DE60205149T2

DE60205149T2 - Digitaler Regler für eine Spiralverdichter-Kondensationseinheit

Info

Publication number: DE60205149T2
Application number: DE60205149T
Authority: DE
Inventors: Hung H Dayton Pham; Richard P. Marietta Vogh III; Nagaraj Sidney Jayanth
Original assignee: Copeland Corp LLC
Current assignee: Copeland Corp LLC
Priority date: 2001-03-16
Filing date: 2002-01-15
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2022-01-16
Also published as: EP2284463A3; AU782942B2; US6601397B2; BR0105774B1; AU1883702A; CN100430674C; CN100451497C; US20020157409A1; CN101275799B; BRPI0105774B8; CN1715812A; KR100847265B1; EP1241417B1; CN101275799A; ATE300711T1; EP2284463B1; EP1562011A3; CN1385659A; EP2284463A2; KR20020074055A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verdichtersteuersystem sowie eine ein solches Verdichtersteuersystem enthaltende Kühlanlage.
Die vorliegende Erfindung wird in Verbindung mit einer Kälteanlage beschrieben. Es versteht sich, dass die Kondensationseinrichtung der vorliegenden Erfindung bei Bedarf bei jeder anderen Kühlanlage eingesetzt werden könnte.
Üblicherweise verwenden Kälteanlagen für Kühlvitrinen luft- oder wassergekühlte Kondensatoren, die von einem Verdichter-Gestell gespeist werden. Die Verdichter sind parallel gekoppelt, so dass sie stufenweise ein- und ausgeschaltet werden können, um die Kühlkapazität der Anlage an die Lastforderungen anzupassen. Typischerweise sind die Verdichter und Kondensatoren außerhalb des Gebäudes auf dem Dach oder in einem Maschinenraum neben dem Bereich, in dem sich die Kühlvitrinen befinden, angeordnet.
In jeder Kühlvitrine befindet sich ein Verdampfer, der durch Kältemittelleitungen von den Kondensatoren gespeist wird, durch welche das entspannte Kältemittel umläuft, um die Vitrine zu kühlen. Typischerweise regelt ein geschlossenes Regelkreissteuersystem das Strömen von Kältemittel durch die Verdampfer, um die erwünschten Vitrinentemperaturen zu halten. Geschlossene Proportional-Integral-Differential-Regelkreissteuersysteme (PID) sind für diesen Zweck beliebt, wobei Temperatur- und/oder Drucksensoren die Eingaben der abgetasteten Zustände liefern.
Bei Einzelhandelsgeschäften ist es üblich, separate Systeme zu verwenden, um verschiedene individuelle Kühltemperaturbereiche zu liefern: niedrigere Temperatur (für Tiefkühlkost, Speiseeis, nominell –31,7°C (–25°F); mittlere Temperatur (für Fleisch, Molkereierzeugnisse, nominell –6,7°C (+20°F) und hohe Temperatur (für Blumen, landwirtschaftliche Erzeugnisse, nominell 1,7 bis 4,4°C (+35 bis +40°F). Die separaten Systeme niedriger, mittlerer und hoher Temperatur sind jeweils für ihren jeweiligen Temperaturbereich optimiert. Normalerweise verwendet jedes sein eigenes Gestell an Verdichtern und seinen eigenen Satz an Kältemittelleitungen zu und von den Verdichtern, Kondensatoren und Verdampfern.
Die oben beschriebene herkömmliche Anordnung ist von Konstruktion und Wartung her sehr teuer. Ein Großteil der Kosten ist durch die langen Kältemittelleitungsstrecken bedingt. Lange Leitungsstrecken sind nicht nur bezüglich Material- und Einbaukosten teuer, auch die erforderliche Menge an Kältemittel zum Befüllen der Leitungen ist ein wesentlicher Kostenfaktor. Je länger die Leitungsstrecke, desto mehr Kältemittel ist erforderlich. Zu diesen vermehrten Kosten kommen Umweltfaktoren hinzu. Anschlüsse lecken letztendlich, was Kältemittel an die Atmosphäre austreten lässt. Lange Leitungsstrecken bringen ausnahmslos mehr Leitungsverbindungen mit sich, die unter Umständen lecken können. Bei Eintreten eines Lecks geht umso mehr Kältemittel verloren, je länger die Leitungsstrecke ist.
Eine Lösung für die oben beschriebenen Probleme wird in dem U.S. Patent 6,047,557 der Anmelderin offenbart. Die in dem obigen Patent dargelegte Lösung ist ein verteiltes Kältesystem, bei dem der Kondensator an der Kühlvitrine angeordnet ist und von einem speziellen impulsbreitenmodulierten Verdichter versorgt wird, der ebenfalls in der Vitrine angeordnet sein kann. Bei Bedarf können der Kondensator und der Verdichter gekoppelt sein, um eine Gruppe von benachbarten Kühlvitrinen zu versorgen, wobei jede Vitrine ihren eigenen Verdampfer hat. Ferner können mehrere Verdichter mit mindestens einem impulsbreitenmodulierten Verdichter verwendet werden, um ein großes Verdampferlast-Aufkommen zu bewältigen. Der Kondensator kann auch in einem Gehäuse mit dem Verdampfer angeordnet werden, um eine autarke Baueinheit zu bilden, oder kann entfernt, wie in einem aufgeteilten System, angeordnet werden. Der impulsbreitenmodulierte Verdichter wird durch ein Steuersystem angetrieben, das beruhend auf einer gemessenen Systemlast ein Steuersignal für einen veränderlichen Arbeitszyklus liefert.
Der impulsbreitenmodulierte Verdichter und die Kälteanlage, die vorstehend beschrieben wurden, arbeiten zwar zufrieden stellend, doch ist die Weiterentwicklung dieser Anlagen auf das Steuern der Kapazität des Verdichters, des Kondensators und anderer Bauteile in der Kondensationseinrichtung gerichtet.
Dementsprechend gibt die vorliegende Erfindung ein Verdichtersteuersystem nach Anspruch 1 sowie eine Kühlanlage nach Anspruch 9 an die Hand.
Die vorliegende Erfindung wird lediglich beispielhaft weiter beschrieben, wobei Bezug auf die Begleitzeichnungen genommen wird. Hierbei zeigen:
1 ein Systemblockdiagramm einer vorbekannten Kälteanlagenkonfiguration;
2 ein Systemblockdiagramm einer erfindungsgemäßen Kondensationseinrichtung oder Kühlanlage;
3 eine Querschnittansicht einer Ausführung eines impulsbreitenmodulierten Verdichters, der in belastetem Zustand gezeigt wird;
4 eine Querschnittansicht des Verdichters von 3, der in unbelastetem Zustand gezeigt wird;
5 eine Querschnittansicht der in den 3 und 4 gezeigten Kolbenanordnung;
6 eine Querschnittdraufsicht auf das in den 3 und 4 gezeigte nicht orbitierenden Scrollelement;
7 eine weitere Ausführung einer Kondensationseinrichtung oder Kühlanlage gemäß der vorliegenden Erfindung;
8 eine schematische Ansicht, welche die in 7 gezeigte Steuereinheit verdeutlicht;
9 ein Flussdiagramm für das erfindungsgemäße Steuersystem;
10 eine Draufsicht auf die Steuerungen für die in den 7 und 8 gezeigte Steuereinheit;
11 eine schematische Ansicht, die eine Vitrinen-Steuereinheit und eine System-Steuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung verdeutlicht; und
12 ein Systemblockdiagramm einer Kondensationseinrichtung oder Kühlanlage nach einer alternativen erfindungsgemäßen Ausführung.
Unter Bezug nun auf die Zeichnungen, bei denen gleiche Bezugszeichen quer über die verschiedenen Ansichten gleiche oder entsprechende Teile bezeichnen, wird in 1 eine herkömmliche Kälteanlage gezeigt, die im Allgemeinen durch das Bezugszeichen 10 gekennzeichnet wird. Die Kälteanlage 10 umfasst mehrere Verdichter 12 und einen Kondensator 14, die fern von mehreren Kühlvitrinen 16 angeordnet sind. In dieser Darstellung sind die Verdichter 12 in einem parallelen Block konfiguriert, der in einem Maschinenraum oder auf einem Dach 18 eines Gebäudes angeordnet ist. Die Verdichter 12 versorgen den Kondensator 14, der luft- oder wassergekühlt sein kann. Der Kondensator 14 liefert einem Sammelbehälter 20 flüssiges Kältemittel. Der Sammelbehälter 20 liefert wiederum wie dargestellt Kältemittel an die parallel verbundenen einzelnen Kühlvitrinen 16. Bei den meisten Umsetzungen wird ein Flüssigkeitsleitungsmagnetventil 22 verwendet, um das Strömen von Kältemittel zu dem zugehörigen Verdampfer 24 zu regeln. Das Kältemittel wird dem Verdampfer 24 durch eine geeignete Expansionsvorrichtung, beispielsweise ein Expansionsventil 26, zugeführt. Das Expansionsventil 26 sieht eine verengte Öffnung vor, die ein Zerstäuben des flüssigen Kältemittels zu Flüssigkeitströpfchen bewirkt, die in die Einlassseite des Verdampfers 24 eingeleitet werden. Der in der Kältemittelvitrine 16 angeordnete Verdampfer 24 extrahiert durch Verdampfung der Flüssigkeitströpfchen zu einem Gas Wärme von der Vitrine 16 und ihrem Inhalt. Verdichter 12 extrahieren dieses Gas durch Ansaugen und verdichten das Gas. Das verdichtete Gas hoher Temperatur wird dann durch den Kondensator 14 zurück in den flüssigen Zustand gekühlt und wird zurück zum Sammelbehälter 20 geleitet, woraufhin der Zyklus fortgesetzt wird.
Um die Kühlkapazität der Last anzupassen, können die Verdichter 12 nach Bedarf einzeln oder in Gruppen ein- und ausgeschaltet werden. Bei einer typischen Installation in einem Einzelhandelsgeschäft kann es mehrere unabhängige Systeme geben, die jeweils wie in 1 gezeigt konfiguriert sind, um verschiedene Betriebstemperaturbereiche zu handhaben. Zu beachten ist, dass eine Flüssigkeitsleitung 28 und eine Ansaugleitung 30 jeweils recht lang sein müssen (z.B. bis zu 45,7 m (150 Fuß), um die Entfernung der Kühlvitrinen 16 zu einem Maschinenraum oder Dach 18 zu überbrücken.
2 zeigt eine Kondensationseinrichtung oder Kühlanlage 40, die entsprechend den Prinzipien der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist. Die Kühlanlage 40 umfasst eine Kühlvitrine 42, einen Verdichter 44, einen Kondensator 46, ein erstes Expansionsventil 48, einen Economiser 50, ein zweites Expansionsventil 52 und einen Verdampfer 54. Zwar wird die Kühlanlage 40 in Verbindung mit der Kühlvitrine 42 gezeigt, es liegt aber im Schutzumfang der vorliegenden Erfind, die Kühlanlage 40 bei Bedarf in Verbindung mit anderen Kühlvorrichtungen zu verwenden.
Der Kondensator 46 und der Verdichter 44 sind beide in der Vitrine 42 angeordnet oder daran angebracht. Der Verdampfer 54 und die zugehörigen Expansionsventile 48 und 52 sind ebenfalls in der Vitrine 42 angeordnet. Der Kondensator 46 umfasst einen Wärmeentzugsmechanismus 56, durch welchen Wärme an die Umgebung abgeführt wird. Der Wärmeentzugsmechanismus 56 kann ein mit geeigneten Rohren verbundener Wasserkühlmantel für das Transportieren von Abhitze zu einem an dem Gebäudedach oder andernorts außerhalb des Gebäudes angeordneten Wasserkühlturm sein. Alternativ kann der Wärmeentzugsmechanismus 56 eine druckbelüftete Kühlanlage oder eine passive Konvektionsluftkühlanlage sein. Die Kühlanlage 40 verwendet auch ein Flüssigkeitsleitungsabsperrventil 58 für das Steuern des Strömens von Kältemittel zu dem Verdampfer 54. Das Ventil 58 steht mit Steuersensoren in Verbindung, um dem Verdampfer 54 bei Bedarf Kältemittel zuzuführen.
12 zeigt eine alternative Ausführung einer Kondensationseinrichtung oder Kühlanlage 240, die gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist. Die Kühlanlage 240 umfasst eine Reihe von Kühlvitrinen 242a, 242b und 242c sowie eine Gruppe von Verdichtern 244a, 244b, 244c und 244d. Die Gruppe von Verdichtern 244a–d umfasst mindestens einen impulsbreitenmodulierten Verdichter 244d. Die Kühlanlage 240 ist eine geteilte Anlage, wobei die Verdichter 244a–d sich auf einem Dach oder in einem Maschinenraum 18 eines Gebäudes befinden, während die Kühlvitrinen 242a–c in einer Verkaufsfläche des Gebäudes angeordnet sind. In dem Maschinenraum 18 befinden sich zusammen mit den Verdichtern 244a–d ein Kondensator 246, ein erstes Expansionsventil 248 und ein Economiser 250. Neben den Kühlvitrinen 242a–c umfasst die Kühlanlage 240 ein zweites Expansionsventil 252 und einen Verdampfer 254. Zwar wird in 12 die Kühlanlage 240 in Verbindung mit den Kühlvitrinen 242a–c dargestellt, doch liegt es im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, die Kühlanlage 240 bei Bedarf in Verbindung mit anderen Kühlvorrichtungen zu verwenden.
Der Kondensator 246 umfasst einen Wärmeentzugsmechanismus 256, durch den Wärme an die Umgebung abgeführt wird. Der Wärmeentzugsmechanismus 256 kann ein Wasserkühlmantel sein, der mit geeigneten Rohren für das Transportieren von Abhitze zu einem an dem Gebäudedach oder andernorts außerhalb des Gebäudes angeordneten Wasserkühlturm verbunden ist. Alternativ kann der Wärmeentzugsmechanismus 256 eine druckbelüftete Kühlanlage oder eine passive Konvektionsluftkühlanlage sein. Die Kühlanlage 240 verwendet auch ein Flüssigkeitsleitungsabsperrventil 258 für das Steuern des Strömens von Kältemittel zu jedem Verdampfer 254. Das Ventil 258 steht mit Steuersensoren in Verbindung, um dem Verdampfer 254 bei Bedarf Kältemittel zuzuführen.
Die Kühlanlage 240 nutzt wie die Kühlanlage 40 die Verdichter-Steuereinheit 60, um an einer Kapazitätssignalleitung 62 ein impulsbreitenmoduliertes Steuersignal zu einem Kapazitätsmagnetventil 64 für den Verdichter 244d zu liefern. Die Steuereinheit 60 passt wiederum die Impulsbreite des Steuersignals für das Ventil 64 mit Hilfe eines nachstehend beschriebenen Algorithmus an. Während in 12 nur ein impulsbreitenmodulierter Verdichter 244d gezeigt wird, können mehrere Verdichter ein Kapazitätsmagnetventil 64 für die Impulsbreitenmodulierung durch die Steuereinheit 60 umfassen. Ferner kann die Steuereinheit 60, auch wenn dies in 12 nicht gezeigt ist, auch ein impulsbreitenmoduliertes Dampfeinspritzsignal an einer Einspritzsignalleitung zu einem Einspritzmagnetventil für einen der Verdichter 244a–d liefern. Die Steuereinheit 60 passt die Impulsbreite des Steuersignals für das Einspritzmagnetventil mit Hilfe eines nachstehend beschriebenen Algorithmus an.
Die Kühlanlage 40 setzt eine Kondensationseinrichtung bzw. eine System-Steuereinheit 60 ein, die an einer Kapazitätssignalleitung 62 ein impulsbreitenmoduliertes Steuersignal an ein Kapazitätsmagnetventil 64 für den Verdichter 44 liefert. Die Steuereinheit 60 passt die Impulsbreite des Steuersignals für das Ventil 64 mit Hilfe eines nachstehend beschriebenen Algorithmus an. Die Steuereinheit 60 liefert einem Einspritzmagnetventil 68 für den Verdichter 44 auch ein impulsbreitenmoduliertes Dampfeinspritzsignal an einer Einspritzsignalleitung 66. Die Steuereinheit 60 passt die Impulsbreite des Steuersignals für das Ventil 68 mit Hilfe eines nachstehend beschriebenen Algorithmus an.
Die 3 und 4 zeigen die Einzelheiten des Verdichters 44. Der Scrollverdichter 44 umfasst einen Außenmantel 70, in dem ein Antriebsmotor mit einem Stator 72 und einem Rotor 74 angeordnet ist, eine Kurbelwelle 76, an der der Rotor 74 befestigt ist, ein oberes Lagergehäuse 78 und ein unteres Lagergehäuse 80 für das drehbare Lagern der Kurbelwelle 76 und eine Verdichteranordnung 82.
Die Verdichteranordnung 82 umfasst ein orbitierendes Scrollelement 84, das am oberen Lagergehäuse 78 gelagert und über einen Kurbelzapfen 86 und einen Mitnehmereinsatz 88 mit einer Kurbelwelle 76 treibend verbunden ist. Ein nicht orbitierendes Scrollelement 90 ist in kämmendem Eingriff mit dem orbitierenden Scrollelement 84 positioniert und ist an dem oberen Lagergehäuse 78 mittels mehrerer (nicht dargestellter) Bolzen und zugehöriger (nicht dargestellter) Hülsenelemente axial bewegbar befestigt. Eine Oldham-Kupplung 92 wirkt mit den Scrollelementen 84 und 90 zusammen, um eine relative Drehung zwischen diesen zu verhindern. Eine Trennplatte 94 ist neben dem oberen Ende des Mantels 70 vorgesehen und dient zum Trennen des Inneren des Mantels 70 in eine Druckkammer 96 am oberen Ende desselben und eine Ansaugkammer 98 am unteren Ende desselben.
Bei Betrieb wird bei Orbitieren des orbitierenden Scrollelements 84 bezüglich des Scrollelements 90 Ansauggas über ein Ansaugfitting 100 in die Ansaugkammer 98 des Mantels 70 gesaugt. Von der Ansaugkammer 98 wird Ansauggas durch einen in dem nicht orbitierenden Scrollelement 90 vorgesehenen Einlass 102 in den Verdichter 82 gesaugt. Die an den Scrollelementen 84 und 90 vorgesehenen miteinander kämmenden Scrollwicklungen bilden sich bewegende Taschen aus Gas, die zunehmend an Größe abnehmen, wenn sie sich infolge der Orbitierbewegung des Scrollelements 84 radial nach innen bewegen, wodurch das über den Einlass 102 eindringende Ansauggas verdichtet wird. Das verdichtete Gas wird dann über ein in dem nicht orbitierenden Scrollelement 90 vorgesehenes Austrittfenster 104 und einen in der Abtrennung 94 ausgebildeten Durchlass 106 in die Druckkammer 96 abgelassen. Ein auf Druck ansprechendes Ablassventil 108 ist vorzugsweise in dem Austrittfenster 104 aufgenommen.
Das nicht orbitierende Scrollelement 90 ist ferner mit einer in seiner oberen Oberfläche ausgebildeten ringförmigen Aussparung 110 versehen. Eine Schwimmdichtung 112 ist in der Aussparung 110 angeordnet und ist durch ein dazwischen befindliches druckbeaufschlagtes Gas gegenüber der Abtrennung 94 vorgespannt, um die Ansaugkammer 98 von der Druckkammer 96 abzudichten. Ein Durchlass 114 erstreckt sich durch das nicht orbitierende Scrollelement 90, um das das dazwischen befindliche druckbeaufschlagte Gas der Aussparung 110 zuzuführen.
Ein Kapazitätssteuersystem 120 wird in Verbindung mit dem Verdichter 44 gezeigt. Das Steuersystem 120 umfasst ein Ablassfitting 122, einen Kolben 124, ein Mantelfitting 126 und ein Magnetventil 64. Das Ablassfitting 122 ist in dem Austrittfenster 104 verschraubend aufgenommen oder anderweitig darin befestigt. Das Ablassfitting 122 bildet einen inneren Hohlraum 130 und mehrere Ablassdurchlässe 132 aus. Das Ablassventil 108 ist unter dem Fitting 122 und unter dem Hohlraum 130 angeordnet. Dadurch überwindet druckbeaufschlagtes Gas die Vorspannlast des Ablassventils 108, um das Ablassventil 108 zu öffnen, wobei es das druckbeaufschlagte Gas in den Hohlraum 130, durch die Durchlässe 132 und in die Druckkammer 96 strömen lässt.
Unter Bezug nun auf die 3, 4 und 5 wird die Anordnung des Ablassfittings 122 und des Kolbens 124 in größerem Detail gezeigt. Das Ablassfitting 122 bildet einen ringförmigen Flansch 134. An dem Flansch 134 sitzt eine Lippendichtung 136 und eine schwimmende Halterung 138. Der Kolben 124 ist an das Ablassfitting 122 angepresst oder anderweitig daran befestigt, und der Kolben 124 bildet einen ringförmigen Flansch 140, der die Dichtung 136 und die Halterung 138 zwischen Flansch 140 und Flansch 134 sandwichartig einschließt. Das Ablassfitting 122 bildet einen Durchgang 142 und eine Öffnung 144, die sich durch das Ablassfitting 122 erstreckt, um eine Fluidverbindung zwischen der Druckkammer 96 und einer durch Ablassfitting 122, Kolben 124, Dichtung 136, Halterung 138 und Mantel 70 gebildete Druckkammer 146 herzustellen. Das Mantelfitting 126 ist in einer durch den Mantel 70 ausgebildeten Bohrung befestigt und nimmt gleitend die Anordnung von Ablassfitting 122, Kolben 124, Dichtung 136 und Halterung 138 auf. Die Druckkammer 146 steht durch ein Rohr 148 in Fluidverbindung mit dem Magnetventil 64 und durch ein Rohr 150 mit dem Ansaugfitting 100 und dadurch mit der Ansaugkammer 98. Die Kombination von Kolben 124, Dichtung 136 und schwimmender Halterung 138 bietet ein selbst zentrierendes Abdichtsystem, um eine präzise Ausrichtung zur Innenbohrung des Mantelfitting 126 zu bieten. Die Dichtung 136 und die schwimmende Halterung 138 weisen eine ausreichende radiale Nachgiebigkeit auf, so dass eine Fehlausrichtung zwischen der Innenbohrung des Fitting 126 und der Innenbohrung des Austrittfensters 104, in dem das Ablassfitting 122 befestigt ist, durch die Dichtung 136 und die schwimmende Halterung 138 ausgeglichen wird.
Um das nicht orbitierende Scrollelement 90 für normalen Volllastbetrieb in dichtenden Eingriff mit dem orbitierenden Scrollelement 84 vorzuspannen, wird das Magnetventil 64 durch die Steuereinheit 60 deaktiviert (bzw. aktiviert), um ein Strömen von Fluid zwischen Rohr 148 und Rohr 150 zu sperren. In dieser Position befindet sich die Kammer 146 durch den Durchgang 142 und die Öffnung 144 in Verbindung mit der Druckkammer 96. Das druckbeaufschlagte Fluid bei Ablassdruck in den Kammern 96 und 146 wirkt auf gegenüberliegende Seiten des Kolbens 124, wodurch ein normales Vorspannen des nicht orbitierenden Scrollelements 90 hin zu dem orbitierenden Scrollelement 84 ermöglicht wird, um die axialen Enden jedes Scrollelements mit der jeweiligen Endplatte des gegenüberliegenden Scrollelements dichtend zu greifen. Das axiale Abdichten der beiden Scrollelemente 84 und 90 bewirkt, dass der Verdichter 44 bei 100% Kapazität arbeitet.
Um den Verdichter 44 zu entlasten, wird das Magnetventil 64 durch die Steuereinheit 60 hin zu der in 4 gezeigten Position aktiviert (bzw. deaktiviert). In dieser Position steht die Ansaugkammer 98 durch das Saugfitting 100, Rohr 150, Magnetventil 64 und Rohr 148 in direkter Verbindung mit der Kammer 146. Wenn das bei Ablassdruck druckbeaufschlagte Fluid einem Ansaugen von der Kammer 146 ausgesetzt wird, bewegt die Druckdifferenz an den gegenüberliegenden Seiten des Kolbens 124 das nicht orbitierende Scrollelement 90 nach oben, so dass das axiale Ende der Spitzen jedes Scrollelements mit seiner jeweiligen Endplatte abgetrennt wird, und die höher druckbeaufschlagten Taschen lassen zu den niedriger druckbeaufschlagten Taschen und schließlich zur Ansaugkammer 98 ab. Die Öffnung 144 wird integriert, um das Strömen von Druckgas zwischen der Druckkammer 96 und der Kammer 146 zu steuern. Wenn die Kammer 146 mit der Ansaugseite des Verdichters verbunden ist, wird somit die Druckdifferenz an gegenüberliegenden Seiten des Kolbens 124 erzeugt. Eine Wellenfeder 152 ist integriert, um während der Modulierung des nicht orbitierenden Scrollelements 90 die dichtende Beziehung zwischen der Schwimmdichtung 112 und der Abtrennung 94 zu wahren. Wenn ein Spalt 154 zwischen den Scrollelementen 84 und 92 erzeugt wird, wird die weitere Verdichtung des Ansauggases unterbunden. Wenn dieses Entlasten eintritt, bewegt sich das Ablassventil 108 in seine geschlossene Stellung, wodurch das Zurückströmen des hoch druckbeaufschlagten Fluids von der Druckkammer 96 an der stromabwärts befindlichen Kälteanlage verhindert wird. Wenn die Verdichtung des Ansauggases wieder aufgenommen werden soll, wird das Magnetventil 64 deaktiviert (bzw. aktiviert), so dass es wieder ein Strömen von Fluid zwischen den Rohren 148 und 150 sperrt, wodurch die Kammer 146 von der Druckkammer 96 durch den Durchgang 142 und die Öffnung 144 druckbeaufschlagt werden kann.
Unter Bezug nun auf 3, 4 und 6 wird ein Fluideinspritzsystem 158 für den Verdichter 44 näher gezeigt. Der Verdichter 44 weist die Fähigkeit auf, Fluid in die dazwischen befindlichen druckbeaufschlagten, sich bewegenden Kammern an einem Punkt zwischen der Ansaugkammer 98 und der Druckkammer 96 einspritzen zu lassen. Ein Fluideinspritzfitting 160 erstreckt sich durch den Mantel 70 und ist mit einem Einspritzrohr 162 fluidverbunden, das wiederum mit einem an dem nicht orbitierenden Scrollelement 90 befestigten Einspritzfitting 164 fluidverbunden ist. Das nicht orbitierende Scrollelement 90 bildet ein Paar radialer Durchlässe 166 aus, wovon sich jeder zwischen dem Einspritzfitting 164 und einem Paar axialer Durchlässe 168 erstreckt. Die axialen Durchlässe 168 sind gegenüber den sich bewegenden Kammern an gegenüberliegenden Seiten des nicht orbitierenden Scrollelements 90 der Verdichteranordnung 82 offen, um je nach Forderung der Steuereinheit 60 Fluid in diese sich bewegenden Kammern einzuspritzen.
2 zeigt das Dampfeinspritzsystem 158, das das Fluid für das Fluideinspritzsystem des Verdichters 44 liefert. Der Verdichter 44 wird in einer Kühlanlage gezeigt, welche einen Kondensator 46, ein erstens Expansionsventil oder Drosselklappe 48, einen Economiser 50, ein zweites Expansionsventil oder Drosselklappe 52, einen Verdampfer 54 und eine Reihe von Rohren umfasst, welche die in 2 gezeigten Bauelemente miteinander verbinden. Der Verdichter 44 wird von dem Motor betrieben, um das Kältemittelgas zu verdichteten. Das verdichtete Gas wird dann von dem Kondensator 46 verflüssigt. Der Economiser 50 kann ein Economiser des Typs Entspannungsbehälter oder Wärmeaustauscher sein. Wie gezeigt gelangt das verflüssigte Kältemittel durch das Expansionsventil 48 zu dem Entspannungsbehälter-Economiser 50, wo es in Gas und Flüssigkeit getrennt wird. Das gasförmige Kältemittel gelangt weiter durch weitere Rohre, so dass es durch das Fitting 160 in den Verdichter 44 eingeleitet wird. Das verbleibende flüssige Kältemittel dagegen expandiert in dem Expansionsventil 52 weiter, wird dann im Verdampfer 54 verdampft und wird wieder in den Verdichter 44 geleitet.
Unter Bezug nun auf 2 erlaubt das Integrieren des Entspannungsbehälter-Economisers 50 und des Rests des Dampfeinspritzsystems ein Erhöhen der Kapazität des Verdichters 44 über die feste Kapazität des Verdichters 44 hinaus. Typischerweise kann die Kapazität des Verdichters 44 bei Standardkühlbedingungen um etwa 30% erhöht werden, so dass ein Verdichter mit 130% seiner Kapazität vorgesehen wird. Um die Kapazität des Verdichters 44 steuern zu können, wird das Magnetventil 68 zwischen dem Economiser 50 und dem Fitting 160 positioniert. Die erhöhte Kapazität des Verdichters 44 kann durch die Steuereinheit 60 gesteuert werden, die das Magnetventil 68 entweder im Modus der Impulsbreiteneinspritzung oder der kontinuierlichen Einspritzung betreibt. Bei Betrieb im Modus Impulsbreitenmodulation lässt das Magnetventil 68 in Kombination mit dem Kapazitätssteuersystem 120 des Verdichters 44 ein Positionieren der Kapazität des Verdichters 44 zwischen 0% und 130% seiner festen Kapazität zu, um ein schnelleres Lastabziehen zu bewältigen.
Unter Bezug auf 7 können ein einziger Verdichter 44 und Kondensator 46 mehrere verteilte Kühlvitrinen oder mehrere verteilte Kühleinheiten in einer Heizungs- und Kühlanlage (HVAC) bedienen. In 7 werden die Kühlvitrinen oder Kühlanlagegehäuse als gestrichelte Kästchen gezeigt, die mit 42a, 42b und 42c bezeichnet sind. Praktischerweise können der Verdichter 44 und der Kondensator 46 in einer der Kühlvitrinen oder -gehäuse angeordnet oder daran angebracht werden, beispielsweise einer Kühlvitrine oder einem Kühlgehäuse 42a, oder können entfernt angeordnet werden, beispielsweise in einer in 12 gezeigten aufgeteilten Anlage, wobei der Verdichter 44 und der Kondensator 46 sich in einem Maschinenraum oder in einem Gebäudedach 18 befinden. Jede Kühlvitrine bzw. jedes Kühlgehäuse hat seinen eigenen Verdampfer und sein eigenes zugehöriges zweites Expansionsventil, wie bei 54(a, b, c) und 52(a, b, c) gezeigt wird, sowie ein Flüssigkeitsleitungsabsperrventil 58(a, b, c) und einen Thermostat 172(a, b, c), der ein jeweiliges Flüssigkeitsleitungsabsperrventil 58(a, b, c) steuert. Zudem kann eine der Kühlvitrinen bzw. eines der Kühlgehäuse, typischerweise die Vitrine bzw. das Gehäuse niedrigster Temperatur, einen Temperaturmessfühler 174 aufweisen, wie für die Kühlvitrine bzw. das Kühlgehäuse 42a gezeigt wird. Wenn der Temperaturmessfühler 174 enthalten ist, liefert er der Steuereinheit 60 wie nachstehend beschrieben Ausgangsinformationen. Schließlich kann ein Drucksensor 176 einhalten sein, der den Druck des in das Saugfitting 100 eindringenden Kältemittels überwacht. Der Drucksensor 176 liefert der Steuereinheit 60 diese Informationen wie nachstehend beschrieben.
Alternativ kann jeder Verdampfer 54 seine eigene Vitrinensteuereinheit 300 aufweisen, um Abtau-, Gebläse- und elektronische Expansionsventilsteuerung beruhend auf der Vitrinentemperatur und dem Vitrinenauslassdruck vorzunehmen, wie in den 2, 7 und 11 gezeigt wird. Unter Bezug eigens auf 11 enthält eine Gruppe von Kühlvitrinen 42a, 42b, 42c jeweils eine Vitrinensteuereinheit 300a, 300b bzw. 300c. Temperaturmessfühler 174a, 174b und 174c sowie Drucksensoren 176a, 176b und 176c liefern Temperatur- und Vitrinenauslassdruckmessungen zu den jeweiligen Vitrinensteuereinheiten 300a, 300b und 300c. Die Vitrinensteuereinheiten 300a, 300b und 300c sind über eine digitale Zweiwege-Verbindungsstrecke 310 mit der Systemsteuereinheit 60 verbunden, wodurch Temperatur- und Drucksensorwerte sowie der Vitrinenforderlastzustand (1 oder 0) der Systemsteuereinheit 60 durch die Vitrinensteuereinheiten 300a, 300b und 300c geliefert werden können. Ferner führt jede Vitrinensteuereinheit 300a, 300b und 300c Abtau-, elektronische Expansionsventil- und Gebläsesteuerung lokal beruhend auf den erhaltenen Temperatur- und Drucksensorwerten aus.
Die Ausführung von 7 mit mehreren Vitrinen oder mehreren Kühleinheiten zeigt, wie ein einziger Verdichter 44 durch die Steuereinheit 60 zur Kapazitätssteuerung und Dampfeinspritzung impulsbreitenmoduliert werden kann, um die aktuelle Kühlforderung zu erfüllen. Der Temperaturmessfühler 174 und/oder der Drucksensor 176 liefern einen Hinweis auf die Belastung des Systems. Die Steuereinheit 60 passt die Impulsbreitenmodulation sowohl des Kapazitätssteuersystems 120 als auch des Dampfeinspritzsystems an, um den Verdichter zwischen den Zuständen seiner hohen Kapazität und seiner niedrigen Kapazität zu modulieren, um wie nachstehend beschrieben den aktuellen Bedarf an Kältemittel zu erfüllen.
Die Steuereinheit 60 kann die Kapazität des Verdichters 44 durch Verwenden der Impulsbreitenmodulation des Magnetventils 64 steuern. Die Kapazität des Verdichters 44 kann von 0% bis 100% gesteuert werden, doch bei dieser Ausführung wird die Kapazität durch den Impulsbreitenmodulationsbetrieb von 10% bis 100% gesteuert. Ferner kann die Kapazität des Verdichters 44 durch die Impulsbreitenmodulation des Magnetventils 68, das das Dampfeinspritzsystem der vorliegenden Erfindung steuert, beliebig von 100% bis etwa 130% angehoben werden. Ferner kann die Steuereinheit 60 das Magnetventil 68 bei Bedarf in Ein-/Aus-Weise betreiben. Die in der Steuereinheit 60 enthaltenen Betriebseigenschaften und Algorithmen werden nachstehend näher erläutert.
Die Steuereinheit 60 kann Kälteanlagen mit entweder einem einzigen Verdampfer (2) oder mit mehreren Verdampfern (7) steuern. Die Systeme mit mehreren Verdampfern könnten Verdampfer bei ähnlichen Temperaturen oder bei gemischten Temperaturen aufweisen, indem elektronische Druckregler bei den Verdampfern höherer Temperaturen eingesetzt werden.
Unter Bezug nun auf die 7 und 8 wird die Steuereinheit 60 näher gezeigt. Die Steuereinheit 60 steuert einen Alarmausgang 200, der während eines Warnzustands an bleibt. Der Alarmausgang 200 stellt sich selbst zurück, wenn alle Warnbedingungen verschwunden sind.
Die Steuereinheit 60 steuert den Betrieb eines ersten Kondensatorgebläses 202 und eines zweiten Kondensatorgebläses 204. Die Kühlanlage 40 umfasst zwei Kondensatorgebläsemotoren und Gebläse für den Kondensator 46. Die Steuereinheit 60 steuert den Betrieb des Motors für den Verdichter 44, wie bei 206 gezeigt wird, sie steuert den Betrieb des Dampfeinspritzmagnetventils 68, wie bei 208 gezeigt wird, und sie steuert den Betrieb des Kapazitätssteuermagnetventils 64, wie bei 210 gezeigt wird.
Der Steuereinheit 60 werden verschiedene Eingaben geliefert. Diese Eingaben umfassen die Steuerleistung bei 212, eine optionale Saugdruckeingabe vom Drucksensor 176 bei 214, eine optionale Leitvitrinentemperatureingabe des Temperaturmessfühlers 174 bei 216, die Temperatur des Kältemittels an der mittleren Windung oder der Rückwindung des Kondensators 46 von einem Temperaturmessfühler 218 bei 220 und eine Temperatur des Druckgases des Verdichters 44 von einem Temperaturmessfühler 222 bei 224. Unter Verwendung der verschiedenen Eingaben kann die Steuereinheit 60 die Kapazität des Verdichters 44 beruhend auf entweder der Vitrinenlufttemperatur, dem Verdichtersaugdruck oder beidem steuern, wie nachstehend erläutert wird. Die Steuereinheit 60 und die verschiedenen Anschlussblöcke sind in einem (nicht dargestellten) Gehäuse untergebracht, das für die Anbringung an der Kühlanlage 40 geeignet ist.
Zwar wird dies nicht eigens erläutert, doch umfasst die Kühlanlage 40 auch einen elektromechanischen Niederdruckabschalt-Schalter, um den Verdichter 44 bei sehr niedrigem Ansaugdruck für Vakuumschutz anzuhalten, sowie einen elektromechanischen Hochdruckabschalt-Schalter, um den Verdichter 44 bei sehr hohem Ablassdruck anzuhalten, wenn ein solcher Schutz erforderlich ist. Wie vorstehend erläutert sind jedem Verdampfer 54(a, b, c) sein eigenes Flüssigkeitsleitungsmagnetventil 58(a, b, c), seine eigenen Temperaturmessfühler 172(a, b, c) und sein eigenes Thermostatexpansionsventil 52(a, b, c) zugeordnet. Keines dieser Ventile bzw. keiner der Messfühler steht mit der Steuereinheit 60 in Verbindung. Die einzige Verbindung zur Steuereinheit 60 erfolgt durch den Leitvitrinentemperaturmessfühler 174 und/oder den Saugdrucksensor 176. Schließlich kann die Steuereinheit 60 zwischen Kältemitteln umgeschaltet werden, einschließlich aber nicht ausschließlich R-404A, R-407C, R-22, R-134a und R-410A, wie nachstehend erläutert wird.
Verdichterkapazität-Steueralgorithmen (9).
Die Steuereinheit 60 moduliert die Kapazität des Verdichters 44 durch die Impulsbreitenmodulationssteuerung des Magnetventils 64 und/oder des Magnetventils 68. Es gibt zwei verschiedene Proportional-Integral-Differential-Regelkreise. Die Steuereinheit 60 kann so eingestellt werden, dass sie die Saugdrucksteuerung unter Verwendung des Sensors 176, die Leitvitrinentemperatursteuerung unter Verwendung von Sensor 174 oder eine Kombination von Leitvitrinentemperatursteuerung mit Saugsteuerunterstützung unter Verwendung der Sensoren 174 und 176 verwendet. Jede wird der Reihe nach beschrieben.
Saugdrucksteuerung: Während der Saugdrucksteuerung wird der Verdichter 44 mit angepasster Belastungszeit betrieben, um am Saugdruckeinstellpunkt 230 einen durchschnittlichen Ansaugdruck zu halten. Das Ermitteln des durchschnittlichen Saugdrucks erfolgt durch Nehmen vieler Saugdruckstichproben während jeder Belastungs-/Entlastungszykluszeit des Verdichters 44 und dann Filtern dieser Saugdruckdaten mit Hilfe eines digitalen Filters 232. Der digitale Filter erzeugt einen brauchbaren durchschnittlichen Druck für Steuerzwecke, indem er nahezu alle Druckschwankungen entfernt, die durch Be- und Entlasten des Verdichters 44 erzeugt werden. Vorzugsweise ist die Abtastrate des digitalen Filters umgekehrt proportional zur Zykluszeit der Impulsbreitenmodulation (PWM), so dass unabhängig von der gewählten PWM-Zykluszeit der digitale Filter während jedes PWM-Zyklus mit zwanzig Stichproben arbeitet. Das so erzielte Filtern hat eine entsprechende Zeitsteuerung, so dass es der gewählten PWM-Zykluszeit entspricht. Die Steuerung des Saugdrucks erfolgt durch einen PID-Algorithmus. Der Saugdruckeinstellpunkt ist wie nachstehend beschrieben an der Steuereinheit 60 einstellbar. Das Signal vom Saugdrucksensor 176 wird erst durch den digitalen Filter geleitet und dann zu dem Ansaugdruck-PID-Algorithmus. Ist Saugdrucksteuerung gewählt, dann wird der Leitvitrinentemperatur-PID-Algorithmus ignoriert.
Leitvitrinentemperatursteuerung: Während der Leitvitrinentemperatursteuerung wird der Verdichter 44 mit angepasstem Belastungsarbeitszyklusprozentsatz betrieben, um die Temperatur der Luft in der gewählten Leitvitrine bei einem Leitvitrinentemperatureinstellpunkt 234 zu halten. Die Steuerung dieser Leitvitrinentemperatur erfolgt durch den PID-Algorithmus. Der Leitvitrinentemperatureinstellpunkt ist wie nachstehend beschrieben an der Steuereinheit 60 einstellbar. Das Signal vom Temperaturmessfühler 174 geht direkt zu dem Leitvitrinentemperatur-PID-Algorithmus. Wenn die Leitvitrinentemperatursteuerung gewählt ist, wird der Ansaugdruck-PID-Algorithmus ignoriert.
Kombinationssteuerung: Während der Kombinationssteuerung wird der Verdichter 44 so betrieben, dass sowohl der Saugdruckeinstellpunkt 230 als auch der Leitvitrinentemperatureinstellpunkt 234 erreicht werden. Die Kapazität des Verdichters 44 wird angehoben, bis diese beiden Einstellpunkte erfüllt sind. Die Kombinationssteuerung wird verwirklicht, indem man ein gleichzeitiges Funktionieren sowohl der Ansaugdruck-PID-Steuerung als auch der Leitvitrinentemperatur-PID-Steuerung zulässt. Die Steuereinheit 60 gibt jeweils der PID-Steuerung Vorrang, die die niedrigste Verdichterkapazität fordert. Die Ermittelung, welche steuert, wird für den Verdichter 44 während jedes entlasteten Zyklus neu berechnet. Die bevorzugte Absicht dieser Kombinationssteuerung ist, dass die Leitvitrinentemperatur meist die dominante Steuerung ist, daher muss sie die geringere Verdichterkapazität fordern. Dadurch wird der Leitvitrinentemperatureinstellpunkt üblicherweise auf eine etwas höhere Kühltemperatur gesetzt, als der Saugdruckeinstellpunkt allein erreichen würde. Die Ausgänge der beiden PID-Steuerfunktionen (eine für Ansaugdruck und eine für Leitvitrinentemperatur) werden in einem Selektor 236 kombiniert, der die niedrigere der beiden weitergibt. Der Selektor liefert das Signal zu einem Kapazitätsmodulationsgenerator 238. Der Kapazitätsmodulationsgenerator erzeugt die Steuerzeit des PWM-Magnetventils 64, die einem Magnettreiber 240 geliefert wird. Der Grund für das Bevorzugen der Dominanz der Leitvitrinentemperatur ist, dass die Saugdrucksteuerung dominieren und die Temperatur der Leitvitrine bei einer Temperatur unter dem Leitvitrinentemperatureinstellpunkt gehalten würde, wenn der Saugdruckeinstellpunkt so eingestellt würde, dass er eine Temperatur unter dem Leitvitrinentemperatureinstellpunkt verwirklicht. Solche Einstellungen heben im Wesentlichen die Brauchbarkeit der Leitvitrinentemperaturmessung auf. Das Vorhandensein der Saugdrucksteuerung während einer dominanten Leitvitrinentemperatursteuerung ist während Abtauvorgängen der Leitvitrine nützlich, da der Ansaugdruck während des Abtauens unter der Leitvitrinentemperatur liegt. Ferner ermöglicht der Druck des Saugdrucksensors 176 eine bessere Kondensatorsteuerung und einen besseren Schutz vor pendelndem Zu- und Abschalten des Verdichtermotors, wenn der Ansaugdruck zu niedrig wird. Der Kombinationssteuermodus hat keinen inneren Regelkreis und keinen äußeren Regelkreis. Die beiden PID-Steuerstrecken sind gleich, beide aktiv, wobei der Selektor 236 ermittelt, welche gerade die steuernde Wirkung hat.
Zur Rückkehr zur Impulsbreitenmodulation wird die Ausgabe des Selektoralgorithmus des Selektors 236 durch den Kapazitätsmodulationsgenerator 238 auf einen Arbeitszykluswert eines sich wiederholenden Impulses umgewandelt. Der Ausgang des Kapazitätsmodulationsgenerators 238 steuert das Magnetventil 54 des Verdichters 44. Mehr Kapazität bewirkt, dass das Magnetventil 64 während eines kleineren Zykluszeitanteils eingeschaltet (oder abgeschaltet) wird, um die Kapazität des Verdichters 44 anzuheben. Die Ausgangskapazität wird wie folgt berechnet:
wobei e(t) das Fehlersignal zwischen dem erfassten Wert und dem Einstellpunkt ist, K_p die proportionale Konstante ist, K_d die Differentialkonstante ist und
die integrale Konstante ist. Die beiden PID-Algorithmen (Proportional-Integral-Differential) können auf PI-Algorithmen (Proportional-Integral) ohne Differentialfunktion vereinfacht werden. Bezüglich der obigen Ausgangsgleichung werden die proportionale und integrale Konstante durch 100 dividiert, um P und I zu erhalten, wie sie hier verwendet werden. PID-Konstanten (oder PI-Konstanten) für die Saugdrucksteuerung sind anpassbar und haben Vorgabewerte. Es gibt auch Mindest- und Höchstwerte, über die hinaus nicht eingestellt werden kann. Vorzugsweise liegen die Vorgabewerte bei P = 0,3, I = 0,15; und die Anpassbereiche sind P = 0,1 bis 0,6, I = 0,05 bis 0,03. Diese PI-Konstanten für die Leitvitrinentemperatursteuerung sind anpassbar und haben Vorgabewerte. Es gibt auch Mindest- und Höchstwerte, über die hinaus sie nicht eingestellt werden können. Vorzugsweise sind die Vorgabewerte P = 0,3, I = 0,3; und die Anpassbereiche sind P = 0,1 bis 0,6, I = 0,05 bis 0,03.
Die PWM-Zyklusmaximalzeit ist wie nachstehend beschrieben vom Bediener wählbar. Vorzugsweise beträgt der Vorgabewert 20 Sekunden, der Mindestwert ist 10 Sekunden und der Höchstwert 60 Sekunden.
Es wird auch eine untere Verdichterkapazitätsgrenze vorgesehen. Auch wenn die Kapazität des Verdichters 44 auf 0% reduziert werden kann, schaltet die Steuereinheit 60 den Motor des Verdichters 44 ab, wenn der geforderte Verdichterkapazitätswert 10% unterschreitet. Ein Neuanlaufen des Motors wird durch ein Ansteigen der Kapazitätsforderung auf 10% oder mehr und durch die Motoranlauflogik geregelt.
Es wird auch eine Steuerung der niedrigen Kapazität bei kurzer PWM-Zykluszeit vorgesehen. Die Belastungszeit des Verdichters 44 wird so gesteuert, dass sie nicht unter zwei Sekunden liegt. Bei einer maximalen PWM-Zykluszeiteinstellung von zwanzig Sekunden (der Vorgabewert) oder mehr wird diese Bedingung durch den Mindestbelastungsarbeitszyklus von 10% erfüllt. Bei einer maximalen PWM-Zykluszeiteinstellung von weniger als zwanzig Sekunden (zehn – zwanzig Sekunden) wird die PWM-Zykluszeit angehoben, wenn die Kapazität einen niedrigen Wert aufweist, so dass die Mindestbelastungszeitbedingung von zwei Sekunden gewahrt wird. Wird die maximale PWM-Zykluszeit auf zehn Sekunden gesetzt, dann wird die Mindestbelastungszeit von zwei Sekunden erfüllt, während PWM 20% oder mehr beträgt. Wird die Kapazität auf 15% gesenkt, dann steigt die PWM-Zykluszeit automatisch auf 13 1/3 Sekunden (15% von 13 1/3 Sekunden ist 2 Sekunden), um die Mindestbelastungszeit von 2 Sekunden zu halten. Wenn die Kapazität auf 10% sinkt, steigt die PWM-Zykluszeit automatisch auf zwanzig Sekunden (10% von zwanzig Sekunden ist 2 Sekunden). Wenn die berechnete Kapazität unter 10% liegt (was ein Abschalten des Verdichtermotors bewirkt), wird die PWM-Zykluszeit nicht über den Zeitwert für PWM bei 10% angehoben. Dies erlaubt ein normales Arbeiten der anderen Steuerfunktionen, so dass der richtige Zeitpunkt zur Aufnahme der Pumparbeit ohne übermäßige Verzögerung durch die Steueralgorithmen ermittelt werden kann.
Dampfeinspritzung
Die Steuereinheit 60 ist dafür programmiert, das Einspritzmagnetventil 68 zu betreiben. Dies erhöht die Kapazität des Verdichters 44 auf etwa 130%. Die Steuereinheit 60 betreibt das Magnetventil 68 nur, wenn das Kapazitätsmagnetventil 64 abgeschaltet ist. Bevor die Dampfeinspritzung durch die Steuereinheit 60 fortfahren kann, muss daher die Kapazität des Verdichters 44 bei 100% liegen. Die Steuereinheit 60 betreibt dann das Magnetventil 68 mit Hilfe der Impulsbreitenmodulation, um die Kapazität des Verdichters 44 abhängig von den von der Steuereinheit 60 ermittelten Anforderungen von 100% auf bis zu etwa 130% zu erhöhen.
Motoranlauflogik
Verzögerung – Die Steuereinheit 60 enthält eine Motoranlauflogik, die ein Anlaufen des Verdichtermotors bis zum Verstreichen einer entsprechenden zeitlichen Verzögerung unterbindet. Die zeitliche Verzögerung setzt im letzten Moment ein, da der Verdichtermotor angehalten wurde. Vorzugsweise hat der Verdichtermotor eine Anlaufverzögerung von zwei Minuten, und diese Verzögerungszeit ist nicht verstellbar. Dies verhindert mehr als dreißig Motoranläufe pro Stunde.
Anlauf unbelastet – Die Steuereinheit 60 enthält eine weitere Motoranlauflogik, die den Verdichter 44 zum Zeitpunkt des Anlaufens durch Einschalten (oder Abschalten) des Magnetventils 64 entlastet. Das entlastete Anlaufen des Motors verringert den Motoreinschaltstrom und lässt mehr Motoranläufe ohne übermäßigen Verschleiß des Motorschützes zu. Vorzugsweise wird das Magnetventil 64 eine Sekunde vor Einschalten des Motorschützes eingeschaltet (oder abgeschaltet), um den Verdichter 44 zu entlasten, und bleibt drei Sekunden lang eingeschaltet (oder abgeschaltet), nachdem der Motor beginnt, den Verdichter 55 entlastet zu halten. Nach dem entlasteten Lauf wird die Steuerung des Magnetventils 64 unter der Annahme, dass die Steuereinheit 60 arbeitet, zu den normalen PID-Steueralgorithmen zurückgeführt. Wenn die Steuereinheit 60 ausgefallen oder nicht eingeschaltet ist, dann bewirkt das Anlegen von Strom an der restlichen Kühlanlage 40, dass alle Motoren und die Dampfeinspritzung ohne Verzögerung laufen. Der PWM-Ausgang ist aus und der Verdichter 44 arbeitet bei 100% Kapazität, wobei die Dampfeinspritzung die Kapazität auf etwa 130% steigert.
Pumpenausfall
Die Steuereinheit 60 kann einen Saugdrucksensor 176 aufweisen. Wenn der Sensor 176 enthalten ist, tritt im Allgemeinen kein Pumpenausfall ein, wenn eine einzelne Vitrine 42 auf Abtauen wechselt (was das Strömen von Kältemittel stoppt), da der Drucksteueralgorithmus die Verdichterkapazität senkt, um den Ansaugdruck auf dem Einstellpunkt 230 zu halten. Der Saugdrucksensor 176 ist dagegen vor dem digitalen Filter 232 positioniert und dadurch kann der Saugdrucksensor 176 einen übermäßig niedrigen Ansaugdruck überwachen. Wenn der unverzögerte Ansaugdruck unter 5 PSIG fällt, wird der Verdichtermotor vorzugsweise sofort angehalten und die Neustartlogik wird aufgerufen. Vorzugsweise sollte der elektromechanische Niederdruckabschaltschalter auf 0 PSIG gesetzt werden. Auf diese Weise verhindert er Vakuum, lässt aber auch zu, dass der Saugdrucksensor 176 Niedrigdruckbedingungen verhindert. Der elektromechanische Schalter wird dann zu einer Backup-Steuerung. Wenn der Saugdrucksensor 176 nicht in der Steuereinheit 60 enthalten ist, dann kann die Steuereinheit 60 keinen Pumpenausfall verhindern. Der externe elektromechanische Niederdruckabschaltschalter muss den Verdichter 44 unter diesen Bedingungen steuern. Die Neustartlogik (die Verzögerung) in der Steuereinheit 60 kann nicht aufgerufen werden.
Verdichterschutz bei hoher Ablasstemperatur
Erfasste Bedingungen – Wie in 8 gezeigt wird, umfasst die Kühlanlage 40 einen Temperaturmessfühler 222, der die Ablasstemperatur beim Verdichter 44 überwacht. Die Steuereinheit 60 weist zwei Einstellpunkte für die Druckgastemperatur des Verdichters 44 auf. Vorzugsweise wird der Zustand sehr hoher Ablasstemperatur (VHDTC) bei über 280°F (138°C) als zutreffend und unter 270°F (132°C) als falsch festgelegt. Vorzugsweise ist der Zustand hoher Ablasstemperatur (HDTC) bei über 260°F (127°C) zutreffend und bei unter 250°F (121°C) falsch. Diese beiden Einstellpunkte sind nicht verstellbar. Wenn ein VHDTC mehr als 15 Sekunden lang als zutreffend erfasst wird (über 280°F), wird der Verdichtermotor abgeschaltet.
Dampfeinspritzung während hoher Ablasstemperatur – Wenn der Verdichtermotor läuft und die HDTC zutrifft, VHDTC aber falsch ist, wird die Kapazität des Verdichters 44 durch Beenden der Impulsbreitenmodulation für das Magnetventil 64 zwangsweise auf 100% gebracht und das Dampfeinspritzmagnetventil 68 wird eingeschaltet (oder abgeschaltet), um eine volle Dampfeinspritzung zu erzeugen. Wenn der Verdichtermotor läuft und HDTC wieder falsch ist (und VHDTC falsch bleibt), dann kehrt die Verdichterkapazität zur normalen Steuerung zurück und das Dampfeinspritzmagnetventil 68 wird abgeschaltet (oder eingeschaltet), um die Dampfeinspritzung zu beenden. Das Beenden der Dampfeinspritzung setzt voraus, dass die Verdichterkapazität unter 100% liegt.
Automatische Neustarts – Wie vorstehend erläutert tritt ein automatischer Neustart nach dem Anhalten des Motors und nach einer festgelegten Verzögerungszeit ein. Die Steuereinheit 60 lässt einen automatischen Neustart zu, doch kann dieser automatische Neustart verhindert werden, was wie nachstehend eingehend beschrieben ein manuelles Zurücksetzen erfordert. Wenn der Verdichtermotor aufgrund hoher Ablasstemperatur (wie vorstehend erläutert) abgeschaltet wird, registriert die Steuereinheit 60 diese durch hohe Ablasstemperatur bedingten Abschaltvorfälle (HDTSE). Der HDTSE-Zähler ist bis Eintritt eines HDTSE bei Null. Immer wenn ein HDTSE eintritt, steigt der Zähler zum Zeitpunkt, da der Zustand erfasst wird, um 1. Immer wenn ein HDTSE eintritt, wird ein 30-Minuten-Timer mit Neustartverzögerung bei hoher Ablasstemperatur gestartet. Wenn sowohl VDHTC als auch HDTC falsch sind (der Verdichter 44 hat sich abgekühlt) und der Temperaturneustartverzögerungstimer seine Zeitvorgabe beendet hat und wenn der Zähler bei unter 4 steht, dann tritt ein Motorneustart ein, sofern die Steuereinheit 60 die Notwendigkeit feststellt. Die Nettowirkung ist, dass nach Vorfällen hoher Ablasstemperatur nur drei automatische Neustarts zulässig sind und diese automatischen Neustarts nur zulässig sind, nachdem der Verdichter 44 abgekühlt ist, was durch den Sensor 222 angezeigt wird, und der Motor dreißig Sekunden lang nicht gelaufen ist. Tritt ein vierter HDTSE ein, läuft der Motor nicht automatisch neu an, bis der Zähler an der Steuereinheit 60 manuell auf Null zurückgesetzt wird. Solange ein HDTSE andauert, wird durch die Steuereinheit 60 ein Fehlercode angezeigt. Vorzugsweise zeigt E11 den ersten Vorfall, E12 den zweiten Vorfall, E13 den dritten Vorfall und E14 den vierten Vorfall an. Bei E11, E12 und E13 erfolgt ein automatischer Neustart. E14 zeigt an, dass ein manueller Neustart notwendig ist. Der Zähler für die Vorfälle hoher Ablasstemperatur wird während Stromausfällen beibehalten. Der Zustand des Hochtemperaturverzögerungstimers wird während Stromausfällen (auf die nächstliegenden 5 Minuten genau) beibehalten. Die Zustände der HDTC und VHDTC werden – wenn eine zutrifft – während Stromausfällen ebenfalls beibehalten. Diese Informationen werden in Intervallen von 5 Minuten in den nichtflüchtigen Speicher geschrieben. Sobald beide Bedingungen falsch sind und der 30-Minuten-Timer abgelaufen ist, endet das Schreiben dieser Informationen in den nichtflüchtigen Speicher. Dieses Nichtschreiben von Informationen während des normalen Betriebs der Kühlanlage 40 vermeidet den „Verschleiß" des nichtflüchtigen Speichers.
Manuelles Zurücksetzen – Der Zähler für die Vorfälle hoher Ablasstemperatur kann jederzeit auf Null zurückgesetzt werden, selbst wenn sein Stand unter vier steht. Das manuelle Zurücksetzen des Zählers löscht den Stand und jegliche am 30-Minuten-Verzögerungstimer verbleibende Zeit. Nach einem manuellen Zurücksetzen läuft der Motor nur neu an, wenn (oder nachdem) die Temperatur des Druckgases gesunken ist, was von Sensor 222 erfasst wird. Diese Anordnung lässt den Werkstest des Abschaltmerkmals für hohe Temperatur ohne unnötigen Zeitverlust wegen Verzögerungen und ohne Verschwenden zulässiger automatischer Neustarts zu. Vorzugsweise enthält die Steuereinheit 60 eine separate Taste 250 (10) für manuellen Neustart, und die Taste 250 muss gedrückt und zwei Sekunden lang gehalten werden, um einen manuellen Neustart zu verwirklichen. Eine gelbe LED 252 neben der Taste 250 zeigt die Notwendigkeit eines manuellen Neustarts an. Die LED 252 wird eingeschaltet, wenn E14 angezeigt wird, und die LED 252 wird abgeschaltet, sobald der manuelle Neustartvorgang beginnt.
Betrieb bei ausgefallenem Ablasstemperaturmessfühler – Wenn der Steuereinheit 60 scheint, dass der Ablasstemperaturmessfühler 222 abgeschaltet oder kurzgeschlossen ist, kommt dies einer Feststellung eines ausgefallenen Sensors 222 gleich und der Fehlercode E04 wird von der Steuereinheit 60 angezeigt. Wenn ein Ausfall des Sensors 222 erfasst wird, arbeitet die Steuereinheit 60 normal weiter, lediglich die Kapazität des Verdichters 44 wird auf 75% begrenzt und ein Alarm 200 wird eingeschaltet. Unter diesen Bedingungen gibt es keinen anderen Verdichterschutz durch den Sensor 222. Die interne Leitungsunterbrechungsfunktion des Verdichters bei übermäßiger Temperatur ist aber noch aktiv.
Kondensatorgebläsesteuerung
Kondensatorgebläse-Steueralgorithmus – Wie in 8 gezeigt wird, betreibt die Steuereinheit 60 zwei Kondensatorgebläse 202 und 204. Die Gebläse 202 und 204 werden vor- und nachlaufend betrieben, wobei die Steuerung vorrangig auf der Kondensationstemperatur und teils auf der Laufleistung des Verdichters 44 und teils auf der gesättigten Saugtemperatur (SST) beruht. Der Kondensatorgebläse-Steueralgorithmus verwendet die folgenden sechs Teststeuergebläse 202 und 204. Diese Werte werden gewählt, um vorzugsweise eine Druckdifferenz von mindestens 75 PSI über dem Verdichter 44 zu wahren, um selbst bei sehr niedrigen Außenluft- und Kondensationstemperaturen eine gute Leistung zu gewährleisten. Die Kondensatorsteueralgorithmen haben mit Ausnahme der Kältemittelart keine verstellbaren Einstellpunkte. In den nachstehenden Tests ist SCT die gesättigte Kondensatortemperatur, SST ist die gesättigte Saugtemperatur und CapC ist die Kapazität des Verdichters innerhalb von Grenzwerten des Kondensators 46.

1. Das VORLAUF-Kondensatorgebläse EINschalten, wenn SCT > {[SST – (40 F)] × [0,5] + (+53 F)}
2. Das NACHLAUF-Kondensatorgebläse EINschalten, wenn SCT > {[SST – (40 F)] × [0,5] – [CapC/100%] × [(+112 F) – (+32 F)] + (+113 F)}
3. Das NACHLAUF-Kondensatorgebläse AUSschalten, wenn SCT < {[SST – (–40 F)] × [0,5] – [CapC/100%] × [(+112 F) – (+32 F)] + (+93 F)}
4. Das VORLAUF-Kondensatorgebläse AUSschalten, wenn SCT < {[SST – (40 F)] × [0,5] + (+33 F)}
5. Das VORLAUF-Kondensatorgebläse EINschalten, wenn SCT > {(+105 F)}
6. Das NACHLAUF-Kondensatorgebläse EINschalten, wenn SCT > {(+125 F)}

Die obigen Gleichungen sind so geschrieben, dass alle Fahrenheit-Temperaturwerte durch die entsprechenden Celsius-Temperaturwerten ersetzt werden können und immer noch die gleichen Steuerergebnisse erbringen. Die Steuereinheit 60 ermittelt SCT durch Lesen des Temperaturmessfühlers 218. SST ist eine errechnete Temperatur, die durch Umwandeln der Ausgabe des digitalen Filters 232 (Ansaugdruck) in eine entsprechende Dampf-/Flüssigkeitssättigungstemperatur des Kältemittels ermittelt wird. Ist bei der Steuereinheit 60 kein Saugdrucksensor 176 enthalten, wird der Leitvitrinentemperaturwert des Sensors 174 verwendet. Die erfasste Temperatur minus 9°F (5°C) wird als SST verwendet. CapC für den Kondensatorgebläse-Steueralgorithmus ist gleich dem Kapazitätswert, der aktuell das Kapazitätsmagnetventil 64 antreibt, mit der Ausnahme, dass CapC auf nicht weniger als 25% und nicht mehr als 50% beschränkt ist. Die Gebläsesteuertests 5 und 6 oben bewirken, dass sich die Gebläse 202 und 204 bei bestimmten SCT-Maximalwerten einschalten, unabhängig von anderen Bedingungen, um übermäßige Ablassdrücke und eine übermäßige Ablasstemperatur zu verhindern. Dies ist bei Installationen, da der Saugdrucksensor 176 nicht vorhanden ist und der Leitvitrinentemperaturmessfühler 172 zur Ermittlung von SST verwendet wird, ein notwendiger Backup-Betriebsmodus. Bei diesen Installationen würde ein Abtauen der Leitvitrine bewirken, dass die Steuereinheit 60 die Gebläse 202 und 204 abschaltet, was ein Ansteigen der Kondensatortemperatur zulässt. Die Tests 5 und 6 oben setzen die Tests 1 bis 4 außer Kraft.
Kondensatorgebläseverzögerungen – Vorzugsweise bleibt jedes Kondensatorgebläse 202 und 204 nach seinem Start sechzig Sekunden an und bleibt nach seinem Stopp 30 Sekunden aus. Diese Zeitverzögerung verhindert ein übermäßiges Ein- und Ausschalten des Gebläses.
Kondensatorgebläsewechsel – Welches Kondensatorgebläse in dem oben beschriebenen Steuerschema vorläuft und welches nachläuft, wird durch einen Gebläsewechseltimer geändert. Vorzugsweise wird das vor-/nachlaufende Gebläse rund einmal alle zwanzig Stunden gewechselt. Wenn zum Zeitpunkt des Wechsels nur ein Gebläse ein ist, tritt kein Wechsel ein. Der Gebläsewechseltimer wartet, bis nächstes Mal beide Gebläse ein oder aus sind, um die Änderung vorzunehmen. Wenn aber die vorteilhafte Bedingung für den Wechsel (beide an oder aus) nach langer Zeit nicht eintritt, dann wird das Eintreten des Wechsels von vor- und nachlaufendem Gebläse erzwungen. Vorzugsweise läuft ein Wechselaufschubtimer fünf Stunden, bevor der Wechsel erzwungen wird. Der Timer wird durch eine Zeitauslösung des Gebläsewechseltimers (20 Stunden) gestartet und wird durch erfolgreichen Wechsel des vor- und nachlaufenden Gebläses zurückgesetzt. Dieses Wechselverfahren verringert Verschleiß durch Ausgleichen der Laufzeit jedes Gebläses.
Betrieb bei ausgefallenen Sensoren – Der normale Kondensatorgebläsebetrieb hängt von Signalen von zwei Sensoren ab. Der normale Kondensatorgebläsebetrieb wird ausgesetzt und ein Backup-Steueralgorithmus übernimmt, wenn ein Ausfall eines von der Kondensatorsteuerung verwendeten Sensors festgestellt wird. Bei einem Sensorausfall, der die Kondensatorsteuerung beeinträchtigt, ist das vorlaufende Gebläse immer an, wenn der Verdichter läuft. Das nachlaufende Gebläse schaltet sich immer ein, wenn die Verdichterkapazität 35% übersteigt, und schaltet sich aus, wenn die Verdichterkapazität unter 25% liegt.
Ein Kondensatorgebläse – Wenn es nur ein Kondensatorgebläse gibt, müssen die beiden Kondensatorgebläseausgänge der Steuereinheit 60 parallel verbunden werden, um sicherzustellen, dass das einzige Gebläse immer das vorlaufende Gebläse ist. Für das periodische Wechseln zwischen vor- und nachlaufend wird kein Programmeingriff vorgesehen.
Ausgangszustände bei Einschalten – Beim ersten Einschalten läuft der Verdichtermotor, das Kapazitätsmagnetventil 64 wird abgeschaltet (oder eingeschaltet), um eine Verdichterkapazität von 100% zu liefern, und beide Kondensatorgebläse 202 und 204 sind an. Die Steuereinheit 60 befindet sich unmittelbar nach Einschalten anfangs in einem nicht funktionellen zurückgesetzten Zustand. Nachdem die Steuereinheit 60 zu funktionieren beginnt, werden Elemente, die nicht ein sein sollten, abgeschaltet, andernfalls bleiben sie an. Das Kapazitätsmagnetventil 64 beginnt zu arbeiten, nachdem die Steuereinheit 60 zu funktionieren beginnt. Ferner ist der Alarm 200 eingeschaltet, bis die Steuereinheit 60 zu funktionieren beginnt, woraufhin er abgestellt wird.
Saugdrucksensorausfall – Wenn der Ansaugdruck-Einstellpunkt 230 nicht 99 ist und der Steuereinheit 60 scheint, dass der Saugdrucksensor 176 abgeschaltet ist, kommt dies einer Feststellung eines ausgefallenen Sensors 176 gleich, und es wird ein Fehlercode E01 angezeigt und der Alarm 200 wird eingeschaltet. Die Verdichterkapazität wird bei 100% festgesetzt und das Dampfeinspritzmagnetventil 68 wird eingeschaltet (oder abgeschaltet), um die Kapazität über 100% anzuheben. Der Verdichter 44 bleibt in diesem Zustand, bis der Sensorausfallzustand nicht mehr detektiert wird. Wenn der Saugdruckeinstellpunkt 230 auf 99 gesetzt ist, signalisiert dies der Steuereinheit 60, dass die Saugdrucksteuerung nicht verwendet werden soll, und der Alarm 200 wird nicht eingeschaltet.
Ausfall des Leitvitrinen-Temperaturmessfühlers – Wenn der Leitvitrinen-Temperatureinstellpunkt 234 nicht 99 ist und der Steuereinheit 60 scheint, dass der Leitvitrinen-Temperaturmessfühler 174 entweder abgeschaltet oder kurzgeschlossen ist, kommt dies einer Feststellung eines ausgefallenen Sensors 174 gleich und ein Fehlercode E02 wird angezeigt und der Alarm 200 wird eingeschaltet. Die Verdichterkapazität wird auf 100% festgesetzt und das Dampfeinspritzmagnetventil 68 wird eingeschaltet (oder ausgeschaltet), um die Kapazität über 100% anzuheben. Der Verdichter 44 bleibt in diesem Zustand, bis der Sensorausfallzustand nicht mehr detektiert wird. Wenn der Leitvitrinen-Temperatureinstellpunkt 234 auf 99 gesetzt ist, signalisiert dies der Steuereinheit 60, dass die Leitvitrinen-Temperatursteuerung nicht verwendet werden soll, und der Alarm 200 wird nicht eingeschaltet.
Ausfall des Kondensator-Temperaturmessfühlers – Wenn der Steuereinheit 60 scheint, dass der Kondensator-Temperaturmessfühler 218 entweder abgeschaltet oder kurzgeschlossen ist, kommt dies einer Feststellung eines ausgefallenen Messfühlers 218 gleich und ein Fehlercode E03 wird angezeigt und der Alarm 200 wird eingeschaltet.
Anzeige
Um die Steuereinheit 60 einfach zu halten, umfasst die Anzeige drei Ziffern 254, 256 und 258 mit sieben Segmenten; vier Tasten 250, 260, 262 und 264 sowie siebzehn Lichtpunkte 252 sowie 266–296, die alle Leuchtdioden sind, wie in 10 gezeigt wird.
Ziffern – Die Steuereinheit 60 zeigt die die vorstehend erläuterten verschiedenen Einstellpunkte und Fehlercodes unter Verwendung der Ziffern 254, 256 und 258 mit „sieben Segmenten" an. Der beleuchtete Teil der Ziffern 254–258 ist vorzugsweise drei Zehntel Zoll hoch. Die vorstehend erläuterten verschiedenen Fehlercodes (E01 bis E14) werden kurz zusammen mit den Betriebswerten auf der Anzeige angezeigt. Diese Anzeige von Fehlercodes und Werten wird weiter wiederholt, wenn der Alarm 200 eingeschaltet ist. Wenn ein Alarmzustand vorliegt, wird der Fehlercode vorzugsweise eine halbe Sekunde lang angezeigt und der gewählte Betriebswert wird 1,95 Sekunden lang gezeigt. Wenn es mehrere Alarmzustände gibt, werden sie in numerischer Reihenfolge jeweils 0,45 Sekunden lang gezeigt, wobei der gewählte Betriebswert jeweils zwei Sekunden lang gezeigt wird. Jede Alarmcode-Anzeigezeit ist eine halbe Sekunde lang von einer leeren Anzeige umgeben. Dies hat eine Blinkwirkung zur Folge, um auf den Alarm aufmerksam zu machen.
Lichtpunkte (LED) – Die siebzehn Lichtpunkte (LEDs) sind entweder von grüner, roter oder gelber Farbe. Jeder Ausgabe ist ein Lichtpunkt zugeordnet. Grüne Lichtpunkte zeigen, dass das Element nur angezeigt werden kann. Rote Lichtpunkte zeigen, dass das Element einen Einstellpunkt hat, der geändert werden kann. Gelbe Leuchten zeigen manuellen Modus und Alarm an. Die LED 252 ist ein gelber Lichtpunkt, der anzeigt, dass das manuelle Rücksetzen des Zählers für automatische Neustarts manuell vorgenommen werden muss. Die LED 266 ist ein roter Lichtpunkt, der anzeigt, dass eine Kombinationssteuerung aus Ansaugdruck- und Leitvitrinen-Temperatursteuerung verwendet wird. Die LED 268 ist ein roter Lichtpunkt, der anzeigt, dass die Leitvitrinen-Temperatursteuerung verwendet wird. Die LED 270 ist ein roter Lichtpunkt, der anzeigt, dass die Saugdrucksteuerung eingesetzt wird. (Nur eine der LEDs 266–270 leuchtet jeweils). LED 272 ist ein grüner Lichtpunkt, der anzeigt, dass die Anzeige den Ansaugdruck direkt vom Saugdrucksensor 176 anzeigt. LED 274 ist ein roter Lichtpunkt, der anzeigt, dass die Anzeige den durchschnittlichen Ansaugdruck vom digitalen Filter 232 anzeigt. LED 276 ist ein roter Lichtpunkt, der anzeigt, dass die Anzeige die berechnete Sättigungstemperatur (SST) des Kältemittels zeigt. LED 278 ist ein roter Lichtpunkt, der anzeigt, dass die Anzeige die Leitvitrinentemperatur anzeigt. LED 280 ist ein grüner Lichtpunkt, der anzeigt, dass die Anzeige die Ablasstemperatur basierend auf Sensor 222 anzeigt. LED 282 ist ein gelber Lichtpunkt, der anzeigt, dass die Anzeige die aktuelle Verdichterkapazität im manuellen Modus anzeigt. LED 284 ist ein roter Lichtpunkt, der anzeigt, dass die Anzeige die aktuelle Verdichterkapazität im automatischen Modus anzeigt. LED 286 ist ein roter Lichtpunkt, der anzeigt, dass die Anzeige die Gesamtzeit für einen PWM-Zyklus des Magnetventils 64 anzeigt. LEDs 288–294 sind jeweils rote Lichtpunkte, die anzeigen, dass die Anzeige die vier vorstehend unter „Verdichterkapazität-Steueralgorithmen" erläuterten Konstanten anzeigt. LED 296 ist ein roter Lichtpunkt, der anzeigt, dass die Anzeige die Art des verwendeten Kältemittels anzeigt.
Einstellpunkte
Durch Bedienen der Tasten 260–264 können verschiedene Einstellpunkte geändert werden. Die gleichen Tasten, die die Anzeige der Betriebswerte (262 und 264) wählen, wählen auch die zugrunde liegenden Einstellpunkte. Das Drücken dieser Tasten wählt die verschiedenen Einstellpunkte, und welcher Einstellpunkt angezeigt wird, wird von den LEDs 272–296 angezeigt. Der angezeigte Wert wird an den Ziffern 254–258 gezeigt. Wenn ein bestimmter Einstellpunkt angezeigt wird, erlaubt das Drücken und Halten der Taste 260 dann, dass die Tasten 262 und 264 jeweils den Wert des Einstellpunkts erhöhen oder senken. Wenn es für den angezeigten Betriebswert keinen zugehörigen Einstellpunkt gibt, dann hat das Drücken der Taste 260 keine Wirkung auf die Tasten 262 und 264. Alle Einstellpunkte werden beibehalten, wenn der Strom aus ist. Die verstellbaren Einstellpunkte umfassen Ansaugdruck (LED 274), SST (LED 276), Leitvitrinentemperatur (LED 278), Verdichterkapazität (LEDs 282 und 284), PWM-Zykluszeit (LED 286), die vier PID-Konstanten (LEDs 288–294) und die Kältemittelart (LED 296).
Ansaugdruck – Das ist der vom Verdichter zu erreichende durchschnittliche Zielansaugdruck. Stellt man ihn auf 99, wird der Saugdrucksteuermodus (LED 268 leuchtet) deaktiviert und die Steuereinheit 60 nimmt an, dass der Drucksensor 176 nicht angeschlossen ist. Ansaugdruck und SST sind Ansichten des gleichen Einstellpunkts, wobei angenommen wird, dass einer den anderen verstellt.
SST – Dies ist die berechnete Sättigungstemperatur des Kältemittels. Diese ist wie vorstehend angedeutet in den Ansaugdruck eingebunden.
Leitvitrinentemperatur – Dies ist der Einstellpunkt für die Leitvitrinentemperatur. Wird sie auf 99 eingestellt, wird der Leitvitrinen-Temperatursteuermodus (LED 270 leuchtet) deaktiviert und die Steuereinheit 60 nimmt an, dass der Temperaturmessfühler 174 nicht angeschlossen ist. Das Einstellen sowohl von Ansaugdruck als auch von Leitvitrinentemperatur auf Werte unter 99 bewirkt, dass der Kombinationssteuermodus verwendet wird (LED 266 leuchtet).
Verdichterkapazität – Dies erlaubt das Stellen des manuellen Modus des Verdichters 44. Lediglich das Wählen dieses Elements (LED 284) mit den Tasten 262 oder 264 lässt die Steuerautomatik unter PID und die Anzeige zeigt den Betriebswert der Verdichterkapazität. Das Gedrückthalten der Taste 260 während dieser Auswahl (LED 284) arretiert die Steuereinheit 60 bei der durch die PID-Regelkreise zuletzt errechneten Kapazität und die manuelle Steuerung der Kapazität beginnt (LED 282 leuchtet, LED 284 ist ausgeschaltet). Die manuelle Kapazität kann dann mit Hilfe der Tasten 262 oder 264 geändert werden. Das Wählen eines anderen Einstellpunkts mit Hilfe der Tasten 262 und 264 nach Loslassen der Taste 260 nach Ändern der manuellen Kapazität lässt das Beobachten der Betriebswerte im manuellen PWM- Modus zu. Das Wählen eines anderen Einstellpunkts und dann das Drücken der Taste 260 bringt die Steuereinheit 60 zurück in den Automatikmodus.
PWM-Zykluszeit – Dies erlaubt die Einstellung der Gesamtzeit für einen PWM-Zyklus des Kapazitätsmagnetventils 64.
PID P und I – Diese lassen das Einstellen der vier vorstehend unter „Verdichterkapazität-Steueralgorithmen" für die PID-Konstanten beschriebenen Konstanten zu.
Kältemittel – Dies lässt das Einstellen der in der Anlage verwendeten Kältemittelart zu. Vorzugsweise stehen R-404A, R-407C, R-22, R-134a- und R-140 zur Wahl. Diese werden in der Anzeige jeweils als 404, 407, 22, 134 und 410 gezeigt. Diese Einstellungen lassen die richtige Umwandlung von Druck und Temperatur zu. Die Steuereinheit 60 enthält alle fünf Kältemitteleinstellungen, selbst wenn der Verdichter 44 zunächst nicht für alle fünf Kältemittel geeignet ist.
Anzeige Betriebswerte
Die Anzeigeziffern 254–258 an der Steuereinheit 60 können jeden von mehreren Betriebswerten zeigen. Die Tasten 262 und 264 dienen zum Rollen durch die verschiedenen Betriebswerte.
Ist-Ansaugdruck (LED 272) – Diese LED zeigt, dass die Anzeige den Ansaugdruck zeigt, der vom Saugdrucksensor 176 gelesen wird. Dies zeigt das Auf- und Abschwingen des Saugdrucks während jedes Entlastungszyklus.
Durchschnittlicher Ansaugdruck (LED 274) – Diese LED zeigt, dass die Anzeige den durchschnittlichen Ansaugdruck zeigt, der vom digitalen Filter 232 ausgegeben wird. Dies zeigt nicht die Druckschwankungen aufgrund des Betriebs des Entlastungszyklus.
Leitvitrinentemperatur (LED 278) – Diese LED zeigt, dass die aktuelle Lufttemperatur in der Leitvitrine angezeigt wird. Dieser Wert stammt direkt vom Temperaturmessfühler 174.
Ablasstemperatur (LED 280) – Diese LED zeigt, dass die aktuelle Verdichtergas-Ablasstemperatur angezeigt wird. Dieser Wert stammt direkt vom Temperaturmessfühler 222.
Verdichterkapazität (LED 284) – Diese LED zeigt, dass die aktuelle Verdichterlaufleistung angezeigt wird. Dieser Wert wird von der Steuereinheit 60 berechnet und dient zum Betreiben des Kapazitätsmodulationsgenerators 238, des Magnettreibers 240 und des Magnetventils 64.
PWM-Zykluszeit (LED 286) – Diese LED zeigt den aktuellen Wert für den Einstellpunkt der PWM-Zykluszeit.
Betriebsmodus
Wie vorstehend erläutert hat die Steuereinheit 60 einen manuellen Betriebsmodus und einen automatischen Betriebsmodus. Beim automatischen Modus arbeitet die Steuereinheit 60 mit dem Kapazitätsmagnetventil 64, das von den PID-Regelkreisen gesteuert wird. Beim manuellen Modus läuft der Verdichter 44 mit einer konstanten festen Kapazität. Die Kapazität wird an der Steuereinheit 60 wie vorstehend erläutert festgelegt. Die Kondensatorgebläsesteuerung und die Verdichterschutzmaßnahmen arbeiten im manuellen Modus genauso wie im automatischen Modus weiter. Der manuelle Modus dient für Testzwecke. Die Steuereinheit 60 beginnt nach einem Zurücksetzen ihren Betrieb im automatischen Modus.

Claims

Verdichtersteuersystem mit: einem Verdichter (44), der während des eingeschalteten Zustands in mindestens zwei Zuständen wahlweise betrieben werden kann, welche einen einer ersten Leistung entsprechenden Zustand und einen einer zweiten Leistung entsprechenden Zustand, welcher unter der ersten Leistung liegt, umfassen, wobei der Verdichter für das Verdichten eines Gases zwischen einem Ansaugdruck und einem Ablassdruck betreibbar ist; einem Drucksensor (176) für das Erfassen des Ansaugdrucks; und einer mit dem Drucksensor (176) gekoppelten Steuereinheit (60) für das Erzeugen eines Steuersignals für einen veränderlichen Arbeitszyklus, wobei das Steuersignal für den Arbeitszyklus eine Funktion des Ansaugdrucks ist, wobei die Steuereinheit (60) mit dem Verdichter (44) für das Veranlassen des Verdichters gekoppelt ist, als Reaktion auf das Steuersignal für den veränderlichen Arbeitszyklus wahlweise zwischen dem ersten und dem zweiten Zustand zu wechseln, wodurch die Leistung des Verdichters (44) beruhend auf dem Ansaugdruck eingestellt wird; wobei die Steuereinheit (60) eine Startlogik umfasst, welche den zweiten Zustand des Verdichters wählt, wenn der Verdichter am Anfang eingeschaltet wird.
Kühlanlage mit: einem Gehäuse; einem in dem Gehäuse angeordneten Verdampfer (54) und einem in Fluidverbindung mit dem Verdampfer (54) gekoppelten Kondensator (46); einem Verdichtersteuersystem nach Anspruch 1; wobei der Verdichter (44) in Fluidverbindung mit dem Verdampfer (54) und dem Kondensator (46) gekoppelt ist.
Kühlanlage nach Anspruch 2, welche weiterhin einen Temperaturmessfühler (174) und ein erstes (202) sowie ein zweites (204) Kondensatorgebläse umfasst, wobei die Steuereinheit mit dem ersten und dem zweiten Kondensatorgebläse gekoppelt ist, um das erste und das zweite Kondensatorgebläse auf der Grundlage einer von dem Temperaturmessfühler (174) erfassten Temperatur, des Arbeitszyklus in Prozent und einer errechneten Mindestdruckdifferenz zu steuern.
Kühlanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichtersteuersystem ein Multi-Verdichter-Gestell mit mindestens einem Verdichter mit einer impulsbreitenmodulierten Leistung umfasst.
Kühlanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (60) mit einem Kondensatorgebläse (202) gekoppelt ist, um das Gebläse (202) zu steuern.
Kühlanlage nach Anspruch 4 oder 5, welche weiterhin eine Verdampfersteuereinheit für das Steuern eines Verdampfers sowie einen mit der Verdampfersteuereinheit verbundenen Temperaturmessfühler (174) umfasst, wobei der Temperaturmessfühler (174) der Verdampfersteuereinheit Temperaturdaten mitteilt und die Verdampfersteuereinheit diese Temperaturdaten der Systemsteuereinheit (60) mitteilt.
Kühlanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfersteuereinheit weiterhin der Steuereinheit (60) Bedarfsbelastungszustandsdaten mitteilt.
Kühlanlage nach Anspruch 4, welche weiterhin einen Temperaturmessfühler (174) für das Erfassen einer Temperatur umfasst, wobei die Steuereinheit (60) mit dem Temperaturmessfühler (174) für das Steuern der Leistung des Verdichters (44) beruhend auf dem Ansaugdruck und der Temperatur gekoppelt ist.
Kühlanlage (40) mit: einem Gehäuse (42); einem in dem Gehäuse (42) angeordneten Verdampfer (54); einem in Fluidverbindung mit dem Verdampfer (54) gekoppelten Kondensator (46); einem in Fluidverbindung mit dem Verdampfer (54) und dem Kondensator (46) gekoppelten Verdichter (44), wobei der Verdichter (44) ein impulsbreitenmodulierter Verdichter veränderlicher Leistung ist; einem in dem Gehäuse (42) angeordneten Temperaturmessfühler (174), wobei der Temperaturmessfühler (174) zum Lesen einer Temperatur in dem Gehäuse (42) betreibbar ist; einer auf den Temperaturmessfühler (174) ansprechenden Steuereinheit (60) für das Liefern eines Steuersignals für den veränderlichen Arbeitszyklus an den Verdichter (44), wobei die Steuereinheit mit dem Verdichter gekoppelt ist, um den Verdichter zu veranlassen, während des Betriebs wahlweise zwischen einem ersten Leistungszustand und einem zweiten Leistungszustand zu wechseln, um dadurch die Betriebsleistung des Verdichters beruhend auf der Temperatur in dem Gehäuse einzustellen, um in dem Gehäuse eine festgelegte Temperatur zu halten; wobei die Steuereinheit (60) eine Startlogik enthält, welche den zweiten Zustand des Verdichters wählt, wenn der Verdichter am Anfang eingeschaltet wird.
Kühlanlage nach Anspruch 9, welche weiterhin ein erstes (202) sowie ein zweites (204) Kondensatorgebläse umfasst, wobei die Steuereinheit (60) mit den Kondensatorgebläsen (202, 204) gekoppelt ist, um die Gebläse auf der Grundlage einer von dem Temperaturmessfühler (174) erfassten Temperatur, des Arbeitszyklus in Prozent und einer errechneten Mindestdruckdifferenz zu steuern.
Kühlanlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (44) ein Gas zwischen einem Ansaugdruck und einem Ablassdruck verdichtet und dass die Kühlanlage (40) weiterhin einen Drucksensor (176) für das Erfassen des Ansaugdrucks umfasst, wobei die Steuereinheit (60) mit dem Drucksensor (176) für das Steuern der Leistung des Verdichters beruhend auf dem Ansaugdruck und der Temperatur in dem Gehäuse (42) gekoppelt ist.
Kühlanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 11, welche weiterhin eine Dampfeinspritzanlage (158) für das Einspritzen von Dampf in den Verdichter (44) an einer Position zwischen dem Ansaugdruck und dem Ablassdruck umfasst, wobei die Steuereinheit (60) mit der Dampfeinspritzanlage (158) für das Steuern des Einspritzens von Gas gekoppelt ist.
Kühlanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 11, welche weiterhin eine Dampfeinspritzanlage für das Einspritzen von Dampf an einer Position zwischen dem Ansaugdruck und dem Ablassdruck sowie einen Temperaturmessfühler (174) für das Erfassen einer Temperatur des Gases bei dem Ablassdruck umfasst, wobei die Steuereinheit (60) mit dem Temperaturmessfühler (174) für das Steuern des Einspritzens von Dampf auf der Grundlage der Temperatur des Gases bei dem Ablassdruck gekoppelt ist.
Kühlanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Verdichter ein Scroll-Verdichter (44) ist.
Kühlanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (44) zwei durch eine Dichtung getrennte mechanische Elemente aufweist, wobei die mechanischen Elemente zueinander beweglich sind, um Fluiddruck aufzubauen, und dass der Verdichter (44) einen Mechanismus für das wahlweise Unterbrechen der Dichtung als Reaktion auf das Steuersignal umfasst, um dadurch den aufgebauten Fluiddruck zu ändern, während es den mechanischen Elementen ermöglicht wird, eine im Wesentlichen konstante relative Bewegung zueinander zu wahren.
Kühlanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (44) ein Scroll-Verdichter ist und die beiden mechanischen Elemente Scroll-Elemente sind.
Kühlanlage nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit einen durchschnittlichen Ansaugdruck über einem festgelegten Zeitraum innerhalb jeder Steuerzykluszeit ermittelt.
Kühlanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 17, welche weiterhin mehrere Gehäuse umfasst, wobei jedes einen jeweiligen Verdampfer darin angeordnet aufweist, wobei in mindestens einem der Gehäuse ein Temperaturmessfühler (174) angeordnet ist.
Kühlanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 17, welche weiterhin mehrere Gehäuse (42a–c) umfasst, wobei jedes einen Verdampfer, eine Verdampfersteuereinheit (300a–c) und einen Temperaturmessfühler (174a–c) in jedem der mehreren Gehäuse (42a–c) umfasst, wobei jeder Temperaturmessfühler mit der Verdampfersteuereinheit in jedem der mehreren Gehäuse (42a–c) verbunden ist, wobei jede Verdampfersteuereinheit der Steuereinheit (60) Temperaturmessfühler- und Bedarfsbelastungszustandswerte mitteilt.