DE69318878T2

DE69318878T2 - Einrichtung zum Erfassen und Kontrollieren der Eisbildung an einem Kühlschrankverdampfer

Info

Publication number: DE69318878T2
Application number: DE69318878T
Authority: DE
Inventors: Daniele Turetta
Original assignee: Whirlpool Europe BV
Current assignee: Whirlpool Europe BV
Priority date: 1992-03-31
Filing date: 1993-03-23
Publication date: 1998-10-22
Anticipated expiration: 2013-03-24
Also published as: IT1255045B; EP0563751A1; EP0563751B1; ITMI920769A1; ITMI920769A0; DE69318878D1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Feststellen und Steuern der Reifbildung auf dem Verdampfer eines Kühlgeräts gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige Vorrichtung ist durch die US-A-4347709 bekannt.
Wie allgemein bekannt ist, bildet sich Reif auf dem Verdampfer während der Benutzung des Kühlgeräts. Dies rührt von der Kondensierung der Feuchtigkeit auf dem Verdampfer her, der eine beträchtlich niedrigere Temperatur alle anderen Teile des Kühlgeräts hat. Diese Feuchtigkeit gelangt in das Kühlfach, wenn dessen Tür geöffnet wird. Der Reif rührt auch von der Kondensierung derjenigen Feuchtigkeit her, die in natürlicher Weise von den Nahrungsmitteln freigesetzt wird, die in das Kuhlgerät zur Frischhaltung gelegt werden.
Der Reiflagert sich auf dem Verdampfer ab und vermindert die Wärmeübertragung zwischen dem Verdampfer und der Umgebung oder dem Fach, dem der Verdampfer zugehört. Daher wird die Feuchtigkeit aus der Luft in diesem Fach in geringerem Maß eliminiert; ferner werden die Frischhaltebedingungen für die im Kühlgerät befindlichen Nahrungsmittel verschlechtert. Um den Verdampfer von der auf ihm gebildeten Reifschicht zu befreien, ist mit ihm ein übliches elektrisches Widerstandselement (oder ein äquivalentes Heizelement) verbunden, der den Reif schmilzt und in Wasser umwandelt, wenn er von Strom durchflossen wird. Dieses Wasser wird dann vom Verdampfer über einen geeigneten Kanal entfernt. Diese Entfrostung kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden. Beispielsweise kann der Verdampfer nach einer festen Arbeitsperiode der üblichen Kühlgeräteschaltung des Kühlgeräts (oder des bekannten Kompressors dieser Kühlgeräteschaltung) automatisch entfrostet werden. Dieses Entfrostungsverfahren berücksichtigt jedoch nicht, ob es wirklich nötig ist, den Reif zu der betreffenden Zeit zu beseitigen. Die Entfrostung kann damit dann stattfinden, wenn keine Notwendigkeit dafür besteht. Daraus folgen klare Nachteile für den Kühlgerätebetrieb.
Eine Vorrichtung zum Feststellen von Reif auf dem Verdampfer, die kapazitive Feststellmittel verwendet, ist aus der erwähnten US-A-4347709 bekannt. Diese Feststellmittel schalten das dem Verdampfer zugeordnete Heizelement entweder ein oder aus. Gleichzeitig wird der Betrieb der Kühlgeräteschaltung unterbrochen, von der das Heizelement ein Teil ist. Diese Vorrichtung verwendet den Verdampfer selbst als die eine Platte des Kondensators. Aufgrund der Erdverbindung des Verdampfers über den Kompressor und aufgrund der damit verbundenen Instabilität des Signals, das durch die Änderung gegenüber der Zeit des Erdpotentials verursacht wird, erlaubt diese Vorrichtung nicht das genaue Messen des auf dem Verdampfer vorhandenen Reifs, und diese Vorrichtung kann nur feststellen, ob eine Reifschicht auf einem bestimmten Teil des Verdampfers vorhanden ist. Daher kann der Betrieb des dem Verdampfer zugeordneten Heizelements aufgrund der Feststellung von Reif auf dem Verdampfer manchmal unnötig sein, wodurch die Kühlgeräteleistung negativ beeinflußt wird.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Feststellen von Reif auf dem Verdampfer zu schaffen, mit der der Verdampfer nur dann entfrostet wird, wenn er mit einer solchen Reifschicht bedeckt ist, daß diese die Wärmeübertragungseigenschaft des Verdampfers ändert.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung der geschilderten Art zu schaffen, die mit niedrigen Einbaukosten verbunden ist und durch die der Verdampferentfrostungsprozeß optimiert werden kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung für die Auswertung der Dicke des Reifs auf dem Verdampfer zu schaffen, wobei diese Vorrichtung einfach aufgebaut ist, zuverlässig arbeitet und das dem Verdampfer zugeordnete Heizelement nur dann aktivieren kann, wenn auf der Oberfläche des Verdampfers eine derartige Reifmenge auftritt, daß die Wärmeübertragungseigenschaft geändert wird.
Diese Aufgaben und weitere Aufgaben, die für den Fachmann leicht erkennbar sind, werden durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des beigefügten Anspruchs 1 gelöst.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert, die den Schutzumfang der Erfindung nicht begrenzende Ausführungsbeispiele darstellen. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische, perspektivische Ansicht eines gerippten Verdampfers, bei dem die Vorrichtung gemäß der Erfindung anwendbar ist,
Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch eine erste Ausführung der Vorrichtung gemäß der Erfindung, wobei diese Vorrichtung bei dem Verdampfer der Fig. 1 angewendet wird,
Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch eine zweite Ausführung der Vorrichtung gemäß der Erfindung, wobei diese Vorrichtung bei dem Verdampfer der Fig. 1 angewendet wird,
Figuren 4 und 5 Diagramme, die sich auf die Verwendung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung beziehen, wobei die horizontalen Achsen die Reifdicke auf dem Verdampfer in mm und die vertikalen Achsen die Kapazität in Farad darstellen, die mit 10&supmin;&sup9; (Fig. 4) bzw. 10&supmin;¹¹ (Fig. 4) multipliziert ist,
Fig. 6 ein Blockdiagramm der elektrischen Schaltung, die der Vorrichtung gemäß der Erfindung zugeordnet ist, und
Fig. 7 ein detaillierteres Diagramm der Schaltung der Fig. 6.
Zunächst wird auf die Figuren 1 und 2 Bezug genommen. Ein bekannter, gerippter Verdampfer ist allgemein mit 1 bezeichnet und weist parallele Rippen 2 mit gegenüberliegenden Oberflächen 2A und 2B auf. Auf der Oberfläche 2A einer ersten Rippe von zwei benachbarten Rippen und auf der dieser Oberfläche zugewandten Oberfläche 2B der zweiten Rippe ist jeweils ein flaches Element 4 bzw. 5 angeordnet, wobei an jedes Element eine zugehörige elektrische Leitung 6 bzw. 7 angeschlossen ist. Diese Elemente bilden die Platten eines Kondensators 8. Jedes Element ist mit der zugehörigen Rippe in bekannter Weise verbunden. Zwischen den Elementen und den zugehörigen Rippen sind flache, elektrisch isolierende Elemente 10 und 11 angeordnet. Diese Isolationselemente haben eine hohe thermische Leitfähigkeit und sind beispielsweise aus Glimmer, Aluminiumoxid oder ähnlichen Materialien hergestellt. Diese Isolationselemente sind mit den Flächen 4A und 5A der Elemente 4 und 5 verbunden, wobei die Oberflächen 4B und 5B dieser Isolationselemente einander zugewandt sind. Die elektrischen Leitungen 6 und 7 enden in einer Betriebs- und Steuerschaltung 12, die den Kondensator 8, der einen kapazitiven Reifsensor bildet, mit Strom versorgt und die ein übliches, der Entfrostung dienendes Widerstandselement oder ein anderes äquivalentes Heizelement, das mit dem Verdampfer 1 verbunden ist, mit Strom oder nicht mit Strom versorgt.
Die Schaltung 12 ist damit imstande, den Betriebszustand des Widerstandselements 13 zu ändern, indem dieses eingeschaltet oder ausgeschaltet wird. Wie nachstehend beschrieben wird, wertet die Schaltung 12 die Kapazität des Kondensators 8 aus, wobei die Kapazität sich mit der Reifablagerung auf dem Verdampfer 1 ändert. Dabei ersetzt der Reif die Luft, die das Dielektrikum des Kondensators 8 zwischen den Flächen 4B und 5B der Kondensatorelemente oder -platten 4, 5 zu Beginn der Benutzung des Kühlgeräts oder nach der Entfrostung des Verdampfers bildet. Wie erwähnt wurde, sind elektrisch isolierende Elemente 10 und 11 hoher thermischer Wärmeleitfähigkeit zwischen den flachen Elementen oder Platten 4, 5 und den Rippen 2 des Verdampfers 1 vorhanden. Wenn es erwünscht ist, die Verwendung der Elemente 10 und 11 mit dieser Eigenschaft zu vermeiden (der Einsatz solcher Elemente bringt gewisse Probleme mit sich, beispielsweise solche konstruktiver Art), kann der Kondensator 8 wie in Fig. 3 ausgebildet werden. In dieser Figur sind Teile, die denen der Figuren 1 und 2 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen worden.
In Fig. 3 sind die Platten 4 und 5 des Kondensators 8 nicht auf aufeinanderfolgenden, benachbarten Rippen 2, sondern auf zwei anderen Platten angeordnet, zwischen denen eine Rippe ohne flache Elemente liegt. Die Platten sind auf solchen Flächen der zugehörigen Rippen angeordnet, die der mittleren Rippe zugewandt sind. Im betrachteten Fall bildet die mittlere Rippe einen Teil des Dielektrikums des Kondensators 8, und diese Rippe führt zu einer Verminderung der Kapazität des elektrischen Kondensators.
In Fig. 6 sind Teile, die denen der bereits beschriebenen Figuren entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen worden. Diese Figur zeigt die elektrische Betriebs- und Steuerschaltung 12 für das Heizelement oder Widerstandselement 13 und die Stromversorgung des Kondensators 8. Der Kondensator ist mit einer üblichen Oszillatorschaltung 30 verbunden, die den Kondensator mit Ström versorgt und die selbst mit einem Frequenz-Spannungs-Konverter 31 verbunden ist, der an eine Einheit 32 zur Steuerung der Entfrostung oder des Heizelements 13 angeschlossen ist.
Die Schaltung 12 ist in Fig. 7 (in der Teile, die denen der bereits beschriebenen Figuren entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen worden sind) näher dargestellt. Dem Kondensator 8 ist ein weiterer Kondensator 36 parallelgeschaltet, so daß die durch die Schaltung 12 meßbare Gesamtkapazität erhöht ist. Der Konverter 31 ist an der Stelle 38 auch mit Erde und mit einer nicht gezeigten Stromversorgungsleitung verbunden, über die auch der Kondensator 8 mit Strom versorgt wird. Die Einheit 32 ist mit diesem Konverter verbunden und weist einen Komparator 39 auf, dessen invertierender Eingang 40 mit dem Konverter 31, dessen nichtinvertierender Eingang 41 mit einem Spannungsteiler 42 und dessen Ausgang 43 über einen Widerstand 46 mit der Basis 44 eines Transistors 45 verbunden ist. Der Transistoremitter 47 ist an der Stelle 48 geerdet, und der Kollektor so ist an ein Relais 51 angeschlossen, der über die erwähnte Stromversorgungsleitung gespeist wird und auf einen bewegbaren Kontakt 52 zum Schließen fester Kontakte 54 in der Stromversorgungsleitung 55 zum Widerstandselement 13 einwirkt.
Das Verfahren der Erfindung wird nun in Bezug auf die Verwendung der Schaltung 12 und der Vorrichtung beschrieben, die in den vorstehenden Figuren dargestellt ist.
Während der Benutzung des Kühlgeräts schlägt sich Feuchtigkeit auf dem Verdampfer nieder, und die Feuchtigkeit bildet Reif. Der Reiflagert sich auch zwischen den Platten des Kondensators 8 (welche Form dieser auch immer hat) ab und ändert die Kapazität dieses Kondensators. Dabei hat der Reif ähnlich wie Eis einen dielektrischen Wert, der viel höher als der der Luft ist, die zwischen den Platten des Kondensators 8 zu Beginn der Benutzung des Kühlgeräts oder nach Entfrostung des Kühlgerätverdampfers vorhanden ist. Damit erhöht sich die Kondensatorkapazität aufgrund der bekannten Beziehung zwischen dem Dielektrikum und der Kondensatorkapazität beträchtlich, wenn die Reifschicht auf dem Verdampfer anwächst und der Reif sich zwischen den Platten ablagert. Dies ist aus den Figuren 4 und 5 erkennbar, in denen die Kurve C das Verhältnis zwischen der Dicke des Reifs auf dem Verdampfer und der Kapazität des Kondensators 8 darstellt und beträchtlich ansteigt, wenn die Dicke über 2mm ansteigt. Die Kapazitätsänderung ist jedoch bereits meßbar, wenn die Dicke weniger als 1mm ist (s. Fig. 5).
Die Kapazitätsänderung wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel von der Schaltung 12 stetig gemessen. Insbesondere wird ein Signal VA vom Kondensator 8 dem Oszillator 30 zugeführt, der gleichzeitig den Kondensator speist. Dieser Oszillator führt dem Konverter 31 ein Signal bestimmter Frequenz zu Dieser Konverter wandelt das Frequenzsignal in ein Spannungssignal VB um und führt dieses dem invertierenden Eingang 40 des Komparators 39 zu. Der Komparator vergleicht das Signal VB mit einem Bezugssignal VR, das durch den Spannungsteiler 42 einstellbar bereitgestellt wird und einer solchen Dicke des Reifs auf dem Verdampfer 1 entspricht, daß die Wärmeübertragungseigenschaft des Verdampfers nicht oder nur vernachlässigbar beeinflußt wird.
Wenn das Signal VA das Signal VR überschreitet, erzeugt der Komparator ein Signal VC, das zur Basis 44 des Transistors 45 gelangt, der gesättigt wird. Das Relais 51 wird dadurch mit Erde verbunden und kann auf seinen Kontakt 52 zum Schließen der Kontakte 54 einwirken. Das Widerstandselement 13 wird daher mit Strom versorgt und kann mit der Entfrostung des Verdampfers beginnen. Diese Stromversorgung dauert eine bestimmte Zeit, die für die Durchführung der erforderlichen Entfrostung ausreichend ist. Dies kann dadurch erreicht werden, daß ein Relais mit genügend langen Betriebszeiten verwendet wird oder die Stromversorgungsleitung des Relais 51 mit einer bekannten Zeitschaltung verbunden wird, die den Strom nach einer bestimmten Zeit abschaltet.
Vorteilhafterweise bildet die Einheit 32 einen Teil eines Glieds, das den Kühlgerätebetrieb steuert, vorzugsweise eines Mikroprozessors. Wenn daher das Signal VC zum Transistor 45 oder einem anderen äquivalenten, statischen Schalter gelangt, stoppt das erwähnte Glied den Kühlgerätebetrieb durch Abschalten des elektrischen Stroms vom Kompressor der üblichen Kühlgerätschaltung des Kühlgeräts. Alternativ kann die Einheit 32 mit einem elektrischen Schaltungszweig 50 (in Fig. 6 durch eine gestrichelte Linie gezeigt) versehen werden, der diese Einheit mit einem Steuerglied des Kühlgeräts verbindet und über den das den Transistor 45 erreichende Signal VC läuft.
Besondere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind beschrieben worden. Verschiedene Ausführungen können jedoch vorgesehen werden. Beispielsweise können andere leitende Mittel anstelle des Kondensators verwendet werden; das von diesen Mitteln herkommende Signal kann auch in bestimmten Zeitintervallen diskret ausgewertet werden. Diese Ausführungen sollen als in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallend gelten.
Zusätzlich können die leitenden Mittel (Kondensatoren oder ähnliche Mittel) für die Feststellung verwendet werden, ob die Verdampferentfrostung beendet ist. Dies wird über die Mittel erreicht, die für die Auswertung der Reifbildung verwendet werden. Diese Mittel werten in diesem Fall generell das Vorliegen des Reifs auf dem Verdampfer aus und wirken auf das Heizelement im Sinne eines Einschaltens dieses Heizelements ein, um den Verdampfer zu entfrosten; oder der Betrieb des Heizelements wird gestoppt, um damit die Entfrostung zu beenden, wenn diese Mittel die Abwesenheit von Reif auf dem Verdampfer feststellen.
In allen Fällen wird die Änderung des Zustands des Heizelements, d.h. zum Zweck der Einschaltung oder Abschaltung des Heizelements, auf der Basis der Messung des Reifs auf dem Verdampfer durch die Benutzung der genannten, leitenden Mittel vorgenommen. Diese Messung kann diskret ausgeführt werden, d.h., wenn der Reif gemessen worden ist, können die leitenden Mittel durch die Steuermittel deaktiviert werden; die Messung kann auch stetig ausgeführt werden, wobei die genannten, leitenden Mittel die Änderung der Reifschicht auf dem Verdampfer messen, um die Verdampferentfrostung zu stoppen, wenn die Schicht auf dem Verdampfer in einem solchen Maß vermindert ist, daß die Wärmeübertragung zwischen dem Verdampfer und der Umgebung, in der sich der Verdampfer befindet, nicht beeinflußt wird.

Claims

1. Vorrichtung zum Feststellen und Steuern der Reifbildung auf dem Verdampfer (1) eines Kühlgeräts mit einem Heizelement (13), das dem Verdampfer für dessen Entfrostung zugeordnet ist, mit elektrisch stromversorgten Mitteln (8) zur Erzeugung eines elektrischen Signals (VA), das sich mit der Anwesenheit von Reif auf dem Verdampfer ändert, mit Einschaltmitteln zur Stromversorgung der elektrisch stromversorgten Mittel (8) und mit Steuer- und Vergleichsmitteln (12) zum Vergleich des genannten Signals (VA) mit einem bestimmten elektrischen Bezugssignal (VR), das einem bestimmten Maß des Reifs auf dem Verdampfer entspricht, wobei die Steuer- und Vergleichsmittel (12) auf das Heizelement (13) auf der Basis dieses Vergleichs einwirken und wobei die elektrisch stromversorgten Mittel (8) mindestens zwei flache Element (4, 5) aufweisen, die vom Verdampfer getragen werden, mit den Steuer- und Vergleichsmitteln elektrisch verbunden sind und vom Verdampfer elektrisch isoliert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die flachen Elemente (4, 5) Platten eines Kondensators (8) sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden flachen Elemente (4, 5) mit zwei aufeinanderfolgenden, benachbarten Rippen (2) des Verdampfers (1) verbunden sind, wobei die flachen Elemente (4, 5) einander zugewandten Flächen (2A, 2B) dieser aufeinanderfolgenden, benachbarten Rippen zugeordnet sind.

Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß elektrisch isolierte Elemente (10, 11) hoher thermischer Leitfähigkeit zwischen den flachen Elementen (4, 5) und den Rippen (2) angeordnet sind, die diese Elemente tragen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden flachen Elemente (4, 5) auf anderen Rippen (2) des Verdampfers (1) angeordnet sind, wobei eine weitere, mittlere Rippe (2) zwischen den beiden flachen Elementen (4, 5) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Vergleichsmittel (12) mindestens eine Steuerschaltung (32) aufweisen, die mindestens ein Vergleichsglied (39) enthält, dem das Bezugssignal (VR) zugeführt wird, und daß erste Schaltmittel (45) in der Leitung angeordnet sind, die Mittel (51) zum Betrieb von zweiten Schaltmitteln (52) speist, welche in der das Heizelement (13) speisenden Leitung (55) liegen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Schaltmittel mindestens durch einen statischen Schalter (45) gebildet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Betrieb der zweiten Schaltmittel durch ein Relais (51) gebildet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Schaitmittel durch einen bewegbaren Kontakt (52) gebildet sind.

9. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche zum Feststellen und Steuern der Reifbildung auf dem Verdampfer eines Kühlgeräts.