DE102006052321A1

DE102006052321A1 - Verfahren zum Analysieren einer Kühlanlage und Verfahren zur Regelung einer Kühlanlage

Info

Publication number: DE102006052321A1
Application number: DE102006052321A
Authority: DE
Inventors: Claus Thybo; Lars Finn Sloth Larsen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 2005-11-24
Filing date: 2006-11-07
Publication date: 2007-06-06
Also published as: US8806879B2; US7992396B2; US20070130971A1; US20110289948A1; GB2432651B; GB2432651A; GB0622828D0

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Analysieren einer Kühlanlage (1) angegeben, mit mindestens einem Verdichter (4), mindestens einem Kondensator (5) und mindestens zwei Kühleinheiten (2), je mit mindestens einem Verdampfer (9). Auf Grund von Informationen über die Gasleistung der Verdampfer (9) wird festgestellt, ob zwei oder mehrere Verdampfer (9) in einer synchronisierten Weise arbeiten, d.h. ob sie zumindest annähernd gleichzeitig zwischen einem aktiven und einem inaktiven Zustand umschalten. Sollten zwei oder mehrere Verdampfer (9) in einer synchronisierten Weise arbeiten, kann die Kühlanlage (1) im Hinblick auf eine Desynchronisierung der Verdampfer (9) geregelt werden. Dies kann z.B. dadurch gemacht werden, dass eine Einschalttemperatur und/oder eine Ausschalttemperatur für eine der entsprechenden Kühleinheiten (2) geändert wird/werden. DOLLAR A Synchronisierung verursacht unerwünschte Variationen des Saugdrucks, und die Verhinderung einer Synchronisierung bedeutet deshalb eine angemessenere Regelung der Kühlanlage (1). Auch der Verschleiß der Verdichter (4) wird reduziert. DOLLAR A Außerdem wird ein Verfahren zur Anwendung von Einstellungen angegeben, in einer Vielzahl von Kühleinheiten (2) in einer solchen Weise, dass Synchronisierung verhindert oder zumindest erheblich reduziert wird.

Description

Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Analysieren einer Kühlanlage, um festzustellen, ob die Anlage in einer zweckmäßigen Weise arbeitet. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur optimalen Regelung einer Kühlanlage. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung davon, ob zwei oder mehr Verdampfer einer Kühlanlage in synchroner Weise arbeiten, und ein Verfahren zur Bereitstellung einer Abhilfe, wenn zwei oder mehr Verdampfer eine Kühlanlage in synchroner Weise arbeiten.
Hintergrund der Erfindung
Einige Kühlanlagen umfassen zwei oder mehrere Kühleinheiten, z.B. in der Form von Kühlfächern oder Kühlräumen. Jede Kühleinheit umfaßt einen oder mehrere Verdampfer, die alle in einen aktiven Zustand versetzt werden können, in dem ein Durchfluß von Kältemittel entlang einer Verdampfungsfläche zugelassen wird, und in einen inaktiven Zustand, in dem ein solcher Durchfluß verhindert wird. Die Verdampfer können zwischen dem aktiven und dem inaktiven Zustand umgeschaltet werden, um eine Temperatur innerhalb eines gewünschten Temperaturbereiches in einem Kühlraum der Kühleinheit zu erreichen oder zu erhalten. Kühlanlagen dieser Art umfassen oft ein Verdichtergerät mit variabler Kapazität, z.B. in der Form eines Verdichtersatzes mit einem oder mehreren Verdichtern. Dadurch wird es möglich, die Kühlkapazität der Kühlanlage anzupassen (d.h. die Menge an flüssigem Kältemittel, die vom Verdichter aus den Verdampfern der Kühleinheiten entfernt wird), um dem Kühlbedarf nachzukommen (d.h. die Menge von den Verdampfern hergestelltem gasförmigem Kältemittel). Wenn das variable Verdichtergerät in der Form eines Verdichtersatzes vorliegt, wird die Kühlkapazität typischerweise dadurch reguliert, daß die Verdichter des Verdichtersatzes ein- oder ausgeschaltet werden. Wenn dies verhältnismäßig oft gemacht wird, ergibt sich ein erheblicher Verschleiß der Verdichter. Der Kühlbedarf jeder einzelnen Einheit hängt von der verwendeten Regelungsstrategie und der externen Belastung der entsprechenden Kühleinheit ab. Im vorliegenden Zusammenhang soll unter dem Ausdruck "Belastung" die Wärmemenge verstanden werden, die auf die Kühleinheit wirkt. Damit beruhen Variationen der Belastung oft auf von außen kommenden Einflüssen, wie z.B. das Einlegen neuer (wahrscheinlich wärmerer) Produkte in einen Kühlraum einer Kühleinheit oder die Anbringung einer Nachtdecke über eine oder mehrere Kühleinheiten.
Es ist wünschenswert, den gesamten Kühlbedarf der Kälteanlage so nahe an der gesamten Belastung der Kälteanlage wie möglich zu halten. Dadurch müssen Verdichter nur dann ein- oder ausgeschaltet werden, wenn es notwendig ist, einer Änderung der Belastung zu begegnen, die wie oben beschrieben durch einen externen Einfluß bewirkt wird. Das Ein- oder Ausschalten der Verdichter wird dadurch im größtmöglichen Umfang vermieden.
Kühlanlagen wie oben beschrieben werden oft in Supermärkten verwendet, wo es üblicherweise zahlreiche Kühlfächer gibt.

Früher hat man versucht, den Verschleiß von Verdichtern dadurch zu reduzieren, daß die Anzahl von Ein- und Ausschaltungen der Verdichter reduziert wurde. Ein Beispiel eines solchen Versuches wird in US 5,533,347 offenbart. US 5,533,347 beschreibt ein Verfahren zur Regelung eines Kühlfaches einer Kühlanlage. Das Verfahren umfaßt die Schritte der Anbringung eines Expansionsventils eines Kühlfaches, Verschiebung des Expansionsventils des Kühlfaches aus einer vorbestimmten Position, Ablesen von Temperaturmessungen aus einer Verdampferspule eines Kühlfaches, Berechnung eines adaptiven Proportional-Integral-Differentials (PID) der Temperatur der Verdampferspule für das Kühlfach und Verschiebung des Expansionsventils auf eine zweite Position, die der vorbestimmten Position näher liegt, aufgrund des berechneten Proportional-Integral-Differentials, bis die Temperatur der Verdampferspule des Kühlfachs innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereiches liegt. Ein Vorteil ist, daß die Dauer der Perioden zwischen dem Ein- und Ausschalten der nächsten Stufe des Kompressorsatzes länger wird, wenn der Todbandbereich der Regelung in jeder Kühlfachbelastung nur dann zur Regelung verwendet wird, wenn die Verdichter die Kontrolle nicht aufrechterhalten können. Dadurch wird das Ein- oder Ausschalten der Verdichter in einem gewissen Umfang vermieden.

Wenn aber große Variationen in dem Kühlbedarf entstehen, genügt das Verfahren in US 5,533,347 nicht, um den Kühlbedarf zu befriedigen, und es ist deshalb notwendig, Verdichter ein- oder auszuschalten. Es ist deshalb wünschenswert, den Verschleiß der Verdichter noch weiter reduzieren zu können.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Es ist somit ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Analyse einer Kühlanlage anzugeben, das ein Werkzeug bietet, das in höherem Masse als die Verfahren nach dem Stand der Technik eine Reduzierung des Verschleißes von Verdichtern bewirkt.

Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung ein Verfahren zur Analyse einer Kühlanlage anzugeben, das ein Werkzeug bietet, das den Kühlbedarf der Kühlanlage derart regelt, daß er zumindest annähernd gleich der gesamten Belastung ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Angabe eines Verfahrens zur Regelung einer Kühlanlage, das den Verschleiß der Verdichter in größerem Umfang reduziert, als es mit den Verfahren nach dem Stand der Technik möglich ist.

Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Regelung einer Kühlanlage anzugeben, das den Kühlbedarf der Kühlanlage näher an der Gesamtbelastung hält als die Verfahren nach dem Stand der Technik.

Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Regelung einer Kühlanlage anzugeben, das ohne größere Änderungen der Anlage in existierenden Kühlanlagen anwendbar ist.

Nach einem ersten Aspekt der Erfindung werden die obigen sowie andere Ziele durch ein Verfahren erfüllt, bei dem eine Kühlanlage mit mindestens einem Verdichter, mindestens einem Kondensator und mindestens zwei Kühleinheiten analysiert wird, wobei jede Kühleinheit ein separates Kühlvolumen und mindestens einen Verdichter hat, wobei jeder Verdampfer in einen aktiven Zustand versetzt werden kann, in dem ein Durchfluß an Kältemittel entlang einer Verdampfungsfläche gestattet wird, und in einen inaktiven Zustand, in dem ein solcher Durchfluß verhindert wird, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

– Einholen von Informationen in Bezug auf die von den Verdampfern gelieferte Gasleistung als Funktion der Zeit,
– Analyse der erhaltenen Informationen, und
– aufgrund des Analyseschritts Bestimmung davon, ob zwei oder mehr Verdampfer in einer synchronisierten Weise arbeiten.

Im vorliegenden Zusammenhang bedeutet "Kühleinheit" ein Ort, wo eine Kühlung von Produkten stattfindet. Eine Kühleinheit kann somit ein Kühlfach sein, z.B. vom dem Typ, der normalerweise in Supermärkten verwendet wird. Die Kühlfächer können offene Kühlfächer sein, oder sie können vom dem Typ sein, bei denen der Kunde eine Tür öffnen muß um Zugang zu den gekühlten Produkten zu bekommen. Alternativ kann die Kühleinheit eine größere Einheit sein, wie z.B. ein geschlossener Kühlraum, z.B. von dem Typ, der in Restaurants oder Schlachthäusern verwendet wird. Die Kühlanlage kann Kühleinheiten von verschiedenen Typen umfassen, z.B. zwei oder mehr von den oben beschriebenen Typen. Alternativ kann die Kühlanlage nur einen der Kühleinheittypen umfassen.

Das Verfahren umfaßt den Schritt des Einholens von Informationen in Bezug auf die von den Verdampfern gelieferte Gasleistung als Funktion der Zeit. Dies kann z.B. durch direktes Messen der Gasleistung oder durch Messen eines Parameters, der von der Gasleistung abhängt, erfolgen. Solche Parameter können z.B. ein Massendurchfluß durch das System, ein über eine Zeitperiode gemessener Saugdruck, während der kein Verdichter ein- oder ausgeschaltet wird, oder eine Kühlkapazität sein. Der Massendurchfluß und die Kühlkapazität sind über die Gleichung Q . = m .·Δh gegenseitig abhängig, in der Q . die Kühlkapazität, m . der Massendurchfluß und Δh die spe zifische Enthalpieaufnahme des Kältemittels im Verdampfer sind. Alternativ oder zusätzlich kann jeder andere geeignete Parameter gemessen werden, so lange der Parameter Informationen über die Gasleistung des Verdampfers gibt.

Zumindest einige der Schritte des Verfahrens können vorzugsweise an Stellen vorgenommen werden, die fern von der Plazierung der Kühlanlage liegen. Diese Schritte können von einem Überwachungszentrum aus ausgeführt werden. Einem solchen Überwachungszentrum kann die Aufgabe auferlegt werden, eine Anzahl von Kühlanlagen gleichzeitig oder sequentiell zu überwachen, und wenn festgestellt wird, daß zwei oder mehrere Kühleinheiten in einer synchronisierten Weise arbeiten, den Besitzer oder relevantes Wartungspersonal zu alarmieren und/oder das Problem zu lösen. Dies ist besonders vorteilhaft. Solche Überwachungszentren können auch Alarme behandeln. In diesem Fall werden die Kühlanlagen lokal überwacht und, wenn festgestellt wird, daß irgend etwas in der Kühlanlage nicht stimmt (z.B. im Falle einer wesentlichen Überschreitung einer Maximumtemperatur in einer Kühleinheit), wird ein Alarm an das Überwachungszentrum gesandt, und das Personal des Überwachungszentrums wird dann den Grund für das Problem feststellen und es lösen, z.B. dadurch, daß ein Techniker ausgesandt wird, um ein defektes Teil zu ersetzen. Überwachungszentren gibt es bereits, die solche Aufgaben ausführen, und diese können vorzugsweise zumindest einige Schritte des Verfahrens ausführen.

Zusätzlich, da das Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung lediglich Informationen verwendet, die ohne weiteres in den meisten existierenden Kühlanlagen vorhanden sind, läßt es sich in einfacher Weise in solchen Anlagen anwenden, ohne daß Änderungen von normalen Regelalgorithmen oder den physischen Teilen der existierenden Kühlanlagen erforderlich sind, und auch ein detailliertes Wissen um Kühlanlagen ist nicht erforderlich. Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung kann also der Betrieb einer existierenden Kühlanlage erheblich verbessert werden, ohne daß zusätzliche Kosten in der Form von neuen Teilen für die Anlage oder komplett neuen Regelalgorithmen entstehen. Dies ist besonders vorteilhaft.

Wenn Verdampfer von mehreren Kühleinheiten gleichzeitig oder fast gleichzeitig auf einen aktiven oder inaktiven Zustand geschaltet werden, besteht die Gefahr, daß der Kühlbedarf erheblich beeinflußt wird. Es ist deshalb wünschenswert, dies zu vermeiden. Wenn zwei Verdampfer gleichzeitig oder fast gleichzeitig damit anfangen, zwischen dem aktiven und dem inaktiven Zustand zu schalten, kann angenommen werden, daß diese beiden Verdampfer in einer synchronisierten Weise arbeiten. Wenn also zwei oder mehrere Verdampfer einer Kühlanlage in einer synchronisierten Weise arbeiten, besteht eine große Gefahr, daß der Kühlbedarf der Anlage erheblich zu variieren beginnt, was zu einem übermäßigen Ein-/Ausschalten von Verdichtern führt. In einigen Kühlanlagen kann es vorkommen, daß die Verdichter durch übermäßiges Ein- oder Ausschalten frühzeitig abgenutzt werden, und der genaue Grund dafür war früher nicht bekannt. Den Erfindern der vorliegenden Erfindung ist eingefallen, daß Synchronisierung das Problem in diesen Kühlanlagen verursachen könnte. Es ist den Erfindern der vorliegenden Erfindung auch eingefallen, daß sich in Kühlanlagen mit zwei oder mehreren Kühleinheiten die Verdampfer anscheinend so beeinflussen, daß ihr Betrieb unter gewissen Umständen allmählich synchronisiert wird, und daß die Synchronisierungswirkung eine selbstverstärkende Wirkung ist, in dem Sinne, daß bei Synchronlauf von zwei Verdampfern auch zusätzliche Verdampfer dazu neigen, in Bezug auf diese Verdampfer in einer synchronen Weise zu arbeiten. Es ist deshalb ein großer Vorteil der Erfindung, daß sie die Feststellung davon ermöglicht, ob zwei oder mehrere Verdampfer in einer synchronen Weise arbeiten, und/oder ob es in der nächsten Zukunft eine Gefahr gibt, daß eine Synchronisierung entstehen wird. Damit wird es möglich, geeignete Maßnahmen zu treffen, um die Synchronisierung zu verhindern oder zu begrenzen, und entsprechend kann der Verschleiß der Verdichter erheblich reduziert werden.

Wenn also eine Kühlanlage nicht in einer optimalen Weise arbeitet, ist es möglich, mit Hilfe des Verfahrens nach dem ersten Aspekt der Erfindung festzustellen, ob Synchronisierung der Grund für das Problem ist, und wenn ja, ist es möglich, das Problem in passender Weise zu beseitigen. Dadurch wird der Verschleiß der Verdichter im Verhältnis zu Regelverfahren nach dem Stand der Technik reduziert.

Außerdem ist es bei der Anwendung des Verfahrens nach dem ersten Aspekt der Erfindung möglich, künftige "Kandidaten" für synchronen Betrieb zu entdecken, und eine Synchronisierung kann dadurch verhindert werden, noch bevor sie entsteht. Dies ist besonders vorteilhaft.

Der Schritt des Einholens von Informationen kann das Einholen von Informationen in Bezug auf die Anzahl von aktiven Verdampfern als Funktion der Zeit umfassen, und der Analyseschritt kann die Beschaffung eines Vertreters für die Variation der Funktion der Zeit umfassen. In diesem Fall, kann der feststellende Schritt die Feststellung umfassen, daß zumindest zwei Verdampfer in einer synchronisierten Weise arbeiten, wenn der Vertreter für die Variation einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.

Der Vertreter für die Variation der Funktion kann z.B. die Variation, die Standardabweichung oder jeder geeignete Wert sein, der ein Maß für die Variation des Signals gibt.

Nach dieser Ausführung wird die Anzahl von aktiven Verdampfern gezählt. Wenn ein Verdampfer von der aktiven auf den inaktiven Zustand umgeschaltet wird, wird diese Anzahl reduziert, und wenn ein Verdampfer von der inaktiven auf den aktiven Zustand umgeschaltet wird, wird diese Anzahl erhöht. Es besteht eine direkte Verbindung zwischen der Anzahl von aktiven Verdampfern und der von den Verdampfern gelieferten Gasleistung, weil nur die aktiven Verdampfer Gas herstellen. Durch die Überwachung dieses Parameters über eine Zeitperiode erhält man deshalb Informationen in Bezug auf die Gasleistung als Funktion der Zeit. Wenn die Variation der erhaltenen Funktion verhältnismäßig groß ist, wird eine verhältnismäßig große Anzahl von Verdampfern zwischen den aktiven und inaktiven Zuständen gleichzeitig oder fast gleichzeitig geschaltet, d.h. die Verdampfer arbeiten in einer synchronen Weise. Andererseits, wenn die Variation des Signals verhältnismäßig klein ist, wird zumindest der größte Teil der Verdampfer in einer gegenseitig unabhängigen Weise zwischen den aktiven und inaktiven Zuständen geschaltet, d.h. sie arbeiten nicht in einer synchronen Weise. Es kann deshalb festgestellt werden, daß mindestens zwei Verdampfer in einer synchronen Weise arbeiten, wenn die Variation der Funktion einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. Das oben beschriebene Verfahren läßt sich verhältnismäßig einfach durchführen und gibt ein verhältnismäßig schnelles Verfahren zur Feststellung davon, ob eine Synchronisierung in der Kälteanlage vorhanden ist oder nicht. Es gibt aber keine Informationen darüber, ob Verdampfer ein potentielles Problem darstellen. Das oben beschriebene Verfahren eignet sich deshalb als erste Stufe eines Analyseverfahrens. Wenn sich herausstellt, daß keine Verdampfer in einer synchronen Weise arbeiten, wird nichts mehr unternommen. Wenn andererseits hervorgeht, daß es ein Problem gibt, werden weitere und gründlichere Untersuchungen durchgeführt um den/die Verdampfer zu identifizieren, die das Problem verursachen. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn das Verfahren von einem Überwachungszentrum durchgeführt wird, das eine Reihe von Kälteanlagen überwacht.

Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren noch der Schritt des Einholens von Informationen über den Saugdruck des Verdichters/der Verdichter umfassen, und der Analyseschritt kann die Beschaffung einer Kovarianz zwischen der Informationen über die von den Verdampfern gelieferte Gasleistung und der Informationen in Bezug auf den Saugdruck umfassen, und der Feststellungs schritt kann die Feststellung davon umfassen, daß mindestens zwei Verdampfer in einer synchronen Weise arbeiten, wenn die Kovarianz einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.

In dieser Ausführung kann eine Kovarianz zwischen aktiven/inaktiven Perioden von jedem Verdampfer und dem Saugdruck erhalten werden. Wenn die Variationen des Saugdrucks als Funktion der Zeit relativ groß sind, ist es wünschenswert festzustellen, welche Verdampfer zu diesen Variationen beitragen. Wenn ein Verdampfer dann im aktiven Zustand ist, wenn der Saugdruck hoch ist, und im inaktiven Zustand, wenn der Saugdruck niedrig ist, gibt es eine große Wahrscheinlichkeit dafür, daß dieser Verdampfer im Verhältnis zu einem oder mehreren anderen Verdampfern in einer synchronisierten Weise arbeitet, wobei er zu dem Problem beiträgt.

Alternativ oder zusätzlich kann eine Kovarianz zwischen einer Temperatur der Luft, die in einen Verdampfer einfließt, einer Temperatur der Luft, die aus einem Verdampfer ausfließt, und/oder einer Verdampfertemperatur, auf der einen Seite, und einem Saugdruck, einer Verdampfungstemperatur und/oder einem Massendurchfluß, auf der anderen Seite, erhalten werden.

Das oben beschriebene Verfahren kann vorzugsweise als eine "zweite Stufe" angewandt werden, wenn früher festgestellt worden ist, daß eine Synchronisierung in der Kälteanlage vorkommt, z.B. wie oben beschrieben.

Der Schritt des Einholens von Informationen kann die Beschaffung von Informationen in Bezug auf die Dauern von aktiven und/oder inaktiven Perioden für jeden einzelnen Verdampfer umfassen, und er Feststellungsschritt kann das Feststellen davon umfassen, daß mindestens zwei Verdampfer in einer synchronisierten Weise arbeiten, wenn die genannten Dauern zumindest im wesentlichen für mindestens zwei Verdampfer zusammenfallend sind.

Nach dieser Ausführung werden die Dauern oder "Längen" der aktiven und inaktiven Perioden für jeden einzelnen Verdampfer festgestellt. Wenn festgestellt wird, daß diese Dauern für zwei oder mehrere Verdampfer zumindest annähernd identisch sind, gibt es die Gefahr, daß diese Verdampfer in einer synchronisierten Weise arbeiten, oder daß sie zu einem späteren Zeitpunkt in einer synchronisierten Weise arbeiten werden. Diese Gefahr besteht insbesondere dann, wenn die Dauern von "vollen Perioden", z.B. die kombinierte Dauer von aktiven Perioden gefolgt von einer inaktiven Periode, im wesentlichen identisch sind, und besonders dann, wenn sie auch zeitlich zusammenfallen. Wenn aber die Dauern der aktiven Perioden oder die Dauern der inaktiven Perioden annähernd identisch sind, deutet dies an, daß die entsprechenden Verdampfer in einer synchronisierten Weise arbeiten können.

Wenn die Dauern, wie oben definiert, zumindest annähernd identisch sind, die aktiven/inaktiven Perioden aber nicht zeitlich zusammenfallen, arbeiten die betreffenden Verdampfer nicht in einer synchronisierten Weise. Da aber die Dauern der aktiven und/oder der inaktiven Perioden zumindest annähernd identisch sind, besteht die Gefahr, daß sie mit der Zeit zeitlich zu sammenfallen werden, wobei sie dann in synchroner Weise arbeiten würden. Wenn eine solche Situation festgestellt wird, ist es möglich, das Problem anzugreifen, noch bevor es entsteht, und es kann dadurch verhindert werden, daß eine Synchronisierung in der Kühlanlage entsteht. Dies ist sehr vorteilhaft, weil dadurch gesichert wird, daß die Kühlanlage in optimaler Weise weiterarbeitet.

Das Verfahren kann außerdem den Schritt einer Einstellung von mindestens einem Laufparameter von wenigstens einem Verdampfer umfassen, wenn der Feststellungsschritt findet, daß mindestens zwei Verdampfer in einer synchronisierten Weise arbeiten. Nach dieser Ausführung wird die Information, daß mindestens zwei Verdampfer in einer synchronisierten Weise arbeiten, dazu verwendet, das Problem zu lösen.

Der Einstellungsschritt kann die Änderung von mindestens einer von je einer Einschalttemperatur und einer Ausschalttemperatur von mindestens einem Verdampfer umfassen. Wenn die Einschalttemperatur und/oder die Ausschalttemperatur für einen Verdampfer geändert wird/werden, wird/werden die Dauer(n) der aktiven und/oder inaktiven Perioden des Verdampfers ebenfalls geändert. Wenn also zwei Verdampfer in einer synchronisierten Weise arbeiten, d.h. sie werden annähernd gleichzeitig zwischen den aktiven und inaktiven Zustanden umgeschaltet, wird eine Änderung der Einschalttemperatur und/oder der Ausschalttemperatur bewirken, daß einer der Verdampfer die Einschalttemperatur und/oder die Ausschalttemperatur vor dem anderen Verdampfer erreichen wird, und die Verdampfer werden deshalb nicht mehr gleichzeitig zwischen den aktiven und inaktiven Zuständen umgeschaltet. Dadurch werden sie nicht länger in einer synchronisierten Weise arbeiten.

Alternativ oder zusätzlich kann der Einstellungsschritt die Herabsetzung eines Referenzsaugdrucks des/der Verdichter(s) für eine Zeitperiode umfassen. In einer Kälteanlage mit zwei oder mehreren Verdichtern, die z.B. in einem Verdichtersatz angeordnet sind, wird dies typischerweise durch die Einschaltung eines zusätzlichen Verdichters erreicht. Dadurch wird erreicht, daß zusätzliches flüssiges Kältemittel den Verdampfern zur Verfügung gestellt wird, und es ist deshalb möglich, eine verhältnismäßig niedrige Verdampfungstemperatur zu erhalten. Folglich wird es einfacher, die Verdampfertemperaturen und die Lufttemperaturen der Kühleinheiten herunterzutreiben, wenn die Verdampfer in dem aktiven Zustand sind, und die Lufttemperaturen erreichen dann verhältnismäßig schnell ihre jeweiligen Ausschalttemperaturen. Dies hat zur Folge, daß die Verdampfer weniger geneigt sind, mit der Arbeit in einer synchronisierten Weise zu beginnen. Entsprechend wird dieser Schritt typischerweise als Zusatz zu einer oder mehreren anderen Einstellung(en) ausgeführt, wobei die Wirkungen dieser Einstellung(en) verstärkt werden.

Alternativ oder zusätzlich kann der Einstellungsschritt die Regelung einer Kühlquote von mindestens einem Verdampfer umfassen. Dies kann z.B. durch die Regelung der Kühlkapazität von mindestens einem Verdampfer erfolgen, und zwar durch die Regelung der Menge an verfügbarem Kältemittel. Man kann z.B. den Verdampfer "hungern" lassen, d.h. die Menge an Kältemittel reduzieren, das in den Verdampfer kommt. Dies kann z.B. durch eine Erhöhung der Überhitzung des betreffenden Verdampfers geschehen.

Alternativ kann eine Kühlquote durch die Regelung der Geschwindigkeit eines Lüfters geregelt werden, der an oder nahe an der Verdampfungsfläche von mindestens einem Verdampfer angebracht ist.

Für alle diese Beispiele ist die Folge, daß die Lufttemperaturreduzierung langsamer wird, wenn der betreffende Verdampfer im aktiven Zustand ist, d.h. die Zeit vom Umschalten des Verdampfers auf den aktiven Zustand bis zum Erreichen der Ausschalttemperatur wird länger sein.

Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung werden die obigen sowie andere Ziele durch die Angabe eines Verfahrens zur Regelung einer Kühlanlage erfüllt, die mindestens einen Verdichter, mindestens einen Kondensator und mindestens zwei Kühleinheiten, je mit einem separaten Kühlvolumen, und je mit mindestens einem Verdampfer aufweist, wobei jeder Verdampfer in einen aktiven Zustand versetzt werden kann, in dem ein Durchfluß von Kältemittel über eine Verdampfungsfläche erlaubt wird, und in einen inaktiven Zustand, in dem ein solcher Durchfluß verhindert wird, wobei das Verfahren den folgenden Schritt umfaßt:

– für mindestens einen Verdampfer die Beeinflussung einer repräsentativen Zeitperiode beginnend zu dem Zeitpunkt, wo dieser Verdampfer auf einen akti ven/inaktiven Zustand umgeschaltet wird, bis zu dem nächsten Zeitpunkt, wo der Verdampfer auf einen aktiven/inaktiven Zustand umgeschaltet wird, wobei verhindert wird, daß der Verdampfer im Verhältnis zu mindestens einem anderen Verdampfer in synchronisierter Weise arbeitet.

Für einen typischen Verdampfer in einer typischen Kühlanlage steht die Zeit, die von der Umschaltung des Verdichters auf einen aktiven/inaktiven Zustand bis zur nächsten Umschaltung vergeht, nicht ganz fest. Die Variationen werden aber normalerweise nicht erheblich sein, und eine repräsentative Zeitperiode kann deshalb definiert werden.

Wenn zwei Verdampfer in einer synchronisierten Weise arbeiten, werden ihre repräsentativen Zeitperioden zumindest annähernd identisch sein. Entsprechend wird eine Beeinflussung der repräsentativen Zeitperiode von einem der Verdampfer eine Änderung der repräsentativen Zeitperioden der beiden Verdampfer bewirken, und folglich werden sie nicht länger in einer synchronisierten Weise arbeiten.

Somit bietet das Verfahren nach dem zweiten Aspekt der Erfindung eine Maßnahme zum Verhindern oder Beheben eines Synchronisierungsproblems in einer Kühlanlage. Das Verfahren nach dem zweiten Aspekt der Erfindung kann dann verwendet werden, wenn festgestellt worden ist, daß Synchronisierung in einer Kühlanlage vorkommt. Es kann aber auch verwendet werden, ohne daß man ganz sicher weiß, daß Synchronisierung vorkommt, z.B. wenn festgestellt worden ist, daß die Kühlanlage nicht in einer optimalen Weise arbeitet, z.B. weil die Verdichter zu oft ein- und ausschalten. Da Synchronisierung in diesem Fall das Problem verursachen kann, kann das Verfahren nach dem zweiten Aspekt der Erfindung verwendet werden, und wenn das Problem dadurch gelöst wird, war Synchronisierung wahrscheinlich der Grund.

Der Einstellungsschritt kann die Änderung von mindestens einer aus einer Einschalttemperatur und einer Ausschalttemperatur für mindestens einen Verdampfer und/oder die Reduzierung eines Referenzsaugdrucks des/der Verdichter(s) für eine Zeitperiode und/oder die Regelung einer Kühlquote von mindestens einem Verdampfer umfassen. Dies ist oben schon detailliert beschrieben worden.

Nach einem dritten Aspekt der Erfindung werden die obigen und andere Ziele durch die Angabe eines Verfahrens erfüllt, zur Anwendung von Einstellungen in einer Vielzahl von Kühleinheiten mit identischen Temperaturforderungen, wobei die Einstellungen eine untere Temperaturgrenze und eine obere Temperaturgrenze umfassen, in dem ein Verdampfer der entsprechenden Kühleinheit auf einen inaktiven Zustand umgeschaltet wird, wenn die Lufttemperatur der Kühleinheit unter eine untere Temperaturgrenze abfällt, und der Verdampfer auf einen aktiven Zustand umgeschaltet wird, wenn die Lufttemperatur über eine obere Temperaturgrenze ansteigt, wobei die untere Temperaturgrenze und die obere Temperaturgrenze ein Totbandtemperaturintervall definieren, und das Verfahren den folgenden Schritt umfaßt:

– Anwendung von Einstellungen in einer ersten Kühleinheit ausgewählt unter der Vielzahl der Kühleinheiten,
– Kopieren der Einstellungen aus der ersten Kühleinheit auf alle übrigen Kühleinheiten, während die Werte der unteren Temperaturgrenze und der oberen Temperaturgrenze einer Funktion zugeführt werden, wobei die kopierten unteren Temperaturgrenzen innerhalb eines ersten vorgegebenen Zeitintervalls verteilt werden, und die kopierten oberen Temperaturgrenzen innerhalb eines zweiten vorgegebenen Zeitintervalls verteilt werden.

Es soll bemerkt werden, daß der Experte ohne weiteres erkennen würde, daß alle Kennzeichen, die in Verbindung mit dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben wurden, auch mit dem zweiten und dem dritten Aspekt der Erfindung kombiniert werden können, alle Kennzeichen, die in Verbindung mit dem zweiten Aspekt der Erfindung beschrieben wurden, auch mit dem ersten und dem dritten Aspekt der Erfindung kombiniert werden können, und alle Kennzeichen, die in Verbindung mit dem dritten Aspekt der Erfindung beschrieben wurden, auch mit dem ersten und dem zweiten Aspekt der Erfindung kombiniert werden können.

In dem vorliegenden Zusammenhang soll der Ausdruck "Einstellung" eine Reihe von verschiedenen Parametern bedeuten, die definiert und eingestellt werden müssen um eine Kühleinheit zu betreiben. Beispiele solcher Parameter sind untere und obere Temperaturgrenzen, Über hitzungseinstellpunkt, Lüftergeschwindigkeit des Verdampferlüfters, Düsendimension, Füllgeschwindigkeit, Adressen für Temperatursockel, maximale Abtauzeit, Abtauen nach Bedarf, Abtauplan und/oder jeder andere geeignete Parameter.

Die obere Temperaturgrenze wird normalerweise Einschalttemperatur und die untere Temperaturgrenze wird normalerweise Ausschalttemperatur genannt. Diese sind oben beschrieben worden.

Die Vielzahl von Kühleinheiten hat identische Temperaturforderungen. Dies bedeutet typischerweise, daß die maximale Lufttemperatur, die in dem gekühlten Volumen erlaubt wird, für alle Kühleinheiten gleich ist. Damit sind die Kühleinheiten zur Kühlung von identischen oder ähnlichen Produkten gedacht, z.B. Produkten, die bei identischen oder ähnlichen Temperaturen gelagert werden müssen.

Wenn Einstellungen einer Vielzahl von Kühleinheiten mit identischem Temperaturbedarf zugeführt werden, werden die Einstellungen einer Kühleinheit manuell zugeführt, und die manuell zugeführten Einstellungen, einschließlich der Temperaturgrenzen, werden dann auf die restlichen Kühleinheiten kopiert. Dies ist eine verhältnismäßig einfache Weise zur Zuführung von Einstellungen zu einer verhältnismäßig großen Anzahl von Kühleinheiten, da das zeitraubende Verfahren mit der manuellen Zuführung der Einstellungen zu jeder der Kühleinheiten vermieden wird. Da die Einstellungen für alle Kühleinheiten in diesem Fall identisch sein werden, besteht die Gefahr, daß die Verdampfer von zwei oder mehreren der Kühleinheiten zu irgendeinem Zeitpunkt anfangen werden gleichzeitig oder annähernd gleichzeitig zwischen ihren aktiven und inaktiven Zuständen umzuschalten, d.h. zwei oder mehrere Verdampfer werden anfangen, in einer synchronisierten Weise zu arbeiten.

Das Verfahren nach dem dritten Aspekt der Erfindung umfaßt aber auch den Schritt des Kopierens von Einstellungen von der ersten Kühleinheit auf die restlichen Kühleinheiten, aber wenn dieser Schritt ausgeführt wird, wird den unteren und oberen Temperaturgrenzen eine Funktion zugeführt. Dies hat die Wirkung, daß die kopierten unteren Temperaturgrenzen innerhalb eines ersten vorgegebenen Intervalls verteilt werden, und die kopierten oberen Temperaturgrenzen werden innerhalb eines zweiten vorgegebenen Intervalls verteilt werden. Wenn also die Einstellungen der ersten Kühleinheit zugeführt worden sind, werden alle Einstellungen, außer den Temperaturgrenzen, einfach zu den restlichen Kühleinheiten kopiert, wobei vermieden wird, daß die Einstellungen jeder einzelnen Kühleinheit manuell zugeführt werden müssen. Dies spart Zeit. Im Gegensatz zu dem oben beschriebenen Verfahren nach dem Stand der Technik wird sichergestellt, daß die Temperaturgrenzen unter den Kühleinheiten ein wenig variieren. Folglich werden auch die Hysteresegrenzen für die Kühleinheiten ein wenig variieren. Das Ergebnis ist, daß die Gefahr, daß die Verdampfer der Kühleinheiten zu irgendeinem Zeitpunkt anfangen gleichzeitig oder annähernd gleichzeitig zwischen ihren aktiven und inaktiven Zuständen umzuschalten, d.h. in einer synchronisierten Weise arbeiten, erheblich reduziert wird.

Wenn also Einstellungen einer Vielzahl von Kühleinheiten in einer Weise nach dem dritten Aspekt der Erfindung zugeführt werden, werden die Vorteile in Bezug auf die Vermeidung einer manuellen Zuführung der Einstellungen zu jeder Kühleinheit beibehalten, zur gleichen Zeit wird aber die Gefahr, daß die Verdampfer von zwei oder mehreren Kühleinheiten zu irgendeinem Zeitpunkt anfangen, in einer synchronisierten Weise zu arbeiten, erheblich reduziert. Dies ist ein großer Vorteil, da die Möglichkeiten dafür, daß die Kühlanlage weiter in einer optimalen Weise arbeitet, erheblich erhöht sind. Der dritte Aspekt der Erfindung bietet somit ein Verfahren zur Zuführung von Einstellungen zu einer Vielzahl von Kühleinheiten in einer solchen Weise, daß die Gefahr einer späteren Synchronisierung erheblich reduziert wird, d.h. die potentiellen Probleme werden frühzeitig und vor dem Entstehen verhindert.

Nach einer Ausführung können die Länge des ersten vorgegebenen Temperaturintervalls und/oder die Länge des zweiten Temperaturintervalls ein spezifischer Bruchteil der Länge eines maximal möglichen Totbandtemperaturintervalls sein. In diesem Fall kann die Länge des maximal möglichen Totbandes durch die unteren und oberen Temperaturgrenzen definiert werden, die zuerst der ersten Kühleinheit zugeführt worden sind. Wenn die Einstellungen anschließend zu den restlichen Kühleinheiten kopiert werden, kann dies so gemacht werden, daß es Variationen der unteren Temperaturgrenzen erlaubt, z.B. willkürlich zwischen der zuerst definierten unteren Temperaturgrenze und einer definierten unteren Temperatur, die höher ist als die zuerst definierte untere Temperaturgrenze, jedoch viel niedriger als die zuerst definierte obere Temperaturgrenze, d.h. die kopierten unteren Temperaturgrenzen sind immer noch verhältnismäßig nahe der zuerst definierten unteren Temperaturgrenze. Entsprechen können Variationen der kopierten oberen Temperaturgrenzen erlaubt werden, z.B. willkürlich, zwischen der zuerst definierten oberen Temperaturgrenze und einer definierten oberen Temperaturgrenze, die niedriger ist als die zuerst definierte obere Temperaturgrenze, jedoch weiterhin verhältnismäßig nahe dazu. Zum Beispiel kann die zuerst definierte untere Temperaturgrenze 2°C sein, und Variationen der kopierten unteren Temperaturgrenzen zwischen 2°C und 2,5°C können erlaubt sein, und die zuerst definierte obere Temperaturgrenze kann 5°C sein, und Variationen der kopierten oberen Temperaturgrenzen zwischen 4,5°C und 5°C können erlaubt sein.

Der spezifische Bruchteil kann z.B. unter oder gleich 20% sein, wie z.B. unter oder gleich 15%, wie z.B. unter oder gleich 10% sein. Alternativ kann der spezifische Bruchteil höher als 20% sein, z.B. 25% oder 30%.

Der Schritt des Kopierens der Einstellungen kann die Zuführung einer willkürlichen Funktion zu den Werten der unteren Temperaturgrenzen und der oberen Temperaturgrenzen umfassen. In diesem Fall werden willkürliche Variationen der kopierten Temperaturgrenzen innerhalb der vorgegebenen Temperaturintervalle erlaubt. Alternativ kann die zugeführte Funktion von einer besser definierten Art sein, z.B. eine Funktion, die systematisch und zuwachsartig die obere Temperaturgrenze senkt und die untere Temperaturgrenze erhöht, jedes Mal, wenn die Einstellungen zu einer anderen Kühleinheit kopiert werden.

Es sollte aber sichergestellt werden, daß für jede Kühleinheit die kopierte Einschalttemperatur höher ist als die kopierte Ausschalttemperatur.

Der Schritt des Zuführens von Einstellungen zu einer ersten Kühleinheit kann manuell durchgeführt werden. Alternativ können die Einstellungen, die der ersten Kühleinheit zugeführt werden, von einer ähnlichen Kühleinheit in einer anderen Kühlanlage kopiert werden. In diesem Fall können manuelle Anpassungen der Einstellungen erforderlich sein, um spezielle Verhältnisse der Kälteanlage zu berücksichtigen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die zeigen:
1 eine schematische Ansicht einer Kühlanlage mit einer Anzahl von Kühleinheiten, wobei die Kühlanlage nach einem Verfahren nach dem Stand der Technik geregelt wird,
2 eine graphische Darstellung von Temperaturkurven für die Lufttemperatur von zwei verschiedenen Kühleinheiten der gleichen Kühlanlage als Funktion der Zeit, wobei die Kühlanlage nach einem Verfahren nach dem Stand der Technik geregelt wird,
3 eine graphische Darstellung relevanter Temperaturkurven für eine der Kühleinheiten der 2 als Funktion der Zeit, sowie der Verdichterkapazität einer Kühlanlage, die die Kühleinheit umfaßt, als Funktion der Zeit,
4 eine schematische Darstellung einer Kühlanlage mit einer Anzahl von Kühleinheiten, wobei die Kühlanlage nach einem Regelverfahren nach einer Ausführung der Erfindung geregelt wird, und
5 eine graphische Darstellung von Temperaturkurven für die Lufttemperaturen von zwei verschiedenen Kühleinheiten der gleichen Kühlanlage als Funktion der Zeit, wobei die Kühlanlage nach einem Regelverfahren nach einer Ausführung der Erfindung geregelt wird.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung einer Kühlanlage 1 mit einer Anzahl von Kühleinheiten 2, einem Verdichtersatz 3 mit einer Anzahl von Verdichtern 4 und einem Kondensator 5. In der Figur werden zwei Kühleinheiten 2 gezeigt, eine oder mehrere zusätzliche Kühleinheiten 2 können aber angeschlossen werden, wie mit der gestrichelten Linie angegeben. Die Kühleinheiten 2 sind parallel mit einander verbunden, und jede Kühleinheit 2 ist mit dem Verdichtersatz 3 und dem Kondensator 5 in Reihe verbunden. Die Kühlanlage 1, wie in 1 gezeigt, ist von der Art, die typischerweise in Super märkten angewandt wird. Die Kühlanlage 1 in 1 wird nach einem Verfahren nach dem Stand der Technik geregelt.
Die Verdichter 4 des Verdichtersatzes 3 werden aufgrund eines gemessenen Saugdrucks P_suction von einer Verdichterregeleinheit 6 geregelt. Der Kondensator 5 wird aufgrund einer gemessenen Kondensatortemperatur von einer Kondensatorregeleinheit (nicht gezeigt) geregelt.
Jede Kühleinheit 2 umfaßt ein Kühlfach 8 mit Produkten, die gekühlt werden müssen, z.B. Nahrungsmittel, einen Verdampfer 9 und ein Regelventil 10. Das Regelventil 10 dient als Ein-/Aus-Ventil und als Überhitzungsventil (Expansionsventil) und kann ein Magnetventil sein. Wenn das Regelventil ein Magnetventil ist, wird die Überhitzung typischerweise nach einem Pulsbreitenmodulationsverfahren geregelt. Das Regelventil 10 wird mit Hilfe eines Hysteresereglers 11 geregelt, der sicherstellt, daß die Temperatur der in einem Kühlfach 8 befindlichen Luft so geregelt wird, daß sie innerhalb eines gewünschten Temperaturbandes liegt, und mit Hilfe eines Überhitzungsreglers 12, der sicherstellt, daß im Verdampfer 9 eine optimale Füllung aufrechterhalten wird.
Der Hystereseregler 11 empfängt eine Eingabe von einem Temperatursensor 13, der im Inneren des entsprechenden Kühlfachs 8 angeordnet ist, wobei die Eingabe eine Temperatur T_air der sich im Kühlfach befindlichen Luft angibt. Wenn T_air eine obere Grenze des gewünschten Temperaturbandes erreicht (Einschalttemperatur), wird der Hystereseregler 11 das Regelventil 10 zum Öffnen bringen, wobei ein Kältemitteldurchfluß über den Verdampfer 9 zugelassen wird. Damit wird der Verdampfer 9 auf einen aktiven Zustand umgeschaltet, und Kälte wird dem Inhalt des Kühlfachs 8 zugeführt. Entsprechend, wenn T_air eine untere Grenze des gewünschten Temperaturintervalls (Ausschalttemperatur) erreicht, wird der Hystereseregler 11 das Regelventil 10 zum Schließen bringen, wobei ein Kältemitteldurchfluß über den Verdampfer 9 verhindert wird. Damit wird der Verdampfer 9 auf einen inaktiven Zustand umgeschaltet, und der Inhalt des Kühlfachs 8 wird nicht mehr mit Kälte versorgt.
Der Überhitzungsregler 12 erhält eine Eingabe von einem Überhitzungssensor 14, der den Unterschied zwischen einer Verdampfungstemperatur und der Temperatur am Ausgang des betreffenden Verdampfers 9 mißt. Dies wird typischerweise durch Messen des Saugdrucks gemacht, der dann in eine Verdampfungstemperatur umgesetzt wird, die von der gemessenen Ausgangstemperatur abgezogen wird. Alternativ können die Temperaturen am Eingang und am Ausgang des Verdampfers gemessen und der Unterschied berechnet werden. Der Überhitzungsregler 12 regelt die Versorgung des Verdampfers 9 mit Kältemittel, und zwar so, daß der flüssigkeitsgefüllte Teil des Verdampfers 9 maximiert wird, während kein Austritt von flüssigem Kältemittel aus dem Verdampfer 9 erlaubt wird. Der Überhitzungsregler 12 erreicht dies durch eine Justierung des Regelventils 10, um eine kleine, aber positive Überhitzung zu erreichen. Dadurch nutzt er den Umstand, daß das Temperaturprofil im Verdampfer 9 in der flüssigkeitsgefüllten Region annähernd konstant ist und in der trockenen Region ansteigt. Damit stellt eine positive Überhitzungstemperatur sicher, daß kein flüssiges Kältemittel den Verdampfer 9 verläßt. Der Umstand, daß die Überhitzungstemperatur niedrig gehalten wird, maximiert die flüssige Region.
2 ist eine graphische Darstellung der Temperaturkurven 15, 16 für die Lufttemperatur von zwei verschiedenen Kühleinheiten der gleichen Kühlanlage als Funktion der Zeit. Unter "Lufttemperatur" versteht man die Temperatur der in den Kühlfächern der entsprechenden Kühleinheiten befindlichen Luft. Aus Gründen der Klarheit sollte bemerkt werden, daß 2 dadurch vereinfacht worden ist, daß sie lediglich Temperaturkurven für zwei Kühleinheiten zeigt, wogegen es üblicherweise eine weit größere Anzahl von Kühleinheiten in einer solchen Kühlanlage geben wird. Wie aus der graphischen Darstellung hervorgeht, überlappen sich die Temperaturkurven 15, 16 anfangs nicht. Damit werden die beiden entsprechenden Kühleinheiten nicht gleichzeitig ihre Einschalttemperaturen oder ihre Ausschalttemperaturen erreichen. In der Figur ist die Einschalttemperatur (T_cutin) 5°C und die Ausschalttemperatur (T_cutout) 2°C für beide Kühleinheiten. Deshalb wird der Kältebedarf der Kühlanlage mit diesen beiden Kühleinheiten nicht wesentlich variieren als Funktion der Zeit. Die Zeitperioden der beiden Kühleinheiten, d.h. das Zeitintervall, das zwischen der Umschaltung eines Verdampfers auf einen aktiven Zustand bis zur nächsten Umschaltung des Verdampfers auf einen aktiven Zustand vergeht, sind ziemlich ähnlich. Dies bringt die potentielle Gefahr, daß die beiden Verdampfer zu einem späteren Zeitpunkt anfangen, in einer synchronisierten Weise zu arbeiten, auch wenn sie dies anfangs nicht machen.
Um den Zeitpunkt t = 1.7 × 10⁴s herum hat der Verdampfer der Kühleinheit nach der Temperaturkurve 16 Schwierigkeiten, die Lufttemperatur hinunterzubringen. Die Kühleinheit braucht deshalb längere Zeit, um die Ausschalttemperatur zu erreichen. Folglich wird der Zeitpunkt, zu dem der entsprechende Verdampfer auf den inaktiven Zustand umgeschaltet wird, verspätet. Dies wiederum hat die Folge, daß dieser Zeitpunkt sehr nahe dem Zeitpunkt liegt, zu dem der Verdampfer nach der Temperaturkurve 15 auf den inaktiven Zustand umgeschaltet wird. Deshalb sind die beiden Temperaturkurven danach sehr viel näher bei einander, und Einschalttemperaturen und die Ausschalttemperaturen der beiden Kühleinheiten werden mit einem kleinen Zeitintervall erreicht. Dies ergibt Variationen im Kältebedarf.
Um den Zeitpunkt t = 1.85 × 10⁴x herum hat der Verdampfer der Kühleinheit nach Temperaturkurve 16 aus irgendeinem Grund wieder Probleme damit, die Lufttemperatur hinunterzubringen. Dieses Mal ist das Ergebnis, daß sich die beiden Temperaturkurven 15, 16 fast überlappen, und die Einschalttemperaturen und die Ausschalttemperaturen werden fast gleichzeitig erreicht, was große Variationen im Kältebedarf verursacht. Damit arbeiten die beiden Kühleinheiten jetzt in einer synchronisierten Weise. Dies ist sehr unerwünscht. Wie oben erwähnt, scheint dieses Problem selbstverstärkend zu sein, in dem Sinne daß, wenn zwei Kühleinheiten einer Kühlanlage erst in einer synchronisierten Weise arbeiten, sich die restlichen Kühleinheiten der Kühlanlage anscheinend zu diesen Kühleinheiten "hingezogen" fühlen, und eine erhöhte Anzahl von Kühleinheiten werden deshalb anfangen, in einer synchronisierten Weise zu arbeiten.
2 zeigt, daß, auch wenn eine Synchronisierung anfangs nicht erscheint, eine kleine Änderung der Betriebsbedingungen der Kühlanlage dazu führen kann, daß zwei Verdampfer mit ähnlichen Zeitperioden damit anfangen, in einer synchronisierten Weise zu arbeiten. Deshalb sollten ähnliche Zeitperioden weitgehend vermieden werden.
3 ist eine graphische Darstellung relevanter Temperaturkurven für die Kühleinheiten nach der Temperaturkurve von 2 als Funktion der Zeit sowie der Verdichterkapazität einer Kühlanlage, die die Kühleinheit aufweist, als Funktion der Zeit. Diese Figur zeigt, weshalb der Verdampfer dieser Kühleinheit Schwierigkeiten, hat die Lufttemperatur hinunterzubringen, was zu einer unerwünschten Synchronisierung der oben beschriebenen Verdampfer führt.
Der obere Teil der 3 zeigt die Lufttemperatur 16, die Verdampfertemperatur 17 und die Verdampfungstemperatur 18 der Kühleinheit als Funktion der Zeit. Der untere Teil zeigt die Verdichterkapazität 19 der Kühlanlage, auch als Funktion der Zeit. Die Zeitskalen der beiden Teile sind identisch, und das Verhältnis zwischen der Verdichterkapazität und den verschiedenen Temperaturen 16, 17, 18 kann deshalb abgeleitet werden.
Ungefähr zum Zeitpunkt t = 1.55 × 10⁴s wird die Verdichterkapazität um zwanzig Einheiten reduziert. Dies entspricht dem Abschalten von einem Verdichter des Verdichtersatzes. Dies hat zur Folge, daß der an einem Punkt unmittelbar stromaufwärts im Verhältnis zum Ver dichtersatz gemessene Saugdruck ansteigt. Der Anstieg des Saugdruckes verursacht, daß auch die Verdampfungstemperatur 18, d.h. die Temperatur des Verdampfungskältemittels, ansteigt, da es ein eindeutiges Verhältnis zwischen dem Saugdruck und der Verdampfungstemperatur 18 gibt. Dieses Verhältnis ist wohlbekannt, und der Anstieg der Verdampfungstemperatur 18 geht aus der Figur hervor.
Die Verdampfertemperatur 17, d.h. die Temperatur einer Verdampfungsfläche des Verdampfers, kann nicht jederzeit niedriger sein als die Verdampfungstemperatur 18, weil es dem Kältemittel nicht möglich ist, den Verdampfer unter dieser Temperatur abzukühlen. Deshalb hat die ansteigende Verdampfungstemperatur 18 zur Folge, daß die niedrigst mögliche Verdampfertemperatur 17 auch ansteigt. In der Figur zeigt sich dies dadurch, daß die "Täler" der Verdampfertemperaturkurve 17 immer weniger tief werden, während die Verdampfungstemperatur 18 ansteigt. Dies wiederum hat die Folge, daß die gesamte Kühlkapazität des Verdampfers reduziert wird.
Die Kühlkapazität eines Verdampfers kann als zwei Teile betrachtet werden, und zwar ein erster Teil, der die Belastung der Kühleinheit ausgleicht, und ein zweiter Teil, der den Inhalt der Kühleinheit mit Kälte versorgt, d.h. der zweite Teil wird zur Senkung der Lufttemperatur der Kühleinheit gebraucht. Es kann angenommen werden, daß der erste Teil zumindest im wesentlichen konstant ist. Deshalb wird eine Reduzierung der gesamten Kühlkapazität einen immensen Einfluß auf die Fähigkeit des Verdampfers zur Senkung der Lufttemperatur haben. Diese Wirkung geht aus der Figur kurz vor dem Zeitpunkt t = 1.7 × 10⁴s hervor, wo klar wird, daß die Lufttemperatur 16 die Ausschalttemperatur nicht innerhalb einer angemessenen Zeit erreicht.
Folglich wird ein Verdichter um die Zeit t = 1.7 × 10⁴s eingeschaltet, wobei die Verdichterkapazität 19 um zwanzig Einheiten ansteigt. Dies hat zur Folge, daß der Saugdruck absinkt und die Verdampfungstemperatur 18 deshalb anfängt zu sinken. Nach einiger Zeit wird die Verdampfungstemperatur 18 ausreichend niedrig, um genügend Kühlkapazität liefern zu können, und die Lufttemperatur 16 kann dann die Ausschalttemperatur erreichen. Dadurch beginnt die Kühleinheit wieder in einer angemessenen Weise zu arbeiten.
Um den Zeitpunkt t = 1.75 × 10⁴s herum wird aber ein Verdichter wieder abgeschaltet, und die Verdichterkapazität um zwanzig Einheiten reduziert. Das oben beschriebene Szenario wird wiederholt und verursacht um t = 1.85 × 10⁴s herum Probleme wie in Verbindung mit 2 beschrieben.
4 ist eine schematische Darstellung einer Kühlanlage 1 mit einer Reihe von Kühleinheiten 2, wobei die Kühlanlage 1 nach einem Regelverfahren nach einer Ausführung der Erfindung geregelt wird. Die Kühlanlage 1 weist außerdem einen Verdichtersatz 3 mit drei Verdichtern und einen Kondensator 5 wie oben beschrieben auf. Jede Kühleinheit 2 weist ein Kühlfach 8, einen Verdampfer 9 und ein Regelventil 10 auf. Das Regelventil 10 wird mit Hilfe einer Ventilregeleinheit 20 geregelt. Die Ventilregeleinheit 20 erhält Eingangssignale vom Temperatursensor 13 und vom Überhitzungssensor 14 und ist dabei in der Lage, das Regelventil 10 in Übereinstimmung mit einer Hystereseregelstrategie und in Übereinstimmung mit einer Überhitzungsregelstrategie wie oben beschrieben zu regeln.
Die Kühlanlage 1 weist außerdem eine zentrale Regeleinheit 21 auf. Die zentrale Regeleinheit 21 erhält Eingangssignale von den Ventilregeleinheiten 20 der Kühleinheiten 2. Diese Signale geben Informationen darüber, ob der entsprechende Verdampfer 9 in einem aktiven oder einem inaktiven Zustand ist, und, optional, Informationen darüber, wann und/oder wie oft der Verdampfer 9 zwischen den beiden Zuständen umgeschaltet worden ist. Die zentrale Regeleinheit 21 erhält auch Eingangssignale von einem Sensor 22, der den Saugdruck P_suction unmittelbar stromaufwärts im Verhältnis zum Verdichtersatz 3 mißt.
Dadurch erhält die zentrale Regeleinheit 21 Informationen darüber, welche Verdampfer 9 in dem aktiven/inaktiven Zustand sind, und Informationen über den Saugdruck P_suction. Durch Verwendung der erhaltenen Informationen macht die zentrale Regeleinheit 21 eine Analyse um festzulegen, ob zwei oder mehrere der Verdampfer 9 in einer synchronisierten Weise arbeiten. Die Analyse kann z.B. den Erhalt der Varianz der Anzahl der aktiven Verdampfer 9 als Funktion der Zeit, den Erhalt der Kovarianz zwischen dem Saugdruck P_suction und der Anzahl von aktiven Verdampfern 9 und/oder jede andere angemessene Analyse wie oben beschrieben umfassen.
Wenn die Analyse ergibt, daß zwei oder mehrere der Verdampfer 9 in einer synchronisierten Weise arbeiten, sendet die zentrale Regeleinheit 21 entsprechende Regelsignale zu der(n) relevanten Ventilregeleinheit(en) 20 und/oder zur Verdichterregelung 6. Ein zu einer Ventilregeleinheit 20 gesandtes Regelsignal kann verursachen, daß die Ein- und/oder Ausschalttemperatur der entsprechenden Kühleinheit 2 geändert wird. Dies hat die Wirkung, daß die durchschnittliche Zeitperiode für diese Kühleinheit 2 geändert wird. Wenn also der Verdampfer 9 der betreffenden Kühleinheit 2 im Verhältnis zu einem Verdampfer 9 in einer synchronisierten Weise gearbeitet hat, wird diese geänderte Zeitperiode dazu führen, daß diese beiden Verdampfer 9 damit aufhören, in einer synchronisierten Weise zu arbeiten. Dies wird unten weiter beschrieben. Alternativ kann ein an eine Ventilregeleinheit 20 gesandtes Signal eine Änderung des Überhitzungssetpunktes bewirken, um die Überhitzung zu erhöhen.
Ein an die Verdichterregelung 6 gesandtes Regelsignal kann eine vorübergehende Senkung eines Referenzsaugdrucks bewirken. Dies wird typischerweise durch Einschaltung eines Verdichters 4 gemacht. Eine vorübergehende Senkung des Referenzsaugdrucks hat die Wirkung, daß die Verdampfungstemperaturen der Kühleinheiten 2 der Kühlanlage 1 reduziert werden. Dadurch wird die Neigung der Verdampfer 9, sich gegenseitig "anzuziehen" und anzufangen, in einer synchronisierten Weise zu arbeiten, wie in Verbindung mit den 2 und 3 beschrieben, entgegengewirkt. Dies wird typischerweise zusätzlich zu anderen Maßnahmen gemacht, wie z.B. die Änderung der Ein- und/oder Ausschalttemperatur von einer oder mehreren Kühleinheiten, und es verstärkt die Wirkung dieser anderen Maßnahmen.
5 ist eine graphische Darstellung der Temperaturkurven 23, 24 der Lufttemperaturen von zwei verschiedenen Kühleinheiten der gleichen Kühlanlage als Funktion der Zeit. Die graphische Darstellung von 5 zeigt eine Kühlanlage, die mit Hilfe eines Regelverfahrens nach einer Ausführung der Erfindung geregelt wird.
Wie aus der Figur hervorgeht, sind die beiden Kurven 23, 24 anfangs zusammenfallend, d.h. die Verdampfer der beiden Kühleinheiten arbeiten in einer synchronisierten Weise. Dies wird festgestellt, und ungefähr zum Zeitpunkt t = 1.5 × 10⁴s wird ein Signal zu der Regeleinheit gesandt, die den Verdampfer nach Temperaturkurve 24 regelt. Als Antwort auf das empfangene Signal reduziert die Regeleinheit die Einschalttemperatur für den Verdampfer nach Temperaturkurve 24 von T_cutin = 5°C auf T_cutin = 4.9°C und erhöht die Ausschalttemperatur des gleichen Verdampfers von T_cutout = 2°C auf T_cutout = 2,1°C. Das Totband dieses Verdampfers wird dadurch schmaler gemacht. Folglich erreicht die Lufttemperatur 24 die Einschalttemperatur kurz vor dem Zeitpunkt, wo die Lufttemperatur 23 die Einschalttemperatur erreicht, und der Verdampfer nach Temperaturkurve 24 wird deshalb vor dem Verdampfer nach Temperaturkurve 23 auf einen aktiven Zustand umgeschaltet.
Außerdem erreicht die Temperaturkurve 24 nachfolgend vor der Temperaturkurve 23 die Ausschalttemperatur. Der Grund ist die erhöhte Ausschalttemperatur des Verdampfers nach Temperaturkurve 24 sowie die Tatsache, daß dieser Verdampfer vor dem Verdampfer nach Temperaturkurve 23 auf den aktiven Zustand umgeschaltet wurde.
Die Folge der Verengung des Totbandes für einen der Verdampfer ist dabei, daß die Zeitperiode, die vergeht von der Umschaltung des Verdampfers auf den aktiven Zustand bis zur nächsten Umschaltung des Verdampfers auf den aktiven Zustand, für diesen Verdampfer reduziert wird. Dies wird zur Folge haben, daß die beiden Verdampfer nicht mehr gleichzeitig zwischen den aktiven und inaktiven Zuständen umgeschaltet werden, d.h. die Verdampfer werden aufhören, in einer synchronisierten Weise zu arbeiten.
Wie aus 5 hervorgeht, wird diese Wirkung im Laufe der Zeit immer ausgeprägter. Die Verengung des Totbandes für einen der Verdampfer und die resultierende Reduzierung der Zeitperiode, die vergeht von der Umschaltung des Verdampfers auf den aktiven Zustand bis zur nächsten Umschaltung des Verdampfers auf den aktiven Zustand, haben die Probleme, die durch die Synchronisierung zwischen den beiden Verdampfern entstanden sind, gelöst.

Claims

Verfahren zum Analysieren einer Kühlanlage (1) mit mindestens einem Verdichter (4), mindestens einem Kondensator (5) und mindestens zwei Kühleinheiten (2), jeweils mit einem separaten Kühlvolumen (8) und mindestens einem Verdichter (9), wobei jeder Verdampfer (9) in einen aktiven Zustand versetzt werden kann, in dem ein Durchfluß an Kältemittel entlang einer Verdampfungsfläche gestattet wird, und in einen inaktiven Zustand, in dem ein solcher Durchfluß verhindert wird, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: a) Einholen von Informationen in Bezug auf die von den Verdampfern gelieferte Gasleistung als Funktion der Zeit, b) Analyse der erhaltenen Informationen und c) auf Grund des Analyseschritts Bestimmung davon, ob zwei oder mehrere der Verdampfer (9) in einer synchronisierten Weise arbeiten.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Einholens von Informationen das Einho len von Informationen in Bezug auf die Anzahl von aktiven Verdampfern (9) als Funktion der Zeit, der Analyseschritt die Beschaffung eines Vertreters für die Varianz der Funktion der Zeit und der feststellende Schritt die Feststellung umfassen kann, daß zumindest zwei Verdampfer in einer synchronisierten Weise arbeiten, wenn der Vertreter für die Varianz einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch das Einholen von Informationen über einen Saugdruck des Verdichters/der Verdichter (4), wobei der Analyseschritt die Beschaffung einer Kovarianz zwischen den Informationen über die von den Verdampfern (9) gelieferte Gasleistung und den Informationen in Bezug auf den Saugdruck umfaßt, und der Feststellungsschritt die Feststellung davon umfaßt, daß mindestens zwei Verdampfer in einer synchronen Weise arbeiten, wenn die Kovarianz einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Einholens von Informationen die Beschaffung von Informationen in Bezug auf die Dauern von aktiven und/oder inaktiven Perioden für jeden einzelnen Verdampfer (9) umfaßt, und der Feststellungsschritt das Feststellen davon umfaßt, daß mindestens zwei Verdampfer in einer synchronisierten Weise arbeiten, wenn die genannten Dauern zumindest im wesentlichen für mindestens zwei Verdampfer (9) zusammenfallend sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das außerdem den Schritt einer Einstellung von mindestens einem Laufparameter von wenigstens einem Verdampfer umfaßt, wenn der Feststellungsschritt findet, daß mindestens zwei Verdampfer in einer synchronisierten Weise arbeiten.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Einstellungsschritt die Änderung von mindestens einer von je einer Einschalttemperatur und einer Ausschalttemperatur von mindestens einem Verdampfer (9) umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Einstellungsschritt die Herabsetzung eines Referenzsaugdrucks des/der Verdichter(s) (4) für eine Zeitperiode umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der Einstellungsschritt die Regelung einer Kühlquote von mindestens einem Verdampfer (9) umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Regelschritt die Regelung einer Kühlkapazität von mindestens einem Verdampfer (9) durch die Regelung der verfügbaren Menge an Kältemittel umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Regelschritt die Regelung der Geschwindigkeit eines Lüfters umfaßt, der an oder nahe an der Verdampfungsfläche von mindestens einem Verdampfer (9) angebracht ist.
Verfahren zur Regelung einer Kühlanlage (1), die mindestens einen Verdichter (4), mindestens einen Kondensator (5) und mindestens zwei Kühleinheiten (2) aufweist, je mit einem separaten Kühlvolumen (8), und je mit mindestens einem Verdampfer, wobei jeder Verdampfer in einen aktiven Zustand versetzt werden kann, in dem ein Durchfluß von Kältemittel über eine Verdampfungsfläche erlaubt wird, und in einen inaktiven Zu stand, in dem ein solcher Durchfluß verhindert wird, wobei das Verfahren den folgenden Schritt umfaßt: a) für mindestens einen Verdampfer (9) die Beeinflussung einer repräsentativen Zeitperiode beginnend zu dem Zeitpunkt, wo dieser Verdampfer (9) auf einen aktiven/inaktiven Zustand umgeschaltet wird, bis zu dem nächsten Zeitpunkt, wo der Verdampfer (9) auf einen aktiven/inaktiven Zustand umgeschaltet wird, wobei verhindert wird, daß der Verdampfer (9) im Verhältnis zu mindestens einem anderen Verdampfer (9) in synchronisierter Weise arbeitet.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Einstellungsschritt die Änderung von mindestens einer aus einer Einschalttemperatur und einer Ausschalttemperatur für mindestens einen Verdampfer (9) umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Einstellungsschritt die Reduzierung eines Referenzsaugdrucks des/der Verdichter(s) (4) für eine Zeitperiode umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11-13, wobei der Regelungsschritt die Regelung einer Kühlquote von mindestens einem Verdampfer (9) umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Regelungsschritt die Regelung einer Kühlkapazität von mindestens einem Verdampfer (9) durch die Regelung der verfügbaren Menge an Kältemittel umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Regelungsschritt die Regelung einer Drehgeschwindigkeit eines Lüfters umfaßt, der an oder nahe der Verdampfungsfläche von mindestens einem Verdampfer (9) angebracht ist.
Verfahren zur Anwendung von Einstellungen in einer Vielzahl von Kühleinheiten (2) mit identischen Temperaturanforderungen, wobei die Einstellungen eine untere Temperaturgrenze und eine obere Temperaturgrenze umfassen, in dem ein Verdampfer (9) der entsprechenden Kühleinheit (2) auf einen inaktiven Zustand umgeschaltet wird, wenn die Lufttemperatur der Kühleinheit (2) unter eine untere Temperaturgrenze abfällt, und der Verdampfer auf einen aktiven Zustand umgeschaltet wird, wenn die Lufttemperatur über eine obere Temperaturgrenze ansteigt, wobei die untere Temperaturgrenze und die obere Temperaturgrenze ein Totbandtemperaturintervall definieren, und das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: a) Anwendung von Einstellungen in einer ersten (2) unter der Vielzahl der Kühleinheiten (2) ausgewählten Kühleinheit, b) Kopieren der Einstellungen aus der ersten Kühleinheit (2) auf alle übrigen Kühleinheiten (2), während die Werte der unteren Temperaturgrenze und der oberen Temperaturgrenze einer Funktion zugeführt werden, wobei die kopierten unteren Temperaturgrenzen innerhalb eines ersten vorgegebenen Zeitintervalls verteilt werden, und die kopierten oberen Temperaturgrenzen innerhalb eines zweiten vorgegebenen Zeitintervalls verteilt werden.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Länge des ersten vorgegebenen Temperaturintervalls und/oder die Länge des zweiten Temperaturintervalls ein spezifischer Bruchteil der Länge eines maximal möglichen Totbandtemperaturintervalls sind.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der spezifische Bruchteil kleiner als oder gleich 20% ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17-19, wobei der Schritt des Kopierens der Einstellungen die Zuführung einer willkürlichen Funktion zu den Werten der unteren Temperaturgrenzen und der oberen Temperaturgrenzen umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17-20, wobei der Schritt der Zuführung von Einstellungen zu einer ersten Kühleinheit manuell durchgeführt wird.