-
Abtauvorrichtung für den Verdampfer einer Kältemaschine Die Erfindung
betrifft eine Abtauvorriehtung für den Verdampfer einer Kältemaschine mit einer
Abtauheizeinrichtung sowie Steuerorganen, die auf die Stärke der am Verdampfer gebildeten
Eisschicht derart ansprechen, daß die Abtauheizeinrichtung eingeschaltet wird, wenn
eine bestimmte Stärke der Eisschicht erreicht ist.
-
Es sind bereits Abtauvorrichtungen für den Verdampfer einer Kältemaschine
bekannt, die in bestimmten vorgegebenen Zeitabständen, etwa mit Hilfe eines Zeitrelais,
die normale Kühlfunktion der Kältemaschine unterbrechen und den Abtauvorgang im
Verdampfer durchführen. Da jedoch daß Maß der Eisablagerung an den Verdampferplatten
je nach der relativen Feuchtigkeit und der Temperatur der über den Verdampfer streichenden
Luft in weiten Grenzen schwankt, besitzen diese mit einer starren Zeitsteuerung
versehenen bekannten Vorrichtungen den wesentlichen Nachteil, daß der Abtauvorgang
entweder zu selten oder zu häufig durchgeführt wird.
-
Zur Vermeidung dieses Nachteiles ist bereits eine Abtauvorrichtung
bekanntgeworden, die mit einem auf die Stärke der am Verdampfer gebildeten Eisschicht
ansprechenden Steuerorgan versehen ist. Bei dieser bekannten Ausführung wird der
Zwischenraum zwischen einer Außenseite des mit einer Flüssigkeit gefüllten temperaturempfindlichen
Steuerorgans und dem Verdampfer durch das sich am Verdampfer ansetzende Eis. allmählich
so weit verringert, bis das Eis in unmittelbare Berührung mit dem Steuerorgan kommt
und hierdurch eine mehr oder weniger sprungartige Abkühlung des Steuerorgans bewirkt.
Bei dieser bekannten Abtauvorrichtung wird somit dem eigentlichen Steuerorgan beim
Anwachsen der Eisschicht Wärme entzogen, wobei das Eis selbst zum Wärmeübergang
dient.
-
Der wesentliche Nachteil dieser bekannten Abtauvorrichtung liegt darin,
daß ihr einwandfreier Betrieb entscheidend davon abhängt, daß die Eisbildung in
dem schmalen Zwischenraum zwischen dem Verdampfer und dem Steuerorganin der gleichenWeise
erfolgt wie an den anderen freien Seiten des Verdampfers. Geschieht jedoch die Eisbildung
an allen Stellen der Verdampferoberfiäche nicht in gleicher Weise, beispielsweise
infolge von Fremdkörpern, die in den schmalen Zwischenraum gelangt sind, so wird
falsch gemessen und demgemäß äuch der Abtauvorgang nicht richtig gesteuert.
-
Es ist ferner eine Abtauvorrichtung für den Verdampfer einer Kältemaschine
bekannt, bei der mit dem Verdampfer ein Betätigungsglied verbunden ist, das beim
Erreichen einer bestimmten Eisschichtstärke die Umschaltung der Steuerkontakte bewirkt.
Dieses Betätigungsglied ist bei der einen Ausführungsform als mechanischer Federhebel,
bei einer anderen Ausgestaltung als elektrischer Betätigungsstromkreis ausgebildet,
der über einen salzhaltigen Kontaktkörper geschlossen wird. Beide bekannte Ausführungen
sind jedoch in betrieblicher Hinsicht unbefriedigend, da sie zu Störungen neigen
und eine erhebliche Wartung erfordern.
-
Es ist schließlich eine Abtauvorrichtung bekannt, bei der zur mechanischen
Betätigung eines Schnappkontaktes zwei Thermostaten vorgesehen sind, von denen der
eine die Unterbrechung und der andere die Einschaltung des Kühlvorganges bewirkt.
Der konstruktive Aufwand dieser bekannten Ausführung ist beträchtlich; sie erfordert
zudem eine außerordentlich schwierige und zeitraubende Justierung. Im übrigen wird
auch bei dieser bekannten Abtauvorrichtung die Betätigung des Steuerorgans durch
die Eisbildung an einer verhältnismäßig kleinen Stelle des Verdampfers bestimmt,
so daß Störungen und Unregelmäßigkeiten an dieser Stelle den ganzen Steuervorgang
beeinflussen können.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der
Mängel der bekannten Ausführungen eine Abtauvorrichtung für den Verdampfer einer
Kältemaschine zu entwickeln, die sich durch eine besonders genaue und zuverlässige
Steuerung des Abtauvorganges auszeichnet.
Diese Aufgabe wird gemäß
der Erfindung dadurch gelöst, daß in der Abtauvorrichtung ein längs des Verdampfers
geführter, in seiner Größe durch die Stärke der am Verdampfer gebildeten Eisschicht
bestimmter Luftstrom erzeugt wird, der durch ein Steuer-Heizelement erwärmt und
dessen mit der Eisschichtstärke proportional zunehmende Temperatur zur Beeinflussung
eines in Strömungsrichtung dem Steuer-Heizelement nachgeschalteten temperaturempfindlichen
Steuerorgans benutzt wird.
-
Da bei der erfindungsgemäßen Abtauvorrichtung zur Durchführung des
Steuervorganges nur eine sehr kleine Luftmenge erwärmt werden muß, was besonders
dadurch begünstigt wird, daß dieser Luftstrom am Steuer-Heizelement entlangstreicht,
zeichnet sich die neue Abtauvorrichtung durch eine außerordentlich feinfühlige und
rasche Regelung des Abtauvorganges aus, ferner - infolge des Wegfalles beweglicher
mechanischer Bauelemente - durch eine besondere Einfachheit in konstruktiver Hinsicht
und eine sehr hohe Betriebssicherheit.
-
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Abtauvorrichtung
liegt darin, daß das Ansprechen der Steuerorgane nicht durch die Veränderung der
Eisschicht an einer verhältnismäßig kleinen Stelle der Verdampferoberfläche, sondern
durch die Änderung der Eisschicht am gesamten Verdampfer bestimmt wird. Fremdkörper,
die etwa zwischen zwei Verdampferplatten gelangt sind, können bei der erfindungsgemäßen
Abtauvorrichtung somit den Steuervorgang keineswegs beeinträchtigen.
-
Als vorteilhaft hat es sich gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung
erwiesen, wenn ein zweiter, in seiner Größe durch die Stärke der am Verdampfer gebildeten
Eisschicht bestimmter Luftstrom - von dem durch das Steuer-Heizelement erwärmten
Luftstrom thermisch isoliert - einem zweiten temperaturempfindlichen Steuerorgan
zugeführt wird.
-
Bei einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung sind die
beiden temperaturempfindlichen Steuerorgane als Thermistoren ausgebildet und - thermisch
voneinander isoliert - in einem gemeinsamen Meßtopf untergebracht.
-
In schaltungstechnischer Hinsicht hat es sich gemäß der Erfindung
ferner als günstig erwiesen, wenn die beiden Thermistoren in je einen Zweig einer
Wheatstone-Brücke eingeschaltet sind und die Einschaltung der Abtauheizeinrichtung
durch eine vorgegebene, einer bestimmten Temperaturdifferenz zwischen den beiden
Thermistoren entsprechende Verschiebung der Brücke aus dem Abgleichzustand bewirkt
wird.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist
ferner ein drittes temperaturempfindliches Steuerorgan vorgesehen, das gut wärmeleitend
mit dem Verdampfer verbunden und so in den Steuerkreis eingeschaltet ist, daß das
während des Abtauvorganges abgeschaltete Steuer-Heizelement bei Erreichen einer
bestimmten Temperatur des Verdampfers zugleich mit dem Abschalten der Abtauheizeinrichtung
wieder eingeschaltet wird.
-
In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles
näher veranschaulicht; es zeigt Fig. 1 eine geschnittene Seitenansicht der wesentlichen
Teile der erfindungsgemäßen Abtauvorrichtung, Fig./- eine Aufsicht auf die Vorrichtung
gemäß Fig. 1, Fig. 3 eine perspektivische Aufsicht auf den Verdampfer mit der erfindungsgemäßen
Abtauvorrichtung, Fig. 4 ein Schaltbild der Abtauvorrichtung.
-
Die erfindungsgemäße Abtauvorrichtung weist ein an seinen beiden Enden
geöffnetes Gehäuse a auf, in dem zwei als Steuerorgane wirkende temperaturempfindliche
Widerstände RS und R 7 (Thermistoren) untergebracht sind. Der Thermistor R5 ist
durch den Schirm e von dem Thermistor R7 thermisch isoliert. Das Gehäuse a ist in
einem Luftkanal b angeordnet, der von gekühlter Luft durchströmt wird, die aus dem
Verdampfer c der in einem Kühlschrank angeordneten Kältemaschine herrührt; ein Teil
dieses Luftstromes gelangt daher durch die offenen Enden des Gehäuses a in das Innere
dieses Gehäuses.
-
Der Verdampfer c ist im Inneren eines nicht dargestellten Gehäuses
untergebracht, das in der Kältemaschine angeordnet ist bzw. einen Teil von ihr bildet;
die Größe dieses Gehäuses ist so gewählt, daß das Gehäuse einen wesentlichen Strömungswiderstand
für den über die Platten des Verdampfers streichenden Luftstrom darstellt; der Luftstrom
wird in bekannter Weise durch einen Ventilator erzeugt.
-
Die Abtauvorrichtung weist ferner ein Steuer-Heizelement R2 auf, das
unterhalb des Thermistors R., d. h. in Strömungsrichtung vor diesem angeordnet ist
und über den Transformator T1 derart gespeist werden kann, daß derjenige Teil des
aus dem Verdampfer e ausgetretenen, durch den Luftkanal b geführten Luftstromes,
der durch den mit dem Thermistor RS versehenen Teil des Gehäuses a strömt, hierdurch
aufgeheizt wird. Der Thermistor R5 spricht infolgedessen auf Veränderungen der Temperatur
des das Gehäuse a durchströmenden, vom Steuer-HeizelementR2 aufgeheizten Luftstromes
an, während der Luftstrom, der über den Thermistor R7 streicht, von dem zuvor genannten,
mit dem - Steuer-Heizelement R2 in Berührung kommenden Luftstrom thermisch isoliert
ist; die Temperatur dieses letzteren Luftstromes entspricht daher der Temperatur
der durch den übrigen Teil des Luftkanals b strömenden Luftmenge.
-
Wie aus Fig. 4 im einzelnen hervorgeht, sind die Thermistoren R, und
R7 in je einem Zweig einer Wheatstone-Brücke angeordnet, deren dritter Zweig durch
einen Normalwiderstand R11 (Bezugswiderstand) und einen zur Einstellung der Brückenempfindlichkeit
dienenden veränderlichen Widerstand R12 gebildet wird, während in dem vierten Brückenzweig
entweder ein Normalwiderstand R" (Bezugswiderstand) oder - bei der anderen Schaltstellung
der Kontakte des Relais L 1- ein Widerstand RO in Reihe mit zwei weiteren Widerständen
R8 und R9 liegt.
-
Der Widerstand Rio (Thermistor) stellt ein temperaturempfindliches
Steuerorgan dar und ist auf einem Bügel f befestigt (vgl. Fig. 3); der Bügel
f ist auf einer Platte c1 des Verdampfers so angebracht, daß sich ein guter
Wärmeübergang zwischen diesen beiden Teilen ergibt. Die Veränderung des Widerstandes
des Thermistors Rio ist daher ein Maß für den Temperaturanstieg der Verdampferplatten,
der sich nach dem Schmelzen des am Verdampfer niedergeschlagenen Eises einstellt.
-
An den Punkten C und D der Wheatstone-Brücke wird die Speisespannung
zugeführt, die über die Sekundärwicklung W1 des Transformators T2, eine Zweiwegegleichrichterschaltung
X 2 und einen Glättungskondensator C2 gewonnen wird.
Die zwischen
den Punkten A und B der Wheatstone-Brücke liegende Ausgangsspannung
wird dem Transistor TRi zugeführt, in dessen Emitterzuleitung der Stabilisierungswiderstand
R3 und in dessen Basisleitung der Widerstand R4 liegt. Der Transistor TRi steuert
die Betätigungsspule des Relais L 1 mit den Kontakten S2 und S5. Parallel zu der
Betätigungswicklung des Relais L 1 ist eine Diode D 1 geschaltet, die den Transistor
TRi vor durch die Relaiswicklung hervorgerufenen Induktionsspannungen schützt.
-
Die Kontakte S 2 des Relais L 1 steuern die Erregung
des Relais L 2 mit den Kontakten S l, S 3 und S4. Die Kontakte
S 3 und S 4 steuern ihrerseits die Stromzufuhr von den (nicht dargestellten)
Hauptleitungen zu der durch die Widerstände Hl und Hz gebildeten Abtauheizeinrichtung,
die in bekannter Weise im Verdampfer c zur Durchführung des Abtauvorganges vorgesehen
ist; die Kontakte S 1 dienen zur Einschaltung des Steuer-Heizelementes R2, das in
Reihe mit dem einstellbaren Widerstand R1 liegt.
-
Der Transistor TRi wird von einer Gleichspannungsanlage gespeist,
die aus der Sekundärwicklung W2 des Transformators T 2, der Gleichrichterbrückenanordnung
X 1 und dem Glättungskondensator Cl besteht.
-
Die erfindungsgemäße Abtauvorrichtung wirkt folgendermaßen: Während
des normalen Kühlvorganges in einem Kühlschrank verändert sich das Volumen der in
einer bestimmten Zeiteinheit aus dem Verdampfer durch das Gehäuse a strömenden Luftmenge
entsprechend dem Strömungswiderstand, der sich dem Luftstrom je nach der gerade
vorhandenen Stärke der Eisschicht auf den Verdampferplatten entgegensetzt. In dem
Maße, in dem sich die Eisschicht auf dem Verdampfer vergrößert, nimmt die durch
den Verdampfer strömende Luftmenge ab; infolgedessen erhöht sich -bei gleichbleibender
Heizleistung des Steuer-Heizelementes R2 - die Temperatur des vom Heizelement R2
zum Thermistor R5 geführten Luftstromes, so daß die Temperatur des Thermistors R5
gegenüber der des Thermistors R7 ansteigt. Hierdurch wird die Wheatstone-Brücke
außer Abgleich gebracht, so daß an den Punkten A und B eine Ausgangsspannung auftritt,
die der Stärke der an den Verdampferplatten haftenden Eisschicht etwa proportional
ist.
-
Diese Spannung liegt unmittelbar am Widerstand R4. In dem Maße nun,
in dem der mit der Basis des Transistors TRi verbundene Punkt B der Wheatstone-Brücke
zunehmend negativ gegenüber dem Punkt A der Brücke wird, erhöht sich die Leitfähigkeit
des Transistors TRi; bei einem bestimmten Wert der Ausgangsspannung an den Brückenpunkten
A und B wird infolgedessen das Relais L 1 betätigt, so daß die KontakteS2
und S5 umschalten. Hierdurch erhält das Relais L 2 Spannung und schaltet an Stelle
des bis dahin in der Brücke liegenden Widerstandes R9 die Widerstände R8, R9 und
R1. als neuen Brückenzweig zwischen die Punkte B und C.
-
Vor Beginn des. Abtauvorganges ist der Widerstand des Thermistors
Rio hoch, da sich der Thermistor infolge der Eisschicht auf den Verdampferplatten
auf niedriger Temperatur befindet. Unter diesen Verhältnissen ist der Gesamtwiderstand
des aus den Elementen R8, R9 und Rio bestehenden Brückenzweiges größer als der Widerstand
R9; die Einschaltung des aus den Elementen R8, R9 und Rio bestehenden Brückenzweiges
an Stelle des Widerstandes R, bewirkt somit, daß der Punkt B gegenüber dem
Punkt A ein noch stärkeres negatives Potential erhält, so daß der Transistor
TRi in den Zustand maximaler Leitfähigkeit geführt wird und das Relais L 1 in derjenigen
Kontakt-Schaltstellung festhält, in der der Abtauvorgang durchgeführt wird.
-
Die Betätigung des Relais L2, die durch das Schließen der Kontakte
S2 des Relais L1 bewirkt wird, führt zu einer Aufheizung der Widerstände Hl und
Hz über die nunmehr geschlossenen Kontakte S3 und S4. Hierdurch wird das auf den
Verdampferplatten vorhandene Eis geschmolzen. Bei Betätigung des Relais
L 2 werden zugleich die Kontakte S 1 ge-
öffnet, so daß die Stromzufuhr
zum Widerstand R2 unterbrochen wird und sich die Temperaturen der Thermistoren R,
und R7 ausgleichen.
-
Die Ausschaltung des Steuer-Heizelementes R2 erfüllt zwei Zwecke.
Während des Zeitraumes, in dem die Widerstände Hl und H2 der Abtauheizeinrichtung
in Betrieb sind, wird die Wheatstone-Brücke durch die Kontakte S5 so umgeschaltet,
daß sie nicht mehr die Eisentwicklung an den Verdampferplatten überwacht, sondern
daß sie nunmehr mit Hilfe des temperaturempfindlichen Widerstandes Rio auf den Temperaturanstieg
der Verdampferplatten anspricht, der sich nach Schmelzen des Eises einstellt. Nach
der Umschaltung durch das Relais L 1 dient die Widerstandsbrücke somit als Widerstandsthermometer;
hierbei ist es erwünscht, daß die als Bezugswerte hinsichtlich des Brückenabgleiches
dienenden Widerstände R5 und R7 durch das Steuer-Heizelement R2 bzw. durch die von
ihm hervorgerufene Wärme nicht beeinflußt werden.
-
Der zweite mit der Ausschaltung des Steuer-Heizelementes R2 erreichte
Zweck ergibt sich aus folgender Überlegung. Wenn ein während des Abtauvorganges
ausgeschalteter Ventilator Verwendung findet, um während des Kühlvorganges die Luft
durch den Verdampfer zu treiben, so tritt in dem Augenblick, in dem der Abtauvorgang
beendet ist und die Relais L 1 und L 2 in ihre dem Kühlvorgang entsprechende
Schaltstellung zurückgehen, eine gewisse zeitliche Verzögerung auf, ehe der Luftstrom
seine normale Geschwindigkeit wieder erreicht hat. Wenn nun das Steuer-Heizelement
R2 ständig eingeschaltet ist, so kann dann, wenn der Meßstromkreis durch die Kontakte
S 5 erneut eingeschaltet wird, die niedrige Luftgeschwindigkeit, die in dem Augenblick
des Anlaufens des Ventilators vorhanden ist, erneut einen (völlig unerwünschten)
»Abtauvorgang« einleiten. Wird dagegen das Steuer-Heizelement R2 während des Abtauvorganges
abgeschaltet, so läßt sich erreichen, daß die Temperaturdifferenz zwischen den Thermistoren
R5 und R7 während des Ventilatoranlaufes klein ist und das Ausgangssignal der Brücke
die Relais L 1 und L 2 nicht erneut aus ihrer Kühl-Schaltstellung in die Abtau-Schaltstellung
umschalten kann. In thermischer Hinsicht wird das Steuer-Heizelement R2 dabei so
ausgelegt, daß die Zeitverzögerung, die das Heizelement benötigt, um auf seine Betriebstemperatur
zu kommen, größer als die Zeit ist, die der Ventilator zur Erreichung seiner normalen
Betriebsdrehzahl braucht.
-
Wenn das Eis auf den Verdampferplatten geschmolzen ist, so ergibt
sich ein Temperaturanstieg des Thermistors Rio, durch den der Widerstand des aus
den Elementen R8, R9 und Rio bestehenden Brückenzweiges so weit vermindert wird,
daß das
Relais L 1 durch den Transistor TRl abgeschaltet wird. Infolgedessen
wird der Widerstand R6 erneut an Stelle der Widerstände R8, R9 und Rio in den Brückenstromkreis
eingeschaltet. Durch Ausschaltung des Relais L 2 werden die Kontakte
S 3 und S 4 unterbrochen und der Kontakt S 1 geschlossen,
so daß die Widerstände Hl und H2 der Abtauheizeinrichtung ausgeschaltet und das
Steuer-Heizelement R2 erneut eingeschaltet wird. Damit ist die Schaltstellung für
den Kühlvorgang wieder erreicht.