[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen der Kältemittelfüllmenge einer
Kälteanlage, z. B. einer Kompressionskälteanlage für einen Supermarkt mit mehreren
verzweigt angeordneten Kühlstellen, sowie eine Kälteanlage mit einer Überwachungsvorrichtung
zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
[0002] Kompressionskältemaschinen mit geschlossenen Kältemittelkreisläufen benötigen für
ihre bestimmungsgemäße Funktion eine bestimmte Kältemittelfüllmenge, wobei diese z.
B. zur Gewährleistung einer hinreichenden Kühlwirkung und zur Vermeidung von Schäden
an der Kälteanlage eine vorgegebene Mindest-Füllmenge nicht unterschreiten darf. Der
Kältekreislauf einer Kompressionskältemaschine weist z. B. einen Kompressor, einen
Kondensator und einen Verdampfer als Komponenten auf; wobei die minimal erforderliche
Kältemittelfüllmenge z. B. vom inneren Volumen des Kältemittelkreislaufes, der Bauart
der Komponenten des Kältemittelkreislaufes, der angeforderten Kälteleistung, Lastschwankungen
und den jeweiligen Betriebsbedingungen abhängt. Des Weiteren sind z. B. im Interesse
des Umweltschutzes Emissionen von Treibhausgasen, die durch Leckagen von Kältemittel
hervorgerufen werden, zu vermeiden. Daher ist - z. B. um das Vorhandensein einer Mindest-Füllmenge
sicherzustellen und um Leckagen von Kältemittel zeitnah für eine zustandsorientierte
Wartung der Kälteanlage zu erkennen - das Überwachen der Kältemittelfüllmenge einer
solchen Kompressionskälteanlage angezeigt. Diesbezüglich können z. B. in die Kälteanlage
eingebundene Überwachungssysteme, wie z.B. beschrieben in
US 2010/0300129 A1, zum Überwachen der Kältemittelfüllmenge vorgesehen sein, die z. B. zur Leckageerkennung
einsetzbar sind.
[0003] So beschreibt z. B.
DE 39 13 521 C2 ein Verfahren zum Erkennen von Leckstellen in einem Kältemittelkreislauf mit einem
Verdampfer, einem Verdichter und einem Kondensator, wobei der Druck und die Temperatur
des saugseitig am Verdichter anstehenden verdampften Kältemittels gemessen und die
Messwerte von Sauggasdruck und -temperatur in jeweils auf einen bestimmten Messbereich
bezogene Relativgrößen umgerechnet werden, die Differenz dieser Ist-Relativgrößen
mit einem Sollwert verglichen wird, und bei einer Abweichung der Istwert-Differenz
von der Sollwert-Differenz um einen vorgegebenen Betrag ein Kältemittel-Leck angezeigt
wird.
[0004] Die
DE 41 39 064 A1 beschreibt ein Verfahren zum Erfassen einer Überfüllung eines Verdampfers einer Kälteanlage,
mittels dessen das Kältemittel zu einem Sauggas verdampft wird, wobei im Falle einer
solchen Überfüllung im Sauggas verbleibende Flüssigkeitströpfchen mittels Verdampfung
an einem Messkörper erfasst werden.
[0005] Die
DE 10 2006 039 925 B4 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung des Kältemittelverlustes einer Kälteanlage,
wobei während eines Stillstandes der Kälteanlage das Kältemittel von der Saugseite
des Verdichters abgesaugt, auf die Druckseite des Verdichters gefördert und in einem
Kältemittelspeicher gespeichert wird, wobei das Absaugen bis zu einem vorgegebenen
Druck auf der Saugseite des Verdichters erfolgt, der sich auf der Druckseite des Verdichters
einstellende Hochdruck gemessen und der gemessene Hochdruck mit dem sich bei der Sollfüllmenge
des Kältemittels ergebenden Referenzhochdruck verglichen wird.
[0006] Die
DE 10 2011 101 922 A1 beschreibt einen Kühlkreis mit einem Verdichter, einem Verflüssiger und einem Verdampfer,
wobei in Strömungsrichtung nach dem Verflüssiger und vor dem Verdampfer ein Sperrventil
vorgesehen ist, um den Kühlkreis für einen Messbetrieb wahlweise zu sperren, und wobei
an dem Verflüssiger eine Wägeeinrichtung vorgesehen ist, um während des Messbetriebs
den Verflüssiger zusammen mit dem dann enthaltenen Kältemittel zu wiegen.
[0007] Bei solchen in die Kälteanlage eingebundenen Überwachungssystemen ist ein genaues
Ermitteln der Kältemittelfüllmenge und somit eine zuverlässige Überwachung ermöglicht,
indem der reguläre Betrieb der Kälteanlage unterbrochen wird und die Kälteanlage zum
Erfassen der Kältemittelfüllmenge in einen definierten Messmodus versetzt wird. Zwar
kann auch eine Messung während des laufenden regulären Betriebs durchgeführt werden,
jedoch ist eine solche Messung mittels herkömmlicher Verfahren mit einer hohen Ungenauigkeit
verbunden und somit unzuverlässig, da die zum Erfassen der Füllmittelmenge herangezogenen
Messgrößen (wie z. B. Druck und Temperatur an vorgegebenen Positionen des Kältemittelkreislaufs)
während des regulären Betriebs der Kälteanlage auch bei konstanter Kältemittelfüllmenge
zeitlichen Schwankungen unterworfen sind, z. B. aufgrund von Lastschwankungen, Kältemittelverschleppung
und allgemeinen stochastischen Einflüssen.
[0008] Durch die Erfindung wird ein Verfahren zum Überwachen von stochastisch schwankenden
Füllständen, wie sie zum Beispiel in technischen Anlagen der Kältetechnik, verfahrenstechnischen
und chemischen Industrie anzutreffen sind, insbesondere jedoch zum Überwachen der
Kältemittelfüllmenge einer Kälteanlage, bereitgestellt, mittels dessen eine zuverlässige
Überwachung auch während des laufenden regulären Betriebs der Kälteanlage ermöglicht
ist. Zudem wird mittels der Erfindung eine Kälteanlage mit einer zum Durchführen eines
solchen Verfahrens ausgebildeten Überwachungsvorrichtung bereitgestellt.
[0009] Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zum Überwachen der Kältemittelfüllmenge in
dem Kältemittelkreislauf einer Kälteanlage in Form einer Kompressionskältemaschine
bereitgestellt, wobei der Kältemittelkreislauf einen Verdampfer, einen Kompressor
und einen Kondensator aufweist. Gemäß dem Verfahren wird über einen vorgegebenen Zeitraum
hinweg, z. B. mittels eines entsprechenden Sensors, eine von der Kältemittelfüllmenge
abhängige Messgröße (im Folgenden auch als "füllmengensensitive Messgröße" bezeichnet)
erfasst. Als füllmengensensitive Messgröße kann z.B. der Kältemittelfüllstand eines
Kältemittelreservoirs der Kälteanlage oder die Unterkühlung des flüssigen Kältemittels
am Austritt eines Verflüssigers der Kälteanlage erfasst werden. Im ersten Fall weist
die Kälteanlage ein Kältemittelreservoir auf, wobei der Kältemittelfüllstand des Kältemittelreservoirs
mittels eines Füllstand-Sensors erfasst wird. Im zweiten Fall weist die Kälteanlage
einen Verflüssiger auf, wobei die am Austritt des Verflüssigers vorliegende Unterkühlung
des flüssigen Kältemittels mittels eines Temperatur-Sensors erfasst wird.
[0010] Basierend auf den erfassten Messwerten wird eine Häufigkeitsverteilung (im Folgenden
auch als "Ist-Häufigkeitsverteilung" bezeichnet) erstellt, die beschreibt, wie häufig
ein bestimmter Messwert der Messgröße innerhalb des vorgegebenen Zeitraums vorlag.
In einem nächsten Schritt wird die so ermittelte Ist-Häufigkeitsverteilung mit einer
oder mehreren Referenz-Häufigkeitsverteilungen verglichen, wobei eine solche Referenz-Häufigkeitsverteilung
z. B. einen definierten Soll-Betriebszustand bzw. Normzustand der Kälteanlage mit
einer bekannten und ausreichenden Kältemittelfüllmenge repräsentiert. Ein solcher
Normzustand kann z. B. anlagenspezifisch sein und kann in einer Initialisierungsphase
ermittelt sowie nachfolgend - z. B. als Reaktion auf Kältemittelnachfüllungen - stetig
aktualisiert werden. Es wird ein Versatz zwisehen der Ist-Häufigkeitsverteilung und
einer oder mehreren der Referenz-Häufigkeitsverteilungen (z. B. eine Verschiebung
der Ist-Häufigkeitsverteilung gegenüber einer der Referenz-Häufigkeitsverteilungen)
ermittelt und basierend auf dem ermittelten Versatz die Kältemittelfüllmenge bzw.
der Kältemittelfüllzustand der Kälteanlage bewertet.
[0011] Die überwachte Kompressionskältemaschine weist z. B. einen Kältemittelkreislauf mit
einem Verdampfer, einem Kompressor und einem Kondensator auf. Bei einer Veränderung
der gesamten im Kältemittelkreislauf befindlichen Kältemittelfüllmenge ändern sich
auch die Werte unterschiedlicher Parameter an unterschiedlichen Positionen des Kältemittelkreislaufs,
wobei solche Parameter somit als füllmengensensitive Messgröße herangezogen werden
können.
[0012] So kann die Kälteanlage z. B. ein Kältemittelreservoir aufweisen, wobei eine Veränderung
der Kältemittelfüllmenge mit einer Änderung des Kältemittelfüllstandes in dem Kältemittelreservoir
einhergeht und somit der Kältemittelfüllstand als füllmengensensitive Messgröße vorgesehen
sein kann. Die Kälteanlage kann dementsprechend einen Füllstand-Sensor zum Erfassen
des Kältemittelfüllstandes aufweisen.
[0013] Des Weiteren geht eine Änderung der Kältemittelfüllmenge mit einer Änderung der Temperatur
an vorgegebenen Positionen des Kältemittelkreislaufes einher - z. B. mit einer Änderung
der Unterkühlung des flüssigen Kältemittels am Austritt von Verflüssigern der Kälteanlage,
die aufgrund ihrer Gestaltung eine Flüssigkeitsunterkühlung hervorrufen können (z.
B. Verflüssiger in Rohrbündel- oder Röhrenkesselbauart mit Kondensation am Rohr im
Mantelraum oder in Plattenbauart) - sodass eine solche Temperatur ebenfalls als füllmengensensitive
Messgröße vorgesehen sein kann. Zum Erfassen der Temperatur kann die Kälteanlage einen
entsprechend positionierten Temperatursensor aufweisen.
[0014] Als ein weiteres Beispiel geht eine Änderung der Kältemittelfüllmenge mit einer Änderung
des Druckes an vorgegebenen Positionen des Kältemittelkreislaufes einher, sodass ein
solcher Druck ebenfalls als füllmengensensitive Messgröße vorgesehen sein kann. Zum
Erfassen des Druckes kann die Kälteanlage einen entsprechend positionierten Drucksensor
aufweisen.
[0015] Zudem geht eine Änderung der Kältemittelfüllmenge mit einer Änderung der Frequenz
und des Größenspektrums von Gasblasen in flüssigkeitsführenden Kältemittelleitungen
des Kältemittelkreislaufs einher, sodass diese Größen ebenfalls als füllmengensensitive
Messgröße vorgesehen sein können. Zum Erfassen der Gasblasen-Frequenz (Anzahl von
Gasblasen pro Zeit) und des Größenspektrums kann die Kälteanlage entsprechend positionierte
(z. B. optische) Sensoren aufweisen.
[0016] Die Werte solcher (von der Kältemittelfüllmenge selbst verschiedenen) füllmengensensitiven
Parameter bzw. Messgrößen sind ein Maß für die in dem Kältemittelkreislauf der Kälteanlage
vorhandene Kältemittelfüllmenge, wobei eine Veränderung des Wertes einer solchen füllmengensensitiven
Messgröße auf eine Veränderung der Kältemittelfüllmenge schließen lässt. So kann eine
Verringerung des Flüssigkeitsfüllstandes bzw. Kältemittelfüllstandes in einem Kältemittelreservoir
z. B. auf einen Kältemittelverlust hindeuten, wohingegen eine Erhöhung des Kältemittelfüllstandes
in dem Kältemittelreservoir z. B. auf eine Kältemittelnachfüllung hindeuten kann.
[0017] Wie oben beschrieben, sind jedoch die Momentanwerte solcher füllmengensensitiver
Messgrößen während des regulären Betriebs der Kälteanlage - auch wenn die gesamte
im Kältemittelkreislauf vorhandene Kältemittelfüllmenge konstant bleibt - starken
zeitlichen Schwankungen unterworfen, wobei solche Schwankungen z. B. durch Lastschwankungen,
Kältemittelverschleppung, zeitliche Veränderungen der Betriebsbedingungen bei dynamischer
Betriebsweise, und allgemeine stochastische Einflüsse hervorgerufen werden können.
So bewirken z. B. Lastschwankungen und Veränderungen der Betriebsbedingungen Verschiebungen
der auf der Hochdruckseite und der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs akkumulierten
Kältemittelmengen, so dass z. B. auch der Kältemittelfüllstand in einem Kältemittelreservoir
entsprechenden Schwankungen unterworfen ist. Bei Kälteanlagen mit trockener Verdampfung
ist der zum Ausgleich von Lastschwankungen und Veränderungen der Betriebsbedingungen
erforderliche Kältemittelüberschuss meist auf der Hochdruckseite gepuffert. Abhängig
von der Anlagenbauart dient als Puffer bzw. Kältemittelreservoir z. B. entweder ein
nach dem Verflüssiger angeordneter Flüssigkeitssammler bzw. Kondensatsammler oder
der Flüssigkeitssumpf eines Rohrbündel- bzw. Röhrenkesselverflüssigers. Veränderungen
der im Kältemittelkreislauf befindlichen gesamten Kältemittelfüllmenge führen daher
u.a. zu Veränderungen solcher hochdruckseitig akkumulierter Kältemittelmengen und
entsprechenden Veränderungen des Kältemittelfüllstandes in einem solchen hochdruckseitigen
Kältemittelreservoir.
[0018] Aufgrund der - auch bei unveränderlicher Kältemittelfüllmenge auftretenden, nicht
eindeutig reproduzierbaren - zeitlichen Schwankungen der Messwerte der füllmengensensitiven
Messgrößen weisen registrierte Zeitreihen, die den zeitlichen Verlauf der Messwerte
einer füllmengensensitiven Messgröße beschreiben, ebenfalls entsprechende Schwankungen
auf und sind stark stochastisch geprägt. Solche Zeitreihen sind daher nicht sicher
reproduzierbar und bilden somit keine aussagekräftige, zuverlässige Vergleichsgrundlage
bzw. Bewertungsgrundlage zur Bewertung der im Kältemittelkreislauf vorhandenen Kältemittelfüllmenge.
[0019] Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren wird nicht eine Zeitreihe, die den zeitlichen
Verlauf der Messwerte einer füllmengensensitiven Messgröße über einen vorgegebenen
Zeitraum beschreibt, als Vergleichsgrundlage zur Überwachung der Kältemittelfüllmenge
herangezogen. Stattdessen wird eine Häufigkeitsverteilung, die die Häufigkeit des
Vorkommens eines bestimmten Messwerts einer füllmengensensitiven Messgröße innerhalb
des vorgegebenen Zeitraums beschreibt, als Vergleichsgrundlage herangezogen. Es hat
sich herausgestellt, dass bei gleichem oder ähnlichem Betriebsablauf der Kälteanlage
und bei gleicher oder ähnlicher Kältemittelfüllmenge auch bei stark voneinander abweichenden
Zeitreihen aufgrund der stochastischen Natur der Messwertschwankungen die zugehörigen
Häufigkeitsverteilungen einander sehr ähnlich sind und somit eine gute Vergleichsgrundlage
zur Überwachung der Kältemittelfüllmenge darstellen. Indem gemäß dem vorgeschlagenen
Verfahren somit nicht Zeitreihen, sondern entsprechende Häufigkeitsverteilungen miteinander
verglichen werden, kann die Vergleichsgrundlage weitgehend unabhängig von den während
des regulären Betriebs der Kälteanlage auftretenden, stochastisch bedingten Schwankungen
der Messwerte der füllmengensensitiven Messgrößen sein und somit eine zuverlässige
Überwachung der Kältemittelfüllmenge auch während des regulären Betriebs der Kälteanlage
realisiert werden. Insbesondere ist es nicht erforderlich, die Kälteanlage zur Überwachung
der Kältemittelfüllmenge in einen definierten Betriebszustand zu versetzen bzw. den
normalen Anlagenbetrieb für einen Messlauf zu unterbrechen.
[0020] Das vorgeschlagene Verfahren kann z. B. mittels eines Diagnosesystems mit einer entsprechenden
Software realisiert werden und sowohl zur online- als auch zur offline-Diagnose der
Betriebssituation verwendet werden. Das Diagnosesystem, mit dem das Verfahren betrieben
wird, besteht z. B. aus einer Messeinrichtung zur kontinuierliche Erfassung mindestens
eines füllmengensensitiven Parameters sowie weiterer zur Beurteilung und Filterung
von Betriebszuständen heranziehbarer Parameter (z. B. Saugdruck, Gegendruck, Sauggastemperatur,
Verdichter-Leistungsstufen/ - antriebsdrehzahl/ -frequenz), sowie ggf. einer Einrichtung
zur Überwachung von Indikatoren zur Feststellung spezieller Anlagenbetriebsweisen
(z. B. Wärmerückgewinnung, Klima-/Wärmepumpenregime). Die Software zur online oder
offline-Diagnose der Betriebssituation der überwachten Kälteanlage weist z. B. eine
Datenschnittstelle zur kontinuierlichen oder gepufferten Übernahme von Datenpaketen,
ein Filter zwecks Eingrenzung für die Systembeschreibung und Auswertung zulässiger
Betriebsbedingungen, ein Modul zur Erzeugung von Referenz-Häufigkeitsverteilungen
bzw. Referenz-Mustern von Normzuständen und zur Erzeugung von Ist-Häufigkeitsverteilungen
eines Ist-Zustands der Kälteanlage sowie zum Vergleich von Norm- und Ist-Zustand,
und ein Modul zur Interpretation des Zustandsvergleichs, ggf. unter Berücksichtigung
weiterer Systemzustandsdaten auf. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass nicht nur
eine einzige, sondern mehrere füllmengensensitive Messgrößen jeweils über einen vorgegebenen
Zeitraum hinweg erfasst werden (wobei z. B. für unterschiedliche Messgrößen unterschiedliche
Zeiträume vorgegeben sein können), für jede dieser Messgrößen eine Ist-Häufigkeitsverteilung
der Messwerte der Messgröße erstellt wird und ein Versatz dieser Ist-Häufigkeitsverteilung
bezüglich einer oder mehrerer für die jeweilige Messgröße vorgesehener Referenz-Häufigkeitsverteilungen
ermittelt wird, und basierend auf den für alle Messgrößen ermittelten Versatzwerten
der Kältemittelfüllzustand bewertet wird.
[0021] Die als Vergleichsgrundlage herangezogenen Referenz-Häufigkeitsverteilungen können
z. B. vorgegebene Häufigkeitsverteilungen sein, die unter kontrollierten Laborbedingungen
bei Vorliegen bekannter, definierter Betriebsparameter (z. B. mit bekannten, unterschiedlichen
Kältemittelfüllmengen und zeitlichen Betriebsabläufen) erstellt werden, so dass jede
dieser Referenz-Häufigkeitsverteilungen einen definierten Betriebszustand der Kälteanlage
kennzeichnet. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Referenz-Häufigkeitsverteilungen
in einer Lernphase bzw. Initialisierungsphase automatisiert erlernt werden, z. B.
indem über mehrere vorgegebene Zeiträume hinweg Häufigkeitsverteilungen eines füllmengensensitiven
Messwerts aufgenommen werden, miteinander verglichen werden, und bei hinreichender
Übereinstimmung dieser Häufigkeitsverteilungen dieselben als Referenz-Häufigkeitsverteilungen
verwendet werden oder aus denselben (z. B. durch Mittelung) eine Referenz-Häufigkeitsverteilung
gebildet wird. Alternativ können die Referenz-Häufigkeitsverteilungen jedoch auch
auf beliebige andere Weise erstellt sein, z. B. durch externe Vorgabe (z. B. basierend
auf Erfahrungswerten) einer beliebigen Kurvenform oder Funktionalabhängigkeit. Der
Versatz der Ist-Häufigkeitsverteilung von einer der Referenz-Häufigkeitsverteilungen
kann z. B. durch eine Verschiebung der Ist-Häufigkeitsverteilung gegenüber der Referenz-Häufigkeitsverteilung
gegeben sein.
[0022] Während des vorgegebenen Zeitraums können die Messwerte der füllmengensensitiven
Messgrößen z. B. kontinuierlich oder auch diskret (in vorgegebenen, z. B. äquidistanten,
Zeitintervallen) erfasst werden. Das Überwachungsverfahren eignet sich insbesondere
für Kälteanlagen mit mehreren verzweigt angeordneten Kühlstellen, z. B. für eine Kälteanlage
in einem Supermarkt, da eine zentrale Erfassung der füllmengensensitiven Messgröße
an einer einzigen Position der Kälteanlage genügt.
[0023] Das Verfahren kann z. B. zum Ermitteln der Kältemittelfüllmenge an sich oder zum
Erfassen einer Veränderung der Kältemittelfüllmenge (z. B. aufgrund einer Kältemittel-Leckage)
vorgesehen sein. Es kann vorgesehen sein, ein Signal auszugeben, falls der Betrag
des ermittelten Versatzes zwischen der Ist-Häufigkeitsverteilung und einer der Referenz-Häufigkeitsverteilungen
einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet; wobei das Signal z. B. ein akustisches
oder optisches Signal oder eine Textmitteilung sein kann.
[0024] Die Ist-Häufigkeitsverteilung und die Referenz-Häufigkeitsverteilungen können absolute
oder relative (d. h. bezüglich der Gesamtanzahl der innerhalb des vorgegebenen Zeitraums
erfassten Messwerte normierte) Häufigkeitsverteilungen sein. Bei der Verwendung relativer
Häufigkeitsverteilungen ist z. B. auch bei unterschiedlicher Anzahl von zugrunde liegenden
Messwerten ein aussagekräftiger Vergleich zweier Häufigkeitsverteilungen ermöglicht.
[0025] Gemäß einer Ausführungsform wird die Kälteanlage periodisch betrieben, wobei der
vorgegebene Zeitraum (zur Ermittlung der Ist-Häufigkeitsverteilung) einer Betriebsperiode
der Kälteanlage entspricht.
[0026] Gemäß der vorliegenden Ausführung wird die Kälteanlage periodisch betrieben, d. h.
der zeitliche Betriebsablauf der Kälteanlage weist eine Periodizität auf (wobei die
oben beschriebenen stochastischen Schwankungen jedoch nicht dieser Periodizität folgen).
Viele Kälteanlagen folgen z. B. an aufeinanderfolgenden Tagen stets ein und demselben
Betriebsablauf, wobei die Periodendauer somit als Beispiel 24 Stunden beträgt. Zum
Beispiel folgen in Supermärkten eingesetzte Kälteanlagen einerseits an aufeinanderfolgenden
verkaufsoffenen Tagen bei Zugrundelegung dieses Zeitraumes einem Betriebsablauf mit
einer Periodendauer von 24 Stunden, andererseits bei Berücksichtigung von z. B. nicht
verkaufsoffenen Sonntagen bei Zugrundelegung dieses Zeitraumes auch einem Betriebsablauf
mit einer Periodendauer von 1 Woche.
[0027] Die Betriebsperiodendauer ist der kleinste Zeitraum, während dessen alle für die
Häufigkeitsverteilung der Messwerte der füllmengensensitiven Größen relevanten Einflussgrößen
vollständig erfasst und berücksichtigt werden können. Indem der der Ermittlung der
Häufigkeitsverteilung zugrunde liegende Zeitraum genau einer Betriebsperiodendauer
entspricht, ist somit eine zuverlässige Überwachung des Kältemittelfüllstandes bei
zugleich kleiner Ansprechzeit ermöglicht. Zudem lassen sich periodische Vorgänge gut
durch charakteristische, eine Betriebsperiode repräsentierende Muster (hier: charakteristische
Häufigkeitsverteilungen) charakterisieren.
[0028] Es kann auch vorgesehen sein, dass der für die Erstellung der Häufigkeitsverteilung
vorgegebene Zeitraum nicht einer vollständigen Betriebsperiode der Kälteanlage entspricht,
sondern lediglich einem charakteristischen Teilbereich bzw. Zeitbereich einer solchen
Periodendauer. Zum Beispiel kann vorgesehen sein, zur Auswertung der Kältemittelfüllmenge
lediglich den Nachtbetrieb einer Kälteanlage bzw. den Nachtzeitraum einer entsprechenden
Betriebsperiode der Kälteanlage als vorgegebenen Zeitraum heranzuziehen.
[0029] Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird zumindest eine der Referenz-Häufigkeitsverteilungen
erstellt, indem die füllmengensensitive Messgröße über einen Referenz-Zeitraum hinweg
erfasst wird (z. B. während des regulären Betriebs der Kälteanlage) und die Referenz-Häufigkeitsverteilung
beschreibt, wie häufig ein bestimmter Messwert der Messgröße innerhalb des Referenz-Zeitraums
vorlag, wobei der Referenz-Zeitraum die gleiche Dauer hat wie der vorgegebene Zeitraum.
[0030] Gemäß dieser Ausführung können z. B. - insbesondere wenn der der Erstellung der Häufigkeitsverteilungen
zugrunde liegende Zeitraum einer Betriebsperiode der Kälteanlage entspricht - in einer
Lernphase Referenz-Häufigkeitsverteilungen automatisiert erlernt werden, z. B. indem
über mehrere Betriebsperiodendauern hinweg Häufigkeitsverteilungen ermittelt werden,
miteinander verglichen werden, und bei hinreichender Übereinstimmung dieser Häufigkeitsverteilungen
dieselben als in Form von Referenz-Häufigkeitsverteilungen vorliegende Referenz-Muster
verwendet werden oder aus denselben (z. B. durch Mittelung) ein in Form einer Referenz-Häufigkeitsverteilung
vorliegendes Referenz-Muster gebildet wird.
[0031] Insbesondere wurde festgestellt, dass bei Erfassung von Häufigkeitsverteilungen über
periodische Zeiträume hinweg für eine jeweilige Kälteanlage die Häufigkeitsverteilungen
in typische Muster bzw. Mustertypen eingeteilt und klassifiziert werden können, wobei
diese Muster sich bei Veränderungen der Kältemittelfüllmenge verschieben, und wobei
die Struktur der Muster (z. B. mehrere Maxima und Minima der Häufigkeitsverteilung)
bei einer solchen Verschiebung in sich erhalten bleibt. So verschieben sich diese
Muster bzw. Häufigkeitsverteilungen z. B. bei Auftreten einer Leckage und damit einhergehendem
Kältemittelverlust in Richtung der Klassen niedrigerer Kältemittelfüllmengen, bei
Kältemittelauffüllungen in Richtung der Klassen höherer Kältemittelfüllmengen.
[0032] Gemäß einer Ausführungsform wird der Messwerte-Bereich der füllmengensensitiven Messgröße
in mehrere (z. B. gleich breite) Klassen aufgeteilt, wobei die Ist-Häufigkeitsverteilung
und zumindest eine der Referenz-Häufigkeitsverteilungen dementsprechend klassifizierte
Häufigkeitsverteilungen sind.
[0033] Am Beispiel des Kältemittelfüllstandes in einem Kältemittelreservoir als füllmengensensitiver
Messgröße kann z. B. vorgesehen sein, den Messwertebereich des Füllstandes in 10 Klassen
einzuteilen, wobei die Breite jeder der Klassen 10% des maximal möglichen Füllstandes
beträgt.
[0034] Indem die Häufigkeitsverteilungen als klassifizierte Häufigkeitsverteilungen gebildet
werden, kann der Einfluss stochastischer Schwankungen der füllmengensensitiven Messwerte
auf die entstehende Häufigkeitsverteilung noch weiter abgeschwächt werden und somit
eine gegenüber solchen Schwankungen unanfälligere Überwachung der Kältemittelfüllmenge
ermöglicht werden.
[0035] Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Differenz zwischen einem charakteristischen
Parameter (z. B. einem Extremum, dem Schwerpunkt, dem Median usw.) der Ist-Häufigkeitsverteilung
und dem entsprechenden Parameter einer der Referenz-Häufigkeitsverteilungen als der
Versatz zwischen der Ist-Häufigkeitsverteilung und der Referenz-Häufigkeitsverteilung
ermittelt.
[0036] Zum Beispiel kann vorgesehen sein, dass der Versatz bzw. der (vorzeichenbehaftete)
Abstand zwischen einem Maximum der Ist-Häufigkeitsverteilung und einem Maximum einer
der Referenz-Häufigkeitsverteilungen als der Versatz zwischen der Ist-Häufigkeitsverteilung
und der Referenz-Häufigkeitsverteilung ermittelt wird.
[0037] Am Beispiel des Kältemittelfüllstandes in einem Kältemittelreservoir als füllmengensensitiver
Messgröße kann es z. B. als eine Reduzierung der Kältemittelfüllmenge durch eine Leckage
gewertet werden, wenn das (globale) Maximum der Ist-Häufigkeitsverteilung gegenüber
dem (globalen) Maximum einer Referenz-Häufigkeitsverteilung hin zu geringeren Kältemittelfüllständen
versetzt bzw. verschoben ist. Andererseits kann es z. B. als eine Erhöhung der Kältemittelfüllmenge
durch Kältemittelnachfüllung gewertet werden, wenn das (globale) Maximum der Ist-Häufigkeitsverteilung
gegenüber dem (globalen) Maximum einer Referenz-Häufigkeitsverteilung hin zu höheren
Kältemittelfüllständen versetzt bzw. verschoben ist.
[0038] Es kann jedoch auch vorgesehen sein - z. B. falls die Ist-Häufigkeitsverteilung und/oder
die Referenz-Häufigkeitsverteilung kein eindeutig definiertes (globales) Maximum aufweist
- andere charakteristische Größen bzw. Parameter dieser Häufigkeitsverteilungen (z.
B. den Schwerpunkt, den Median, aufsteigende oder abfallende Flanken im Kurvenverlauf)
für die Ermittlung des Versatzes heranzuziehen und z. B. den Versatz bzw. den Abstand
zwischen dem Schwerpunkt der Ist-Häufigkeitsverteilung und dem Schwerpunkt der Referenz-Häufigkeitsverteilung
als den Versatz der Ist-Häufigkeitsverteilung bezüglich der Referenz-Häufigkeitsverteilung
zu ermitteln.
[0039] Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Ermitteln des Versatzes zwischen
der Ist-Häufigkeitsverteilung und zumindest einer der Referenz-Häufigkeitsverteilungen
mittels einer Mustererkennung. Gemäß dieser Ausführungsform fungiert jede der Referenz-Häufigkeitsverteilungen
als ein Referenz-Muster bzw. Referenz-Mustertyp, wobei die Ist-Häufigkeitsverteilung
einem Klassifikator zugeführt wird (d. h. einem Klassifikationsverfahren unterzogen
wird) und mittels des Klassifikators einem der Referenz-Mustertypen zugeordnet wird.
Indem der Versatz zwischen der Ist-Häufigkeitsverteilung und der Referenz-Häufigkeitsverteilung
mittels Mustererkennung ermittelt wird und somit nicht auf lediglich einem einzigen
Merkmal (wie z. B. dem Schwerpunkt) der Häufigkeitsverteilungen basiert, kann das
Überwachungsverfahren noch stabiler und zuverlässiger arbeiten. Der Einsatz einer
solchen Mustererkennung ist insbesondere bei der Überwachung periodisch betriebener
Kälteanlagen vorgesehen, da hier eben aufgrund der Periodizität typische, gut charakterisierbare
und klassifizierbare Muster registriert werden können.
[0040] Es kann vorgesehen sein, den Versatz bzw. Abstand (parallel zu der Messwert-Koordinate
der Häufigkeitsverteilung) zwischen der Ist-Häufigkeitsverteilung und dem Referenz-Muster,
dem die Ist-Häufigkeitsverteilung zugeordnet wurde, als Versatz zwischen der Ist-Häufigkeitsverteilung
und der Referenz-Häufigkeitsverteilung zu erfassen.
[0041] Es kann auch vorgesehen sein, den Versatz zwischen der Ist-Häufigkeitsverteilung
und dem Referenz-Muster, dem die Ist-Häufigkeitsverteilung (mittels des Klassifikators)
zugeordnet wurde, zu ermitteln, indem die Ist-Häufigkeitsverteilung derart (parallel
zu der Messwert-Koordinate der Häufigkeitsverteilung) verschoben wird, dass die Abweichung
zwischen der verschobenen Ist-Häufigkeitsverteilung und dem Referenz-Muster minimiert
ist, und die zur Minimierung erforderliche Verschiebung als der Versatz erfasst wird.
Die Minimierung der Abweichung zwischen der verschobenen Ist-Häufigkeitskurve und
dem Referenz-Muster kann mittels üblicher, dem Fachmann bekannter Minimierungsverfahren
durchgeführt werden.
[0042] Gemäß einer Ausführungsform mit Mustererkennung liegen mehrere Referenz-Häufigkeitsverteilungen
vor, wobei jede der Referenz-Häufigkeitsverteilungen als ein Referenz-Muster bzw.
Referenz-Mustertyp fungiert, wobei jeder dieser Referenz-Mustertypen mittels parametrierbarer
Zugehörigkeitsfunktionen unscharf definiert ist und die Ist-Verteilung mittels eines
Fuzzy-Klassifikators einem der Referenz-Mustertypen zugeordnet wird.
[0043] Die unscharfe Beschreibung der Referenz-Muster im Rahmen der Fuzzylogik ermöglicht
z. B. eine Erkennung nicht identischer, jedoch einander ähnlicher Häufigkeitsverteilungen
als zu demselben Muster bzw. Mustertyp zugehörig.
[0044] Es kann z. B. vorgesehen sein, die Ist-Häufigkeitsverteilung und die Referenz-Häufigkeitsverteilungen
als klassifizierte Häufigkeitsverteilungen zu bilden und jedes der in Form der Referenz-Häufigkeitsverteilungen
vorliegenden Referenz-Muster mittels Zugehörigkeitsfunktionen unscharf zu definieren,
indem jede Referenz-Häufigkeitsverteilung in jeder der Klassen über strukturell gleiche
(bevorzugt asymmetrische) Zugehörigkeitsfunktionen unscharf beschrieben wird. Das
Erstellen solcher typischen Referenz-Muster bzw. Referenz-Häufigkeitsverteilungen
kann durch ein automatisiertes Lernverfahren oder durch die Vorgabe von Expertenwissen
erfolgen (Lernphase), wobei einem Normzustand der Kälteanlage entsprechende Vergleichsmuster
erzeugt werden. In der Arbeitsphase liefert dann z. B. eine periodische Auswertung
von Zeitabschnitten (on-/offline) jeweils eine aktuelle Ist-Häufigkeitsverteilung
mengensensitiver Parameterwerte in jeder Klasse. Die aktuelle Ist-Häufigkeitsverteilung
wird anschließend einem Fuzzy-Pattern-Klassifikator zugeführt, der mit den speziellen
Parametern eines zu vergleichenden Referenz-Musters arbeitet und eine unscharfe Zugehörigkeit
(Sympathiewert) zu diesem Referenz-Muster ermittelt. Die aktuelle Ist-Häufigkeitsverteilung
wird dabei so verschoben, dass der Sympathiewert ein Maximum für dieses Referenz-Muster
erreicht. Ist dieser Sympathiewert niedriger als ein vorgegebener Grenzwert, gilt
das Referenz-Muster als nicht identifiziert. Das nächste Referenz-Muster wird mit
der gleichen Prozedur gescannt. Wird ein der Ist-Häufigkeitsverteilung entsprechendes
Referenz-Muster erkannt (z. B. indem der ermittelte Sympathiewert größer ist als ein
vorgegebener Grenzwert) kann durch Feststellen des Versatzes zwischen der aktuellen
Ist-Häufigkeitsverteilung und diesem Referenz-Muster festgestellt werden, ob eine
Musterverschiebung vorliegt. Eine Musterverschiebung wird als Indiz für eine mögliche
Veränderung der Kältemittelfüllmenge interpretiert. Für eine sichere Bewertung der
Musterverschiebung können ggf. weitere Indikatoren einbezogen werden.
[0045] Gemäß einer weiteren Ausführungsform, wobei der Kältemittelfüllstand in einem Kältemittelreservoir
der Kälteanlage als füllmengensensitive Messgröße vorgesehen ist, wird ein Versatz
der Ist-Häufigkeitsverteilung gegenüber der Referenz-Häufigkeitsverteilung hin zu
höheren Füllständen als Kältemittelauffüllung gewertet.
[0046] Des Weiteren wird gemäß der Erfindung eine Kälteanlage mit einer Überwachungsvorrichtung
bereitgestellt, wobei die Überwachungsvorrichtung zum Durchführen des Überwachungsverfahrens
nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungen ausgebildet ist.
[0047] Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf
die beiliegenden Zeichnungen erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Merkmale mit gleichen
Bezugszeichen versehen sind. In den Zeichnungen zeigen:
- Figur 1
- eine schematische Illustration eines Kältemittelreservoirs einer Kälteanlage mit einem
Kältemittelfüllstand-Sensor;
- Figur 2
- eine schematische Illustration eines Zeitverlaufs des Kältemittelfüllstandes in dem
Kältemittelreservoir gemäß Figur 1;
- Figur 3
- eine schematische Illustration zur Erläuterung eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung; und
- Figur 4
- eine schematische Illustration zur Erläuterung eines Verfahrens gemäß einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung; und
- Figur 5
- eine schematische Illustration zu Erläuterung einer Mustererkennung mittels unscharfer
Beschreibung von Häufigkeitsverteilungen.
[0048] Figur 1 veranschaulicht ein Kältemittelreservoir 1 einer nicht näher dargestellten
Kälteanlage 2 in Form einer Kompressionskältemaschine 2, wobei das Kältemittelreservoir
1 in den Kältemittelkreislauf 3 der Kälteanlage eingebunden ist und zum Aufnehmen
bzw. Zwischenpuffern von flüssigem Kältemittel 5 vorgesehen ist. Das Kältemittelreservoir
3 ist mit einem Kältemittelfüllstandsensor 7 in Form einer Stab-Füllstandssonde zum
Erfassen des Kältemittelfüllstandes in dem Kältemittelreservoir 1 versehen. Eine Veränderung
der gesamten in der Kälteanlage 2 bzw. dem Kältemittelkreislauf 3 befindlichen Kältemittelfüllmenge
führt zu einer Änderung des Kältemittelfüllstandes in dem Kältemittelsammler bzw.
Kältemittelreservoir 1; d. h., der Kältemittelfüllstand stellt eine füllmengensensitive
Messgröße dar.
[0049] Die Kälteanlage 2 ist eine periodisch betriebene Kompressionskältemaschine 2. Figur
2 veranschaulicht den zeitlichen Verlauf der Messwerte des Kältemittelfüllstandes
F in dem Kältemittelreservoir 1 während des regulären Betriebs der Kälteanlage 2,
wobei der Kältemittelfüllstand F als Angabe in Prozent "%" des maximal möglichen Füllstandes
(d. h. bezogen auf den maximal möglichen Füllstand) über der Zeit t aufgetragen ist.
Als Beispiel ist der zeitliche Verlauf des Kältemittelfüllstandes F für zwei Periodendauern
T des zeitlichen Betriebsablaufs der Kälteanlage 2 veranschaulicht, wobei die gesamte
im Kältemittelkreislauf 3 vorhandene Kältemittelfüllmenge während dieser Zeit konstant
ist. Die Zeitentwicklung des Kältemittelfüllstandes F gemäß Figur 2 repräsentiert
als Beispiel einen definierten fehlerfreien Referenz-Betriebszustand bzw. Normzustand
der Kälteanlage 2 mit einer bekannten und ausreichenden Kältemittelfüllmenge F. Wie
aus Figur 2 ersichtlich, schwankt die füllmengensensitive Messgröße in Form des Kältemittelfüllstandes
F trotz konstanter Kältemittelfüllmenge beträchtlich (z. B. aufgrund von stochastischen
Einflüssen), wobei der zeitliche Verlauf des Kältemittelfüllstandes F entsprechend
stark stochastisch geprägt ist und somit der Vergleich des Zeitverlaufs des Kältemittelfüllstandes
F innerhalb der ersten Periodendauer T1 mit dem Zeitverlauf des Kältemittelfüllstandes
F innerhalb der zweiten Periodendauer T2 nicht als Vergleichsgrundlage zur genauen
und zuverlässigen Überwachung der Kältemittelfüllmenge geeignet ist.
[0050] Jedoch sind die Häufigkeitsverteilungen, die beschreiben, wie oft ein bestimmter
Messwert des Füllstandes F während einer Betriebsperiode T der Kälteanlage vorkommt,
im Wesentlichen unabhängig von den stochastisch bedingten Schwankungen der entsprechenden
Zeitverläufe; wobei sich vor allem bei Zugrundelegung periodischer Zeitabläufe charakteristische
Muster der Häufigkeitsverteilungen für die jeweilige Kälteanlage registrieren lassen,
die sich bei einer Änderung der Kältemittelfüllmenge zwar verschieben, dabei aber
ihre Struktur im Wesentlichen beibehalten. So sind als Beispiel die Häufigkeitsverteilungen
der Messwerte des Kältemittelfüllstandes F innerhalb der ersten Periodendauer T1 und
der zweiten Periodendauer T2 gemäß Figur 2 nahezu identisch, und sind in Figur 3 als
(eine einzige) Referenz-Häufigkeitsverteilung R1 veranschaulicht. Die Referenz-Häufigkeitsverteilung
R1 repräsentiert somit einen definierten, fehlerfreien Normzustand der Kälteanlage
2.
[0051] Zur Überwachung des Kältemittelfüllstandes F während des laufenden Betriebs der Kälteanlage
2 wird nunmehr jeweils über den Zeitraum einer Periodendauer T hinweg der Kältemittelfüllstand
F als füllmengensensitive Messgröße erfasst und eine Ist-Häufigkeitsverteilung erstellt,
die beschreibt, wie häufig ein bestimmter Messwert des Kältemittelfüllstandes F innerhalb
dieses Zeitraums T vorlag. In Figur 3 ist als Beispiel eine solche Ist-Häufigkeitsverteilung
H1 eingezeichnet.
[0052] Figur 3 veranschaulicht die Häufigkeit P des Vorkommens eines Messwerts des Kältemittelfüllstandes
F innerhalb des Zeitraums von einer Periodendauer T (d. h. jeder der Häufigkeitsverteilungen
H1, R1 liegt ein Erfassungszeitraum von T zugrunde). Gemäß der vorliegenden Ausführungsform
wird die füllmengensensitive Messgröße F kontinuierlich erfasst und sowohl die Ist-Häufigkeitsverteilung
H1 als auch die Referenz-Häufigkeitsverteilung R1 sind kontinuierliche Häufigkeitsverteilungen.
Sowohl die Ist-Häufigkeitsverteilung H1 als auch die Referenz-Häufigkeitsverteilung
R1 sind relative Häufigkeitsverteilungen, wobei die Häufigkeit P ebenfalls in Prozent
"%" angegeben ist, d. h. die relative Häufigkeit des Vorkommens eines Messwertes bezüglich
der Gesamtanzahl der während des Zeitraums von einer Periodendauer T erfassten Messwerte
widerspiegelt. Die Referenz-Häufigkeitsverteilung R1 ist erstellt, indem der Füllstand
F über einen Referenz-Zeitraum hinweg erfasst wird und die Häufigkeit des Vorkommens
der jeweiligen Messwerte erfasst wird, wobei der Referenz-Zeitraum einer Periodendauer
T entspricht und somit mit dem Erfassungszeitraum für die Erfassung der Ist-Häufigkeitsverteilung
H1 identisch oder annähernd identisch ist.
[0053] Nunmehr wird der Versatz der Ist-Häufigkeitsverteilung H1 bezüglich der Referenz-Häufigkeitsverteilung
R1 ermittelt. Gemäß der Ausführung nach Figur 3 wird der Versatz ermittelt, indem
der (vorzeichenbehaftete) Abstand bzw. Versatz 9 zwischen dem Maximum M
R der Referenz-Häufigkeitsverteilung R1 und dem Maximum M
H der Ist-Häufigkeitsverteilung H1 als Versatz ermittelt wird. Gemäß Figur 3 liegt
als Beispiel das Maximum M
R der Referenz-Häufigkeitsverteilung R1 bei einem Füllstand F von ca. 70 % und das
Maximum M
H der Ist-Häufigkeitsverteilung H1 bei einem Füllstand von ca. 60 %, was als ein Versatz
der Ist-Häufigkeitsverteilung H1 gegenüber der Referenz-Häufigkeitsverteilung R1 hin
zu geringeren Kältemittelfüllständen gewertet wird und als Leckage signalisiert wird.
Als ein anderes Beispiel würde ein Versatz der Ist-Häufigkeitsverteilung H1 gegenüber
der Referenz-Häufigkeitsverteilung R1 hin zu höheren Kältemittelfüllständen (nicht
dargestellt) als Kältemittelauffüllung gewertet.
[0054] Es kann auch vorgesehen sein, bei der Ausführung gemäß Figur 3 den (vorzeichenbehafteten)
Abstand bzw. Versatz 11 zwischen dem (arithmetischen) Mittelwert bzw. Schwerpunkt
S
R der Referenz-Häufigkeitsverteilung R1 und dem (arithmetischen) Mittelwert bzw. Schwerpunkt
S
H der Ist-Häufigkeitsverteilung H1 als Versatz zu ermitteln.
[0055] Es kann ebenso vorgesehen sein, bei der Ausführung gemäß Figur 3 den (vorzeichenbehafteten)
Abstand bzw. Versatz zwischen einer oder mehreren aufsteigenden und/oder abfallenden
Flanken der Referenz-Häufigkeitsverteilung R1 und den äquivalenten Punkten bzw. Flanken
der Ist-Häufigkeitsverteilung H1 als Versatz zu ermitteln (nicht dargestellt).
[0056] Im Folgenden wird mit Bezug auf Figur 4 ein Überwachungsverfahren gemäß einer weiteren
Ausführungsform beschrieben. Figur 4 veranschaulicht die relative Häufigkeit P des
Vorkommens eines jeweiligen Messwerts des Kältemittelfüllstandes F innerhalb des Zeitraums
von einer Periodendauer T des Betriebsablaufs der Kälteanlage 2. In Figur 4 sind als
Beispiel eine dem momentanen Betriebszustand der Kälteanlage 2 entsprechende Ist-Häufigkeitsverteilung
H2 und zwei Referenz-Häufigkeitsverteilungen R2, R3 veranschaulicht. Die Verteilungen
H2, R2 und R3 sind jeweils über den Zeitraum einer Periodendauer T hinweg registrierte
Häufigkeitsverteilungen.
[0057] Im Unterschied zu Figur 3 ist bei der durch Figur 4 veranschaulichten Ausführungsform
der Messwerte-Bereich der Messgröße F in mehrere Klassen aufgeteilt, wobei die Ist-Häufigkeitsverteilung
H2 und die Referenz-Häufigkeitsverteilungen R2, R3 dementsprechend klassifizierte
Häufigkeitsverteilungen sind. Der Messwertebereich des Kältemittelfüllstandes F ist
in 10 aneinandergrenzende Klassen mit einer Klassenbreite von je 10% des Maximal-Füllstandes
von 100% unterteilt, wobei die der jeweiligen Klasse entsprechende Häufigkeit P jeweils
in der Mitte des Wertebereichs dieser Klasse aufgetragen ist (in Figur 4 jeweils als
größerer Punkt kenntlich gemacht). In Figur 4 sind die zu einer jeweiligen Häufigkeitsverteilung
gehörenden Punkte zur besseren Verdeutlichung durch Linien miteinander verbunden;
wobei die zu der Ist-Häufigkeitsverteilung H2 gehörenden Punkte und die zu der Referenz-Häufigkeitsverteilung
R2 gehörenden Punkte jeweils durch durchgezogene Linien miteinander verbunden sind
und die zu der Referenz-Häufigkeitsverteilung R3 gehörenden Punkte durch eine gestrichelte
Linie miteinander verbunden sind.
[0058] Gemäß der vorliegenden Ausführung wird die erfasste Ist-Häufigkeitsverteilung H2
mit mehreren (hier: zwei) Referenz-Häufigkeitsverteilungen R2 und R3 verglichen, wobei
die Referenz-Häufigkeitsverteilungen R2 und R3 jeweils als ein Referenz-Muster fungieren
bzw. jeweils ein Referenz-Muster darstellen. Die Ist-Häufigkeitsverteilung H2 wird
einem Klassifikator zugeführt und mittels des Klassifikators einem der beiden Referenz-Muster
R2, R3 zugeordnet. Vorliegend ist zur besseren Veranschaulichung die Form der Ist-Häufigkeitsverteilung
H2 identisch mit der Form der Referenz-Häufigkeitsverteilung R2; wohingegen die Form
der Ist-Häufigkeitsverteilung H2 beträchtlich von der Form der Referenz-Häufigkeitsverteilung
R3 abweicht. Die Ist-Häufigkeitsverteilung H2 wird daher dem Referenz-Mustertyp R2
zugeordnet.
[0059] Nunmehr wird der Versatz zwischen der Ist-Häufigkeitsverteilung H2 und dem Referenz-Muster
R2 ermittelt, wobei dieser Versatz vorliegend der Verschiebung 13 der Ist-Häufigkeitsverteilung
H2 bezüglich des Referenz-Musters R2 entspricht. Gemäß Figur 4 ist die Ist-Häufigkeitsverteilung
H2 gegenüber dem Referenz-Muster R2 hin zu geringeren Kältemittelfüllständen F verschoben
bzw. versetzt, was als Kältemittelverlust aufgrund einer Leckage gewertet wird.
[0060] Allgemein kann eine Ist-Häufigkeitsverteilung H2 z. B. wie folgt einem Referenz-Muster
R2, R3 zugeordnet werden. Zunächst wird ein Maß für die Abweichung zwischen der Ist-Häufigkeitsverteilung
H2 und einem jeweiligen Referenz-Muster R2, R3 definiert. Ein Maß für die Abweichung
zwischen einer Ist-Häufigkeitsverteilung und einem Referenz-Muster kann z. B. erhalten
werden, indem zunächst für jede Klasse der Betrag des Abstandes zwischen dem Häufigkeitswert
der Ist-Häufigkeitsverteilung und dem Häufigkeitswert des Referenz-Musters (in dieser
Klasse) ermittelt wird und sodann diese Beträge für alle Klassen aufsummiert werden.
Nunmehr wird die Ist-Häufigkeitsverteilung derart (rechnerisch) entlang der Füllstandsklassen
verschoben, dass die obige Summe für jedes Referenz-Muster minimiert ist, wobei dieser
minimale Summenwert als Abweichung zwischen der Ist-Häufigkeitsverteilung und dem
jeweiligen Referenz-Muster angesehen wird. Der Minimalwert dieser Summe ist ein Gütekriterium
für die Zuordnung der Ist-Häufigkeitsverteilung zu einem der Referenz-Muster, wobei
die Ist-Häufigkeitsverteilung z. B. demjenigen Referenz-Muster zugeordnet wird, das
unter allen Referenz-Mustern die geringste Abweichung zu der Ist-Häufigkeitsverteilung
aufweist (d. h. die Ist-Häufigkeitsverteilung wird demjenigen Referenz-Muster zugeordnet,
bezüglich dessen die zuvor definierte Abweichung minimiert ist). Nunmehr wird die
Verschiebung der Ist-Häufigkeitsverteilung, die zum Minimieren der oben definierten
Summe bezüglich dieses Referenz-Musters erforderlich war, als der Versatz zwischen
der Ist-Häufigkeitsverteilung und dem Referenz-Muster bzw. der Referenz-Häufigkeitsverteilung
ermittelt.
[0061] Es kann auch vorgesehen sein, jede der klassifizierten Referenz-Häufigkeitsverteilungen
R2, R3 gemäß Figur 4 in jeder Füllstandsklasse mittels parametrierbarer, asymmetrischer
Zustandsfunktionen unscharf zu beschreiben und das Erkennen der Zugehörigkeit einer
Ist-Häufigkeitsverteilung H2 zu einer solchen typischen Referenz-Häufigkeitsverteilung
R2, R3 mittels eines Fuzzy-Klassifikators bzw. Fuzzy-Muster-Klassifikators durchzuführen.
[0062] Figur 5 veranschaulicht die Vorgehensweise bei der unscharfen Beschreibung einer
klassifizierten Referenz-Häufigkeitsverteilung mittels asymmetrischer Zugehörigkeitsfunktionen
in einer vorgegebenen Klasse. Als Beispiel zeigt der linke Graph in Figur 5 einen
Ausschnitt mehrerer (hier: dreier) Referenz-Häufigkeitsverteilungen R4, R5 und R6,
die ein und denselben Betriebszustand bzw. Normzustand der Kälteanlage repräsentieren
(jedoch aufgrund stochastischer Schwankungen leicht unterschiedlich sind). Die Verteilungen
R4, R5 und R6 weisen für die Füllstandsklasse mit dem Wertebereich von 70 % bis 80
% unterschiedliche Häufigkeitswerte P auf (in Figur 5 gekennzeichnet durch die größeren
Punkte), d. h. auch bei gleichbleibendem Normzustand der Kälteanlage schwankt dieser
Klassenwert in einem gewissen Bereich. Jedoch repräsentieren die Referenz-Häufigkeitsverteilungen
R4, R5 und R6 alle ein und denselben Normzustand und sind einander sehr ähnlich, sie
werden daher als zu ein und demselben Referenz-Muster zugehörig angesehen, wobei dieses
Referenz-Muster wiederum durch die Funktionen R4, R5 und R6 wie folgt beschreibbar
ist.
[0063] Die Schwankung des Klassenwertes für jede Füllstandsklasse (gemäß Figur 5 für die
Füllstandsklasse mit dem Wertebereich von 70 % bis 80 %) ist für jede Klasse durch
eine Zugehörigkeitsfunktion µ beschreibbar; wobei die Zugehörigkeitsfunktion µ beschreibt,
mit welchem Gewicht ein gemessener Häufigkeitswert noch als zu dem durch die Referenz-Häufigkeitsverteilungen
R4, R5 und R6 definierten Referenz-Muster zugehörig angesehen wird (veranschaulicht
im rechten Graphen in Figur 5). Je mehr Referenz-Häufigkeitsverteilungen für ein und
denselben Normzustand aufgenommen werden, desto genauer kann die Form der entsprechenden
Zugehörigkeitsfunktion µ ermittelt werden. Für jede Klasse wird eine solche Zugehörigkeitsfunktion
µ ermittelt; wobei durch die Gesamtheit aller dieser Zugehörigkeitsfunktionen wiederum
eine unscharf beschriebene Referenz-Häufigkeitsverteilung definiert ist. Wird nun
eine Ist-Häufigkeitsverteilung erfasst, wird für jede Füllstandsklasse dem Ist-Häufigkeitswert
P mittels der Zugehörigkeitsfunktion µ der jeweiligen Klasse ein Gewicht µ(P) zugeordnet,
welches beschreibt, wie groß die Übereinstimmung der Ist-Häufigkeitsverteilung mit
der unscharf beschriebenen Referenz-Häufigkeitsverteilung in der betrachteten Klasse
ist. Durch Auswertung dieser Gewichte für alle Klassen mittels eines Fuzzy-Klassifikators
kann eine aktuelle Ist-Häufigkeitsverteilung einer vorgegebenen, unscharf beschriebenen
Referenz-Häufigkeitsverteilung zugeordnet werden und der Versatz zwischen diesen beiden
Verteilungen ermittelt werden.
Liste der verwendeten Bezugszeichen
[0064]
- 1
- Kältemittelreservoir
- 2
- Kälteanlage / Kompressionskältemaschine
- 3
- Kältemittelkreislauf
- 5
- Kältemittel
- 7
- Kältemittelfüllstandsensor
- 9
- Abstand bzw. Versatz zwischen zwei Häufigkeitsverteilungs-Maxima
- 11
- Abstand bzw. Versatz zwischen zwei Häufigkeitsverteilungs-Schwerpunkten
- 13
- Abstand bzw. Versatz zwischen zwei klassifizierten Häufigkeitsverteilungen
- F
- (relativer) Kältemittelfüllstand
- t
- Zeit
- T
- Periodendauer / Betriebsperiode der Kälteanlage
- T1
- erste Periodendauer
- T2
- zweite Periodendauer
- P
- (relative) Häufigkeit
- R1
- kontinuierliche Referenz-Häufigkeitsverteilung
- H1
- kontinuierliche Ist-Häufigkeitsverteilung
- MR
- Maximum von R1
- MH
- Maximum von H1
- SR
- Schwerpunkt von R1
- SH
- Schwerpunkt von H1
- R2
- klassifizierte Referenz-Häufigkeitsverteilung
- R3
- klassifizierte Referenz-Häufigkeitsverteilung
- H2
- klassifizierte Ist-Häufigkeitsverteilung
- R4
- klassifizierte Referenz-Häufigkeitsverteilung
- R5
- klassifizierte Referenz-Häufigkeitsverteilung
- R6
- klassifizierte Referenz-Häufigkeitsverteilung
1. Verfahren zum Überwachen der Kältemittelfüllmenge einer Kälteanlage (2) mit einem
Kältemittelkreislauf (3) mit einem Verdampfer, einem Kompressor und einem Kondensator,
dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Schritte aufweist:
- Erfassen mindestens einer von der Kältemittelfüllmenge abhängigen Messgröße (F)
über einen vorgegebenen Zeitraum (T) hinweg,
- Erstellen einer Ist-Häufigkeitsverteilung (H1, H2) der Messwerte der Messgröße (F),
wobei die Ist-Häufigkeitsverteilung beschreibt, wie häufig ein bestimmter Messwert
der Messgröße innerhalb des vorgegebenen Zeitraums vorlag,
- Ermitteln eines Versatzes (9, 11, 13) der Ist-Häufigkeitsverteilung (H1, H2) bezüglich
einer oder mehreren Referenz-Häufigkeitsverteilungen (R1, R2, R3), und
- Bewerten der Kältemittelfüllmenge der Kälteanlage (2) basierend auf dem ermittelten
Versatz, wobei
- die Messgröße der mittels eines Füllstand-Sensors (7) erfasste Kältemittelfüllstand
(F) eines Kältemittelreservoirs (1) der Kälteanlage (2) oder die mittels eines Temperatur-Sensors
erfasste Unterkühlung des flüssigen Kältemittels am Austritt eines Verflüssigers der
Kälteanlage ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kälteanlage (2) periodisch betrieben wird und
der vorgegebene Zeitraum (T) einer Betriebsperiode (T) oder einem Teilbereich einer
Betriebsperiode der Kälteanlage entspricht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei zumindest eine der Referenz-Häufigkeitsverteilungen
(R1, R2, R3) erstellt wird, indem die Messgröße (F) über einen Referenz-Zeitraum (T)
hinweg erfasst wird und die Referenz-Häufigkeitsverteilung beschreibt, wie häufig
ein bestimmter Messwert der Messgröße (F) innerhalb des Referenz-Zeitraums vorlag,
wobei der Referenz-Zeitraum (T) die gleiche Dauer hat wie der vorgegebene Zeitraum
(T).
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Messwerte-Bereich der Messgröße
(F) in mehrere Klassen aufgeteilt wird und die Ist-Häufigkeitsverteilung (H2) und
zumindest eine der Referenz-Häufigkeitsverteilungen (R2, R3) dementsprechend klassifizierte
Häufigkeitsverteilungen sind.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Differenz (9) zwischen einem
charakteristischen Parameter (MH, SH) der Ist-Häufigkeitsverteilung (H1) und dem entsprechenden Parameter (MR, SR) einer der Referenz-Häufigkeitsverteilungen (R1) als der Versatz (9) der Ist-Häufigkeitsverteilung
bezüglich der Referenz-Häufigkeitsverteilung ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Ermitteln des Versatzes (13)
der Ist-Häufigkeitsverteilung (H2) bezüglich zumindest einer der Referenz-Häufigkeitsverteilungen
(R2) mittels Mustererkennung erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei mehrere Referenz-Häufigkeitsverteilungen vorliegen,
wobei jede der Referenz-Häufigkeitsverteilungen als ein Referenz-Mustertyp fungiert,
jeder dieser Referenz-Mustertypen mittels parametrierbarer Zugehörigkeitsfunktionen
(µ) unscharf definiert ist, und die Ist-Verteilung mittels eines Fuzzy-Klassifikators
einem der Referenz-Mustertypen zugeordnet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Versatz der Ist-Häufigkeitsverteilung
gegenüber zumindest einer der Referenz-Häufigkeitsverteilungen hin zu höheren Füllständen
als Kältemittelauffüllung gewertet wird.
9. Kälteanlage mit einer Überwachungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsvorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche
1 bis 8 ausgebildet ist.
1. A method for monitoring the coolant fill level of a refrigeration system (2) with
a coolant circuit (3) with an evaporator, a compressor and a condenser,
characterised in that said method has the following steps:
- detecting at least one measured variable (F), which is dependent on the coolant
fill level, over a predefined period of time (T),
- creating an actual frequency distribution (H1, H2) of the measured values of the
measured variable (F), wherein the actual frequency distribution describes how often
a specific measured value of the measured variable occurred within the predefined
period of time,
- determining an offset (9, 11, 13) of the actual frequency distribution (H1, H2)
relative to one or more reference frequency distributions (R1, R2, R3), and
- assessing the coolant fill level of the refrigeration system (2) on the basis of
the determined offset, wherein
- the measured variable is the coolant fill level (F) of a coolant reservoir (1) of
the refrigeration system (2), detected by means of a fill level sensor (7), or is
the supercooling of the liquid coolant at the outlet of a liquefier of the refrigeration
system, detected by means of a temperature sensor.
2. The method according to claim 1, wherein the refrigeration system (2) is periodically
operated and the predefined period of time (T) corresponds to an operating period
(T) or part of an operating period of the refrigeration system.
3. The method according to claim 1 or 2, wherein at least one of the reference frequency
distributions (R1, R2, R3) is created in that the measured variable (F) is detected
over a reference period of time (T) and the reference frequency distribution describes
how often a specific measured value of the measured variable (F) occurred within the
reference period of time, wherein the reference period of time (T) has the same duration
as the predefined period of time (T).
4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the measured value range
of the measured variable (F) is divided into a number of classes and the actual frequency
distribution (H2) and at least one of the reference frequency distributions (R2, R3)
are classified frequency distributions accordingly.
5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the difference (9) between
a characteristic parameter (MH, SH) of the actual frequency distribution (H1) and the corresponding parameter (MR, SR) of one of the reference frequency distributions (R1) is determined as the offset
(9) of the actual frequency distribution relative to the reference frequency distribution.
6. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the offset (13) of the actual
frequency distribution (H2) relative to at least one of the reference frequency distributions
(R2) is determined by means of pattern recognition.
7. The method according to claim 6, wherein a plurality of reference frequency distributions
are present, wherein each of the reference frequency distributions serves as a reference
pattern type, each of these reference pattern types is defined on a fuzzy basis by
means of parameterisable association functions (µ), and the actual distribution is
associated with one of the reference pattern types by means of a fuzzy classifier.
8. The method according to any one of claims 1 to 7, wherein an offset of the actual
frequency distribution relative to at least one of the reference frequency distributions
towards higher fill levels is assessed as coolant replenishment.
9. A refrigeration system with a monitoring device, characterised in that the monitoring device is designed to carry out the method according to any one of
claims 1 to 8.
1. Procédé de surveillance de la quantité de remplissage de produit réfrigérant d'une
installation de réfrigération (2) avec un circuit de produit réfrigérant (3) avec
un évaporateur, un compresseur et un condenseur,
caractérisé en ce qu'il présente les étapes suivantes :
- détection d'au moins une grandeur de mesure (F) dépendant de la quantité de remplissage
de produit réfrigérant pendant un laps de temps (T) prédéfini,
- établissement d'une distribution de fréquence réelle (H1, H2) des valeurs de mesure
de la grandeur de mesure (F), où la distribution de fréquence réelle décrit combien
de fois une valeur de mesure déterminée de la grandeur de mesure s'est présentée pendant
le laps de temps prédéfini,
- détermination d'un décalage (9, 11, 13) de la distribution de fréquence réelle (H1,
H2) par rapport à une ou plusieurs distributions de fréquence de référence (R1, R2,
R3), et
- évaluation de la quantité de remplissage de produit réfrigérant de l'installation
de réfrigération (2) en se basant sur le décalage déterminé, où
- la grandeur de mesure est le niveau de remplissage de produit réfrigérant (F) détecté
au moyen d'un capteur de niveau de remplissage (7) d'un réservoir de produit réfrigérant
(1) de l'installation de réfrigération (2) ou le refroidissement du produit réfrigérant
liquide à la sortie d'un condenseur de l'installation de réfrigération au moyen d'un
capteur de température.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'installation de réfrigération (2)
est périodiquement mise en fonctionnement et le laps de temps (T) prédéfini correspond
à une période de fonctionnement (T) ou à une partie d'une période de fonctionnement
de l'installation de réfrigération.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel au moins une des distribution de
fréquence de référence (R1, R2, R3) est établie, en ce que la grandeur de mesure (F)
est détectée pendant un laps de temps de référence (T) et la distribution de fréquence
de référence décrit combien de fois une certaine grandeur de mesure (F) s'est présentée
pendant le laps de temps de référence, où le laps de temps de référence (T) a la même
durée que le laps de temps prédéfini (T).
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le domaine des valeurs de
mesure de la grandeur de mesure (F) est divisé en plusieurs classes et la distribution
de fréquence réelle (H2) et au moins une des distributions de fréquence de référence
(R2, R3) sont des distributions de fréquence classées en conséquence.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la différence (9) entre
un paramètre caractéristique (MH, SH) de la distribution de fréquence réelle (H1) et du paramètre correspondant (MR, SR) de l'une des distribution de fréquence de référence (R1) est déterminé comme étant
le décalage (9) de la distribution de fréquence réelle par rapport à la distribution
de fréquence de référence.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la détermination du décalage
(13) de la distribution de fréquence réelle (H2) par rapport à au moins une des distributions
de fréquence de référence (R2) a lieu au moyen d'une reconnaissance de modèles.
7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel plusieurs distributions de fréquence
de référence sont présentes, où chacune des distribution de fréquence de référence
fonctionne en tant que type de modèle de référence, chacun de ces types de modèle
de référence est défini de manière grossière au moyen de fonctions d'appartenance
(µ) et la distribution réelle est associée à l'un des types de modèles de référence
au moyen d'un classificateur d'approximations.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le décalage de la distribution
de fréquence réelle par rapport à au moins l'une des distributions de fréquence de
référence est évaluée en tant que remplissage de produit réfrigérant vers les niveaux
de remplissages les plus élevés.
9. Installation de réfrigération avec un dispositif de surveillance, caractérisée en ce que le dispositif de surveillance est conçu pour l'exécution du procédé selon l'une des
revendications 1 à 8.