CN110476028A - 制冷器具和用于其的运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制冷器具，包括至少一个第一和第二温度区(1，2)和一个制冷剂回路，该制冷剂回路包括压缩机(10)、用于冷却所述第一温度区(1)的第一蒸发器(6)和用于冷却所述第二温度区(2)的第二蒸发器(7)。所述第一蒸发器(6)在所述制冷剂回路中串行地连接在所述第二蒸发器(7)后面，并且在所述制冷剂回路中在所述第一蒸发器(6)前面和所述第二蒸发器(7)后面连接有可控的节流部位(21)。设置有压缩机调节器(29)，所述压缩机调节器根据所述第一温度区(1)的温度控制所述压缩机(10)的转速。

Description

制冷器具和用于其的运行方法

技术领域

本发明涉及一种具有多个温度区的制冷器具，尤其家用制冷器具，还涉及一种用于运行这样的制冷器具的方法。

背景技术

从DE 10 2013 226 341A1已知一种具有第一和第二温度区的制冷器具，在该制冷器具中，制冷剂回路包括压缩机、用于冷却第一温度区的第一蒸发器和与第一蒸发器串行连接且用于冷却第二温度区的第二蒸发器，并且，在制冷剂回路中在每个蒸发器前面连接有可控的膨胀阀。

在这种已知的制冷器具中，如果在一个温度区中存在未被满足的冷却需求，则在置于该温度区的蒸发器前面的可控膨胀阀上增强节流，使得所涉及的蒸发器中的蒸发温度下降。另一方面，为了防止这种措施也对在制冷剂回路中连接在后面的其它蒸发器产生影响，降低连接在所涉及的蒸发器后面的膨胀阀中的节流，使得串行地连接的膨胀阀的节流保持不变：因此，制冷剂回路中的制冷剂的质量流总体上也保持不变，使得必须对其它温度区必须截留以此方式在所涉及的温度区中附加地提供的冷却功率。如果后来在另外的温度区中发生未被满足的冷却需求，则可用的冷却功率又被重新分配，这导致不希望的温度波动。由于冷却功率的重新分配，不可能考虑所有温度区的变动的冷却需求，所述变动的冷却需求在实践中不可避免地由于制冷器具周围环境的温度变化而产生。

发明内容

本发明的任务在于，扩展从DE 10 2013 226 341A1已知的类型的制冷器具或者说建立一种用于运行制冷器具的方法，所述制冷器具和所述方法使得能够实现不同温度区的简单且稳定的温度控制。

一方面，该任务的解决方式是：一种制冷器具，具有至少一个第一和第二温度区、一个制冷剂回路，该制冷剂回路包括压缩机、用于冷却第一温度区的第一蒸发器和用于冷却第二温度区的第二蒸发器，其中，第一蒸发器在制冷剂回路中串行地连接在第二蒸发器后面，并且在制冷剂回路中在第一蒸发器前面和第二蒸发器后面连接有可控的第一节流部位，设置有压缩机调节器，所述压缩机调节器根据第一温度区的温度控制压缩机的转速。因为压缩机调节器不考虑不同于第一温度区的其它温度区的温度，所以压缩机调节器可以保持非常简单。第一蒸发器中压缩机转速的改变直接影响被抽吸的蒸汽的量并因此影响在那里的蒸发速率，而可控的第一节流部位导致，在第二蒸发器连接于第一蒸发器前面的情况下流出的制冷剂体积的改变明显较小。虽然由于转速改变而改变的制冷剂流入导致第二蒸发器中的液态制冷剂的量随着时间改变，然而，聚集在第二蒸发器中的液态制冷剂的量不具有对蒸发速率的影响；因此，第二温度区的温度在控制压缩机时可以不被考虑。

在第一温度区中高于应有温度时，压缩机调节器应提升压缩机的转速，以便因此提高第一蒸发器中的蒸发速率，而在低于应有温度时应通过降低压缩机的转速来抑制第一温度区中的蒸发速率。

如从以上的描述得出，压缩机的转速改变不适合用于消除第二温度区中的温度应有值偏差。为此目的，节流调节器可以设置我用于，在第二温度区中高于应有温度时提升可控的第一节流部位的打开程度，而在第二温度区中低于应有温度时降低可控的第一节流部位的打开程度。节流调节器调节第二蒸发器的流出，以此方式，节流调节器以与压缩机对第一蒸发器所做的类似的方式影响第二蒸发器中的蒸发速率。在这里也适用：通过可控的节流部位的打开或者缩窄提高或者减少的液态制冷剂到第一蒸发器的流入虽然影响存储在第一蒸发器中的液态制冷剂的量，但几乎不影响其蒸发条件。

正如压缩机调节器在确定压缩机转速时可以不考虑第二温度区的温度那样，第一节流调节器在控制第一节流部位时可以不顾及第一温度区的温度。

第一节流调节器应设置为用于，在第二温度区中高于应有温度时提升可控的第一节流部位的打开程度并且在在第二温度区中低于应有温度时降低可控的第一节流部位的打开程度。当例如第一节流调节器提升可控的第一节流部位的打开程度时，则第二蒸发器中的压力下降，并且因此其温度也降低，从而第二温度区如所希望的那样强烈地被冷却；反之，当可控的第一节流部位的打开程度提高时第二蒸发器的压力和温度上升。

为了实现打开程度与改变的条件的快速适配，第一调节器应是比例调节器，优选是PI调节器，也就是说，由第一调节器引起的打开程度改变应包含与实际温度和应有温度之间的偏差成比例的项并且优选还包含与该偏差的持续时间成比例的项。

第二温度区应具有温度传感器，该温度传感器连接在第一节流调节器的输入端上。进一步的测量参量对于可控的第一节流部位的控制不是必要的；也就是说，该输入端可以是第一节流调节器的唯一的接收测量参量的输入端。

压缩机调节器可以耦合到第一节流调节器上并且设置为用于，在可控的第一节流部位的打开程度增大时提升转速而在可控的第一节流部位的打开程度减小时降低转速。因而，在改变了的可控第一节流部位打开程度还完全没有对第一蒸发器的冷却功率发生影响的那个时间点，已经可以进行压缩机转速的前瞻性适配。

压缩机调节器也可以是比例调节器或者PI调节器。

本发明的原则可以扩展到不确定数量的、串行地连接的蒸发器上，其方式是，例如用于给第三温度区调节温度的第三蒸发器在制冷剂回路中经由可控的第二节流部位连接在第二蒸发器前面并且设置第二节流调节器，以便与第二温度区的温度无关地根据第三温度区的温度控制可控的第二节流部位的打开程度。

当然，压缩机调节器也可以耦合到第二节流调节器上，以便在确定压缩机转速时考虑可控的第二节流部位的打开程度的改变。

用于控制第二节流部位的第二节流调节器可以完全独立于第一节流调节器和压缩机调节器地工作。在实践中，虽然节流调节器和压缩机调节器都可以作为软件在相同的处理器上实现；但它们相互间的不相关性表现在：两者既不访问相同的温度传感器，其中一个调节器也不使用另一调节器的输出数据作为输入参量。

在压缩机的压力接头和蒸发器之间可以设置有处于上游的、可控的节流部位。为了控制制冷剂在蒸发器和制冷剂回路的高压区段之间的分配，可以根据第一蒸发器上的温度落差控制该节流部位的打开程度。为此所使用的分配调节器又可以在上面所阐明的意义上与第一、第二和可能的另外的调节器无关。

为了蒸发器和配属的温度区之间的有效热转移，蒸发器中的至少一个可以配属有用于驱动扫过蒸发器表面的空气流的通风机。

为了控制温度区中的空气湿度，该通风机能够在至少两种具有不同转速的运行模式之间切换。这些模式中的一种可以是具有高转速的运行，该运行使温度区和蒸发器之间的温度差保持小并且与之相应地仅导致在蒸发器上翻转的空气的低的除湿。在这种模式中相对高的蒸发器温度虽然使得能够实现有效制冷，但由于高的通风机功率而不能达到理想的效率。在第二模式中，通风机可以关断或者以低转速运行，从而蒸发器达到低的温度，该低的温度虽然通常也不具有理想的能效，但引起强烈的空气除湿。在一种另外的模式中，通风机可以以中等转速运行，以便优化器具的能效。

此外，所述任务通过一种用于运行具有至少一个第一和第二温度区、一个制冷剂回路的制冷器具的方法解决，所述制冷剂回路包括压缩机、用于冷却第一温度区的第一蒸发器和用于冷却第二温度区的第二蒸发器，其中，第一蒸发器在制冷剂回路中串行地连接在第二蒸发器后面并且在制冷剂回路中在第一蒸发器前面和第二蒸发器后面连接有可控的第一节流部位，在该方法中，测量第一温度区的温度并且与第二温度区的温度无关地根据第一温度区的温度控制压缩机的转速。

可以根据第二温度区的所测量的温度控制可控的第一节流部位的打开程度。

此外，压缩机的转速还可以在可控的第一(或者，如果存在的话，第二)节流部位的打开程度增大的情况下提升并且在同一可控的节流部位的打开程度减小时降低。为此不需要通过压缩机调节器进行第二温度区的温度的测量以便实施本方法，压缩机调节器可以访问第一(或者必要时第二)节流调节器发送给配属的可控的节流部位的控制信号。

附图说明

从参照附图对实施例的说明中得出本发明的另外的特征和优点。附图示出：

图1根据第一构型的本发明制冷器具的示意性示图；

图2制冷器具的调节器的工作方法的流程图；

图3制冷器具的改变后的细节；

图4与图1类似的根据第二构型的示图；和

图5压缩机调节器的工作方法的流程图。

具体实施方式

图1示意性地示出根据本发明第一构型的制冷器具。该制冷器具为组合器具并且包括多个典型地呈壳体5中的分别可由一个门关闭并且由阻热的壁相互分隔开的存放格形式的温度区1，2，3，4。

每个温度区1，2，3，4具有蒸发器6，7，8或者9，所述蒸发器在制冷剂回路中与压缩机10和液化器11连接。至少两个蒸发器、在这里是蒸发器6，7，8沿着制冷剂管路12的支路13串行地连接；制冷剂管路12可以如所示出地具有另外的、平行于支路13的支路14，支路14对另外的蒸发器、在这里是蒸发器9进行供给。

每个蒸发器6，7，8，9和液化器11分别与用于提高热交换功率的通风机25组合。

温度区1，2，3，4可以以已知的方式分别划分为存放格和接收蒸发器6，7，8或者9的蒸发器室，其中，通风机25驱动存放格和蒸发器室之间的空气交换。

为了能够使存放格保持在其应有温度上而在蒸发器和由该蒸发器冷却的存放格之间必须存在的温度差与存放格和蒸发器室之间的空气交换的程度有关。如果该程度小，则蒸发器温度必须低，并且因为维持低的蒸发器温度需要压缩机11的高功率，所以器具的能效被限制。从存放格到达蒸发器室中的水蒸气由于低的蒸发器温度而几乎完全在蒸发器上凝聚，使得存放室中的空气湿度低。反之，如果通风机25导致强的空气交换，则蒸发器和存放格之间的温度差可以保持小。对压缩机10的功率的要求就降低，而更多的能量被消耗用于风机25的运行。由于小的温度差，在蒸发器上的冷凝也少，并且可以在存放室中维持高的空气湿度。在这两种极端情况之间存在效率优化的运行模式，在所述运行模式中，不但压缩机10的功率而且通风机25的功率都小，但不是最小，并且它们的功率总和达到最小值。可以设置，使用者可以针对每个温度区1，2，3或者4选择这些运行模式中的一个。

制冷剂管路12的高压区段15从压缩机10的压力接头16经由液化器11和这里的分支点17延伸至上游节流部位18，19。上游节流部位18，19具有不可变的流动阻力。所述上游节流部位在这里分别以已知的方式由毛细管构成，所述毛细管通到蒸发器8或者9中。

在蒸发器8的下游依次连接有可控节流部位20、蒸发器7、另一可控节流部位21和蒸发器6。因为制冷剂管路12中的压力在每个节流部位18，20，21之后下降，所以在温度区1，2，3中温度区3最暖而温度区1最冷。因而温度区3例如可以是普通冷藏格，温度区2为保鲜冷藏格并且温度区1构成冷冻格。

在蒸发器6的下游，支路13，14在合流点22又汇合，并且制冷剂管路12的吸入区段23引至压缩机10的吸入接头24。

在微处理器26上实现多个节流调节器27，28和一个压缩机调节器29。调节器27，28，29为应用程序，所述应用程序分占微处理器26的处理功率，但不访问共同的数据。每个调节器27，28，29从恰好一个温度传感器30，31或者32接收并处理测量值。

图2示出节流调节器27的工作方法。在步骤S1中，从配属的传感器30读出温度的测量值。在步骤S2中，将该测量值与由使用者为温度区6预先给定的应有温度相比较。只要测量值位于应有温度周围的公差区间以内，该方法跳转到步骤S3，在步骤S3中，等待时间段Δt过去并且接着返回至步骤S1，以便以规律的时间间隔重复该方法。

如果在S2中确定测量的温度位于公差区间以上，则在温度区8中存在对更高冷却功率的明显需求。在这种情况下，调节器27在步骤S4中操控节流部位20，以便使其流动阻力降低一个固定值ΔR。该减小程度可以固定地预先给定或者与测量的温度和应有温度之间的偏差成比例。

由于流动阻力降低，在蒸发器8中的蒸发温度下降并且温度区3的冷却变得更强。同时，更多的液态制冷剂到达蒸发器7中，而没有更多的制冷剂从那里流出，使得在那里随着时间进展压力上升并且冷却功率变小。

如果在等待时间Δt之后重复步骤S2并且测量的温度继续位于公差区间以上，则重新降低节流部位20的流动阻力。因此，流动阻力与调节偏差的时间积分成比例地这样长时间地改变，直至温度区3的冷却需求被满足并且由传感器30所测量的温度位于公差区间内。

反之，如果在步骤S2中测量的温度位于公差区间以下，则节流调节器在步骤S5中将节流部位20的流动阻力提高一个值ΔR，使得蒸发器8的温度上升。流动阻力的提升也可以在该方法的彼此相继的迭代中重复。

在方法的框架内，对通风机25的为温度区3所选择的运行模式的考虑是不必要的；如果使用者改变运行模式，则这首先导致由传感器30测量的温度的改变并且接着在以上说明的方法的一次或者多次迭代的过程中导致流动阻力的适配，通过该适配使温度区3又达到其应有温度。

节流调节器28的工作方法体现与图2中相同的步骤。在步骤S1中，从传感器31读出温度区2或者其蒸发器7的温度；在步骤S2中，将该温度与为该温度区所设定的应有值相比较并且根据结果而定使节流部位21的流动阻力保持不变、降低(S4)或者提升(S5)。该改变程度ΔR可以、但不是必须与在节流调节器27上所使用的程度相同。降低导致蒸发器7中压力下降和温度下降并且蒸发器8中在较小程度上压力下降和温度下降，使得在两个蒸发器7，8中都有更高的冷却功率可供使用。

当降低变得必要(因为节流调节器27由于温度区3的冷却需求提高而降低节流部位20的流动阻力并且因此蒸发器7中的温度升高)时，节流部位21的流动阻力的降低有助于快速地满足温度区3的冷却需求。

相应地，在节流部位21的流动阻力增加时，蒸发器7中的压力增大并且蒸发器8中的压力在较小程度上增大。

如果在温度区1中由传感器32测量的温度不同于应有温度时，不存在连接在蒸发器6后面的节流部位(通过该节流部位可以影响蒸发温度)。因此，压缩机调节器29实施稍微地改变的方法，在该方法中，在高于应有温度的情况下在步骤S4中压缩机10的转速提升，或者，在低于应有温度的情况下在步骤S5中该转速降低。步骤S4如在节流调节器27，28的情况下那样导致在配属的蒸发器6中的蒸发温度下降，但同时也导致质量流量的增大，从而总体上有更多待分配到不同蒸发器上的冷却功率可供使用。反之，步骤S5在对质量流量节流的同时提高蒸发温度。

改变的制冷需求这样逐步地穿过制冷器具曼延：在温度区3中的制冷需求提高的情况下，通过打开节流部位20来满足该需求带有延迟地导致：温度区2中的制冷需求不再完全被满足，节流部位21的与此相关的打开程度修正导致温度区1变热并且接着导致压缩机转速的修正。

为了加速该调节的收敛，可以设置，压缩机调节器29耦合到节流调节器27，28上，以便从这些调节器接收关于由它们控制的节流部位20，21的流动阻力改变的信息，并且，在流动阻力的改变作为温度改变在温度区1中产生影响之前，使压缩机10的转速相应地跟踪该改变。这样的耦合例如可以在于：每当调节器27，28中的一个在步骤S4中使流动阻力提升或者降低ΔR时，压缩机调节器29使压缩机10的转速减小或者提高相应的增量ΔU。图5示出压缩机调节器29的工作方法，该工作方法实现这样的耦合。步骤S1-S5相应于图2的步骤S1-S5，除了这个事实之外：如果在步骤S2中测量的温度高于用于温度区1的应有值则在步骤S4中使转速提升一个固定值ΔU'，或者，在低于应有值时在步骤S5中使转速降低一个该固定值ΔU'。在该方法的每次迭代中，在步骤S6中检验：从前次迭代起，节流调节器27，28中的至少一个是否在其可控的节流部位20或者21上进行了流动阻力的改变ΔR。在提升了ΔR的情况下，转速减小ΔU(S7)，在降低了ΔR的情况下，转速提高ΔU(S8)。ΔU的值可以是不同的，视在哪个节流部位20或者21上进行了流动阻力的改变而定。

按照一种改变了的构型，图1的节流部位18，19上的毛细管被可控的节流部位18'，19'替代。可控的节流部位18'，19'可以是与节流部位20，21上的相同类型的膨胀阀，但它们也可以如在图3中所示是由毛细管33和截止阀34组成的并行连接。例如通过打开截止阀34使节流部位18'的流动阻力变得可忽略地小，以这种方式可以使蒸发器8中的压力与液化器11的压力相等，从而制冷剂在蒸发器8中冷凝而不是蒸发，并且温度区3被此时释放的热加热。

在这种情况下，调节器28，29也继续按照结合图2所说明的方法工作，以便将可提供的冷却功率符合需求地分配到温度区1，2上。

图4示出根据本发明的一种扩展构型的制冷器具的与图1类似的示意图。两个图中的相同附图标记标出结合图1已经说明过的部件；在对图1的说明中针对这些部件的说法在这里也适用，不需要再重复。附加的温度传感器35邻近蒸发器6的喷入位置地安装，以便即使在用液态制冷剂进行的填充不足以使蒸发器在其整个延伸尺度上保持在蒸发温度上时也能够可靠地检测该蒸发器的蒸发温度。温度传感器35也可以用于控制用于给蒸发器6除霜的除霜加热。还有另一个温度传感器36安装在蒸发器6的排出口上或者安装在吸入区段23上，以便检测回流到压缩机10的制冷剂蒸汽的温度。另一调节器37与两个温度传感器35，36连接，以便监测温度差并且根据该差控制作为可控的节流部位18'接入到液化器11和蒸发器8之间的膨胀阀的流动阻力。如果该差太小，则这表示蒸发器6的高的填充度和这样的可能性：由于过度填充，液态制冷剂到达吸入区段23中。如果是这种情况，则调节器37提高节流部位18'的流动阻力，使得更多的液态制冷剂在节流部位18'前方积聚并且另一方面蒸发器6中的制冷剂的量减少。而如果所述差太高，也就是说，如果被抽吸的制冷剂蒸汽的由传感器35测量的温度仅比温度区1的格内温度略低，则这表示蒸发器6的填充不充足，并且，使节流部位18'的流动阻力降低，以便更多的液态制冷剂可以经由蒸发器8，7往前推进至蒸发器6中。

附图标记列表

1温度区

2温度区

3温度区

4温度区

5壳体

6蒸发器

7蒸发器

8蒸发器

9蒸发器

10压缩机

11液化器

12制冷剂管路

13支路

14支路

15高压区段

16压力接头

17分支点

18节流部位

19节流部位

20节流部位

21节流部位

22合流点

23吸入区段

24吸入接头

25通风机

26微处理器

27节流调节器

28节流调节器

29压缩机调节器

30温度传感器

31温度传感器

32温度传感器

33毛细管

34截止阀

35温度传感器

36温度传感器

37调节器

Claims (15)

1.制冷器具，具有至少一个第一和第二温度区(1，2)、一个制冷剂回路，该制冷剂回路包括压缩机(10)、用于冷却所述第一温度区(1)的第一蒸发器(6)和用于冷却所述第二温度区(2)的第二蒸发器(7)，其中，所述第一蒸发器(6)在所述制冷剂回路中串行地连接在所述第二蒸发器(7)后面，并且在所述制冷剂回路中在所述第一蒸发器(6)前面和所述第二蒸发器(7)后面连接有可控的第一节流部位(21)，其特征在于，设置有压缩机调节器(29)，所述压缩机调节器根据所述第一温度区(1)的温度控制所述压缩机(10)的转速。

2.根据权利要求1所述的制冷器具，其特征在于，所述压缩机调节器(29)设置为用于，在所述第一温度区(1)中高于应有温度时提升所述压缩机(10)的转速并且在所述第一温度区(1)中低于应有温度时降低所述压缩机(10)的转速。

3.根据权利要求1或2所述的制冷器具，其特征在于，设置有第一节流调节器(28)，所述第一节流调节器根据所述第二温度区(2)的温度控制所述可控的第一节流部位(21)的打开程度。

4.根据权利要求3所述的制冷器具，其特征在于，所述第一节流调节器(28)设置为用于，在所述第二温度区(2)中高于应有温度时提升所述可控的第一节流部位(21)的打开程度并且在所述第二温度区(2)中低于应有温度时降低所述可控的第一节流部位(21)的打开程度。

5.根据权利要求3或4所述的制冷器具，其特征在于，所述第一节流调节器(28)为PI调节器。

6.根据权利要求3，4或5所述的制冷器具，其特征在于，所述第一节流调节器(28)的输入端连接在所述第二温度区(2)的温度传感器(31)上。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的制冷器具，其特征在于，所述压缩机调节器(29)耦合到所述第一节流调节器(28)上并且设置为用于，在所述可控的第一节流部位(21)的打开程度增大时提升所述转速并且在所述可控的第一节流部位(21)的打开程度减小时降低所述转速。

8.根据以上权利要求中任一项所述的制冷器具，其特征在于，所述压缩机调节器(29)为PI调节器。

9.根据以上权利要求中任一项所述的制冷器具，其特征在于，至少一个用于对第三温度区(3)调节温度的第三蒸发器(8)在所述制冷剂回路中经由可控的第二节流部位(20)连接在所述第二蒸发器(7)前面，并且，设置有第二节流调节器(27)，以便根据所述第三温度区(3)的温度控制所述可控的第二节流部位(20)的打开程度。

10.根据以上权利要求中任一项所述的制冷器具，其特征在于，在所述制冷剂回路中在所述压缩机(10)的压力接头(16)和所述蒸发器(6，7，…)之间设置有处于上游的可控的节流部位(18')，并且，该节流部位(18')的打开程度根据所述第一蒸发器(6)上的温度落差来控制。

11.根据以上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(6，7，…)中的至少一个配属有用于驱动扫过所述蒸发器(6，7，…)的表面的空气流的通风机(25)。

12.根据权利要求11所述的制冷器具，其特征在于，所述通风机(25)能够在具有不同转速的运行模式之间切换。

13.用于运行具有至少一个第一和第二温度区(1，2)、一个制冷剂回路的制冷器具的方法，所述制冷剂回路包括压缩机(10)、用于冷却所述第一温度区(1)的第一蒸发器(6)和用于冷却所述第二温度区(2)的第二蒸发器(7)，其中，所述第一蒸发器(6)在所述制冷剂回路中串行地连接在所述第二蒸发器(7)后面，并且在所述制冷剂回路中在所述第一蒸发器(6)前面和所述第二蒸发器(7)后面连接有可控的第一节流部位(21)，在该方法中，测量(S1)所述第一温度区(1)的温度并且与所述第二温度区(2)的温度无关地根据所述第一温度区(1)的温度控制(S2，S4，S5)所述压缩机(10)的转速。

14.根据权利要求13所述的方法，在所述方法中，测量(S1)所述第二温度区(2)的温度，并且，根据所述第二温度区的所测量的温度控制(S2，S4，S5)所述可控的第一节流部位(21)的打开程度。

15.根据权利要求13或14所述的方法，在所述方法中，所述压缩机(10)的转速在所述可控的第一节流部位(21)的打开程度增大的情况下提升(S8)所述压缩机(10)的转速并且在所述可控的第一节流部位(21)的打开程度减小时降低(S7)该转速。