DE60121783T2

DE60121783T2 - Verfahren zur steuerung eines kältegerätes

Info

Publication number: DE60121783T2
Application number: DE60121783T
Authority: DE
Inventors: Arcelik A.S. Yalcin GÜLDALI; Arcelik A.S. Emre ARISOY; Arcelik A.S. Yüksel ATILLA; Arcelik A.S. Mustafa YÜKSEL
Original assignee: Arcelik AS
Current assignee: Arcelik AS
Priority date: 2000-10-11
Filing date: 2001-10-04
Publication date: 2007-08-02
Anticipated expiration: 2021-10-05
Also published as: TR200300434T1; UA76962C2; EP1325271B1; DE60121783D1; ATE334362T1; AU2002212950A1; EP1325271A1; ES2269479T3; WO2002031419A1; RU2285873C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerverfahren, das einer Kältevorrichtung ermöglicht, ungeachtet von Umgebungstemperaturschwankungen ein optimales Kühlleistungsverhalten zu erbringen.
Ein Verfahren zur Steuerung eines Kältegeräts ist aus EP-0 949 467 bekannt.
Haushaltskühlschränke bestehen gewöhnlich aus zwei gesonderten Fächern, die bei unterschiedlichen Temperaturen gehalten werden, nämlich dem Frischlebensmittelfach und dem Gefrierfach. Das Frischlebensmittelfach wird vorzugsweise für die Lagerung von frischen Lebensmitteln verwendet, während das Gefrierfach für die Lagerung von gefrorenen Lebensmitteln verwendet wird. Beim Stand der Technik ist das Kühlleistungsverhalten einer Kältevorrichtung mit zwei Fächern, die bei unterschiedlichen Temperaturen gehalten werden, mit unterschiedlichen Kältekreisen für jedes Fach versehen. Derartige Kältegeräte weisen hohe Herstellungskosten auf.
Diese Kältegeräte, die zwei Fächer aufweisen, welche bei unterschiedlichen Temperaturen gehalten werden, können zur Bereitstellung der Kühlung auch einen einheitlichen Kältekreis und einen im Frischlebensmittelfach angeordneten Temperatursensor einsetzen. In den Kühlschränken, bei denen die Kühlung erreicht wird, indem die Frischlebensmittelfachtemperatur als Bezug genommen wird, tritt das Hauptproblem auf, wenn die Umgebungstemperatur niedriger als ein vorbestimmter Wert ist. In diesem Fall ist der Wärmegewinn des Kühlschrankfachs beträchtlich niedrig und nimmt die Betriebsrate des Kompressors ab, was wiederum die Kühlleistungsfähigkeit des Gefrierfachs nachteilig beeinflußt. Während der langen Zeiträume, in denen der Kompressor außer Betrieb steht, steigt die Temperatur im Gefrierfach über den gewünschten Temperaturwert, was folglich zu einer Verkürzung der Lagerlebensdauer der gefrorenen Lebensmittel oder zu einem Verderben der im Gefrierfach enthaltenen Lebensmittel führt. Um dieses Problem zu überwinden, ist im Frischlebensmittelfach des Kältegeräts ein Heizelement angeordnet. In Fällen, in denen die Umgebungstemperatur unter einem vorbestimmten Wert liegt, wird die Heizeinrichtung betätigt, um die Temperatur des Frischlebensmittelfachs zu erhöhen und den Kompressor zu betreiben. Bei dieser Vorgangsweise werden in Fällen, in denen die Umgebungstemperatur niedrig ist und der Kompressor für eine lange Zeit außer Betrieb gelassen wird, in beiden Fächern Temperaturschwankungen beobachtet. Darüber hinaus kann das Ansteigen der Gefrierfachtemperatur über einen vorbestimmten Wert nicht verhindert werden.
In der französischen Patenschrift Nr. 2254762 sind Kältegeräte mit zwei bei unterschiedlichen Temperaturen gehaltenen Fächern, die einen einzelnen Kältekreis und einen im Frischlebensmittelfach angeordneten Temperatursensor einsetzen, offenbart. Bei dieser Technik werden für den Kompressor bessere Betriebsbedingungen bereitgestellt, indem zur Beseitigung der oben erwähnten Probleme das Heizelement betätigt wird, wenn sich der Kompressor in einem Ruhezustand befindet. Dieses Verfahren verursacht einen hohen Energieverbrauch, da die Heizeinrichtung auch in Fällen betrieben wird, in denen die Umgebungstemperatur hoch ist. In der italienischen Patentschrift Nr. 1027733 wird das Heizelement zur Überwindung dieser Unzulänglichkeit durch eine manuelle Steuerung ausgeschaltet, wenn die Umgebungstemperatur verhältnismäßig hoch ist. Diese Technik wird als nicht genau genug betrachtet, da sie einen persönlichen Eingriff durch den Benutzer erfordert, d.h., benutzerabhängig ist.
Eine andere Ausführung dieser Technik ist in der französischen Patentschrift Nr. 2347634 offenbart, wobei ein Temperatursensor an einer Außenfläche der Kältevorrichtung angebracht ist, um die Umgebungstemperatur festzustellen. Diese Technik ist jedoch ziemlich kompliziert und kann leicht durch die Schwankungen in der Umgebungstemperatur beeinflußt werden. Überdies steigen aufgrund des außen an der Kältevorrichtung angebrachten Temperatursensors die Herstellungskosten.
In der europäischen Patentanmeldung Nr. 0 388 726 ist ein Zeitgeber in das System aufgenommen, um einen unerwünschten Energieverbrauch zu verringern. Die Temperatur wird durch einen Sensor festgestellt, der im Frischlebensmittelfach angeordnet ist. Wenn der Ruhezeitraum des Kompressors kürzer als die vorbestimmte Verzögerung ist, wird die Heizeinrichtung nicht aktiviert, so daß jeglicher unnötige Energieverbrauch vermieden werden wird. In Fällen, in denen die Umgebungstemperatur niedrig ist, ist der Ruhezeitraum des Kompressors länger als die vorbestimmte Verzögerung, und wird das Heizelement betätigt. Obwohl diese Technik verglichen mit den anderen Techniken einfach und leistungsfähiger ist, werden Heizeinrichtungen mit verhältnismäßig hohen Ausgangsleistungen benötigt, da der Heizprozeß nach einem bestimmten Verzögerungszeitraum begonnen wird, und treten aufgrund des Umfangs des Heizelements auch Platzanforderungen auf; und diese Nachteile führen zu lokalen Überhitzungserscheinungen im Fach.
Im Hinblick auf die Überwindung dieser Unzulänglichkeiten, die in der EP-Anmeldung Nr. 0 388 726 erkannt werden, wird die Heizeinrichtung in der EP-Anmeldung Nr. 0 484 860 direkt betätigt, falls der Betriebszeitraum des Kompressors kürzer als ein vorbestimmter Mindestwert ist, und läuft die Heizeinrichtung weiter, bis der Kompressor betätigt wird. Bei dieser Ausführung wird die Heizeinrichtung unnötig betätigt, selbst wenn sie nicht benötigt wird, was eine Zunahme des Energieverbrauchs verursacht.
EP-0 949 467 offenbart ein Verfahren zur Steuerung eines Kältegeräts mit zumindest zwei unterschiedlichen Fachtempe raturen, die thermisch voneinander beabstandet sind, und mit einem Kompressor, der zumindest zwei Verdampfer, die hintereinander in einer Reihenverbindung angeordnet sind und zur Kühlung der Kältefächer dienen, mit einem Kältemittel lädt, und der durch ein Reglerelement gesteuert wird, welches in einem Fach mit der höheren Temperatur angeordnet ist, um die beabsichtigte Fachtemperatur aufrechtzuerhalten, wobei die Fachtemperatur im Fach mit der höheren Temperatur durch ein Heizelement beeinflußt werden kann, wobei eine elektronische Steuereinheit bereitgestellt ist, die zumindest einen Zielwert, der in einem Datenspeicher gespeichert ist, mit einem tatsächlichen Wert vergleicht, welcher sich aus der Betriebsart des Kompressors ergibt, und die dann, wenn die Zieltemperatur unterschritten oder überschritten wird, ein Steuersignal liefert, wodurch die Heizeinrichtung in Betrieb gestellt wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Steuerverfahren zu verwirklichen, das einem Kältegerät ermöglicht, ungeachtet der Umgebungstemperaturschwankungen ein optimales Kühlleistungsverhalten bereitzustellen.
Das Verfahren zur Steuerung eines Kältegeräts, das zur Erfüllung der oben erwähnten Aufgabe der vorliegenden Erfindung verwirklicht wurde, wurde in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht, wobei
1 eine graphische Darstellung ist, die die Betriebszeiträume der Heizeinrichtung und des Kompressors zeigt,
2 das Ablaufdiagramm des Verfahrens zur Steuerung des Kältegeräts ist,
3 eine schematisch Querschnittansicht der Kältevorrichtung ist.
Die in den Zeichnungen gezeigten Bestandteile wurden wie folgt einzeln mit Bezugszeichen versehen:

1: Frischlebensmittelfach
2: Gefrierfach
3: Heizeinrichtung
4: Kompressor
5: Steuereinheit
6: Temperatursensor
7: Verdampfer

Die Kältevorrichtung der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Frischlebensmittelfach (1), ein Gefrierfach (2), einen Kompressor (4), der das Kältemittelfluid verdichtet und im Kreis führt, einen Temperatursensor (6), der im Frischlebensmittelfach (1) angeordnet ist, ein Heizelement (3), das im Frischlebensmittelfach (1) angeordnet ist, und eine Steuereinheit (5), um alle anderen Bestandteile zu lenken und zu steuern. Der Kühlvorgang wird durchgeführt, indem die Temperatur des Frischlebensmittelfachs (1) als Bezug genommen wird. In derartigen Kältegeräten ist der Wärmegewinn im Frischlebensmittelfach (1) bei niedrigen Umgebungstemperaturen ziemlich niedrig. In diesem Fall wird die Temperatur des Frischlebensmittelfachs (1) verwendet und der Kompressor (4) durch Einschalten der Heizeinrichtung (3) erneut betätigt, um einen unnötig langen Ruhezustand des Kompressors (4) und das Ansteigen der Temperatur des Gefrierfachs (2) über den gewünschten Temperaturwert zu vermeiden. Beim Verfahren der vorliegenden Erfindung wird der Augenblick für die Betätigung der Heizeinrichtung (3) abhängig von der Betriebsrate des Kompressors (4) dynamisch bestimmt.
Bei diesem Verfahren ist der Betriebzyklus des Kältegeräts als der mit der Betätigung des Kompressors (4) beginnende Zeitraum bis zu dessen Neustart im Anschluß an ein Ruhestadium bestimmt.
Hierbei ist n die Anzahl der Zyklen,
t_1n: Laufzeit des Kompressors (4) beim n-ten Zyklus,
t_2n: Zeit, die für das Neustarten nach dem Ruhezeitraum des Kompressors (4) beim n-ten Zyklus verbraucht wird,
t_3n: Zeitraum, der beim n-ten Zyklus nach dem Anhalten des Kompressors verbraucht wird,
t_4n: Laufzeit der Heizeinrichtung (3) beim n-ten Zyklus.
PCRT (die Prozent-Kompressorlaufzeit) zeigt die Betriebsrate des Kompressors (4);
PCRT_Ziel ist ein bestimmter konstanter Wert, welcher den Zielwert der Betriebsrate des Kompressors zeigt, der durch den Hersteller als Ergebnis experimenteller Untersuchungen bestimmt ist,
PCRT_{zeitweiliges-Ziel(n)} ist die Zielbetriebsrate des Kompressors (4), die sich beim n-ten Zyklus dynamisch verändert,
PCRT_{zeitweilig(n)} ist die augenblickliche Betriebsrate des Kompressors (4), nachdem er anhält und bis die Heizeinrichtung (3) eingeschaltet wird, beim n-ten Zyklus, PCRTzeitweilig(n) = t1n/(t1n + t3n),PCRT_{tatsächlich(n)} ist die Betriebsrate des Kompressors (4), die während des n-ten Zyklus verwirklicht wurde, PCRTtatsächlich(n) = t1n/(t1n + t2n),Δ ist der konstante Korrekturfaktor, der durch den Hersteller bestimmt ist und verwendet wird, um den Wert PCRT_{zeitweiliges-Ziel(n)} im Einklang mit den Betriebsbedingungen und mit dem Leistungsverhalten des Kältegeräts dynamisch zu erhöhen/zu verringern.
Wenn das Kältegerät anfänglich gestartet wird, wird der Wert PCRT_{zeitweiliges-Ziel(n)} auf den Wert PCRT_Ziel ausgeglichen. Die Schritte, die beim Steuervorgang des Kältegeräts eingesetzt werden, sind mit Ausnahme dieser Tätigkeit in allen Betriebszyklen die gleichen. Als Beispiel sind nachstehend die Schritte angegeben, die im Betriebszyklus n beinhaltet sind.
Im n-ten Betriebszyklus des Kältegeräts wird der Betrieb des Kompressors (4) geprüft und beim Abschluß des Laufs des Kompressors (4) seine Laufzeit (t_1n) durch die Steuereinheit (5) berechnet (102). Dann wird die Zeit (t_3n), die nach dem Anhalten des Kompressors (4) verbraucht wird, als augenblicklicher Wert bestimmt (103). Während dieser Vorgänge wird die durch den Temperatursensor (6) gemessene Temperatur des Frischlebensmittelfachs (1) zur Steuereinheit (5) übertragen (104). Wenn die Temperatur des Frischlebensmittelfachs (1) über einem durch den Hersteller definierten Schwellenwert liegt (104), beginnt der Kompressor (4) zu laufen (117), wird der Wert PCRT_{zeitweiliges-Ziel(n)} auf den Wert PCRT_Ziel ausgeglichen (118), und beginnt der "n + 1"-te Betriebszyklus. Falls die Temperatur des Frischlebensmittelfachs (1) unter einem durch den Hersteller definierten Schwellenwert liegt (104), wird unter Verwendung der Werte der Laufzeit (t_1n) des Kompressors (4) und der nach dem Anhalten des Kompressors (4) verbrauchten Zeit (t_3n) der Wert PCRT_{zeitweilig(n)} berechnet und mit dem Wert PCRT_{zeitweiliges-Ziel(n-1)} verglichen (106).
Falls der Wert PCRT_{zeitweilig(n)} größer als oder gleich wie der Wert PCRT_{zeitweiliges-Ziel(n-1)} ist (106), während die Betriebsrate des Kompressors beim betroffenen Kältezyklus über der Zielebene (PCRT_{zetweiliges-Ziel(n-1)}) liegt, wird die Heizeinrichtung (3) nicht eingeschaltet und setzen sich die Vorgänge beginnend mit dem Schritt (101), bei dem die Laufzeit (t_1n) des Kompressors (4) durch die Steuereinheit (5) gemessen wird, fort.
Wenn der Wert PCRT_{zeitweilig(n)} kleiner als der Wert PCRT_{zeitweiliges-Ziel(n-1)} ist (106), wird die Heizeinrichtung (3) durch die Steuereinheit (5) betätigt, da das Ziel nicht erreicht wurde. Die durch den Temperatursensor (6) gemessene Temperatur des Frischlebensmittelfachs (1) wird zur Steuereinheit (5) übertragen. Nach einem bestimmten Zeitraum im Anschluß an die Aktivierung der Heizeinrichtung (3) steigt die Temperatur des Frischlebensmittelfachs (1) an, und wenn sie einen Wert über einem durch den Hersteller definierten Schwellenwert erreicht, betätigt die Steuereinheit (5) den Kompressor (4) (109) und schaltet sie die Heizeinrichtung (3) aus (110). Damit ist der n-te Kältezyklus abgeschlossen.
In dem Augenblick, in dem der Kompressor (4) den nächsten (n + 1) Betriebszyklus beginnt, wird die Zeit (t_2n), die für das Neustarten des Kompressors (4) verbraucht wird, nachdem er am Ende des n-ten Zyklus angehalten hat, berechnet (111). Zur gleichen Zeit wird der Wert PCRT_{tatsächlich(n)} berechnet (112), und wird der Wert PCRT_{tatsächlich(n)} mit dem Wert PCRT_Ziel verglichen (113).
Wenn der Wert PCRT_{tatsächlich(n)} kleiner als der Wert PCRT_Ziel ist (113), ist die Zeit (t_2n), die für das Neustarten des Kompressors (4) verbraucht wird, nachdem er angehalten hat, länger als der Zielwert und nimmt der Wert PCRT_{tatsächlich(n)} im Verhältnis zu dieser Zeit ab. Während der Zeit (t_2n), die für das Neustarten des Kompressors (4) verbraucht wird, nachdem er angehalten hat, führt das Kältegerät keinen Kühlvorgang durch. Daher muß diese Zeit (t_2n) verkürzt werden, damit der Kompressor (4) früher betätigt wird. Aus diesem Grund wird der Wert PCRT_{zeitweiliges-Ziel(n)} durch Hinzufügen des durch den Hersteller bestimmten Werts "Δ" zum Wert PCRT_{zeitweiliges-Ziel(n-1)} berechnet (114). In diesem Fall nimmt der Wert PCRt_{zeitweiliges
Ziel(n)} um einen Δ-Wert zu und wird die Heizeinrichtung (3) im nächsten Zyklus schneller aktiviert, falls dies nötig ist, und der Kompressor (4) früher betätigt.
Wenn der Wert PCRT_{tatsächlich(n)} größer als der Wert PCRT_Ziel ist (113), ist die Zeit (t_2n), die für das Neustarten des Kompressors (4) verbraucht wird, nachdem er angehalten hat, kürzer als der Zielwert und nimmt der Wert PCRT_{tatsächlich(n)} im Verhältnis zu dieser Zeit zu. Da die Zeit (t_2n), die für das Neustarten des Kompressors (4) verbraucht wird, nachdem er angehalten hat, abnimmt, läuft der Kompressor (4) für eine längere Zeit, was wiederum zu einem Anstieg des Energieverbrauchs führt. Somit muß die Heizeinrichtung (3) später betätigt werden, damit die Zeit (t_2n) verlängert wird und vermieden wird, daß der Kompressor (4) mehr als die bestimmte Rate läuft. Zu diesem Zweck wird der Wert PCRT_{zeitweiliges-Ziel(n)} durch Abziehen des durch den Hersteller bestimmten Werts "Δ" vom Wert PCRT_{zeitweiliges-Ziel(n-1)} berechnet. In diesem Fall nimmt der Wert PCRT_{zeitweiliges-Ziel(n)} um einen Δ-Wert ab und wird der Betätigungszeitraum der Heizeinrichtung (3) verlängert, so daß der Kompressor (4) mit einer bestimmten Verzögerung startet.
Falls der Wert PCRT_{tatsächlich(n)} dem Wert PCRT_Ziel gleich ist (113), läuft der Kompressor (4) mit einer optimalen Rate und wird der Wert PCRT_{zeitweiliges-Ziel(n)} auf den Wert PCRT_{zeitweiliges-Ziel(n-1)} ausgeglichen (116).

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Kältegeräts für ein Kältegerät, das den Kühlvorgang durch Nehmen der Temperatur des Frischlebensmittelfachs (1) als Bezug durchführt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: Prüfen (101) des Laufs des Kompressors (4) beim n-ten Zyklus des Kältegeräts und Berechnen der Laufzeit (t_1n) des Kompressors (4) beim Abschluß des Laufs des Kompressors (102) und des Werts der Zeit (t_3n) als verbrauchte Zeit nach dem Anhalten (103) des Kompressors durch eine Steuereinheit (5); Übertragen der Temperatur des Frischlebensmittelfachs (1), die durch einen Temperatursensor (6) gemessen wurde, zur Steuereinheit (5) und Aktivieren (117) des Kompressors (4), wenn die Temperatur des Frischlebensmittelfachs (1) über einem durch den Hersteller definierten Schwellenwert liegt (104); Ausgleichen des Prozent-Kompressorlaufzeitwerts PCRT_{zeitweiliges-Ziel(n)}, der die Zielbetriebsrate des Kompressors (4) ist, die sich beim n-ten Zyklus dynamisch zum Wert PCRT_Ziel (118) verändert, der die wie durch den Hersteller vorbestimmte Zielbetriebsrate des Kompressors ist, und Beginnen des "n + 1"-ten Betriebszyklus (201); falls die Temperatur des Frischlebensmittelfachs (1) unter einem wie durch den Hersteller definierten Schwellenwert liegt (104), Berechnen des Werts PCRT_{zeitweilig(n)}, der die augenblickliche Betriebsrate des Kompressors (4), nachdem er anhält und bis eine Heizeinrichtung (3) eingeschaltet wird, beim n-ten Zyklus ist, durch Verwenden der Werte der Laufzeit (t_1n) des Kompressors (4) und der nach dem Anhalten des Kompressors (4) verbrauchten Zeit (t_3n), und Vergleichen des Werts PCRT_{zeitweilig(n)} mit dem Wert PCRT_{zeitweiliges-Ziel(n-1)} (106); falls der Wert PCRT_{zeitweilig(n)} größer als oder gleich wie der Wert PCRT_{zeitweiliges-Ziel(n-1)} ist (106), Zurückkehren zu Schritt (101), bei dem die Laufzeit (t_1n) des Kompressors (4) durch die Steuereinheit (5) gemessen wird; wenn der Wert PCRT_{zeitweilig(n)} kleiner als der Wert PCRT_{zeitweiliges-Ziel(n-1)} ist (106), Betätigen (107) der Heizeinrichtung (3) durch die Steuereinheit (5); nach einem bestimmten Zeitraum im Anschluß an die Aktivierung der Heizeinrichtung (3), wenn die Temperatur des Frischlebensmittelfachs (1) ansteigt und einen Wert über einem durch den Hersteller bestimmten Schwellenwert erreicht (108), Aktivieren (109) des Kompressors (4) und Ausschalten (110) der Heizeinrichtung (3) durch die Steuereinheit (5); Berechnen der Zeit (t_2n), die für das Neustarten des Kompressors (4) verbraucht wird, nachdem er angehalten hat (111); Berechnen des Werts PCRT_{tatsächlich(n)} (112), der die Betriebsrate des Kompressors (4) ist, die während des n-ten Zyklus verwirklicht wurde, und Vergleichen des Werts PCRT_{tatsächlich(n)} mit dem Wert PCRT_Ziel (113), der ein bestimmter konstanter Wert ist, welcher den Zielwert der Betriebsrate des Kompressors zeigt, der durch den Hersteller als Ergebnis experimenteller Untersuchungen bestimmt ist; falls der Wert PCRT_{tatsächlich(n)} dem Wert PCRT_Ziel gleich ist (113), Ausgleichen des Werts PCRT_{zeitweiliges-Ziel(n)} auf den Wert PCRT_{zeitweiliges-Ziel(n-1)} (116); falls der Wert PCRT_{tatsächlich(n)} kleiner als der Wert PCRT_Ziel ist (113), Hinzufügen eines wie durch den Hersteller bestimmten konstanten Korrekturfaktors "Δ" zum Wert PCRT_{zeitweiliges-Ziel(n-1)} (114) und Erhöhen des Werts PCRT_{zeitweiliges-Ziel(n-1)} auf einen Δ-Wert, und Bereitstellen einer schnelleren Aktivierung der Heizeinrichtung im nächsten (n + 1)-ten Zyklus, was zu einer früheren Aktivierung des Kompressors (4) führt; falls der Wert PCRT_{tatsächlich(n)} größer als der Wert PCRT_Ziel ist (113), Abziehen des wie durch den Hersteller bestimmten Werts "Δ" vom Wert PCRT_{zeitweiliges-Ziel(n-1)} (115), Verringern des Werts PCRT_{zeitweiliges-Ziel(n-1)} auf einen Δ-Wert, und Bereitstellen einer langsameren Aktivierung der Heizeinrichtung (3) im nächsten (n + 1)-ten Zyklus, was zu einer verzögerten Aktivierung des Kompressors (4) führt.
Verfahren zur Steuerung eines Kältegeräts nach Anspruch 1, wobei der Wert PCRT_{zeitweilig(n)} durch Teilen des Werts t_1n durch die Summe von (t_1n + t_3n) berechnet wird.
Verfahren zur Steuerung eines Kältegeräts nach Anspruch 1, wobei der Wert PCRT_{tatsächlich(n)} durch Teilen des Werts t_1n durch die Summe von (t_1n + t_2n) berechnet wird.