DE102011078323A1

DE102011078323A1 - Kältegerät mit Verdunstungsschale und Hilfseinrichtung zur Verdunstungsförderung

Info

Publication number: DE102011078323A1
Application number: DE201110078323
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: WO2013000759A2; WO2013000759A3

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, eine Entscheidung über das Zuschalten der Hilfseinrichtung (10, 12) anhand des zeitlichen Verlaufs der von dem Temperatursensor (14, 17) erfassten Temperatur zu treffen (S31–S33, S83–S84; S93–S96; S102–S107).

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 Lagerkammer, einer in thermischem Kontakt mit der Lagerkammer angeordneten Temperatursensor, 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, eine Entscheidung über das Zuschalten der Hilfseinrichtung (10, 12) anhand des zeitlichen Verlaufs der von dem Temperatursensor (14, 17) erfassten Temperatur zu treffen.
Als Zwischengröße bei der Entscheidungsfindung kann die Steuereinheit zweckmäßigerweise eine mit der Wassermenge in der Verdunstungsschale korrelierte Zählgröße berechnen. Die Entscheidung, dass das Zuschalten der Hilfseinrichtung notwendig ist, kann getroffen werden, wenn die Zählgröße einen Grenzwert überschreitet.
Die von dem Sensor erfasste Temperatur ist durch diverse Zusammenhänge mit der anfallenden Tauwassermenge verknüpft. So führt beispielsweise jedes Öffnen einer Tür der Lagerkammer zu einem Zufluss von warmer, feuchter Umgebungsluft in die Lagerkammer. Ein durch diesen Zufluss bewirkter Sprung der erfassten Temperatur kann daher von der Steuereinheit genutzt werden, um zu erkennen, dass Feuchtigkeit in die Lagerkammer gelangt ist und demnächst auch die Verdunstungsschale erreichen wird.
Ein weiterer Zusammenhang ist, dass die Abkühlung eines an der Lagerkammer angeordneten Verdampfers verzögert wird, wenn Feuchtigkeit aus der Luft der Lagerkammer daran auskondensiert. Wenn die Abkühlungsrate bekannt ist, die der Verdampfer bei bekanntem Feuchtigkeitsgehalt der der Luft der Lagerkammer, insbesondere wenn diese trocken ist und keine Kondensation stattfindet, bekannt ist, dann kann anhand einer Abweichung zwischen dieser und einer gemessenen Abkühlungsrate das Ausmaß der Kondensation abgeschätzt werden. Für eine solche Abschätzung genügt eine geringe Beobachtungsdauer, insbesondere ist bei einem Kältegerät mit intermittierend betriebenem Verdichter eine Beurteilung der Kondensationsrate bereits nach einer Beobachtungszeitspanne möglich, die deutlich kürzer ist als eine Betriebsphase des Verdichters.
Um die Auswirkung der Kondensation auf die Verdampfertemperatur exakt messen zu können, ist es zweckmäßig, wenn der Temperatursensor am Verdampfer angebracht ist.
Die Zählgröße kann ggf. proportional zur berechneten Abweichung inkrementiert werden, um die in einer gegebenen Zeitspanne oder, im Falle eines intermittierend betriebenen Verdichters, im Laufe einer Betriebsphase des Verdichters anfallende Menge an Kondenswasser widerzuspiegeln.
Eine Verzögerung der Abkühlung durch Kondensation kann auch ausgenutzt werden, indem, wenn eine erwartete Temperatur als Funktion der Zeit bekannt ist, die Differenz zwischen einer von dem Temperatursensor gemessenen und der erwarteten Temperatur über die Zeit integriert wird. Auch dieses Integral ist proportional zur anfallenden Kondenswassermenge.
Auch das so erhaltene Integral oder eine zu ihm proportionale Größe kann als die oben erwähnte Zählgröße dienen.
Zweckmäßig ist ferner, wenn die Steuereinheit eingerichtet ist, bei der Entscheidung über das Zuschalten die Temperatur der Lagerkammer und/oder die Umgebungstemperatur zu berücksichtigen, denn die Umgebungstemperatur bestimmt, wie viel Feuchtigkeit in einer gegebenen Menge von in die Lagerkammer enthaltener Umgebungsluft enthalten sein kann, und die Temperatur der Lagerkammer (hier kann sowohl eine tatsächliche, z.B. die von dem Temperatursensor erfasste Temperatur als auch eine von einem Benutzer eingestellte Solltemperatur zugrunde gelegt werden) einen Rückschluss darauf zulässt, welcher Prozentsatz der eingedrungenen Feuchtigkeit tatsächlich auskondensieren wird.
Diese Berücksichtigung der Temperatur kann auf einfache Weise erfolgen, indem die Steuereinheit das Inkrement mit einem von der Temperatur der Lagerkammer und/oder der Umgebungstemperatur abhängigen Faktor gewichtet.
Um die Umgebungstemperatur berücksichtigen zu können, kann die Steuereinheit mit einem Umgebungstemperatursensor 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.
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 dann im Wesentlichen nur an, wenn die Abtauheizung in Betrieb ist. Daher ist die Steuereinheit in einem solchen Fall vorzugsweise eingerichtet, die Hilfseinrichtung zusammen mit der Abtauheizung zu betreiben, um dieses Tauwasser zügig zu beseitigen.
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 einen exemplarischen Temperaturverlauf in der Lagerkammer des Kältegeräts der 1 und 2;
5 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern der Hilfseinrichtung, das auf dem in 4 gezeigten Temperaturverlauf basiert;
6 ein Flussdiagramm eines zweiten auf dem Temperaturverlauf der 4 basierenden Verfahrens;
7 exemplarische Temperaturverläufe am Verdampfer des Kältegeräts der 1 und 2; und
8 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern der Hilfseinrichtung, das auf den in 7 gezeigten Temperaturverläufen basiert;
9 ein Flussdiagramm eines zweiten auf den Temperaturverläufen der 7 basierenden Verfahrens; und
10 ein Flussdiagramm eines weiteren, auf Temperaturmessung in der Lagerkammer 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 kann mit der Steuereinheit 13 verbunden sein, um im Rahmen eines im Folgenden noch beschriebenen Steuerverfahrens 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 ein Öffnen der Tür 2 erfasst wird. Diese Erfassung kann mittels des Schalters 15 oder durch eines der später mit Bezug auf 4 bis 6 beschriebenen Verfahren erfolgen.
Wenn eine Türöffnung erfasst wurde, wird in Schritt S32 ein interner Zähler c der Steuereinheit 13 um ein Inkrement incr(T_ext, ...) erhöht, dessen Wert proportional zu einer geschätzten Menge der durch die Türöffnung in die Lagerkammer 3 gelangten Feuchtigkeitsmenge festgelegt wird. Diese Menge kann pauschal anhand von Parametern wie etwa der der Temperatur T_ext in der Umgebung des Kältegeräts oder der Dauer des Offenstehens der Tür 2 abgeschätzt werden.
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.
Um die Umgebungstemperatur T_ext abschätzen zu können, kann ein Umgebungstemperatursensor am Kältegerät außerhalb der Isolationsschicht vorgesehen sein; eine alternative, kostengünstiger realisierbare Möglichkeit ist, falls der Verdichter 6 intermittierend betrieben ist, die Dauer einer Betriebsphase des Verdichters 6 zu messen und die Umgebungstemperatur anhand eines vorab empirisch ermittelten Zusammenhangs zwischen der Umgebungstemperatur T_ext und der tatsächlichen, vom Temperatursensor 14 erfassten Temperatur T oder einer vom Benutzer eingestellten Solltemperatur der Lagerkammer 3 und der Dauer der Betriebsphase abzuschätzen.
Wenn der Verdichter 6 kontinuierlich arbeitet und von der Steuereinheit auf ein Leistungsniveau eingeregelt wird, bei dem sich eine konstante Temperatur T der Lagerkammer 3 ergibt, dann kann die Umgebungstemperatur T_ext in analoger Weise anhand eines bekannten Zusammenhangs zwischen Temperatur T, Verdichterleistung und Umgebungstemperatur abgeschätzt werden.
Ein Nachteil dieser auf der Steuerung des Verdichters 6 basierenden Ansätze ist jedoch, dass Änderungen der Umgebungstemperatur nur mit großer Verzögerung, wenn die Steuerung des Verdichters sich an sie angepasst hat, korrekt berücksichtigt werden können. Verfahren, die eine schnellere Berücksichtigung einer veränderten Umgebungstemperatur erlauben, werden später mit Bezug auf 7 bis 9 beschrieben.
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 zeigt typische Verläufe von vom Temperatursensor 14 im Laufe der Zeit gemessenen Temperaturen, jeweils als durchgezogene Linie in Abwesenheit von Türöffnungen und gestrichelt im Falle einer Türöffnung. Jeweils zu den mit t_ein bezeichneten Zeitpunkten erreicht die Temperatur T in der Lagerkammer 3 eine Einschaltschwelle T_ein, was die Steuereinheit 13 veranlasst, den Verdichter 6 einzuschalten; an den mit t_aus bezeichneten Zeitpunkten erreicht die Temperatur T eine Ausschaltschwelle T_aus, bei der die Steuereinheit 13 den Verdichter 6 wieder ausschaltet. Solange die Tür geschlossen bleibt, ändert sich zwischen diesen Zeitpunkten die Temperatur T kontinuierlich. Wenn während des Betriebs des Verdichters 6 die Tür geöffnet wird, wie etwa zu den Zeitpunkten t1, t2, t4, dann führt dies zu einem Temperaturanstieg, doch wenn sich nach kurzer Zeit die Wärme der eingedrungenen Luft in der Lagerkammer 3 verteilt hat, unterscheidet sich die vom Sensor 14 erfasste Temperatur T nicht mehr wesentlich vom Temperaturverlauf, der sich ohne eine Türöffnung ergeben hätte.
Wenn der Verdichter 6 zwischen den Zeitpunkten t_aus und t_ein ausgeschaltet ist, steigt die Temperatur T kontinuierlich, erst recht dann, wenn durch eine Türöffnung Warmluft in die Lagerkammer 3 gelangt. Ein Temperaturabfall, der bei ausgeschaltetem Verdichter auftritt, wenn sich die eingetragene Wärme in der Lagerkammer 3 verteilt, lässt jedoch einen eindeutigen Rückschluss zu, dass eine Türöffnung stattgefunden hat.
5 zeigt ein Flussdiagramm eines ersten Verfahrens, das die Überwachung der Temperatur T in der Lagerkammer 3 einsetzt, um den Schritt S31 auszuführen. Das Verfahren wird in regelmäßigen Zeitabständen wiederholt, unabhängig davon, ob der Verdichter 6 eingeschaltet ist oder nicht. In Schritt S51 wird die Temperatur T_i der Lagerkammer 3 zum Zeitpunkt der i-ten Iteration des Verfahrens erfasst. Falls zu diesem Zeitpunkt der Verdichter eingeschaltet ist, verzweigt das Verfahren im Schritt S52 zu Schritt S53, wo überprüft wird, ob der Messwert T_i höher ist als der in der vorhergehenden Iteration erhaltene Messwert T_i-1. Wenn dies nicht der Fall ist, ist die Iteration beendet. Anderenfalls erreicht der Verfahren den Schritt S55.
Wenn in S52 festgestellt wird, dass der Verdichter ausgeschaltet ist, wird in S54 überprüft, ob die Temperatur T_i niedriger ist als die in der vorhergehenden Iteration gemessene Temperatur T_i-1. Wenn nicht, ist die Iteration wiederum beendet, wenn ja, wird Schritt S55 erreicht. In S55 wird gefolgert, dass die Tür geöffnet worden ist.
Um sicherzustellen, dass eine Türöffnung nicht mehrfach gezählt wird, wird in Schritt S56 abgewartet, bis entweder der Verdichter 6 seinen Betriebszustand ändert oder, falls zum Zeitpunkt der Erkennung der Türöffnung der Verdichter 6 eingeschaltet war, die Temperatur T wieder zu fallen beginnt bzw., falls der Verdichter 6 ausgeschaltet war, die Temperatur T wieder zu steigen beginnt.
Eine höhere Erkennungsempfindlichkeit ist erreichbar mit dem Verfahren der 6. Voraussetzung für dieses Verfahren ist, dass der Steuereinheit 13 Normalwerte für die zeitliche Ableitung der Temperatur T bei eingeschaltetem und ausgeschaltetem Verdichter 6 bekannt sind. Diese Werte können herstellerseitig einprogrammiert sein, oder sie können auf Messungen des Temperaturverlaufs basieren, die die Steuereinheit 13 selber an dem Kältegerät durchführt.
Wiederum wird in Schritt S61 zunächst die aktuelle Temperatur T_i zur Zeit der i-ten Iteration gemessen. Die zeitliche Ableitung dT_i/dT wird in Schritt S62 anhand eines in der jeweils vorhergehenden Iteration gemessenen Temperaturwerts T_i-1 berechnet. Schritt S63 überprüft, ob die so berechnete Ableitung stärker positiv ist als normal, d.h. als die Änderungsrate der Temperatur, die bei geschlossener Tür unter Berücksichtigung des Verdichterbetriebszustands zu erwarten wäre. Ist dies nicht der Fall, dann endet die Iteration; wenn es der Fall ist, wird in S64 gefolgert, dass die Tür geöffnet worden ist. Wiederum wird, um Mehrfachzählungen zu vermeiden, in S65 die Temperatur T_i weiterhin in regelmäßigen Zeitabständen gemessen und ihre Ableitung berechnet, aber zum Ausgangspunkt des Verfahrens wird erst zurückgekehrt, wenn die so erhaltenen Ableitungswerte wieder normalisiert sind, d.h. die durch die Türöffnung bewirkte Störung des normalen Temperaturverlaufs abgeklungen ist.
Ein Verfahren zum Steuern des Betriebs von Heizeinrichtung 10 und Ventilator 12, das nicht auf einer Abschätzung der Umgebungstemperatur basiert, wird anhand der 7 und 8 erläutert. Das Diagramm der 7 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 7, 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.
Das im Flussdiagramm der 8 dargestellte Verfahren nutzt dieses veränderliche Abkühlverhalten des Verdampfers 4, um die Heizeinrichtung 10 und den Ventilator 12 zu steuern: in Schritt S81 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 S82 der Verdichter 6 eingeschaltet, und ein Zeitmesser wird in Gang gesetzt, um die ab dem Einschaltzeitpunkt t0 verstreichende Zeit t zu messen.
In Schritt S83 wird mittels des Temperatursensors 17 die tatsächliche Temperatur Tv am Verdampfer zum aktuellen Zeitpunkt t gemessen und mit einem Wert Tv_ref(t) verglichen, der gemäß Kurve A zu diesem Zeitpunkt t zu erwarten wäre, wenn die Luft in der Lagerkammer 3 völlig trocken wäre. 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 S84 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 (S85), und der Zählwert c wird zurückgesetzt (S86). Die Schritte S83, S84 werden dann so lange wiederholt, bis in Schritt S87 festgestellt wird, dass die Lagerkammer auf die Ausschalttemperatur T_aus abgekühlt ist. Sobald dies der Fall ist, kehrt das Verfahren zum Ursprung S81 zurück.
Die wiederholte Summation in Schritt S83 entspricht einer numerischen Integration der Differenz zwischen den beiden Kurven B, A der 7. Der Wert des Integrals, c, kann als proportional zur angefallenen Tauwassermenge angenommen werden. Die Zeitspanne, während der Heizeinrichtung 10 und Ventilator 12 nach Schritt S85 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.
9 zeigt ein Flussdiagramm eines zweiten auf der Auswertung der Kondensationswärme basierenden Verfahrens. Die Schritte des Wartens auf Erreichen der Einschalttemperatur T_ein S91 und des Einschaltens des Verdichters S92 und Startens des Zeitmessers entsprechen den Schritten S81, S82. Wenn der Verdichter eine erste vorgegebene Zeitspanne t1 gelaufen ist, findet eine erste Messung der Verdampfertemperatur Tv(t1) statt (S93). Eine zweite Messung (S94) erfolgt zur Zeit t2. Anhand dieser beiden Messwerte kann eine typische Abnahmerate der Kurve B ermittelt werden. In Schritt S95 wird die Differenz zwischen dieser Abnahmerate und einer vorab empirisch ermittelten und in der Steuereinheit abgespeicherten 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 S95 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 S96 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 S91 zurück, um die nächste Verdichterbetriebsphase abzuwarten. Falls c_max überschritten ist, werden Heizeinrichtung 10 und Ventilator 12 eingeschaltet (S97) und bleiben so lange in Betrieb, wie erforderlich, um die c_max entsprechende Wassermenge zu verdunsten. Dementsprechend wird der Zählwert in Schritt S98 um c_max dekrementiert, bevor das Verfahren zu Schritt S91 zurückkehrt.
Eine weitere Ausgestaltung eines Verfahrens zum Steuern von Heizeinrichtung 10 und Ventilator 12 ist anhand der vom Temperatursensor 14 der Lagerkammer 3 erfassten Temperatur T ist in 10 gezeigt. Wiederum wird in Schritt S101 zunächst die aktuelle Temperatur T_i der Lagerkammer 3 gemessen. In Schritt S102 wird überprüft, ob diese Temperatur höher als die dem durchgezogenen Kurvenverlauf in 4 entsprechende Normaltemperatur ist. Wenn nicht, endet die Iteration, anderenfalls wird in Schritt S103 das Ausmaß der Abweichung d_i zwischen tatsächlicher Temperatur T_i und Normaltemperatur berechnet. Schritt S104 vergleicht diese Abweichung d_i mit einem aus einer vorhergehenden Iteration gespeicherten Wert d_max. Wenn die Abweichung d_i größer ist, wird d_max in S105 mit d_i überschrieben, und die Iteration endet. Im gegenteiligen Fall ist das Maximum der Abweichung von der Normaltemperatur, die nach einer Türöffnung auftritt, überschritten, und der gespeicherte Wert d_max bezeichnet das Maximum dieser Temperaturabweichung. Dieses Maximum kann als ein Maß für die Menge der bei der Türöffnung in die Lagerkammer 3 gelangten Umgebungsluft aufgefasst werden, und die in dieser Umgebungsluft enthaltene Feuchtigkeitsmenge wird abgeschätzt, indem in Schritt S106 d_max mit einer Funktion der z.B. mittels eines geeignet angeordneten Sensors gemessenen oder abgeschätzten Umgebungstemperatur T_ext multipliziert wird. Um die Umgebungstemperatur T_ext ohne Einsatz eines eigenen Sensors zu schätzen, kann die Steuereinheit z.B. einen bekannten Zusammenhang zwischen Umgebungstemperatur, Solltemperatur der Lagerkammer 3 und – bei intermittierend arbeitendem Verdichter 6 – der Dauer (t_aus – t_ein) einer Betriebsphase des Verdichters, oder der mittleren Leistung des Verdichters 6 heranziehen. Ein für den Wasserstand in der Verdunstungsschale repräsentativer Zählwert c wird um das so erhaltene Produkt inkrementiert, und d_max wird zur Vorbereitung der Erfassung einer späteren Türöffnung auf Null zurückgesetzt.
Die nachfolgenden Schritte S107 des Vergleichens mit dem Grenzwert c_max, ggf. des Einschaltens S108 von Heizeinrichtung 10 und Ventilator und des Zurücksetzens S109 des Zählwerts c entsprechen exakt den Schritten S33 bis S35 des Verfahrens von 3. Dieses Verfahren ermöglicht, Türöffnungen von gleicher Dauer, die zu unterschiedlich lang andauernden Abweichungen von der Normaltemperatur führen, weil im einen Fall (z.B. t1 von 4) Kühlgut entnommen, im anderen Fall (z.B. t2 von 4) erwärmtes Kühlgut wieder eingeladen wurde, gleich zu behandeln, lang andauernde Türöffnungen, die zum Eindringen einer großen Menge an Umgebungsluft und zu einer dementsprechend starken Temperaturabweichung führen (wie z.B. t4 von 4), jedoch höher zu gewichten.

Claims

Kältegerät mit wenigstens einer Lagerkammer (3), einem in thermischem Kontakt mit der Lagerkammer (3) angeordneten Temperatursensor (14, 17), 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, eine Entscheidung über das Zuschalten der Hilfseinrichtung (10, 12) anhand des zeitlichen Verlaufs der von dem Temperatursensor (14, 17) erfassten Temperatur zu treffen (S31–S33, S83–S84; S93–S96; S102–S107).
Kältegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (13) eingerichtet ist, eine mit der Wassermenge in der Verdunstungsschale (9) korrelierte Zählgröße (c) zu berechnen (S32; S83; S95; S106) und zu entscheiden (S33; S84; S96; S107), dass das Zuschalten der Hilfseinrichtung (10, 12) notwendig ist, wenn die Zählgröße (c) einen Grenzwert (c_max) überschreitet.
Kältegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (13) eingerichtet ist, die Zählgröße (c) bei Erfassung (S51–S54; S61–S63) eines durch ein Öffnen einer Tür (2) der Lagerkammer (3) bewirkten Sprungs der von dem Temperatursensor (14) erfassten Temperatur zu inkrementieren (S32).
Kältegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (13) eingerichtet ist, den zeitlichen Verlauf der von dem Temperatursensor (14, 17) erfassten Temperatur durch Berechnen (S62; S95) einer Abweichung der zeitlichen Ableitung (dT_i/dt; Tv(t2) – Tv(t1)) der Temperatur von einem Bezugswert (Tv_ref(t2) – Tv_ref (t1)) zu berücksichtigen.
Kältegerät nach Anspruch 4, soweit auf Anspruch 2 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (13) eingerichtet ist, die Zählgröße (c) proportional zur berechneten Abweichung zu inkrementieren (S95).
Kältegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (13) eingerichtet ist, den zeitlichen Verlauf der von dem Temperatursensor (17) erfassten Temperatur durch Integrieren (S83) der Differenz zwischen einer von dem Temperatursensor (17) gemessenen und einer erwarteten Temperatur zu berücksichtigen.
Kältegerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (17) an einem Verdampfer (4) angebracht ist.
Kältegerät nach Anspruch 6 oder 7, soweit auf Anspruch 2 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (13) eingerichtet ist, eine zum Integral der Differenz proportionale Größe als die Zählgröße (c) zu verwenden.
Kältegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (13) eingerichtet ist, bei der Entscheidung (S33; S107) über das Zuschalten die Temperatur der Lagerkammer (3) und/oder die Umgebungstemperatur zu berücksichtigen (S32; S106).
Kältegerät nach Anspruch 9, soweit auf Anspruch 3 oder 5 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (13) eingerichtet ist, das Inkrement mit einem von der Temperatur der Lagerkammer (3) und/oder der Umgebungstemperatur abhängigen Faktor zu gewichten (S32; S106).
Kältegerät nach einem der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch einen mit der Steuereinheit verbundenen Umgebungstemperatursensor.
Kältegerät nach einem der Ansprüche 9 bis 11, 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.
Kältegerät nach einem der Ansprüche 9 bis 11, 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.
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 eine Abtauheizung aufweist und dass die Steuereinheit eingerichtet ist, die Hilfseinrichtung zusammen mit der Abtauheizung zu betreiben.
Kältegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfseinrichtung eine Heizung (10) und/oder einen Ventilator (12) umfasst.