DE102011078324A1

DE102011078324A1 - Kältegerät mit Verdunstungsschale und Hilfseinrichtung zur Verdunstungsförderung

Info

Publication number: DE102011078324A1
Application number: DE201110078324
Authority: DE
Inventors: Hans Ihle; Adolf Feinauer
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

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) unter Berücksichtigung der Temperatur (Tsoll) der Lagerkammer (3) zu treffen.

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 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 unter Berücksichtigung der Temperatur der Lagerkammer zu treffen. Dass diese Temperatur einen Einfluss auf den Kondenswasseranfall hat und welcher Art dieser ist, wird in der weiteren Beschreibung noch genauer deutlich.
Bei der hier zugrunde gelegten Temperatur kann es sich sowohl um eine von einem Temperatursensor an der Lagerkammer gemessene Temperatur handeln als auch um eine – meist von einem Benutzer einstellbare – Solltemperatur, um die bei den meisten Kältegeräten die in der Lagerkammer messbare Temperatur schwankt.
Eine zweckmäßige Möglichkeit, um die Entscheidung über das Zuschalten der Hilfseinrichtung bedarfsentsprechend zu fällen, ist, dass die Steuereinheit die Wassermenge in der Verdunstungsschale abschätzt und entscheidet, dass das Zuschalten der Hilfseinrichtung notwendig ist, wenn die abgeschätzte Wassermenge einen Grenzwert überschreitet.
Die Steuereinheit sollte eingerichtet sein, einen Zuwachs der Wassermenge um so größer anzunehmen, je niedriger die Temperatur der Lagerkammer ist, denn Feuchtigkeit, die auf welchem Wege auch immer von außen in die Luft der Lagerkammer gelangt, schlägt sich um so vollständiger auf dem Verdampfer nieder, je kälter dieser oder die Lagerkammer ist, und gelangt schließlich vom Verdampfer zur Verdunstungsschale.
Zweckmäßig ist auch, die Temperatur in der Umgebung des Kältegeräts zu ermitteln und einen Zuwachs der Wassermenge um so größer anzunehmen, je höher die Umgebungstemperatur ist, denn je wärmer die Umgebungsluft ist, um so höher ist im allgemeinen auch ihre absolute Feuchtigkeit, d.h.. um so mehr Feuchtigkeit gelangt mit einer gegebenen Menge Umgebungsluft in die Lagerkammer und von dort in die Verdunstungsschale.
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.
Um die im Laufe einer gegebenen Zeitspanne anfallende Kondenswassermenge realistisch abschätzen zu können, sollte die Menge an Umgebungsluft bekannt sein, die in dieser Zeitspanne in die Lagerkammer gelangt. Im einfachsten Fall könnte diese Luftmenge konstant gleich einem empirisch als realistisch ermittelten Wert angenommen werden. Zweckmäßiger ist allerdings eine auf am Kältegerät vorgenommenen Messungen basierende Schätzung.
Eine zweckmäßige Grundlage für eine Schätzung ist insbesondere die Erfassung von Türöffnungen, denn mit jedem Öffnen der Tür des Kältegeräts gelangt eine beträchtliche Menge an Feuchtigkeit in dessen Lagerkammer.
Um die Türöffnungen zu erfassen, kann die Steuereinheit zweckmäßigerweise mit einem Schalter verbunden sein, der herkömmlicherweise bei den meisten Kältegeräten vorhanden ist, um eine Beleuchtung der Lagerkammer bei offener Tür ein- und bei geschlossener Tür auszuschalten.
Denkbar ist aber auch, dass die Steuereinheit eine Türöffnung anhand ihrer Auswirkung auf die Temperatur in der Lagerkammer erfasst. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn die Steuereinheit ohnehin mit einem Temperatursensor der Lagerkammer verbunden ist, um den Betrieb eines Verdichters in Abhängigkeit von Solltemperatur und tatsächlicher Temperatur der Lagerkammer zu steuern.
Wenn die Steuereinheit eingerichtet ist, die in der zufließenden Luftmenge zur Zeit des Zuflusses enthaltene Feuchtigkeitsmenge abzuschätzen, dann kann darauf basierend auch die in dieser Luftmenge enthaltene Feuchtigkeitsmenge überschlägig berechnet werden. Welcher Anteil von dieser Feuchtigkeitsmenge sich im Laufe der Zeit am Verdampfer niederschlagen wird, kann – vorzugsweise in Kenntnis der Umgebungstemperatur – als Differenz zwischen der ursprünglichen Feuchtigkeitsmenge und derjenigen Feuchtigkeitsmenge, die die Luftmenge nach Abkühlung auf die Temperatur der Lagerkammer noch maximal enthalten kann, berechnet werden. Auf dieser Grundlage kann die Wassermenge, die in der Verdunstunsgschale enthalten ist oder darin in Kürze enthalten sein wird, wenn keine Gegenmaßnahmen getroffen werden, sehr zuverlässig berechnet werden, und der Betrieb der Hilfseinrichtung kann auf Zeiten beschränkt werden, in denen dies tatsächlich unumgänglich ist, um ein Überlaufen zu vermeiden.
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 Diagramm des Sättigungsdampfdrucks von Wasser als Funktion der Temperatur;
4 ein Flussdiagramm eines in dem Kältegerät der 1 und 2 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 ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Dauer des Offenstehens der Tür und der Menge an in die Lagerkammer eindringender Umgebungsluft verdeutlicht;
7 einen exemplarischen Temperaturverlauf in der Lagerkammer des Kältegeräts der 1 und 2;
8 ein Flussdiagramm eines ersten Verfahrens zum Erfassen einer Türöffnung, das auf dem in 7 gezeigten Temperaturverlauf basiert; und
9 ein Flussdiagramm eines zweiten Verfahrens zum Erfassen einer Türöffnung;
10 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Abschätzen des Zuflusses von Umgebungsluft in die Lagerkammer; und
11 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern der die Verdunstung unterstützenden Hilfseinrichtung.
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 dient. Der Schalter 15 kann mit der Steuereinheit 13 verbunden sein, um im Rahmen eines im Folgenden noch beschriebenen Steuerverfahrens eine Abschätzung des Zuflusses von Umgebungsluft zur Lagerkammer 3 durch die Steuereinheit 13 zu ermöglichen.
3 zeigt den Sättigungsdampfdruck p_s von Wasser als Funktion der Temperatur T. Der Dampfdruck ist direkt proportional zur Feuchtigkeitsmenge, die in einem gegebenen Luftvolumen enthalten ist; so entspricht z.B. ein Dampfdruck von 10 hPa einem Feuchtigkeitsgehalt ρ_H2O von ca. 7,5 g/m³. Bei 20°C beträgt der Dampfdruck 23,4 hPa, entsprechend einem Wassergehalt von 17,3g/m³. D.h. wenn die Luft in einer Lagerkammer von 200 l Volumen komplett durch Umgebungsluft von 20°C und einer relativen Feuchte von 50%, entsprechend einem Gehalt von ½·17,3g/m³ = 8,7 g/m³ ersetzt wird, dann gelangen auf diese Weise 1,7 g Wasser ins Gerät. Bei einer Lufttemperatur von 30°C beträgt die Wassermenge schon 3 g.
Um die Wassermenge abschätzen zu können, die in die Verdunstungsschale 9 gelangt, ist es daher wünschenswert, die Temperatur der Umgebungsluft zu kennen. Zu diesem Zweck kann ein Umgebungstemperatursensor an geeigneter Stelle des Korpus 1 montiert sein. Bevorzugt ist allerdings, die Umgebungstemperatur indirekt, ohne Rückgriff auf einen Sensor, zu ermitteln.
4 veranschaulicht ein erstes Verfahren zur indirekten Abschätzung der Umgebungstemperatur 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.
Die Menge an Umgebungsluft, die beim Öffnen der Tür 2 in die Lagerkammer 3 gelangt, kann als bei jedem Türöffnen gleich angenommen werden. Dann genügt es, dass die Steuereinheit 13 die Zahl der Türöffnungen erfasst, um die eingedrungene Wassermenge abschätzen zu können. Eine realistischere Schätzung ist möglich, wenn sie nicht nur die Zahl, sondern auch die Dauer der Türöffnungen erfasst und anhand eines vorab ermittelten Zusammenhangs in eine ausgetauschte Luftmenge umrechnet. 6 zeigt ein Diagramm mit zwei Kurven A, B, die für zwei Lagerkammern eines Kombinations-Kältegeräts, wie etwa ein Normalkühlfach und ein Gefrierfach den Zusammenhang zwischen der Dauer Δt des Offenstehens und der eingedrungenen Umgebungsluftmenge Q beschreiben. Bei beiden Kurven steigt die Luftmenge Q zunächst linear und erreicht schließlich einen Sättigungswert, der dem Volumen der Lagerkammer entspricht. Bei einem Gefrierfach behindern Auszugkästen und/oder Klappen den Luftaustausch, so dass Q wie in Kurve B gezeigt, nur langsam steigt. Im Normalkühlfach sind diese Hindernisse nicht oder nur in geringerem Umfang vorhanden, und es genügt eine wesentlich kürzere Zeit, um die Luft darin auszutauschen.
Einer alternativen Ausgestaltung zufolge kann das Öffnen der Tür 2 auch ohne Rückgriff auf den Schalter 15 erfasst werden. 7 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 die Einschaltschwelle T_ein, und die Steuereinheit 13 schaltet den Verdichter 6 ein; an den mit t_aus bezeichneten Zeitpunkten wird die Ausschaltschwelle T_aus erreicht, und der Verdichter 6 wird wieder ausgeschaltet. Solange die Tür geschlossen bleibt, ändern sich zwischen diesen Zeitpunkten die Temperatur T kontinuierlich. Wenn während des Betriebs des Verdichters 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.
8 zeigt ein Flussdiagramm eines ersten Verfahrens, das die Überwachung der Temperatur T in der Lagerkammer 3 einsetzt, um eine Türöffnung zu erfassen. Das Verfahren wird in regelmäßigen Zeitabständen wiederholt, unabhängig davon, ob der Verdichter 6 eingeschaltet ist oder nicht. In Schritt S81 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 S82 zu Schritt S83, 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 S85.
Wenn in S82 festgestellt wird, dass der Verdichter ausgeschaltet ist, wird in S84 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 S85 erreicht. In S85 wird gefolgert, dass die Tür geöffnet worden ist.
Um sicherzustellen, dass eine Türöffnung nicht mehrfach gezählt wird, wird in Schritt S86 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 Empfindlichkeit bei der Erkennung der Türöffnung ist erreichbar mit dem Verfahren der 9. 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 S91 zunächst die aktuelle Temperatur T_i zur Zeit der i-ten Iteration gemessen. Die zeitliche Ableitung dT_i/dT wird in Schritt S92 anhand eines in der jeweils vorhergehenden Iteration gemessenen Temperaturwerts T_i-1 berechnet. Schritt S93 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 S94 gefolgert, dass die Tür geöffnet worden ist. Wiederum wird, um Mehrfachzählungen zu vermeiden, in S95 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.
Da mit den Verfahren der 8 und 9 kein Aufschluss über die Dauer der Türöffnung gewonnen wird, wird die Menge der bei jeder Türöffnung in die Lagerkammer 3 gelangenden Umgebungsluft zweckmäßigerweise als konstant angenommen.
Eine Verfahren, mit dem auch direkter Aufschluss über die Menge der in die Lagerkammer eindringenden Umgebungsluft gewonnen werden kann, 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 7 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. In Schritt S106 wird abgewartet, bis entweder die durch die Türöffnung bewirkte Erwärmung abgeklungen, d.h. die gemessene Temperatur T_i im Wesentlichen wieder gleich der normalen Temperatur ist oder eine neuerliche Zunahme der Abweichung anzeigt, dass die Tür erneut geöffnet worden ist.
11 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern der Heizeinrichtung 10 und/oder des Ventilators 12, das auf den mit den oben beschriebenen Verfahren gewonnenen Daten aufbaut. Das Verfahren kann in regelmäßigen Zeitabständen ablaufen oder jedes Mal dann, wenn die Überwachung des Schalters 15 oder die Ausführung des Verfahrens nach einer der 8 bis 10 darauf hinweist, dass die Tür 2 geöffnet worden ist.
In Schritt S111 wird die Umgebungstemperatur T_ext ermittelt, sei es durch direkte Messung oder basierend auf dem Betrieb des Verdichters 6, wie mit Bezug auf 4 und 5 beschrieben, oder auf beliebige andere geeignete Weise. Eine Abschätzung der Menge Q der in die Lagerkammer gelangten Umgebungsluft in Schritt S112 kann pauschal, indem bei jedem Türöffnen dieselbe Menge angenommen wird, oder basierend auf Messungen wie mit Bezug auf 10 beschrieben erfolgen.
Wie viel Wasser mit der Luftmenge Q in die Lagerkammer gelangt ist, hängt von der relativen Feuchtigkeit ϕ der Umgebungsluft ab. Es wäre zwar denkbar, diese mit einem außen am Gerät angebrachten Sensor zu messen, doch wird in der Praxis vorzugsweise ein realistischer Pauschalwert zugrunde gelegt, der je nach Klimazone, in der das Gerät aufgestellt ist, z.B. zwischen 50 und 70% festgelegt sein kann. Die eingedrungene Wassermenge ergibt sich zu m_H2O = Qρ_H2O(T_ext)ϕ.
Es sind Kältegeräte, insbesondere mit Frischkühlfach, bekannt, bei denen die Luftzirkulation in einem Fach der Lagerkammer feuchtigkeitsabhängig gesteuert ist und die zu diesem Zweck einen Luftfeuchtesensor aufweisen, der den Feuchtigkeistgehalt der in der Lagerkammer zirkulierenden Luft überwacht. Hier ist eine direkte Bestimmung der eingedrungenen Wassermenge möglich, indem am Ort des Luftfeuchtesensors auch die Temperatur der zirkulierenden Luft gemessen wird und angenommen wird, dass (wenn zwischen dem Schließen der Tür und den Messungen eine ausreichende Zeitspanne verstrichen ist) die absolute Luftfeuchtigkeit in der ganzen Lagerkammer gleich ist. Dann berechnet sich die eingedrungene Wassermenge gemäß m_H2O = Vρ_H2O(T)ϕ – ε, wobei V das Volumen der Lagerkammer 3, T die gemessene Temperatur, ϕ die gemessene Luftfeuchtigkeit und ε eine bereits vor dem Türöffnen in der Luft der Lagerkammer 3 enthaltene Rest-Feuchtigkeitsmenge e = Vρ_H2O(T_soll) bezeichnet, die einer relativen Luftfeuchtigkeit von 100% bei der Soll-Bertiebstemperatur T_soll der Lagerkammer 3 entspricht.
Wenn sich die eingedrungene Umgebungsluft auf die Temperatur T_soll der Lagerkammer 3 abgekühlt hat, dann ist die maximale Wassermenge, die sie noch speichern kann, m_sat = Qρ_H2O(T_soll).
Die Differenz m_H2O – m_sat muss sich also am Verdampfer 6 niederschlagen und gelangt in die Verdunstungsschale 9. Dementsprechend erhöht die Steuereinheit 13 in Schritt S115 einen für die Wassermenge in der Verdunstungsschale 9 repräsentativen Zählwert c um m_H2O – m_sat.
In Schritt S116 wird überprüft, ob der Zähler c einen Grenzwert c_max überschritten hat, der einem kritischen Wasserspiegel in der Verdunstungsschale 9 entspricht. Wenn dies der Fall ist, wird in Schritt S117 die Heizeinrichtung 10 und/oder der Ventilator 12 eingeschaltet, in Schritt S118 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 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.

Claims

Kältegerät mit wenigstens einer 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, eine Entscheidung über das Zuschalten der Hilfseinrichtung (10, 12) unter Berücksichtigung der Temperatur (T_soll) der Lagerkammer (3) zu treffen.
Kältegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (13) eingerichtet ist, die Wassermenge in der Verdunstungsschale (9) abzuschätzen und zu entscheiden (S33; S84; S96; S107), dass das Zuschalten der Hilfseinrichtung (10, 12) notwendig ist, wenn die abgeschätzte Wassermenge (c) einen Grenzwert (c_max) überschreitet.
Kältegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (13) eingerichtet ist, einen Zuwachs der Wassermenge um so größer anzunehmen, je niedriger die Temperatur der Lagerkammer ist.
Kältegerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (13) eingerichtet ist, die Temperatur in der Umgebung des Kältegeräts zu ermitteln und einen Zuwachs der Wassermenge um so größer anzunehmen, je höher die Umgebungstemperatur ist.
Kältegerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit mit einem Umgebungstemperatursensor verbunden ist.
Kältegerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (13) eingerichtet ist, die Umgebungstemperatur anhand der Leistung und/oder der Dauer (t) einer Betriebsphase eines Verdichters (6) des Kältegeräts abzuschätzen.
Kältegerät nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, eine Menge an in die Lagerkammer zufließender Umgebungsluft abzuschätzen und einen Zuwachs der Wassermenge proportional zu der Luftmenge anzunehmen.
Kältegerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, ein Öffnen der Tür (2) zu erfassen und die zufließende Luftmenge anhand erfasster Türöffnungen abzuschätzen.
Kältegerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit mit einem durch eine Öffnung der Tür (2) betätigten Schalter verbunden ist.
Kältegerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit mit einem an der Lagerkammer angeordneten Temperatursensor verbunden und eingerichtet ist, das Öffnen der Tür anhand der von dem Sensor erfassten Temperatur zu erfassen.
Kältegerät nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, die in der zufließenden Luftmenge zur Zeit des Zuflusses enthaltene Feuchtigkeitsmenge abzuschätzen, die Feuchtigkeitsmenge abzuschätzen, die in der zufließenden Luftmenge nach Abkühlen auf die Temperatur der Lagerkammer noch enthalten sein kann, und den Zuwachs anhand der Differenz der Feuchtigkeitsmengen 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.