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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältegerät, insbesondere ein Haushaltskältegerät wie etwa ein Kühl- oder Gefrierschrank, mit einer Verdunstungsschale zum Verdunsten von aus einer Lagerkammer des Geräts abgeleitetem Tauwasser und einer Heizeinrichtung, die betreibbar ist, um bei Bedarf die Verdunstung des Tauwassers in der Verdunstungsschale zu fördern.
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Das Tauwasser, das sich in der Lagerkammer niederschlägt, gelangt dort hin über eingelagertes Kühlgut sowie in Form von Wasserdampf, der in der bei jedem Öffnen der Tür des Kältegeräts in die Lagerkammer gelangenden Umgebungsluft enthalten ist. Das Ausmaß des Wassereintrags, und damit die Rate, in der es aus der Lagerkammer der Verdunstungsschale zufließt, ist schwierig abzuschätzen, da sie von zahlreichen Faktoren wie etwa Art des Kühlguts und seiner Verpackung, Temperatur und prozentuale Feuchte der Umgebungsluft sowie der Menge der bei einem Türöffnen zwischen Umgebung und Lagerkammer ausgetauschten Luft abhängt, und diverse dieser Größen kaum mit vertretbarem Aufwand messbar sind.
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Durch die Konstruktion des Kältegerätes muss sichergestellt sein, dass das Tauwasser der Verdunstungsschale schnell genug verdampft, um ein Überlaufen, das zu Schäden am Kältegerät und seiner Umgebung führen könnte, sicher zu vermeiden.
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Herkömmlicherweise ist eine solche Verdunstungsschale meist auf einem Verdichter des Kältegerätes montiert, um mit dessen Abwärme das Tauwasser in der Verdunstungsschale zu beheizen und seine Verdunstung zu fördern. Verbesserungen der Isolation und der Kälteerzeugung führen bei modernen Kältegeräten jedoch dazu, dass das Verhältnis von anfallendem Tauwasser zur am Verdichter verfügbaren Abwärme immer ungünstiger wird. Um die Verdunstungsschale dennoch auf einer eine ausreichende Verdunstung gewährleistenden Temperatur zu halten, wurde vorgeschlagen, eine elektrische Heizeinrichtung zum Beheizen der Tauwasserschale einzusetzen. Allerdings beeinträchtigt die Leistungsaufnahme einer solchen Heizeinrichtung massiv die Gesamtenergieeffizienz des Kältegeräts. Ihr Einsatz ist daher auf Zeiten zu begrenzen, in denen dies zum Verhindern des Überlaufens der Verdunstungsschale unabdingbar ist. Um die Heizeinrichtung geeignet steuern zu können, ist es daher erforderlich, den Wasserstand in der Verdunstungsschale zu überwachen.
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Aus
JP 2009-085473 A ist ein Kältegerät bekannt geworden, bei dem ein an der Verdunstungsschale angeordneter Temperatursensor genutzt wird, um Aufschluss über den Wasserstand zu gewinnen. Wenn beim Abtauen dieses herkömmlichen Kältegeräts Tauwasser in großer Menge in die Verdunstungsschale gelangt, wird eine Heizeinrichtung in Gang gesetzt, um das anfallende Wasser zu verdunsten, und die resultierende Erwärmung wird überwacht. Solange sich Wasser in der Schale befindet, ist die Erwärmung langsam. Die Schale wird auf eine Maximaltemperatur erwärmt, anschließend auf eine Minimaltemperatur abkühlen gelassen, und erneut erwärmt. Wenn die Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs in der Erwärmungsphase einen Grenzwert überschreitet, wird angenommen, dass sich kein Wasser mehr in der Verdunstungsschale befindet, und die Beheizung der Schale wird beendet. Um Tauwasser zu beseitigen, das zwischen Abtauvorgängen in die Verdunstungsschale gelangt, wird diese von Zeit zu Zeit erhitzt, und anhand der dabei gemessenen Temperaturanstiegsgeschwindigkeit wird entschieden, ob die Schale Wasser enthält, das verdunstet werden muss, oder nicht.
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Diese regelmäßige Überprüfung erfordert einen erheblichen Energieeinsatz, der den Wirkungsgrad des Kältegeräts beeinträchtigt. Insbesondere ist die zum Erwärmen der Schale benötigte Energiemenge umso größer, je größer die Schale ist. Eine große Schale ist jedoch wünschenswert, um eine große Verdunstungsoberfläche bereitstellen zu können, über die Tauwasser auch ohne zusätzliche elektrische Beheizung verdunsten kann.
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Da während des Verdunstungsbetriebs die Temperatur stark schwanken muss, um in regelmäßigen Zeitabständen anhand der Temperaturanstiegsgeschwindigkeit überprüfen zu können, ob die Schale noch Wasser enthält, ist die mittlere Temperatur während des Verdunstungsbetriebs deutlich niedriger als die Maximaltemperatur. Dementsprechend ist auch die mittlere Verdunstungsrate erheblich niedriger, als die Verdunstungsrate bei der Maximaltemperatur. Ferner muss die zum Erzielen der Maximaltemperatur benötigte Heizeinrichtung erheblich leistungsstärker sein als eine Heizeinrichtung, die die gleiche Verdunstungswirkung dadurch erzielt, dass sie die Verdunstungsschale konstant auf einer mittleren Temperatur hält.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, bei einem Kältegerät mit einer von einer Heizeinrichtung beheizbaren Verdunstungsschale den Energieverbrauch der Heizeinrichtung zu minimieren.
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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, einem an der Verdunstungsschale angeordneten Temperatursensor, einer mit dem Temperatursensor verbundenen Steuereinheit und einer Heizeinrichtung, die durch die Steuereinheit betreibbar ist, um die Verdunstungsrate in der Verdunstungsschale zu erhöhen, die Steuerschaltung eingerichtet ist, anhand einer Änderung der von dem Temperatursensor während einer Messbetriebsphase der Heizeinrichtung erfassten Temperaturen über Weiterbetrieb oder nicht Betrieb der Heizeinrichtung zu entscheiden und eine Verdunstungsbetriebsphase der Heizeinrichtung, in der die Verdunstungsschale über die höchste in der Messbetriebsphase gemessene Temperatur hinaus erhitzt wird, nur einzuleiten, wenn die Änderung schwächer als ein erster Grenzwert ist. Da auf diese Weise der Temperaturanstieg in der Messbetriebsphase auf wenige Grad begrenzt bleiben kann, erfordert die Überprüfung, ob die Verdunstungsschale Tauwasser in einer Menge enthält, die ein Beheizen erforderlich macht, nur wenig Energie.
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Wenn die Messbetriebsphase ergibt, das genügend Wasser in der Verdunstungsschale ist, um einen Betrieb der Heizeinrichtung zu rechtfertigen, dann sollte die Verdunstungsbetriebsphase möglichst unverzüglich, ohne zwischenzeitliche Abkühlung der Verdunstungsschale, auf die Messbetriebsphase folgen, damit nicht die für die Messbetriebsphase aufgewandte Heizenergie ungenutzt verloren geht.
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Das Ausmaß, in dem die gemessene Temperaturänderung den ersten Grenzwert unterschreitet, ist ein quantitatives Maß für die Menge des Wassers in der Verdunstungsschale. Die Steuerschaltung kann daher zweckmäßigerweise eingerichtet sein, die Dauer einer auf die Messbetriebsphase folgenden Verdunstungsbetriebsphase der Heizeinrichtung anhand der Stärke der Unterschreitung des Grenzwertes festzulegen. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass eine einzige Verdunstungsbetriebsphase ausreicht, um die Wassermenge in der Verdunstungsschale auf ein zulässiges Maß zu reduzieren, und Energieverluste durch eine Abkühlung der Schale zwischen zwei kurz aufeinanderfolgenden Verdunstungsbetriebsphasen können vermieden werden. Darüber hinaus ist mit einer kontinuierlich hohen Verdunstungstemperatur eine höhere Verdunstungsrate erreichbar als mit einer schwankenden Temperatur, sodass ein hoher Wasserstand in der Verdunstungsschale zugelassen werden kann, bevor die Heizeinrichtung zu Hilfe genommen werden muss, um das Wasser zu beseitigen. So reduziert sich, insbesondere wenn noch andere Quellen von Wärme, insbesondere von Abwärme, zum Beheizen der Verdunstungsschale zur Verfügung stehen, die Häufigkeit, mit der die Heizeinrichtung betrieben werden muss.
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Um die Abwärme nutzen zu können, die insbesondere von einem Verdichter des Kältegeräts erzeugt wird, ist die Verdunstungsschale vorzugsweise auf dem Verdichter montiert.
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Vorzugsweise ist die Steuerschaltung weiter eingerichtet, nach einer Verdunstungsbetriebsphase die Abnahmegeschwindigkeit der vom Sensor erfassten Temperatur zu ermitteln, und eine weitere Verdunstungsbetriebsphase zu beginnen, wenn die Abnahmegeschwindigkeit unter einem zweiten Grenzwert liegt. Eine zu langsame Abnahme der Temperatur deutet auf das Vorhandensein einer großen Wassermenge in der Schale hin. Eine solche Messung der Abnahmegeschwindigkeit der Temperatur ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Dauer der Verdunstungsbetriebsphase nicht, wie oben beschrieben, in Abhängigkeit von den Ergebnissen der Messbetriebsphase festgelegt wurde, sondern fest vorgegeben ist.
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Denkbar ist auch, einen dritten Grenzwert für die Temperaturänderung in der Messbetriebsphase zu definieren und, wenn die Abweichung den dritten Grenzwert unterschritten hat, nach kurzer Zeit, bei Nichtunterschreitung des dritten Grenzwerts nach längerer Zeit, die Messbetriebsphase zu wiederholen. Wenn eine Unterschreitung des dritten Grenzwerts auf eine große, in einer einzelnen Verdunstungsbetriebsphase nicht zu beseitigende Wassermenge in der Verdunstungsschale hinweist, wird so nach kurzer Zeit erneut überprüft, ob der Wasserstand in der Verdunstungsschale ein kritisches Niveau hat, und ggf. erneut beheizt, um die Verdunstung zu beschleunigen.
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Der dritte Grenzwert kann gleich dem ersten Grenzwert oder niedriger gewählt sein. Die Dauer der Messbetriebsphase kann fest vorgegeben sein, und als Maß für die Änderung der Temperatur in der Messbetriebsphase kann die Differenz zwischen der Temperatur zu Beginn der Messbetriebsphase und der Temperatur zum Ende der Messbetriebsphase gebildet werden.
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Eine Temperaturänderung in der Messbetriebsphase von unter 10 K, vorzugsweise sogar unter 6 K, hat sich als ausreichend erwiesen, um den Wasserstand in der Verdunstungsschale zuverlässig beurteilen zu können.
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Die Dauer der Messbetriebsphase kann dann zwischen 105 und 30 Minuten gewählt sein. Alternativ kann die Steuereinheit auch eingerichtet sein, eine Messbetriebsphase zu beenden, wenn die Differenz zwischen am Anfang der Messbetriebsphase gemessener und gegenwärtiger Temperatur einen Sollwert von z.B. bis zu 10 K oder bis zu 6 K erreicht hat, und die Temperaturänderung als um so stärker zu beurteilen, je kürzer die Messbetriebsphase gewesen ist. Da die Zeit bis zum Erreichen des Sollwerts der Temperatur umso kürzer ist, je weniger Wasser die Schale enthält, kann auf diese Weise der Energieaufwand für eine Füllstandsbeurteilung insbesondere in den Fällen, in denen der Wasserstand niedrig ist und die Verdunstung nicht von der Heizeinrichtung beschleunigt werden muss, verringert werden.
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Auch eine schwankende Versorgungsspannung kann sich stark auf die Anstiegsrate der Temperatur in einer Messbetriebsphase oder die im Laufe einer vorgegebenen Zeitspanne erreichte Temperatursteigerung auswirken. Um eine Verfälschung von Wasserstandsmessungen zu vermeiden, umfasst die Steuereinheit Mittel zum Abschätzen der Versorgungsspannung, und der erste Grenzwert oder die Dauer der Messbetriebsphase ist als Funktion der Versorgungsspannung vorgegeben.
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Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Überwachen des Wasserstands in einer Verdunstungsschale eines Kältegeräts, insbesondere wie es von der Steuereinheit des oben beschriebenen Kältegeräts ausgeführt wird, mit den Schritten:
- – in einer Messbetriebsphase Beheizen der Verdunstungsschale und Beurteilen des Wasserstands anhand der aus dem Beheizen resultierenden Änderung einer an der Verdunstungsschale gemessenen Temperatur;
- – Einleiten einer Verdunstungsbetriebsphase der Heizeinrichtung, in der die Verdunstungsschale über die höchste in der Messbetriebsphase gemessene Temperatur hinaus erhitzt wird, wenn die Änderung schwächer als ein erster Grenzwert ist.
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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:
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1 einen schematischen Schnitt in Breitenrichtung durch ein Haushaltskältegerät gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 einen Schnitt in Tiefenrichtung durch das Kältegerät;
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3 einen exemplarischen zeitlichen Verlauf der Temperatur der Verdunstungsschale des Kältegeräts aus 1 und 2;
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4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern der Heizeinrichtung des Kältegeräts, durch das sich der in 3 gezeigte Temperaturverlauf ergeben kann, gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung;
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5 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern der Heizeinrichtung gemäß einer zweiten Ausgestaltung; und
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6 einen alternativen Ablauf der Messbetriebsphase des Verfahrens gemäß 4 oder 5.
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1 und 2 zeigen schematische Schnitte durch ein Haushaltskältegerät, bei dem die vorliegende Erfindung anwendbar ist. Die Schnittebenen der beiden Figuren sind in der jeweils anderen Figur als strichpunktierte Linie I-I bzw. II-II eingezeichnet.
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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 Schaumstoffschicht 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, insbesondere einem Nofrost-Verdampfer, anwendbar sind. Denkbar ist auch die Anwendung auf ein Nofrost-Gefriergerät, da dieses, zumindest in einer Abtauphase des Verdampfers, ebenfalls Tauwasser abgibt.
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Bei dem hier betrachteten Coldwall-Kältegerät erstreckt sich am Fuße der durch den Verdampfer 4 gekühlten Rückwand der Lagerkammer 3 eine Auffangrinne 7, die Kondenswasser, das sich an dem vom Verdampfer 4 gekühlten Bereich des Innenbehälters niederschlägt und daran abwärts fließt, auffängt. Eine Rohrleitung 8 führt vom tiefsten Punkt der Auffangrinne 7 durch die isolierende Schaumstoffschicht hindurch zu einer Verdunstungsschale 9, die in einem Maschinenraum 5 auf einem Gehäuse eines Verdichters 6 montiert ist, um durch Abwärme des Verdichters 6 beheizt zu werden. Bei einem Nofrost-Kältegerät könnte eine entsprechende Rohrleitung vom Boden einer den Verdampfer aufnehmenden Kammer ausgehen.
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Eine elektrische Heizeinrichtung 10 ist hier in Form einer sich im Innern der Verdunstungsschale 9 erstreckten 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 werden kann, um sicherzustellen, dass die Heizeinrichtung ihre Wärme im Wesentlichen in die Verdunstungsschale 9 hinein abgibt.
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Um die Verdunstung von Tauwasser in der Verdunstungsschale 9 zu fördern, kann zusätzlich zu der Heizeinrichtung 10 noch ein Ventilator 12 in dem Maschinenraum 5 so angeordnet sein, dass er einen Luftstrom über dem Wasserspiegel der Verdunstungsschale 9 antreibt.
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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. Im einfachsten Falle schaltet die Steuereinheit 13 die Heizeinrichtung 10 und den Ventilator 12 jeweils gleichzeitig ein und aus; denkbar ist auch den Ventilator 12 nach Ausschalten der Heizeinrichtung 10 noch eine Zeit lang nachlaufen zu lassen, um Wärme, die zu dieser Zeit noch im Wasser der Verdunstungsschale 9 enthalten ist, für die Verdunstung auszunutzen. Die Steuereinheit 13 ist mit einem Temperatursensor 15 verbunden, der in oder an der Verdunstungsschale 9 montiert ist und mit Tauwasser in der Verdunstungsschale 9, falls vorhanden, in thermischem Kontakt steht.
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Dieselbe Steuereinheit 13 kann auch den Betrieb des Verdichters 6 anhand eines an der Lagerkammer 3 angeordneten Temperatursensors 14 steuern.
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Kondenswasser kann mehr oder weniger kontinuierlich, oder, falls der Verdampfer 4 in einer Betriebsphase des Verdichters 6 unter 0°C abkühlt und während des Stillstands des Verdichters 6 wieder auftaut, im Takt der Betriebsphasen des Verdichters 6 aus der Lagerkammer 3 in die Verdunstungsschale 9 abfließen. Um die Abwärme des Verdichters 6 effizient nutzen zu können, ist es zweckmäßig, eine große Wassermenge in der Verdunstungsschale zu speichern, die die Wärme lange hält und eine große freie Oberfläche zur Verdunstung aufweist. Andererseits darf der Wasserspiegel nicht so hoch sein, dass im Falle eines starken Zuflusses aus der Lagerkammer 3 die Verdunstungsschale 9 überläuft. Es ist daher notwendig, die Wassermenge in der Verdunstungsschale 9 abschätzen zu können, um beurteilen zu können, ob es erforderlich ist, das Wasser in der Verdunstungsschale 9 durch die Heizeinrichtung 10 aufzuheizen, um so die Verdunstung zu beschleunigen und ein Überlaufen zu vermeiden. Zu diesem Zweck testet die Steuereinheit 13 von Zeit zu Zeit den Wasserstand in der Verdunstungsschale, indem sie die Heizeinrichtung 10 einschaltet und mittels des Temperatursensors 15 die daraus resultierende Temperaturänderung der Verdunstungsschale 9 überwacht.
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Im einfachsten Fall kann diese Messung des Wasserstandes in regelmäßigen Zeitabständen stattfinden. Einer bevorzugten Weiterbildung kann die Wartezeit zwischen zwei Messungen unter bestimmten Bedingungen variieren: Wenn zu einem Zeitpunkt, an dem die nominelle Wartezeit abgelaufen ist, der Verdichter in Betrieb ist, dann trägt auch er zur Erwärmung des Wassers in der Verdunstungsschale bei, so dass eine zu dieser Zeit durchgeführte Messung ein falsches Ergebnis liefern würde. Auch einige Zeit nach Abschalten des Verdichters gibt dieser noch Wärme an die Verdunstungsschale ab und treibt eventuell eine Konvektionsbewegung des Wassers in der Schale an, die dazu führen kann, dass von der Heizeinrichtung 10 abgegebene Wärme den Temperatursensor 15 schneller oder langsamer erreicht als in dem Fall, dass bei Einschalten der Heizeinrichtung 10 der Verdichter 6 kalt und das Wasser in der Verdunstungsschale 9 in Ruhe ist.
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Daher wartet die Steuereinheit 13, wenn am Ende der nominellen Wartezeit der Verdichter 6 in Betrieb oder noch von einer vorhergehenden Betriebshase warm ist, noch eine vorgegebene Zeitspanne ab Ausschalten des Verdichters 6 ab, bevor sie zum Messen des Wasserstandes die Heizeinrichtung 10 einschaltet.
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Alternativ kann die Steuereinheit 13 zur Messung des Wasserstands die Heizeinrichtung 10 jeweils bei einem Verdichterstart oder mit einer vorgegebenen Verzögerung zu einem Verdichterstart einschalten. So trägt die Abwärme des Verdichters 6 zum gemessenen Temperaturanstieg bei, und die Leistung der Heizeinrichtung 10, die benötigt wird, um einen gegebenen Temperaturanstieg zu erzielen, ist geringer, was wiederum die Gesamteffizienz des Gerätes verbessert. Außerdem kann ein knapp dimensionierter und dementsprechend preiswerter Verdichter eingesetzt werden, der häufig und lang anhaltend in Betrieb ist, da keine langen Stillstandsphasen des Verdichters für die Wasserstandsmessung benötigt werden.
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Wenn das Kältegerät eine automatische Abtauung aufweist, insbesondere bei einem NoFrost-Gerät, gelangt Tauwasser bei jedem Abtauen des Verdampfers schwallweise in die Verdunstungsschale 9. Dadurch kann die Temperatur des Wassers in der Verdunstungsschale 9 deutlich unter die des umgebenden Maschinenraums 5 abfallen, und eine Erwärmung des Wassers findet ohne Zutun der Heizeinrichtung 10 durch Temperaturausgleich mit dem umgebenden Maschinenraum statt. Auch dieser Temperaturausgleich kann eine Messung des Wasserstandes verfälschen. Daher ist bei diesen Kältegeräten die Steuereinheit 13 eingerichtet, eine Wasserstandsmessung, die zu einer Zeit ansteht, an der wegen eines laufenden oder kurz zurückliegenden Abtauvorgangs Temperaturänderungen in der Verdunstungsschale 9 zu erwarten sind, auszusetzen, bis diese Temperaturänderungen wieder abgeklungen sind.
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Da ein Stromausfall je nach seiner Dauer zum Abtauen des Verdampfers führen kann, aber nicht muss, besteht die Gefahr, dass der Wasserstand in der Verdunstungsschale 9 nach einem Stromausfall deutlich höher ist als davor. Um ggf. einem zu hohen Wasserstand rechtzeitig entgegenwirken zu können, verfügt einer anderen Weiterbildung zufolge die Steuereinheit 13 über Mittel zum Erkennen eines zurückliegenden Stromausfalls und ist eingerichtet, wenn ein Stromausfall erkannt worden ist, sofort eine Messung des Wasserstandes durchzuführen.
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3 zeigt den vom Sensor 15 im Laufe mehrerer Wasserstandsmessungen erfassten Temperaturverlauf der Verdunstungsschale 9. Der Übersichtlichkeit der Darstellung halber sind Zeiten, in denen die Temperatur der Verdunstungsschale durch den Betrieb des Verdichters 6 erhöht ist und deshalb Wasserstandsmessungen ausgeschlossen sind, in dem Diagramm der 3 ausgeblendet. Zum Zeitpunkt t0 beginnt mit dem Einschalten der Heizeinrichtung 10 durch die Steuereinheit 13 eine erste Messbetriebsphase. Der Wasserstand in der Verdunstungsschale 9 ist gering, und die Verdunstungsschale erwärmt sich dementsprechend schnell. Am Ende der Messbetriebsphase hat die Temperatur um mehr als dTmin zugenommen. Der Wasserstand wird als unkritisch beurteilt. Die Heizeinrichtung 10 wird wieder ausgeschaltet, und die Verdunstungsschale 9 kühlt sich wieder ab.
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Bis zum Beginn einer weiteren Messbetriebsphase zum Zeitpunkt t2 hat sich etwas mehr Kondenswasser in der Verdunstungsschale gesammelt, und der Temperaturanstieg ist sichtlich verlangsamt. Er ist jedoch immer noch schnell genug, um am Ende der Messbetriebsphase, zur Zeit t3 (= t2 + Δt1) die Schwelle dTmin zu überschreiten, und so wird wiederum am Ende der Messbetriebsphase zur Zeit t3 die Heizeinrichtung 10 ausgeschaltet.
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Zu Beginn einer dritten Messbetriebsphase, zum Zeitpunkt t4, ist die Kondenswassermenge so weit erhöht, dass bis zum Zeitpunkt t5 (= t4 + Δt1) eine Temperatursteigerung um dTmin nicht mehr erreicht wird. Erst jetzt schließt sich eine Verdunstungsbetriebsphase an, in der die Heizeinrichtung 10 eingeschaltet bleibt. In einem ersten Teil der Verdunstungsbetriebsphase läuft die Heizeinrichtung kontinuierlich mit hoher Leistung, und die die Temperatur steigt kontinuierlich weiter bis auf einen zugelassenen Höchstwert Tmax. Während dTmin im Allgemeinen unter 10 K und vorzugsweise sogar unter 6 K beträgt, kann der Temperaturanstieg in der Verdunstungsbetriebsphase ohne weiteres mehrere 10 K betragen.
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Um im zweiten Teil der Verdunstungsbetriebsphase die Temperatur der Verdunstungsschale in etwa konstant auf Tmax zu halten, kann basierend auf dem Messwert des Temperatursensors 15 eine Thermostatregelung stattfinden, d. h. die Steuereinheit 13 schaltet die Heizeinrichtung 10 aus, wenn Tmax überschritten ist, und schaltet sie wieder ein, wenn Tmax – ε unterschritten ist, wobei ε ein kleiner positiver Wert und vorzugsweise kleiner als dTmin ist.
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Zum Zeitpunkt t6 beendet die Steuereinheit 13 die Verdunstungsbetriebsphase durch Ausschalten der Heizeinrichtung 10. Die Temperatur geht im Laufe der Zeit zurück auf T0, und der in 3 gezeigte Zyklus wiederholt sich.
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4 veranschaulicht in einem Flussdiagramm ein Arbeitsverfahren der Steuereinheit 13, dessen Ausführung den in 3 gezeigten Temperaturverlauf ergeben kann. Das Verfahren beginnt der Messung der Ausgangstemperatur T0 der Verdunstungsschale 9 zu Beginn einer Messbetriebsphase in Schritt S1. Die Heizeinrichtung 10 wird eingeschaltet (Schritt S2) und die Steuereinheit 13 wartet die vorgegebene Dauer Δt1 der Messbetriebsphase ab (Schritt S3), bevor sie in Schritt S4 einen weiteren Temperaturmesswert T1 aufnimmt. In Schritt S5 wird die im Laufe der Messbetriebsphase erreichte Temperaturänderung T1–T0 von dem Schwellwert dTmin subtrahiert. Wenn die dabei erhaltene Differenz dT negativ ist, dann ist im Laufe der Messbetriebsphase die Temperatur in der Verdunstungsschale stärker als dTmin gestiegen, entsprechend den Messbetriebsphasen [t0, t1] und [t2, t3] aus 2. In diesem Fall verzweigt das Verfahren von Schritt S6 nach S7, wo die Heizeinrichtung 10 wieder ausgeschaltet wird, und in Schritt S8 wird vor Beginn einer neuen Messbetriebsphase eine vorgegebene Zeitspanne Δt2 abgewartet, die um ein Vielfaches länger ist als Δt1.
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Wenn in Schritt S6 festgestellt wird, dass dT größer oder gleich 0 ist, entsprechend dem Fall der Messbetriebsphase [t4, t5] aus 3, dann geht das Verfahren in eine Verdunstungsbetriebsphase über, indem am Ende der Messbetriebsphase die Heizeinrichtung eingeschaltet bleibt. In Schritt S9 wird eine Zeitspanne Δt3 abgewartet bevor das Verfahren zu Schritt S7 übergeht und damit die Heizbetriebsphase beendet. Wie in 3 gezeigt, kann in einem ersten Teil der Zeitspanne Δt3 die Heizeinrichtung kontinuierlich arbeiten, um die Schale auf Tmax aufzuheizen, und in einem zweiten Teil intermittierend arbeiten, um sie auf dieser Temperatur zu halten.
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Die Dauer Δt3 der Verdunstungsbetriebsphase kann fest vorgegeben sein. In diesem Fall ist es am Ende der Verdunstungsbetriebsphase nicht gewiss, dass der Wasserstand in der Verdunstungsschale 9 auf ein sicheres Niveau abgesenkt worden ist. Daher ist es in diesem Fall zweckmäßig, die Wartezeit Δt2 des Schritts S8 im Anschluss an eine Verdunstungsbetriebsphase erheblich kürzer zu wählen, als in dem Fall, dass keine Verdunstungsbetriebsphase stattgefunden hat.
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Eine andere Möglichkeit ist in 5 gezeigt. Die Schritte S1 bis S9 des dort gezeigten Flussdiagramms sind mit denen der 4 identisch und werden nicht erneut beschrieben. Wenn nach Ende der Verdunstungsbetriebsphase in Schritt S10 die Heizeinrichtung 10 ausgeschaltet wird, wird auch erneut ein Temperaturmesswert T0 aufgenommen (Schritt S11), und ein zweiter Temperaturmesswert T1 wird nach Abwarten der Zeitspanne Δt1 (S12) im Schritt S13 aufgenommen. Im Schritt S14 wird die Differenz T0–T1 mit einem zweiten Grenzwert dTmin’ verglichen. Wenn die Differenz kleiner als der Grenzwert dTmin’ ist, d. h. die Temperatur langsam abnimmt, dann ist dies ein Indiz dafür, dass die Wassermenge in der Verdunstungsschale 9 noch groß ist. In diesem Fall kann das Verfahren, wie gezeigt, unmittelbar von S14 zu S1 zurückspringen, um die Messbetriebsphase zu wiederholen und an deren Ende in Schritt S6 definitiv zu entscheiden, ob noch eine Verdunstungsbetriebsphase angeschlossen wird. Alternativ kann, wenn in Schritt 14 die Unterschreitung des Grenzwerts dTmin’ festgestellt wird, die Heizeinrichtung 10 bedingungslos wieder eingeschaltet und zu Schritt S9 zurückgesprungen werden, um die Verdunstungsbetriebsphase zu wiederholen.
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Wenn jedoch der Vergleich des Schritts S14 auf einen schnellen Temperaturabfall hinweist, ist die Restwassermenge in der Verdunstungsschale 9 offenbar gering, und das Verfahren springt zurück zu Schritt S8.
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Noch eine Alternative ist, beim Verfahren der 4 die Dauer Δt3 der Verdunstungsbetriebsphase als Funktion von dT festzulegen: je größer dT ist, um so stärker ist der Temperaturanstieg in der Messbetriebsphase hinter dem Grenzwert dTmin zurückgeblieben, und um so größer muss die Wassermenge in der Verdunstungsschale 9 sein. Wie der Zusammenhang zwischen dT und der Wassermenge bei einem gegebenen Kältegerätemodell im Detail aussieht, kann empirisch ermittelt werden. Anhand solcher empirischer Daten ist es möglich, Δt3 als Funktion von dT so festzulegen, dass die Zeitspanne Δt3 genau ausreicht, um den Wasserstand in der Verdunstungsschale 9 auf einen unkritischen Wert zu senken.
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6 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Messbetriebsphase, die bei sämtlichen oben beschriebenen Ausgestaltungen des Betriebsverfahrens der Steuereinheit 13 anwendbar ist. Die Schritte S1 und S2 des Messens der Ausgangstemperatur T0 und des Einschaltens der Heizeinrichtung 10 zu Beginn der Messbetriebsphase sind dieselben wie die mit Bezug auf 4 beschrieben. Zusätzlich wird gleichzeitig mit dem Einschalten der Heizeinrichtung und dem Messen der Temperatur T0 ein Zeitmesser gestartet (Schritt S3’). Die Temperatur T der Verdunstungsschale 9 wird nun solange kontinuierlich überwacht, bis sie um wenigstens dTmin angestiegen ist (S4’). Sobald dies der Fall ist, wird in Schritt S5’ der Zeitmesser ausgelesen. Ein niedriger Messwert t des Zeitmessers, unterhalb eines Grenzwert tmax, zeigt einen schnellen Temperaturanstieg bzw. einen niedrigen Wasserstand an, und es folgt der Schritt S7, wie mit Bezug auf 4 beschrieben. Ein Zeitmesswert t > tmax, entsprechend einem langsamen Anstieg, zeigt die Überschreitung des kritischen Wasserstandes in der Verdunstungsschale 9 an, sodass das Verfahren zu Schritt S9 übergeht, wie mit Bezug auf 4 oder 5 beschrieben.
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Die Leistung der elektrischen Heizeinrichtung 10 ist proportional zum Quadrat der an sie angelegten Versorgungsspannung. Wenn diese Spannung die Netzspannung oder eine von der Netzspannung abgeleitete, zu ihr proportionale Spannung ist, wirken sich Schwankungen der Netzspannung stark auf die gemessene Temperaturänderungsrate aus und können die Abschätzung der Wassermenge in der Verdunstungsschale 9 erheblich verfälschen. Einer weiterentwickelten Ausgestaltung zufolge ist daher die Steuereinheit mit einem Spannungssensor zum Erfassen der Versorgungsspannung der Heizeinrichtung ausgestattet. Schwankungen der Versorgungsspannung können dann auf unterschiedliche Weise kompensiert werden. Z.B. kann im Verfahren nach 4 oder 5 die Dauer Δt1 der Messbetriebsphase umgekehrt proportional zum Quadrat der Versorgungsspannung festgelegt werden, so dass die in jeder Messbetriebsphase freigesetzte Wärmemenge unabhängig vom genauen Wert der Versorgungsspannung dieselbe ist. Alternativ kann der Grenzwert dTmin direkt proportional zum Quadrat der Versorgungsspannung festgelegt werden. Dann ist die Dauer der Messbetriebsphase vom Wert der Betriebsspannung unabhängig, aber bei niedriger Spannung ist der Grenzwert des Temperaturanstiegs, bei dessen Unterschreitung ein zu hoher, Beheizen erforderlich machender Wasserstand erkannt wird, entsprechend der verringerten freigesetzten Wärmemenge angepasst.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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