DE102011075002A1

DE102011075002A1 - Überwachungsverfahren zur Überwachung eines Füllzustandes in einem Verdunstungsbehälter eines Kältegerätes, Verdunstungsverfahren, Verdunstungsvorrichtung sowie Kältegerät

Info

Publication number: DE102011075002A1
Application number: DE102011075002A
Authority: DE
Inventors: Hans Ihle; Hans Gerd Keller; Georg Strauss; Achim Paulduro
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2011-04-29
Filing date: 2011-04-29
Publication date: 2012-10-31

Abstract

Bei einem Überwachungsverfahren zur Überwachung eines Füllzustandes in einem Verdunstungsbehälter (42) eines Kältegerätes (10), insbesondere eines Haushaltskältegerätes, wird wenigstens ein Heizelement (43) mit temperaturabhängigem Widerstandswert in, an und/oder unter dem Verdunstungsbehälter (42) angeordnet, dann aktiviert, und dann wenigstens ein Betriebsparameter (P, Δt’) des Heizelements (43) erfasst. Nach Vergleich des erfassten Betriebsparameters (P, Δt’) mit einem vorbestimmten Referenzwert (Pref, Δt’ref) kann in einem Verdunstungsverfahren entschieden werden, ob das Heizelement (43) deaktiviert oder weiterbetrieben wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Überwachungsverfahren zur Überwachung eines Füllzustandes in einem Verdunstungsbehälter eines Kältegerätes, ein Verdunstungsverfahren zum Verdunsten von in einem Verdunstungsbehälter eines Kältegerätes aufgenommenem Abtauwasser, eine Verdunstungsvorrichtung zum Verdunsten des Abtauwassers sowie ein mit der Verdunstungsvorrichtung ausgestattetes Kältegerät, insbesondere Haushaltskältegerät.
Im Innenraum von Kältegeräten, beispielsweise von Kühlgeräten oder Gefriergeräten, entsteht durch Kondensation von Luftfeuchtigkeit an den Wänden bzw. an dem den Innenraum des Kältegerätes kühlenden Verdampfer Abtau-wasser, das aus dem Innenraum abgeführt werden muss. Dieses Abtauwasser wird in einem Verdunstungsbehälter, der beispielsweise außerhalb des Innenraums angeordnet ist, aufgefangen und verdunstet in die Umgebung. Bei hoher Luftfeuchtigkeit bzw. starker Kühlleistung besteht die Gefahr, dass das in dem Verdunstungsbehälter aufgefangene Abtauwasser nicht schnell genug verdunstet und der Verdunstungsbehälter überläuft.
Um dem entgegenzuwirken, wird der Verdunstungsbehälter häufig auf oder in der Nähe des Verdichters des Kältemittelkreislaufs des Kältegeräts angeordnet. Der Verdichter gibt beim Komprimieren des in dem Kältemittelkreislauf geführten Kältemittels Energie in Form von Wärme an die Umgebung ab. Diese Wärme kann in dem Verdunstungsbehälter genutzt werden, um das aufgefangene Abtauwasser zu erhitzen und somit die Verdunstung zu beschleunigen.
Mit zunehmend geringerem Energieverbrauch der Haushaltskältegeräte wird jedoch immer weniger Abwärme von dem Verdichter für die Verdunstung des Abtauwassers frei. Daher werden immer größere Verdunstungsbehälter oder eine Vielzahl von Verdunstungsoberflächen benötigt, um die geforderte Mindestverdunstungsleistung zu erreichen, damit der oder die Verdunstungsbehälter nicht überlaufen.
Eine alternative Lösung ist die zusätzliche Beheizung des oder der Verdunstungsbehälter über ein Heizelement. Solche Heizelemente benötigen relativ viel Energie und setzen somit die Energieeffizienz des Haushaltskältegerätes herab.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen energieeffizienten Einsatz eines Heizelements zum Beheizen eines Verdunstungsbehälters eines Kältegerätes zu ermöglichen.
Unter einem Kältegerät wird insbesondere ein Haushaltskältegerät verstanden, also ein Kältegerät das zur Haushaltsführung in Haushalten oder eventuell auch im Gastronomiebereich eingesetzt wird, und insbesondere dazu dient Lebensmittel und/oder Getränke in haushaltsüblichen Mengen bei bestimmten Temperaturen zu lagern, wie beispielsweise ein Kühlschrank, ein Gefrierschrank, eine Kühlgefrierkombination, eine Gefriertruhe oder ein Weinlagerschrank.
Die Aufgabe wird durch ein Überwachungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Ein Verdunstungsverfahren zum Verdunsten von Abtauwasser in einem Verdunstungsbehälter eines Kältegerätes, eine Verdunstungsvorrichtung zur Durchführung des Verdunstungsverfahrens sowie ein Kältegerät, das mit der Verdunstungsvorrichtung ausgestattet ist, sind Gegenstand der Nebenansprüche.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Überwachungsverfahren zur Überwachung eines Füllzustandes in einem Verdunstungsbehälter eines Kältegerätes, insbesondere eines Haushaltskältegerätes, weist die folgenden Schritte auf:

a) Anordnen wenigstens eines Heizelements mit temperaturabhängigem Widerstandswert in und/oder an und/oder unter einem Verdunstungsbehälter eines Kältegerätes;
b) Aktivieren des wenigstens einen Heizelements;
c) Erfassen wenigstens eines Betriebsparameters des wenigstens einen Heizelements;
d) Vergleich des wenigstens einen erfassten Betriebsparameters mit einem vorbestimmten Referenzwert.

Bei den genannten Heizelementen ist der Widerstand abhängig von der Temperatur, die das Heizelement umgibt. Das bedeutet, dass der Widerstand in einem bestimmten Temperaturbereich, der von dem Material des Heizelements abhängt, linear mit der Temperatur ansteigt bzw. absinkt. Je schneller sich die Umgebungstemperatur des Heizelementes verändert, desto schneller ändert sich damit auch sein Widerstandswert. Ist das Heizelement nun von einer großen thermischen Masse umgeben, beispielsweise von in dem Verdunstungsbehälter aufgefangenem Abtauwasser, ändert sich der Widerstandswert deutlich weniger, als wenn das Heizelement nicht mit dem Abtauwasser in Kontakt ist. Gleichzeitig muss jedoch, um eine bestimmte Umgebungstemperatur durch Heizen über das Heizelement herbeizuführen, dem Heizelement eine größere Leistung zugeführt werden, als wenn das Heizelement nicht von Abtauwasser umgeben ist. Daher ist es möglich, an Hand des Widerstandswertes bzw. einer Leistungsaufnahme des Heizelements festzustellen, ob ein bestimmter Füllzustand in einem Verdunstungsbehälter erreicht ist.
Dazu muss lediglich das Heizelement aktiviert werden und ein Betriebsparameter des Heizelements erfasst werden. Hierzu kann beispielsweise die Änderung des Widerstandswertes in Abhängigkeit der Zeit herangezogen werden, oder ein zugeführter Strom bei konstant gehaltener Spannung oder umgekehrt eine zugeführte Spannung bei konstant gehaltenem Strom erfasst werden oder auch die Gesamt-Leistungsaufnahme des Heizelements erfasst werden. Dies sind nur Beispiele, es können weitere Betriebsparameter des Heizelements über geeignete Erfassungseinrichtungen erfasst werden. Es ist auch möglich, mehrere Betriebsparameter gleichzeitig zu erfassen, beispielsweise eine Zeitspanne und eine Leistungsaufnahme.
Nach Erfassen des wenigstens einen Betriebsparameters wird dieser erfasste Betriebsparameter mit einem vorbestimmten Referenzwert verglichen. An Hand dieses Vergleichs kann dann festgestellt werden, ob ein vorbestimmter Füllzustand in dem Verdunstungsbehälter vorliegt.
Vorzugsweise wird nach Schritt c) ein Schritt c1) des Abwartens, bis ein erster Betriebsparameter konstant bleibt, durchgeführt. Dadurch kann vorteilhaft eine größere Sicherheit beim Vergleich des erfassten Betriebsparameters mit einem Referenzwert erlangt werden.
Vorzugsweise wird in Schritt c) als zweiter Betriebsparameter eine Zeitspanne erfasst, die in Schritt d) mit einem Zeitspannen-Referenzwert verglichen wird. So kann vorteilhaft lediglich über eine einfache Zeitmessung bis zu dem Zeitpunkt, an dem der erste erfasste Betriebsparameter konstant bleibt, der Füllzustand des Verdunstungsbehälters ermittelt werden. Ist die Zeit länger als der Zeitspannen-Referenzwert, deutet dies auf einen hohen Füllzustand des Verdunstungsbehälters hin, ist sie kürzer, deutet dies auf einen niedrigen Füllzustand des Verdunstungsbehälters hin.
Vorteilhaft wird in Schritt d) als erster Betriebsparameter ein Leistungsaufnahmewert mit einem Leistungsaufnahme-Referenzwert verglichen. Das Heizelement nimmt mit zunehmender Menge der es umgebenden thermischen Masse immer mehr Leistung auf, um diese thermische Masse aufzuheizen. Hat der Leistungsaufnahmewert einen konstanten Wert erreicht, ist er beispielsweise umso höher, je mehr thermische Masse das Heizelement umgibt. Wird der Leistungsaufnahmewert nun vorteilhaft mit einem Leistungsaufnahme-Referenzwert verglichen, kann festgestellt werden, dass ein vorbestimmter Füllzustand, der dem Leistungsaufnahme-Referenzwert entspricht, überschritten ist bzw. noch nicht erreicht ist.
Vorteilhaft wird in Schritt a) ein Heizelement mit positivem temperaturabhängigem Widerstandswert angeordnet und/oder vorzugsweise wird das wenigstens eine Heizelement in zuvor festgelegten regelmäßigen Abständen aktiviert.
Bei Heizelementen mit positivem temperaturabhängigem Widerstandswert (PTC-Heizelemente) steigt der Widerstandswert mit zunehmender Temperatur in einem bestimmten Temperaturbereich linear an. Das heißt, dass das Heizelement bei Temperaturen im unteren Teil dieses linearen Bereiches den elektrischen Strom besser leitet als in einem oberen Teil. Wird nun vorteilhaft ein Material für das Heizelement gewählt, dessen unterer Teil des linearen Temperaturbereichs etwa bei der Temperatur des in dem Verdunstungsbehälter aufgefangenen Abtauwassers liegt, kann das durch das Abtauwasser gekühlte Heizelement vorteilhaft gut elektrischen Strom leiten und somit schnell zu einer Temperaturerhöhung in der Umgebung führen. Damit kann vorzugsweise rasch und somit auch energieeffizient festgestellt werden, ob ein zuvor definierter Füllzustand in dem Verdunstungsbehälter bereits erreicht ist.
Um weiter das Überwachungsverfahren vorzugsweise besonders effektiv zu gestalten, wird in zuvor festgelegten regelmäßigen Abständen das Heizelement aktiviert. Dies kann beispielsweise durch einen Nutzer an einer Steuerung des Kältegerätes in Abhängigkeit der durchschnittlichen Umgebungstemperatur festgelegt werden. Arbeitet das Kältegerät beispielsweise eher in einer kälteren Umgebung, können die festgelegten regelmäßigen Abstände größer sein als wenn das Kältegerät in heißen Umgebungen mit einer hohen Luftfeuchtigkeit arbeitet. In einer kälteren Umgebung wird nämlich eine geringere Menge an anfallendem Abtauwasser erwartet, so dass das Heizelement auch weniger häufig aktiviert werden muss, um den Füllzustand des Verdunstungsbehälters zu ermitteln. Dadurch kann vorteilhaft ein geringerer Energieverbrauch des Heizelements erzielt werden.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung wird in dem Überwachungsverfahren zur Bestimmung des Referenzwertes vor Schritt d) ein Kalibrierverfahren zur Erfassung einer Füllzustands-/Zeitspanne-Kurve in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur und/oder eine Füllzustands-/Leistungsaufnahmewert-Kurve in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur durchgeführt.
Je nach Umgebungstemperatur ergibt sich nämlich ein unterschiedlicher Leistungsaufnahmewert des Heizelements bzw. eine unterschiedliche Zeitspanne, bis der Leistungsaufnahmewert konstant ist, obwohl der Verdunstungsbehälter gleichermaßen gefüllt ist. Daher ist es vorteilhaft, wenn der Referenzwert beispielsweise individuell vor Ort in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur über ein Kalibrierverfahren bestimmt wird. Alternativ ist es auch möglich, am Herstellungsort das Kalibrierverfahren durchzuführen und in einem Datenspeicher, der z.B. einer Steuereinrichtung des Kältegerätes zugeordnet ist, verschiedene Kalibrierkurven in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur zu speichern, die dann individuell ausgewählt werden können.
Ein Verdunstungsverfahren zum Verdunsten von in einem Verdunstungsbehälter eines Kältegerätes, insbesondere eines Haushaltskältegerätes, aufgenommenem Abtauwasser umfasst die folgenden Schritte:

e) Durchführen des o.g. Verfahrens zur Überwachung des Füllzustandes;
f) Entscheiden über Weiterbetreiben oder Deaktivieren des wenigstens einen Heizelements an Hand des Vergleichs des wenigstens einen erfassten Betriebsparameters mit dem vorbestimmten Referenzwert, wobei
f1) bei einem erfassten Betriebsparameter größer als dem Referenzwert das wenigstens eine Heizelement weiterbetrieben wird oder
f2) bei einem erfassten Betriebsparameter kleiner als dem Referenzwert das wenigstens eine Heizelement deaktiviert wird.

Durch dieses Verdunstungsverfahren wird das Heizelement gerade dann über einen größeren Zeitraum betrieben, wenn ein kritischer Füllzustand erreicht ist und die Gefahr eines Überlaufens des Verdunstungsbehälters besteht. Ist diese Gefahr nicht gegeben, wird das Heizelement auch nicht weiterbetrieben, so dass es keine Energie verbraucht. So kann das Heizelement besonders effektiv nur dann zum Heizen eingesetzt werden, wenn auch wirklich eine größere Menge Abtauwasser in dem Verdunstungsbehälter verdunstet werden muss.
Vorzugsweise wird im Fall f1) das wenigstens eine Heizelement bei einem vorbestimmten Leistungsaufnahmewert betrieben. Der vorbestimmte Leistungsaufnahmewert ist dabei vorzugsweise derart vorbestimmt, dass das Heizelement die Verdunstungsleistung markant erhöht, so dass sich vorteilhaft auch unter schwierigen Bedingungen der Füllstand des Verdunstungsbehälters erniedrigen kann.
Vorteilhaft wird im Fall f1) bei Erreichen eines vorbestimmten Deaktivier-Betriebsparameters das wenigstens eine Heizelement deaktiviert. Vorteilhaft ist der Deaktivier-Betriebsparameter derart vorbestimmt, dass bei Erreichen des Parameters der Füllzustand in dem Verdunstungsbehälter signifikant abgesunken ist bzw., besonders bevorzugt, das in dem Verdunstungsbehälter aufgefangene Abtauwasser komplett verdunstet. Als Deaktivier-Betriebsparameter kann wiederum vorteilhaft die Leistungsaufnahme bzw. eine zugeführte Spannung oder ein zugeführter Strom herangezogen werden. Alternativ ist es auch möglich, das Heizelement nach einer vorbestimmten Zeitspanne zu deaktivieren.
Eine Verdunstungsvorrichtung zur Verdunstung von in einem Kältegerät, insbesondere einem Haushaltskältegerät, anfallendem Abtauwasser umfasst einen Verdunstungsbehälter zum Aufnehmen des anfallenden Abtauwassers, wenigstens ein Heizelement mit temperaturabhängigem Widerstandswert, das in und/oder an und/oder unter dem Verdunstungsbehälter angeordnet ist, eine Aktiviereinheit zum Aktivieren und Deaktivieren des wenigstens einen Heizelements, eine Erfassungseinheit zum Erfassen von wenigstens einem Betriebsparameter des wenigstens einen Heizelements, eine Vergleichseinheit zum Vergleichen des erfassten Betriebsparameters mit einem Referenzwert und eine Entscheidungseinheit zum Entscheiden an Hand eines Vergleichsergebnisses der Vergleichseinheit, ob das wenigstens eine Heizelement weiter betrieben oder deaktiviert werden soll.
Mit einer solchen Verdunstungsvorrichtung ist es möglich, das oben beschriebene Verdunstungsverfahren durchzuführen. Dabei wird über die Aktiviereinheit das Heizelement aktiviert, danach über die Erfassungseinheit der wenigstens eine Betriebsparameter des wenigstens einen Heizelements erfasst und durch die Vergleichseinheit mit einem Referenzwert verglichen. Je nachdem, ob der erfasste Betriebsparameter größer/gleich oder kleiner als der Referenzwert ist, wird nun das Heizelement weiter betrieben oder deaktiviert, denn der Referenzwert ist so gewählt, dass er einem vorbestimmten Füllzustand des Verdunstungsbehälters entspricht. Da das Heizelement in und/oder an und/oder unter dem Verdunstungsbehälter angeordnet ist, gibt es beim Weiterbetreiben seine Energie in Form von Wärme an das in dem Verdunstungsbehälter aufgefangene Abtauwasser ab, so dass das Abtauwasser verdunstet werden kann.
Vorteilhaft hat das wenigstens eine Heizelement einen positiven temperaturabhängigen Widerstandswert und/oder die Aktiviereinheit ist zum Aktivieren des wenigstens einen Heizelements in zuvor festgelegten regelmäßigen Abständen ausgebildet.
Ein Kältegerät, insbesondere ein Haushaltskältegerät, wie beispielsweise ein Kühlgerät oder ein Gefriergerät oder eine Kühlgefrierkombination, weist ein Gehäuse, wenigstens einen in dem Gehäuse angeordneten Innenraum und einen Kältemittelkreislauf auf, der wenigstens eines der folgenden Elemente umfasst:

– Verdichter;
– Verflüssiger;
– Drossel; und
– Verdampfer.

Verflüssiger, Drossel und Verdichter sind vorzugsweise außerhalb des wenigstens einen Innenraums des Kältegerätes angeordnet, während der Verdampfer vorzugsweise in dem oder an dem wenigstens einen Innenraum angeordnet ist. Ein Kältemittel läuft in dem Kältemittelkreislauf und wird, zunächst in gasförmigem Zustand, durch den Verdichter adiabatisch, d.h. ohne Wärmeaustausch mit der Umgebung, verdichtet, wodurch sich das Kältemittel erwärmt. Diese Wärme wird über den Verflüssiger an die Umgebung abgegeben, wodurch das Kältemittel kondensiert. Zur Druckabsenkung strömt es durch eine Drossel, d.h. beispielsweise ein Expansionsventil, und dann in den Verdampfer, der in oder an dem Innenraum des Kältegerätes angeordnet ist. Es expandiert und verdampft dabei und nimmt die dazu notwendige Verdampfungswärme aus dem wenigstens einen Innenraum des Kältegerätes auf. Wieder in gasförmigem Zustand strömt es zum Verdichter, wodurch der Kältemittelkreislauf geschlossen ist.
Gemäß einer Ausführungsform weist ein solches Kältegerät die beschriebene Verdunstungsvorrichtung auf, die durch die über das Heizelement erzeugte Wärme das in dem Verdunstungsbehälter aufgefangene Abtauwasser verdunstet.
Vorteilhaft ist dabei die Verdunstungsvorrichtung zum Durchführen des oben beschriebenen Verdunstungsverfahrens ausgebildet.
Vorteilhaft ist der Verdunstungsbehälter zum Aufnehmen von in dem wenigstens einen Innenraum und/oder an dem Verdampfer anfallendem Abtauwasser ausgebildet. Besonders bei hoher Luftfeuchtigkeit bzw. bei hohen Außentemperaturen kondensiert schnell Wasser an den Innenwänden bzw. an dem Verdampfer in dem wenigstens einen Innenraum des Kältegerätes, vor allem in einem Innenraum eines Gefriergerätes. Daher ist vorteilhaft, wenn Leitungen zum Ableiten des Abtauwassers von dem Verdampfer und/oder von den Innenwänden des wenigstens einen Innenraums zu dem Verdunstungsbehälter vorgesehen sind, um dieses Abtauwasser aus dem wenigstens einen Innenraum herauszuleiten.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Elemente des Kältegerätes vorgesehen, wobei die Aktiviereinheit, die Erfassungseinheit, die Vergleichseinheit und die Entscheidungseinheit der Steuereinrichtung zugeordnet ist. So kann eine einzige Steuereinrichtung vorteilhaft die Steuerung sämtlicher Elemente in dem Kältegerät vornehmen.
Vorzugsweise ist das wenigstens eine Heizelement unmittelbar mit der Steuereinrichtung verbunden. So kann vorteilhaft auf zusätzliche Kabel verzichtet werden und die Kosten für Material und Fertigung können eingespart werden.
An Hand des Überwachungsverfahrens, durch das der Füllzustand des Verdunstungsbehälters ermittelt werden kann, können vorteilhaft Maßnahmen gegen ein Überlaufen ergriffen werden. Das Heizelement muss beispielsweise bei einem geringen Füllzustand lediglich kurz betrieben werden, um den Füllzustand festzustellen. Ein weiteres Zuheizen ist vorteilhaft erst nötig, wenn festgestellt ist, dass der Füllzustand einen bestimmten Grenzwert überschritten hat. So kann das Heizelement vorzugsweise energieeffizient eingesetzt werden.
Weiter kann vorteilhaft auf zusätzliche Elemente zur Ermittlung des Füllzustandes wie beispielsweise Wasserstandsmesser verzichtet werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:
1 ein Kältegerät für den Haushalt, hier eine Kühlgefrierkombination mit einem Kältemittelkreislauf und einer Verdunstungsvorrichtung;
2 die Verdunstungsvorrichtung aus 1 mit PTC-Heizelementen und Steuereinrichtungen in größerem Detail;
3 eine schematisch dargestellte Widerstandswert-Temperatur-Kurve eines PTC-Heizelements;
4 eine der Steuereinrichtungen mit PTC-Heizelement aus 2 in größerem Detail;
5 ein Ablaufdiagramm eines Verdunstungsverfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform; und
6 ein Ablaufdiagramm des Verdunstungsverfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform.
1 zeigt ein Kältegerät 10 in Ausbildung einer Kühlgefrierkombination 12 mit einem Gehäuse 14, das ein Kühlfach 16 und ein Gefrierfach 18 umfasst. Kühl- und Gefrierfach 16, 18 sind jeweils über eine Tür 20 verschlossen, so dass durch die Türen 20 und durch isolierte Innenwände 22 des Gehäuses 14 gebildete Innenräume 24 von einer Umgebung 26 des Kältegerätes 10 abgetrennt sind.
Das Kältegerät 10 weist einen Kältemittelkreislauf 28 auf, der je einen Verdampfer 30 im Kühlfach 16 und im Gefrierfach 18, einen Verdichter 32, einen Verflüssiger 34 und eine Drossel 36 umfasst. In dem Kältemittelkreislauf 28 wird entlang der dargestellten Pfeilrichtungen ein Kältemittel 38 geleitet.
Weiter weist das Kältegerät 10 eine in einem Maschinenraum 39 angeordnete Verdunstungsvorrichtung 40 mit einem Verdunstungsbehälter 42, einem Heizelement 43 und einer Steuereinrichtung 44 auf. Die Steuereinrichtung 44 ist mit den Elementen des Kältemittelkreislaufs 28 verbunden. Die Verdunstungsvorrichtung 40 ist in 2 in größerem Detail beschrieben.
Von den Innenräumen 24 leiten Leitungen 45 kondensiertes Abtauwasser 46 in den Verdunstungsbehälter 42. Denn in der Luft vorhandene Feuchtigkeit kondensiert durch das Abkühlen an den Innenwänden 22 und den Verdampfern 30, so dass Abtauwasser 46 in den Innenräumen 24 entsteht. Nach Ausleiten des Abtauwassers 46 über die Leitungen 45 in den Verdunstungsbehälter 42 kann das Abtauwasser in die Umgebung 26 verdunsten und wird über diesen Vorgang aus den Innenräumen 24 des Kältegerätes 10 entfernt.
Der Verdunstungsbehälter 42 der Verdunstungsvorrichtung 40 ist in der gezeigten Ausführungsform oberhalb des Verdichters 32 in direktem Kontakt mit dem Verdichter 32 angeordnet. So kann Wärme, die der Verdichter 32 während des Arbeitens abgibt, direkt in den Verdunstungsbehälter 42 auf das darin aufgefangene Abtauwasser 46 übertragen werden, so dass das Abtauwasser 46 schneller verdunstet.
In 2 ist die Verdunstungsvorrichtung 40 in größerem Detail gezeigt. Sie weist das Heizelement 43, hier in der Ausführungsform eines Heizelements mit positivem Widerstandswert, PTC-Heizelement 50, auf. Das Heizelement 43 kann, wie gezeigt, in dem Verdunstungsbehälter 42, an einer Behälterwand 52 oder unterhalb des Verdunstungsbehälters 42 angeordnet sein. Es ist auch eine Kombination aus allen drei Anbringungsorten möglich. Das oder die PTC-Heizelemente 50 sind unmittelbar mit der Steuereinrichtung 44 verbunden. Sind mehrere PTC-Heizelemente 50 an, in oder unter dem Verdunstungsbehälter 42 angeordnet, kann für jedes PTC-Heizelement 50 eine eigene Steuereinrichtung 44 vorgesehen sein. Alternativ kann auch eine gemeinsame Steuereinrichtung 44 vorgesehen sein, wobei sämtliche PTC-Heizelemente 50 unmittelbar mit der gemeinsamen Steuereinrichtung 44 verbunden sind (nicht gezeigt).
Das PTC-Heizelement 50 hat, wie in 3 dargestellt, eine Widerstandswert-Temperatur-Kennlinie mit positiver Steigung. Dabei sinkt der Widerstandswert des PTC-Heizelements 50 mit zunehmender Temperatur zunächst ab und steigt dann annäherungsweise linear an, bis der Widerstandswert mehr oder weniger konstant bleibt. In welchem Temperaturbereich der lineare Bereich, hier gekennzeichnet durch die gestrichelten Linien, sich befindet, kann durch die Materialauswahl für das PTC-Heizelement 50 bestimmt werden. Für die Verwendung im Bereich des Verdunstungsbehälters 42, der kühles Abtauwasser 46 aus den Innenräumen 24 des Kältegerätes 10 aufnimmt, ist ein linearer Temperaturbereich zwischen 0°C und 120°C von Vorteil.
4 zeigt eine vergrößerte Detaildarstellung der Steuereinrichtung 44 mit damit verbundenem PTC-Heizelement 50. Die Steuereinrichtung 44 umfasst eine Aktiviereinheit 56 zum Aktivieren und Deaktivieren des PTC-Heizelements 50, eine Erfassungseinheit 58 zum Erfassen von wenigstens einem Betriebsparameter des PTC-Heizelements 50, eine Vergleichseinheit 60 zum Vergleichen des erfassten Betriebsparameters mit einem vorbestimmten Referenzwert, und eine Entscheidungseinheit 62 zum Entscheiden, ob das PTC-Heizelement 50 weiter betrieben oder deaktiviert werden soll.
Wenn die Aktiviereinheit 56 das PTC-Heizelement 50 aktiviert hat, erfasst die Erfassungseinheit 58 einen Betriebsparameter, wie beispielsweise einen Leistungsaufnahmewert P des PTC-Heizelements 50. Hat P einen konstanten Wert P_const erreicht, wird dieser konstante Wert P_const von der Erfassungseinheit 58 an die Vergleichseinheit 60 weitergegeben, die P_const mit einem vorbestimmten Leistungsaufnahme-Referenzwert P_ref vergleicht. Das Ergebnis dieses Vergleichs gibt die Vergleichseinheit 60 an die Entscheidungseinheit 62 weiter.
Ist beispielsweise der erfasste konstante Leistungsaufnahmewert P_const größer als der Referenzwert P_ref, bedeutet dies, dass der Verdunstungsbehälter 42 einen kritischen Füllzustand erreicht hat und eine Verdunstung des darin aufgefangenen Abtauwassers 46 initiiert werden sollte. Dann gibt die Entscheidungseinheit 62 einen Steuerbefehl an die Aktiviereinheit 56 aus, um das PTC-Heizelement 50 weiter zu betreiben.
Ist der erfasste konstante Leistungsaufnahmewert P_const niedriger als der Referenzwert P_ref, bedeutet dies, dass noch kein kritischer Füllzustand in dem Verdunstungsbehälter 42 erreicht worden ist. Ein Weiterbetreiben des PTC-Heizelements 50 würde somit nur unnötig Energie verbrauchen, während noch gar keine Verdunstungsleistung benötigt wird. In diesem Fall gibt die Entscheidungseinheit 62 den Steuerbefehl an die Aktiviereinheit 56 aus, das PTC-Heizelement 50 zu deaktivieren.
Die 5 und 6 zeigen Ablaufdiagramme des Verdunstungsverfahrens, das von der Verdunstungsvorrichtung 40 durchgeführt wird.
5 zeigt dabei eine erste Ausführungsform, bei der als Betriebsparameter nur der Leistungsaufnahmewert P des PTC-Heizelements 50 herangezogen wird.
Nach dem Start des Ablaufes wird in einem Schritt S1 entschieden, ob eine zuvor festgelegte Aktivier-Zeitspanne Δt verstrichen ist. Ist dies der Fall, wird über die Aktiviereinheit 56 in Schritt S2 das PTC-Heizelement 50 aktiviert. Ist die zuvor festgelegte Aktivier-Zeitspanne Δt noch nicht verstrichen, wird so lange gewartet, bis Δt erreicht ist.
Nach Aktivieren des PTC-Heizelements 50 wird in einem Schritt S3 durch die Erfassungseinheit 58 der Leistungsaufnahmewert P des PTC-Heizelements 50 erfasst.
Wenn im nachfolgenden Schritt S4 festgestellt wird, dass der Leistungsaufnahmewert P konstant verbleibt, wird in Schritt S5 über die Vergleichseinheit 60 der konstante Leistungsaufnahmewert P_const mit dem vorbestimmten Leistungsaufnahme-Referenzwert P_refverglichen.
Wird hier festgestellt, dass der konstante Leistungsaufnahmewert P_const größer oder gleich dem Leistungsaufnahme-Referenzwert P_ref ist, gibt die Entscheidungseinheit 62 den Steuerbefehl an die Aktiviereinheit 56 aus, das Heizelement 43 in Schritt S6 weiter zu betreiben. Wird jedoch festgestellt, dass der konstante Leistungsaufnahmewert P_const kleiner als der Leistungsaufnahme-Referenzwert P_ref ist, deaktiviert die Aktiviereinheit 56 das PTC-Heizelement 50 und der Ablauf kehrt wieder zum Anfang zurück.
In Schritt S6 wird das PTC-Heizelement 50 bei einem vorbestimmten Leistungsaufnahmewert P_vorbetrieben, um so eine effektive Verdunstungsleistung in dem Verdunstungsbehälter 42 zu bewirken. Während des Weiterbetreibens des PTC-Heizelements 50 wird in Schritt S7 über die Erfassungseinheit 58, die Vergleichseinheit 60 und die Entscheidungseinheit 62 überprüft, ob der Leistungsaufnahmewert P einen vorbestimmten Deaktivier-Leistungsaufnahmewert P_deaktunterschreitet. Ist dies der Fall, wird in Schritt S8 über die Aktiviereinheit 56 das PTC-Heizelement 50 deaktiviert und der Ablauf kehrt zum Anfang zurück. Ist der vorbestimmte Deaktivier-Leistungsaufnahmewert P_deakt noch nicht unterschritten, wird das PTC-Heizelement 50 so lange weiterbetrieben, bis der Leistungsaufnahmewert P niedriger ist als der Deaktivier-Leistungsaufnahmewert P_deakt.
In einer alternativen Ausführungsform des Ablaufs, dargestellt in 6, wird zusätzlich zu dem Leistungsaufnahmewert P von der Erfassungseinheit 58 eine Zeitspanne Δt’ erfasst. Der Ablauf wird analog dem in 5 dargestellten durchgeführt, lediglich mit dem Unterschied, dass in Schritt S5 nicht der konstante Leistungsaufnahmewert P_const mit einem Leistungsaufnahme-Referenzwert P_refverglichen wird, sondern dass die Zeitspanne Δt’, die zwischen dem Aktivieren des PTC-Heizelements 50 und dem Konstantbleiben des Leistungsaufnahmewertes P verstrichen ist, mit einem vorbestimmten Zeitspannen-Referenzwert Δt’_refverglichen wird. Danach verläuft der Ablauf genauso wie in 5 dargestellt.
Mit dem beschriebenen Überwachungsverfahren, dem Verdunstungsverfahren, der Verdunstungsvorrichtung 40 und dem Kältegerät 10 soll erzielt werden, dass der Verdunstungsbehälter 42 vorzugsweise nicht überläuft. Eine geringe Komponentenanzahl und geringe Fertigungsaufwendungen sind weiter vorteilhaft.
Bekannterweise wird das beim Betrieb von Kältegeräten 10 anfallende Abtauwasser 46 in einem Verdunstungsbehälter 42 aufgefangen, der gewöhnlich in einem Bereich des Maschinenraumes 39, häufig oberhalb des Verdichters 32, angeordnet ist. Das darin aufgefangene Abtauwasser 46 verdunstet begünstigt durch die Wärme des Verdichters 32. Mit zunehmend geringerem Energieverbrauch der Haushalts-Kältegeräte 10 wird immer weniger Abwärme für die Verdunstung des Abtauwassers 46 frei. Daher werden häufig immer größere Verdunstungsbehälter 42, eine Vielzahl von Verdunstungsoberflächen oder eine Beheizung des Verdunstungsbehälters 42 über den Kältemittelkreislauf 28 realisiert. Mittlerweile gibt es jedoch Kältegeräte 10, die mit diesen Maßnahmen grenzwertig sind. Das heißt, die geforderte Mindestverdunstungsleistung wird gerade noch erreicht oder eventuell schon knapp unterschritten. Zukünftige neue Kältegeräte 10 werden die Mindestverdunstungsleistung voraussichtlich aus den folgenden Gründen nicht erreichen:
Eine bessere Isolation der Kältegeräte 10 reduziert die Wärmeabgabe des Kältemittelkreislaufs 28 weiter.
Immer effizientere Verdichter 32 weisen kältere Oberflächen auf und können somit weniger Verdichterabwärme an den Verdunstungsbehälter 42 abgeben.
Insgesamt werden leistungsschwächere Verdichter 32 eingesetzt und die Überhitzung eines von dem Verdichter 32 abführenden Druckrohres, das in dem Verdunstungsbehälter 42 als Kältemittelkreislauf-Heizung eingesetzt werden kann, nimmt ab, so dass weniger Wärme dem Abtauwasser 46 zugeführt werden kann.
Die Anforderungen an die Verdunstungsleistung werden durch neue, tropisch geprägte Märkte höher.
Daher ist es vorteilhaft, wenn der Füllzustand des Verdunstungsbehälters 42 überwacht wird. Sobald ein kritischer Füllzustand erreicht wird, wird ein PTC-Heizelement 50 über einen großen Zeitraum hinweg aktiviert, um den drohenden Überlauf des Verdunstungsbehälters 42 zu vermeiden und den Füllzustand des Verdunstungsbehälters 42 deutlich abzusenken. Das PTC-Heizelement 50 ist hierbei thermisch dem Verdunstungsbehälter 42 zugeordnet. Es kann sich also in dem Verdunstungsbehälter 42, das heißt in direktem Kontakt zu dem Abtauwasser 46, oder an bzw. unter dem Verdunstungsbehälter 42 befinden, um somit einen indirekten Wärmetransfer zu dem Abtauwasser 46 bereitzustellen.
Die Überwachung des Füllzustandes erfolgt über ein kurzzeitiges Aktivieren des PTC-Heizelements 50. Nach der anfänglich hohen Leistungsaufnahme reduziert sich die Leistungsaufnahme als ein Maß der sie umgebenden thermischen Masse und der sich ergebenden Wärmeströme. Befindet sich nun kein oder wenig Abtauwasser 46 in dem Verdunstungsbehälter 42, ist die thermische Masse gering und ein sich ergebender Wärmestrom wird vor allem über die Konvektion an dem PTC-Heizelement 50 erzeugt. Wird nun mit der Steuereinrichtung 44 des Kältegerätes 10 die Leistungsaufnahme des PTC-Heizelements 50 nach einer Zeit zur Stabilisierung des Wärmestromgleichgewichtes bewertet, kann über den Füllzustand des Verdunstungsbehälters 42 eine Aussage getroffen werden. Aus dieser Aussage kann nun die Steuereinrichtung 44 selbst entscheiden, ob ein Zuheizen zur Vermeidung eines Überlaufens des Verdunstungsbehälters 42 sinnvoll ist oder noch unterbleiben kann.
Beispielsweise wird ein PTC-Heizelement 50 im Füllbereich eines Verdunstungsbehälters 42 so platziert, dass das PTC-Heizelement 50 nur bei sehr hohen Füllzuständen in das gesammelte Abtauwasser 46 eintaucht. Das PTC-Heizelement 50 weist beispielsweise eine nominelle Leistungsaufnahme von 25 Watt auf. Befindet sich kein Abtauwasser 46 in dem Verdunstungsbehälter 42, heizt sich das Heizelement auf etwa 80°C auf, und dabei nimmt es, verursacht durch den PTC-Effekt, nur noch 1 Watt Leistung auf. Taucht das Heizelement bei stark gefülltem Verdunstungsbehälter 42 in das Abtauwasser 46 ein, wird sich bei dem Beispiel eine Leistungsaufnahme von > 10 Watt einstellen. Wird nun über die Steuereinrichtung 44 die Leistungsaufnahme des PTC-Heizelements 50 überwacht, kann auf den Füllzustand des Verdunstungsbehälters 42 geschlossen werden. Dabei sind die großen Leistungsunterschiede zwischen leerem und gefülltem Verdunstungsbehälter 42 hilfreich, die auch eine tolerantere Leistungsüberwachung zulassen. Auch die Einflüsse durch die Umgebungstemperatur können durch die Aussage über den Füllzustand des Verdunstungsbehälters 42, basierend auf der Leistungsaufnahme des PTC-Heizelements 50, leichter toleriert werden.
Wird nun festgestellt, dass der Verdunstungsbehälter 42 Gefahr läuft überzulaufen, wird das PTC-Heizelement 50 für einen längeren Zeitraum aktiviert. In der Auslegung der Elemente wird vorteilhaft darauf geachtet, dass das aktivierte PTC-Heizelement 50 die Verdunstungsleistung markant erhöht, so dass davon ausgegangen werden kann, dass sich auch unter schwierigen Bedingungen der Füllzustand des Verdunstungsbehälters 42 erniedrigen wird.
Das PTC-Heizelement 50 kann nun so lange aktiviert bleiben, bis ein Grenzwert, beispielsweise ein Deaktivier-Leistungsaufnahmewert P_deakt, erreicht ist. Der Grenzwert kann einen mittleren oder geringen Füllzustand des Verdunstungsbehälters 42 anzeigen. Dies kann beispielsweise 5 Watt sein. Während der Entwicklungsphase kann eine Kalibrierkurve von Füllzustand zu Leistungsaufnahmewert zu Umgebungstemperatur aufgenommen werden, um die genauen Werte für die Auslegung zu ermitteln.
Das beschriebene Verfahren verhindert ein Überlaufen des Verdunstungsbehälters 42 beim Nutzer. Es wird dabei nur bedarfsgerecht zusätzliche elektrische Energie aufgewandt, um Schaden zu verhindern. Es fallen für die Überwachung des Füllzustandes des Verdunstungsbehälters 42 lediglich einige zusätzliche Bauteile in der Steuereinrichtung 44 an, es muss jedoch kein zusätzliches Kabel oder gar ein separater Wasserstandsschalter vorgesehen werden. Dadurch reduzieren sich die Material- und Fertigungskosten im Vergleich zu Lösungen mit Wasserstandsschaltern.
Bezugszeichenliste

10: Kältegerät
12: Kühlgefrierkombination
14: Gehäuse
16: Kühlfach
18: Gefrierfach
20: Tür
22: Innenwände
24: Innenräume
26: Umgebung
28: Kältemittelkreislauf
30: Verdampfer
32: Verdichter
34: Verflüssiger
36: Drossel
38: Kältemittel
39: Maschinenraum
40: Verdunstungsvorrichtung
42: Verdunstungsbehälter
43: Heizelement
44: Steuereinrichtung
45: Leitungen
46: Abtauwasser
50: PTC-Heizelement
52: Behälterwand
56: Aktiviereinheit
58: Erfassungseinheit
60: Vergleichseinheit
62: Entscheidungseinheit
P: Leistungsaufnahmewert
P_const: konstanter Leistungsaufnahmewert
P_ref: Leistungsaufnahme-Referenzwert
P_vor: vorbestimmter Leistungsaufnahmewert
P_deakt: Deaktivier-Leistungsaufnahmewert
Δt: Aktivier-Zeitspanne
Δt’: Zeitspanne
Δt’_ref: Zeitspannen-Referenzwert

Claims

Überwachungsverfahren zur Überwachung eines Füllzustandes in einem Verdunstungsbehälter (42) eines Kältegerätes (10), insbesondere eines Haushaltskältegerätes, umfassend die Schritte: a) Anordnen wenigstens eines Heizelements (43) mit temperaturabhängigem Widerstandswert in und/oder an und/oder unter einem Verdunstungsbehälter (42) eines Kältegerätes (10); b) Aktivieren des wenigstens einen Heizelements (48); c) Erfassen wenigstens eines Betriebsparameters (P, Δt’) des wenigstens einen Heizelements (43); d) Vergleich des wenigstens einen erfassten Betriebsparameters (P, Δt’) mit einem vorbestimmten Referenzwert (P_ref, Δt’_ref).
Überwachungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt c) ein Schritt c1) Abwarten bis ein erster Betriebsparameter (P, Δt’) konstant bleibt durchgeführt wird.
Überwachungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) als zweiter Betriebsparameter (P, Δt’) eine Zeitspanne (Δt’) erfasst wird, die in Schritt d) mit einem Zeitspannen-Referenzwert (Δt’_ref) verglichen wird.
Überwachungsverfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d) als erster Betriebsparameter (P, Δt’) ein Leistungsaufnahmewert (P) mit einem Leistungsaufnahme-Referenzwert (P_ref) verglichen wird.
Überwachungsverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) ein Heizelement (43) mit positivem temperaturabhängigem Widerstandswert angeordnet wird und/oder dass das wenigstens eine Heizelement (43) in zuvor festgelegten regelmäßigen Abständen (Δt) aktiviert wird.
Überwachungsverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Referenzwertes (P_ref, Δt’_ref) vor Schritt d) ein Kalibrierverfahren zur Erfassung einer Füllzustands-/Zeitspanne-Kurve in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur und/oder eine Füllzustands-/Leistungsaufnahmewert-Kurve in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur durchgeführt wird.
Verdunstungsverfahren zum Verdunsten von in einem Verdunstungsbehälter (42) eines Kältegerätes (10), insbesondere eines Haushaltskältegerätes, aufgenommenem Abtauwasser (46), umfassend die Schritte: e) Durchführen des Verfahrens zur Überwachung des Füllzustandes nach einem der voranstehenden Ansprüche; f) Entscheiden über Weiterbetreiben oder Deaktivieren des wenigstens einen Heizelements (43) anhand des Vergleichs des wenigstens einen erfassten Betriebsparameters (P, Δt’) mit dem vorbestimmten Referenzwert (P_ref, Δt’_ref), wobei f1) bei einem erfassten Betriebsparameter (P, Δt’) größer oder gleich dem Referenzwert (P_ref, Δt’_ref) das wenigstens eine Heizelement (43) weiterbetrieben wird oder f2) bei einem erfassten Betriebsparameter (P, Δt’) kleiner als dem Referenzwert (P_ref, Δt’_ref) das wenigstens eine Heizelement (43) deaktiviert wird.
Verdunstungsverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Fall f1) das wenigstens eine Heizelement (43) bei einem vorbestimmten Leistungsaufnahmewert (P_vor) betrieben wird.
Verdunstungsverfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall f1) bei Erreichen eines vorbestimmten Deaktivier-Betriebsparameters (P_deakt) das wenigstens eine Heizelement (43) deaktiviert wird.
Verdunstungsvorrichtung (40) zur Verdunstung von in einem Kältegerät (10), insbesondere einem Haushaltskältegerät, anfallendem Abtauwasser (46), umfassend einen Verdunstungsbehälter (42) zum Aufnehmen des anfallenden Abtauwassers (46), wenigstens ein Heizelement (43) mit temperaturabhängigem Widerstandswert, das in und/oder an und/oder unter dem Verdunstungsbehälter (42) angeordnet ist, eine Aktiviereinheit (56) zum Aktivieren und Deaktivieren des wenigstens einen Heizelements (43), eine Erfassungseinheit (58) zum Erfassen von wenigstens einem Betriebsparameter (P, Δt’) des wenigstens einen Heizelements (43), eine Vergleichseinheit (60) zum Vergleichen des erfassten Betriebsparameters (P, Δt’) mit einem Referenzwert (P_ref, Δt’_ref) und eine Entscheidungseinheit (62) zum Entscheiden anhand eines Vergleichsergebnisses der Vergleichseinheit, ob das wenigstens eine Heizelement (43) weiterbetrieben oder deaktiviert werden soll.
Verdunstungsvorrichtung (40) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Heizelement (43) einen positiven temperaturabhängigen Widerstandswert hat und/oder dass die Aktiviereinheit (56) zum Aktivieren des wenigstens einen Heizelements (43) in zuvor festgelegten regelmäßigen Abständen (Δt) ausgebildet ist.
Kältegerät (10), insbesondere Haushaltskältegerät, aufweisend ein Gehäuse (14), wenigstens einen in dem Gehäuse (14) angeordneten Innenraum (24) und einen Kältemittelkreislauf (28), der wenigstens eines der folgenden Elemente umfasst: – Verdichter (32); – Verflüssiger (34); – Drossel (36); und – Verdampfer (30), gekennzeichnet durch eine Verdunstungsvorrichtung (40) nach einem der Ansprüche 10 oder 11.
Kältegerät (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdunstungsvorrichtung (40) zum Durchführen des Verdunstungsverfahrens (42) nach einem der Ansprüche 7 bis 9 ausgebildet ist.
Kältegerät (10) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdunstungsbehälter (42) zum Aufnehmen von in dem wenigstens einen Innenraum (24) und/oder an dem Verdampfer (30) anfallendem Abtauwasser (46) ausgebildet ist.
Kältegerät (10) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (44) zur Steuerung der Elemente des Kältegerätes (10) vorgesehen ist, wobei die Aktiviereinheit (56), die Erfassungseinheit (58), die Vergleichseinheit (60) und die Entscheidungseinheit (62) der Steuereinrichtung (44) zugeordnet sind und/oder dass das wenigstens eine Heizelement (43) unmittelbar mit der Steuereinrichtung (44) verbunden ist.