DE3145445A1

DE3145445A1 - Abtaueinrichtung

Info

Publication number: DE3145445A1
Application number: DE19813145445
Authority: DE
Inventors: Hisao Musashino Futaki; Makoto Yokohama Oda; Tetsu Oishi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1980-11-17
Filing date: 1981-11-16
Publication date: 1982-08-05
Also published as: PH18097A; KR830008137A; US4432211A; KR860002043B1; DE3145445C2

Description

3U5A45 ■■'·-

HITACHI, LTD., Tokyo, Japan

Abtaueinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abtaueinrichtung zum Abtauen der Bereifung auf dem Kühler eines. Kühlschranks, einer Klimaanlage od. dgl.

Die Bereifung auf dem Kühler eines Kühlschranks oder einer Klimaanlage hat eine unerwünschte Verminderung des Wärmeübertragungs-Wirkungsgrads des Kühlers und damit ein vermindertes Kühlvermögen zur Folge. Daher ist z. B. in einem Kühlschrank eine Abtauheizung vorgesehen; während der Kühlschrank nach Durchführung des Kühlbelriebs über eine vorbestimmte Zeit abgeschaltet wird, wird der Abtauheizung Strom zugeführt, so daß die Bereifung durch die von der Abtauheizung erzeugte Wärme zum Schmelzen gebracht wird und damit die unerwünschte Verminderung des Kühlvermögens verhindert wird. Ein bekanntes Beispiel für die in einem Kühlschrank üblicherweise verwendete Abtauheizung ist eine Heizung, bei der ein Metalldraht, z. B. ein Nichrom- oder ein Nickel-Kupfer-Draht, in ein Schutzrohr aus z. B. Aluminium eingesetzt ist.

Die bekannte Abtauheizung besitzt keine Selbsttemperaturregelungs-Funktion und ist so ausgebildet, uaib sie unabhängig von der Bereifungsmenge auf dem Kühler und der Bereifungsverteilung eine gleichbleibende Wärmemenge erzeugt und unterhält.. Ein vollständiges Entfernen der Bereifung auf verschiedenen Teilen des Verdampfers wird also nicht gleichzeitig erreicht- D. h., das Abtauen des Kühlerteils mit der stärksten Bereifung wird relativ zu den übrigen Kühlerteilen verzögert. Um die vollständige Bereifungsentfernung von sämtlichen Kühlerteilen zu erfassen, wird daher ein Temperaturfühler, z. B. ein Heißleiter, an dem Kühlerteil angeordnet, dessen vollständiges Abtauen zuletzt erreicht wird, und der Abtauvorgang wird dann als beendet angesehen, wenn der Temperaturfühler, der kontinuierlich die Temperatur an diesem Teil erfaßt, im Verlauf des Abtauens durch die Abtauhe izun<j eine vorbestimmte Temperatur erfaßt. Ferner müssen bisher unter Berücksichtigung der Änderungen der Bereifungsdicke je nach Jahreszeit sowie der Änderungen der Bereifungsverteilung je nach der Anordnung von Gegenständen, z. B. Nahrungsmitteln, im Kühlschrank die Abtaubedingungen einschließlich der Abtautemperatur und -dauer in geeigneter Weise festgelegt werden, um ein zufriedenstellendes Abtauen in jedem der vorgenannten Fälle zu erreichen. Infolgedessen wird die Temperatur eines Kühlerteils, der eine relativ geringe Bereifung aufweist und dessen Abtauen schneller beendet ist als bei einem anderen Teil, unnötig hoch, und der Strom wird während einer unnötig langen Zeitdauer zugeführt. Das bedeutet, daß zwischen verschiedenen Teilen des Kühlers zum Zeitpunkt der Beendigung der Stromzufuhr zur Abtauheizung große Temperaturdifferenzen bestehen. Die bekannte Abtaueinrichtung, bei der ein Teil des Verdampfers auf eine unnötig hoheTemperatur erwärmt wird, weist also den Nachteil auf, daß

zum Verringern der Kühlertemperatur vor Wiederbeginn des Kühlschrankbetriebs nach dem vollständigen Abtauen ein lange Zeit benötigt wird und daß unweigerlich viel Energie verbraucht wird. Ferner weist die bekannte Abtaueinrichtung den Nachteil auf, daß für die Wärmeerzeugung von der Abtauheizung unnötig viel Energie verbraucht wird. Ferner besitzt die Abtaueinrichtung den Nachteil, daß die Gefahr besteht, daß die Temperatur von Gegenständen, z. B. Nahrungsmitteln, die im Kühlschrank gelagert sind, erhöht wird.

Zur Beseitigung der vorgenannten Nachteile ist in der CIA-Patentanmeldung Of f enlegungs-Nr . 101533/79 (offengelegt 10. August 1979)-eine Abtau-Steuervorrichtung angegeben, bei der eine positive Charakteristik eines Heißleiters, der einen positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten hat, anstelle der bekannten Abtauheizung genutzt wird oder in einem Teil der bekannten Abtauheizung vorgesehen ist und wobei der durch die Abtauheizung fließende Strom unterbrochen wird, wenn der Heizstrom auf einen vorbestimmten gleichbleibenden Pegel abnimmt. Der Widerstandswert der Heizung, die nahe an dem Kühler vorgesehen ist, ändert sich jedoch zwangsläufig nach längerer Betriebszeit, weil die Heizung wiederholt einem starken Abkühl- und Aufheizzyklus unter Reif-, Eis-, Wasser- und Wärmeerzeugungs-Bedingungen unterworfen wird. Wenn also der Widerstandswert der Heizung nach langer Betriebszeit ansteigt, hört die Heizung in der angegebenen Abtausteuervorrichtung auf, Wärme zu erzeugen, obwohl die Bereifung erst unvollständig abgetaut ist. Wenn dagegen der Widerstandswert der Heizung nach langer Betriebszeit abnimmt, erzeugt die Heizung auch dann noch Wärme, wenn die Bereifung bereits vollständig abigetaut ist. Auch bei der angegebenen Abtausteuervorrichtung muß also der den Abschaltzeitpunkt des Heizstroms bestimmende Schwellenwert

so gewählt werden, daß ein Spielraum verbleibt, der zu einer geringfügigen Verlängerung der Abtaudauer führt. Somit weist die angegebene Abtausteuervorrichtung die gleichen Nachteile wie die erstgenannte Abtaueinrichtung auf, bei der als Abtauheizung ein in ein Schutzrohr eingesetzter Metalldraht verwendet wird .

Ein weiteres Problem besteht darin, den Startzeitpunkt des Abtauvorgangs zu bestimmen, um eine unerwünschte Verringerung der Kühlfähigkeit des Kühlers zu verhindern= Es ist sehr schwierig, den Abtau-Startzeitpunkt genau zu bestimmen, da die das Kühlvermögen verr ingerndee Faktoren wie die Dicke der Bereifung und die Bereifungsverteilung sich in Abhängigkeit von der Jahreszeit, den Betriebsbedingungen des Kühlers etc. ändern. Es ist bisher üblich, die Bereifung nach einer vorbestimmten Betriebsdauer des Kühlschranks abzutauen, und diese Betriebsdauer wird durch die Überlegung bestimmt, daß das Kühlvermögen des Verdampfers auch in einer üahre s/.e 11 , in der eine starke Bereifung erfolqt, nicht verringert werden darf.

Eine solche Mittel aufweisende Abtausteuervorrichtung weist jedoch den Nachteil auf, daß sie den Abtauvorgang in relativ kurzen Zeitabschnitten durchführt, und zwar auch in der Jahreszeit, in der die Bereifungsmenge gering ist, und ungeachtet der Tatsache, daß in dieser Jahreszeit das Kühlvermögen des Verdampfers überhaupt nicht verringert wird; dies resultiert in einer erheblichen Energieverschwendung. Ferner weist die bekannte Abtausteuervorrichtung den Nachteil auf j daß die Verdampfertemperatur durch die für das Abtauen benötigte Energie unnötig erhöht wird und daß eine längere Zeit benötigt wird, bis vor dem Wiedereinschalten des Kühlschranks die Kühlertemperatur ausreichend vermindert werden kann. Außerdem wird dabei relativ viel Energie verbraucht .

- ίο -

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer neuen und verbesserten Abtaueinrichtung, die Bereifung mit hohem Wirkungsgrad abtauen kann und bei der die Tatsache, daß sich die Betriebscharakteristik der Abtauheizung während des Abtaubetriebs in Abhängigkeit von der Bereifungsmenge auf dem Kühler ändert, dazu genutzt wird zu entscheiden, ob der Abtauvorgang erforderlich ist.

Die Abtaueinrichtung nach der Erfindung verwendet eine Abtauheizung, die eine Selbsttemperaturregel-Funktion aufweist und die ein Heizelement in Form eines Gemischs aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff wie Kohlenstoff und aus einem organischen Werkstoff wie hochdichten Polyäthylen verwendet; die Betriebstemperatur der Abtauheizung liegt innerhalb eines Bereichs von 30-110 C. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung verwendet die Abtaueinrichtung eine Keramikheizung, die einen positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten aufweist, der sich bei einer bestimmten Temperatur steil ändert. Dabei wird eine solche Keramikheizung als Abtauheizung verwendet, und die steile Änderung des Widerstandstemperatur koef fizienten wird dazu genutzt, das vollständige Abtauen zu erfassen, wodurch der Abtauvorgang beendet wird.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigens

Fig. 1 den Aufbau eines Verdampfers in einem Kühlschrank;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Perspektivansicht der Abtauheizuny, die in der Abtaueinrichtung nach der Trfindung e;Inge setzt wird ;

Fig. 3 die Temperatur gegenüber dem Widerstandsverlauf der Abtauheizung nach Fig. 2;

Fig. k die zeitliche Änderung der Verdampfertemperatur und des durch die Abtauheizung in der Abtaueinrichtung nach der Erfindung fließenden Heizstroms;

Fig. 5 das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Abtaueinrichtung nach der Erfindung ;

Fig. 6 die Temperaturverteilung an verschiedenen Stellen des Verdampfers, der durch die Abtauheizung in der Abtaueinrichtung nach der Erfindung abgetaut wird;

Fig. 7 die Temperaturverteilung an verschiedenen

Stellen eines Kühlers, der durch eine bekannte Abtauheizung abgetaut wird;

Fig. 8 das Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der Abtaueinrichtung;

Fig. 9 die zeitliche Änderung von Ausgangsspannungen verschiedener Teile der Abtaueinrichtung nach Fig. 8;

Fig. 10 das Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der Abtaueinrichtung nach der Erf indung;

Fig. 11 die zeitliche Änderung von Ausgangsspannungen verschiedener Teile der Abtaueinrichtung nach Fig. 10;

3U5U5 ·»*.-*

Fig. 12 die zeitliche Verringerung des Heizstroms der Abtauheizung, ausgehend vom Maximalwert des Einschaltstoßstroms;

Fig. 13 das Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der Abtaueinrichtung;

Fig. 14- Signalverläufe, die an verschiedenen Teilen der Abtaueinrichtung nach Fig. 13 auftreten;

Fig. 15 ein Ablauf diagramm, das die Betriebsweise der Abtaueinrichtung nach Fig. 13 verdeutlicht;

Fig. 16 eine teilweise weggeschnittene Perspektivansicht eines Kühlers mit einer Keramikheizung; und

Fig. 17 eine Schnittansicht der Keramikheizung nach Fig. 16.

Der Kühler nach Fig. 1 für einen Kühlschrank ist mit 1 bezeichnet und umfaßt eine Kühlmittelleitung la, eine Abtauheizung 2 und Wärmeaustauschrippen 3.

Fig. 2 zeigt den Aufbau einer bei der Abtaueinrichtung ver wendeten Heizung mit Selbsttemperaturregelung, wobei Stromzuführungs.leiter 4- und 4·', z. B. verzinnte Kupferdrähte, vorgesehen sind. Die elektrischen Leiter 4· und 4-' sind in einem Heizelement 5 eingeschlossen, das aus einem Gemisch eines organischen Werkstoffs, z. B. hochdichtem Polyäthylen, und eines elektrisch leitfähigen Werkstoffs, z. B. Kohlenstoff, besteht und eine Selbsttemperaturregel-Funktion besitzt. Das Heizelement 5 ist mit einer Isolierschicht 6, z. B. Urethangummi, beschichtet, und die Isolierschicht 6 ist mit einer Schicht 7 aus nichtbrennbarem Werkstoff, z. B. Polyäthylen, überzogen .

3H5U5 -«···'

Es wird nun der Betrieb der Heizung 2 erläutert. Wenn an die elektrischen Leiter ^ und k ' eine Nennspannung angelegt wird, fließt Strom z. B. von dem elektrischen Leiter k zum elektrischen Leiter 4-' durch das Heizelement 5, das aus einem Gemisch des organischen Werkstoffs mit Kohlenstoff besteht und selbsttemperaturregeInd ist. Das Heizelement 5 erzeugt Wärme entsprechend dem Jouleschen Gesetz. Mit steigender Temperatur aufgrund der Jouleschen Wärme erfolgt eine Wärmeausdehnung des organischen Werkstoffs, die eine Erhöhung des spezifischen Widerstands des Heizelements 5 zur Folge hat. Wenn sich die Temperatur dem durch den verwendeten organischen Werkstoff bestimmten Erweichungspunkt nähert, steigt der Widerstand des Heizelements 5 steil an. Fig. 3 zeigt die Änderung des Widerstandswerts des Heizelements 5. Dabei ist der Widerstandswert des Heizelements 5 auf der Ordinate und die Temperatur auf der Abszisse aufgetragen. Die Kurve 8 in Fig. 3 bezeichnet den Verlauf der Widerstandsänderung des Heizelements 5, und Punkt 9 bezeichnet die Einstellung der Betriebstemperatur. Bei Temperaturerhöhung des Heizelements 5 steigt dessen spezifischer Widerstand steil an, und der Stromworb nimmt entsprechend ab. Der Temperaturanstieg hört auf, wenn die Temperatur einen durch den verwendeten organischen Werkstoff bestimmten gleichbleibenden Pegel erreicht, und bei diesem Pegel wird die Temperatur dann stabilisiert.

Es wird nun die Erfassung der Abtaubeendigung durch die selbsttemperaturregelnde Heizung 2 erläutert. Fig. 4· zeigt die Beziehung zwischen der zeitlichen Änderung des durch die selbsttemperaturregelnde Abtauheizung 2 fließenden Stroms und der zeitlichen Änderung der Temperatur des Kühlers 1. Dabei ist auf der Abszisse die Zeit aufgetragen, die nach Beginn der Stromzufuhr zu der Abtauheizung 2 abgelaufen ist, und auf der Ordinate ist der Wert des

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durch die Abtauheizung 2 fließenden Stroms aufgetragen; die Ordinate bezeichnet ferner die Temperatur des Verdampfers 1. Die Kurve 16 in Fig. 4- bezeichnet den Heizstrom, und die Kurve 17 bezeichnet die Verdampfertemperatur. Unmittelbar nach dem Einschalten der Abtauheizung fließt ein Spitzenstrom, so,daß die Temperatur der Abtauheizung 2 steil ansteigt. Mit steigender Temperatur der Abtauheizung 2 beginnt der Heizstrom 16 abzunehmen, und die Temperatur an verschiedenen Teilen des Kühlers 1 steigt an und beginnt,den Reif zum Schmelzen zu bringen, im Verlauf des Abtauens der verschiedenen Teile des Kühlers 1 verringert sich die Abnahmerate des Heizstroms 16 infolge der zum Schmelzen des Reifs absorbierten Wärme, bis sie an einem Punkt A stabilisiert wird, an dem der Stromwert im wesentlichen gleichbleibend gehalten wird. Bei Beendigung des Abtauvorgangs beginnt die Temperatur des Heizelements 5 wieder anzusteigen, so daß der spezifische Widerstand des Heizelements 5 erhöht wird, und der Heizstrom 16 beginnt wieder abzunehmen. Punkt B bezeichnet den Zeitpunkt der Beendigung des Abtauvorgangs, und die Strichlinie 19 bezeichnet den Abstiegsgradienten des Heizstroms 16 zum Zeitpunkt der Beendigung des Abtauens. Die Dauer der Stromzuführung zur Abtauheizung 2 ist zwar in Abhängigkeit von der Bereifungsstärke veränderlich, aber der Abstiegsgradient des Heizstroms 16 zum Zeitpunkt der Beendigung des Abtauens ist gleichbleibend. Diese Erscheinung wird für die Erfassung der Beendigung des Abtauens in der Abtaueinrichtung ausgenützt.

Nach Fig. 5 ist eine Stromversorgung 18 an eine Abtauheizung 20 über einen Schalter 21 angeschlossen, der der Abtauheizung 20 Strom zuführt. Ein Stromerfassungsglied 22 erfaßt den durch die Abtauheizung 20 fließenden Strom,

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und ein an das Stromerfassungsglied angeschlossenes Rechenverarbeitungsglied 23 ist für die Rechenverarbeitung des Ausgangssignals des Glieds 22 programmiert. Ein Steuerglied 2A- schaltet den Stromzuführungsschalter 21 aufgrund des Ausgangssignals des Rechenverarbeitungsglieds 23 ab.

Wenn der Stromzuführungsschalter 21 in der Abtaueinrichtung eingeschaltet wird_s wird Strom aus der Stromversorgung durch den Stromzuführungsschalter 21 der Abtauheizung 20 zugeführt. Aufgrund der Stromzufuhr zur Abtauheizung 20 erzeugt die Abtauheizung 20 Wärme ο Dec durch die Abtauheizung 20 fließende Strom wird von dem Stromerfassungsglied 22 erfaßt. Das Stromerfassungsglied 22 erfaßt einen Strom Ij, der zum Zeitpunkt T durch die Abtauheizung 20 fließt, und einen Strom I/j λχ\? der zum Zeitpunkt (Τ+ΔΤ) durch die Abtauheizung 20 fließt, und seine die Heizströme 1, unf Irj j.jy. bezeichnenden Ausgangssignale werden an das Rechenverarbeitungsglied 23 geführt. Dieses speichert die Eingangssignale und errechnet die Differenz [ij - I.γ λτ\1 zwischen den Heizströmen Ij und I,j ._T^ oder den Abfallgradienten |l_T - I,_ _ΔΤΓ]/ΔΤ des Heizstroms Ij, Wenn z. B. der Heizstrom-Abfallgradient J_Ij - I,j /.tJ/ΔΤ auf einen Wert abnimmt, der kleiner als ein vorgegebener Einstellwert a ist, und dann ansteigt auf einen weiteren Einstellwert b, der größer als der Wert a ist, erzeugt das Rechenverarbeitungsglied 23 ein Ausgangssignal und führt dieses dem Steuerglied 2A- zu. Insbesondere erfaßt das Rechenverarbeitungsglied 23, daß der Heizstrom Ij den durch Punkt A in Fig. ^ bezeichneten Pegel erreicht hat, indem es feststellt, daß der Heizstrom-Abfallgradient |_Ij - I,j .γΠ/ΔΤ kleiner als der Wert a geworden ist. Wenn dann der Heizstrom-Abfallgradient Γΐ_τ ~ ^n ATr^ wieder ansteigt und den Wert b erreicht, nachdem der Heizstrom Ij auf einem im wesentliehen gleichbleibenden Pegel gehalten wird, stellt das Rechenverarbeitungsglied 23 fest,

daß der Heizstrom I-j. den Pegel gemäß Punkt B von Fig. 4 erreicht hat, und erzeugt sein Ausgangssignal. Aufgrund des von dem Rechenverarbeitungsglied 23 zugeführten Signals schaltet das Steuerglied 24 den Stromzuführungsschalter 21 ab. Wenn der Stromzuführungsschalter 21 abgeschaltet ist, hört die Stromzuführung zu der Abtauheizung 20 auf, um das Abtauen zu beenden. Der Abfallgradient des Heizstroms I- ist gleich dem Wert a nahe einem Punkt C in Fig. 4 und ist gleich dem Wert b nahe einem weiteren Punkt D in Fig. 4. Der Stromzuführungsschalter würde jedoch nicht abgeschaltet werden, obwohl der Abfallgradient des Heizstroms I_T gleich dem Wert b nahe dem Punkt D wird, wenn vorgesehen wird, daß das Stromerfassungsglied 22 den Heizstrom I_T erfaßt und sein den erfaßten Heizstrom I_T bezeichnendes Ausgangssignal an das Rechenverarbeitungsglied 23 anlegt, nachdem eine vorbestimmte Zeit nach dem Einschalten des Stromzuführungsschalters verstrichen ist. Somit ist ersichtlich, daß bei der angegebenen Abtaueinrichtung eine Änderung des durch die Abtauheizung 20 fließenden Stroms erfaßt wird und bei Erfassung der Beendigung des Abtauens der der Abtauheizung 20 zugeführte Strom abgeschaltet wird, so daß das Abtauen damit beendet wird.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß durch Verwendung der selbsttemperaturregelnden Abtauheizung 2 diese selbst die Beendigung des Abtauens erfassen kann, ohne daß ein gesondertes Element zum Erfassen der Abtaubeendigung vorgesehen werden muß. Fig. 6 zeigt die Temperaturverteilung an verschiedenen Stellen des Kühlers 1 zum Zeitpunkt des vollständigen Abtauens, wenn die eingestellte Betriebstemperatur der selbsttemperaturregelnden Abtauheizung 2 mit 65 C gewählt ist, und eine solche Heizung 2 zum Abtauen des Kühlers 1 des Kühlschranks nach Fig. 1 eingesetzt wird. In Fig. 6 bezeichnet die Vollinienkurve

30 die Temperatur der selbsttemperaturregelnden Abtauheizung 2, die Strichlinienkurve 31 die Temperatur der Kühlmittelleitung la und die Strichpunktkurve 32 die Oberflächentemperatur der Wärmeaustauscherrippen 3. Fig. 7 zeigt die Temperaturverteilung an verschiedenen Teilen des Kühlers 1, wenn eine bekannte Abtauheizung eingesetzt wird= Dabei bezeichnet die Vollinienkurve 33 die Temperatur der Abtauheizung, die Strichlinienkurve 34- die Temperatur der Kühlmittelleitung la und die Strichpunktlinie 35 die Oberflächentemperatur der Wärmetauscherrippen 3. Es ist ersichtlich bei einem Vergleich der Fig. 6 und 7, daß durch Verwendung der hier angegebenen Abtauheizung die Temperatur an verschiedenen Stellen des Verdampfers gleichmäßig verteilt werden kann, und es gibt keine Kühlerabschnitte mit unnötig hohen Temperaturen.

Die Betriebstemperatur-Einstellung der selbsttemperaturregelnden Abtauheizung 2 kann geändert werden, indem der das Heizelement 5 bildende organische Werkstoff in Verbindung mit dem Kohlenstoff geeignet gewählt wird. Zufriedenstellende Ergebnisse wurden erzielt, wenn die Betriebstemperatur-Einstellung der Heizung, die zum Abtauen des Kühlers eines Kühlschranks, eines Klimageräts od. dgl. verwendet wurde, zwischen 30 C und 110 C gewählt wurde. Die Tabelle 1 zeigt die Betriebstemperatur-Einstellung der Abtauheizung 2 sowie die Abtauergebnisse, die mit dieser Abtauheizung 2 erzielt wurden.

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TABELLE

Bereifung: 100 ml

3etriebstemp.- Einstellung (⁰O	Abtauzeit (min)	Temperaturan stieg der Be schickung (Eiskrem)(⁰C)	Differenz zwischen Höchst- und Niedrigst-Temperatur- Abschnitten des Kühlers (°c>
20	26	7	5
30	Ά	6	6
65	17	3	9
110	15	6	19
120	15	8	27

Die Tabelle 1 zeigt ein Beispiel, bei dem die Beschickung des Tiefkühlgeräts aus Eiskrem bestand. Eiskrem beginnt bei -12 C zu schmelzen. In einem Kühlschrank, bei dem die geregelte Temperatur des Gefrierfachs auf -18 C eingestellt ist, kann Eiskrem relativ lang aufbewahrt werden, wenn der Temperaturanstieg der Eiskrem nicht mehr als 6 C beträgt. Die Verwendung einer Abtauheizung, deren Betriebstemperatur-Einstellung nicht höher als 30 ⁰C ist, ist insofern unerwünscht, als die für ein vollständiges Abtauen erforderliche Zeit länger ist und die Temperatur von im Gefrierfach untergebrachten Nahrungsmitteln unvermeidlich ansteigt. Die Verwendung einer Abtauheizung, deren Betriebstemperatur-Einstellung höher als 110 C ist, ist ebenfalls unerwünscht, da die Temperaturverteilung ungleichmäßig ist und gegenüber der Verwendung der bekannten Abtauheizung keine spürbare Verbesserung eintritt.

Eine Abwandung des ersten Ausführungsbeispiels nützt die Tatsache, daß zwischen den Punkten A und B von Fig. 4· eine deutliche Beziehung besteht. Es wurde gefunden, daß das Verhältnis zwischen dem Heizstrom am Punkt A und demjenigen am Punkt B im wesentlichen gleichbleibend ist. Wenn z. B, die Bereifung 300 ml beträgt, sind die Heizströme i« und in an den Punkten A und Bi.= 1,3 A und i_R = 1,1 A, und zwischen beiden gilt die Beziehung ig τ 0,85 L. Ferner besteht eine im wesentlichen gleichbleibende Beziehung zwischen der Zeitdauer t,, die erforderlich ist, bis der Heizstrom den Pegel von Punkt A erreicht, nachdem die Stromzufuhr eingeschaltet wurde, und der Zeitdauer t_R, die erforderlich ist, bis der Heizstrom den Peigel am Punkt B erreicht, bei dem der Abtauvorgang beendet ist. Es sei nochmals angenommen, daß die Bereifungsmenge 300 ml beträgt. Dann gilt t» = 20 min und tg = 28 min und 20 s. Dies ergibt die Beziehung t_R i 1,4- - t.. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß, wenn die Temperatur der Kühlers 10 C übersteigt und die auf den Kühlerwandungen verbliebene Bereifung durch Erwärmen mit der Abtauheizung 2 vollständig geschmolzen ist, der Stromwert zu diesem Zeitpunkt den Punkt B be stimmt

Bei dieser Ausführungsform erfaßt das Stromerfassungsglied 22 von Fig. 5 den Wert des durch die Abtauheizung 20 fließenden Stroms in Zeitintervallen AT, die geeignet ausgewählt sind, und führt seine die erfaßten Stromwerte bezeichnenden Ausgangssignale dem Rechenverarbeitungsglied zu. Es sei angenommen, daß Signale I_T, L_T ._.. und Ι,_τ ->λ_Τ\ die Heizströme bezeichnen, die zu den Zeitpunkten T bzw. (Τ+ΔΤ) bzw. (Τ+2ΔΤ) erfaßt wurden. Aufgrund der serienmäßigen Zuführung dieser Signale Ij, I,_T ^₁-V und Ι,-j- _?λ_Τ\ speichert das Rechenverarbeitungsglied 23 diese Signale

und errechnet die Differenz j_I-r - Ι/τ _Λτ\1 zwischen den Signalen I_T und I,_{T T}> oder den Heizstrom-Abfallgradienten [l_T - I/_T ._.Γ]/δ.Τ. Das Rechenverarbeitungsglied 23 errechnet gleichermaßen die Differenz Γΐ/_{τ T}\ - I/_{T ?/>}t zwischen den Signalen I,_ _* und Ι,_τ ?_A-r\ oder den Heizstrom-Abfallgradienten £l/-r _A-r\ - I/_T oatv]/^· Dann errechnet das Rechenverarbeitungsglied 23 die Differenz zwischen den Rechenergebnissen. Z. B. wird zuerst die Diffe renz [l_T - I_(T+Ar)l - [>_(Τ+ΔΤ) " !(T₊ZAT)-I ^{= P}' ^er" rechnet. Dieser Wert I" bezeichnet die Anstiegs- oder Abstiegstendenz des Werts des durch die Abtauheizung 20 fließenden Stroms und gibt am Punkt A in Fig. 4· an, daß sich der Wert von I" an diesem Punkt von positiv nach negativ ändert. Dann multipliziert das Rechenverarbeitungsglied 23 das Signal entsprechend dem Wert des Heizstroms an dem Positiv-Negativ-Wendepunkt von I" mit einem vorbestimmten Wert und speichert das Multiplikationsergebnis. Dann vergleicht das Rechenverarbeitungsglied 23 die gespeicherte Information mit dem Signal, das dem erfaßten Heizstrom entspricht, und stellt fest, daß Punkt B in Fig. ή· erreicht ist, wenn der letztere Wert mit dem ersteren übereinstimmt. Das resultierende Ausgangssignal des Rechenverarbeitungsglieds 23 wird dem Steuerglied 24 zugeführt .

Bei einer weiteren Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels errechnet das Rechenverarbeitungsglied 23 die Differenz zwischen den Ausgangssignalen des Stromerfassungsglieds 22 zum Zeitpunkt T und zum Zeitpunkt (Τ+ΔΤ) sowie die Differenz zwischen diesen zu Zeitpunkten (Τ+ΔΤ) und (Τ+2ΔΤ). Dann subtrahiert das Glied 23 den letztgenannten Wert vom erstgenannten Wert und stellt den Punkt fest, an dem sich das Subtraktionsergebnis von positiv nach negativ ändert. Wenn der Zeitpunkt (

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der Positiv-Negativ-Wendepunkt ist, dann speichert das Glied 23 diese Information als bezeichnend für den Punkt A in Fig. 4.

Anschließend multipliziert das Rechenverarbeitungsglied die den Zeitpunkt (Τ+ΔΤ) bezeichnende Information mit einem vorbestimmten Wert und errechnet auf der Grundlage des Multiplikationsergebnisses die geschätzte Dauer der Stromzuführung zu der Abtauheizung 20 nach dem Zeitpunkt (Τ+ΔΤ). Nach Ablauf der errechneten geschätzten Dauer der Stromzuführung legt das Rechenverarbeitungsglied 23 sein Ausgangssignal an das Steuerglied 24· an. Die anschließenden Operationen sind die gleichen wie die bereits erläuterten

Nachstehend wird eine weitere Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels erläutert. Wie bereits erwähnt, ist der Abtauvorgang am Punkt B in Fig. 4- beendet. Wenn die Abtauheizung 20 danach weiter Wärme erzeugt, steigt die Temperatur der Abtauheizung 20 allmählich an, bis sämtliche Teile des Kühlers 1 im Temperaturgleichgewicht sind, da die Bereifung auf dem Kühler 1 vollständig geschmolzen ist. Daher zeigt die Änderungsrate des durch die Abtauheizung 20 nach dem Abtaubeend igungspunkt 13 in fig. *f fließenden Stroms eine abnehmende Tendenz. Somit geht die Ä'nderungsrate des durch die Abtauheizung 20 fließenden Stroms am Abtaubeend igungspunkt B in Fig. 4- von ansteigender auf abfallende Tendenz über. Diese Erscheinung wird bei der hier erläuterten Abwandlung genutzt.

Wie bei der ersten Abwandlung des Ausführungsbeispiels speichert das Rechenverarbextungsglied 23 die Ausgangssignale I-j., 1 ,j at) ^uric* I/j 2ΛΠ °*^es Stromerfassungsglieds 22 und errechnet die Differenz

.τ₊ΔΓ)---(τ«ΑΤ)]^{oder die}

die erstgenannte Differenz mit I" bezeichnet wird, bezeichnet der Wert von I" die Anstiegs- oder Abfalltendenz des durch die Abtauheizung 20 fließenden Stroms. Daher entspricht der Punkt, an dem sich der Wert von I" von negativ nach positiv ändert, dem Punkt B in Fig. 4·, d. h. dem Punkt, bei dem die Stromänderungsrate von ansteigender zu abfallender Tendenz übergeht. Sobald sich dieses Signal I" von negativ nach positiv ändert, führt das Rechenverarbeitungsglied 23 sein Ausgangssignal dem Steuerglied 24- zu. Aufgrund der Zuführung des Ausgangssignals des Rechenverarbeitungsglieds 23 schaltet das Steuerglied 23 den Stromversorgungsschalter 21 ab. Sobald der Schalter 21 abgeschaltet ist, hört die Stromzuführung zur Abtauheizung 20 auf, so daß der Abtauvorgang beendet ist. Obwohl die Änderungsrate des durch die Abtauheizung 20 fließenden Stroms sich nahe dem Punkt C in Fig. 4-von ansteigender zu abfallender Tendenz ändert, würde der Stromversorgungsschalter 21 in der Nähe des Punkts C nicht abgeschaltet werden, wenn vorgesehen ist, daß das Stromerfassungsglied 22 den Heizstrom erfaßt oder das Rechenverarbeitungsglied die Berechnung ausführt, nachdem nach dem Einschalten des Schalters 21 eine vorbestimmte Zeitperiode abgelaufen ist.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 8 und 9 wird ein zweites Ausführungsbeispiel erläutert. Es wurde gefunden, daß, obwohl sich die Dauer der Stromzuführung zu der Abtauheizung 2 je nach der Dicke der Bereifung auf dem Kühler 1 unterscheidet, eine im wesentlichen konstante Beziehung bzw. ein im wesentlichen konstantes Verhältnis zwischen dem Wert des Spitzenstroms, der durch den Punkt C in Fig. 4- bezeichnet ist, und dem Wert des Heizstroms am Abtaubeendigungspunkt B besteht. Z. B. ist der Wert des Spitzenstroms i

am Punkt Ci = 3,7 A, und der Wert des Heizstroms ip am Abtaubeendigungspunkt B in Fig. k ist ip = 1,1 A.

Damit ergibt sich die Beziehung i_c = 0,3»i . Diese

γ max

Tatsache wird bei diesem Ausführungsbeispiel genutzt.

Nach dem Blockschaltbild von Fig. 8 weist die Abtaueinrichtung einen Spannungsteiler 25 auf, der mit einem Stromerfassungsglied 22' verbunden ist und die Ausgangsspannung V·, (vgl. Fig. 9) des Stromerfassungsglieds 22' durch einen geeignet gewählten Faktor dividiert. Ein Halteglied 26 speichert den Höchstwert V₃ der Ausgangsspannung Vp des Spannungsteilers 25. Ein Vergleicher 27 vergleicht die Ausgangsspannung V, des Stromerfassungsglieds 22' mit der im Halteglied 26 gespeicherten Spannung V, und erzeugt ein Ausgangssignal, das den Stromzuführungsschalter 21 abschaltet, wenn zwischen den Spannungen V, und V₃ die Beziehung V, = V, gilt.

Das Stromerfassungsglied 22', das ein Stromwandler sein kann, wandelt den durch die Abtauheizung 20 fließenden Strom in eine Spannung entsprechend der Kurve V, in Fig. 9 um, und seine Ausgangsspannung V, wird sowohl dem Spannungsteiler 25 als auch dem Vergleicher 27 zugeführt.

Der Spannungsteiler 25 teilt die Ausgangsspannung V,

ί des Stromerfassungsglieds 22' durch einen geeignetet

• gewählten Faktor mittels z. B. Spannungsteilerwiderständen,

Die geteilte Ausgangsspannung V_? des Spannungsteilers

wird in dem Halteglied 26 gespeichert. Das Halteglied besteht aus einem Kondensator und einer Diode in einfach-

\ ster Form und speichert den Höchstwert V₃ der Ausgangs-

' spannung V₂ des Spannungsteilers 25 und liefert diese

< Höchstspannung V₃ zum Vergleicher 27. Der Vergleicher 27,

; der z. B. ein Rechenglied ist, vergleicht die Ausgangs

spannung V, des Stromerfassungsglieds 22' mit der Ausgangs-

•η α

spannung V^ des Halteglieds 26 und führt dem Stromzuführungsschalter 21 ein Abschaltsignal zu, wenn das Vergleichsergebnis zeigt, daß die Ausgangsspannung V, des Stromerfassungsglieds 22' gleich oder kleiner als die Ausgangsspannung V~ des Halteglieds 26 ist.

Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel wird zwar der Höchstwert der Ausgangsspannung des Spannungsteilers 25 in dem Halteglied 26 gespeichert; es ist jedoch ersichtlich, daß im wesentlichen die gleiche Auswirkung erzielt wird, wenn das Halteglied 26 anstelle des Höchstwerts V-, eine Spannung speichert, die nicht dem Spitzenstrom entspricht, der der Abtauheizung 20 zugeführt wird, sondern die einem Stromwert entspricht, der dem Spitzenstromwert mehr oder weniger angenähert ist. In einem solchen Fall wird das Teilungsverhältnis des Spannungsteilers 25 in geeigneter Weise geändert.

Nachstehend wird ein drittes Ausführungsbeispiel erläutert.

Die Dauer der Stromzuführung zu der Abtauheizung 2 ist unterschiedlich je nach der Dicke der Bereifung auf dem Kühler 1. Die Heizstromabnahme zwischen den Punkten A und B in Fig. 4 ist jedoch durch eine Wärmezeitkonstante bestimmt, die eine Funktion des Reif-Schmelzgrads und der Wärmekapazität der Abtauheizung 2 ist. Damit ist der Betrag der Heizstromabnahme zwischen den Punkten A und B im wesentlichen gleichbleibend. Diese Erscheinung wird genutzt zur Erfassung der Abtaubeendigung.

Fig. 10 ist ein Blockschaltbild des dritten Ausführungsbeispiels der Abtaueinrichtung, und Fig. 11 zeigt Signalverläufe von Spannungsausgangssignalen, die an verschiedenen Teilen der Einrichtung auftreten.

3H5U5

Ein Stromerfassungsglied 22' erfaßt den durch die Abtauheizung 20 fließenden Strom, und seine Ausgangsspannung V₁ wird einem Signalgeber 39 und einem Vergleicher 41 zugeführt. Der Signalgeber 39 erzeugt ein Spannungsausgangssignal V-, das mit der Zeit entsprechend einer vorbestimmten Funktion abnimmt. Ein Taktglied 40 steuert den Beginn des Auftretens des Spannungsausgangssignals Vp des Signalgebers 39. Der Vergleicher 41 subtrahiert die Ausgangsspannung V, des Stromerfassungsglieds 22' von der Ausgangsspannung V₂ des Signalgebers 39 und erzeugt ein Ausgangssignal, wenn das Subtraktionsergebnis einen vorbestimmten Wert erreicht. Aufgrund der Zuführung des Ausgangssignals vom Vergleicher 41 schaltet ein Steuerglied 42 den Schalter 21, durch den der Strom von der Stromversorgung 18 zur Abtauheizung 20 geliefert wird, ab.

Das Stromerfassungsglied 22', das ein Stromwandler sein kann, wandelt den Heizstrom in eine Spannung entsprechend der Kurve V, in Fig. 11 um und liefert diese Spannung V, an den Vergleicher 41 und an den Signalgeber 39. Unter Steuerung durch das Taktglied 40 beginnt der Signalgeber 39 ein Spannungssignal entsprechend der Kurve V~ in Fig. 11 von einem vorgegebenen Zeitpunkt t an zu erzeugen. Der Anfangswert des Spannungssignals V₂ ist bestimmt durch die zum Zeitpunkt t auftretende Ausgangsspannung V, des Stromerfassungsglieds 22'. Die Ausgangsspannung V-, des Signalgebers 39 zum Zeitpunkt der Beendigung des Abtauvorgangs ist niedriger als die Ausgangsspannung V, des Stromerfassungsglieds 22'. Im Vergleicher 41, dem die Ausgangsspannung V, des Stromerfassungsglieds 22' und diejenige V₂ des Signalgebers 39 zugeführt werden, wird die Spannung entsprechend der Kurve V-, von der Spannung entsprechend der Kurve V, subtrahiert, so daß die resultierende Spannung entsprechend der Kurve V, erhalten wird. Der

* O * Cl «

Höchstwert V-, des Subtraktionsergebnisses wird in dem Vergleicher ή-1 gespeichert. Die Spannung V, wird mit der gespeicherten Höchstspannung V, verglichen, und wenn das Verhältnis zwischen beiden einen vorbestimmten Wert erreicht, liefert der Vergieicher 4-1 ein Abtaubeendigungs-Signal an das Steuerglied 42. Aufgrund der Zuführung des Abtaubeendigungs-Signals vom Vergleicher schaltet das Steuerglied 42 den Stromzuführungsschalter 21 ab. *

Das Spdiinungssignal entsprechend der Kurve V- in Fig. 11 nutzt die Entladekennlinie des Signalgebers 39, wenn dieser aus· einer Kombination von Kondensator und Widerstand besteht;. Der Anfangswert des Ausgangsspannungssignals V₀

< C.

des Sig'nalgebers 39 ist durch die Ausgangsspannung V, des Strjomerfassungsglieds 22', die zum vorbestimmten Zeitpunjkt t unter Steuerung durch das Taktglied 40 erzeugt wird, repräsentiert. Das Spannungssignal V₂ kann so verlaufen, daß sein Endpegel niedriger als die Ausgangssp;annung V, des Stromerfassungsglieds 22' zum Zeitpunkt der Beendigung des Abtauvorgangs ist, und die Ortskurve des Spannungssignals V₂ verläuft unterhalb der Geraden zwischen ihrem Anfangs- und 'ihrem Endpegel konvex nach unten.

Die Beziehung zwischen der durch die Subtraktion von V_? von V, terhaltenen Spannung V, und deren Höchstwert V, ist bestimmt auf der Grundlage der Faktoren wie Wärmeerzeugu.*ngscharakteristik der Abtauheizung 20 und Form des Kühders 1. Anstatt einer Erfassung des Verhältnisses

zwischen V-, und V, kann auch der Zeitpunkt, an dem j j max

V-, um e.'inen vorbestimmten Pegel von V-, abnimmt, bestimmt j j max

werden," um den Beendigungszeitpunkt des Abtauvorgangs zu bestimmten.

Es ist ersichtlich, daß bei der Abtaueinrichtung eine ; besondere Abtauheizung 2 eingesetzt wird, deren Betriebs-

. temperatur-Einstellung mit 65 C gewählt ist und die

·' selbsttemperaturregelnd ist. Durch Verwendung einer

; solchen Abtauheizung in den verschiedenen Ausführungs-

! formen der Abtaueinrichtung kann die Temperatur an ver-

j schiedenen Teilen des Kühlers in einer Weise entsprechend

Fig. 6 verteilt werden, und daher kann zum Zeitpunkt der Beendigung des Abtauvorgangs ein unnötig hoher Temperaturanstieg an verschiedenen Kühlerteilen vermieden werden. Infolgedessen kann der unnötige Energieverbrauch der Abtauheizung 2 verringert werden, und der Stromverbrauch während des anschließenden Kühlvorgangs kann sehr stark verringert werden*

; Aufgrund der vorstehenden Erläuterungen kann der Fachmann

ohne weiteres die Abtaueinrichtung durch Verwendung be-

\ stimmter Schaltkreise oder mit einem Mikrocomputer <ius-

; führen.

■ Da die Erfindung auf der wirksamen Nutzung der Änderungs

rate des Heizstroms für die Erfassung der Beendigung des Abtauvorgangs basiert, ohne sich auf den Absolutwert des Heizstroms zu verlassen, stellt eine Änderung der Widerstandscharakteristik der Abtauheizung kein praktisches Problem dar. Daher kann die Abtauheizung mit einem erheblichen Toleranzbereich ihres Widerstandswerts hergestllt werden, so daß die Fertigungskosten stark verringert werden. Ferner kann die Schaltungseinstellung in der jeweiligen Abtaueinrichtung vereinfacht werden, um die roduktlvität zu steigern. Außerdem stellt auch eine dauernde Änderung des Widerstandswerts der Abtauheizung aufgrund einer langen Betriebszeit kein praktisches Problem

: dar, so daß die Betriebszuverlässigkeit der Abtaueinrich

tung erheblich verbessert wird.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 12-15 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel erläutert. Wie erwähnt, wird der Abtauheizung 20 unmittelbar nach dem Einschalten des Stromzufuhr schalters 21 ein Spitzenstrom (vgl. Punkt C in Fig. 4-) zugeführt, und anschließend nimmt der Heizstrom atr. Der Abnahmegradient des Heizstroms vom Punkt C ist proportional dem Kehrwert der Bereifungsmenge auf dem Kühler 1. D. h., die Zeitkonstante des Heizstroms ist klein, wenn die Bereifungsmenge gering ist, und ist groß, wenn die Bereifungsmenge groß ist. Die Kurven 4-3 bzw. 44 in Fig. 12 bezeichnen den Abnahmegradienten des Heizstroms, wenn die Bereifungsmenge klein bzw. groß ist. Bei dem vierten Ausführungsbeispiel wird der Abnahmegradient des Heizstroms zu einem vorbestimmten Zeitpunkt t, nach dem Einschalten des zwischen der Stromversorgung 18 und der Abtauheizung 20 angeordneten Schalters 21 erfaßt, um die Bereifungsmenge auf der Grundlage des erfaßten Gradienten zu bestimmen. Der Abtauvorgang wird eingeleitet, wenn der Wert des erfaßten Gradienten kleiner als eine vorbestimmte Einstellung ist. D. h., bei diesem Ausführungsbeispiel wird in vorbestimmten Zeitintervallen entschieden, ob ein Abtauen erforderlich ist, und das Abtauen erfolgt nur, wenn das IZntsche idungsergebnls zeigt, daß Abtauen notwendig ist. In Fig. 13 werden die gleichen Bezugs/eichen wie in Fig. 5 für entsprechende Teile verwendet .

Nach Fig. 13 erfaßt das Stromerfassungsglied 22 den durch die Abtauheizung 20 fließenden Strom, und ein Rechenverarbeitungsglied 4-5 ist für die arithmetische Verarbeitung des Ausgangssignals des Stromerfassungsglieds 22 programmiert. Ein Enscheider 4-6 entscheidet auf der Grundlage des Ausgangssignals des Rechenverarbeitungsglieds 4-5, ob Abtauen notwendig ist, und ein Stromzufuhrunterbrecherglied 4-7 schaltet den Str omzuf uhr schalter 21 ab, über den

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der Abtauheizung 20 von der Stromversorgung 18 Strom zugeführt wird. Ein Stromzufuhrstartglied 48 schaltet den Stromzufuhrschalter 21 in vorbestimmten Zeitintervallen von z. B. 8 h ein, so daß der Entscheider 46 eine Entscheidung treffen kann, ob ein Abtauen erforderlich ist. Ein Abtaubeendigungs-Erfasser 49 erfaßt dio Beendigung des Abtauvorgangs durch die Abtauheizung <?0.

Fig. 14(a) zeigt den Verlauf eines Integra ti oiiss iynals I , das die Betriebsdauer des Kühlers bezeichnet. Das Stromzufuhrstartglied 48 schaltet den Schalter 21 ein, wenn das die Betriebsdauer des Kühlers bezeichnende Signal E einen Bezugspegel I entsprechend den Punkten E,, E_? , E, und E. erreicht. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist I = 8 h gewählt. Fig. 14 (b) zeigt den Verlauf des Ausgangssignals F des Rechenverarbeitungsglieds 45. Das Signal F bezeichnet das Ergebnis der arithmetischen Verarbeitung des von dem Stromerfassungsglied 22 zugeführten Signals. Fig. 14(c) zeigt den Verlauf des vom Entscheider 46 an das Stromzufuhrunterbrecherglied 47 angelegten Signals G zur Bestimmung, ob die Stromzufuhr zu der Abtauheizung 20 /u unterbrechen ist. Dieses Signal G tritt als Resultat der. Vergleichs des Pegels des Ausgangssignals F des Rechenverarbeitungsglieds 45 mit einem vorbestimmten Bezugspegel 3 im Entscheider 46 auf. Der Pegel des Impulses des Signals F ist dem Abnahmegradienten des Heizstroms zum Zeitpunkt t, in Fig. 12 proportional. Der vorbestimmte Bezugspegel bezeichnet den Abnahmegradienten des Heizstroms, wenn eine vorbestimmte Bereifungsmenge auf dem Kühler vorhanden ist. Wenn der Pegel des Signals F höher als der Pegel 3 ist, stellt der Entscheider 46, daß die Bereifungsmenge unter einer vorbestimmten Bereifungsmenge liegt, und das Signal G entsprechend G,, G₂ und G^ tritt an dem Entscheider 46 auf und wird dem Stromzufuhrunterbrecherglied 47 zugeführt.

Dagegen tritt das Signal G nicht am Entscheider 4& auf , wenn die Bereifungsmenge groß ist, d. h., wenn die Beziehung F₃ < 0 gilt. Fig. 14- (d) zeigt den Verlauf des vom Abtaubeendigungs-Erfasser 49 erzeugten Abtaubeend igungssignals H. Fig. 14(e) zeigt den Verlauf eines Signals, das die Betriebsdauer des Stromzufuhr schalters 21 und damit der Abtauheizung 20 bezeichnet. Fig. IMf) zeigt den Verlauf eines Signals K, das die Betriebsperi^de des Kühlers bezeichnet.

Jedesmal, wenn der Pegel des Integrationssignals E,, E„, E-, oder E. , das die Betriebsdauer des Kühlers bezeichnet, den vorbestimmten Bezugspegel I erreicht, wird das Stromzufuhrstartglied 48 aktiviert und schaltet den Stromzufuhrschalter 21 ein, und unmittelbar danach wird das Integrationssignal E,, E_, E, oder E. , das die Betriebsdauer des Kühlers bezeichnet, auf seinen Nullpegel zurückgebracht. Die Integration des Kühlerbetriebs beginnt dann erneut. Eine Kühler Steuerfunktion (nicht gezeigt) ist gesondert vorgesehen, so daß der Kühler den Kühlbetrieb während der Betriebsperiode der Abtauheizung 20 einstellt und den Kühlbetrieb während der Ruheperiode der Abtauheizung 20 durchführt. Aus Fig. 14 ist ersichtlich, daß der Kühler seinen Kühlbetrieb entsprechend der Periode K, einstellt, wenn das Signal E, den Pegel I erreicht.

Wenn der Stromzufuhrschalter 21 eingeschaltet wird, wird von der Stromversorgung 18 Strom zu der Abtauheizung 20 über den Schalter 21 geleitet. Der durch die Abtauheizung fließende Strom wird dem Stromerfassungsglied 22 zugeführt. Dieses. Glied , das z. B. ein Stromwandler ist, erzeugt ein Signal entsprechend dem Heizstrom und führt dieses Signal dom Rechonvorarbeitungsglled 4 5 zu. Dieses erfaßt den Höchstpegel des Signals und errechnet die Änderungsrate des Signals zwischen dem Punkt, an dem es den Höchstwert

erreicht, und dem Zeitpunkt t,, der um die vWbestimmte Zeitperiode später als der erstgenannte Punkt liegt. Das Signal F,, das das Rechenergebnis bezeichnet*, wird an den Entscheider 46 von dem Rechenverarbeitunjgsglied 45 - angelegt. Wenn der Pegel des an den Entscheicler 46 angelegten Signals F, höher als der vorbestimmte' Bezugspegel 3 ist, wird vom Entscheider 46 das Stromzuf uhrtinterbrechungs-Signal G-, an das Stromzufuhrunterbrecherglied 4 7 angelegt, "' so daß die Stromzufuhr zur Abtauheizung 20 unterbrochen

wird. Aufgrund der Zuführung des Signals G₁ "schaltet das

§

; Stromzufuhrunterbrecherglied 47 den Stromzufuhr schalter 21

' ab, und die Abtauheizung 20 erzeugt keine Wärme mehr. So-

bald der Schalter 21 abgeschaltet wird, begannt der Kühler

: mit dem Kühlbetrieb entsprechend dem Signal K in Fig. 14

unter der Steuerung der gesondert vorgesehenen Kühler-

Ij Steuerfunktion. Das Stromzufuhrstartglied 48· beginnt die

Betriebsdauer des Kühlers zu zählen, und wenti das Integrationssignal E- den vorbestimmten Bezugspegel^ I von Fig. 14

: erreicht, wird der Schalter 21 wieder eingeschaltet, so

r daß die verschiedenen Elemente der Abtaueinrdchtung in der

;) erläuterten Weise aktiviert werden.

Wenn dagegen der Pegel des an den Entscheider 46 angelegten Signals F., niedriger als der vorbestimmte Bezugspegel 3

) ist, wird das Stromzufuhrunterbrechungs-Sign'al G nicht von

■. dem Lntscheider 46 an das Stromzuf uhrunterbrecher y lied 47

, angelegt. Da das Signal G nicht angelegt wir'd , schaltet das

Glied 47 den Schalter 21 nicht aus, der daher eingeschaltet

ϊ gehalten wird. Da der Schalter 21 eingeschaltet bleibt,

! wird der Abtauheizung 20 ständig Strom zugeführt, und die

j Bereifung auf dem Kühler wird durch die ständig von der

Abtauheizung 20 erzeugte Wärme zum Schmelzen gebracht. Nach

vollständigem Abtauen der Bereifung wird dem:Stromzufuhr-

Unterbrecherglied 47 von dem Abtaubeend igung'5-Erf asser 49

das Abtaubeendigungssignal H₁ zugeführt. Infolge der Zufüh-

3U5445

rung dieses Signals H, schaltet das Stromzufuhrunterbrecherglied 47 den Schalter 21 ab. Sobald der Schalter 21 abgeschaltet ist, beginnt der Kühler den Kühlbetrieb unter Steuerung durch die Kühler Steuer funkt ion (nicht gezeigt)»

Fig. 15 zeigt den Operationsablauf der Abtaueinrichtung nach Fig. 13, wenn diese von einem Mikrocomputer gesteuert wird. In Schritt 50 wird die Zähler-Zählperiode t des Kühlers mit t = 0 in dem Stromzufuhrstartglied 48 gesetzt, und in Schritt 51 beginnt der Zähler mit der Integration der Operationsperiode t. In Schritt 52 wird der Zeitpunkt t, erfaßt, an dem die Beziehung t = I gilt. In Schritt erfaßt das Stromerfassungsglied 22 den Heizstrom i zum Zeitpunkt t, , an dem die Beziehung t ■= I gilt. In Schritt 54 errechnet das Rechenverarbeitungsglied 45 das Verhältnis i,/i_ zwischen dem Heizstrom i, zum Zeitpunkt t, und dem Heizstrom i_? zum Zeitpunkt (ΐ,+Δΐ). In Schritt 55 entscheidet der Entscheider 46, ob die Beziehung i,/i- = 3 gilt. Wenn das Entscheidungsergebnis "Ja" ist, erzeugt der Entscheider 46 das Stromzufuhrunterbrecher-Signal G, um die Stromzufuhr zur Abtauheizung 20 zu unterbrechen. Wenn dagegen das Entscheidungsergebnis "nein" ist, wird das Signal G nicht am Entscheider 46 erzeugt, und die Stromzufuhr zur Abtauheizung 20 wird in Schritt 56 fortgesetzt. Da der Heizstrom der Abtauheizung 20 nunmehr kontinuierlich zugeführt wird, wird in Schritt 57 der Abtaubeendigungs-Erfasser 49 wirksam und erzeugt schließlich in ßchritt 58 das Abtaubeendigungssignal H bei Erfassung der Beendigung des Abtauvorgangs. In Schritt 59 schaltet'das Stromzufuhrunterbrecherglied 47 den Schalter 21 ab, so daß die Stromzufuhr zur Abtauheizung 20 unterbrochen .wird, und zwar aufgrund des Ausgangssignals des Entscheiders 4-6 oder des Abtaubeend igungs-Erf assers 49.

3U5U5 ·^:'"-'

Die Beendigung des Abtauvorgangs bei der Abtaueinrichtung nach Fig. 13 kann von einem Thermostat erfaßt werden, der die Oberflächentemperatur des Kühlers erfaßt, oder sie kann einfach von einem Zeitgeber erfaßt werden. Wenn der Zeitgeber für die Erfassung der Abtaubeendigung eingesetzt '_ wird, kann die Zeitgebereinstellung so gewählt sein, daß

sie dem Kehrwert des Pegels des Ausgangssignals F des

•^f Rechenverarbeitungsglieds Ψ5 entspricht. Ferner kann eine

; Schaltungsanordnung entsprechend den F Lg. '> , H odor 1.0

' verwendet werden, um zu erfassen, daß der Wert des durch

die Abtauheizung 20 fließenden Stroms auf einen unter einem Schwellenwert liegenden Pegel abgefallen ist.

Bei dem vierten Ausführungsbeispiel umfaßt die Verdampfer-

; funktion zwar nur die Einschalt- und die Abschalt-Betriebsart,

es ist jedoch ersichtlich, daß die Einschalt-Betriebsart auch die vorübergehende Pausen-Betriebsart mit umfaßt, da ' die Temperaturregelung natürlich auch in der Einschalt-

Betriebsart erfolgt. Ferner braucht der eingeschaltete

Kühler seinen Kühlbetrieb nicht sofort zu beginnen, sondern ij er kann diesen beginnen, nachdem er von der durch die Abtauheizung bewirkten Erwärmung wieder abgekühlt ist. Die j Erfindung ist auch auf einen solchen Fall ohne weiteres

anwendbar.

Aus der vorstehenden Erläuterung des vierten Ausführungs-

^ beispiels ist ersichtlich, daß der Abtauvorgang nur durchgeführt wird, wenn die Bereifung so stark ist, daß dadurch das Kühlvermögen des Kühlers vermindert wird. Somit kann eine optimale Steuerung des Abtauvorgangs ohne unnötiges

< Abtauen erreicht werden, und dadurch ergibt sich eine

' erhebliche Energieeinsparung.

3U5U5

Bei dem letztgenannten Ausführungsbeispiel wird die Dauer des Kühlerbetriebs nach dem Abschalten dor Abtauheizung und vor dem Einschalten der Abtauheizung bevorzugt so eingestellt, daß der Kältebedarf für den Sommer, in dem die stärkste Bereifung erfolgt, gedeckt wird, was auch beim Stand der Technik erfolgt. Wenn die Dauer so eingestellt ist, kann die Anzahl Abtauschritte und somit die Anzahl Kühler-Erwärmungsschritte im Winter, in dem die Bereifung am geringsten ist und der Abtaubedarf wesentlich geringer als im Sommer ist, reduziert werden. Damit kann die zum erneuten Kühlen des Kühlers erforderliche Energie reduziert und die entsprechende Energieeinsparung erreicht werden.

lie i den vorstehend erläuterten verschiedenen Ausf ührungsbeispielen wird der durch die Abtauheizung fließende Strom für Regel- bzw. Steuerzwecke erfaßt. Die Auswirkung ist jedoch die gleiche, wenn die der Abtauheizung zugeführte Energie erfaßt wird.

Bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen wird ein Heizelement, das aus einem Gemisch aus Kohlenstoff und einem organischen Werkstoff besteht, eingesetzt; selbstverständlich ist das Heizelement in keiner Weise auf eine derart spezifische Zusammensetzung beschränkt. Tatsächlich kann das Heizelement irgendein Heizelement des Typs sein, bei dem der Wider stand stemperatürkoeffizient positiv ist und der Wider stand swer t steh bei einer bestimmten Temperatur steil ändert. Somit kann die Heizung z. B. ein Keramikheizelement in Form eines Heißleiters aufweisen, der aus einem anorganischen Werkstoff wie Bariumtitanat besteht und einen positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten aufweist. Selbstverständlich kann ein solches Keramikheizelement mit gleicher Wirksamkeit bei der Erfindung eingesetzt werden. In diesem Fall wird der Be-

ο triebstemperaturbereich bevorzugt zwischen 30 C und

110 ⁰C gewählt

j j

j Fig. 16 zeigt den Aufbau eines Kühlers 1 miij einer der

ar L J-(JtMi Kcr am I khe l/unq 60. i L(j. 17 lsi e Inc fSChn i IL.insieht der Keramikhelzung 60. Uiese umfdiit e|n liarium-

titanat-Heizelement 61, Stromzuführungse lekfroden 62,

\ 6i und isolierende Deckschichten 64. j

Claims

Patentansprüche

1 ./Abtaueinrichtunq zum Abtauen der Bereifung auf einem

Kühler,

gekennzeichnet durch

- eine Abtauheizung (20) mit positivem Widerstandstemperaturkoeffizienten, der sich bei einer bestimmten Temperatur steil ändert;

- ein Stromerfassungsglied (22; 22')? das den durch die Abtauheizung (20) fließenden Strom erfaßt;

- an das Stromerfassungsglied (22; 22') angeschlossene Signalverarbeitungsmittel (23; 36; 4-1; 4-5), die ein einen vorbestimmten Zustand des erfaßten Heizstroms bezeichnendes Signal erzeugen; und

- ein Steuerglied (24·; 38; 4-2; 4-8), das den der Abtauheizung (20) zugeführten Strom auf der Basis des Ausgangssignals der Signalverarbeitungseinheit (23; 36; 4-1; 45) regelt.
2. Abtaueinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Signalverarbeitungseinheit (23) ihr die Beendigung des Abtauvorgangs bezeichnendes Ausgangssignal erzeugt, wenn der Wert des erfaßten Heizstroms einen vorbestimmten Anteil des durch die Abtauheizung (20) fließenden Stroms an einem Wendepunkt der He izstrom-Ä'nderungsr ate von abnehmender zu zunehmender Tendenz erreicht.

81-A 6010-02-Schö

3H5445 ···'··
3. Abtaueinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Signalverarbeitungseinheit (23) ihr die Beendigung des Abtauvorgangs bezeichnendes Ausgangssignal erzeugt, wenn die Betriebsperiode der Abtauheizung nach einem Wendepunkt der Heizstrom-Änderungsrate von abnehmender zu zunehmender Tendenz einen vorbestimmten Anteil der Betriebsperiode erreicht, die erforderlich ist, bis der Wendepunkt nach dem Einschalten der Abtauheizung (20) erreicht wird.
4-. Abtaueinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Signalverarbeitungseinheit (23) ihr die Beendigung des Abtauvorgangs bezeichnendes Signal erzeugt, wenn die He izstrom-Ä'nderungsrate einen Wendepunkt von zunehmender zu abnehmender Tendenz erreicht.
5. Abtaueinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Signalverarbeitungseinheit ein Speicherglied (37) aufweist, das einen vorbestimmten Anteil des Werts des der Abtauheizung (20) unmittelbar nach deren Einschalten zugeführten Spitzenstroms speichert und sein die Beendigung des Abtauvorgangs bezeichnendes Ausgangssignal erzeugt, wenn der erfaßte Heizstromwert mit dem gespeicherten Wert übereinstimmt (Fig. 8).
6. Abtaueinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Signalverarbeitungseinheit

- einen Signalgeber (39), der ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Pegel über die Zeit abnimmt, und

- ein Speicher glied (41) aufweist, das den Höchstwert der Differenz zwischen den Ausgangssignal des Signal-

S Οβ

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3U5U5 "·*"

gebers (39) und dem erfaßten Heizstrom speichert und sein die Beendigung des Abtauvorgangs bezeichnendes Ausgangssignal erzeugt, wenn der gespeicherte Höchstwert und der Differenzwert eine vorbestimmte Uezlehumj anne hmen
(Fig. 10).
7. Abtaueinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Signalverarbeitungseinheit aufweist:

- ein arithmetisches Verarbeitungsglied (45), das ein den Abnahmegradienten des Heizstroms zu einem vorbestimmten Zeitpunkt, nachdem der Heizstrom seinen Höchstwert erreicht hat, bezeichnendes Ausgangssignal erzeugt, und

- ein Entscheidungsglied (46), das über die Notwendigkeit einer Stromzuführung zur Abtauheizung (20) auf der Grundlage des Ausgangssignals des arithmetischen Verarbeitungsglieds (45) entscheidet und ein den Beginn des Abtauvorgangs bezeichnendes Ausgangssignal erzeugt, wenn

das Entscheidungsergebnis zeigt, daß die Stromzufuhr zur Abtauheizung (20) erforderlich ist (Fig. 13).
8. Abtaueinrichtung zum Abtauen der Bereifung auf einem Kühler ,

gekennzeichnet durch

- eine Abtauheizung (2) mit einem Heizelement (5), das aus einem Gemisch eines elektrisch leitfähigen Werkstoffs und eines organischen Werkstoffs besteht, und mit Elektroden (4, 4') zur Stromzufuhr zum Heizelement (5 ) ,

wobei die Abtauheizung (2) eine SeIbsttemperaturregelungs-Funktion aufweist und innerhalb eines Betriebstemperaturbereichs von 30-110 ⁰C arbeitet.
9. Abtaueinrichtung zum Abtauen der Bereifung auf einem Verdampfer,
gekennzeichnet durch

- eine Abtauheizung (20), die einen positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten aufweist, der sich bei einer bestimmten Temperatur steil ändert;

- eine Stromzufuhr-Einschalteinheit (21) zur Stromzufuhr" zu der Abtauheizung (20) in vorbestimmten Zeitintervallen ;

- ein Stromerfassungsglied (22), das den durch die Abtauheizung (20) fließenden Strom erfaßt;

- eine arithmetische Verarbeitungseinheit (45) , die den AbnahmegradienLon des Heizstroms errechnet, nachdem der Heizstrom seinen Höchstwert erreicht hat;

- ein Ln tsche idungsglied (46), das über die Notwendigkeit der Stromzufuhr zu der Abtauheizung (20) auf der Basis des errechneten Heizstrom-Abnahmegradienten entscheidet;

- einen Abtaubeendigungs-Erfasser (49), der die Beendigung des Abtauvorgangs erfaßt; und

- ein Stromzufuhrunterbrecherglied (47), das die Stromzufuhr zu der Abtauheizung (20) aufgrund der Zuführung des Signals vom Entscheider (46) oder vom Abtaubeendigungs-Erf asser (49) unterbricht.
10. Abtaueinrichtung nach Anspruch 1 oder 9, dadurch gekennzeichnet,

daß die Abtauheizung (20) ein Heizelement (5) aufweist, das aus einem Gemisch aus elektrisch leitfähigem Werkstoff und organischem Werkstoff sowie Elektroden (4, 4') zur Stromzufuhr zu dem Heizelement (5) besteht und dessen Betriebstemperaturbereich zwischen 30 und 110 C gewählt

(Fig. 2).

3H5445 ··'■'·■
11. Abtaueinrichtung nach Anspruch 1 oder 9, dadurch gekennzeichnet,

daß die Abtauheizung eine Keramikheizung (60) mit einem aus einer Bar iumtitanatverbindung bestehenden Heizelement (61) ist und ihr Betriebstemperaturbereich

zwischen 30 und 110 ⁰C gewählt ist (Fig. 17).