CH709751B1 - Refrigerator with a utility room with several temperature zones. - Google Patents
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Abstract
In einem Kühlgerät ist der Nutzraum (1) in zwei Temperaturzonen (2, 3) unterteilt, wobei in der oberen Temperaturzone (3) eine höhere Temperatur aufrechterhalten werden soll als in der unteren. Weiter sind Luftfördermittel (10, 11, 12, 13) vorgesehen, um Luft von einem Kühlmodul (8) von unten in den Nutzraum (1) einzuleiten und von oben aus dem Nutzraum (1) zu entnehmen und zum Kühlmodul (8) zurückzuführen. Die Steuerung (14) des Geräts ist dazu ausgestaltet, in der unteren Temperaturzone eine erste Solltemperatur und in der oberen Temperaturzone eine zweite Solltemperatur aufrechtzuerhalten, und zwar indem sie a) die Strömungsgeschwindigkeit der von den Luftfördermitteln (10, 11, 12, 13) geförderten Luft sowie b) die Temperatur des Kühlmoduls (8) abhängig von den gewünschten Temperaturen in den Temperaturzonen wählt.In a refrigerator, the work space (1) is divided into two temperature zones (2, 3), wherein in the upper temperature zone (3) a higher temperature is to be maintained than in the lower one. Furthermore, air conveying means (10, 11, 12, 13) are provided for introducing air from a cooling module (8) from below into the work space (1) and removing it from above from the work space (1) and returning it to the cooling module (8). The controller (14) of the apparatus is arranged to maintain a first set temperature in the lower temperature zone and a second set temperature in the upper temperature zone by a) controlling the flow rate of the air conveyors (10, 11, 12, 13) Air and b) the temperature of the cooling module (8) depending on the desired temperatures in the temperature zones selects.
Description
Beschreibung
Gebiet der Erfindung [0001] Die Erfindung betrifft ein Kühlgerät, insbesondere einen Kühlschrank oder einen Tiefkühler, gemäss Oberbegriff von Anspruch 1, sowie ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Kühlgeräts.
Hintergrund [0002] Es ist bekannt, den Nutzraum eines Kühlgeräts, insbesondere eines Kühlschranks, in mehrere Temperaturzonen zu unterteilen, beispielsweise in eine untere Temperaturzone und eine obere Temperaturzone. Für diese Temperaturzonen werden unterschiedliche Solltemperaturen vorgegeben, z.B. 0 bis 2 °C für die untere Temperaturzone und 4 bis 6 °C für die obere Temperaturzone. So können in der unteren Temperaturzone Artikel gelagert werden, welche relativ kühl aufbewahrt werden sollten, wie z.B. Fleisch, während in der oberen Temperaturzone Artikel gelagert werden, welche nicht ganz so kalt aufbewahrt werden sollten, wie z.B. Käse.
[0003] Weiter sind auch Geräte bekannt, bei denen Kühlluft zwischen einem Kühlmodul und Nutzraum zirkuliert wird. Wenn bei derartigen Geräten zwei Temperaturzonen mit unterschiedlicher Temperatur realisiert werden sollen, sind separate Luftzuführungen in die einzelnen Zonen oder zusätzliche, individuell steuerbare Kühlmittel erforderlich.
Darstellung der Erfindung [0004] Es stellt sich die Aufgabe, ein Gerät der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches apparativ einfach aufgebaut ist.
[0005] Diese Aufgabe wird vom Gerät gemäss Anspruch 1 erfüllt. Demgemäss besitzt das Gerät folgende Komponenten: - Einen Nutzraum mit mindestens einer unteren und einer oberen Temperaturzone: Der Nutzraum dient der Aufnahme des zu kühlenden Guts. - Ein Kühlmodul zum Kühlen von Luft: Dabei handelt es sich z.B. um den Verdampfer einer Wärmepumpe oder um die kalte Seite eines Peltier-Elements. - Luftfördermittel, um die Luft vom Kühlmodul von unten in den Nutzraum einzuleiten und von oben aus dem Nutzraum abzuleiten und zum Kühlmodul zurückzuführen: Diese Luftfördermittel umfassen beispielsweise einen Ventilator und geeignete Luftkanäle. - Eine Steuerung: Die Steuerung dient zum Steuern der Komponenten des Geräts. Sie ist dazu ausgestaltet, in der unteren Temperaturzone eine erste Solltemperatur und in der oberen Temperaturzone eine zweite Solltemperatur aufrechtzuerhalten, und zwar indem sie die folgenden zwei Grössen abhängig von der (gemessenen oder geschätzten) momentanen Temperatur in der ersten und der zweiten Temperaturzone steuert: a) die Strömungsgeschwindigkeit der von den Luftfördermitteln geförderten Luft sowie auch b) die Temperatur des Kühlmoduls.
[0006] Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch geeignete Wahl der beiden erwähnten Grössen die Temperaturen in den beiden Temperaturzonen in weiten Bereichen unabhängig voneinander eingestellt werden können. Dies wird unten genauer beschrieben.
[0007] Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Kühlgeräts, bei welchem die momentanen Temperaturen in der unteren und der oberen Temperaturzone gemessen werden und unabhängig von der Abweichung der momentanen Temperaturen von Sollwerten die Strömungsgeschwindigkeit sowie auch die Temperatur des Kühlmoduls gewählt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen [0008] Weitere Ausgestaltungen, Vorteile und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der nun folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigt:
Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein Kühlgerät,
Fig. 2 die Temperatur abhängig von der Position im Nutzraum für verschiedene Strömungsgeschwindigkeiten v und Anfangstemperaturen TO,
Fig. 3 die Korrektur für eine zu tiefe Temperatur am Ort x1 und
Fig. 4 die Korrektur für eine zu tiefe Temperatur am Ort x2.
Wege zur Ausführung der Erfindung [0009] Das Gerät gemäss Fig. 1 besitzt einen Nutzraum 1, der zumindest gedanklich in eine untere Temperaturzone 2 und eine obere Temperaturzone 3 unterteilt ist, wobei die untere Temperaturzone 2 tiefer als die obere Temperaturzone 3 angeordnet ist.
[0010] Zur Benutzerseite hin ist der Nutzraum 1 von einer Türe 4 abgeschlossen.
[0011] Der Nutzraum 1 ist mit Vorteil in vertikaler Richtung luftdurchlässig, d.h., dass Kühlluft durch den Nutzraum 1 vom unteren Ende des Nutzraums bis zum oberen Ende des Nutzraums hochsteigen kann.
[0012] Wie dargestellt, können die beiden Temperaturzonen 2 und 3 durch eine Trennplatte, welche mindestens eine Luftdurchtrittsöffnung aufweist, voneinander abgetrennt sein. Eine derartige Trennplatte reduziert den durch Diffusion und Strahlung bedingten Temperaturaustausch zwischen den beiden Temperaturzonen, erlaubt aber weiterhin den Fluss der Luft von unten nach oben.
[0013] Das Gerät gemäss Fig. 1 besitzt weiter eine Wärmepumpe, umfassend einen Kompressor 6, einen Kondensator 7, einen Verdampfer 8 sowie eine (nicht gezeigte) Drossel zwischen dem Kondensator 7 und dem Verdampfer 8. Im Betrieb des Kompressors 6 wird der Verdampfer 8 gekühlt und der Kondensator 7 erwärmt.
[0014] Zudem sind Luftfördermittel vorgesehen, welche einen Luftauslass 10 am oberen Ende des Nutzraums 1, einen Verbindungskanal 11, einen Ventilator 12 sowie einen Lufteinlass 13 am unteren Ende des Nutzraums 1 umfassen.
[0015] Der Luftauslass 10 am oberen Ende des Nutzraums 1 besteht in der vorliegenden Ausführung aus mehreren Öffnungen an der Decke des Nutzraums, welche den Nutzraum mit dem Verbindungskanal 11 verbinden. Der Lufteinlass 13 wird in ähnlicher Weise von mehreren Öffnungen am Boden des Nutzraums gebildet. Die Öffnungen des Luftauslasses 13 sowie des Lufteinlasses 10 können jedoch auch beispielsweise im Bereich der Kanten der Decke bzw. des Bodens des Nutzraums 1, allenfalls hinter geeigneten Blenden, angeordnet sein.
[0016] Die Förderleistung des Ventilators 12, d.h. die Strömungsgeschwindigkeit der Luft im Nutzraum 1, ist mit Vorteil so bemessen, dass der Nutzraum 1 laminar mit Luft durchströmt wird, d.h. es kommt beim Durchströmen des Nutzraums 1 nicht zu einem Verwirbeln der Luft.
[0017] Mit den Luftfördermitteln kann Luft oben aus dem Nutzraum 1 abgesaugt werden, worauf diese Luft durch den Verbindungskanal 11 und Ventilator 12 zum Verdampfer 8 geführt und dort gekühlt wird. Vom Verdampfer 8 gelangt die Luft über den Lufteinlass 13 wieder zurück in den Nutzraum 1.
[0018] Die so dem System entzogene Wärme wird über den Kondensator 7, welcher beispielsweise mit Umgebungsluft gekühlt wird (nicht gezeigt), abgeführt.
[0019] Zum Steuern der Komponenten des Geräts ist eine Steuerung 14 vorgesehen. Diese besitzt die erforderlichen Hardware- und Softwarekomponenten zum Steuern des Systems in der im Folgenden beschriebenen Weise.
[0020] Die Steuerung 14 besitzt vorzugsweise einen Speicher, in welchem Solltemperaturen für die obere und die untere Temperaturzone 3 bzw. 2 abgelegt sind. Diese Solltemperaturen liegen vorteilhaft zwischen 0 und 10 °C, wobei die Solltemperatur für die untere Temperaturzone tiefer ist als für die obere Temperaturzone, insbesondere um mindestens 1 °C.
[0021] Die Steuerung 14 kann weiter Eingabemittel (nicht gezeigt) aufweisen, welche es dem Benutzer erlauben, eine oder beide dieser Solltemperaturen vorzugeben, wobei in diesem Falle die Steuerung 14 aber sicherstellen sollte, dass die Solltemperatur für die untere Temperaturzone tiefer ist als für die obere Temperaturzone, wiederum insbesondere um mindestens 1 °C.
[0022] Weiter sind in Fig. 1 zwei Temperatursensoren 17 und 18 dargestellt. Der erste Temperatursensor befindet sich auf einer Höhe x1 in der unteren Temperaturzone 2 und der zweite Temperatursensor 18 befindet sich auf einer Höhe x2 in der oberen Temperaturzone 3.
[0023] Wenn die vom Verdampfer 8 gekühlte Luft den Nutzraum 1 von unten nach oben in Richtung x durchströmt, erwärmt sie sich. Im Gleichgewichtszustand des Geräts ist die Erwärmung darauf zurückzuführen, dass die Luft an den Seitenwänden des Nutzraums erwärmt wird, da die Isolation des Nutzraums nicht ideal ist.
[0024] Es kann gezeigt werden, dass die Temperatur T(x) als Funktion der Position x (d.h. der vertikalen Position im Nutzraum 1) im Gleichgewichtszustand des Systems, unter Vernachlässigung des Wärmeaustausches über Diffusion und Strahlung, sowie unter der Annahme einer konstanten Dichte der Luft, näherungsweise durch folgende Beziehung abgeschätzt werden kann:
[0025] Dabei bezeichnet TO die Temperatur am unteren Ende des Nutzraums, U die Umgebungstemperatur, k eine zur Wärmeleitfähigkeit der Seitenwände proportionale Konstante und v die Flussgeschwindigkeit der Luft im Nutzraum 1.
[0026] Die Temperatur TO wird im Folgenden auch als Anfangstemperatur bezeichnet, und sie wird der Einfachheit halber der Temperatur des Verdampfers 8 bzw. Kühlmoduls gleichgesetzt.
[0027] Wie sich aus Gleichung 1 ergibt, steigt also die Temperatur der Luft im Nutzraum 1 von unten nach oben an. Die Geschwindigkeit des Anstiegs ist dabei wesentlich gegeben durch die Flussgeschwindigkeit v der Luft, während die Anfangstemperatur TO im Wesentlichen der Temperatur des Verdampfers 8 entspricht. Beide dieser Parameter können von der Steuerung 14 variiert werden: - Die (mittlere) Flussgeschwindigkeit v kann variiert werden, indem die Drehzahl des Ventilators 8 variiert wird oder indem der Ventilator in kurzen Intervallen mit geeignetem Ein-/Ausschalt-Verhältnis getaktet betrieben wird. - Die (mittlere) Anfangstemperatur TO kann variiert werden, indem die Leistung der Wärmepumpe variiert wird oder indem der Kompressor in kurzen Intervallen mit geeignetem Ein-/Ausschalt-Verhältnis getaktet betrieben wird.
[0028] Fig. 2 zeigt den Verlauf der Temperatur T im Nutzraum 1 als Funktion der Höhenposition x. Dabei zeigt die Kurve 20 den Temperaturverlauf für eine gegebene Anfangstemperatur TO und eine gewisse Strömungsgeschwindigkeit v.
[0029] Wird nun die Strömungsgeschwindigkeit v erhöht, die Anfangstemperatur TO jedoch konstant gelassen, so verläuft die Kurve weniger steil (siehe Kurve 21).
[0030] Wird die Strömungsgeschwindigkeit v hingegen bei gleichbleibender Anfangstemperatur TO reduziert, so verläuft die Kurve steiler (Kurve 22).
[0031] Wird jedoch die Strömungsgeschwindigkeit v konstant gehalten, die Anfangstemperatur TO aber reduziert, so ergeben sich grundsätzlich tiefere Temperaturen im Kühlraum (Kurve 23), während bei höherer Anfangstemperatur TO sich höhere Temperaturen ergeben (Kurve 24).
[0032] Fig. 2 illustriert, dass durch geeignete Wahl der Parameter TO und v die Temperaturen T1 und T2 in der unteren Temperaturzone 2 bzw. der oberen Temperaturzone 3 an den Orten x1 und x2 im Wesentlichen unabhängig voneinander gewählt werden können, indem die Anfangstemperatur TO sowie die Strömungsgeschwindigkeit v geeignet eingestellt werden. Mit anderen Worten kann für gegebene Werte T1 = T(x1) und T2 = T(x2) Gleichung 1 nach Parametern TO und v aufgelöst werden, soweit die sich dem Fachmann aus Gleichung 1 und aus den physikalischen Gesetzen ergebenden Bedingungen, wie zum Beispiel T1 < T2, T1 < U und T2 < U, eingehalten werden.
[0033] Auf diese Weise ist es möglich, die zwei gewünschten Temperaturen T1 und T2 in der unteren und in der oberen Temperaturzone 2 bzw. 3 zu erreichen, indem die Leistung des Ventilators 12 und somit die Strömungsgeschwindigkeit v sowie die Leistung des Kompressors 6 und somit die Temperatur des Verdampfers 8 von der Steuerung 14 geeignet gewählt werden.
[0034] Ist beispielsweise, wie in Fig. 3 illustriert, bei der aktuellen Strömungsgeschwindigkeit v' und Anfangstemperatur TO', die Temperatur T2 in der oberen Temperaturzone 3 korrekt, die Temperatur T1' in der unteren Temperaturzone 2 jedoch zu tief, so erhöht die Steuerung 14 die Temperatur des Verdampfers 8 auf einen höheren Wert TO > TO' und sie erhöht auch die Strömungsgeschwindigkeit auf einen etwas höheren Wert v' > v, wodurch die Temperaturverlaufskurve bei einem höheren Wert TO beginnt, aber weniger schnell ansteigt.
[0035] Ist hingegen, wie in Fig. 4 illustriert, bei der aktuellen Strömungsgeschwindigkeit v' und Anfangstemperatur TO', die Temperatur T1 in der unteren Temperaturzone 2 korrekt, die Temperatur T2' in der oberen Temperaturzone aber zu tief, so reduziert die Steuerung 14 die Strömungsgeschwindigkeit auf einen Wert v < v' (wodurch die Kurve steiler wird) und reduziert die Anfangstemperatur geringfügig auf einen Wert TO < TO'.
[0036] Auf diese Weise lassen sich Vorschriften für die Änderung der Werte von v und TO für die verschiedenen Abweichungsszenarien finden, und/oder Gleichung 1 erlaubt die direkte näherungsweise Berechnung der geeigneten Werte der Strömungsgeschwindigkeit v und Anfangstemperatur TO für gegebene Werte der Temperaturen T1 und T2.
[0037] Gleichung 1 repräsentiert ein sehr einfaches Modell, welches die Steuerung 14 für die Berechnung des Temperaturverlaufs im Nutzraum 1 abhängig von Strömungsgeschwindigkeit v und Anfangstemperatur TO verwenden kann. Dabei kann der Wärmeleitwert k in Gleichung 1 z.B. herstellerseitig fest vorgegeben sein, während der zweite Parameter, die Umgebungstemperatur U, entweder mit einem geeigneten Temperatursensor direkt gemessen oder aufgrund der momentanen Temperaturen T1 und T2 bei bekannter Strömungsgeschwindigkeit v und Anfangstemperatur TO abgeschätzt werden kann.
[0038] Die Steuerung 14 kann auch ein komplexeres thermisches Modell des Nutzraums verwenden, welches beispielsweise zusätzlich die thermischen Massen und momentanen Temperaturen des zu lagernden Guts in der unteren und in der oberen Temperaturzone als Modellparameter berücksichtigt, und/oder auch die sich mit der Temperatur ändernde Dichte der Luft. Insbesondere die thermischen Massen und momentanen Temperaturen gehen dabei als a priori unbekannte Parameter in das Modell ein. Sie können aber durch Messungen der Temperaturen an den Orten x1 und x2 als Funktion der Zeit, der Strömungsgeschwindigkeit v und der Anfangstemperatur TO von der Steuerung 14 im Betrieb mittels Ausgleichsrechnung (d.h. «Curve Fitting») abgeschätzt und sodann für eine verbesserte Steuerung des Geräts verwendet werden.
[0039] Mit anderen Worten kann die Steuerung 14 also dazu ausgestaltet sein, ein mathematisches, durch Parameter beschriebenes Modell der thermischen Eigenschaften des Nutzraums 1 zur Wahl der Strömungsgeschwindigkeit v und der Anfangstemperatur TO zu verwenden. Bei den Parametern des Modells kann es sich z.B. um die oben erwähnten Werte von k und/oder U und/oder die thermische Masse und/oder die momentane Temperatur der Lasten und/oder der Luft in den Temperaturzonen handeln. Weiter ist die Steuerung 14 dazu ausgestaltet, im Nutzraum mindestens eine, vorzugsweise mehrere Temperaturen in Abhängigkeit der Zeit, der Strömungsgeschwindigkeit v sowie der Anfangstemperatur TO zu messen und dadurch die Parameter des Modells zu bestimmen.
[0040] Auf diese Weise kann die Steuerung abschätzen, welchen Einfluss Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit v und der Anfangstemperatur T auf die Temperaturverteilung im Nutzraum 1 haben, was ihr erlaubt, die Temperaturen in den beiden Temperaturzonen genauer zu regeln.
[0041] Während in der vorliegenden Anmeldung bevorzugte Ausführungen der Erfindung beschrieben sind, ist klar darauf hinzuweisen, dass die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist und in auch anderer Weise innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche ausgeführt werden kann.
description
Field of the Invention The invention relates to a refrigerator, in particular a refrigerator or a freezer, according to the preamble of claim 1, and a method for operating such a refrigerator.
Background It is known to subdivide the working space of a refrigerating appliance, in particular a refrigerator, into a plurality of temperature zones, for example into a lower temperature zone and an upper temperature zone. For these temperature zones different setpoint temperatures are specified, eg 0 to 2 ° C for the lower temperature zone and 4 to 6 ° C for the upper temperature zone. Thus, in the lower temperature zone, articles can be stored which should be kept relatively cool, such as meat, while in the upper temperature zone, articles are stored which should not be kept as cold as cheese.
Furthermore, devices are known in which cooling air is circulated between a cooling module and the work space. If two temperature zones with different temperature are to be realized in such devices, separate air supply into the individual zones or additional, individually controllable coolant are required.
It is an object to provide a device of the type mentioned, which is simple in terms of apparatus.
This object is achieved by the device according to claim 1. Accordingly, the device has the following components: A useful space with at least one lower and one upper temperature zone: The useful space serves to receive the material to be cooled. - A cooling module for cooling air: This is, for example, the evaporator of a heat pump or the cold side of a Peltier element. - Air conveyor to introduce the air from the cooling module from below into the work space and derive from the top of the work space and due to the cooling module: These air conveyors include, for example, a fan and suitable air ducts. - One controller: The controller is used to control the components of the unit. It is designed to maintain a first setpoint temperature in the lower temperature zone and a second setpoint temperature in the upper temperature zone by controlling the following two quantities depending on the (measured or estimated) instantaneous temperature in the first and second temperature zones: a ) the flow velocity of the air conveyed by the air conveyor and b) the temperature of the cooling module.
The invention is based on the finding that the temperatures in the two temperature zones can be set independently of one another within wide ranges by a suitable choice of the two variables mentioned. This will be described in more detail below.
The invention also relates to a method for operating such a cooling device, in which the instantaneous temperatures in the lower and the upper temperature zone are measured and regardless of the deviation of the instantaneous temperatures of desired values, the flow rate and the temperature of the cooling module can be selected.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Further embodiments, advantages and applications of the invention will become apparent from the dependent claims and from the following description with reference to the figures. Showing:
1 shows a schematic section through a cooling device,
2 shows the temperature as a function of the position in the usable space for different flow velocities v and initial temperatures TO
3 shows the correction for a too low temperature at location x1 and
4 shows the correction for a too low temperature at location x2.
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The device according to FIG. 1 has a working space 1, which is subdivided at least mentally into a lower temperature zone 2 and an upper temperature zone 3, wherein the lower temperature zone 2 is arranged lower than the upper temperature zone 3.
Towards the user side, the work space 1 is closed by a door 4.
The work space 1 is permeable to air in the vertical direction, that is, that cooling air can rise through the work space 1 from the lower end of the work space to the upper end of the work space.
As shown, the two temperature zones 2 and 3 can be separated from each other by a partition plate having at least one air passage opening. Such a separating plate reduces the diffusion of heat due to diffusion and temperature between the two temperature zones, but still allows the flow of air from the bottom up.
The device according to FIG. 1 further has a heat pump, comprising a compressor 6, a condenser 7, an evaporator 8 and a throttle (not shown) between the condenser 7 and the evaporator 8. In operation of the compressor 6, the evaporator 8 cooled and the capacitor 7 is heated.
In addition, air conveying means are provided which comprise an air outlet 10 at the upper end of the work space 1, a connecting channel 11, a fan 12 and an air inlet 13 at the lower end of the work space 1.
The air outlet 10 at the upper end of the work space 1 consists in the present embodiment of several openings on the ceiling of the work space, which connect the work space with the connecting channel 11. The air inlet 13 is similarly formed by a plurality of openings at the bottom of the work space. However, the openings of the air outlet 13 and of the air inlet 10 can also be arranged, for example, in the region of the edges of the ceiling or the bottom of the work space 1, possibly behind suitable diaphragms.
The delivery rate of the fan 12, that is, the flow velocity of the air in the work space 1, is advantageously sized so that the work space 1 is laminar flows through with air, ie it does not come to flow through the work space 1 to a swirling of the air.
With the air conveyors air can be sucked up from the useful space 1, whereupon this air is passed through the connecting channel 11 and fan 12 to the evaporator 8 and cooled there. From the evaporator 8, the air passes through the air inlet 13 back into the usable space. 1
The heat thus extracted from the system is dissipated via the condenser 7, which is cooled, for example, with ambient air (not shown).
To control the components of the device, a controller 14 is provided. This has the required hardware and software components to control the system in the manner described below.
The controller 14 preferably has a memory in which target temperatures for the upper and lower temperature zones 3 and 2 are stored. These target temperatures are advantageously between 0 and 10 ° C, the target temperature for the lower temperature zone is lower than for the upper temperature zone, in particular by at least 1 ° C.
The controller 14 may further include input means (not shown) which allow the user to specify one or both of these setpoint temperatures, in which case the controller 14 should ensure that the setpoint temperature for the lower temperature zone is lower than for the upper temperature zone, again in particular by at least 1 ° C.
Further, two temperature sensors 17 and 18 are shown in Fig. 1. The first temperature sensor is located at a height x1 in the lower temperature zone 2 and the second temperature sensor 18 is located at a height x2 in the upper temperature zone 3.
When cooled by the evaporator 8 air flows through the work space 1 from bottom to top in the direction x, it heats up. In the equilibrium state of the device, the heating is due to the fact that the air is heated on the side walls of the work space, since the insulation of the work space is not ideal.
It can be shown that the temperature T (x) as a function of the position x (ie the vertical position in the work space 1) in the equilibrium state of the system, neglecting the heat exchange via diffusion and radiation, and assuming a constant density the air, can be approximated by the following relationship:
In this case, TO denotes the temperature at the lower end of the working space, U is the ambient temperature, k is a constant proportional to the thermal conductivity of the side walls, and v is the flow velocity of the air in the working space 1.
The temperature TO is referred to below as the initial temperature, and it is equated for the sake of simplicity of the temperature of the evaporator 8 and cooling module.
As can be seen from equation 1, that is, the temperature of the air in the working space 1 increases from bottom to top. The speed of the increase is essentially given by the flow velocity v of the air, while the initial temperature TO substantially corresponds to the temperature of the evaporator 8. Both of these parameters can be varied by the controller 14: The (average) flow rate v can be varied by varying the speed of the fan 8 or by cycling the fan at short intervals with a suitable on / off ratio. - The (mean) initial temperature TO can be varied by varying the heat pump's power or by keeping the compressor running at short intervals with a suitable on / off ratio.
Fig. 2 shows the course of the temperature T in the work space 1 as a function of the height position x. In this case, the curve 20 shows the temperature profile for a given initial temperature TO and a certain flow velocity v.
Now, if the flow velocity v is increased, the initial temperature TO but left constant, the curve is less steep (see curve 21).
If, however, the flow velocity v is reduced while the initial temperature TO remains the same, the curve is steeper (curve 22).
If, however, the flow velocity v is kept constant, but the initial temperature TO is reduced, generally lower temperatures result in the cooling space (curve 23), whereas higher temperatures result in higher temperatures (curve 24).
Fig. 2 illustrates that by suitably selecting the parameters TO and v, the temperatures T1 and T2 in the lower temperature zone 2 and the upper temperature zone 3, respectively, at the locations x1 and x2 can be selected substantially independently of each other by the initial temperature TO and the flow velocity v are set appropriately. In other words, for given values T1 = T (x1) and T2 = T (x2), Equation 1 can be solved for parameters TO and v, as far as the conditions given to the person skilled in the art from Equation 1 and from the physical laws, such as T1 <T2, T1 <U and T2 <U.
In this way it is possible to achieve the two desired temperatures T1 and T2 in the lower and in the upper temperature zone 2 and 3, respectively, by the power of the fan 12 and thus the flow velocity v and the power of the compressor 6 and Thus, the temperature of the evaporator 8 are suitably selected by the controller 14.
For example, as illustrated in FIG. 3, at the current flow velocity v 'and initial temperature TO', if the temperature T2 in the upper temperature zone 3 is correct, but the temperature T1 'in the lower temperature zone 2 is too low, this increases Control 14 the temperature of the evaporator 8 to a higher value TO> TO 'and it also increases the flow rate to a slightly higher value v'> v, whereby the temperature profile curve starts at a higher value TO, but increases less rapidly.
On the other hand, if, as illustrated in FIG. 4, at the current flow velocity v 'and initial temperature TO', the temperature T1 in the lower temperature zone 2 is correct, but the temperature T2 'in the upper temperature zone is too low, the control is reduced 14 the flow velocity to a value v <v '(making the curve steeper) and slightly reduces the initial temperature to a value TO <TO'.
In this way, rules for changing the values of v and TO for the various deviation scenarios can be found, and / or Equation 1 allows the direct approximate calculation of the appropriate values of flow velocity v and initial temperature TO for given values of temperatures T1 and T2.
Equation 1 represents a very simple model which the controller 14 can use for the calculation of the temperature profile in the work space 1 as a function of the flow velocity v and the initial temperature TO. In this case, the thermal conductivity k in equation 1, for example, fixed fixed manufacturer, while the second parameter, the ambient temperature U, either directly measured with a suitable temperature sensor or estimated based on the current temperatures T1 and T2 at a known flow rate v and initial temperature TO.
The controller 14 may also use a more complex thermal model of the workspace, which, for example, additionally takes into account the thermal masses and instantaneous temperatures of the product to be stored in the lower and upper temperature zones as model parameters, and / or also with temperature changing density of air. In particular, the thermal masses and instantaneous temperatures enter the model as a priori unknown parameters. However, they can be estimated by measuring the temperatures at locations x1 and x2 as a function of time, flow velocity v, and initial temperature TO from the controller 14 during operation by means of compensation calculation (ie, curve fitting) and then used for improved control of the apparatus become.
In other words, the controller 14 may thus be configured to use a mathematical model of the thermal properties of the work space 1 for selecting the flow velocity v and the initial temperature TO. The parameters of the model may be, for example, the above-mentioned values of k and / or U and / or the thermal mass and / or the instantaneous temperature of the loads and / or the air in the temperature zones. Furthermore, the controller 14 is configured to measure at least one, preferably a plurality of temperatures as a function of time, the flow velocity v and the initial temperature TO in the work space, thereby determining the parameters of the model.
In this way, the controller can estimate the influence of changes in the flow velocity v and the initial temperature T have on the temperature distribution in the work space 1, which allows her to regulate the temperatures in the two temperature zones in more detail.
While preferred embodiments of the invention have been described in the present application, it is to be understood that the invention is not limited thereto and may be practiced otherwise within the scope of the following claims.
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