CN1675511A - 具有通风机的制冷设备和用于此的控制方法 - Google Patents

Abstract

在一个制冷设备中，其具有连接在制冷剂循环中的压缩机(8)、冷凝器(9)和蒸发器(6)、至少一个布置在冷凝器(9)和/或蒸发器(6)上的通风机(7、10)和一个用于控制压缩机(8)和通风机(7、10)接通和断开的控制电路(11)，在通风机(7、10)上可以调节不同的转速(n1、n2)。依赖于压缩机(8)的相对启动时间确定转速。

Description

具有通风机的制冷设备和用于此的控制方法

本发明涉及一种具有制冷剂循环的制冷设备，在该制冷设备中压缩机、冷凝器和蒸发器彼此连接，并且在该制冷设备中在冷凝器和/或蒸发器上布置一个通风机以便在冷凝器和制冷设备周围或者在蒸发器和制冷设备的冷藏室之间加强热交换。

在热交换器、比如制冷设备的冷凝器或蒸发器上安装一个通风机有这样的优点，即减小了为了达到所需的热交换功率而需要的热交换表面，如此可以使用紧凑的、价格便宜的热交换器。另一方面通风机的引入使制冷设备的结构变得复杂并因此提升了故障风险。另外由于引入通风机增大了制冷设备的工作噪声。

本发明的任务是，提供一种通过通风机增强热交换的制冷设备，该设备是节能的并且产生较低的噪声。

通过具有权利要求1特征的制冷设备解决这个任务。在常规制冷设备中通风机以固定转速与压缩机的运行耦合在一起接通和断开，在根据本发明的制冷设备中可以实现通风机的不同转速。在最简单的情况下可以设置一个开关，借助该开关用户可以调节通风机的转速；例如可以根据所期望的制冷设备的平均环境温度进行调整。在高环境温度的情况下、例如在热带环境中、需要较高的热交换功率。在这种情况下最好根据对于通风机的结构形式特定的额定功率调节较高的转速。当在较冷的环境中使用时、例如在温带气候中在一个通常要供暖的房间中、并且更多还是当在没有供暖的房间中使用、例如在地下室中、通过调整通风机的较低转速避免其功率消耗、延长寿命并降低噪声。

但优选通过一个控制电路自动调节通风机的转速，该电路也用于接通和断开压缩机与通风机。

在最简单的情况下这个控制电路用于使通风机有选择地以两个分立的转速等级之一、满转速或一个降低的转速工作。

按照第一个设计方案该控制电路与一个温度传感器连接，该传感器用于检测通风机的环境温度，根据由这个传感器检测的温度确定通风机的转速。如果通风机预先规定用于在制冷设备的内腔中强制循环空气，则该设计方案是特别实用的，因为在每个制冷设备中设置一个温度传感器以便检测蒸发器的内腔环境温度并且该传感器没有额外费用也可以考虑用于控制通风机转速。

按照另一个设计方案这样的控制电路用于检测压缩机的相对启动时间并根据相对启动时间确定通风机的转速。这种方案不仅适用于在制冷设备的蒸发器上安装的通风机而且也适用于在冷凝器上安装的通风机；在冷凝器-通风机的情况下其有这样的特别优点，即其在不需要附加传感器的情况下能够进行转速控制。为了检测压缩机的相对启动时间，存在多种方案。一个简单的方案是计算平滑的平均值，其中平均值计算的时间常数一般大于压缩机运行周期的典型持续时间，因此在压缩机的运行阶段的过程中每次的平滑平均值不超过一个阈值，在该阈值之上控制电路以较高转速驱动通风机。

计算相对启动时间的其它方案是在压缩机的每个运行周期内测量压缩机的启动和断开时间并在周期结束时形成比例。

从下面关于附图的实施例描述中得出本发明的其它特征、优点和特性。

图1示出了根据本发明的制冷设备的简图，

图2示出了用于根据第一设计方案的制冷设备的控制方法的流程图，

图3示出了以图2方法控制的制冷设备的运行参数的时间图，

图4示出了根据图2方法的稍微改变的设计方案的通风机转速的时间图，

图5示出了根据本发明第二设计方案的控制方法的流程图。

图1示出了根据本发明的制冷设备的一个简图。由隔热主体1和与其连接的门2包封内腔3。通过隔板4使内腔3与箱体5分开。在该箱体内安置蒸发器6。箱体5通过两个通孔与内腔3连接。在通孔之一内布置一个通风机7，其运行导致在箱体5和内腔3之间的强制空气交换。

制冷设备的制冷剂回路包含蒸发器6、压缩机8和冷凝器9。为安装在主体1的背板上的冷凝器9配置一个第二通风机10以便沿着冷凝器9的表面产生气流。通过电控制电路11控制通风机7、10和压缩机8，该控制电路与在内腔3中安装的温度传感器12连接。控制电路11以常规方式依赖于温度传感器12的检测结果接通并断开压缩机8，以便使内腔3的温度保持在一个预定区间内。通风机7、10与压缩机8的运行耦合在一起接通和断开。在最简单的情况下通风机7、10可以分别与压缩机同步运行或分别稍晚接通和断开，以便考虑这样的事实，即在压缩机运行阶段开始时冷凝器9和蒸发器6与其环境基本上还处于热平衡并且通过通风机7或10的运行不可能加强热交换，而在压缩机停机之后冷凝器9还长时间比其环境热，蒸发器6比其环境冷。

参考图2说明用于图1的控制电路11的运行方法的第一设计方案。在接通制冷设备的情况下控制电路11把相对启动时间的、也就是说压缩机8的运行时间同制冷设备的整个过程的比值的测量值RED预置为任意可确定的值。在这个实例中预置为一个阈值A，其作用稍后再详细阐述；一个任意另外的起始值同样是可能的。

控制电路11以均匀的时间间隔、分别在计时器运行之后检查，压缩机是否接通(S3)。如果接通，则在步骤S4中相对启动时间RED的值增加1并且接下来(S5)与系数(1-ε)相乘，该系数比1稍小。如果在步骤S3中确定，压缩机8已断开，则该方法直接转到步骤S5。接下来在步骤S6中确定，是否满足通风机7或10的运行条件。在最简单的情况下该条件等同于这个问题，即压缩机是否接通或不接通；在接通压缩机的情况下通风机也运行，在断开的情况下通风机也断开。作为另一种选择也可以预先规定，只有在经过在压缩机接通之后的一个预先规定的第一时间间隔之后接通通风机并且在经过在压缩机断开之后的一个第二时间间隔之后断开通风机。这两个时间间隔可以彼此不同；特别可以依赖于值RED确定第二时间间隔。对此第二时间间隔选择越大，RED的值越大。

如果步骤S6表明，不满足通风机的启动条件，则该方法返回到步骤S2，其中通风机保持断开。

另一方面如果确定，满足通风机7或10的启动条件，则在步骤7中相对启动时间RED与阈值A比较。如果超过该阈值A，则通风机以较高转速运行(S8)，在未超过阈值的情况下以较低转速运行(S9)，并且该方法返回到步骤S2。通风机保持运行，直到在重复步骤S6的情况下确定，不再满足其运行条件。阈值A对于通风机7、10可以是相同或不同的。

图3举例示出了以按照图2的方法控制的制冷设备的运行参数的时间进展。对此图A示出了在三个压缩机运行周期的进程中压缩机的状态，接通或断开。如果控制电路11确定，内腔3中的温度超过上限值，则分别在时刻t0、t4或t8接通压缩机8开始一个周期。如果该温度不超过较低的极限值，则在时刻t2、t6、t10再度断开压缩机8。正如在图B中示出的，时间细小偏移地，在时刻t1、t5、t9或者t3、t7、t11接通并断开通风机7或者10。在每个周期[t0，t4]、[t4，t8]、[t8，t12]内重复图2的方法；图C示出了这个进展，其在这种情况下对相对启动时间求平均值。

在第一周期[t0，t4]内制冷器的环境温度较低，压缩机较短的运行间隔[t0，t2]就足以使内腔3足够冷却。在该时间间隔内RED值渐进向极值增加，该极限值与参数ε和重复图2的方法步骤的频率有关。在压缩机8断开时，在时间间隔[t2，t4]、[t6、t8]、...内RED渐进收敛于0。

曲线图D示出了在假设在曲线图C上以A表示的虚线作为该方法的阈值A的情况下通风机7或10的转速作为时间的函数。在第一周期内在通风机的整个运行时间[t1，t3]内相对启动时间RED小于A。控制电路11因此以较低的转速n1驱动通风机7或者10。

当在运行周期[t4，t8]和[t8，t12]内较高环境温度的情况下延长了压缩机8的工作阶段，如此在压缩机的运行阶段[t4，t6]的过程中超过阈值A。这由图2的控制方法在步骤S7中检测，接下来控制电路把通风机7或者10的转速向上设置为值n2，该值相当于通风机满载运行。

在时刻t8、在第三个示出的周期开始，相对启动时间RED比在时刻t4的高，如此在接通通风机之后较短时间就已经把通风机的转速向上设置为n2。

在运行周期的进程中在提高环境温度的情况下出现静止的模式，其中在通风机的每个运行阶段的开始的时间间隔长度越短压缩机8的运行阶段越长、在该时间间隔内通风机以较低运行转速n1运行，并且该时间间隔长度也可能为零。

然而在参照图2描述的控制方法中在压缩机的运行阶段的过程中也持续检查，相对启动时间是否超过阈值A，一个不同的方法也是可能的，在该方法中这样的检查在每个运行周期内仅仅优选在运行周期的开始在接通压缩机的情况下进行一次。图4示出了通风机转速的时间曲线，如果在假设根据图3A的压缩机运行时间和根据图3C的RED值的情况下实施如此的稍微改变的方法，则产生该曲线。对此代替阈值A以一个改变的、较低的阈值A’为基础。分别在第一和第二运行周期的开始、在时刻t0、t4，RED值小于A’，如此在整个启动时间[t1，t3]或者[t5，t7]期间通风机以较低转速n1运行。只有在第三周期的开始在第二阶段中延长的压缩机运行时间产生如此作用，即RED值高于A’。由于这个原因通风机从t9至t11以较高转速n2工作。

在图5的流程图中示出了控制方法的第二设计方案、其同样实现图4中示出的特性。在接通制冷设备的情况下，在步骤S11中相对启动时间RED预置为一个任意可选择的值；换句话说，确定是否在制冷设备的第一运行周期内通风机7或者10应当以较低转速n1或以较高转速n2运行。接下来在步骤S12中两个以BZ或者VZ表示的寄存器对于制冷设备的整个运行时间或者制冷设备的压缩机的运行时间置零。可以在接通压缩机8的同时或在一个任意稍晚时刻接通通风机7或10。在通过计时器(S13)的操作控制的均匀的时间间隔内使运行时间计数器BZ增量(S14)。如果检查(S15)表明，压缩机8接通，则压缩机运行时间计时器VZ也增量(S16)。在步骤S17中检查，压缩机的当前运行阶段是否结束。如果结束，则控制电路11在先前的断开阶段之后使压缩机重新运行。只要没有结束，则该方法返回到步骤S13。通过这种方式在运行阶段周期重复步骤S13至S17，其中控制电路在如此运行阶段的进程中在一个任意适当时刻可以接通和断开通风机7或者10。

如果表明，运行阶段结束，则控制电路通过数值VZ和BZ相除确定这个运行阶段的相对启动时间RED。按得到的相对启动时间高于或低于极限值A(S19)，在接下来的运行阶段确定较高转速n2(S20)或较低转速n1(S21)。接下来该方法返回到S12。

在上述方法中仅仅从在邻近的先前运行周期内压缩机运行时间同整个运行时间之比得到在制冷设备的运行周期内为了控制通风机转速而考虑的相对启动时间RED。作为另一种选择也可以预先规定，在步骤S18中通过在考虑在其它过去的运行周期内测量的相对启动时间的情况下平均值的平滑形成获得相对启动时间。为此在步骤S18中按照下面的公式计算第n个运行周期的相对启动时间。

$\mathrm{RED}\left(n\right)=\frac{1}{a}\mathrm{RED}(n-1)+\left(\frac{a-1}{a}\right)\frac{\mathrm{VZ}}{\mathrm{BZ}}.$

在根据本发明的制冷设备的第二设计方案中，除了上面关于图1已经描述的元件，还设置一个第二温度传感器13，其与控制电路11连接并且布置在制冷设备外部以便检测其环境温度。这个在图1中虚线示出的传感器使控制电路11检测在制冷设备的内腔3和环境之间的温度差并根据该温度差能够估算所需的制冷功率。在这个设计方案中可以放弃相对启动时间RED的测量，因为根据由传感器12、13测量的温度差能够估算推测的相对启动时间。与参照图4和5描述的设计方案相比这个设计方案特别有这样的优点，其能够反映在压缩机的这个运行周期内变化的制冷功率需求，在该运行周期内出现变化，不是在接下来的运行周期内。控制电路11判定通风机7和/或10运行的转速，以及根据由温度传感器13测量的外部温度判定运行时间。在表1中给出压缩机8的启动时间和通风机7或者10的相应启动时间和室温的关系的典型值：

环境温度(℃)	压缩机的相对启动时间(％)	通风机10的相对启动时间	通风机10的转速	通风机10的相对启动时间	通风机7的转速
						25	40	50	n1	30	n1
32	55	75	n1	55	n1
						38	70	75	n2	80	n2
43	80	85	n2	90	n2

正如看到的，在较低环境温度的情况下通风机、特别是通风机7的相对启动时间比压缩机的启动时间短。这是可以通过分别选择在压缩机和通风机的接通之间的延迟时间间隔大于在通风器的断开和通风机的断开之间的延迟时间间隔实现。

Claims (15)

1.制冷设备，其具有连接在制冷剂循环中的压缩机(8)、冷凝器(9)和蒸发器(6)、至少一个布置在冷凝器(9)和/或蒸发器(6)上的通风机(7、10)和一个用于控制压缩机(8)和通风机(7、10)接通和断开的控制电路(11)，其特征在于，在通风机(7、10)上可以调节不同的转速(n1、n2)。

2.按照权利要求1的制冷设备，其特征在于，可以通过控制电路(11)调节通风机的转速(n1、n2)。

3.按照权利要求2的制冷设备，其特征在于，控制电路(11)用于使通风机(7、10)以满转速(n2)或一个降低的转速(n1)工作。

4.按照权利要求2或3的制冷设备，其特征在于，控制电路(11)与一个用于检测通风机的环境温度的温度传感器(13)连接并且根据由传感器(13)检测的温度确定通风机(7、10)的转速(n1，n2)。

5.按照权利要求2或3的制冷设备，其特征在于，控制电路(11)用于检测压缩机(8)的相对启动时间(RED)并且根据该相对启动时间(RED)确定通风机(7、10)的转速(n1、n2)。

6.按照权利要求5的制冷设备，其特征在于，控制电路(11)通过平滑地求平均(S2-S6)确定相对启动时间(RED)。

7.按照权利要求3和权利要求5或6的制冷设备，其特征在于，如果通风机(7、10)以满转速(n2)运行，则其相对启动时间至少同压缩机(8)的相对启动时间(RED)一样大。

8.按照权利要求5或6的制冷设备，其特征在于，通风机(7、10)的相对启动时间至少同压缩机(8)的相对启动时间一样大。

9.按照权利要求5至7之一的制冷设备，其特征在于，控制电路(11)以一个时间常量检测压缩机(8)的平均相对启动时间(RED)，该时间常量大于压缩机(8)的典型运行周期[t0，t4]。

10.在制冷设备的蒸发器(6)或冷凝器(9)上布置的通风机(7、10)的工作方法，在该方法中根据在蒸发器(6)或冷凝器(9)上所需的热交换功率确定通风机(7、10)的转速(n1、n2)。

11.按照权利要求10的方法，其特征在于，在满转速(n2)和一个降低的转速(n1)之间选择转速(n1、n2)。

12.按照权利要求10或11的方法，其特征在于，根据制冷设备的压缩机(8)的相对启动时间(RED)确定转速(n1、n2)。

13.按照权利要求12的方法，其特征在于，通过平滑地平均值形成(S2-S6)计算相对启动时间(RED)。

14.按照权利要求13的方法，其特征在于，以均匀的时间间隔重复计算相对启动时间(RED)。

15.按照权利要求12或13的方法，其特征在于，每个压缩机的接通/断开周期计算一次相对启动时间。

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