CN104583696A - 具有自动除霜的制冷器具 - Google Patents

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Abstract

制冷器具、尤其是家用制冷器具，其具有包括压缩机(2)、蒸发器(8)和处于所述压缩机(2)的出口(3)和所述蒸发器(8)的入口之间的阻截阀(6)的制冷剂回路(1)、用于所述蒸发器(8)的除霜的加热装置(23)和控制单元(22)，所述控制单元(22)设置用于，通过在所述阻截阀(6)关闭的情况下运行所述压缩机(2)来为所述蒸发器(8)的除霜做准备。

Description

具有自动除霜的制冷器具
本发明涉及一种制冷器具、尤其是家用制冷器具，具有自动除霜的蒸发器。
在运行的过程中，湿气在制冷器具的蒸发器上冷凝，所述湿气可能增大成对蒸发器隔热的霜层。这样的层显著地损害制冷器具的能效。因此，长时间以来已知，制冷器具的蒸发器配有加热装置，时不时地运行所述加热装置用于给所述霜层除霜。经常，该除霜加热装置的控制耦合到运行小时计数器上，以便分别根据压缩机的运行小时的规定的数量使蒸发器除霜。因此，仅在压缩机运行期间能够出现用于除霜的条件，这具有后果：自动除霜通常紧接蒸发器的运行阶段。
在该时间点，蒸发器包含相当大的数量的液态制冷剂，所述液态制冷剂在除霜时必须共同加热。在此，液态制冷剂绝大部分转变成蒸汽形式的状态。之前被消耗用于使制冷剂液化的能量因此大量地未加利用地损耗。取而代之地，需要相当大数量的加热能量，以便使制冷剂蒸发。由于为了引入所述加热能量所需要的时间，除霜过程被无效地延长。
虽然可避免这样的无效的能量利用，其方式是，在关断压缩机和接通除霜加热装置之间等待一个时间段过去，在所述时间段中可以通过吸收来自制冷器具的冷格的热来蒸发液态制冷剂，但是，在此出现这个问题：在液态制冷剂的蒸发同时也又加热所述冷格。因此，压缩机的关断和除霜加热装置的接通之间的等待时间越长，虽然在除霜时必须被蒸发的液态制冷剂的残余量越小，但是这样的可能性也越大：在冷格重新具有冷却需求的时间点时除霜过程还未终止并且因此或者必须提早中断除霜或者必须忍受冷格的非所愿的加热。
已知这样的制冷器具，所述制冷器具的制冷剂回路在压缩机的出口和蒸发器的入口之间包括阻截阀。这样的阻截阀以常规的方式用于，在压缩机的关停阶段维持在压缩机运行期间所建立的、压缩机输出端和蒸发器之间的压力差。
普遍地，本发明的任务在于，改进制冷器具的能效。该任务尤其在于，避免效率损失，所述效率损失归因于在给蒸发器除霜时对制冷剂的不必要的加热。
该任务得以解决，其方式是，在制冷器具、尤其是家用制冷器具中，其具有包括压缩机、蒸发器和处于压缩机的出口和蒸发器的入口之间的阻截阀的制冷剂回路、用于蒸发器的除霜的加热装置和控制单元，所述控制单元设置用于，为蒸发器的除霜做准备，其方式是，在阻截阀关闭的情况下运行压缩机。当压缩机在阻截阀关闭的情况下运行时，压缩机在蒸发器中产生低压，所述低压有利于使包含在蒸发器中的液态制冷剂蒸发。因为在蒸发时出现的蒸汽被压缩机抽吸，在压缩机的足够运行时间之后，在蒸发器中仅包含非常小的制冷剂残余量。因此，最多还必须耗费加热装置的功率的小的一小部分来加热制冷剂，并且，加热功率的较大部分可供霜层的除霜使用。因为缩短了用于除霜所必需的时间，由除霜所引起的、引入到制冷器具的存放室中的热输入也变少，这也对效率有利。
压缩机在阻截阀的关闭和加热装置的接通之间的运行时间应足够长，以便显著地降低蒸发器中的制冷剂的量。因此，通常，运行时间应不低于2分钟。
替代地，压缩机在阻截阀的关闭和加热装置的接通之间的最少运行时间也可以由这样的考虑推出：由压缩机所输送的体积应足以用于从所述蒸发器中清除制冷剂的在阻截阀关闭的情况下在蒸发器中所包含的重要部分。因此，例如，作为制冷剂扩散的丁烷的蒸汽压力在蒸发器的典型温度下为大约0.5巴，并且气态状态下和液态状态下的密度之间的比例关系为大约1：400。如果当阻截阀关闭时蒸发器完全以液态制冷剂充注，(如果不低于0.5巴的压力)则压缩机的相当于蒸发器容积的400倍的输送体积因此必须足以泵吸这样多的制冷剂，使得仅还有气态的制冷剂留在蒸发器中。因为蒸发器总是仅一小部分以液态制冷剂充注，所输送的、蒸发器容积的至少50倍、更好还至少100倍的体积应足以消除包含在蒸发器中的液态制冷剂的如果不是全部则至少也是大部分，并且因此显著地降低蒸发器的热容量。
在加热装置处于运行中期间，阻截阀应保持关闭，由此，蒸发器不由于制冷剂在其中的流入和膨胀而被冷却。
在加热装置的关断和压缩机的随后接通之间，这可以是符合目的的：打开阻截阀，以便降低压缩机的入口和出口之间的压力差并且因此使蒸发器的起动变容易。
通常优选，使用被转速调节的压缩机用于根据本发明的制冷器具，因为它能够也抵抗其入口和出口之间相当大的压力降而起动。如果压缩机设计用于抵抗压力差起动，所述压力差在压缩机的其中加热装置已不运行的关停阶段之后存在于制冷剂回路的高压区域和低压区域之间，则至少能够在这样的关停阶段之后省去阻截阀的打开。
因为高压区域和低压区域之间的压力差通常在除霜之后还比在没有除霜的情况下压缩机的普通关停阶段之后大，在使用能够在普通关停阶段之后抵抗所述压力差而起动的压缩机情况下，也可以符合目的的是，在除霜之后在压缩机的起动之前降低所述压力差并且为此在压缩机的起动之前打开所述阻截阀至少短的时间。
已知的是，制冷器具的控制单元与温度传感器连接，由此，所述控制单元可以在低于温度的第一极限值时关断压缩机。如果在除霜紧之前虽然控制单元在低于该极限值的情况下关闭阻截阀但是继续运行压缩机，以便从蒸发器抽吸液态制冷剂，则这导致蒸发器比在普通运行时强烈地冷却。这样低的温度对于制冷器具中的冷却物的可保存性来说通常没有好处。制冷剂的伴随低蒸发器温度的低蒸汽压力使得需要长时间运行压缩机，以便从蒸发器中消除制冷剂。因此，符合目的地，如果低于所述温度的高于第一极限值的第二极限值，则控制单元在压缩机除霜之前关闭阻截阀。可以符合目的地这样选择所述极限值之间的差，使得通过在关闭阻截阀之后运行压缩机来至少大致达到温度的第一极限值。
可加热的蒸发器尤其在无霜制冷器具中是常用的，在所述无霜制冷器具中，蒸发器安装在与制冷器具的存放室分开的蒸发器室中并且通风机使空气在存放室和蒸发器室之间循环，以便冷却存放室。即使当在阻截阀被关闭的情况下运行压缩机时，这样的通风机也应符合目的地处于运行中，由此存放室的在抽吸制冷剂时所产生的冷可以是有利的。
通风机也能够在压缩机的关断和加热装置的随后接通之间的时间段内处于运行中，以便在加热装置投入运行之前还将尽可能多的热从存放室供入到蒸发器室。
此外，该任务通过用于运行制冷器具的方法来解决，所述制冷器具包括具有压缩机、蒸发器和处于所述压缩机的出口和所述蒸发器的入口之间的阻截阀的制冷剂回路，该方法具有以下步骤：
-在阻截阀关闭的情况下运行压缩机；
-关断压缩机；和
-加热蒸发器。
本发明的其他特征和优点根据实施例的以下描述参考附图清楚得知。由这些描述和附图也得知实施例的在权利要求中未提及的特征。这些特征也能够以和这里特别公开的组合不同的形式出现。因此，多个这样的特征在相同的句子中或以其他的上下文相互关系提及的事实并不得出这样的结论：这些特征仅能够以特别公开的组合出现；取而代之，原则上认为，只要本发明的功能性不存在问题，则在多个这样的特征中也能够去掉或略改变个别特征。附图示出：
图1根据本发明的制冷器具的制冷剂回路的方框图；
图2根据本发明的制冷器具的示意性剖面，和
图3制冷器具的不同的运行变量在时间上的发展。
图1示意性地示出根据本发明的家用制冷器具的制冷剂回路1。压缩机2具有出口3，在该出口上前后相继地连接有液化器4、框式加热装置5、阻截阀6、毛细管7和蒸发器8。蒸发器8的出口9连接到压缩机2的入口10上。整个制冷剂回路1可以分为高压区域11和低压区域12，所述高压区域在压缩机2普通运行的情况下从压缩机的出口3延伸至毛细管7并且当压缩机2关断并且阻截阀6关闭时延伸至阻截阀，所述低压区域从毛细管7或者说阻截阀6延伸至压缩机2的入口10。
图2以示意性横截面示出以制冷剂回路1装备的制冷器具13。所述制冷器具为无霜结构类型的器具，即，由本体14和铰接在本体上的门15构成的隔热壳体的内室被中间壁16分成用于冷却物的存放室17和接收所述蒸发器8的蒸发器室18。蒸发器室18通过其朝向门15的一侧上的进入开口19和在本体14的背壁上延伸的分配通道20与存放室17连通。为了驱动室17，18之间的空气交换，设置有通风机21。电子控制单元22借助于内部的计时器以及借助于布置在存放室17或者说蒸发器8上的温度传感器24，25来控制通风机21、压缩机2和安装在蒸发器8上的电加热装置23的运行。
参照图3的曲线图解释控制单元22的工作方式。曲线TL示出存放室17的由温度传感器24所感测的温度随着时间t的变化曲线。该温度首先缓慢升高，直到该温度在时间t1时达到接通阈值T3。如在表明压缩机2的运行状态的曲线V上可看出，这导致压缩机2在时间t1时接通。由在t1之前、在压缩机2被关断的情况下不变的曲线BSZ直观地示出，内部的运行小时计数器现在开始线性地增长。阻截阀6自时间点t1起打开，所述阻截阀的状态由曲线A示出，并且由曲线F示出的通风机21接通。
通过压缩机2的运行冷却蒸发器8，在蒸发器8上被冷却的空气被通风机21促进到存放室17中，并且在所述存放室处被温度传感器24所感测的温度下降，直到在时间点t2时达到下极限温度T1。这导致压缩机2的切断(见曲线V)、导致阻截阀的阻断(曲线A)并且导致通风机21的切断(曲线F)。运行小时计数器BSZ保持处于在时间t2时所达到的值上。
此后，存放室17中的温度重新升高，直到它在时间t3时又达到上极限温度T3。控制单元22又接通压缩机2和通风机21并且打开阻截阀6。运行小时计数器BSZ继续升高，直到在时间点t4时重新达到下极限温度T1并且压缩机2和通风机21又被关断并且阻截阀6被关闭。
在时间t5时又一次达到上极限温度T3，并且接通压缩机2。这之后短时间地，在时间点t6时运行小时计数器达到极限值BSZmax，控制单元22由此识别出，有必要对蒸发器8除霜。
感测运行小时数作为用于除霜必要性的判断标准基本上具有优点：可以简单和价格便宜地实现。为了实现对蒸发器8上的冰量的较准确的估计，还可以考虑，有多少空气湿气到达存放室17中，例如，其方式是，感测门15的打开并且对于门的每次打开将运行小时计数器BSZ增加确定的数量，或者使运行小时计数器的升高速度在压缩机2运行时与自压缩机2的上个运行阶段起发生的门打开的次数有关。例如以光学的途径、例如借助于光栅直接感测蒸发器8上的冰层厚度也在考虑之列。
在控制单元22在时间点t6时已识别出需要除霜之后，控制单元开始将被温度传感器24所感测的温度TL与处于T3和T1之间的极限温度T2相比较。在这里所考虑的情况下，TL在时间点t6时还处于T2之上。一旦在时间点t7时低于T2，控制单元22关闭阻截阀6，而压缩机2和通风机21还继续运行数分钟。在时间点t7之后不再有制冷剂流入到蒸发器8中，可能导致，如曲线TL示出的，温度的下降变慢。然而，因为在阻截阀6关闭的时间点t7时蒸发器8包含液态的制冷剂，温度TL也在t7之后还继续下降。
在阻截阀6关闭和压缩机2关断之间的时间段[t7，t8]可以具有固定的预先给定的长度，在考虑压缩机2的体积通量(Volumendurchsatzes)和在时间点t7时可预见地包含在蒸发器8中的液态制冷剂量的情况下，这样计算该长度，使得该长度足够用于至少从蒸发器8中抽吸制冷剂的呈蒸汽形式的主要部分。因此，在这种情况下，温度TL可以在蒸发器关断的时间点t8时不同于极限温度T1。但是，也可以考虑，这样选择T2，使得为了从T2冷却到T1可推测地需要的时间大致足够用于蒸发所述蒸发器8中的液态制冷剂，并且保持将极限温度T1的到达作为用于蒸发器8关断的判断标准。
这种情况可能出现：在运行小时计数器达到极限值BSZmax的时间点t6时，存放格17中的温度已经比T2低。在这种情况下，控制单元22可以在达到极限值BSZmax的同时关闭阻截阀6；固然，如果压缩机2此时继续运行足够长时间，以便基本上消除蒸发器8中的液态制冷剂，则存放格17中的温度可能下降到T1之下。这能够被避免，其方式是，在这种情况下，普通地终止压缩机2的运行阶段，即，在达到温度T1时关断压缩机并且阻截阀6到那时保持打开，并且在在压缩机2的下一个运行阶段中才发生转换到与T2的比较和在达到该温度时阻截阀的关闭。
在这里，运行小时计数器BSZ与关断压缩机8在时间t8时同时被归零。如果愿意，通风机21还可以后续鼓吹短的时间，直到t9。然后，通风机也关断并且加热装置23接通，如由图3中的曲线H所示。
加热装置23处于运行中的时间段[t9，t10]的持续时间可以固定地预先给定；替代地，可以选择一个时间点作为加热装置23的关断时间点t10，在该时间点上，由温度传感器25在蒸发器8上所感测的温度的升高表明，所述蒸发器完全被除霜。
蒸发器8在除霜之前的空泵导致，如果在时间点t11时存放室17中的温度TL在除霜之后第一次又升高到T3，从而压缩机2必须运行，则制冷剂回路1的高压区域11和低压区域12之间的压力差比压缩机8的普通运行阶段、例如时间段[t1，t2]或者说[t3，t4]之后高。在被转速调节的、性能足以用于抵抗在普通停机阶段之后例如在时间点t1，t3或t5时所存在的压力差而起动的压缩机2中，这样高的压力差本身可以导致起动困难。这能够排除，其方式是，在每次除霜之后首先在时间点t11时打开阻截阀6(见曲线A)并且随后具有短的延迟地在时间点t12时起动压缩机2，所述延迟应不足以完全撤消区域11，12之间的压力差。
参考标记列表
1 制冷剂回路
2 压缩机
3 出口
4 液化器
5 框式加热装置
6 阻截阀
7 毛细管
8 蒸发器
9 出口
10 入口
11 高压区域
12 低压区域
13 制冷器具
14 本体
15 门
16 中间壁
17 存放室
18 蒸发器室
19 进入开口
20 分配通道
21 通风机
22 控制单元
23 加热装置
24 温度传感器
25 温度传感器
TL 存放室17的温度
BSZ 运行小时计数器的状态
V 压缩机2的运行状态
A 阻截阀6的运行状态
F 通风机21的运行状态
H 加热装置23的运行状态

Claims (10)

1.制冷器具、尤其是家用制冷器具，其具有包括压缩机(2)、蒸发器(8)和处于所述压缩机(2)的出口(3)和所述蒸发器(8)的入口之间的阻截阀(6)的制冷剂回路(1)、用于所述蒸发器(8)的除霜的加热装置(23)和控制单元(22)，其特征在于，所述控制单元(22)设置用于，通过在所述阻截阀(6)关闭的情况下运行所述压缩机(2)来为所述蒸发器(8)的除霜做准备。
2.根据权利要求1所述的制冷器具，其特征在于，所述压缩机(2)的在所述阻截阀(6)的关闭(t7)和所述加热装置(23)的接通(t9)之间的运行时间([t7，t8])为至少2分钟。
3.根据权利要求1所述的制冷器具，在所述阻截阀(6)的关闭(t7)和所述加热装置(23)的接通(t9)之间由所述压缩机(2)输送的体积至少为所述蒸发器(8)的容积的50倍、优选100倍。
4.根据前述权利要求中任一项所述的制冷器具，其特征在于，所述控制单元(22)设置用于，使所述阻截阀(6)在所述加热装置(23)的运行([t9，t10])期间保持关闭。
5.根据前述权利要求中任一项所述的制冷器具，其特征在于，所述控制单元(22)设置用于，在所述加热装置(23)的关断(t10)和所述压缩机(2)的随后的接通(t12)之间打开所述阻截阀(6)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的制冷器具，其特征在于，所述压缩机(2)设计用于，抵抗压力差起动，所述压力差在所述压缩机(2)的关停阶段之后存在于所述制冷剂回路(1)的高压区域(11)和低压区域(12)之间，所述加热装置(23)在所述关停阶段中已不运行。
7.根据前述权利要求中任一项所述的制冷器具，其特征在于，所述控制单元(22)与温度传感器(24)连接并且设置用于，在低于由所述温度传感器(24)所感测的温度(TL)的第一极限值(T1)时关断所述压缩机(2)，并且，当低于所述温度的高于所述第一极限值(T1)的第二极限值(T2)时，在所述蒸发器(8)的除霜之前关闭所述阻截阀(6)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的制冷器具，其特征在于，所述蒸发器(8)安装在与所述制冷器具(13)的存放室(17)分开的蒸发器室(18)中并且所述控制单元(22)设置用于，当在阻截阀(6)关闭的情况下所述压缩机(2)处于运行中时，使布置用于使空气在所述存放室(17)和所述蒸发室(18)之间循环的通风机(21)运行。
9.根据权利要求8所述的制冷器具，其特征在于，所述通风机(21)在所述压缩机(2)的关断(t8)和所述加热装置(23)的接通(t9)之间的时间段([t8，t9])内处于运行中。
10.用于运行制冷器具的方法，所述制冷器具包括具有压缩机(2)、蒸发器(8)和处于所述压缩机(2)的出口(3)和所述蒸发器(8)的入口之间的阻截阀(6)的制冷剂回路(1)，该方法具有以下步骤：
-在所述阻截阀(6)关闭的情况下运行([t7，t8])所述压缩机(2)；
-关断所述压缩机(t8)；和
-加热([t9，t10])所述蒸发器(8)。
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