Kältemittel und ein Hochdruckvolumen 24 zum Ausstoß des Kältemittels auf. Die
entsprechenden Sauggasvolumina 22 sind stromaufwärts der jeweiligen ihnen
zugeordneten Zylinderbank 40 angeordnet, während die entsprechenden
Hochdruckvolumina 24 stromabwärts der jeweiligen zugeordneten Zylinderbank 40 angeordnet sind. In der dargestellten Ausführungsform sind die Sauggasvolumina 22 und die Hochdruckvolumina 24 innerhalb des Verdichters 10, d.h. in diesen integriert angeordnet. Zwischen dem der ersten Zylinderbank 40 zugeordneten Sauggasvolumen 22 und dem der ersten Zylinderbank 40 zugeordneten Hochdruckvolumen 24 ist eine
Verbindung 26 ausgebildet, die die beiden Volumina miteinander verbindet. In der
Verbindung ist ein digital ansteuerbares Ventil 16 angeordnet. Eine analoge Konstruktion ist für die der zweiten Zylinderbank 40 zugeordneten Volumina realisiert. Zwischen dem der zweiten Zylinderbank 40 zugeordneten Sauggasvolumen 22 und dem der zweiten Zylinderbank 40 zugeordneten Hochdruckvolumen 24 ist eine weitere (zweite) Verbindung 26 ausgebildet, die die beiden Volumina miteinander verbindet. In der Verbindung ist ein digital ansteuerbares Ventil (drittes Ventil) 16 angeordnet. Die Verbindungen 26 sind als Rohrleitungen ausgebildet.
Die Ventile 16 sind analog zu dem bereits in der ersten und zweiten Ausführungsform beschriebenen Ventil 16 ausgebildet und können auch durch eine andere beliebige Absperrvorrichtung substituiert sein, wobei wenigstens eine der Absperrvorrichtungen digital ansteuerbar sein muss, um die gewünschte Regelpräzision zu erhalten. Es wäre alternativ auch denkbar, dass nur für einer Zylinderbank 40 zugeordnete Volumina eine Verbindung 26 (beispielsweise Rohrleitung oder Kanal) vorgesehen ist. Die Ventile 16 werden von der Regelvorrichtung 12 gesteuert. Auch in dieser Ausführungsform sind sowohl die Verbindung(en) 26 als auch die Hochdruckvolumina und Sauggasvolumina im Verdichter 10 integriert angeordnet.
Durch eine Konstruktion gemäß der zweiten Ausführungsform kann eine Abschaltung und
Zuschaltung einzelner Zylindergruppen (Zylinderbänke 40) erfolgen. Es wird demnach
vorgeschlagen, Zylinderbänke 40 bzw. Zylindergruppen, ggf. auch einzelne Zylinder mit einer schnell schaltbaren Regelbarkeit anzusteuern. Hierdurch kann der Verdichter 10 stufenlos bzw. quasi stufenlos oder in beliebigen Stufungen von 100% bis ca. 10% herunter geregelt werden, wobei die Untergrenze thermisch und vom Ölhaushalt des Verdichters 10 bestimmt ist. Die Schaltung der Zylinderbänke40 bzw. Zylindergruppen, ggf. auch einzelnen Zylinder kann dabei asynchron erfolgen, so dass die Zeit totaler Nullförderung begrenzt werden kann.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass es auch vom Gedanken der vorliegenden
Anmeldung umfasst ist, dass die Verbindung(en) 26 und/oder das/die Ventil(e) 16 und/oder das/die Sauggasvolumen(-volumina) und/oder das/die Hochdruckvolumenivolumina) außerhalb des Verdichters angeordnet sind. Dies stellt eine einfache
Konstruktion dar, die jedoch energetisch etwas uneffektiver als die vortehend
beschriebenen Ausführungsformen sein mag, da insbesondere das Hochdruckv bzw. die Hochdruckvolumina größer sind als bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen. Außerdem ist bei einer Integration der Komponenten in den Verdichter ein unkomplizierter Einbau und auch eine unkomplizierte Konstruktion von Seiten des Herstellers der jeweiligen Klimaanlage oder Kälteanlage oder Wärmepumpe etc. möglich.
Als Beispiel für eine mögliche Regelung sei genannt: bei einer gewünschten
Kältemittelförderung entsprechend 50-100% der Nennleistung taktet eine Zylinderbank 40 bis hin zur völligen Abschaltung (bei 50%); bei einer gewünschten Kältemittelförderung entsprechend 50-10% der Nennleistung takten beide Bänke mit zunehmender
Überlappung. Bei 10% läuft z.B. jede Bank 6s pro Minute im Wechsel.
Ein weiterer Vorteil dieser Regelung ist, dass das Anlaufmoment des Verdichters 10 begrenzt werden kann, indem beim Start beispielsweise alle Zylinder abgeschaltet werden. Dadurch ist es möglich, die Größe von Kupplungen und auch Antrieben zu begrenzen, über die entsprechende Verdichter 10 in der Regel angetrieben werden. Auch kann das Drehmoment generell kontrolliert und begrenzt werden, um die Kupplung auch im Betrieb vor einer möglichen Überlastung zu schützen.
Eine weitere Möglichkeit ist, bei jedem Einschaltvorgang der Kupplung eine oder mehrere Zylinderbänke 40 bzw. Zylindergruppen oder Zylinder abzuschalten. Damit wird die Schaltarbeit der Kupplung reduziert. Diese Möglichkeit besteht auch schon beim
Abschalten des Verdichters 10, so dass auch bei der Trennung des Verdichters 10 vom Antrieb das Drehmoment reduziert wird.
Bei dezentralen Systemen und Einzelverdichtersystemen, wie in Bussen oder bei
Transportkälte, kommt einem entlasteten Anlauf des Verdichters 10 eine besondere Bedeutung zu, da die Antriebskomponenten entsprechend schwächer dimensioniert werden können. Insofern sei hier auch insbesondere auf eine Anwendung als
Leistungsregelung für C02-Verdichter verwiesen, die bei anderen Verfahren zu große Wärme entwickeln können und gleichzeitig in den Trockeneisbereich geraten können.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass auch ein entsprechendes Verfahren zum Regeln einer Kälteanlage 1 im Gedanken der vorliegenden Anmeldung enthalten ist. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Regeln der Kälteanlage 1 stellt sich folgendermaßen dar.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Regeln eines Hubkolbenverdichters 10, beispielsweise einer Kälte- bzw. Klimaanlage 1 oder auch einer Wärmepumpe, wobei das Regeln der Kälteanlage 1 durch eine Regelung der Förderleistung des Verdichters 10 bewerkstelligt wird. Die Regelung der Förderleistung erfolgt durch wenigstens ein digitales Signal. Das digitale Signal oder digitale Signale können einem oder mehreren digital ansteuerbaren Regelventil(en) 16 zugeführt werden. In möglichen Ausführungsformen weist die Kälteanlage 1 wenigstens ein Sauggasvolumen 22 und wenigstens ein
Hochdruckvolumen 24 auf, wobei eine Verbindung 26 zwischen dem wenigstens einen Sauggasvolumen 22 und dem wenigstens einen Hochdruckvolumen 24 des
Hubkolbenverdichters 10 ausgebildet ist, wobei die Regelung der Förderleistung des Verdichters 10 durch ein Öffnen und Schließen der Verbindung 26 gesteuert durch das digitale Signal insbesondere mittels des digital ansteuerbaren Regelventils 16 erfolgt.
Die Kälteanlage kann mehrere Zylindergruppen, insbesondere Zylinderbänke 40, und mehr als ein Sauggasvolumen 22, insbesondere ein Sauggasvolumen 22 für jede
Zylindergruppe, und mehr als ein Hochdruckvolumen 24 insbesondere ein
Hochdruckvolumen 24 für jede Zylindergruppe aufweisen, wobei wenigstens eine
Verbindung 26 zwischen einem der Sauggasvolumina 22 und einem korrespondierenden Hochdruckvolumen 24 der Kälteanlage 1 ausgebildet ist. Die Regelung der Förderleistung des Verdichters 10 erfolgt durch ein Öffnen und Schließen der Verbindung 26 gesteuert durch das digitale Signal insbesondere mittels des digital ansteuerbaren Regelventils 16.
Vorzugsweise ist eine Verbindung 26 zwischen jedem der Sauggasvolumina 22 und jedem korrespondierenden Hochdruckvolumen 24 der Kälteanlage 1 ausgebildet, wobei die Regelung der Förderleistung des Verdichters 10 durch ein Öffnen und Schließen der Verbindungen 26 gesteuert durch das digitale Signal insbesondere mittels digital ansteuerbarer Regelventile 16 erfolgt. Das Öffnen und Schließen von verschiedenen Zylindergruppen zugeordneten Verbindungen 26 erfolgt im Betrieb der Kälteanlage 1 vorzugsweise asynchron.
Bei einer möglichen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens handelt es sich um ein Verfahren zum Regeln eines Hubkolbenverdichters 10, der, wie bereits erläutert, eine Regelvorrichtung 12 aufweist und zum Verdichten von Kältemittel vorgesehen ist. Das Regeln des Hubkolbenverdichters 10 wird durch eine Regelung der Förderleistung des Verdichters 10 bewerkstelligt, wobei die Regelung der Förderleistung durch wenigstens ein digitales Signal erfolgt, wobei das digitale Signal oder digitale Signale einem oder mehreren digital ansteuerbaren Regelventil(en) 16 zugeführt wird. Der Hubkolbenverdichter 10 weist wenigstens ein Sauggasvolumen 22 und wenigstens ein Hochdruckvolumen 24 auf, wobei eine Verbindung zwischen dem wenigstens einen
Sauggasvolumen 22 und dem wenigstens einen Hochdruckvolumen 24 der Kälteanlage ausgebildet ist, wobei die Regelung der Förderleistung des Verdichters durch ein Öffnen und Schließen der Verbindung gesteuert durch das digitale Signal insbesondere mittels des digital ansteuerbaren Regelventils 16 erfolgt. Der Hubkolbenverdichter 10 weist eine Absperrvorrichtung 28 auf, welche, in einer Strömungsrichtung des Kältemittels bei einem normalen Betrieb des Hubkolbenverdichters 10 betrachtet, stromabwärts des
Hochdruckvolumens 24 angeordnet ist, wobei die Absperrvorrichtung 28 geschlossen ist, wenn die Verbindung 26 geöffnet ist, und wobei die Absperrvorrichtung 28 geöffnet ist, wenn die Verbindung 26 geschlossen ist.
Die Regelvorrichtung steuert ein oder mehrere Regelventile derart an, dass ein
Fördervolumen von 5% bis 10% des Nenn-Fördervolumens oder maximalen
Fördervolumens des Verdichters 10 als minimales Fördervolumen vorgesehen ist und/oder dass 100% der Nennförderleistung bzw. Nenn-Fördervolumens oder des maximalen Fördervolumens bzw. der maximalen Förderleistung als maximales Fördervolumen vorgesehen ist. Zwischen dem minimalen Fördervolumen und dem maximalen
Fördervolumen wird vorzugsweise stufenlos variiert bzw. geregelt.
Es ist ferner folgendes Verfahren in der vorliegenden Offenbarung enthalten:
1. Verfahren zum Regeln eines Hubkolbenverdichters mit einer Regelvorrichtung , wobei das Regeln der Kälteanlage durch eine Regelung der Förderleistung des Verdichters bewerkstelligt wird, wobei die Regelung der Förderleistung durch wenigstens ein digitales Signal erfolgt.
2. Verfahren nach 1., wobei das digitale Signal oder digitale Signale einem oder
mehreren digital ansteuerbaren Regelventil(en) zugeführt wird. Verfahren nach 1. oder 2., wobei die Kälteanlage wenigstens ein Sauggasvolumen und wenigstens ein Hochdruckvolumen aufweist, wobei eine Verbindung zwischen dem wenigstens einen Sauggasvolumen und dem wenigstens einen
Hochdruckvolumen der Kälteanlage ausgebildet ist, wobei die Regelung der Förderleistung des Verdichters durch ein Öffnen und Schließen der Verbindung gesteuert durch das digitale Signal insbesondere mittels des digital ansteuerbaren Regelventils erfolgt. Verfahren nach 1., 2. oder 3., wobei die Kälteanlage mehrere Zylindergruppen, insbesondere Zylinderbänke, und mehr als ein Sauggasvolumen, insbesondere ein Sauggasvolumen für jede Zylindergruppe, und mehr als ein Hochdruckvolumen, insbesondere ein Hochdruckvolumen für jede Zylindergruppe aufweist, wobei wenigstens eine Verbindung zwischen einem der Sauggasvolumen und einem korrespondierenden Hochdruckvolumen der Kälteanlage ausgebildet ist, wobei die Regelung der Förderleistung des Verdichters durch ein Öffnen und Schließen der Verbindung gesteuert durch das digitale Signal insbesondere mittels des digital ansteuerbaren Regelventils erfolgt. Verfahren nach 4., wobei eine Verbindung zwischen jedem der Sauggasvolumina und einem korrespondierenden Hochdruckvolumen der Kälteanlage ausgebildet ist, wobei die Regelung der Förderleistung des Verdichters durch ein Öffnen und Schließen der Verbindungen gesteuert durch das digitale Signal insbesondere mittels digital ansteuerbarer Regelventile erfolgt. Verfahren nach nach einem der Punkte 1. bis 5., wobei der Verdichter eine oder mehrere Zuführung(en) für zu verdichtendes Kältemittel aufweist, wobei bei einem Verdichter, der mehrere Zylindergruppen, insbesondere Zylinderbänke aufweist, insbesondere eine Zuführung für jede Zylindergruppe vorgesehen ist, wobei die Regelung der Förderleistung durch ein Öffnen und Schließen der Verbindung gesteuert durch das digitale Signal insbesondere mittels des digital ansteuerbaren Regelventils erfolgt. Verfahren nach einem der Punkte 1. bis 6., wobei die Regelvorrichtung ein oder mehrere Regelventile derart ansteuert, dass ein Fördervolumen von 5% bis 10% des Nenn-Fördervolumens oder maximalen Fördervolumens des Verdichters als minimales Fördervolumen vorgesehen ist. fenbarung der vorliegenden Anmeldung beinhaltet ferner: Regelvorrichtung (12) für eine Kälteanlage (1), die zur Regelung einer
Förderleistung eines Hubkolbenverdichters (10) vorgesehen ist, welche einen Eingang (18) zum Zuführen einer Eingangs-Information, insbesondere Saugdruck eines entsprechenden Verdichters (10), sowie wenigstens einen Ausgang (20) zur Ansteuerung eines Regelorgans (16) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Regelvorrichtung (12) ausgebildet ist, um ein digitales Ausgangssignal zu erzeugen. Regelvorrichtung (12, 112) nach 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Regelorgan ein digital ansteuerbares Regelventil (16) aufweist. Kälteanlage (1) mit einer Regelvorrichtung (12) und einem Hubkolbenverdichter (10) zum Verdichten von Kältemittel,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Regelvorrichtung eine Regelvorrichtung (12) nach 1. oder 2. ist. Kälteanlage (1) nach 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Verdichter (10, 110) mehrere Zylindergruppen, insbesondere Zylinderbänke (40, 124) aufweist. Kälteanlage (1) nach 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kälteanlage (1) wenigstens ein Sauggasvolumen (22) und wenigstens ein Hochdruckvolumen (24) aufweist, wobei eine Verbindung (26) zwischen dem wenigstens einen Sauggasvolumen (22) und dem wenigstens einen Hochdruckvolumen (24) der Kälteanlage (1) ausgebildet ist, wobei das digital ansteuerbare Regelventil (16) in der Verbindung (26) angeordnet ist.
Kälteanlage (1) nach 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kälteanlage (1) mehr als ein Sauggasvolumen (22), insbesondere ein
Sauggasvolumen (22) für jede Zylindergruppe und mehr als ein Hochdruckvolumen (24), insbesondere ein Hochdruckvolumen (24) für jede Zylindergruppe aufweist, wobei wenigstens eine Verbindung (26) zwischen einem der Sauggasvolumen (22) und einem korrespondierenden Hochdruckvolumen (24) der Kälteanlage (1) ausgebildet ist, wobei in der Verbindung (26) das/ein digital ansteuerbares
Regelventil (16) angeordnet ist. Kälteanlage (1) nach 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen jedem Sauggasvolumen (22)und zwischen jedem jeweils dazu
korrespondierenden Hochdruckvolumen (24) eine Verbindung (26) ausgebildet ist, wobei in der jeweiligen Verbindung (26) ein digital ansteuerbares Regelventil (16) angeordnet ist. Kälteanlage (1) nach einem von 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
das wenigstens eine Sauggasvolumen (22) oder mehrere Sauggasvolumina (22) der Kälteanlage (1) wenigstens teilweise durch ein im Verdichter (10) integriertes Verdichter-Sauggasvolumen (22) oder mehrere jeweils im Verdichter (10)
integrierte Verdichter-Sauggasvolumina (22), insbesondere Saugkammer(n), gebildet ist, und das wenigstens eine Hochdruckvolumen (24) oder mehrere
Hochdruckvolumina (24) wenigstens teilweise durch ein im Verdichter (10) integriertes Verdichter-Hochdruckvolumen (24) oder mehrere jeweils im Verdichter (10) integrierte Verdichter-Hochdruckvolumina (24), insbesondere Druckkammer(n) gebildet ist, wobei jeweils eine Verbindung (26) zwischen einem oder mehreren im Verdichter (10) integrierten Verdichter-Sauggasvolumina (22) und einem oder mehreren im Verdichter (10) integrierten Verdichter-Hochdruckvolumina (24) angeordnet ist.
9. Kälteanlage (1) nach einem von 3 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kälteanlage (1) eine Absperrvorrichtung, insbesondere ein Ventil, weiterhin insbesondere ein Rückschlagventil (28) aufweist, welches, in einer
Strömungsrichtung des Kältemittels bei einem normalen Betrieb der Kälteanlage (1) betrachtet, stromabwärts des Hochdruckvolumens (24) angeordnet ist.
10. Kälteanlage (1, 101) nach einem von 3 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Verdichter (10) eine oder mehrere Zuführung(en) für das zu verdichtende Kältemittel aufweist, wobei bei einem Verdichter (10), der mehrere
Zylindergruppen, insbesondere Zylinderbänke(40) aufweist, insbesondere eine Zuführung für jede Zylindergruppe vorgesehen ist, wobei das digital ansteuerbare Regelventil (16) in einer der Zuführungen angeordnet ist.
11. Kälteanlage (1) nach 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
in jeder der Zuführungen ein digital ansteuerbares Regelventil (16) angeordnet ist.
12. Kälteanlage (1) nach einem von 3 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kälteanlage (1), insbesondere die Regelvorrichtung (12) dazu ausgebildet ist, das Fördervolumen des Verdichters (10) von 5%, insbesondere 10% einer
Nennförderleistung oder einer maximalen Förderleistung bis zu 100% derselben zu regeln, insbesondere stufenlos zu regeln.
Obwohl die Erfindung anhand von Ausführungsformen mit festen Merkmalskombinationen beschrieben wird, umfasst sie jedoch auch die denkbaren weiteren vorteilhaften
Kombinationen, wie sie insbesondere, aber nicht erschöpfend, durch die Unteransprüche angegeben sind. Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind. Bezugszeichen:
1 Kälteanlage bzw. Klimaanlage
10 Verdichter
12 Regelvorrichtung
14 Regelung
16 Regelorgan bzw. Ventil
18 Eingang
20 Ausgang
22 Sauggasvolumen
24 Hochdruckvolumen
26 Verbindung
28 Rückschlagventil
30 Kondensator
32 Expansionsventil
34 Verdampfer
36 Fahrzeug (Bus)
40 Zylinderbank

Claims

Patentansprüche
1. Hubkolbenverdichter (10) mit einer Regelvorrichtung (12), die zur insbesondere stufenlosen Regelung einer Förderleistung des Hubkolbenverdichters (10) vorgesehen ist, welche einen Eingang (18) zum Zuführen einer Eingangs-Information, insbesondere Saugdruck oder Hochdruck eines entsprechenden Verdichters (10), sowie wenigstens einen Ausgang (20) zur Ansteuerung eines Regelorgans (16) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Regelvorrichtung (12) ausgebildet ist, um ein digitales Ausgangssignal zu erzeugen, wobei das Regelorgan ein digital ansteuerbares Regelventil (16) aufweist,
wobei der Hubkolbenverdichter (10) wenigstens ein Sauggasvolumen (22) und wenigstens ein Hochdruckvolumen (24) aufweist, wobei eine Verbindung (26) zwischen dem wenigstens einen Sauggasvolumen (22) und dem wenigstens einen Hochdruckvolumen (24) des
Hubkolbenverdichters (10) ausgebildet ist, wobei das digital ansteuerbare Regelventil (16) in der Verbindung (26) angeordnet ist,
wobei der Hubkolbenverdichter (10) eine Absperrvorrichtung, insbesondere ein Ventil, weiterhin insbesondere ein Rückschlagventil (28) aufweist, welches, in einer
Strömungsrichtung des Kältemittels bei einem normalen Betrieb des Hubkolbenverdichters (10) betrachtet, stromabwärts des Hochdruckvolumens (24) angeordnet ist,
wobei das wenigstens eine Sauggasviolumen und das wenigstens eine Hochdruckvolumen und das Regelventil 16 in den Hubkolbenverdichter (10) integriert sind.
2. Hubkolbenverdichter (10) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Verdichter (10) mehrere Zylindergruppen, insbesondere Zylinderbänke (40) aufweist.
3. Hubkolbenverdichter (10) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Hubkolbenverdichter (10) mehr als ein Sauggasvolumen (22), insbesondere ein
Sauggasvolumen (22) für jede Zylindergruppe und mehr als ein Hochdruckvolumen (24), insbesondere ein Hochdruckvolumen (24) für jede Zylindergruppe aufweist, wobei wenigstens eine Verbindung (26) zwischen einem der Sauggasvolumina (22) und einem korrespondierenden Hochdruckvolumen (24) des Hubkolbenverdichters (10) ausgebildet ist, wobei in der Verbindung (26) das/ein digital ansteuerbares Regelventil (16) angeordnet ist.
4. Hubkolbenverdichter (10) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen jedem Sauggasvolumen (22) und zwischen jedem jeweils dazu
korrespondierenden Hochdruckvolumen (24) eine Verbindung (26) ausgebildet ist, wobei in der jeweiligen Verbindung (26) ein digital ansteuerbares Regelventil (16) angeordnet ist.
5. Hubkolbenverdichter (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Hubkolbenverdichter (10), insbesondere die Regelvorrichtung (12) dazu ausgebildet ist, das Fördervolumen des Verdichters (10) von 5%, insbesondere 10% einer
Nennförderleistung oder einer maximalen Förderleistung bis zu 100% derselben zu regeln, insbesondere stufenlos zu regeln.
6. Kälteanlage oder Klimaanlage, aufweisend einen Hubkolbenverdichter (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
7. Wärmepumpe, aufweisend einen Hubkolbenverdichter (10) nach einem der
vorangehenden Ansprüche.
8. Verfahren zum Regeln eines Hubkolbenverdichters (10), der eine Regelvorrichtung (12) aufweist und zum Verdichten von Kältemittel vorgesehen ist, wobei das Regeln des Hubkolbenverdichters durch eine Regelung der Förderleistung des Verdichters (10) bewerkstelligt wird, wobei die Regelung der Förderleistung durch wenigstens ein digitales Signal erfolgt, wobei das digitale Signal oder digitale Signale einem oder mehreren digital ansteuerbaren Regelventil(en) (16) zugeführt wird,
wobei der Hubkolbenverdichter (10) wenigstens ein Sauggasvolumen (22) und wenigstens ein Hochdruckvolumen (24) aufweist, wobei eine Verbindung zwischen dem wenigstens einen Sauggasvolumen (22) und dem wenigstens einen
Hochdruckvolumen (24) des Hubkolbenverdichters (10) ausgebildet ist, wobei die Regelung der Förderleistung des Verdichters durch ein Öffnen und Schließen der Verbindung gesteuert durch das digitale Signal insbesondere mittels des digital ansteuerbaren Regelventils (16) erfolgt, wobei der Hubkolbenverdichter (10) eine Absperrvorrichtung (28) aufweist, welche, in einer Strömungsrichtung des
Kältemittels bei einem normalen Betrieb des Hubkolbenverdichters (10) betrachtet, stromabwärts des Hochdruckvolumens (24) angeordnet ist, wobei die
Absperrvorrichtung (28) geschlossen ist, wenn die Verbindung (26) geöffnet ist, und wobei die Absperrvorrichtung geöffnet ist, wenn die Verbindung (26) geschlossen ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Regelvorrichtung ein oder mehrere
Regelventile derart ansteuert, dass ein Fördervolumen von 5% bis 10% des Nenn- Fördervolumens oder maximalen Fördervolumens des Verdichters als minimales Fördervolumen vorgesehen ist und/oder dass 100% der Nennförderleistung bzw. Nenn-Fördervolumens oder des maximalen Fördervolumens bzw. der maximalen Förderleistung als maximales Fördervolumen vorgesehen ist.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, wobei zwischen dem minimalen
Fördervolumen und dem maximalen Fördervolumen stufenlos variiert bzw. geregelt wird.
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