DK173726B1 - Kombikøleskab, fremgangsmåde til styring af en kompressor i et kombikøleskab samt styrekreds til en sådan krompressor - Google Patents

Description

DK 173726 B1

Den foreliggende opfindelse angår et kombikøleskab, der omfatter et kølerum, et fryserum, et kølesystem med en regulerbar kompressor og en kølekreds med en køleflade i hvert af rummene samt temperaturmålingsorganer til brug ved styring af kompressoren. Opfindelsen angår endvidere fremgangsmåden til styring af en kompressor i et 5 kombikøleskab, der omfatter et kølerum, et fryserum, et kølesystem med en regulerbar kompressor og en kølekreds med en køleflade i hvert af rummene. Opfindelsen angår ligeledes styrekredsen til en kompressor i et kombikøleskab, der omfatter et kølerum, et fryserum, et kølesystem med en regulerbar kompressor og en kølekreds med en køleflade i hvert af rummene.

10

Det er ønskeligt at kunne styre temperaturen i kølerummet og fryserummet i et kombikøleskab, således at man kan opnå en ønsket temperatur uafhængigt af temperaturen i det andet rum. I kombiskabene er det således ønskeligt at opretholde en temperatur i køleafdelingen på ca. 5°C og en temperatur på -18°C i fryserummet.

15

Det er kendt at forsyne et kombiskab med to separate kølesystemer, der hver omfatter en kompressor og en kølekreds samt en styreanordning, som typisk er en termostat. En termostat i hvert af rummene vil sørge for en ind- og udkobling afkølesystemet ud fra forudbestemte parametre, således at der opretholdes en ønsket temperatur inden for et 20 interval i det aktuelle opbevaringsrum.

Disse kendte kombikøleskabe er ufordelagtige ved anvendelsen af to kølesystemer, som både er pladskrævende og omkostningstunge. Disse kølesystemer vil have en meget ringe energi-økonomi på grund af anvendelsen af to separate kølekredse omfat-25 tende kompressor, kondensator og fordamper.

Der kendes andre kombikøleskabe, hvor styringen til kølesystemet sker ved at forsyne kølesystemet med en magnetventil. Magnetventilen gør det muligt for kølemediet alene at strømme til det opbevaringsrum, kølerummet eller fryserummet, hvor kølingen 30 er nødvendigt i det givne tidsrum. Denne konstruktion er ufordelagtig, idet den er sårbar overfor svigt i ventilsystemet. Endvidere er det vanskeligt at opnå en god og sikker funktion eller en god energi-økonomi for systemet.

DK 173726 B1 2 I de senere år er der fremkommet nye kompressortyper, hvor køleydelsen kan reguleres. Dette sker typisk ved at variere kompressorens omdrejningstal. Det bliver herved muligt at udjævne svingninger i temperaturintervallet, som optræder mellem ind- og udkobling af kompressoren. I stedet foretages der en kombineret styring, således at 5 kompressorens ydelse ændres afhængigt af kølebehovet og på en sådan måde, at kompressoren kun stoppes, hvis det ikke er muligt at reducere dens køleydelse længere ned. Et eksempel på en kompressor af denne type er for eksempel beskrevet i PCT/KR93/00034. Det kombikøleskab og den styrekreds, som er beskrevet i denne publikation, muliggør ikke en præcis og energiøkonomisk individuel regulering af 10 køleeffekten i kølerummet og fryserummet.

Det er formålet med den foreliggende opfindelse at anvise et system af den indledningsvis nævnte type, det vil sige et køleskab, en fremgangsmåde og en styrekreds, som muliggør en sikker og energiøkonomisk styring af temperaturen i et fryserum og 15 et kølerum, således at det bliver muligt at opretholde temperatumiveauet i disse rum på ønskelige niveauer.

Dette opnås ifølge den foreliggende opfindelse med et kombikøleskab, som er særpræget ved, at temperaturmålingsorganeme omfatter en temperaturmåler i kølerummet 20 og en temperaturmåler i fryserummet, og at disse temperaturmålere indgår i en styrekreds, der er indrettet for at stoppe og starte kompressoren henholdsvis regulere dens omdrejningstal. Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er særpræget ved, at kompressoren stoppes og igangsættes som følge af et signal fra en temperaturmåler i det ene rum, fortrinsvis kølerummet, og at kompressorens omdrejningstal bestemmes som følge af 25 et signal fra en temperaturmåler i det andet rum, fortrinsvis fryserummet. Den styrekreds, som anvendes, er særpræget ved, at den omfatter en temperaturmåler til placering i det ene rum, fortrinsvis kølerummet, og som er indrettet til at starte og stoppe kompressorens motor samt en temperaturmåler til placering i det andet rum, fortrinsvis fryserummet, og som er indrettet til at regulere motorens omdrejninger.

30

Idet temperaturmåleren, fortrinsvis en termostat, i køleafdelingen tænder og slukker kompressoren efter behov, samtidig med at en anden temperaturmåler, fortrinsvis en DK 173726 B1 3 termostat i ftyseren regulerer køleydelsen på kompressoren via reguleringen af omdrejningstallet, bliver det muligt at styre temperaturbalancen i kombikøleskabets to opbevaringsrum ved at regulere køleflademes temperaturbalance. Ved at regulere kø-leflademes temperaturbalance bliver det muligt at opretholde temperaturen i køle-5 rummet og fryserummet ved det ønskede niveau, uanset omgivelsernes temperatur.

Der er således to reguleringsmekanismer, som tilsammen giver kompressorstyringen de signaler, som er påkrævet, for at kompressoren kan indstilles til et passende omløbstal og dermed en passende ydelse afhængig af den aktuelle belastningssituation.

10

Idet køleflademe til kølerummet og til fryserummet er forbundet med hinanden, vil begge køleflader være aktive samtidigt. På baggrund heraf kan en forskel i køleydelsen i kølerummet og i fiyserummet kun opnås, såfremt der ændres på temperaturdifferencen mellem en køleflade og varer i køle- og/eller fryserummet.

15

Det antages, at der eksisterer en situation, hvor kompressorens omløbstal lige netop giver en køleydelse, som modsvares af den ydelse, der tilføres på grund af tempera-turdifferencen mellem kølefladen og varer i kølerummet som er 5°C. Det antages endvidere, at kølefladens temperatur er netop -18°C. I denne situation vil temperatur-20 differencen i kølerummet blive: 5°C-(-18°C) = 23 °C og temperaturdifferencen i fryserummet bliver: -18°C/(-18°C) = 0°C.

Idet effektoverførslen kan bestemmes ud fra ligningen: effekt = areal af køleflade x overfladekoefficient x temperaturdifferencen, så betyder denne situation, at der ikke 25 opnås effekt til køling i fiyserummet. Hvis omløbstallet på kompressoren øges lidt, vil dette give en koldere køleflade, og der vil også optræde en køling i fryserummet. Det er den relative forskel mellem varer og køleflade i de to rum, som giver den efterstræbte balance, således at der kan opnås de ønskede temperaturer på f.eks. +5°C og -18°C i kølerummet henholdsvis fiyserummet.

30 I situationen, hvor kompressorens omløbstal lige netop gav køleydelsen, som modsvares af den tilførte ydelse, medførte temperaturdifferencen på 23°C en stor effekt i køle- DK 173726 B1 4 rummet, medens temperaturdifferencen i fryserummet på 0°C ikke medførte nogen effekt. I den ændrede situation med øget omløbstal kan kølefladens temperatur sænkes til f.eks. -20°C. Der vil nu eksistere en temperaturdifference på 25°C i kølerummet, hvilket medfører en lidt større effekt end den tidligere situation. I fryserummet vil der 5 nu eksistere en temperaturdifference på 2°C, hvilket betyder, at der også tilføres en effekt i fryserummet.

I den ny situation med et øget omløbstal vil kompressoren køre i lidt kortere perioder (bestemt af forholdet 23°C/25°C) for stadig at opretholde 5°C i kølerummet, hvor der 10 ikke er sket nogen ændring i varemes kølebehov. Imidlertid vil der nu også opnås den effekt, at der optræder en samtidig afkøling i fryserummet, eftersom der jo er opnået en temperaturdifference mellem kølefladen og varerne i fryserummet. Situationen med de kortere perioder, hvor kompressoren kører, skal betragtes ud fra en almindelig driftssituation, hvor kompressoren vil være dimensioneret til at køre en vis del af ti-15 den, f.eks. 50%.

Det nettoresultat, som optræder i den ny situation vil være et koldere fryserum og et kølerum med en uændret temperatur. Med andre ord vil et højere omløbstal for kompressoren forrykke en ligevægt, således at der i fryserummet tilføres relativt mere ef-20 fekt til afkøling end den effekt, som tilføres til afkøling i kølerummet. Omvendt vil et lavere omløbstal forrykke ligevægten, således at der i fryserummet tilføres relativt mindre effekt til afkøling end den effekt, som tilføres til afkøling i kølerummet.

Dette reguleringsprincip betyder, at forholdene i det ene rum, fortrinsvis i kølerummet, 25 bestemmer, hvornår kompressoren skal køre for at opretholde temperaturen i dette rum, medens forholdene i det andet rum, fortrinsvis fryserummet er bestemmende for størrelsen af den ydelse, som kompressoren skal levere for også i det andet rum at opretholde de ønskede temperaturforhold.

30 I princippet er det muligt frit at vælge om kølerummet eller fryserummet skal styre on/off-situationen eller omløbstallet for kompressoren. Imidlertid vil det af hensyn til DK 173726 B1 5 de større tidskonstanter, som optræder i et fryserum, være naturligt at lade temperaturforholdet i kølerummet bestemme on/off-tilstanden for kompressoren.

For at underbygge forståelsen for fordelen vil der i det efterfølgende gives et eksempel 5 til at illustrere effekten af en styring ifølge opfindelsen.

I et tænkt eksempel antages det, at systemet er dimensioneret således, at de ønskede temperaturer opretholdes ved en omgivelsestemperatur på 25eC, og køleflademes temperatur er -22°C i den periode, kølesystemet er aktivt. En køretidsprocent er defi-10 neret som forholdet mellem den periode, hvor kølesystemets kompressor er aktiv og hele perioden. Denne køretidsprocent antages at andrage 33% i dette eksempel. Idet der anvendes et køle-fryseskab, hvor der i kølerummet ønskes en temperatur på 5°C og i fryserummet en temperatur på -18°C, vil der fas de temperaturdifferencer, som angivet i nedenstående skema 1. Den relative kølevirkning i kølerummet og fryse-15 rummet fremkommer ved at multiplicere med køretidsprocenten og vil give de værdi er, som er anført i nedenstående skema 1.

Skema 1 T emperaturdifference køretidsprocent 20 Kølerum 5-(-22)°C = 27°C 27x33% = 8,9

Fryserum (-18)- (-22)°C = 4°C 4 x 33% = 1,32

Forhold kølerum/fryserum 8,9/1,32 =6,75

Den relative kølevirkning, som optræder i de to rum skal være i balance med rumme-25 nes kølebehov. I det tænkte eksempel antages dette at være tilfældet.

Hvis der nu optræder en ændring i kølebehovet, hvilket for eksempel kan ske, hvis omgivelsernes temperatur ændres, vil balancen ikke længere være opretholdt, og temperaturerne i kølerummet og fryserummet vil afvige fra de ønskede temperaturer. 1 de 30 kendte systemer vil man normalt regulere efter temperaturen i kølerummet, hvorefter i fryserummet vil indstille sig herefter, når der kun anvendes en kølekreds med kølefla- DK 173726 B1 6 der i hvert af rummene. Den balance, som optræder til omgivelserne, vil være således som angivet i nedenstående skema 2.

Skema 2 5 T (omgivelser 25°C) T (omgivelser 15°C) Kølerum 25-5°C = 20°C 15-5°C = 10°

Fryserum 25-(-18)°C = 43°C 15-(-18)°C = 33°C

Forhold kølerum/fryserum 43/20 = 2,15 33/10 = 3,33 10 Det voksende forhold mellem temperaturdifferenceme for fryserummet og kølerummet betyder, at fryserummet vil få for lidt køling til at opretholde den ønskede temperatur på -18°C. I et særligt ekstremt tilfælde, hvor omgivelsestemperaturen vil falde til 5°C, vil der ikke være behov for køling i kølerummet, hvorimod der stadig vil optræde et stort kølebehov i fryserummet. Der vil således være et kølebehov i fryserummet, 15 som er udtrykt ved temperaturdifferencen: 5-(-18)eC = 23°C. Hvis man alene styrer efter temperaturen i kølerum, vil man således opleve, at kompressoren standses, og de varer, som opbevares i fryserummet, vil ødelægges.

Der har tidligere været foreslået en såkaldt “sommerhussikring” i form af en ener-20 giskaber, fortrinsvis en elektrisk pære, som placeres i kølerummet. Herved skabes der en kunstig påvirkning af temperaturføleren i kølerummet, således at kompressoren altid holdes i gang. Imidlertid er en sådan kendt løsning ufordelagtig ud fra et energi-økonomisk synspunkt.

25 I et kombikøleskab ifølge opfindelsen vil det med fremgangsmåden og styrekredsen være muligt at styre den relative kølevirkning i de to rum. Således vil det være muligt, at det tidligere forhold mellem fryserum og kølerum på 6,75 kan påvirkes, hvis køle-fladernes temperatur ændres. Det er muligt at ændre køleflademes temperatur ved at øge eller mindske omdrejningstallet på kompressorens motor og dermed øge eller 30 mindske kompressorens ydeevne.

DK 173726 B1 7 I fortsættelse af eksemplet tænkes kølefladernes temperatur mindsket til -26eC. Dette betyder, at køleydelsen øges, og der vil herefter optræde temperaturdifferencer og kø* retidsprocenter, som er angivet i nedenstående skema 3.

5 Skema 3 T emperaturdifference køretidsprocent Kølerum 5-(-26)°C = 31°C 31 x 33% = 10,23

Fryserum (-18)-(-26)°C = 8°C 8x33% =2,64

Forhold kølerum/fryserum 10,23/2,64 = 3,88 10

Som det fremgår, har det således været muligt at forrykke den relative balance mellem køle- og fryserummenes kølevirkning. I det viste eksempel er den relative balance ændret med et forhold på: 6,75/3,88 = 1,74. Dette kan også udtrykkes som den effekt som opnås i en procentvis stigning af kølevirkningen i fryserummet i forhold til køle-15 rummet. I det tænkte eksempel er kølevirkningen i fryserummet således forøget med 74% i forhold til kølevirkningen i kølerummet.

Det foretrækkes, at forholdet mellem de relative kølevirkninger i de to rum reguleres for at ligge mellem 2 og 8 og fortrinsvis mellem 3 og 5.

20 På tilsvarende måde som vist i ovenstående eksempler er det muligt at forrykke temperaturbalancen i modsat retning, hvis dette er ønskeligt. Det vil således være muligt at styre temperaturen i de to opbevaringsrum uafhængigt af hinanden og samtidig undgå de ulemper, som var forbundet med de kendte udførelsesformer. Med systemet 25 ifølge den foreliggende opfindelse bliver det således muligt at få en energiøkonomisk køling.

Der vil ikke blive givet specielle beregningseksempler på de temperaturinterval for omgivelsestemperatur og køleflade, som kan anvendes i forbindelse med systemet 30 ifølge den foreliggende opfindelse. Imidlertid vil systemet kunne arbejde tilfredsstillende ved omgivelsestemperatur på minusgrader og ved meget høje omgivelsestemperaturer. Det vil således være muligt for systemet at arbejde med omgivelsestemperatu- DK 173726 B1 8 rer inden for et interval fra -18°C til en vilkårlig høj temperatur, som kan klares med en given kapacitet af den valgte kompressor. Temperaturen på kølekredsens køleflader kan vælges vilkårligt lave afhængigt af kompressorens kapacitet. Der vil således kunne anvendes et hvilket som helst temperaturinterval fra -18°C eller lavere.

5

Der vil ikke gives en beskrivelse af selve den elektroniske styring, som benyttes, da en sådan styreelektronik vil kunne udformes af en fagmand på området i lyset af den ovenfor givne beskrivelse af opfindelsen.

10 Den kompressor, som anvendes i kombikøleskabet kan være en hvilken som helst type, hvor køleydelsen kan varieres. Imidlertid foretrækkes det, ud fra et energiøkonomisk synspunkt, at anvende en omdrejningstalsreguleret kompressor af typen med permanent magnetmotor. Kombikøleskabet vil almindeligvis være anrettet med kølerummet placeret ovenover fryserummet og med en kompressor anbragt i en udsparing 15 i skabets bagside imellem de to rum. Alternativt kan kompressoren være placeret i bunden af kombikøleskabet under de to rum. Det vil ligeledes være muligt at indrette kølerummet nedenunder fryserummet.

Opfindelsen vil herefter blive forklaret nærmere under henvisning til den medfølgende 20 tegning, hvor fig. 1 viser et kombikøleskab ifølge opfindelsen, delvis i snit og med åbne låger, fig. 2 viser et billede af det i fig. 1 viste køleskab, set bagfra, flg. 3 viser et rørdiagram, som illustrerer kølekredsen i det i fig. 1 og 2 viste 25 kombikøleskab, og fig. 4 viser et skematisk diagram, der viser opbygningen af styrekredsen.

I fig. 1 ses et kombikøleskab 1, der omfatter et fryserum 2 og et kølerum 3. Selve køleskabet er vist delvis i snit, således som set fra siden. En dør 4 er beregnet til afluk-30 ning af fryserummet 2, og en dør 5 er beregnet til aflukning af kølerummet 3. Køleskabet omfatter en regulerbar kompressor 6, som er anbragt i en udsparing 7 ved køleskabets bagside 8 i en position mellem fryserummet 2 og kølerummet 3. Kombikøle- DK 173726 B1 9 skabet omfatter en kølekreds, der er illustreret i fig. 3. Kølekredsen er forbundet med den regulerbare kompressor 6 via ledningsforbindelser 9 og omfatter en kondensator 10, en køleflade 11 for kølerummet 3 i form af en fordamperplade og en køleplade 12 for fryserummet 2 i form af en fordamperkappe. I kølekredsen indgår endvidere et 5 tørrefilter 13.

Kompressoren 6 er forbundet med en elektronisk motorstyring 14, som via ledningsforbindelser er forbundet med temperaturmålingsorganer i kølerummet 3 og i fryserummet 2. Temperaturmåleme er ikke vist, men vil være velkendte for en fagmand på 10 området. Temperaturmåleren i kølerummet 3 vil være indrettet for at stoppe og starte kompressoren 6’s motor, og temperaturmåleren i fryserummet 2 vil være indrettet for at regulere omdrejningstallet på kompressoren 6’s motor. Kompressorens motor er en permanent magnetmotor.

15 Det viste køleskab virker ved, at kompressoren 6 stoppes og igangsættes som følge af signalet fra temperaturmåleren i kølerummet 3, medens omdrejningstallet for kompressoren 6’s motor bestemmes som følge af signal fra temperaturmåleren i fryserummet 2.

20 Ved at ændre omdrejningstallet bliver det muligt at ændre temperaturen på kølefladerne 11,12 og herved bliver det muligt at bringe den relative kølevirkning i hver af rummene 2,3 i balance med de aktuelle kølebehov. I fryserummet 2 ønskes ideelt en temperatur på -18°C, og i kølerummet 3 ønskes ideelt en temperatur på 5°C.

25 I fig. 4 ses et skematisk diagram, som viser opbygningen af styrekredsen for kompressoren 6. Kompressoren 6 er via en aksel 15 forbundet med motoren 16. Motoren 16 er forbundet med motorstyringen 14. Motorstyringen 14 er forbundet med en temperatur-regulator 17. Kompressoren og temperaturregulatoren er forbundet med selve kombi-køleskabet 1. Kombikøleskabet 1 far en ydre påvirkning 18 bestående af omgivelser- 30 nes temperatur, nye varer, som placeres i eller udtages fra køleskabet og/eller fryserummet, samt åbning af dørene 4,5 til kølerum henholdsvis fryserum. Kølesystemet giver en påvirkning 19 til kompressoren i form af sugetryk, sugetemperatur samt kon- DK 173726 B1 10 densatortryk. Kompressoren giver en påvirkning 20 til kølesystemet i form af en massestrøm afkølemiddel samt temperatur af kølemiddel. Akslen 15 giver anledning til et omdrejningstal 21. Dette omdrejningstal giver en påvirkning 22,23 såvel til kompressoren 6 som motoren 16. Fra motoren 16 gives en påvirkning 24 på motorstyringen 5 gennem en måling af spænding og strømforbrug. Fra motorstyringen gives en påvirk- ’ ning 25 til motoren 16 i form af en spænding, der bestemmer motorens omdrejningstal og/eller motorens on-off-tilstand. Motorstyringen får en påvirkning 26 fra temperatur-regulatoren 17 i form af et ønsket omdrejningstal. Det ønskede omdrejningstal 26 fremkommer i temperaturregulatoren ud fra et input 27 om ønsket temperatur i køleaf-10 deling og et input 28 om ønsket temperatur i en fryseafdeling. Endvidere får temperaturregulatoren et signal 29 som den målte temperatur i fryserummet og et signal 30, som indikation for den målte temperatur i kølerummet.

Styrekredsen 14 vil således etablere en styring af kompressoren og dermed en styring 15 af temperaturen på kølepladerne 11,12 for at skabe en balance mellem temperaturen heraf og det aktuelle kølebehov i kølerum 3 og fryserum 2.

Claims (8)

11 DK 173726 B1

1. Kombikøleskab (1), der omfatter et kølerum (3), et fryserum (2), et kølesystem med en regulerbar kompressor (6) og en kølekreds med en køleflade (11, 12) i hvert af 5 rummene samt temperaturmålingsorganer til brug ved styring af kompressoren, kendetegnet ved, at temperaturmålingsorganeme omfatter en temperaturmåler i kølerummet (3) og en temperaturmåler i fryserummet (2), og at disse temperaturmålere indgår i en styrekreds (4), der er indrettet for at stoppe og starte kompressoren (6) henholdsvis regulere dens omdrejningstal. 10

2. Kombikøleskab ifølge krav 1,kendetegnet ved, at temperaturmåleren i kølerummet er en termostat, der er indskudt i serie med kompressorens motor (16) for at stoppe og starte denne, og at temperaturmåleren i fryserummet er en termostat, der er forbundet med en styringselektronik (14), der styrer motoromdrejningeme. 15

3. Kombikøleskab ifølge krav 2, kendetegnet ved, at kompressoren omfatter en permanent magnetmotor.

4. Kombikøleskab ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendeteg-20 net ved, at det er indrettet med kølerummet (3) ovenover fryserammet (2), og at kompressoren (6) er anbragt i en udsparing (7) i skabets bagside imellem de to rum.

5. Fremgangsmåde til styring af en kompressor i et kombikøleskab, der omfatter et kølerum (3), et fryserum (2), et kølesystem med en regulerbar kompressor (6) og en kø- 25 lekreds med en køleflade i hvert af rummene, kendetegnet ved, at kompressoren (6) stoppes og igangsættes som følge af et signal (27) fra en temperaturmåler i det ene rum, fortrinsvis kølerummet (3), og at kompressorens omdrejningstal bestemmes som følge af et signal (28) fra en temperaturmåler i det andet rum, fortrinsvis fryserummet (2)· 30 DK 173726 B1 12

6. Fremgangsmåde ifølge krav 5, kendetegnet ved, at den relative kølevirkning i hvert af rummene bringes i balance med de aktuelle kølebehov i de to rum ved at ændre køleflademes temperatur gennem ændring af kompressorens ydelse.

7. Fremgangsmåde ifølge krav 5 eller 6, kendetegnet ved, at forholdet mellem de relative kølevirkninger i de to rum reguleres for at ligge mellem 2 og 8, fortrinsvis mellem 3 og 5.

8. Styrekreds til en kompressor i et kombikøleskab (1), der omfatter et kølerum (3), et 10 fryserum (2), et kølesystem med en regulerbar kompressor (6) og en kølekreds med en køleflade i hvert af rummene, kendetegnet ved, at den omfatter en temperaturmåler til placering i det ene rum, fortrinsvis kølerummet (3), og som er indrettet til at starte og stoppe kompressorens motor (16) samt en temperaturmåler til placering i det andet rum, fortrinsvis fryserummet (2), og som er indrettet til at regulere motorens 15 omdrejninger.