CN102356288B - 微处理器控制的除霜终止 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于终止制冷单元除霜功能的装置和方法。制冷单元包括：蒸发器，用于在除霜功能期间测量蒸发器温度的温度传感器；以及被设置用于计算温度改变速率并在该速率满足规定标准时终止除霜功能的控制器，规定标准例如是预定速率或者是在蒸发器温度已经升高至高于水的冰点之后速率的快速增大。

Description

微处理器控制的除霜终止

相关申请的交叉引用

本申请对2009年3月18日提交的申请号为61/161,269并且发明名称为“微处理器控制的除霜终止”的美国临时申请进行引用，并且要求其优先权和权益。

背景技术

本发明主要涉及具有冷却箱的冷藏设备，并且更具体地涉及在除霜操作期间检测与冷藏设备相关联的蒸发器上累积的冰已经在何时被去除。

冷藏容器包括用于冷却的制冷单元。正如现有技术中公知的那样，制冷单元具有由压缩机马达驱动的压缩机、冷凝器、由冷凝器风扇马达驱动的冷凝器风扇、蒸发器以及由蒸发器风扇马达驱动的蒸发器风扇。制冷剂通过由制冷剂管路连接的压缩机、冷凝器和蒸发器进行循环。冷藏机的运行由微处理器或可编程控制器控制。控制器负责用于通过控制制冷单元来维持箱内的温度。更具体地，控制器调节压缩机马达、冷凝器风扇马达和蒸发器风扇马达的运行时间。控制器具有时间测量设备或内部时钟以测量各种状态的耗时。

在制冷单元运行时，水蒸汽会冷凝在蒸发器上。当蒸发器在低于冰点的温度下运行时，这些冻结在蒸发器上从而会导致霜和冰的累积。霜和冰的累积限制了空气流过蒸发器，并且限制了实现在空气和蒸发器之间进行传热的能力，这会减损制冷单元的冷却效率。为了提高冷藏机的效率而设立了除霜功能，由此融化并去除累积的冰或霜。

这些除霜功能通常周期性地、经常是在检测到蒸发器上累积的冰或霜时自动地进行。当除霜功能开始时，冷却过程停止并且对蒸发器进行加热而不是冷却，由此融化霜和冰。这种加热可以通过逆转制冷循环实现(被称为逆循环除霜)。另外，电阻加热元件可以被用于辅助加热蒸发器(被称为电热除霜)。无论如何，制冷功能都要停止。运行除霜功能是提高制冷效率所必须的。但是，由于在除霜时段期间要对单元进行加热而不是冷却，因此除霜功能会消耗很多能量。目前，典型的除霜功能会一直运行直至蒸发器达到的明确规定温度，这个温度通常明显高于所有霜或冰均已被去除的温度值。可选的除霜功能使用压力传感器或压力开关。某些除霜功能运行预定的时间量。所有这些功能都要加热冷藏机，并且因此会将冷藏机内的任何部件都加热与使蒸发器完全除霜所必须的时间相比更长的时间段。这种冷却时间的有目的的缩短会浪费能量并且增加冷藏容器内温度的不稳定性。

根据并且更加接近从蒸发器中完全除去冰时的时间点，通过动态地终止除霜功能以节约能量并形成更加稳定、恒定的冷藏温度是有利的。

发明内容

在本发明的一个实施例中，提供了一种微处理器控制的制冷单元，其根据从制冷单元的蒸发器部件中去除累积的冰或霜时的时间点来终止除霜功能。温度传感器被设置用于测量蒸发器的温度。微处理器被设置为能够在除霜功能期间计算蒸发器内的温度改变速率，并且在温度改变速率满足预定条件或标准时终止除霜功能。

在本发明的另一个实施例中，提供了一种方法，用于根据从制冷单元的蒸发器部件中去除累积的冰或霜时的时间点来终止制冷单元内的除霜功能。在除霜功能期间，测量或者计算温度升高速率。在温度改变速率满足预定条件时，终止除霜功能。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的机械框图。

图2是根据本发明一个实施例的冷藏容器的电路框图。

图3是根据本发明一个实施例示出了运行除霜功能终止方案的流程图。

图4是根据本发明一个实施例示出了用作除霜功能终止基础的曲线图。

具体实施方式

在以下的详细说明中，相同的部件均被赋予同样的附图标记，并且为了清楚且简明地介绍本发明，某些特征可能在某种程度上以示意性的形式示出。

图1和图2示出了用于冷却容器或设备的制冷单元10。因为制冷系统是公知的，所以本发明即使不能适用于与全部的传统制冷单元，也能够适用于与大量的常规制冷单元一起工作。图1和图2是高度示意性的。本领域技术人员应该意识到本发明能够适用于在多种冷藏设备中使用，例如但不限于商用冷藏机/冷冻机组合、商用独立冷冻机、家用冷藏机/冷冻机以及便携式冷藏容器。

参照图1和图2，制冷单元10具有由压缩机马达14驱动的压缩机12、冷凝器16、由冷凝器风扇马达20驱动的冷凝器风扇18、蒸发器22以及由蒸发器风扇马达26驱动的蒸发器风扇24。马达14,20和26可以由电源34供电。任选的除霜加热器38也可以由电源34供电。制冷剂通过由管路28连接的压缩机12、冷凝器16和蒸发器22进行循环。冷藏机10的运行由处理器或可编程控制器30控制。控制器30通过控制经由继电器36的功率来调节压缩机马达12、冷凝器风扇马达20、蒸发器风扇马达26以及任选的除霜加热器38在何时运行。

在制冷期间，水蒸汽会在蒸发器温度低于正流经的空气的露点的任何时候冷凝在蒸发器22上。当蒸发器温度低于水的冰点时，蒸发器上的冷凝物即可冻结，导致有霜或冰累积在蒸发器22上。这种霜或冰的累积会遮挡蒸发器22并阻塞其周围的空气空间，造成低效的制冷过程。控制器30通过现有技术中已知的各种机制周期性地或者在必要时启动除霜功能以去除蒸发器22上累积的所有霜或冰。除霜功能必须要求停止制冷单元10的冷却操作。通常，在除霜期间，制冷单元逆向运行，目的是为了加热蒸发器22并融化所有的霜或冰。有时，电阻加热器38被单独使用或者与上述方法结合使用以给蒸发器22除霜。术语“除霜装置”被用于表示上述除霜器械和方法以及任意其他除霜器械和方法的任意组合。

控制器30具有时间测量设备或内部时钟以测量耗时。在本发明的一个实施例中，温度传感器32能够以连续的间隔记录蒸发器22的表面温度。温度读数能够被转化为电信号并电通信至控制器30。控制器30或另外的处理器被设置用于利用随时间流逝而测量的温度来计算蒸发器22内的温度改变速率。尽管图1示意性地示出了一个温度传感器32，但是也可以使用多个温度传感器32。

根据具体的冷藏机，这些传感器32可以被设置在蒸发器22的结构支撑件或制冷剂管上，原因在于在这两处位置都可能聚集有冰。例如，在使用逆循环除霜的一个实施例中，将一个或多个传感器32附接至蒸发器22的结构支撑件可能是优选的，因为加热是由制冷剂管内的流体产生，所以此处的冰融化得最迟。在例如采用电热除霜的另一个实施例中，将一个或多个传感器32附接至制冷剂管或结构支撑件或上述两处位置可能是优选的。最后，还可以设想以不同的方式安装传感器，从而能够测量蒸发器22内的制冷剂，或者能够测量流过蒸发器的空气。本领域技术人员应该意识到一个或多个温度传感器32可以在不同的位置或用不同的方法安装以测量蒸发器22内的温度。

另外参照图3，在终止除霜功能方面描述了制冷单元的运行。在除霜功能期间，控制器30监测蒸发器22的温度。根据模块102，温度传感器32测量蒸发器22的温度并将温度值提供给控制器30。温度测量不必非要直接进行。可以直接测量蒸发器22的能够与温度相关的并能用来指示蒸发器22何时近似达到水的冰点的另一种物理特性。例如，也可以测量蒸发器22内的压力并利用其来指示蒸发器22的温度。测量蒸发器22的作为温度的代替物的另一种物理特性，如在此所述，也被认为是“测量温度”。

根据决策模块104，在温度近似达到水的冰点时，控制器30根据步骤106开始计算温度改变速率。该速率可以在此位置之前就进行计算，但是前进至步骤110需要蒸发器22的温度已经近似达到水的冰点。而且，不必非要直接比较测量温度来确定蒸发器22是否已经近似达到水的冰点。这种确定可以用其他方式进行。例如，可以使用蒸发器22内近似在水的冰点下发生的正温度改变速率的减小来确定蒸发器22何时近似达到水的冰点。以下将参照图4来介绍这种概念。根据决策模块108，控制器30继续接收温度读数并计算温度改变速率，直到速率满足预定条件或标准为止。该条件可以被编程写入控制器30内。一旦条件得以满足，如图3中的模块110所示，控制器就通过恢复制冷单元10的正常运行来终止除霜功能。通过这种方式的终止除霜功能，终止温度会漂移。与基于线圈的预定温度或者预定的时间长度的终止不同，终止是取决于冰融化的实际时间点。

图4中的示意性曲线图示出了预先确定条件幕后的原理。该条件是以与速率有关的特质为基础，蒸发器22的温度在冰和霜融化脱离蒸发器22时以及之后以该速率升高。在制冷期间，蒸发器22运行在明显低于水的冰点的温度下。在除霜期间，当蒸发器22上存在有冰时，蒸发器22被向着水的冰点加热。当蒸发器22达到水的冰点时，如果仍然有冰存在，那么蒸发器温度升高的正速率就减小。当蒸发器22上存在有冰时，速率的改变可能很突然的。这种明显的事件可以被用于标记蒸发器近似达到水的冰点的时间点。速率保持为减小的状态，直到绝大部分或者全部的冰和霜都融化为止。因为这种速率改变，所以除了标记蒸发器22的实际温度以外，标记倾斜段200和210处的速率之间的速率减小或者差异也可以被用于确定温度何时达到水的冰点的时间点。

例如如果速率改变是能够被识别和辨别的，那么速率改变就是明显的。速率改变的特征可以根据系统的构造而变化，尤其因为该构造与系统的传热特质有关。例如，使用较高功率的电阻加热器38能够加快融化速率并且在蒸发器22达到水的冰点时影响显著的速率改变。或者在另一种情况下，温度升高速率在其暂停在该冰的温度之前和之后的稳定性可能会根据系统构造而有所变化。因此，如果速率改变是能够识别的，并且特别是如果能够将其与稳态下的任何正常波动区别开的，那么速率改变就是明显的。本领域技术人员能够想出识别和辨别速率改变的各种方式。

在蒸发器温度接近蒸发器上冰的温度之后，速率保持低值，直到绝大部分或全部的冰融化为止。图4通过一段时间上的平坦曲线反映出温度改变的这种明显暂停。同样，暂停可以改变，该时间进一步取决于蒸发器上有多少冰。暂停是明显的，因为它是可检测和可辨别的。在暂停结束时，此时冰和霜已经绝大部分或者全部融化，温度的升高就得以恢复。温度改变速率会出现一个快速的增大。这就是应该终止除霜功能的时间点。与蒸发器温度接近水的冰点时的下降类似，增大也明显的。

这种原理可以被用于预先确定条件，控制器依赖于该条件来终止除霜功能。关于预先确定终止条件，在一个实施例中，预先确定冰完全融化之后的速率增加到的值并将其编程写入控制器30内。当测量速率达到或者超过预定速率时，就终止除霜功能。在另一个实施例中，将温度改变速率的最小加速度编程写入控制器内。当满足最小加速度时，控制器就终止除霜功能。而在另一个实施例中，检测温度升高的暂停并将其用于终止除霜功能。例如，预定条件可以是在一定的时间长度内检测到速率的暂停或中断。在另一个实施例中，由倾斜段210和220表示的速率之间的差异被用于确定何时终止除霜功能。如图4中所示，构想依赖于温度改变速率的其它替代项，本领域技术人员将认识到这些替代项是等价的并且落在本发明保护范围之内。

在另一种情况下，如果蒸发器22在除霜功能期间被加热时达到了水的冰点，并且仅存少量的冰或者已没有冰存在(也就是说冰已经全部或者几乎全部融化)，那么蒸发器温度升高的速率可能会没有改变、有很小的改变、有不明显的改变或者有非常短暂的改变。从倾斜段200通过230到240的过渡示出了在蒸发器温度接近冰超过水的冰点时存在有非常少量的冰的情况。斜率在短时间段内进行调节。从倾斜段200到250的过渡示出了没有冰存在的情况。温度升高的速率没有改变或者几乎没有改变。在速率改变不明显、不可测或者无意义的情况下，那么就仍然将蒸发器22的测量温度用于确定蒸发器22是否已经达到水的冰点。然后，温度升高速率必须要满足以信号通知控制器30终止除霜功能的预定条件应该是在蒸发器近似达到水的冰点之后没有任何明显或可测的改变。

本领域技术人员能够想出处于本发明保护范围内以及与之相符的制冷单元的可选实施例。例如，一个这样的实施例可以是将以上公开的基于温度改变速率的除霜功能终止与时间敏感的终止特征相结合。也就是说，作为用于避免制冷单元长时间加热几率的安全机构，控制器可以被编程为如果超过了一定的时间限制或者如果蒸发器22超过了一定的温度或压力就终止除霜功能。其他的示例包括增加现有技术中已知的故障保护，用于即使在一个或多个部件或零件例如一个或多个温度传感器无法工作的情况下也能确保制冷单元和除霜功能的运行。

写就的本说明书利用示例公开了包括最佳模式在内的本发明，并且也使任何本领域技术人员都能够实现和使用本发明。本发明的专利保护范围由权利要求确定，并且可以包括本领域技术人员可预见的其他示例。这些其他的示例，只要它们具有的结构元件与权利要求的字面语言没有不同，或者只要它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等同结构元件，那么就都应该被认为是落在权利要求的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种制冷单元，包括：

蒸发器；

用于给所述蒸发器除霜的除霜装置；

与所述蒸发器可测量连接的至少一个温度传感器；以及

通信连接至所述至少一个温度传感器的至少一个控制器，其中所述至少一个控制器被设置用于在温度近似达到水的冰点时开始计算温度升高的速率并且在所述速率表现出预定标准时终止所述除霜装置的运行。

2.如权利要求1所述的制冷单元，其中所述预定标准是预定速率。

3.如权利要求1所述的制冷单元，其中所述预定标准是明显增大。

4.如权利要求1所述的制冷单元，其中所述至少一个控制器被进一步设置用于确定所述温度已经升高至水的冰点时的时间点。

5.如权利要求4所述的制冷单元，其中所述预定标准是所述时间点之后的预定速率。

6.如权利要求4所述的制冷单元，其中所述预定标准是所述时间点之后的明显增大。

7.如权利要求4所述的制冷单元，其中所述预定标准在所述时间点开始的规定时间长度之后没有明显增大。

8.如权利要求1所述的制冷单元，其中所述预定标准是明显减小之后的明显增大。

9.一种用于终止冷藏机除霜功能的方法，所述方法包括：

启动用于给制冷单元内的蒸发器除霜的功能；

在用于给所述蒸发器除霜的所述功能期间测量所述蒸发器的温度；

在温度近似达到水的冰点时开始计算所述蒸发器的温度改变速率，所述计算以所测量的温度为基础；以及

在所述温度改变速率表现出规定标准时终止除霜功能。

10.如权利要求9所述的方法，进一步包括确定所述蒸发器的所述温度近似达到水的冰点温度时的第一时间点的步骤。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述时间点通过所述温度改变速率的明显下降确定。

12.如权利要求9所述的方法，其中所述规定标准是预定值。

13.如权利要求9所述的方法，其中所述规定标准是明显增大。

14.如权利要求10所述的方法，其中所述规定标准是在所述时间点开始的规定时间段之后没有明显增大。

15.如权利要求9所述的方法，其中所述测量步骤在一段时间长度上以连续的间隔进行。

16.如权利要求9所述的方法，其中所述计算步骤在一段时间长度上以连续的间隔进行。

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