DE102011078321A1

DE102011078321A1 - Kältegerät mit Verdunstungsschale und Hilfseinrichtung zur Verdunstungsförderung

Info

Publication number: DE102011078321A1
Application number: DE201110078321
Authority: DE
Inventors: Adolf Feinauer; Hans Ihle
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2011-06-29
Filing date: 2011-06-29
Publication date: 2013-01-03
Also published as: WO2013000773A3; WO2013000773A2

Abstract

Ein Kältegerät, insbesondere ein Haushaltskältegerät, hat wenigstens eine durch eine Tür (2) verschließbaren Lagerkammer (3), eine Verdunstungsschale (9) zum Verdunsten von aus der Lagerkammer (3) abgeleitetem Tauwasser und eine Hilfseinrichtung (10, 12), die durch eine Steuereinheit (13) zuschaltbar ist, um die Verdunstungsrate in der Verdunstungsschale (9) zu erhöhen. Die Steuereinheit (13) ist eingerichtet, ein Öffnen der Tür (2) zu erfassen und den Betrieb der Hilfseinrichtung (10, 12) anhand der Zahl und/oder Dauer erfasster Türöffnungen und/oder in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur (Text) zu steuern und/oder den zeitlichen Verlauf der Temperatur (Tv) eines Verdampfers (4) beim Steuern des Betriebs der Hilfseinrichtung (10, 12) zu berücksichtigen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältegerät, insbesondere ein Haushaltskältegerät wie etwa einen Kühl- oder Gefrierschrank, mit einer Verdunstungsschale zum Verdunsten von aus einer Lagerkammer des Geräts abgeleitetem Tauwasser, und einer Hilfseinrichtung, die zuschaltbar ist, um bei Bedarf die Verdunstung des Tauwassers in der Verdunstungsschale zu fördern.
Bei jedem Öffnen einer Tür des Kältegeräts gelangt mit der Umgebungsluft auch Feuchtigkeit in die Lagerkammer eines Kältegeräts und schlägt sich dort im Laufe der Zeit an der kältesten Stelle nieder, das heißt je nach Bauart des Kältegeräts zum Beispiel unmittelbar an einem Verdampfer oder an einer durch den Verdampfer gekühlten Wand der Lagerkammer. Von dort muss die Feuchtigkeit beseitigt werden, damit sie nicht den Wärmeaustausch zwischen der Lagerkammer und dem Verdampfer und damit den Wirkungsgrad des Kältegeräts beeinträchtigt und/oder damit von dieser kältesten Stelle abfließendes Wasser nicht das Kühlgut durchnässt. Es ist daher üblicherweise unterhalb dieser kältesten Stelle eine Auffangrinne oder -schale vorgesehen, in der sich das Tauwasser sammeln kann und von wo aus es durch einen Durchgang in der wärmeisolierenden Wand des Kältegeräts zu einer Verdunstungsschale geleitet wird. Die Verdunstungsschale ist jenseits der wärmeisolierenden Wand angeordnet, um aus ihr verdunstende Feuchtigkeit frei an die Umgebung abgeben zu können. Um die Verdunstung in der Schale zu fördern, ist sie herkömmlicherweise in einem Maschinenraum des Kältegeräts auf einem Verdichter montiert, um durch dessen Abwärme beheizt zu werden.
Verbesserungen der Isolation und der Kälteerzeugung führen bei modernen Kältegeräten dazu, dass das Verhältnis von anfallendem Tauwasser zur am Verdichter verfügbaren Abwärme immer ungünstiger wird. Wenn jedoch das Tauwasser schneller anfällt, als es in der Verdunstungsschale verdunsten kann, dann läuft diese über, und das auslaufende Wasser kann zu Schäden am Gerät und an dessen Umgebung führen.
Eine Möglichkeit, die fehlende Abwärme des Verdichters zu ersetzen ist, eine elektrische Heizeinrichtung an der Verdunstungsschale anzubringen. Es liegt jedoch auf der Hand, dass der Betrieb einer solchen Heizeinrichtung, insbesondere, wenn er nicht bedarfsorientiert gesteuert erfolgt, die Gesamtenergieeffizienz des Kältegeräts beeinträchtigt und Effizienzgewinne durch verbesserte Isolation oder verbesserte Kälteerzeugung weitgehend wieder zunichte macht. Es wäre zwar an sich denkbar, einen Füllstandssensor an der Verdunstungsschale anzubringen und die Heizeinrichtung nur dann zu betreiben, wenn dieser die Überschreitung eines kritischen Wasserspiegels anzeigt. Ein solcher Füllstandssensor muss jedoch ein hohes Maß an Zuverlässigkeit aufweisen, denn wenn eine Störung des Füllstandsensors darin besteht, dass eine Überschreitung des kritischen Wasserspiegels nicht erfasst wird, droht ein Überlaufen der Verdunstungsschale mit den daraus resultierenden Folgeschäden. Führt hingegen eine Störung des Füllstandssensors dazu, dass ständig eine Überschreitung des kritischen Wasserspiegels erfasst wird, dann läuft die Heizeinrichtung pausenlos, und es wird nutzlos Energie vergeudet. Da eine solche Störung sich äußerlich nicht unmittelbar bemerkbar macht, kann es sein, dass sie lange Zeit übersehen wird und dem Benutzer erhebliche Kosten verursacht. Ein Füllstandssensor mit der für die Praxis erforderlichen Zuverlässigkeit führt jedoch zu nicht vernachlässigbaren und für den Anwender vielfach abschreckenden Kosten bei der Gerätefertigung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine preiswerte und zuverlässige Lösung anzugeben, mit der eine ausreichende Verdunstung von Kondenswasser sichergestellt werden kann und gleichzeitig eine gute Energieeffizienz des Kältegeräts gewahrt bleibt.
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 gelöst, indem bei einem Kältegerät, insbesondere einem Haushaltskältegerät, mit wenigstens einer durch eine Tür verschließbaren Lagerkammer, einer Verdunstungsschale zum Verdunsten von aus der Lagerkammer abgeleitetem Tauwasser und einer Hilfseinrichtung, die durch eine Steuereinheit zuschaltbar ist, um die Verdunstungsrate in der Verdunstungsschale zu erhöhen, die Steuereinheit eingerichtet ist, ein Öffnen der Tür zu erfassen und den Betrieb der Hilfseinrichtung anhand der Zahl und/oder Dauer erfasster Türöffnungen zu steuern.
Die Wirksamkeit dieser Lösung basiert auf der Tatsache, dass der Luftaustausch zwischen Lagerkammer und Umgebung bei jedem Öffnen der Tür eine wesentliche Quelle für sich in der Lagerkammer niederschlagendes Tauwasser ist und dass folglich auch die Menge des zu verdunstenden Tauwassers mit Zahl und Dauer der Türöffnungen eng zusammenhängt.
Um die Genauigkeit, mit der der Betrieb der Hilfseinrichtung auf die anfallende Tauwassermenge abgestimmt werden kann, zu verbessern, kann die Steuereinheit eingerichtet sein, den Betrieb der Hilfseinrichtung ferner in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur zu steuern, da die Menge der Feuchtigkeit, die zusammen mit einem gegebenen Luftvolumen aus der Umgebung in die Lagerkammer gelangt, im allgemeinen mit der Temperatur der Luft stark zunimmt.
Um die Umgebungstemperatur zu erfassen, kann die Steuereinheit mit einem geeigneten Temperatursensor verbunden sein.
Bei vergleichbarer Zuverlässigkeit preiswerter realisierbar sind Techniken zur Abschätzung der Umgebungstemperatur anhand von mit ihr zusammenhängenden Größen. So kann zum Beispiel, wenn das Kältegerät in an sich bekannter Weise einen intermittierend betriebenen Verdichter umfasst, die Steuereinheit eingerichtet sein, die Umgebungstemperatur anhand der Dauer einer Betriebsphase des Verdichters abzuschätzen. Die Dauer einer Betriebsphase hängt nicht nur von der Differenz zwischen Einschalt- und Ausschalttemperatur des Verdichters ab, sondern auch von der Rate, mit der Umgebungswärme in die Lagerkammer eindringt und deren Abkühlung während des Betriebs des Verdichters verzögert. Je höher die Umgebungstemperatur ist, umso höher ist auch diese Rate, und dementsprechend länger dauert jede Betriebsphase.
Es sind auch Kältegeräte bekannt, bei denen die Leistung des Verdichters variabel ist und auf einen Wert geregelt wird, bei dem der Verdichter ununterbrochen oder nahezu ununterbrochen laufen und dabei die Temperatur der Lagerkammer konstant halten kann. Wie groß die Leistung des Verdichters ist, die den Wärmezustrom aus der Umgebung der Lagerkammer ausgleicht, hängt von der Umgebungstemperatur, genauer gesagt von der Differenz zwischen der Umgebungstemperatur und der Temperatur der Lagerkammer, ab, so dass die Leistung, auf die der Verdichter bei einem solchen Kältegerät geregelt ist, ebenfalls einen Rückschluss auf die Umgebungstemperatur erlaubt.
An sich bekannt sind auch Kältegeräte, bei denen eine Lagerkammer mit einem Feuchtesensor ausgestattet ist, um die Luftfeuchtigkeit in der Lagerkammer zu erfassen und ein gesteuertes Entfeuchten der Luft auf einen auf das darin enthaltene Kühlgut abgestimmten Zielwert zu ermöglichen. Die bei einem solchen gesteuerten Entfeuchten anfallende Menge an Tauwasser ist anhand der Luftfeuchtigkeitsmesswerte genau abschätzbar und kann zur Steuerung der Hilfseinrichtung herangezogen werden.
Eine indirekte Abschätzung der Luftfeuchtigkeit ist auch ohne einen speziellen Luftfeuchtesensor möglich. So kann zum Beispiel an einem die Lagerkammer kühlenden Verdampfer ein Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur des Verdampfers angeordnet sein, um die Veränderung der Verdampfertemperatur bei Inbetriebnahme zu erfassen. Feuchtigkeit, die auf dem Verdampfer auskondensiert, verzögert dessen Abkühlung, so dass durch einen Vergleich des zeitlichen Verlaufs der Abkühlung mit einem Normalverlauf ohne Tauwasserbildung die Menge des Tauwassers abgeschätzt werden kann, die sich in einer Betriebsphase des Verdampfers auf diesem niederschlägt.
Wenn die mittlere Betriebstemperatur des Verdampfers so niedrig ist, dass sich Luftfeuchtigkeit daran als Reif niederschlägt, der zwischen zwei Betriebsphasen des Verdampfers nicht abtaut, dann kann zum Abtauen des Verdampfers eine Abtauheizung vorgesehen werden. Flüssiges Tauwasser fällt im Wesentlichen nur an, wenn die Abtauheizung in Betrieb ist. Daher ist die Steuereinheit in einem solchen Fall vorzugsweise eingerichtet, diese Einrichtung zusammen mit der Abtauheizung zu betreiben, um dieses Tauwasser zügig zu beseitigen.
Zweckmäßigerweise kann die Berücksichtigung der verschiedenen oben erwähnten, die Menge des anfallenden Tauwassers beeinflussenden Größen erfolgen, indem die Steuereinheit eingerichtet ist, bei jedem Türöffnen eine Zählgröße um ein Inkrement zu verändern, das anhand wenigstens einer unter Türöffnungsdauer, Umgebungstemperatur, Verdichterlaufzeit, Verdichterleistung, Luftfeuchtigkeit in der Lagerkammer und Änderungsrate der Verdampfertemperatur ausgewählten Größe festgelegt wird, und die Hilfseinrichtung zu betreiben, wenn die Zählgröße einen Grenzwert erreicht.
Als Hilfseinrichtung kommen insbesondere eine Heizung und/oder ein Ventilator in Betracht.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Aus dieser Beschreibung und den Figuren gehen auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt. Es zeigen:
1 einen schematischen Schnitt in Breitenrichtung durch ein Haushaltskältegerät gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 einen Schnitt in Tiefenrichtung durch das Kältegerät;
3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern der die Verdunstung unterstützenden Hilfseinrichtung;
4 ein Flussdiagramm eines im Rahmen des Steuerverfahrens der 3 anwendbaren Verfahrens zum Abschätzen der Umgebungstemperatur;
5 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Abschätzen der Umgebungstemperatur, das in einem Kältegerät mit leistungsveränderlichem Verdichter anwendbar ist;
6 exemplarische Temperaturverläufe am Verdampfer des Kältegeräts der 1 und 2; und
7 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern der Hilfseinrichtung, das auf den in 6 gezeigten Temperaturverläufen basiert; und
8 ein Flussdiagramm eines zweiten auf den Temperaturverläufen der 6 basierenden Verfahrens.
1 und 2 zeigen schematische Schnitte durch ein Haushaltskältegerät, bei dem die vorliegende Erfindung anwendbar ist. Die Schnittebenenen der beiden Figuren sind in der jeweils anderen Fig. als strichpunktierte Linien I-I bzw. II-II eingezeichnet.
Das Haushaltskältegerät, hier ein Kühlschrank, hat in üblicher Weise ein wärmeisolierendes Gehäuse mit einem Korpus 1 und einer Tür 2, die eine Lagerkammer 3 begrenzen. Die Lagerkammer 3 ist hier durch einen an ihrer Rückwand zwischen einem Innenbehälter des Korpus 1 und einer diesen umgebenden isolierenden Schaumschicht angeordneten Coldwall-Verdampfer 4 gekühlt, doch dürfte für den Fachmann unmittelbar einsichtig sein, dass die im Folgenden erläuterten Besonderheiten der Erfindung auch in Verbindung mit beliebigen anderen Typen von Verdampfer anwendbar sind.
Der Verdampfer 4 ist Teil einer Kältemaschine, die ferner einen in einem aus dem Korpus 1 ausgesparten Maschinenraum 5 untergebrachten Verdichter 6 sowie einen in den Figuren nicht dargestellten Verflüssiger umfasst, der beispielsweise außen an der Rückwand des Korpus 1 oder auch in Maschinenraum 5 untergebracht sein kann.
Am Fuße der durch den Verdampfer 4 gekühlten Rückwand der Lagerkammer 3 erstreckt sich eine Auffangrinne 7 für Kondenswasser, das sich an dem vom Verdampfer 4 gekühlten Bereich des Innenbehälters niederschlägt und daran abwärts fließt. Eine Rohrleitung 8 führt vom tiefsten Punkt der Auffangrinne 7 durch die isolierende Schaumstoffschicht hindurch zu einer Verdunstungsschale 9, die auf einem Gehäuse des Verdichters 6 montiert ist, um durch Abwärme des Verdichters 6 beheizt zu werden. Eine elektrische Heizeinrichtung 10 ist hier in Form einer sich im Inneren der Verdunstungsschale 9 erstreckenden Heizschleife dargestellt; sie könnte auch beispielsweise in Form einer Folienheizung an einer Außenwand 11 der Verdunstungsschale 9 angebracht sein, wobei in diesem Fall außen um die Folienheizung herum noch eine Isolationsschicht vorgesehen sein kann, um sicherzustellen, dass die Heizeinrichtung ihre Wärme im Wesentlichen in die Verdunstungsschale 9 hinein abgibt.
Um die Verdunstung von Tauwasser in der Verdunstungsschale 9 zu fördern, kann an Stelle der Heizeinrichtung 10 oder zusätzlich zu dieser noch ein Ventilator 12 in dem Maschinenraum 5 so angeordnet sein, dass er einen Luftstrom über dem Wasserspiegel der Verdunstungsschale 9 antreibt. Da die Ein- und Ausschaltzeitpunkte der Heizeinrichtung 10 und des Ventilators 12 miteinander verknüpft und vorzugsweise gleich sind, kann sich die Beschreibung im Folgenden auf den Fall beschränken, dass beide vorhanden sind.
Heizeinrichtung 10 und Ventilator 12 sind gesteuert durch eine elektronische Steuereinheit 13, die hier der Einfachheit halber in dem Maschinenraum 5 dargestellt ist, die aber in der Praxis weitgehend beliebig am Kältegerät und insbesondere benachbart zu einem – hier nicht dargestellten – Bedienfeld angeordnet sein kann. Die Steuereinheit 13 steuert auch den Betrieb des Verdichters 6 anhand eines an der Lagerkammer 3 angeordneten Temperatursensors 14. Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, kann im Rahmen der Erfindung eine einfache Ein-Aus-Steuerung des Verdichters 6 vorgesehen sein, bei der die Steuereinheit 13 den Verdichter 6 einschaltet, wenn die Temperatur der Lagerkammer 3 eine Einschaltschwelle T_ein überschreitet und ihn wieder ausschaltet, sobald die Temperatur der Lagerkammer 3 eine Ausschaltschwelle T_aus unterschreitet. Es kommt jedoch auch eine stufenlose Steuerung der Leistung, insbesondere der Drehzahl, des Verdichters 6 oder ein Umschalten zwischen zahlreichen diskreten nichtverschwindenden Leistungsstufen des Verdichters 6 in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur in Betracht.
An einer Seitenwand des Korpus 1 ist ein durch die Tür 2 betätigbarer Schalter 15 angebracht, der in an sich bekannter Weise zum Ein- und Ausschalten einer Leuchte 16 der Lagerkammer 3 beim Öffnen bzw. Schließen der Tür 2 dienen kann. Der Schalter 15 ist mit der Steuereinheit 13 verbunden, um eine Erfassung des Öffnens und Schließens der Tür 2 durch die Steuereinheit 13 zu ermöglichen.
Für manche der im Folgenden noch beschriebenen Steuerverfahren kann ein zweiter Temperatursensor 17 unmittelbar am Verdampfer 4 angeordnet sein, um dessen Temperatur zu erfassen und an die Steuereinheit 13 zu melden.
3 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens, das gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung in der Steuereinheit 13 ausführbar ist, um den Betrieb der Heizeinrichtung 10 und des Ventilators 12 zu steuern. In Schritt S31 wartet die Steuereinheit 13 ab, dass der Schalter 15 ein Öffnen der Tür 2 erfasst. Wenn dies der Fall ist, wird in Schritt S32 ein interner Zähler c der Steuereinheit 13 um ein Inkrement incr erhöht, das in einer einfachen Ausgestaltung eine Konstante sein kann, das einer bevorzugten Weiterbildung zufolge allerdings direkt oder indirekt von der Temperatur T_ext in der Umgebung des Kältegeräts sowie eventuell noch von weiteren Größen abhängt. Um die Außentemperatur T_ext abschätzen zu können, kann ein Umgebungstemperatursensor am Kältegerät außerhalb der Isolationsschicht vorgesehen sein. Bevorzugt ist jedoch, die Kosten eines solchen Sensors einzusparen und die Umgebungstemperatur T_ext auf indirektem Wege abzuschätzen, wie im Folgenden noch genauer erläutert wird.
Eine weitere Größe, die Einfluss auf das Inkrement haben kann, ist die Dauer des Offenstehens der Tür 2. Es ist leicht nachvollziehbar, dass die Menge an Umgebungsluft, die beim Öffnen der Tür 2 in die Lagerkammer 3 gelangt, um so größer ist, je länger die Tür 2 offensteht, und dass dementsprechend auch die Menge des mit der Umgebungsluft eingetragenen Wassers wächst. Sobald allerdings die Luft in der Lagerkammer 3 komplett ausgetauscht ist, nimmt die eingetragene Feuchtigkeitsmenge nur noch langsam zu. Daher kann bei einer einfachen Ausgestaltung des Verfahrens angenommen werden, dass bei jedem Türöffnen die Luft komplett ausgetauscht wird; dann braucht nur noch die Zahl der Türöffnungen, nicht mehr aber ihre Dauer im Inkrement berücksichtigt zu werden. Eine genauere Schätzung des Feuchtigkeitseintrags wird erreicht, wenn bei einem kurzen, für einen vollständigen Luftaustausch nicht ausreichenden Offenstehen der Tür ein entsprechend verringertes Inkrement zugrunde gelegt wird.
Falls in der Lagerkammer 3 ein Luftfeuchtigkeitssensor vorgesehen ist, kann dessen Messwert nach erneutem Schließen der Tür 2 herangezogen werden, um die Menge des Wasserdampfs in Lagerkammer 3 quantitativ abzuschätzen und das Inkrement entsprechend festzulegen.
In Schritt S33 wird überprüft, ob der Zähler einen Grenzwert c_max überschritten hat, der einem kritischen Wasserspiegel in der Verdunstungsschale 9 entspricht. Wenn dies der Fall ist, wird in Schritt S34 die Heizeinrichtung 10 und/oder der Ventilator 12 eingeschaltet, in Schritt S35 wird der Zähler c zurückgesetzt, und das Verfahren kehrt zum Ausgang zurück. Während Heizeinrichtung 10 und Ventilator 12 in Betrieb sind, geht die Erfassung von Türöffnungen mit den Schritten S31, S32, S33 und die damit einhergehende erneute Inkrementierung des Zählers c weiter. Jeweils nach einer vorgegebenen Betriebsdauer, die empirisch als ausreichend ermittelt ist, um eine dem Grenzwert c_max entsprechende Wassermenge zu verdunsten und so den Wasserspiegel in der Verdunstungsschale 9 wieder auf ein unbedenkliches Maß zu senken, werden Heizeinrichtung 10 und Ventilator 12 wieder ausgeschaltet.
Um dem Beitrag der Abwärme des Verdichters 6 zur Verdunstung in der Schale 9 Rechnung zu tragen, kann im Falle einer Ein-Aus-Steuerung des Verdichters 6 durch die Steuereinheit 13 vorgesehen sein, dass, wenn der Verdichter 6 in Betrieb ist, der Zählwert c in regelmäßigen Zeitabständen um ein vorgegebenes Dekrement vermindert wird. In dem Fall, dass der Verdichter 6 kontinuierlich bei veränderlicher Leistung betrieben wird, kann der Betrag des Dekrements proportional oder die Zeitspanne zwischen zwei Dekrementierungen umgekehrt proportional zur Verdichterleistung festgelegt werden.
4 veranschaulicht ein erstes Verfahren zur indirekten Abschätzung der Außentemperatur T_ext, das anwendbar ist, wenn der Verdichter 6 von der Steuereinheit 13 ein-aus-gesteuert wird. In Schritt S41 wird abgewartet, bis die von dem Temperatursensor 14 erfasste Temperatur T der Lagerkammer 3 über die Einschaltschwelle T_ein ansteigt. Sobald dies der Fall ist, wird in Schritt S42 der Verdichter 6 eingeschaltet und ein Zeitmesser gestartet. Der Zeitmesser kann insbesondere auf der Zählung von Taktperioden eines Taktgebers der Steuereinheit 13 basieren. Sobald in Schritt S43 festgestellt wird, dass die Temperatur der Lagerkammer 3 auf die Ausschaltschwelle T_aus abgefallen ist, wird der Verdichter 6 wieder ausgeschaltet, der Zeitmesser angehalten und die seit dem Schritt S42 verstrichene Zeit t erfasst, und die Außentemperatur T_ext wird anhand einer Nachschlagetabelle abgeschätzt, in der diese als Funktion f der (vom Benutzer einstellbaren) Einschaltschwelle T_ein und der Laufzeit t des Verdichters 6 aufgezeichnet ist. Die Tabelle, die den Zusammenhang f zwischen Einschaltschwelle T_ein, Verdichterlaufzeit t und Umgebungstemperatur T_ext beschreibt, ist vom Hersteller des Kältegeräts vorab empirisch ermittelt und in einem Festwertspeicher der Steuereinheit 13 abgelegt worden.
Eine Abschätzung der Außentemperatur T_ext anhand der gemessenen Verdichterlaufzeit t ist dann in besonders exakter Weise möglich, wenn die Tür 2 während des Betriebs des Verdichters 6, zwischen den Schritten S42 und S44, nicht geöffnet wird. Es kann daher vorgesehen werden, dass das Verfahren der 4 ohne Ergebnis abbricht und ein früherer Schätzwert von T_ext weiter verwendet wird, falls während des Betriebs des Verdichters 6 ein Öffnen der Tür 2 erfasst wird.
Da die Differenz zwischen Ein- und Ausschaltschwellen T_ein, T_aus im Allgemeinen fest vorgegeben ist, liegt auf der Hand, dass auch die Ausschaltschwelle T_aus oder ein Mittelwert zwischen beiden Schwellen T_ein, T_aus für die Abschätzung von T_ext herangezogen werden könnte.
5 zeigt das Flussdiagramm eines Verfahrens zum Abschätzen der Umgebungstemperatur T_ext, das bei einem Kältegerät anwendbar ist, dessen Verdichter 6 zwischen verschiedenen nichtverschwindenden Leistungsstufen umschaltbar ist. Das Verfahren wird in regelmäßigen Zeitabständen wiederholt. Bei diesem Verfahren sind eine obere Grenze T_max und eine untere Grenze T_min für die Temperatur der Lagerkammer 3 festgelegt, die nach Möglichkeit nicht für längere Zeit über- bzw. unterschritten werden sollen. Wenn im Schritt S51 beim Vergleich der Temperatur T der Lagerkammer 3 mit der oberen Grenze T_max festgestellt wird, dass die Temperatur T der Lagerkammer 3 über der oberen Grenze T_max liegt, wird in Schritt S52 die Leistung PV des Verdichters 6 um eine vorgegebene Schrittweite ε heraufgesetzt.
Der Zeitabstand zwischen zwei Wiederholungen des Verfahrens ist groß genug gewählt, um eine Auswirkung der veränderten Verdichterleistung PV auf die Temperatur T beobachten zu können. Wenn die Verdichterleistung PV nach der Heraufsetzung ausreicht, um die Temperatur T sinken zu lassen, und in Schritt S51 festgestellt wird, dass die Temperatur T unter T_max gefallen ist, dann verzweigt das Verfahren von Schritt S51 nach S53, wo die Temperatur T mit der unteren Grenze T_min verglichen wird. Wenn diese nicht unterschritten wird, bleibt die Verdichterleistung PV unverändert, und wiederum beginnt nach dem vorgegebenen Zeitabstand das Verfahren von neuem.
Wenn schließlich die Temperatur T unter T_min liegt, wird in Schritt S54 die Verdichterleistung um den Wert ε wieder vermindert. Auf diese Weise passt sich die Verdichterleistung PV fortlaufend dem entsprechend der Umgebungstemperatur T_ext variablen Kühlbedarf der Lagerkammer 3 an. So kann immer dann, wenn die Tür 2 des Kältegeräts geöffnet wird, in Schritt S55 die Umgebungstemperatur T_ext als Funktion der der tatsächlichen Temperatur T der Lagerkammer 3 oder ihrer durch den Benutzer eingestellten Grenzen T_max, T_min und der Verdichterleistung PV unter Rückgriff auf eine für das betreffende Modell von Kältegerät empirisch ermittelte Tabelle abgeschätzt werden.
Ein Verfahren zum Steuern des Betriebs von Heizeinrichtung 10 und Ventilator 12, das den Feuchtigkeitseintrag nicht über den Umweg einer Abschätzung der Umgebungstemperatur, sondern direkt ermittelt, wird anhand der 6 und 7 erläutert. Das Diagramm der 6 zeigt zwei Verläufe der Temperatur Tv des Verdampfers 4 als Funktion der Zeit t, wobei jeweils angenommen ist, dass zu einem Zeitpunkt t0 die Steuereinheit 13 den Verdichter 6 einschaltet. Vor dem Einschaltzeitpunkt t0, bei ausgeschaltetem Verdichter 6, steigt die Temperatur Tv des Verdampfers 4 zusammen mit der Temperatur T der Lagerkammer 3 sehr langsam an. Kurze Zeit nach Einschalten des Verdichters 6 beginnt die Temperatur Tv zu fallen. Die Geschwindigkeit des Temperaturabfalls hängt ab von der Luftfeuchtigkeit in der Lagerkammer 3 bzw. der Rate, mit der sich diese Luftfeuchtigkeit am Verdampfer 4 als Tauwasser niederschlägt. Der schnellste Abfall, dargestellt als Kurve A in 6, ergibt sich dann, wenn die Luft in der Lagerkammer 3 trocken ist und keinerlei Kondensationswärme durch Tauwasserbildung am Verdampfer 4 freigesetzt wird. Wenn sich jedoch Tauwasser niederschlägt, dann verzögert dies die Abkühlung des Verdampfers 4, und es resultiert eine Kurve wie zum Beispiel die Kurve B. In der Praxis bedeutet dies: wenn zwischen zwei Betriebsphasen des Verdichters 6 die Tür 2 nicht geöffnet worden und keine Luftfeuchtigkeit neu in die Lagerkammer 3 gelangt ist, dann ist ein Temperaturverlauf gemäß Kurve A zu erwarten; ist die Tür 2 hingegen geöffnet gewesen, dann ergibt sich die Kurve B, und die Abweichung zwischen den beiden Kurven lässt einen Rückschluss auf die am Verdampfer abgeschiedene Tauwassermenge zu.
Das im Flussdiagramm der 7 dargestellte Verfahren nutzt dieses veränderliche Abkühlverhalten des Verdampfers 4, um die Heizeinrichtung 10 und den Ventilator 12 zu steuern: in Schritt S71 wartet die Steuereinheit 13 ab, bis die Temperatur T der Lagerkammer 3 über die Einschaltschwelle T_ein gestiegen ist. Sobald dies der Fall ist, wird in Schritt S72 der Verdichter 6 eingeschaltet, und ein Zeitmesser wird in Gang gesetzt, um die ab dem Einschaltzeitpunkt t0 verstreichende Zeit t zu messen.
In Schritt S73 wird entschieden, ob seit dem letztmaligen Einschalten des Verdichters 6 die Tür 2 offen gewesen ist. Wenn nicht, dann kann angenommen werden, dass die Luft in der Lagerkammer 3 so trocken ist, dass die Reifbildung am Verdampfer 4 in der nun beginnenden Betriebsphase vernachlässigbar sein wird, und das Verfahren verzeigt zu Schritt S74, um die im Laufe dieser Betriebsphase gemessenen Temperaturen des Verdampfers als Referenztemperaturen Tv_ref(t) entsprechend der Kurve A der 6 zu speichern.
Hat hingegen eine Türöffnung stattgefunden, dann wird in Schritt S75 mittels des Temperatursensors 17 die tatsächliche Temperatur Tv am Verdampfer zum aktuellen Zeitpunkt t gemessen und mit dem in einer früheren Betriebsphase erhaltenen Wert Tv_ref(t) verglichen. Die Differenz zwischen beiden Temperaturen Tv(t) und Tv_ref(t) ist ein Maß für die Rate, mit der sich Tauwasser am Verdampfer 4 niederschlägt. Ein Zählwert c wird um diese Differenz inkrementiert. In Schritt S76 wird der Zählwert c mit einem Schwellwert c_max verglichen, und wie mit Bezug auf 3 beschrieben, werden bei Überschreitung des Schwellwerts c_max Heizeinrichtung 10 und Ventilator 12 in Gang gesetzt (S77), und der Zählwert c wird zurückgesetzt (S78). Die Schritte S75, S76 werden dann so lange wiederholt, bis in Schritt S79 festgestellt wird, dass die Lagerkammer auf die Ausschalttemperatur T_aus abgekühlt ist. Sobald dies der Fall ist, kehrt das Verfahren zum Ursprung S71 zurück.
Die wiederholte Summation in Schritt S75 entspricht einer numerischen Integration der Differenz zwischen den beiden Kurven B, A der 6. Der Wert des Integrals, c, ist proportional zur angefallenen Tauwassermenge. Die Zeitspanne, während der Heizeinrichtung 10 und Ventilator 12 nach Schritt S77 eingeschaltet bleiben, ist empirisch so festgelegt, dass sie ausreicht, um die c_max entsprechende Tauwassermenge zu verdunsten. Diese Zeitspanne ist offensichtlich von der Leistung der Heizeinrichtung 10 und des Ventilators 12, aber auch von der Abwärmeleistung des in der Zeit im Betrieb befindlichen Verdichters 6 abhängig.
8 zeigt ein Flussdiagramm eines zweiten auf der Auswertung der Kondensationswärme basierenden Verfahrens. Die Schritte des Wartens auf Erreichen der Einschalttemperatur T_ein S81 und des Einschaltens des Verdichters S82 und Startens des Zeitmessers entsprechen den Schritten S71, S72. Wenn der Verdichter eine erste vorgegebene Zeitspanne t1 gelaufen ist, findet eine erste Messung der Verdampfertemperatur Tv(t1) statt (S83). Eine zweite Messung (S84) erfolgt zur Zeit t2.
In Schritt S85 wird entschieden, ob seit dem letztmaligen Einschalten des Verdichters 6 die Tür 2 offen gewesen ist. Wenn nicht, werden die in Schritt S83 und S84 gewonnenen Messwerte als Referenzwerte TV_ref(t1), TV_ref(t2) der Kurve A gespeichert (S86). Wenn ja, dann kann anhand dieser beiden Messwerte eine typische Abnahmerate der Kurve B ermittelt werden. In Schritt S87 wird die Differenz zwischen dieser Abnahmerate und der in einer früheren Betriebsphase des Verdichters 6 ermittelten Abnahmerate Tv_ref(t2)-Tv_ref(t1) der Kurve A an diesen beiden Zeitpunkten berechnet. Diese Differenz ist wiederum repräsentativ für die Kondensationsrate am Verdampfer 4 und damit für die gesamte Feuchtigkeitsmenge, die in der Luft der Lagerkammer 3 enthalten ist und sich im Laufe der aktuellen Betriebsphase des Verdichters 6 am Verdampfer 4 niederschlagen wird. Dementsprechend wird der Zählwert c in S87 um diese Differenz inkrementiert. Der Wert von c ist damit repräsentativ für die Tauwassermenge, die am Ende der Betriebsphase des Verdichters 6 der Verdunstungsschale 9 enthalten wäre, sofern die Verdunstung nicht durch Betrieb der Heizeinrichtung 10 und des Ventilators 12 gefördert wird.
In Schritt S88 wird geprüft, ob der Zählwert c die Schwelle c_max überschritten hat. Wenn nicht, werden in der laufenden Betriebsphase des Verdichters der Ventilator 12 und die Heizeinrichtung 10 nicht benötigt, und das Verfahren kehrt zu Schritt S81 zurück, um die nächste Verdichterbetriebsphase abzuwarten. Falls c_max überschritten ist, werden Heizeinrichtung 10 und Ventilator 12 eingeschaltet (S89) und bleiben so lange in Betrieb, wie erforderlich, um die c_max entsprechende Wassermenge zu verdunsten.
Dementsprechend wird der Zählwert in Schritt S90 um c_max dekrementiert, bevor das Verfahren zu Schritt S81 zurückkehrt

Claims

Kältegerät, insbesondere Haushaltskältegerät, mit wenigstens einer durch eine Tür (2) verschließbaren Lagerkammer (3), einer Verdunstungsschale (9) zum Verdunsten von aus der Lagerkammer (3) abgeleitetem Tauwasser und einer Hilfseinrichtung (10, 12), die durch eine Steuereinheit (13) zuschaltbar ist, um die Verdunstungsrate in der Verdunstungsschale (9) zu erhöhen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (13) eingerichtet ist, ein Öffnen der Tür (2) zu erfassen und den Betrieb der Hilfseinrichtung (10, 12) anhand der Zahl und/oder Dauer erfasster Türöffnungen zu steuern.
Kältegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (13) eingerichtet ist, den Betrieb der Hilfseinrichtung ferner in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur (T_ext) zu steuern.
Kältegerät nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen mit der Steuereinheit verbundenen Umgebungstemperatursensor.
Kältegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es einen intermittierend betriebenen Verdichter (6) umfasst und dass die Steuereinheit (13) eingerichtet ist, die Umgebungstemperatur (T_ext) anhand der Dauer (t) einer Betriebsphase des Verdichters (6) abzuschätzen (S42–S44).
Kältegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Verdichter (6) umfasst, der zum Halten der Lagerkammer (3) auf einer Solltemperatur mit variabler Leistung betreibbar ist, und dass die Steuereinheit (13) eingerichtet ist, die Umgebungstemperatur anhand der Leistung des Verdichters (6) abzuschätzen (S55).
Kältegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Luftfeuchtesensor zum Erfassen der Luftfeuchtigkeit in der Lagerkammer aufweist und die Steuereinheit eingerichtet ist, die gemessene Luftfeuchtigkeit beim Steuern des Betriebs der Hilfseinrichtung zu berücksichtigen.
Kältegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Verdampfer (4) zum Kühlen der Lagerkammer (3) und einen an dem Verdampfer (4) zur Erfassung von dessen Temperatur (Tv) angeordneten Temperatursensor (17) aufweist und dass die Steuereinheit (13) eingerichtet ist, den zeitlichen Verlauf der Verdampfertemperatur (Tv) beim Steuern des Betriebs der Hilfseinrichtung (10, 12) zu berücksichtigen (S73–S75; S83–S87).
Kältegerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (13) eingerichtet ist, die Abweichung der zeitlichen Ableitung der Verdampfertemperatur von einem Bezugswert zu berechnen (S85).
Kältegerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (13) eingerichtet ist, die Differenz zwischen einer gemessenen und einer erwarteten Temperatur des Verdampfers zu integrieren (S73).
Kältegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Abtauheizung aufweist und dass die Steuereinheit eingerichtet ist, die Hilfseinrichtung zusammen mit der Abtauheizung zu betreiben.
Kältegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, bei jedem Türöffnen eine Zählgröße (c) um ein Inkremement zu verändern (S32), das anhand wenigstens einer unter Türöffnungsdauer, Umgebungstemperatur, Verdichterlaufzeit, Verdichterleistung, Luftfeuchtigkeit in der Lagerkammer und Änderungsrate der Verdampfertemperatur ausgewählten Größe festgelegt wird, und die Hilfseinrichtung (10, 12) zu betreiben (S34), wenn die Zählgröße (c) einen Grenzwert (c_max) erreicht.
Kältegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfseinrichtung eine Heizung (10) und/oder einen Ventilator (12) umfasst.