DE2750165A1

DE2750165A1 - Frostdetektor

Info

Publication number: DE2750165A1
Application number: DE19772750165
Authority: DE
Inventors: Toshibumi Kamiyama; Kunito Miyamoto
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1976-11-10
Filing date: 1977-11-09
Publication date: 1978-05-24
Also published as: DE2750165C3; CA1090441A; DE2750165B2; US4176524A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Frostdetektor, um beispielsweise die Frostbildung oder Vereisung an einem Kühlschrank oder einem Gefriergerät festzustellen.

Auf der Oberfläche der Kühlrippen oder ähnlicher Wärmeaustauschereinrichtungen von Kühlschränken oder Gefriergeräten tritt gewöhnlich Frost auf. Diese Frostbildung oder Vereisung an den Kühlrippen vermindert den Wirkungsgrad des Gerätes beim Kühlen. Daher muß das Gerät von Zeit zu Zeit abgetaut werden. Theoretisch sollte das Abtauen unmittelbar beim Feststellen einer Frostbildung erfolgen. Bisher hat man die Frostbildung aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen zwei Punkten des Wärmeaustauschers oder mit optischen Mitteln festgestellt. Das Verfahren der Temperaturdifferenzmessung hat den Nachteil, daß unter gewissen Umgebungsbedingungen, insbesondere unter dem Einfluß von Feuchtigkeit, Fehlersignale erzeugt werden. Die optische Methode hat den Nachteil, daß eine Verschmutzung des optischen Systems fehlerhafte Ergebnisse bringt. Es wurde auch versucht, die Frostbildung durch eine Änderung der elektrostatischen Kapazität oder der elektrischen Leitfähigkeit festzustellen. Bei diesen Messungen erzeugt jedoch das von dem geschmolzenen Frost herrührende Wasser Fehler.

Wegen der Mängel der obengenannten Methoden ist man dazu übergegangen, statt der tatsächlichen Feststellung der Frostbildung an dem Wärmeaustauscher Zeitschalter einzusetzen, um das Abtausystem zu betätigen, welches beispielsweise eine Abtauheizung oder eine ümschalteinrichtung sein kann, die den Kühlmittelkreis zum Abtauen umschaltet. Solche zeitgesteuerten Systeme stellen jedoch die tatsächliche Frostbildung nicht fest. Daher wird insbesondere bei Umgebung mit hohem Feuchtigkeitsgrad eine erhebliche Menge an Frostbildung auf dem Wärmeaustauscher stattfinden, selbst wenn das Abtauen unter der Zeitsteuerung der Abtaueinrichtung erfolgt. Folglich läßt sich eine Herabsetzung des

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Wirkungsgrades bei dem Kühlen durch die Frostbildung auf dem Wärmeaustauscher nicht vermeiden. Wenn andererseits die Umgebung einen geringen Feuchtigkeitsgrad hat, wird unnötigerweise abgetaut, obwohl kein Frost auf dem Wärmeaustauscher gebildet worden ist, so daß die Temperatur des Innenraumes des Kühlschrankes oder des Gefriergerätes unnötig angehoben wird.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Frostdetektor für einen Kühlschrank oder ein Gefriergerät zu schaffen, welches die Frostbildung direkt feststellen und ein entsprechendes Kontrollsignal abgeben kann.

Dazu ist der erfindungsgemäße Frostdetektor in der in dem Hauptanspruch angegebenen Weise gekennzeichnet, während die Unteransprüche vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung charakterisieren. Durch die Verwendung eines piezoelektrischen Elementes bzw. durch die Ausnützung seiner Impedanz-Frequenz-Charakteristik kann die Frostbildung unmittelbar festgestellt und gemessen werden. Dadurch ergeben sich eine Reihe von Vorteilen, die noch im einzelnen beschrieben werden.

Bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Frostdetektors ist das piezoelektrische Element an eine Schwingungsschaltung angeschlossen, während diese an eine Schwingungsdetektorschaltung angeschlossen ist. Die Frequenz-Impedanz-Charakteristik des piezoelektrischen Elementes wird durch die Frostbildung auf der Außenfläche der Membran geändert, und diese Änderung ist in der Nähe der Resonanzfrequenz besonders stark. Eine Änderung der Schwingungseigenschaften des piezoelektrischen Elementes bei der Frostbildung führt zu einer Änderung oder einem Anhalten der Schwingungen, so daß ein resultierendes Ausgangssignal von der Schwingungsdetektorschaltung erzeugt wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

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Figur 1 eine grafische Darstellung der Frequenz-Impedanz-Charakteristik eines elektromechanischen Schwingers, beispielsweise eines Quarzes oder eines anderen piezoelektrischen Schwingers;

Figur 2 einen Schnitt durch einen erfindungemäßen Frostdetektor;

Figur 3 eine Seitenansicht, die die Installation des Frostdetektors von Figur 2 an einem Wärmeaustauscher eines Kühlschrankes zeigt;

Figur 4 ein Beispiel für eine Schaltung zur Verwendung mit dem erfindungsgemäßen Frostdetektor;

Figur 5 einen Schnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel des Frostdetektors;

Figur 6 einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel des Frostdetektors, wobei die zugehörige Schaltung schematisch dargestellt ist;

Figur 7 einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel des Frostdetektors;

Figur 8 einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel des Frostdetektors;

Figur 9 eine perspektivische Darstellung eines anderen Ausführungsbeispiels des Frostdetektors;

Figur 10 eine, perspektivische Darstellung der Installation des Frostdetektors von Figur 9 in einem Wärmeaustauscher;

Figur 11 eine perspektivische Darstellung eines anderen Ausführungsbeispiels des Frostdetektors;

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Figur 12 eine perspektivische Darstellung des Frostdetektors von Figur 11 in einem Wärmeaustauscher;

Figur 13 eine perspektivische Darstellung eines anderen Ausführungsbeispiels des Frostdetektors; und

Figur 14 einen Schnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel des Frostdetektors.

Ein elektromechanischer Schwinger, beispielsweise ein Quarz oder ein anderer piezoelektrischer Schwinger, hat eine Frequenz-Impedanz-Charakteristik, wie sie in Figur 1 dargestellt ist. Insbesondere zeigt die Impedanz des piezoelektrischen Schwingers eine scharfe Änderung bei der Resonanzfrequenz fr. Wenn daher ein physikalischer Effekt, beispielsweise eine Massenänderung des Schwingungssystems, eine Änderung der Resonanzfrequenz des Schwingers verursacht, ändert sich auch die Impedanz der Einrichtung scharf. Bei der Erfindung wird diese scharfe Änderung in der Impedanz ausgenutzt.

Figur 2 zeigt einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel für einen Frostdetektor, bei dem ein piezoelektrisches Element 2 an einer Metallmembran 1 befestigt ist. Die Metallmembran 1 dient als Membran, die von dem piezoelektrischen Element 2 in Schwingungen versetzt wird, als Frostfühlerplatte, auf der der Frost oder die Vereisung wächst, und als Elektrode, um dem piezoelektrischen Element 2 Strom zuzuführen. Daher ist die Membran vorzugsweise hart und ein guter Leiter für Wärme und Strom. Phosphorbronze oder Berylliumbronze eignet sich besonders als Material für die Metallmembran 1. Ein Balg 3 verbindet die Membran 1 federnd mit einer Grundplatte 4, so daß zwischen diesen Teilen ein luftdicht verschlossener Raum gebildet wird. Der Balg 3 besteht vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Membran 1, und die Grundplatte 4 sollte ein guter Wärmeleiter sein, um die Wärme von einer Kühlrippe zu dem Balg 3 und dem Membran 1 zu leiten. Der luftdichte Raum, der von dem Membran 1, dem Balg 3 und der Grundplatte 4 gebildet wird,

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schließt das piezielektrische Element 2 luftdicht ein. Die Unterseite der Grundplatte 4 weist eine Klammer 6 auf, um den Frostdetektor an einer Kühlrippe anzuklammern. Einer von zwei Zuleitungsdrähten 7 ist an einem Ende mit einer Elektrode 2' an dem piezoelektrischen Element 2 verbunden, während der andere Zuleitungsdraht 7 an seinem vorderen Ende mit der Innenwand des Balgs 3 verbunden ist. Die anderen Enden der Zuleitungsdrähte sind mit den Ausgangsanschlüssen einer Oszillatorschaltung 8 verbunden. Eine Detektorschaltung 9, die eine Änderung der Schwingungen in Abhängigkeit von der Impedanz des piezoelektrischen Elementes 2 feststellt, ist mit der Oszillatorschaltung 8 verbunden.

Der Fostdetektor von Figur 2 wird durch die Klammer 6 an einer Kühlrippe 1 eines Wärmeaustauschers in einem Kühlschrank oder Gefrierschrank installiert, wobei die Kühlrippen 10 an einem Rohr 11 montiert sind, durch welches das Kühlmittel fließt. Eine Abtauheizung 12 ist auf den Kühlrippen 10 vorgesehen.

Wenn der Kompressormotor eingeschaltet ist, und wenn das Kühlmittel in dem Rohr 11 fließt, um die Kühlrippen 10 zu kühlen, wächst Frost auf den Kühlrippen 10 und die Kühlrippen vereisen. Gleichzeitig wird die niedrige Temperatur (Kälte) von der Kühlrippe 10 zu der Grundplatte 4 und durch den Balg 3 zu der Membran 1 weitergeleitet. Folglich wächst auch Frost auf der Oberfläche d sr Membran 1 . Mit zunehmender Frostmenge auf der Membran erhöht sich die effektive Masse des Schwingungssystems, so daß die Resonanzfrequenz fr geringfügig geändert wird. Da der Gradient der Frequenz-Impedanz-Kurve in dem Frequenzbereich nahe bei der Resonanzfrequenz sehr steil ist, wächst die Impedanz in Abhängigkeit von der »Frostzunahme sehr stark. Wenn der Frost sich weiter ausbildet, wird der Spalt zwischen dem Membran 1 und der Oberfläche der Kühlrippe 10, die der Membran gegenüberliegt, mit Frost gefüllt, so daß ein mechanischer Widerstand erzeugt wird, bzw. eine Dämpfung der Membran 1 gegen Schwingungen erfolgt. Die genannte, große Änderung in der Impedanz und/oder die Aus-

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bildung des Dämpfungseffektes behindert die Schwingung der Schwingungsschaltung 8, so daß die Detektorschaltung 9 ein Ausgangssignal erzeugt.

Figur 4 ist ein Schaltungsdiagranun eines Beispieles für einen tatsächlichen Schaltungsaufbau mit dem piezoelektrischen Element 2, der Schwingungsschaltung 8 und der Detektorschaltung 9. Die Schwingungsschaltung 8 ist eine an sich bekannte Sabaroff-Schaltung mit einem piezoelektrischen Element 2 als Schwinger und einem Transistor 14 als Schwingungstransistor. Die Detektorschaltung weist eine Gleichrichterschaltung 26 mit Spannungsverdopplung auf, die aus zwei Dioden 22 und 23 und Kapazitäten 24 und 2 5 sowie Widerständen besteht. Die Gleichrichtersehaltung

26 nimmt die Ausgangsschwingungen der Sabaroff-Schaltung 8 auf, verdoppelt diese Signale und gibt sie über einen Widerstand an die Basis des Transistors 27 ab. Der Kollektor des Transistors

27 ist mit der Basis des Ausgangstransistors 33 verbunden, und eine Spule des Ausgangsrelais 32 ist in Reihe mit dem Kollektor des Ausgangstransistors 33 geschaltet. Das Relais hat einen selbsthaltenden Kontakt 321, der in Reihe mit einem normalerweise geschlossenen Thermoschalter36 geschaltet ist, und die Reihenschaltung des Haltekontaktes 321 und des Thermoschalters 36 ist zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors 33 angeschlossen. Eine Diode 37 ist zum Schutz des Transistors 33 gegen einen Überspannungsimpuls vorgesehen, der von der Relaiswicklung erzeugt wird. Das Relais 32 hat Umschaltkontakte, die bei Erregung des Relais den Kompressormotor CPM von der Stromquelle 3 5 abschalten und die Abtauheizung 12 an die Stromquelle 35 anschließen. Eine Gleichspannungsquelle 301 ist so angeschlossen, daß sie von der Wechselstromquelle 35 gespeist wird. Die positive Anschlußleitung 30 und die negative Anschlußleitung 31 sind mit dem positiven Anschluß und dem negativen Anschluß der Gleichspannungsquelle 301 respektive verbunden. Wenn das piezoelektrische Element 2 schwingt, wird der Schwingungsausgang auf die Gleichrichterschaltung 26 gegeben, so daß der Transistor 27 leitend ist. Dadurch ist der Ausgangstransistor 33 nicht leitend, so daß das Relais 32 entregt gehalten wird, wie in Figur 4 ge-

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zeigt ist. In diesem Zustand dreht sich der Kompressormotor, und die Abtauheizung 12 ist ausgeschaltet.

Wenn der Frost auf der Membran bis zu einer bestimmten Dicke wächst, hält die Schwingung der Schwingungsschaltung 8 an, so daß die Gleichrichterschaltung 26 kein Ausgangssignal mehr an den Transistor 27 abgibt. Daher wird der Transistor 27 ausgeschaltet, und der Ausgangstransistor 33 wird eingeschaltet. Folglich wird das Relais 32 erregt, und wird in diesem Zustand durch den Haltekontakt 321 gehalten. Dadurch hält der Kompressormotor 34 an, und die Abtauheizung wird entregt. Wenn der Wärmeaustauscher aufgrund der Aufheizung durch die Abtauheizung 12 warm wird, wird der Thermoschalter 36, der an dem Wärmeaustauscher befestigt ist, ausgeschaltet und unterbricht den Haltestrom für das Relais 32, so daß das Relais 32 in seinen Ruhezustand zurückkehrt, wodurch der Kompressormotor wieder erregt und die Heizung 12 abgeschaltet wird. Die Kapazität 25 der Gleichrichterschaltung 26 dient dazu, eine bestimmte Zeitkonstante zu verwirklichen, damit das Abtauen nicht durch einen zufälligen, momentanen Stromausfall in unerwünschter Weise gestartet wird.

Der hier beschriebene Frostdetektor sorgt für eine zuverlässige Feststellung des Frostes selbst, unabhängig von der umgebenen Atmosphäre, da der Frost über seine Masse oder seine Dicke festgestellt wird. Es ist daher möglich, die Abtaueinrichtung genau bei einem vorgegebenen Maß an Vereisung zu betätigen, so daß eine überflüssige Betätigung der Abtaueinrichtung während einer Zeitdauer, wenn noch kein Frost gewachsen ist, eliminiert wird. Ferner wird die Gefahr eliminiert, daß in einer nassen Umgebungsatmosphäre zuwenig abgetaut wird, bei der bekanntlich eine häufige Entfröstung notwendig ist. Dadurch wird das Entfrosten wirtschaftlich durchgeführt.

Da das piezoelektrische Element in einem luftdichten Raum 5 eingeschlossen ist, ist das piezoelektrische Element gegen Feuchtigkeit und die kalte Atmosphäre gut geschützt. Da die Membran

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auf einem federnden Balg gelagert ist, wird die Schwingung der iMembran und des piezoelektrischen Elementes nicht behindert, so daß die Messgenauigkeit sehr hoch ist. Da der hier beschriebene Frostdetektor sehr einfach aufgebaut ist, kann der Detektor sehr klein und kompakt ausgeführt werden, eignet sich für die Massenproduktion und kann mit geringen Kosten hergestellt werden. Da der Frostdetektor kleine Abmessungen hat, eignet er sich auch zur Befestigung an einem beliebigen Teil der Kühlrippen eines Verdampfers.

Figur 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des Frostdetektors, wobei ein Balg 40, der die Membran 1 und die Grundplatte 4 verbindet, so geformt ist, daß er einen größeren Durchmesser an dem mit der Grundplatte 4 in Verbindung stehenden Teil hat als an dem oberen Teil, an dem er mit dem Membran 1 in Verbindung steht. Durch diese Form des Balges kann die Membran 1 und der Balg 40 leicht durch einen einzigen Preßvorgang aus Metallblech hergestellt werden.

Figur 6 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des Frostdetektors, wobei die Grundplatte 41 eine elektrische Heizung 42 zur Frostabtrocknung aufweist, die in einem Kunstharzgußkörper 43 untergebracht ist, der in einer Ausnehmung 41a auf der Unterseite der Grundplatte 41 ausgebildet ist. Diese Heizung wird gleichzeitig mit oder nach der Entfrostung durch die Heizung 12 mit Strom versorgt. Dadurch wird eine kleine Menge an Wassertropfen, die möglicherweise durch das Abtauen erzeugt worden sind, und die auf der Membran 1 zurückgeblieben sind, mit Sicherheit ausgetrocknet. Es besteht daher keine Gefahr, daß dieses Restwasser auf der Membran einfriert und ein unerwünschtes Detektorsignal erzeugt. Der_Detektor von Figur 6 ist durch die Anschlußdrähte 7, die zu dem piezoelektrischen Element bzw. zu dessen Elektrode 2¹ und dem Balg 3 führen, mit der Oszillatorschaltung 8 und durch die Anschlußdrähte 44 der Heizung 42 mit der Steuerschaltung 43 verbunden, die die Stromzufuhr zu der Heizung 42 während einer vorgegebenen Zeitdauer nach oder gleichzeitig mit der Erregung

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der Abtauheizung 12 steuert. Durch die Aufheizung mit der Heizung 4 2 wird der Frostdetektor vollständig getrocknet, bevor der nächste Tiefkühl- oder KühlVorgang startet, so daß keine Fehlersignale aufgrund von auf dem Detektor verbleibendem Wasser erzeugt werden. Wenn die Membran 1 und der Balg 3 als einstückiger Körper aus dem gleichen Metall hergestellt sind, ist die Wärmeleitung zwischen diesen Teilen sehr gut, so daß die Wärmeleitung von der Grundplatte zu der Membran schnell und wirkungsvoll erfolgt. Geeignete Materialien für den Kunstharzgußkörper 43 sind wärmebeständige, gut klebende Kunstharze, beispielsweise eine Kunstharzzusammensetzung, die hauptsächlich aus Epoxyharz besteht.

Figur 7 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des Frostdetektors, bei dem die Grundplatte 41 eine Heizung zum Trocknen des Frostdetektors aufweist, die aus einem Thermistor mit positiver Charakteristik aufgebaut ist. Der Thermistor mit positiver Charakteristik erhöht seinen Widerstand oberhalb einer spezifischen Temperatur sehr stark, daher wird die Temperatur der Heizung automatisch bei einer konstanten Temperatur geregelt. Indem man die Charakteristik des Thermistors geeignet wählt, wird eine Oberheizung des Frostdetektors verhindert, so daß eine unerwünschte Beschädigung des piezoelektrischen Elementes durch eine unerwünscht hohe Temperatur verhindert wird.

Figur 8 zeigt ein anderes Aueführungsbeispiel des Frostdetektors, wobei ein wasserabweisender Film 47, der beispielsweise hauptsächlich aus Tetrahydrofuran-Kunststoff bestehen kann, die Oberfläche der Membran 1 abdeckt. Diese Maßnahme kann anstelle einer Heizung für die Grundplatte 4 vorgesehen sein. Wenn die Anforderungen an die Genauigkeit des Frostdetektors nicht sehr hoch sind, kann das Abweisen des durch das Entfrosten erzeugten Wassers im wesentlichen durch den wasserabweisenden Film 47 übernommen werden. Die abgewiesenen Wassertropfen auf dem wasserabweisenden Film 47 sammeln sich automatisch und bilden größere Tropfen, die von der Membran herunterlaufen. Daher besteht bei

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der nächsten Kühlperiode keine Gefahr, daß verbleibende Wassertropfen auf der Membranoberfläche einfrieren.

Figur 9 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des Frostdetektors, wobei die Grundplatte keine eingebaute Abtauheizung aufweist, jedoch einen gekrümmten Teil 49 hat, der auf einem Ansatz 48 einer Grundplatte 4' ausgebildet ist, mit der ein Balg 3 verbunden ist. Ein Kontaktblock 51 ist durch Bolzen 50 unter dem gebogenen Teil 4 9 befestigt, so daß eine zylindrische öffnung 49' durch den gebogenen Abschnitt 4 9 und den Kontaktblock 51 gebildet wird. Die anderen Teile des Frostdetektors sind ähnlich wie bei dem Beispiel von Figur 2. Der vorliegende Frostdetektor wird an einer Abtauheizung 12 dadurch befestigt, daß die Abtauheizung 12 in der zylindrischen öffnung 49' eingeschlossen wird, wobei die Membran 1 so angeordnet ist, daß sie einer Kühlrippe 10 mit einem bestimmten, engen Zwischenspalt gegenüberliegt. Wenn die Abtauheizung 12 zum Abtauen aufgeheizt wird, wird daher die Wärme an die Grundplatte 4' und von dort an die Membran 1 übertragen. Daher wird der Frost auf der Membran geschmolzen und verdampft, so daß eine genaue Erfassung der nächsten Frostbildung sichergestellt ist. Die Form des Ansatzes 48 und des gebogenen Abschnittes 4 9 und des Kontaktblocks 51 wird entsprechend gewählt, so daß sie zu dem Aufbau des Wärmeaustauschers paßt.

Figur 11 zeigt ein anderes Beispiel des Frostdetektors, wobei nahezu alle Teile ähnlich wie bei den Beispielen der Figuren 2, 5,6,7 oder 8 ausgebildet sind. Es ist jedoch eine L-förmige Frostplatte 52 vorgesehen, die über der Membran 1 mit einem einstellbaren, kleinen Zwischenspalt angeordnet ist. Der Spalt zwi schen der Membran 1 und der gegenüberliegenden Fläche der Frostplatte 52 ist -einstellbar, indem man eine Schraube 54 löst und die Frostplatte 52 verschiebt, wobei die Schraube 54 in einem Lang loch 53 verschoben wird, und indem man dann die Schraube 54 wieder festzieht. Durch Vergrößerung des Spalts wird die Empfindlichkeit für die Frostfeststellung herabgesetzt, und durch Verringerung des Spaltes wird die Empfindlichkeit erhöht. Figur 12 zeigt die

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Art und Weise, wie der Frostdetektor von Figur 11 an einer Kühlrippe 10 durch die Klammer 6 befestigt ist. Wenn die Kühlrippe 1O gekühlt wird, wird die mit der Kühlrippe 10 in Kontakt stehende Grundplatte 4 gekühlt, und die Frostplatte 52 sowie die Membran 1 werden ebenfalls gekühlt. Daher wächst Frost sowohl auf der Membran 1 als auch auf der Frostplatte 52. Wenn die beiden Frostbildungen über ein bestimmtes Maß hinauswachsen, kommen der Frost auf der Membranoberfläche und der Frost auf der gegenüberliegenden Fläche der Frostplatte 52 miteinander in Kontakt und bewirken eine große Änderung des mechanischen Widerstandes gegen die Schwingung des piezoelektrischen Elementes 2. Daher wird der Schwingungsausgang der Schwingungsschaltung gestopt, so daß ein Meßsignal erzeugt wird. Das Ausführungsbeispiel aus den Figuren 11 und 12 hat den Vorteil, daß, wenn der Spalt richtig eingestellt ist, es möglich ist, den Frostdetektor ohne Rücksicht auf den Abstand zwischen der Membranoberfläche und der Kühlrippencberfläche zu installieren.

Figur 13 zeigt eine Verbesserung des Ausführungsbeispiels von Figur 11. In dem Ausführungsbeispiel von Figur 13 sind eine Reihe von Löchern 55a auf der Frostplatte 55 ausgebildet, so daß Luftschwingungen nahe bei oder vor der Membran 1 durch eine nahe dabei angeordnete Frostplatte 55 nicht behindert werden. Wenn der Spalt daher sehr eng eingestellt ist, um eine Messung mit hoher Empfindlichkeit durchführen zu können, wird die Resonanzfrequenz des Frostdetektors nicht durch die geringe Breite des Luftspaltes beeinflußt, und der Q-Wert der Schwingungssehaltung kann auf einem genügend hohen Wert gehalten werden, so daß ein stabiler Betrieb des Frostdetektors aufrecht erhalten werden kann.

Figur 14 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des Frostdetektors, wobei die Verbindung zwischen der Membran 56 und dem Balg 58 verbessert ist, um die Empfindlichkeit des Detektors zu vergrößern. Die Membran 56 wird von dem Balg 58 an einem Knotenpunktskreis 57 der Schwingung gehalten, wobei der Knotenpunktskreis um einen bestimmten Abstand innerhalb des Umfangsrandes

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der Membran liegt. Daher liegt der Umfangsrand der Membran 56 an einem Schwingungsbauch der Schwingung. Da der Frost von Natur aus mehr an dem Umfangsrand einer Scheibe wächst als in den mittleren Teilen der Scheibe, wird durch den an dem Umfang dicker wachsenden Frost die Empfindlichkeit der Messung erhöht.

Wie sich aus der vorhergehenden Beschreibung ergibt, haben die Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Frostdetektors die folgenden Vorteile:

(1) Da die Frostdetektoren den Frost oder die Vereisung durch

die Messung der Impedanzänderung eines piezoelektrischen Elementes beim Wachsen des Frostes feststellen, kann eine ideale Abtaueinrichtung gebaut werden, die auf der direkten Feststellung des Frostes beruht. Das Meßniveau und/oder die Empfindlichkeit wird nicht durch Umgebungsbedingungen oder Arbeitsbedingungen beeinflußt, und eine genaue und sehr empfindliche Messung ist möglich, so daß das Kühlsystem mit einem hohen Wirkungsgrad und ökonomisch laufen kann.

Insbesondere bei tiefgefrorenen Nahrungsmitteln wird die mögliche Lagerdauer mit der zunehmenden Zahl von Abtauvorgängen verkürzt. Daher ist der erfindungsgemäße Frostdetektor besonders geeignet, um die mögliche Lagerdauer zu verlängern, weil unnötige Abtauvorgänge, wenn kein Frost gewachsen ist, entfallen. Das Abtausignal wird nämlich nur dann erzeugt, wenn tatsächlich ein Frost oder eine Vereisung gewachsen ist. Dies ist im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen, bei denen Abtausignale von einem Zeitgeber oder einem Zähler erzeugt werden, der zählt, wie oft die Tür geöffnet worden ist.

(2) Da das piezoelektrische Element in einem luftdicht verschlossenen Raum, der von einer Membran, einem Balg und einer Grundplatte gebildet wird, untergebracht ist, ist eine genügende Lebensdauer und eine genügend genaue Charakteristik des piezoelektrischen Elementes sichergestellt.

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(3) Da die Membran von dem Balg getragen wird, ist sichergestellt, daß die Membran auf die Schwingungen anspricht, so daß eine genaue Messung des Frostzustandes ermöglicht wird, was bisher schwierig mit einer genügenden Empfindlichkeit festzustellen war.

(4) Da der Frostdetektor kompakt und einfach aufgebaut ist, sind seine Herstellungskosten tragbar, und er kann leicht an den Wärmeaustauscher eines Gefrier- oder Kühlgerätes installiert werden.

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Claims

KLAUS D. KIRSCHNER

DIPL.-PHYSlKER

OAVARIARING 3rt D-8OOO MÖNCHEN 2

IHR ZEICHEN /OUR -JEPERENCE

_UK

MV REFERENCE:

DATUM= 9. November 1977

Matsushita Electric Industrial Co.,Ltd. Kadoma City, Osaka Pref., Japan

Frostdetektor

Patentansprüche

1J Frostdetektor, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einer Schwingungsschaltung (8) verbundenes piezoelektrisches Element (2) und eine Metallmembran (1) vorgesehen sind, an der das piezoelektrische Element befestigt ist, und daß das piezoelektrische Element (2) innerhalb eines luftdicht abgeschlossenen Raumes (5) befestigt ist, der von der Membran (1), einer mit einer Befestigungseinrichtung versehenen Grundplatte (4) und einem Balg (3) gebildet wird, die die Membran (1) und die Grundplatte (4) luftdicht und federnd verbindet.
2. Frostdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte eine elektrische Heizung (46) zum Trocknen der Membran (1) aufweist, wobei die Heizung in einer Ausnehmung der Grundplatte angeordnet ist.

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ORIGINAL INSPECTED
3. Frostdetektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Heizung aus einem Thermistor mit positiver Charakteristik besteht.
4. Frostdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche der Membran (1) einen Überzug in Form eines wasserabweisenden F-imes (47) hat.
5. Frostdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Grundplatte eine wärmeleitende Montageeinrichtung (49, 51) vorgesehen ist, die an der Abtauheizung eines Wärmeaustauschers anbringbar ist.
6. Frostdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Frostplatte (52) aus wärmeleitfähigem Material vorgesehen ist, die in wärmeleitendem Kontakt an der Grundplatte (4) derart befestigt ist, daß die Frostplatte (52) der Membran (1) mit einem Zwischenspalt gegenüberliegt.
7. Frostdetektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenspalt einstellbar ist.
8. Frostdetektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Frostplatte (55) Löcher (55a) aufweist.
9. Frostdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Balg mit der Membran an einem Knotenpunktskreis verbunden ist, der an eine m vorgegebenen Abstand innerhalbd^s Umfangsrandes der Membran liegt (Figur 14).
10. Frostdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Grundplatte eine Klammer (6) vorgesehen ist, um die Grundplatte auf einer Kühlrippe eines Wärmeaustauschers zu montieren.

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