-
"Verfähren und Vorrichtung zum Abtauen des Verdampfers bei
-
einem Kühlgerät mit Abtauvorrichtung" Die Erfindung bezieht sich
auf ein Verfahren und Vorrichtungen zum Abtauen eines Verdampfers bei einem Kühlgerät
mit Abtauheizung.
-
Kühlgeräte und Kühlgefrierkombinationen werden sehr oft mit einer
sogenannten Abtauheizung des Verdampfers ausgerüstet.
-
Dies ist fast immer der Fall, wenn es sich um Kühigeräte mit Abtauautomatik
handelt. Bei diesen Geräten wird das im Abtauvorgang vom Verdampfer abtropfende
Wasser außerhalb des Kühlraumes verdampft. Die Funktionsweise des Kühlgerätes ist
dabei wie folgt: Die über den Regler in Betrieb gesetzte Kältemaschine bewirkt eine
Gemperaturabsenkung des oder der Kühlräume. Die Energiezufuhr zur Kältemaschine
wird erst dann unterbrochen, wenn an der Fühlstelle des Reglers ein entsprechend
der Einstellung des Reglers vorbestimmt er Temperaturwert (Ausschaltpunkt) erreicht
wird. Infolge der abgeschalteten Kältemaschine ergibt sich daraufhin ein Anstieg
der Eühlraumtemperaturen. Nach einer bestimmten Standzeit wird dann der obere Schaltpunkt
des Reglers erreicht (Einschaltpunkt),
der wieder zur Inbetriebsetzung
der Kältemaschine führt. Die laufzeit und die Standzeit des Gerätes bestimmen bei
gegebenem Aufbau des Eühlgefriergerätes die in den Eühl- oder Gefrierräumen erreichbaren
Temperaturen.
-
Bei der Auslegung der Kühlgeräte ergibt sich nun die Schwierigkeit,
daß die Standzeit des Gerätes nicht beliebig eingestellt werden kann, Da es sich,
wie eingangs erwähnt, um Geräte mit Abtauautomatik handelt, darf die Maschine erst
wieder einschalten, wenn alles auf dem Verdampfer befindliche Eis geschmolzen und
abgetropft ist. Dies bewirkt bei den Geräten sehr lange Standzeiten, die in der
Praxis Werte von 1 1/2 Stunden erreichen können. Aufgrund der langen Standzeiten
ergeben sich große Temperaturschwankungen der Kühl- und Gefrierfächer und gleichzeitig
eine unzulässige Erwärmung des Gefrierfaches. Problematisch werden die Verhältnisse
bei niedrigen Umgebungstemperaturen. Geräte für normale Temperaturzonen müssen für
einen Arbeitsbereich von 16 - 32 C ausgelegt sein. Bei 320C Raumtemperatur bewirkt
der relativ hohe Wärme einfall eine schnelle Erwärmung des Kühlraums und damit des
Verdampfers. Die Standzeit ist verhältnismäßig kurz. Bei einer Raumtemperatur von
16 0 bewirkt aber der relativ niedrige Wärmeeinfall eine langsame Erwärmung des
Kühlraumes und führt daher einer längeren Standzeit. In dieser Standzeit erwärmt
sich das Gefrierfach des Schrankes unzulässig stark.
-
tblicherweise werden daher die Kühlgeräte mit einer Abtauheizung mit
vorgegebener, konstanter Heizieistung ausgerüstet, die am Verdampfer angeordnet
ist und die Aufgabe hat, die Standzeit zu verkürzen. Außerdem übernimmt die Heizung
die Aufgabe, die Temperatur des abzutauenden Verdampfers auf ein gleichmäßiges Niveau
zu bringen, da anderenfalls keine gleichmäßige Abtauung des Verdampfers erfolgt.
Obwohl die Heizung im allgemeinen Sprachgebrauch als Abtauheizung bezeichnet
wird,
besteht eigentlich-die Hauptfunktion in der Rückführung der Verdampfertemperatur
mit dem Zweck der Verkürzung der Standzeit (Rückführungsheizung).
-
Wie leicht eingesehen werden kann, bedeutet der Einsatz der Heizung
vom kältetechnischen Standpunkt her gesehen eine Verschlechterung des Gesamt-Wirkungsgrades.
Die Heizleistung beträgt etwa 15 - 20 Watt. Aufgrund der bei der Umwandlung der
elektrischen Energie in Kälteenergie auftretenden Verluste muß ein Mehrfaches dieser
Energie aufgewendet werden, um diese in den Kühlraum verbrachte Heizleistung zu
kompensieren. Vergleicht man den Norm»energieverbrauch eines Gerätes mit Abtauheizung
mit einem Gerät ohne Abtauheizung, so zeigt sich, daß Geräte ohne Abtauheizung praktisch
nur den halben Energiebedarf aufweisen.
-
Dieser hohe Energieverbrauch wurde bisher noch akzeptiert.
-
Im Rahmen eines gestiegenen Energiebewußtseins muß aber nun nach Möglichkeiten
gesucht werden, den Energieverbrauch abzusenken.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Abtauheizung
so zu steuern, daß unter Beibehaltung des Gebrauchswertes des Kühlgerätes der Stromverbrauch
vermindert wird.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Heizleistung
der Abtauheizung während der Stillstandszeit eines Kühlgerätes-in Abhängigkeit von
der Umgebungstemperatur gesteuert wird.
-
Durch diese Maßnahme wird der Wirkungsgrad und damit die Wirtschaftlichkeit
des Kühlgerätes vor allem bei hoher Umgebungstemperatur erhöht.
-
Zur Messung der Außentemperatur wird zweckmäßig ein Temperaturfühler,
z.B. ein NiC- oder PTC-Widerstand, außerhalb des Kühlgerätes, z.B. an seinem Fuß,
angeordnet. Dieser wirkt auf eine Steuerschaltung zur Strhmversorgung eines
Heizwiderstandes
am Verdampfer derart ein, daß bei hohen Umgebungstemperaturen, z.B. von 28 - 320C,
eine stark reduzierte Heizleistung,bei mittleren Umgebungstemperaturen, z.B.
-
von 22 - 24°O, eine mittlere Heizleistung und bei niedrigen 0 Umgebungstemperaturen,
z.B. von 16 - 18 0, die volle Heizleistung auf den Verdampfer einwirkt. Die Verstellung
der Heizleistung erfolgt kontinuierlich.
-
Verschiedene zweckmäßige Ausführungsbeispiele der Steuerschaltung
sind in der Zeichnung, Fig. 1 bis 7, als Blockschaltbild dargestellt.
-
Die Funktionsweise der Steuerschaltungen wird im folgenden erläutert:
Fig. 1 zeigt das elektrische Schaltbild eines Eühlgerätes mit einer relativ einfachen
Steuerschaltung. Es sind mit 1 und 2 die Netzanschlußpunkte der Schaltung bezeichnet.
Am Netz liegt die Reihenschaltung eines Tastschalters 3 (2ürschalter) und einer
Glühlampe 4 (Innenraumbeleuchtung). Der Kompressor 5 mit Antriebsmotor wird betätigt
durch einen Reglerschalter .6, der äe nach temperatur des Kühlraums ein- und ausschaltet.
-
Der Heizwiderstand 7 der Abtauheizung liegt in Reihe mit einem außerhalb
des Kühlraumes angeordneten P2C-Fühler 8 zur Messung der Umgebungstemperatur.
-
Ist der Reglerschalter 6 geschlossen, arbeitet der Kompressor 5, ist
er geöffnet, erwärmt sich der Heizwiderstand 7. Bei erhöhter Außentemperatur erhöht
sich proportional der Widerstand des PTO-Fühlers 8 und verringert dadurch die Heizleistung
des Heizwiderstandes 7. Der Fühler 8 muß auf einen Kühlkörper montiert werden, der
dazu dient, die Verlustwärme abzuführen und den Fühler auf Raumtemperatur zu halten.
-
In Fig. 2 ist dem Heizwiderstand 7 zur Regulierung der Heizleistung
eine an sich bekannte Phasenanschnittssteuerung 9 vorgeschaltet, deren Funktionsweise
nicht im einzelnen erklärt werden braucht. Zur Verstellung der Phasenanschnittssteuerung
dient
hier ein NUC-Fühler 10, der wieder die Umgebungstemperatur des Kühlgerätes erfaßt.
Die Nennleistung des Fühlers 10 kann hier kleiner sein als die des Fühlers 8, da
durch den Fühler 10 nicht der volle Heizstrom fließt.
-
Die Schaltung nach Fig. 3 ist eine Erweiterung der Schaltung nach
Fig. 2. Die Phasenanschnittssteuerung ist hier zusammen mit dem NTC-Fühler in einem
Blockschaltbild zusammengefaßt.
-
Im Prinzip ist eine Abtauung des Verdampfers nicht bei jedem Reglerzyklus
erforderlich. Es würde vielmehr genügen, wenn der Abtauvorgang nur jedes dritte
oder vierte Mal erfolgt.
-
Um dies zu bewirken, ist dem Kompressor 5 ein Zählglied 11 mit verzögertem
Schalter vorgeschaltet, welches bewirkt, daß nach einem mehrmaligen Anlauf der Kühlmaschine
die Zwischenschaltung einer Wiedereinschaltverzögerung erfolgt, so daß die Abtauung
des Verdampfers nicht mehr nach jeder Iaufphase der Sühlmaschine vorgenommen wird.
Die Schaltung nach Fig. 3 hat demnach drei verschiedene Betriebszustände: a) Der
Reglerschalter 6 und der Schalter im Zählglied 11 sind geschlossen, der Kompressor
5 läuft.
-
b) Der Reglerschalter 6 ist geöffnet, Heizung 7 und Kompressor 5 sind
in Ruhe.
-
c) Der Reglerschalter 6 ist geschlossen, der Schalter des Zählgliedes
11 ist geöffnet, die Heizung 7 arbeitet, der Kompressor 5 steht still, da der Heizstrom
zu seinem Betrieb nicht ausreicht.
-
Der letzte Zustand c), bei dem abgetaut wird, erfolgt, wie schon
beschrieben, nach jedem dritten oder vierten Reglerzyklus.
-
Eine weitere Ergänzung der Steuerschaltung ist in Fig. 4 gezeigt,
Hier ist dem Zählglied 11 ein Zeitglied 12 zugeordnet.
-
Dieses bewirkt, daß bei sehr langen Laufperioden bzw. Dauerlauf des
Kompressors 5, z.B. infolge hoher Außentemperatur, schon vor Erreichen der vom Zählglied
11 überwachten
Periodenzahl ein Abtauvorgang erfolgt. Hierzu wird
der Kompressorstrom in vorbestimmten Zeitintervallen durch das vom Zeitglied 12
gesteuerte Zählglied 11 unterbrochen.
-
In Fig. 5 ist zusätzlich ein zweites Zeitglied 13 vorgesehen.
-
Dieses soll durch Einbeziehung der Zahl und Dauer der Türöffnungen
dahingehend wirken, daß eine weitere Verkürzung der Abtauzyklen erfolgt.
-
Hierzu ist eine Verbindung vom zweiten Zeitglied 13 zum Türkontakt
3 hergestellt. Die Aufgabe dieser Schaltungserweiterung besteht darin, die Anzahl
und die jeweilige Dauer der Türöffnungen als eine Folge von Signalen in entsprechenden
zeitlichen Abständen dem Zählglied 11 zuzuführen und die Summe der insgesamt eintreffenden
Steuersignale zu erhöhen, so daß auch dieser Vorgang mit in die Festlegung des notwendig
werdenden Abtauens einbezogen wird.
-
Eine weitere Verbesserung der Grundschaltung nach Fig. 2 läßt sich
erreichen, wenn gemäß Fig. 6 zusätzlich die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit des
Nachverdampfers festgestellt wird. An einer geeigneten Stelle des Nachverdampfers
ist. hierzu ein weiterer NGC-Bühler 18 angeordnet, dessen Widerstandsänderung proportional
der Temperaturveränderung verläuft und der dazu benutzt wird, in Verbindung mit
einem Referenzwiderstand 14 einen Spannungspegel zu bilden, der mit der Ladekurve
eines Kondensators 15 mittels eines Differenzverstärkers 16 verglichen wird.
-
Diese Brückenvergleichsschaltung, bestehend aus dem NTC-Fühler 18,
dem Referenzwiderstand 14, dem Ladekondensator 15 und dem Vorwiderstand 19, wird
aus einer Konstantspannungsquelle 17 gespeist. Die Zeitkonstante der RC-Schaltung
15, 19 bestimmt den Spannungsverlauf am Kondensator 15, wobei dieser mit der Erwärmungskurve
des Verdampfers bei Normalbetrieb übereinstimmt und somit keine Signalbildung am
Ausgang des Differenzverstärkers 16 entsteht.
-
Wird jedoch der Spannungspegel im Fühlerzweig 18, 14 von der Anstiegskurve
des Ladekondensators 15 überholt, so bedeutet das ein zu langsames Ansteigen der
Verdampfertemperatur. In Abhängigkeit der Differenzspannung am Eingang des Verstärkers
16 wird dann ein Ausgangssignal erzeugt, welches als Maß für die benötigte Heizleistung
der Abtauheizung dient und so auf die Phasenanschnittssteuerung 9 einwirkt, daß
eine Verschiebung des Zündwinkels in Richtung gegen Null erfolgt.
-
Die nunmehr erhöhte Heizleistung bewirkt einen schnelleren Temperaturanstieg
und damit eine geringer werdende Signaldifferenz, bis wieder ein Ausgleich erfolgt.
-
7 Seiten Beschreibung 10 Patentansprüche 2 Bl. Zeichnungen
L
e e r s e i t e