DE69920350T2

DE69920350T2 - Selbstregelvorrichtung zum Steuern von Kühlschränken und Gefrierapparaten

Info

Publication number: DE69920350T2
Application number: DE69920350T
Authority: DE
Inventors: Mauro Canavesi; Gianpaolo Ramelli
Original assignee: Whirlpool Corp
Current assignee: Whirlpool Corp
Priority date: 1998-07-29
Filing date: 1999-07-23
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2019-07-24
Also published as: US6116036A; BR9903008A; EP0976996A3; ES2227941T3; EP0976996A2; ITMI981764A0; IT1301875B1; EP0976996B1; ITMI981764A1; DE69920350D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kühlgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solch ein Gerät ist beispielsweise aus der EP-A-0 686 818 sowie der EP-A-0 727 628 bekannt.
Heutzutage umfassen die Temperatur-Steuerelemente im Gegensatz zu den elektromechanischen Systemen eine elektronische Vorrichtung und erlauben es, dass der Kompressor in Bezug auf die durch an dem Gerät vorhandene Temperatursensoren, beispielsweise innerhalb des Gerätes, gesteuert wird.
Die zu steuernde interne Temperatur des Gerätes hängt von Variationen in der äußeren Umgebungstemperatur, der Frequenz des Zugangs zum Inneren des Kühlschranks, der Menge der innerhalb des Kühlschranks aufbewahrten Speisen, dem Alter der Isolation sowie der Effizienz des Kühlkreislaufs ab. Um diese Faktoren mit einzubeziehen, werden Steuerkreisläufe verwendet, die mehr als einen Temperatursensor und andere Aufzeichnungsvorrichtungen, beispielsweise einen Sensor um die Frequenz beim Öffnen des Kühlschranks aufzuzeichnen, erfordern.
Diese relative Komplexität des Kontrollkreislaufs zieht sowohl hinsichtlich der Bauteile als auch der Arbeit und hinsichtlich des Effizienz-Managements bestimmte Nachteile mit sich, um sicherzustellen, dass das Produkt so ökonomisch wie möglich produziert werden kann.
Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Selbstregelvorrichtung zur Steuerung und zum Betrieb der oben genannten Geräte zu produzieren, welche einen einzelnen Temperatursensor an dem Verdunster sowie einen elektronischen Kreislauf, der mit dem Sensor derart verbunden ist, dass eine Anzahl von Vorteilen erzielt werden, verwendet wird. Diese Vorteile sind beispielsweise:

– die interne Temperatur des Kühlschranks oder Gefrierapparates wird beibehalten und unabhängig von den Variationen in der äußeren Umgebungstemperatur, die automatisch kompensiert werden, geregelt.
– Die Möglichkeit des Kontrollierens der Temperatur des Gerätes (Kühlschrank oder Gefrierapparat) durch ein automatisches Korrigieren aller Fehler des Gerätes aufgrund von Problemen in dem Kühlkreislauf sowie dem Alter der Isolierung.
– Eine kontinuierliche und automatische Optimierung der Kompressor-Betriebszeit, um die erforderliche Temperatur beizubehalten, sowie eine konsequente Optimierung des Energieverbrauchs.
– Die Möglichkeit des Sicherstellens eines Abtauens des Verdunsters (für Kühlgeräte), welche von der Kompressor-Betriebszeit abhängt.
– Die rationale Verwendung des Kompressors auch unter Bedingungen von extremen Umgebungstemperaturen.

Diese Ziele und Vorteile werden zusätzlich zu anderen, die vollständig aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich werden, mit einer Selbstregelvorrichtung gemäß der beiliegenden Ansprüche erzielt.
Ein klareres Verständnis der Erfindung wird aus der folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wie sie in den beiliegenden Zeichnungen gezeigt ist, ersichtlich, wobei diese Beschreibung nur als Beispiel angegeben wird und daher nicht beschränkend ist. In den Zeichnungen zeigt:
1 eine Querschnittsansicht eines Kühlschranks in diagrammartiger Form;
2 einen Graph, der die Veränderungen in der Temperatur des Verdunsters als Funktion der Zeit ohne die Regelvorrichtung gemäß der Erfindung;
3 einen ähnlichen Graph mit einer Temperatur, jedoch unter Verwendung der Regelvorrichtung der Erfindung.
Mit Bezug auf 1 ist das Kühlgerät mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet; in dem angegebenen Beispiel ist dies ein einfacher Heim-Kühlschrank.
Jedoch ist die in Rede stehende Erfindung auf andere Arten von Kühlgeräten so wie beispielsweise sowohl Kühltruhen als auch aufrecht stehende Gefrierapparate, anwendbar.
Das Kühlgerät 1 umfasst einen konventionellen Kühlkreislauf, der im wesentlichen einen Kompressor 2, einen Verdunster 3 sowie einen Kondensor 4 beinhaltet. Hierbei ist ein konventioneller Temperatursensor 5 in Kontakt mit dem Verdunster 3 platziert, der von einem elektronischen (Mikroprozessor-) Kreislauf 6 ausgelesen wird und mittels dessen der Verwender die erforderliche Temperatur in dem Kühlgerät einstellen kann. Der elektronische Kreislauf steuert den Kompressor auf der Basis von zwei verschiedenen Temperaturwerten (hoch und niedrig), die an dem Verdunster 3 mittels des Temperatursensors 5 aufgezeichnet werden, um die von dem Anwender festgelegte Temperatur zu erzielen.
Wenn (unter Verwendung eines einzelnen Temperatursensors) die Steuervorrichtung so gestaltet ist, dass sie ein konstantes Temperaturintervall zwischen der Kompressor-Verbindung und Kompressor-Trennung beibehält, würde die in 2 gezeigte Situation festgestellt werden: dies ist eine diagrammartige Darstellung der Veränderung der Temperatur (T) als Funktion der Zeit (t), wie sie mittels des Sensors 5, der in Kontakt mit dem Verdunster platziert ist, aufgezeichnet wird, wobei die Punkte A, B, C auf einer einzelnen geradlinigen Ordinate „T-Verbindung" aufgetragen sind, die die Temperatur bezeichnet, bei der der Kompressor 2 aktiviert ist, währenddessen die Punkte D, E, die auf einer einzelnen geradlinigen „T-Trennung"-Ordinate aufgetragen sind, die Temperatur bezeichnen, bei der der Kompressor 2 deaktiviert wird. Das Differenzial „T-Verbindung-T-Trennung" wird als konstant angenommen, d.h. dass es auch in dem Fall nicht variiert, dass der Anwender wünscht, die Temperatur im Inneren des Kühlschranks zu verändern; beispielsweise wenn eine höhere Temperatur als die in Beispiel 2 gezeigte erforderlich ist, wobei sowohl „T-Verbindung" als auch „T-Trennung" einem gleichwertigen Anstieg unterliegen würden, wodurch ein konstantes Differenzial beibehalten würde.
Mit einer angenommenen konstanten „T-Verbindung"-Temperatur wird festgestellt, dass in einer Steuervorrichtung dieses Typs, d.h. bei konstanter Temperatur, die Zeiten zwischen der Verbindung und Trennung als Funktion beispielsweise der externen Temperatur mit einer vorgegebenen Parität von „T-Verbindung" variieren. Dies kann in 2 gesehen werden, bei der vorausgesetzt wird, dass in dem Zyklus zwischen dem Punkten A, D und C die äußere Temperatur einen vorgegebenen Wert aufweist, der geringer ist als der des aus den Punkten B, E und C ausgebildeten Zyklus. Tatsächlich ist die Zeit tf (die Kompressor-Betriebszeit) des ADB-Zyklus kleiner als die korrespondierende Zeit tf₁ des BEC-Zyklus während t₁ (Kompressor-Trennungszeit, während der der Kompressor nicht in Betrieb ist) des ADB-Zyklus größer als t₂ des BEC-Zykluses ist.
Eine einzelne Sensorsteuervorrichtung dieses Typs würde eine Reihe von Nachteilen sowie die Variationen in der inneren Temperatur aufgrund der Veränderungen bei der Außentemperatur, Unterschiede in der Kreislauffunktion aufgrund des Alterns der Isolierung, einen erhöhten Energieverbrauch aufgrund der Tatsache, dass der Kompressor nicht optimal verwendet wird, aufweisen.
Die Steuervorrichtung gemäß der Erfindung wird in einer anderen Weise mittels eines Algorithmus, der durch eine in dem Mikroprozessors 6 vorliegenden Software betrieben wird, betrieben, die die folgenden Parameter erhält und bearbeitet: Die Temperatur des Sensors 5 und zumindest einen der nachfolgenden Parameter: Die Betriebs(Verbindungs)-Zeit des Kompressors 2, die Kompressor-Trenn(nicht Betriebs)-Zeit, das Vergleichen dieser Parameter mit einem Referenzwert und das Ändern des oben beschriebenen Differenzials.
Kurz beschrieben umfasst die Anordnung:

1. einen Verdunster (vorzugsweise einen Plattenverdunster mit eigener Wärmekapazität);
2. einen Temperatursensor-Platz an dem Verdunster;
3. einen Timer (durch den Mikroprozessor betrieben) zum Messen der Zeit, die aufgenommen wird, um die Temperatur des Verdunsters anzuheben und/oder absenken zu lassen;

Dies stellt einen Sensor zum Aufzeichnen der Variation bei der Wärme-Dispersion des Gerätes dar.
Wenn dies aufgezeichnet ist, agiert die Mikroprozessor-Software, um die Variationen in der Wärme-Dispersion des Gerätes durch Verändern der „T-Trennung" zu kompensieren, und anschließend diese Parameter zu bearbeiten (die Kompressor-Betriebszeit, die Länge der Zeit, während der der Kompressor nicht aktiv ist, die Sensor-Temperatur).
Ein klareres Verständnis der Steuervorrichtung gemäß der Erfindung wird mit Bezug auf 3 ersichtlich, die in diagrammartiger Form die Temperatur T des Verdunsters 3 als Funktion der Zeit t zeigt, und bei der die Punkte A, B, C, D auf der gleichen „T-Verbindung"-Temperaturlinie liegen, die die Temperatur zeigt, bei der der Kompressor beginnt, in Betrieb zu gehen, während die Punkte E, F, G die Kompressor-Trennpunkte darstellen und die unterbrochenen und gepunkteten Linien, die auf den gleichen Punkten liegen, die Änderungen in der Temperatur des Verdunsters 3 darstellen.
Durch Experimente mit dem Kühlschrank oder Gefrierapparat des vorgegebenen Typs ist es möglich, die Zeit t_r1 zu bestimmen, die erforderlich ist, die Verdunster-Temperatur von der Trenn-Temperatur „e" zu der Wiederverbindungs-Temperatur „b" unter Standardbedingungen der Wärmedispersion in Bezug auf eine vorab bestimmte Außentemperatur, beispielsweise 25°C, anzuheben. Zu diesem Zeitpunkt stellt dies zusammen mit der verbundenen Temperatur „T-Verbindung" einen Referenzpunkt dar, der im Speicher des in den Kühlschrank oder Gefrierapparat des gleichen Typs eingebauten Mikroprozessors gespeichert wird. Dieser Referenzpunkt wird im Anschluss als „tabellarisierter" Wert bezeichnet.
Wenn dies durchgeführt wurde, wird die Selbstregelungsvorrichtung gemäß der Erfindung wie folgt betrieben:
Der während des ersten Zyklus (a, e, b) aufgezeichnete Wert t_r1 korrespondiert mit dem tabellarisierten Vergleichswert, was dazu führt, dass die Steuerungsvorrichtung nicht aktiviert wird (da die Betriebsbedingungen die gleichen sind wie die Referenzbedingungen).
Während des zweiten Zykluses (b, f, c), bei dem angenommen wird, dass die äußere Temperatur höher als die ist, bei der der tabellarisierte Wert bestimmt wurde, wurde die Zeit t_r2, während der der Kompressor 2 nicht in Betrieb war, aufgezeichnet und es wurde festgestellt, dass diese kleiner ist als der tabellarisierte Wert, wodurch nach Vergleich ein Fehlerwert berechnet wurde. In diesem Fall war der Wert positiv, was während des anschließenden Zyklus (c, g, d) zu einem Absenken des Kompressor-Trennpunktes „g" führte, wodurch bewirkt wurde, dass die Zeit, während der der Kompressor nicht in Betrieb war (d.h. t_r3) gleich mit t_r1, d.h. dem tabellarisierten Wert, war.
Im entgegengesetzten Fall, d.h. wenn ein Absenken der Umgebungstemperatur vorliegt, wird die gemessene Zeit kleiner sein als der tabellarisierte Wert. Die Steuerungsvorrichtung wird einen negativen Fehler von dem Vergleich berechnen und wird dies durch Anheben der Kompressor-Trenntemperatur korrigieren, um die Kompressor-Trennzeit in Übereinstimmung mit dem tabellarisierten Wert zu bringen.
In dem oben beschriebenen Beispiel wurden zwei Parameter, die Temperatur des Verdunsters sowie die Kompressor-Trennzeit (oder die Zeit während der der Kompressor nicht aktiv war) verwendet. Dies war die Zeit, die die Temperatur des Verdunsters benötigte, den „T-Verbindung" Wert zu erreichen. Die Kompressorverbindungs- (oder aktive)-Zeit, d.h. die Werte t_f oder auch beide Zeitwerte könnten ebenso verwendet werden um die Temperatur zu regeln. In diesen Fällen werden die tabellarisierten Werte, die während der Experimente ermittelt wurden, eine Komibination dieser relativ zu der Kompressor-Verbindungszeit, der Beziehung zwischen der Verbindungs- und Trenn-Zeiten sowie der Trennzeit und der Verbindungszeit.
Zum besseren Verständnis wurden einige Vereinfachungen in Bezug auf die als gerade gepunkteten Linien in den Diagrammen gezeigten Graphen verwirklicht und es wird vorausgesetzt (in Bezug auf 3), dass der Übergang von einer Trenntemperatur zu einer anderen, d.h. e, f, a, g in einem anstatt mehreren Zyklen stattfand.
Es ist offensichtlich, dass in der Theorie anstelle des Ändern der Trenn-Temperatur es ebenso möglich sein wird, die Verbindungstemperatur „T-Verbindung" unter Durchführung der notwendigen Wechselbeziehungen zu verwenden.

Claims

Kühlgerät sowie Kühlschränke und Gefrierapparate, umfassend eine Selbstregelvorrichtung zum Steuern des Gerätes, wobei letztere einen Kühlkreislauf mit Kompressor (2), Verdunster (3), Kondensor (4) und Steuerelemente (6) des Kompressors mit einem Temperatursensor (5), welcher in Kontakt mit dem Verdunster (3) platziert ist, wobei das Element (6) zum Steuern des Kompressors (2) eine Mikroprozessoreinheit ist, welche die Temperatur des Verdunsters (2) aufzeichnet und bearbeitet, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroprozessoreinheit (2) des weiteren zumindest einen der folgenden Parameter bearbeitet: die Kompressor-Verbindungszeit (tf), die Kompressor-Trennzeit (tr), wobei diese Zeit(en) mit einem oder mehreren tabellarisierten Werten verglichen werden, um sicherzustellen, dass die Trennzeit (tr) für den Kompressor (2) durch Selbstregelung einen konstanten, vorab bestimmten tabellarisierten Wert erreicht und beibehält.
Gerät wie in Anspruch 1 beansprucht, bei dem die tabellarisierten Werte durch an Referenzgeräten bei vorab bestimmter Referenztemperatur ausgeführten Experimenten bestimmt sind.
Gerät wie in den voranstehenden Ansprüchen beansprucht, bei dem die aus dem Verdunster, der Mikroprozessoreinheit sowie dem an dem Verdunster platzierten Temperatursensor ausgeformte Anordnung einen Sensor darstellt, der die Variationen in der Wärmedispersion des Gerätes aufzeichnet.
Gerät wie in den voranstehenden Ansprüchen beansprucht, bei dem ein Plattentyp-Verdunster verwendet wird.