DE3115599C2 - Defrost control for a heat pump - Google Patents

Defrost control for a heat pump

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Abstract

1. A method of operating a refrigerator in which in each case, the duration of a specific useful operation of the refrigerator which results in the frosting-up of its evaporator, is determined by the time of a defrosting process which precedes the useful operation in question and a defrosting process which follows the useful operation, characterised by the combination of the following features : 1.1 the refrigerator is operated as a heat pump ; 1.2 a defrosting process is initiated only when the instantaneous value of one of the state variables of the refrigerating agent in the evaporator, either the pressure or the temperature, falls below a lower limiting value ; 1.3 when the lower limiting value of the state variable is reached, the useful operation is interrupted, a defrosting process is initiated, and a first timing procedure (t) is commenced ; 1.4 as soon as the state variable has risen to an upper value during the defrosting process, the defrosting process is terminated, the refrigerator is switched to useful operation, and the first timekeeping procedure is terminated and the result thereof is stored ; 1.5 the useful operation is continued if, after a stipulated basic time (tG ), the state variable still lies below the lower limiting value ; 1.6 the useful operation is interrupted again and a defrosting process is initiated if, after the expiry of the basic time (tG ), the instantaneous value of the state variable is equal to or less than the lower limiting value, and at the beginning of the defrosting process which follows the useful operation, a second timing procedure (t) is commenced ; 1.7 on the termination of the last defrosting process to have been executed (which termination takes place when the upper limiting value of the state variable is reached), the second timing procedure (t) is likewise terminated and the result of this timing procedure is stored ; and 1.8 all the succeeding useful operation times are in each case determined by the basic time (tG ) and a correcting value (Kw ) which is added to this basic time and which is formed from the stored last-but-one timing value minus the stored last timing value and from a constant (k) which serves as amplification factor.

Description

a) Mit dem Schalten der Wärmepumpe auf Abtauen wird zugleich eine erste Zeitnahme (f|) begonnen; a) When the heat pump is switched to defrosting, a first timing (f |) is started at the same time;

b) sobald während des Abtauens die Zustandsgröße auf einen oberen Wert angestiegen ist, wird die Wärmepumpe von Abtauen auf Heizbetrieb umgeschaltet und zugleich die erste Zeitnahme fr) beendet sowie das Ergebnis der Zeitnahme festgehalten;b) as soon as the state variable has risen to an upper value during defrosting, is the heat pump switched from defrosting to heating mode and at the same time the first timekeeping fr) finished and the result of the timekeeping recorded;

c) der Heizbetrieb wird fortgesetzt, wenn nach einer festgelegten Grundzeit (te) die Zustandsgröße noch über dem unteren Grenzwert liegt; der Heizbetrieb wird erneut unterbrochen und der Verdampfer abgetaut^ wenn nach Ablauf der Grundzeit (Ig) der Momentanwert der Zustandsgröße gleich oder kleiner dem unteren Grenzwert ist;c) the heating operation is continued if, after a fixed base time (te), the state variable is still above the lower limit value; the heating mode is interrupted again and the evaporator is defrosted ^ if, after the base time (Ig) has elapsed, the instantaneous value of the state variable is equal to or less than the lower limit value;

d) mit Beginn des neuerlichen Abtauens wird eine zweite Zeitnahme (ti) begonnen;d) when the new defrosting starts, a second timekeeping (ti) is started;

e) mit der sodann heim Er-eichen des oberen Grenzwertes der Ziistandsgröße eintretenden Beendigung des neuerlich»,n Abtauens wird auch die zweite Zeitnahme ffe) beendet und das Ergebnis dieser Zeitnahme festgehalten;e) with the then home attainment of the upper one Limit value of the condition variable occurring termination of the new », n defrosting also the second timekeeping ffe) ended and that Result of this timekeeping recorded;

f) alle folgenden Zeiten des Heizbetriebes werden durch die Grundzeit (te) und einem zu dieser Grundzeit (te) hinzuaddierten Korrekturwert (Kw) bestimmt, der aus dem vorletzten Zeitnahmewert (tr) minus dem letzten Zeitnahmewert (ti) und einer als Verstärkungsfaktor dienender« Konstanten ^gebildet ist.f) all following times of heating operation are determined by the base time (te) and a correction value (Kw ) added to this base time (te) , which is made up of the penultimate time measurement value (t r ) minus the last time measurement value (ti) and one serving as a gain factor «Constants ^ is formed.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abtausteuerung für eine Wärmepumpe nach dem Oberbegriff des Patentanspruches. The invention relates to a defrost control for a heat pump according to the preamble of the patent claim.

Es ist bereits eine Abtausteuerung für Wärmepumpen der im Oberbegriff des Patentanspruches genannten Art vorgeschlagen worden. Der Verdampfer der Wärmepumpe wird hierbei abgetaut, wenn der in ihm herrschende Verdampfungsdruck des Kältemittels auf einen ersten Wert abgesunken ist. Der Heizbetrieb der Wärmepumpe wird jedoch nach dem Abtauen fortgesetzt, wenn er innerhalb einer vorgegebenen Zeit mindestens zweimal wegen Erreichen des ersten Wertes des Verdampfungsdruckes stillgesetzt war. Es wird erneut abgetaut, wenn ein unter dem ersten Wert liegender zweiter Wert des Verdampfungsdruckes erreicht ist.It is already a defrost control for heat pumps mentioned in the preamble of the claim Kind of been proposed. The evaporator of the heat pump is defrosted here when the prevailing in it Evaporation pressure of the refrigerant has dropped to a first value. The heating mode of the heat pump however, it continues after defrosting if it is at least within a specified time was stopped twice because the first value of the evaporation pressure was reached. It is defrosted again, when a second value of the evaporation pressure which is below the first value is reached.

Bei einem bereits vielfach angewendeten Verfahren wird bei Außentemperaturen, bei denen eine Vereisungsgefahr des Verdampfers besteht (meist zwischen + 5° C und —50C). die Laufzeit der Wärmepumpe summiert. Nach Erreichen einer vorgegebenen Zeit wird der Heizbetrieb der Wärmepumpe stillgesetzt und der Verdampfer innerhalb einer Zeit, zum Beispiel innerhalb einer halben Stunde, durch Umkehren des Kältemittelkreislaufes abgetaut. Nach Ablauf der Abtauzeit wird der Heizbetrieb wieder aufgenommen und erneut die Laufzeit summiert und so fort. Die Abtauvorgänge werden hierbei abhängig von der Außentemperatur ungeachtet dessen durchgeführt, ob eine Vereisung des Verdampfers vorliegt oder nicht. Diese BetriebsweiseIn an already widely used methods is at ambient temperatures at which a risk of icing of the evaporator is (generally between + 5 ° C and -5 0 C). the runtime of the heat pump is added up. After a specified time has been reached, the heating operation of the heat pump is stopped and the evaporator is defrosted within a period of time, for example within half an hour, by reversing the refrigerant circuit. After the defrosting time has elapsed, heating is resumed and the running time is added up again, and so on. The defrosting processes are carried out depending on the outside temperature, regardless of whether the evaporator is iced up or not. This mode of operation

ίο verkleinert die Jahresarbeitszeit der Wärmepumpe, da der Heizbetrieb zeitweise auch dann stillgesetzt wird, wenn keine Vereisung gegeben ist und Nutzwärme gewonnen werden könnte.ίο reduces the annual working time of the heat pump because the heating operation is also temporarily shut down, if there is no icing and useful heat can be obtained.

Es ist ferner eine selbstoptimierende Abtauvorrichtung bekannt, die wesentliche Merkmale des Oberbegriffes des Patentanspruches aufweist. Bei der bekannten Abtauvorrichtung wird die auf jeden Abtauvorgang folgende Heizbetriebszeit iterativ nach einer Gleichung bestimmt, in der neben der vorausgegangenen Heizbetriebszeit eine Systemkonstante, eine gewünschte optimale Abtauzeitspanne und die Zeitspanne des vorausgegangenen Abtauvorganges berücksichtigt sind. Die sogenannte optimale Abtauzeitspanne kann jedoch nicht allgemein verbindlich festgelegt werden, da sie von besonderen gerätespezifischen Eigenheiten, insbesondere von der Verdampfergeometrie und den am Aufstellungsort herrschenden, Änderungen unterliegenden Umweltbedinguiigen abhängt Die zur Bestimmung der zu ermittelnden Heizbetriebszeit herangezogene sogenannte optimale Abtauzeit läßt sich schon deswegen nicht bestimmen, weil die Eisbildung auf Verdampfern unregelmäßig und nicht immer an der gleichen Stelle, sondern an unterschiedlichen Stellen beginnt sowie unregelmäßig fortschreitet. Es werden zur Bestimmung der kommenden Heizbetriebszeit zudem Erfahrungswerte unterschiedlicher Qualität verwendet, nämlich die variable letzte Heizbetriebszeit, die als konstante Größe eingehende sogenannte optimale Abtauzeit und die variable Zeitspanne des vorausgegangenen Abtauvorganges. Schließlich wird bei vier bekannten selbstoptimierenden Abtausteuerung anstelle einer Zustandsgröße des im Verdampfer befindlichen Kältemittels lediglich eine in der Nähe der Verdampferoberfläche gemessene Temperatur verwendet, die von weiteren äußeren Einflüssen abhängig ist (US-PS 42 51 988).Furthermore, a self-optimizing defrosting device is known which has the essential features of the preamble of the claim. In the known defrosting device, the defrosting process following heating operating time determined iteratively according to an equation in addition to the previous heating operating time a system constant, a desired optimal defrosting period and the period of the previous one Defrosting process are taken into account. However, the so-called optimal defrosting period can not generally binding, as they have special device-specific characteristics, in particular on the evaporator geometry and the changes prevailing at the installation site Environmental conditions depends on the determination The so-called optimal defrosting time, which is used to determine the heating operating time, can already be determined for this reason cannot be determined because ice formation on evaporators is irregular and not always in the same place, but begins at different points and progresses irregularly. There will be determination the coming heating operating time also uses empirical values of different quality, namely the variable last heating operating time, the so-called optimal defrosting time, which is a constant variable, and the variable time span of the previous defrosting process. Finally, there are four known self-optimizing Defrost control instead of a state variable of the refrigerant in the evaporator only a temperature measured in the vicinity of the evaporator surface is used, that of further external Influences is dependent (US-PS 42 51 988).

Aufgabe der Erfindung ist es, die Abtausteuerung für eine Wärmepumpe der gattungsgemäßen Art so weiterzubilden, daß eine maximale Jahresarbeitszahl erreicht werden kann, ohne daß im Labor gerätespezifische Kenndaten ermittelt werden müssen. Die Abtausteuerung soll sich den jeweils herrschenden Umweltbedingungen und den sich im Laufe der Betriebszeit einstellenden Geräteänderungen selbstlernend anpassen.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches angegebenen Maßnahmen gelöst.The object of the invention is to develop the defrost control for a heat pump of the generic type in such a way that a maximum annual coefficient of performance can be achieved without device-specific characteristics having to be determined in the laboratory. The defrost control is supposed to adapt itself to the prevailing environmental conditions and to the device changes that occur in the course of the operating time in a self-learning manner.
The object set is achieved according to the invention by the measures specified in the characterizing part of the patent claim.

Die gefundene Lösung hat den Vorteil, daß die Abtauvorgänge zu Gunsten des Heizbetriebes der Wärmepumpe auf das unbedingt notwendige Maß beschränkt werden und daß für die Bestimmung der auf jeden Abtauvorgang folgenden Heizbetriebszeit zwei leicht zu ermittelnde und die gegebenen Betriebsbedingungen berücksichtigenden Größen gleicher Qualität, nämlich die variable vorletzte und die variable letzte Abtauzeit verwendet werden.The solution found has the advantage that the defrosting processes in favor of the heating operation of the heat pump be limited to what is strictly necessary and that for the determination of each defrosting process The following heating operating time is two easy to determine and the given operating conditions taking into account variables of the same quality, namely the variable penultimate and the variable last defrosting time be used.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand eines Schemas des zeitlichen Verlaufs von Heizbetriebszeiten und Abtauzeiten beschrieben.An embodiment of the invention is based on a scheme of the time course of heating operating times and defrost times.

Die in der Zeichnung rechts einer Mittellinie M gezeichneten Kästchen gelten für die Heizbetriebszeiten und die links der Mittellinie M gezeichneten Kästchen gelten Für die Abtauzeiten.The boxes drawn to the right of a center line M in the drawing apply to the heating operating times and the boxes to the left of the center line M apply to the defrosting times.

Bei der nachstehend näher geschilderten Abtausteuerung für eine Wärmepumpe erfolgt der Heizbetrieb der Wärmepumpe und das Abtauen ihres Verdampfers zeitabhängig beziehungsweise abhängig vom Momentanwert einer Zustandsgröße des im Verdampfer der Wärmepumpe befindlichen Kältemittels. Es kann entweder der Verdampfungsdruck oder die Verdampfungstemperatur als Zustandsgröße herangezogen werden. Die Momentanwerte der gewählten Zustandsgröße sind in der Zeichnung nicht dargestellt Es wird jedoch davon ausgegangen, daß die Momentanwerte der gewählten Zustandsgröße mit steigendem Veretsungsgrad des Verdampfers sinken und umgekehrtIn the case of the defrosting control for a heat pump described in more detail below, the heating mode takes place The heat pump and the defrosting of your evaporator are time-dependent or dependent on the current value a state variable of the refrigerant in the evaporator of the heat pump. It can either the evaporation pressure or the evaporation temperature can be used as a state variable. The instantaneous values the selected state variable are not shown in the drawing. However, it is assumed that that the instantaneous values of the selected state variable with increasing degree of conversion of the evaporator sink and vice versa

Mit steigender Vereisung wird die Wärmezufuhr zum Kältemittel gemindert, wodurch die Verdampfungstemperatur und der Verdampfungsdruck sinken. Mit abnehmender Vereisung dagegen steigt die Wärmezufuhr zum Kältemittel, worauf die Verdampfungstemperatur sowie der Verdampfungsdruck steigen.As the ice builds up, the heat supply to the refrigerant is reduced, which increases the evaporation temperature and the evaporation pressure decrease. On the other hand, with decreasing icing, the heat supply increases to the refrigerant, whereupon the evaporation temperature and the evaporation pressure rise.

Wenn die gewählte Zustandsgröße erstm&tig einen unteren Grenzwert, beispielsweise —8°C Verdampfungstemperatur erreicht hat, wird die Wärmepumpe an der im Zeitschema mit 1 bezeichneten Stelle vom Heizbetrieb auf Abtauen umgeschaltet und eine erste Zeitnahme fi begonnen. Das Abtauen kann auf beliebige Weise erfolgen, beispielsweise durch Berieselung des Verdampfers mit einer Sole oder durch Umkehrung des Kältemittelkreislaufes oder sonstwie.If the selected state variable initially has a lower limit value, for example -8 ° C evaporation temperature has reached, the heat pump is switched off from heating mode at the point marked 1 in the time diagram switched to defrosting and a first timekeeping fi started. Defrosting can be done on any Wise done, for example by sprinkling the evaporator with a brine or by reversing the Refrigerant circuit or otherwise.

Sobald nun während des Abtauens die Zustandsgröße auf einen oberen Wert, beispielsweise +20° C Verdampfungstemperatur ansteigt, wird die Wärmepumpe an der Stelle 2 des Zeitschemas von Abtauen auf Heizbetrieb umgeschaltet. Ferner wird zugleich die erste Zeitnahme ii beendet und das Ergebnis der Zeitnahme /i festgehalten.As soon as the state variable is raised to an upper value, for example + 20 ° C evaporation temperature, during defrosting increases, the heat pump switches from defrosting to heating mode at point 2 of the time schedule switched. Furthermore, the first timekeeping ii and the result of the timekeeping are ended at the same time / i held.

Der Heizbetrieb läuft weiter, wenn nach einer festgelegten Grundzeit te, zum Beispiel 60 Minuten, die Zustandsgröße noch über dem unteren Grenzwert liegt. Eine Unterbrechung des Heizbetriebes und eine Umschaltung auf Abtauen erfolgt jedoch dann, wenn nach Ablauf der Grundzeit te der Momentanwert der Zustandsgröße gleich oder kleiner dem unteren Grenzwert ist. Mit dem an der Stelle 3 des Schemas erfolgenden Umschalten vom Heizbetrieb auf Abtauen wird zugleich eine zweite Zeitnahme h begonnen.The heating operation continues if, after a defined basic time te, for example 60 minutes, the state variable is still above the lower limit value. An interruption of the heating operation and a switch to defrosting takes place, however, if after expiry of the basic time te the instantaneous value of the state variable is equal to or less than the lower limit value. When switching from heating to defrosting at point 3 of the diagram, a second time measurement h is started at the same time.

Stellt sich während des Abtauens wieder der obere Grenzwert der Zustandsgröße ein, wird das Abtauen und die zweite Zeitnahme h beendet sowie das Ergebnis der zweiten Zeitnahme fc festgehalten (Stelle 4 des Zeitschemas). If the upper limit value of the state variable is set again during defrosting, defrosting and the second time measurement h are ended and the result of the second time measurement fc is recorded (position 4 of the time scheme).

Alle folgenden Zeiten des Heizbetriebes der Wärmepumpe werden dann bestimmt durch die Grundzeit ic und einem zu der Grundzeit te hinzuaddierten Korrekturwert Kw, der aus dem vorletzten Zeitnahmewert Λ minus dem letzten Zeitnahmewert ti und einer Konstanten Abgebildet ist.All subsequent times of the heating operation of the heat pump are then determined by the base time ic and a correction value Kw added to the base time te , which is mapped from the penultimate time measurement value Λ minus the last time measurement value ti and a constant.

Durch die zuletzt genannte Maßnahme ergibt sich:The last-mentioned measure results in:

Ist der Wert der letzten Zeitnahme ti größer als der Wert der vorletzten Zeitnahme tv, wenn also die letzte Abtauzeit f/langer war als die vorausgegangene tv,Aann wird der Korrekturwert Kw negativ, mit der Folge, daß die auf die letzte Abtauzeit i/folgende Heizbeuiebszeii kurzer als die Grundzeit te wird.If the value of the last timing ti is greater than the value of the penultimate timing t v, so if the last defrost f / long was when the previous t v, Aann the correction value Kw negative, with the result that the i to the last defrost / Heizbeuiebszeii following short-run than the base time.

Wenn dagegen der Wert der letzten Zeitnahme // kleiner als der vorausgegangene Zeitnahmewert /v ist. wenn also die letzte Abtauzeit f; wegen geringerer Vereisung kurzer war als die vorausgegangene f„ dann wird der Korrekturwert Kw positiv. Die nach der letzten Abtaizeit ti folgende Heizbetriebszeit wird hierbei länger als die Grundzeit te- On the other hand, if the value of the last timing // is less than the previous timing value / v . so if the last defrost time f; was shorter than the previous one because of less icing, then the correction value Kw becomes positive. The heating operating time following the last down time ti is longer than the base time .

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (1)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Abtausteuerung für eine Wärmepumpe, bei welcher der Heizbetrieb der Wärmepumpe und das Abtauen ihres Verdampfers zeitabhängig bzw. abhängig vom Momentanwert einer Zustandsgröße des im Verdampfer befindlichen Kältemittels erfolgt und bei welcher nach erstmaligem Erreichen eines unteren Grenzwertes der Zustandsgröße die Wärmepumpe auf Abtauen geschaltet wird, gekennzeichnet durch die Merkmale:1. Defrost control for a heat pump, in which the heating operation of the heat pump and defrosting your evaporator time-dependent or dependent on the instantaneous value of a state variable of the im Evaporator located refrigerant takes place and in which after first reaching a lower Limit value of the state variable the heat pump is switched to defrosting by the features:
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