EP2314960A2 - Adaptive Abtausteuerung und Verfahren für ein Kühlgerät - Google Patents

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EP2314960A2
EP2314960A2 EP20100013799 EP10013799A EP2314960A2 EP 2314960 A2 EP2314960 A2 EP 2314960A2 EP 20100013799 EP20100013799 EP 20100013799 EP 10013799 A EP10013799 A EP 10013799A EP 2314960 A2 EP2314960 A2 EP 2314960A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
defrost
bins
compressor
time
adaptive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP20100013799
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Kevin Lacey
Robert Alvord
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Diehl AKO Stiftung and Co KG
Original Assignee
Diehl AKO Stiftung and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Diehl AKO Stiftung and Co KG filed Critical Diehl AKO Stiftung and Co KG
Publication of EP2314960A2 publication Critical patent/EP2314960A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D21/00—Defrosting; Preventing frosting; Removing condensed or defrost water
    • F25D21/002—Defroster control
    • F25D21/006—Defroster control with electronic control circuits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B47/00—Arrangements for preventing or removing deposits or corrosion, not provided for in another subclass
    • F25B47/02—Defrosting cycles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/11—Sensor to detect if defrost is necessary
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D2600/00—Control issues
    • F25D2600/02—Timing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D2700/00—Means for sensing or measuring; Sensors therefor
    • F25D2700/12—Sensors measuring the inside temperature
    • F25D2700/122—Sensors measuring the inside temperature of freezer compartments
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D2700/00—Means for sensing or measuring; Sensors therefor
    • F25D2700/12—Sensors measuring the inside temperature
    • F25D2700/123—Sensors measuring the inside temperature more than one sensor measuring the inside temperature in a compartment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D2700/00—Means for sensing or measuring; Sensors therefor
    • F25D2700/14—Sensors measuring the temperature outside the refrigerator or freezer

Definitions

  • the present invention relates to defrost control for a refrigerator, and more particularly to defrost control which adaptively schedules a defrost cycle in times of low energy costs without using any real time of day "clock function.
  • refrigerators typically perform a "defrost cycle" to melt the ice or frost that forms on the evaporator of the appliance.
  • Running such a defrost cycle consumes a lot of power and additionally causes the compressor of the refrigerator to run for more than a normal period of time to return the appliance to its desired internal temperature.
  • Typical data shows that the defrost and recovery periods of the refrigerator use two to four times the average energy used at other times during refrigerator operation. Accordingly, it has been attempted to optimize the time at which defrost occurs to accommodate times of day with lower energy costs and less usage.
  • Various refrigerator mechanisms have been used to determine a time of day with low energy cost and / or low usage in which a defrost cycle is to be performed.
  • the EP 1 731 859 A2 controlling the defrost of a refrigerator using a light signal received by a sensor, wherein the signal is evaluated in such a manner that ambient night lighting conditions can be detected, in which case defrosting is initiated.
  • the EP 1 496 324 A1 uses an external clock to schedule defrosting at night.
  • the patent additionally discloses US 5,533,349 (the "'349 patent") a device, such as a microcontroller, used to monitor the operation of a refrigerator compressor based on measurements of a temperature sensor, wherein initial reference times are stored in the microcontroller.
  • the microcontroller of the '349 patent tracks the times it takes for interior tem- peratures to change between on and off temperatures, and can also determine the slope temperature between on and off temperatures.
  • the current time conditions are then compared to reference times to calculate the temperature outside the enclosure, and using this information, the operation of the compressor can be adjusted based on the estimated or deduced outside temperature.
  • the patent US 5,483,804 discloses a defrost control device for a refrigerator having a microcomputer that counts the number of open / close times of a door of a storage room for each of time zones in one day, so indices for all time zones based on Number of opening / closing times to set. According to the indices, a defrost on / off signal is generated by defrost signal generating means, so that a defrost operation can be performed in a time zone in which a frequency of opening / closing the door is small.
  • the microcomputer also counts hours of operation of a compressor and total elapsed hours and determines a sudden Phenomenon and a season.
  • the '804 patent implies defrosting into "time zones" where the frequency of door openings is small, which could be times of high energy costs (ie noon), rather than times of low energy costs (ie, at night) the complex calculation of indices in the '804 patent can be performed more intensively than by a small general purpose microcontroller. See, for example, that too U.S. Patent 6,523,358 ,
  • the U.S. Patent No. 5,515,692 discloses an apparatus and method for automatically defrosting a refrigeration system that includes a microprocessor that initiates a defrost cycle during a time of day that is most efficient for the refrigerator and the utility.
  • the '692 patent further discloses that the defrost cycle is initiated during a time of day that has the least bearing on stored food.
  • the '692 patent discloses a microprocessor programmed to analyze the power consumption of the refrigerator over a period of 24 hours and to determine from this analysis the time of day and the periods most efficient for the initiation of a defrost cycle will be.
  • the system of the '692 patent uses an external current sensor to monitor the operation of the refrigerator to determine the time of day via a complex algorithm. See, for example, column 7 of the '692 patent, lines 36-62.
  • the '692 patent creates and uses a predefined 24 hour power usage model wherein the defrost timing is adjusted based on a best fit to this preprogrammed pattern.
  • a pattern is fixed and non-adaptive to operation in an environment such as an office or a family, and thus would likely suffer seasonal outages.
  • the calculations performed by the system of the '692 patent would require a controller and an ADC that would cause a non-trivial price increase of the defrost controller unit.
  • such a system would be due to air conditioning changes near the refrigerator mixed up.
  • the present invention is therefore based on the problem to provide an apparatus and a method that overcomes the disadvantages of the current refrigerator defrosting and can be implemented without adding significant production costs to the device.
  • the first object of the present invention is to provide adaptive defrost control for a refrigeration system, comprising a processor adapted to divide a cyclically recurring predefined time period into a plurality of bins, to monitor compressor operating times above the cyclically recurring predefined time period with which Time to log the detected compressor operating times in the plurality of bins, analyze the data logged in the bins, detect bins that record low compressor usage, and schedule a defrost cycle based on the results of the analyzed data.
  • defrost control for a refrigerator that schedules a defrost cycle adaptively with respect to refrigerator usage.
  • the system adaptively relocates the defrost cycle based on an evaluation of compressor usage in a daily cycle to periods of low usage,
  • the second object is achieved according to the invention by a method for carrying out a defrost cycle in a cooling device comprising an adaptive defrost control, comprising the following steps: splitting a cyclically recurring predefined time period into a plurality of bins; Monitoring compressor operating times Above the cyclically recurring predefined period; Logging the detected compressor operating times over time in the plurality of bins; Analyzing the bins to detect bins that record low compressor usage; Scheduling a defrost cycle based on the results of the analyzing step; and performing a defrost operation.
  • the processor is a microcontroller.
  • the processor monitors compressor operating times by monitoring at least one of the following alternatives: a relay or switch operation; a detected voltage change; a detected increased current drain; and / or a temperature in a refrigerator compartment and / or a freezer compartment.
  • the processor is additionally configured to average the data logged in the bins prior to analysis of the data.
  • the data is averaged using a low pass IIR filter or FIR filter.
  • the defrost cycle is scheduled to occur during a target period in a bin showing a history of low compressor usage.
  • the defrost cycle is started during the target period instead of a requested compressor operation.
  • the processor is additionally configured to accumulate a count of compressor operating times during the cyclically recurring predefined period of time, to compare the accumulated count of compressor operating times to a threshold and to schedule no defrost cycle in response to a defrost request Threshold is not reached, but to schedule a defrost cycle during the next target period when the threshold has been reached or exceeded.
  • another refrigerator control system including the adaptive defrost controller is signaled to start at the same time as the scheduled defrost cycle.
  • the other control system is the ice maker control system.
  • the analyzed data are additionally used by a diagnostic system of a cooling device.
  • the processor monitors compressor operating times only by monitoring a temperature of a refrigerator compartment and / or a freezer compartment.
  • At least the steps of monitoring, logging and analyzing are performed by a microcontroller.
  • the step of monitoring monitors compressor operating times by monitoring at least one of the following alternatives: a relay or switch operation; a detected voltage change; a detected increased current drain; and / or a temperature in a refrigerator compartment and / or a freezer compartment.
  • the step of averaging the data logged in the bins occurs before the step of analyzing.
  • the step of averaging is performed using a low pass IIR or FIR filter.
  • the defrost cycle is scheduled to occur during a target period in a bin showing a history of low compressor usage.
  • the defrost operation is started during the target period instead of a requested compressor operation.
  • the following steps are performed: accumulating a count of compressor operating times during the cyclically recurring predefined period; Comparing the accumulated count of compressor operating times to a threshold in response to a defrost request; and if the threshold is not reached, disregarding the defrost cycle for that time; and if the threshold has been reached or exceeded, scheduling the defrost cycle during the next target period.
  • the object is further achieved by a computer program product stored on a computer readable storage device, wherein when executed by a processor, execution of the computer program causes the processor to perform the following steps executes: monitoring compressor operating times over a predefined period of time recurring cyclically; Splitting the cyclically recurring predefined time period into a plurality of bins; Logging the detected compressor operating times over time in the plurality of bins; Analyzing the bins to detect bins that record low compressor usage; and scheduling a defrost cycle based on the results of the analyzing step,
  • the monitoring step monitors compressor operating times by monitoring at least one of the following alternatives: a relay or switch operation; a detected voltage change; a detected increased current drain; and / or a temperature in a refrigerator compartment and / or a freezer compartment.
  • the computer program causes the processor to average the data logged in the bins prior to the analyzing step.
  • the defrost cycle is scheduled to occur during a target period in a bin showing a history of low compressor usage.
  • the computer program when executed by a processor, causes the processor to perform the following additional steps: accumulating a count of compressor operating times during the cyclically recurring predefined period of time; Comparing the accumulated count of compressor operating times with a threshold in response to a defrost request "and if the threshold is not met, disabling the defrost cycle for that time; and if the threshold has been met or exceeded, scheduling the defrost cycle during the next target period.
  • the adaptive defrost control according to the invention is integrated in a refrigerator such that the adaptive defrost control is located at the rear of the refrigerator in the vicinity of the evaporator, thereby allowing more usable space in the refrigerated compartment of the refrigerator.
  • FIG. 1 shows a refrigerator 10 with a freezer 12 and a Refrigerator compartment 14.
  • the freezer compartment 12 in Fig. 1 This is not a limitation as other configurations, such as adjacent or lower freezer configurations, may be used without departing from the spirit of the invention just described. It is understood that, although not shown, the refrigerator 10 includes all common components of a typical refrigerator, including currently defrosting capabilities such as an evaporator fan, a condenser fan, a refrigeration controller for each of the freezer compartment 12, and the refrigeration compartment 14 etc.
  • the refrigerator 10 has a small humidifier door 39 located above an opening between the freezer compartment 12 and the refrigerating compartment 14, which is controlled by a thermostat 38.
  • the thermostat 38 acts to open and close the humidifier 39 to help control the temperature of the refrigerator compartment.
  • the configuration will change depending on whether it is a side-by-side configuration, a top / bottom configuration or a bottom / top configuration
  • the in Fig. 1 For example, the present up / down configuration shown above has the humidifier door over an opening located in a corner of the freezer compartment. A second small opening between the trolley and the refrigerated compartment is located in another corner of the freezer compartment.
  • the refrigerator 10 includes a conventional refrigeration system having a compressor 22 powered by a source of AC power (represented by the AC plug).
  • the compressor 22 compresses the refrigerant contained in a tube and passes it through the expansion valve 23 to the evaporator 24. From the evaporator 24, the now cooled refrigerant is returned to the compressor and the cycle is repeated as long as the Compressor is active.
  • the operation of the compressor is controlled by the refrigeration control for the freezer compartment 12 and the cooling compartment 14, which are set by a user to a desired temperature or cooling level for each compartment 12, 14.
  • thermocouple 28 controls the actuation of the compressor 22 by disconnecting the source of alternating current from the compressor 22 when the desired temperature in the freezer compartment 12 and / or the refrigerated compartment 14 has been achieved.
  • the refrigerator includes Fig. 1 in addition, a "defrost end" 29 which is used to signal the end of a defrost cycle.
  • the defrost end is a small bimetallic switch that is clipped to the coils of the evaporator coils 24 in series with the defrost heater 26.
  • the defrost terminator 29 acts to signal the microcontroller 110 to stop the current defrost cycle when the coils of the evaporator 26 reach a predetermined temperature, usually just above freezing. The exact temperature for ending the defrost cycle depends on the concrete refrigerator. However, in a preferred embodiment, the defrost end effector 29 acts to stop the defrost cycle when the coils of the evaporator reach 35 ° F.
  • thermostat 28 of FIG Fig. 1 in fact, two separate thermostats 28, one for the refrigerated compartment 14 and the other for the freezer compartment 12. It will be understood that each of the thermostats 28 would be better positioned in the vicinity of the particular compartment 12, 14 of the refrigerator 10 being monitored.
  • the thermostats 28 are electromechanical devices, such as the tubes filled with a liquid and bulking order, as is typical in current refrigerators.
  • the advantage of such an electro-mechanical device is that the microcontroller 110 of the adaptive defrost controller or ADC 100 does not have to be complicated by also controlling the temperature measurement requirements for the refrigerator. This helps to maintain the low cost of the ADC 100, which are particularly desirable in connection with the present application.
  • microcontroller 110 is described herein as a low cost microcontroller 110, other processing means may be used to perform the functions of microcontroller 110.
  • this microprocessor can be programmed to perform the functions described herein in conjunction with the microcontroller 110 without departing from the spirit of the present invention.
  • Fig. 1 includes the present preferred Embodiment of the refrigerator 10 additionally an adaptive defrost control or ADC 100, which periodically initiates a "defrost cycle", which activates a heater 26 for melting any ice that has formed on the evaporator 22.
  • ADC 100 adaptive defrost control or ADC 100, which periodically initiates a "defrost cycle", which activates a heater 26 for melting any ice that has formed on the evaporator 22.
  • ADC 100 adaptive defrost control or ADC 100
  • the ADC 100 uses all of the hardware components of current conventional ADCs, but includes additional software / firmware program instructions that include the adaptive Create control of the defrost cycle.
  • the ADC 100 of the present embodiment is capable of adaptively providing defrost cycles in low-use / low-energy cost periods without the need for "external" information provided by sensors external to the refrigerator the cost of implementing such an ADC 100 is significantly reduced, without any external signals, for example, from an "intelligent network" implementation.
  • the ADC 100 of the present embodiment includes a microcontroller 110 that is specifically programmed to execute a specific method by executing program instructions stored in the program memory 115.
  • the microcontroller 110 of the ADC 100 is programmed to adaptively form a profile of compressor operating times over a 24 hour cycle and to determine from the profile the low-use parts and / or the parts at the night of the cycle.
  • the profile can be refined over a number of days, weeks, months and / or continuously adaptively to refine the profile better and to account for seasonal changes.
  • refrigerator-compressor operating cycles may be a little less than an hour or may be longer.
  • Two well-known external effects on compressor operating time are a) the external ambient temperature; and b) use, such as opening and closing the door, allowing the exchange of warm air, and / or adding warm food.
  • the cycle of daytime / nighttime from the ambient temperature profile. For example, in a household where the ambient temperature is kept even throughout the day, or if the morning uptime and evening uptime periods are 11-12 hours apart. In such cases, a profile may still be derived that shows periods of high usage, and such periods may be avoided for better food quality. In these cases, the two periods of low utilization may be compared and the lower of the two periods determined, so that the defrost can be scheduled in this period. If no determination can be made, the defrost cycle should be scheduled to alternate between different periods so as to avoid scheduling always at a time of high energy use.
  • an object of the present invention is to provide an improved refrigerator while still using low cost ADCs.
  • the present invention uses a conventional low-cost ADC that has been programmed to derive usage profiles that can be used to relocate defrost cycles during periods of low usage and / or nighttime Exploiting low-energy times and improving the quality of food consumed from the freezer (ie avoiding a scenario of "soft ice cream").
  • the ADC 100 of the present application uses a low-cost 1k, 8-bit, and 8-pin microcontroller for the microcontroller 110. As in FIG Fig.
  • the microcontroller 110 may be integrated with the program memory 115 and with additional memory 120 into a single package.
  • the ADC may include a minimum of a relay 160 that controls the defrost. This relay 160 may be used to provide the main controller that comes out of the ADC 100.
  • the thermostat 28 is closed, the compressor 24 is supplied via the relay 160 and the normally closed contact 161 AC. The switching of the relay 160 thus supplies power to the compressor 24 from the ADC controller 100.
  • the ADC 100 switches the relay 160 to run the defrost heater after a predetermined length of compressor operation time.
  • the relay 160 is switched after 20 hours of compressor operation, so that the next call of the compressor actually operates the defrost heater 26 instead of the compressor 24. Note that the number of operating hours is 20 hours based on many factors, including In particular, the time that the defrost takes is adjusted in each cycle.
  • the ADC 100 made in this way would have few connections and a small footprint (ie 4 inches by 4 inches PCB).
  • the implementation of the present invention would not significantly alter the physical hardware requirement of the ADC 100 from that currently available in the ADC.
  • the ADC cost would be increased by at most a few pfennigs by the need for a slightly larger program memory 115 to hold the additional code required to program the existing microcontroller 110 to operate in accordance with the present invention. This is a departure from the prior art systems that attempt to improve the efficiency of the ADC by adding complex algorithms that require much more expensive controls, external sensors, and / or additional connections to devices that are not currently part of current conventional ADC implementations.
  • the microcontroller 110 and the relay 116 receive a DC voltage from the voltage converter 140 which is connected to the AC power line AC connector and which develops a DC voltage (typically 5V or 12V) from the AC line necessary to operate the microcontroller 110 and of the relay 160 is used.
  • a DC voltage typically 5V or 12V
  • the microcontroller 110 additionally receives a control period timing signal input that causes the microcontroller 110 to power up
  • the microcontroller 110 keeps track of time by counting AC line zero crossings directly related to time.
  • the ADC 100 in Fig. 1 an impulse maintenance 150 (ie 150a, 150b, 150c of FIG Fig. 1 ) is used to supply the microcontroller 110 with a series of regular timing "ticks".
  • the pulse circuit 150 reduces the high AC voltage waveform from AC PLUG to a low voltage pulse, typically between 0 and 5V.
  • pulse retention 150 provides protection against noise and voltage spikes.
  • the pulse circuit 150 is used at three locations in the circuit of the ADC 100. See, for example, 150a, 150b and 150c of Fig. 1
  • the pulse circuit 150a is connected between the AC power line L1 of the AC POWER PLUG and the microcontroller 110.
  • This pulse circuit 150a provides the microcontroller 110 with a pulse train having the AC line frequency of, for example, 60 Hz in the United States and other countries at 120 V / 60 Hz and 50 Hz in Europe. With AC-connected devices, it is very common to derive a "clock" from these pulses. In the United States, the AC line frequency is kept very accurately at 60 Hz, producing a very accurate clock. Accordingly, the microcontroller 110 uses the pulse train generated by the pulse circuit 150a to sustain and update a "clock". See, for example, step 230 of Fig. 4A ,
  • a second pulse circuit 150b provides feedback to the microcontroller 110 from the thermostat 28.
  • a third pulse circuit 150c provides feedback to the microcontroller 110 from a Abtaubendiger 29, which acts to inform the microcontroller to end the defrost cycle.
  • the microcontroller 110 monitors the operating times of the compressor 24. Step 160.
  • the microcontroller 110 accumulates the pulses provided by the pulse circuit 150b to produce a count of the operating time of the compressor
  • this is not intended as a limitation as other types of monitoring of operating time can be used.
  • operating times may also be monitored by registering at least one of the following alternatives: a relay or switch operation (such as closing the switch in the thermostat 28); a detected voltage change; a detected increased current drain; and / or optionally based on the monitored temperature in the freezer compartment and / or the refrigerating compartment, if desired. It will be understood that other ways of detecting and monitoring the operating time of the compressor 24 may be used without departing from the spirit of the invention.
  • Compressor operating times observed by the microcontroller 110 are logged in bins based on their occurrence and duration.
  • the microcontroller 110 defines a plurality of bins representing one day cycle of operation of the compressor 24 of the refrigerator 10. For example, if you want a "bin" for each Hour of a 24-hour period, the microcomputer 110 defines 24 bins per daily cycle. Note that this example is not intended to be limiting since "bins" may be any desired length and still conform to the spirit of the invention. For example, in one particular embodiment of the invention, a daily cycle consists of six bins each lasting 4 hours.
  • 10 bins to 32 bins per 24-hour cycle may be used (ie, as long as the number of bins of a particular duration covers a total of one day's cycle).
  • a pointer is advanced to point to the bin where data is being logged.
  • the compressor activity is logged in real time in the bin the pointer is pointing to. Step 170.
  • the ADC 100 analyzes the stored data to develop a profile of compressor activity as a function of time (ie bin number). Step 180. Note that this profile can be developed by analyzing the recorded data relating to the operation of the compressor 24 over a period of one day, one week, one month, continuously, or optionally another time interval. In a particularly preferred embodiment, the ADC 100 develops a profile for the compressor operating times by analyzing the collected data for 5-7 days. Due to the above-discussed correlation between ambient temperatures (ie higher during the day) and compressor operating time (ie, compressor runs at higher ambient temperature and more use), day and night can typically be distinguished from each other. For example, see the graph of Fig.
  • FIG. 3 which shows the moving averages for compressor usage as a function of bin time in a 24 hour cycle for a particular refrigerator / freezer facility located in an office break room. How out Fig. 3 to see In the present example, the times of high compressor activity (day) are easily distinguishable from the times of low compressor activity (night).
  • a pattern is likely to appear showing bins with high compressor activity and corresponding bins with low compressor activity.
  • the system of the present invention utilizes data collected over compressor operating times and off times to schedule defrost during the nighttime cycle (i.e., non-peak energy times in a power grid).
  • the bins of the compressor operation are averaged and these averaged values are used to produce a compressor operating time curve.
  • the microcontroller 110 operates to search the curve to find a set of minimum values of compressor operation. The center of this group is then used as the target time for scheduling a defrost operation. Step 190.
  • microcontroller 110 uses a received periodic timing input to advance a pointer through a fixed set of time bins. In the present embodiment, these bins together cover a cycle of 24 hours. The progress of the indexing pointer through the set of time bins is cyclic and starts again as soon as it is completed.
  • the system is reset and all bins are cleared. Step 210.
  • the bin index, the runtime count and the "clock” count are set to zero and the state vector is set to "idle”.
  • the stored "clock” time is updated (i.e., the clock count is advanced by a "tick”).
  • the microcontroller 110 monitors external requests to operate the compressor 24.
  • the microcontroller 110 uses these requests along with an internal count of the operating time to log compressor operation in the time bins indicated by the indexing pointer.
  • the microcontroller 110 Upon detection of a request to change state, the microcontroller 110 accordingly updates the state vector of the system. Step 240.
  • the state vector is updated to reflect if the system is in an idle state; whether the compressor has started, has been switched on or has stopped; whether a defrost request has been initiated; and whether the defrost cycle started, was on, or stopped. See for example Fig. 4A ,
  • the method of the present embodiment utilizes the system idle time to analyze and / or process the collected data.
  • the algorithm checks whether the tick count "clock" time is greater than or equal to the bin time. Step 260. If not, the system checks if the compressor has been initiated. Step 270. If the compressor has not been initiated, the state vector remains idle and the algorithm checks to see if a time tick has expired (step 220 of FIG Fig. 4A ). If the compressor condition has changed, the algorithm updates the state vector to reflect that the compressor 24 has started (step 280) before proceeding to step 220 of FIG Fig. 4A is jumped.
  • the microcontroller 110 determines in step 260 that the tick count "clock" time is greater than or equal to the bin time, the bin index pointer is advanced to point to the next bin (step 290) and the microcontroller checks if the defrost cycle should be initialized (step 300). If no defrost cycle is indicated, the algorithm initiates the process of averaging the recorded data stored in the bins. Step 310. For example, in one particular embodiment of the invention, the bins of compressor operation are averaged using a low-pass IIR filter or a low-pass FIR filter. These averaged values are used to produce a compressor operating time curve. This curve is analyzed to find a bin group that has a minimum of compressor operating values. Step 320.
  • the center of this group is used as a target time to schedule a defrost operation, and a defrost pointer can be set to indicate that target. Once the indexing pointer reaches the target bin (i.e., target time), a defrost cycle is scheduled in place of the next requested compressor cycle.
  • target bin i.e., target time
  • the compressor operating time is also accumulated to determine how much total compressor operation has occurred. This accumulation can be compared to an operating limit for a defrost cycle and used to schedule a defrost cycle only when the total run time is greater than or equal to the operating limit. Step 330. In such a case, the defrost cycle would be scheduled for the next time the Ziei-Bin (ie, the identified nocturnal bin) is reached after the operating limit has been reached and the defrost pointer is set to open to show the previously determined finish time. Step 340.
  • the microcontroller 110 compares the total accumulated compressor time to the operating limit (step 350) and, if the operating limit is exceeded, sets the state vector to indicate a defrost request and sets the indexing pointer for the pointer of the destination bin (step 360).
  • the microprocessor updates the bin time (step 370) before proceeding to step 220 of FIG Fig. 4A returns.
  • the system of the present invention may use temperature profiles derived from temperatures in the freezer compartment (in accordance with the operation of the thermostat 28) to prevent defrosting at night or other times of low use and / or non-use. Schedule peak energy times.
  • the ADC 100 may optionally be provided with a circuit indicating door openings and closures indicating use to provide further data in the development of a high-profile profile for the ADC, or such data may, if available, be used as a backup used to confirm the data based on compressor run times and / or freezer compartment temperatures.
  • the maximum voltage of the AC line input (18 of Fig. 1 ) occurs at night. Accordingly, the voltage level of the AC line may be analyzed over a period of days to find the maximum voltage values (indicating the night), and the microcontroller may schedule the defrost cycles at those times.
  • a defrost cycle is scheduled in place of the next requested compressor cycle as mentioned above.
  • the duration of the defrost cycle is logged and compared to the average defrost cycle. The delay until the next defrost request is adjusted based on this comparison.
  • the data collected in the bins can be analyzed and used to influence other operations of the refrigerator.
  • the low-usage times data from the microcontroller 110 may be used to coordinate with an external ice maker control to provide greater efficiency for the refrigerator, as making ice has become a major energy use in refrigerators.
  • the stored data diagnostic functions of the refrigerator can be provided. For example, if a change in the long term average is detected, the microcontroller may signal to check that the door is closed (i.e., if the ratio remains below the line for 24 hours).
  • the operation of the entire system is stable and should be prepared to perform defrost cycles during the periods of minimal use of the cooling system.
  • These benefits are provided with little or no additional cost over the traditional ADC design and require at most a slightly larger program memory.
  • the implementation of an algorithm according to a particular embodiment of the invention will require an additional 256 bytes of flat memory (program memory) and an additional 72 bytes of RAM.
  • the system of the invention does not require any additional signals to be obtained than are already present in conventional ADCs.
  • it may be possible to simplify the connections to the ADC by using only the temperature to indicate compressor operation. By simplifying such connections, it may be possible to place the ADC on the back of the refrigerator in the vicinity of the refrigerator Relocate evaporator, so that more usable space in the refrigerator compartment of the refrigerator is made possible.
  • the system of the present invention advantageously relocates the defrost cycle to times of little use of the refrigerator without requiring external sensors or clocks to determine those times. Accordingly, a refrigerator incorporating the ADC of the present invention can ensure better quality of food in the main use time of the refrigerator. Shifting the defrost to times of low use also improves the temperature stability of the refrigerated compartment by shifting defrosts (which may increase the temperature in that compartment) to periods of low refrigerator traffic.

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Abstract

Es werden ein System (110) und ein Verfahren zur Steuerung des automatischen Abtauens einer Kühlschrankeinrichtung (10) bereitgestellt. Auf der Basis einer Evaluierung der Kompressorbenutzung in einem täglichen Zyklus verlagert das System den Abtauzyklus adaptiv auf Zeiten geringer Benutzung.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abtausteuerung für ein Kühlgerät und insbesondere eine Abtausteuerung, die adaptiv einen Abtauzyklus in Zeiten niedriger Energiekosten einplant, ohne jegliche reale Tageszeit"-Uhrfunktion zu verwenden.
  • Kühlschränke führen heutzutage typischerweise einen "Abtauzyklus" aus, um das Eis oder Frost, das bzw. der sich auf dem Verdampfer des Geräts bildet, zu schmelzen. Der Betrieb eines solchen Abtauzyklus verbraucht viel Strom und bewirkt zusätzlich, dass der Kompressor des Kühlschranks für länger als einen normalen Zeitraum läuft, um das Gerät auf seine gewünschte Innentemperatur zurückzuführen. Typische Daten zeigen, dass die Abtau- und Wiederherstellungs-Betriebsperioden des Kühlschranks zwei- bis viermal die mittlere Energie verwenden, die zu anderen Zeiten während des Kühlschrankbetriebs verwendet wird. Dementsprechend wurde versucht, die Zeit, in der das Abtauen auftritt, zu optimieren, um eine Anpassung an Tageszeiten mit niedrigeren Energiekosten und geringer Benutzung zu erzielen.
  • Verschiedene Kühlschrankmechanismen wurden verwendet, um eine Tageszeit mit niedrigen Energiekosten und/oder geringer Benutzung zu bestimmen, in der ein Abtauzyklus auszuführen ist. Zum Beispiel offenbart die EP 1 731 859 A2 das Steuern des Abtauens eines Kühlschranks unter Verwendung eines durch einen Sensor empfangenen Lichtsignals, wobei das Signal auf solche Weise ausgewertet wird, dass umgebende Nachtbeleuchtungsbedingungen detektiert werden können, wobei in diesem Fall Abtauen eingeleitet wird. Die EP 1 496 324 A1 verwendet eine externe Uhr zum Einplanen von Abtauzeit in der Nacht.
  • Obwohl es nicht in Verbindung mit der Einplanung eines Abtauzyklus offenbart wird, offenbart zusätzlich das Patent US 5,533,349 (das "'349-Patent") ein Gerät, wie zum Beispiel einen Mikrocontroller, das zum Überwachen des Betriebs eines Kühlschrankkompressors auf der Basis von Messwerten eines Temperatursensors benutzt wird, wobei anfängliche Referenzzeiten in dem Mikrocontroller gespeichert werden. Der Mikrocontroller des '349-Patents verfolgt die Zeiten, die es dauert, bis sich die Innentemperafuren zwischen den Einschalt- und Ausschalttemperaturen ändern, und kann außerdem die Steigungstemperatur zwischen der Einschalt- und Ausschalttemperatur bestimmen. In dem '349-Patent werden dann die derzeitigen Zeitbedingungen mit Referenzzeiten verglichen, um die Temperatur außerhalb des Gehäuses zu berechnen, und unter Verwendung dieser Informationen kann der Betrieb des Kompressors auf der Basis der geschätzten oder deduzierten Außentemperatur justiert werden.
  • Bestimmte andere Systeme binden den Abtauzyklus an das Öffnen der Kühlschranktüren. Zum Beispiel offenbart das US-Patent 5,231,844 eine Steuerung, die einen Abtaubetrieb startet, wenn die Anforderungen für die Abtauzeit, die Temperaturen des Gefrierfachs und des Kühlfachs und die Position der Türen gleichzeitig erfüllt sind,
  • Das Patent US 5,483,804 (das "'804-Patent") offenbart eine Abtausteuervorrichtung für einen Kühlschrank mit einem Mikrocomputer, der die Anzahl der Öffnungs-/Schließzeiten einer Tür eines Lagerraums für jede von Zeitzonen an einem Tag zählt, um so Indizes für alle Zeitzonen auf der Basis der Anzahl der Öffnungs-/Schließzeiten zu setzen. Gemäß den Indizes wird durch Abtausignalerzeugungsmittel ein Abtau-Einschalt-/ -Ausschaltsignal erzeugt, so dass ein Abtaubetrieb in einer Zeitzone durchgeführt werden kann, in der eine Häufigkeit des Öffnens/Schließens der Tür klein ist. Der Mikrocomputer zählt außerdem Betriebsstunden eines Kompressors und insgesamt vergangene Stunden und bestimmt ein plötzliches Phänomen und eine Jahreszeit. Somit führt das '804-Patent das Abtauen in "Zeitzonen" aus, in denen die Häufigkeit der Türöffnungen klein ist, die Zeiten mit hohen Energiekosten (d.h. mittags) sein könnten, statt Zeiten mit niedrigen Energiekosten (d.h. in der Nacht), Zusätzlich ist die komplexe Berechnung von Indizes in dem '804-Patent intensiver als durch einen kleinen Vielzweck-Mikrocontroller ausgeführt werden kann. Siehe zum Beispiel auch das US-Patent 6,523,358 .
  • Das US-Patent Nr. 5,515,692 (das "'692-Patent") offenbart eine Einrichtung und ein Verfahren zum automatischen Abtauen eines Kühlsystems, das einen Mikroprozessor umfasst, der einen Abtauzyklus während einer Tageszeit einleitet, die für den Kühlschrank und die Versorgungsfirma am effizientesten ist. Das '692-Patent offenbart ferner, dass der Abtauzyklus während einer Tageszeit eingeleitet wird, die sich am wenigsten auf gelagerte Nahrungsmittel auswirkt. Insbesondere offenbart das '692-Patent einen Mikroprozessor, der dafür programmiert ist, den Stromverbrauch des Kühlschranks während eines Zeitraums von 24 Stunden zu analysieren und aus dieser Analyse die Tageszeit und den Zeitraum bzw. Zeiträume zu bestimmen, die für die Einleitung eines Abtauzyklus am effizientesten sein werden. Das System des '692-Patents benutzt einen externen Stromsensor zur Überwachung des Betriebs des Kühlschranks, um über einen komplexen Algorithmus die Tageszeit zu bestimmen. Siehe zum Beispiel Spalte 7 des '692-Patents, Zeilen 36-62. Somit erzeugt und verwendet das '692-Patent ein vordefiniertes 24-Stunden-Energiebenutzungsmodell, wobei die Abtauzeitsteuerung auf der Basis einer besten Anpassung an dieses vorprogrammierte Muster justiert wird. Ein solches Muster ist jedoch fixiert und gegenüber Betrieb in einer Umgebung wie einem Büro oder einer Familie nicht adaptiv und würde somit wahrscheinlich jahreszeitbedingte Ausfälle erleiden. Die durch das System des '692-Patents ausgeführten Berechnungen würden eine Steuerung und einen ADC erfordern, die eine nichttriviale Preisvergrößerung der Abtausteuereinheit verursachen würden. Zusätzlich würde ein solches System durch Klimaanlagenänderungen in der Nähe des Kühlschranks durcheinandergebracht.
  • In Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt vorliegender Erfindung deshalb die Problemstellung zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, das die Nachteile der derzeitigen Kühlschrankabtausteuerungen überwindet und ohne Hinzufügung von wesentlichen Produktionskosten zu dem Gerät implementiert werden kann.
  • Die erstgenannte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine adaptive Abtausteuerung für eine Kühleinrichtung bereitzustellen, umfassend einen Prozessor, der dafür ausgelegt ist, einen zyklisch wieder auftretenden vordefinierten Zeitraum in eine Vielzahl von Bins aufzuteilen, Kompressorbetriebszeiten Ober den zyklisch wieder auftretenden vordefinierten Zeitraum zu überwachen, mit der Zeit die detektierten Kompressorbetriebszeiten in der Vielzahl von Bins zu protokollieren, die in den Bins protokollierten Daten zu analysieren, um Bins zu detektieren, die geringe Kompressorbenutzung aufzeichnen, und einen Abtauzyklus auf der Basis der Ergebnisse der analysierten Daten einzuplanen.
  • Mit anderen Worten wird eine Abtausteuerung für ein Kühlgerät, die einen Abtauzyklus adaptiv in Bezug auf die Kühlschrankbenutzung einplant. Das System verlagert adaptiv den Abtauzyklus auf der Basis einer Auswertung der Kompressorbenutzung in einem täglichen Zyklus auf Zeiten mit geringer Benutzung,
  • Obwohl die Erfindung hier als in einer adaptiven Abtausteuerung für ein Kühlgerät realisiert dargestellt und beschrieben wird, ist dessen ungeachtet nicht beabsichtigt, auf die gezeigten Details beschränkt zu werden, da verschiedene Modifikationen und strukturelle Änderungen daran vorgenommen werden können, ohne von dem Gedanken der Erfindung abzuweichen und den Schutzumfang von Äquivalenten der Ansprüche zu verlassen.
  • Die zweitgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Durchführen eines Abtauzyklus in einer Kühleinrichtung, die eine adaptive Abtausteuerung umfasst, mit den folgenden Schritten: Aufteilen eines zyklisch wieder auftretenden vordefinierten Zeitraums in eine Vielzahl von Bins; Überwachen von Kompressorbetriebszeiten Ober den zyklisch wieder auftretenden vordefinierten Zeitraum; Protokollieren der detektierten Kompressorbetriebszeiten mit der Zeit in der Vielzahl von Bins; Analysieren der Bins, um Bins zu detektieren, die geringe Kompressorbenutzung aufzeichnen; Einplanen eines Abtauzyklus auf der Basis der Ergebnisse des Schritts des Analysierens; und Durchführen einer Abtauoperation.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der adaptiven Abtausteuerung ist der Prozessor ein Mikrocontroller.
  • In einer bevorzugten Alternative der adaptiven Abtausteuerung, überwacht der Prozessor Kompressorbetriebszeiten durch Überwachen mindestens einer der folgenden Alternativen: eine Relais- oder Schalterbetätigung; eine detektierte Spannungsänderung; eine detektierte vergrößerte Stromentnahme; und/oder eine Temperatur in einem Kühlfach und/oder einem Gefrierfach.
  • In einer weiteren Ausführungsform der adaptiven Abtausteuerung, ist der Prozessor zusätzlich dafür ausgelegt, die in den Bins protokollierten Daten vor der Analyse der Daten zu mitteln.
  • Vorteilhafter Weise werden die Daten unter Verwendung eines Tiefpass-IIR-Filters oder -FIR-Filters gemittelt.
  • Zweckmäßiger Weise wird der der Abtauzyklus so eingeplant, dass er während eines Zielzeitraums in einem Bin auftritt, das eine Vorgeschichte geringer Kompressorbenutzung zeigt.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung wird der Abtauzyklus während des Zielzeitraums anstelle eines angeforderten Kompressorbetriebs gestartet.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der adaptiven Abtausteuerung ist der Prozessor zusätzlich dafür ausgelegt, einen Zählwert von Kompressorbetriebszeiten während des zyklisch wieder auftretenden vordefinierten Zeitraums zu akkumulieren, als Reaktion auf eine Abtauanforderung den akkumulierten Zählwert von Kompressorbetriebszeiten mit einer Schwelle zu vergleichen und keinen Abtauzyklus einzuplanen, wenn die Schwelle nicht erreicht ist, aber einen Abtauzyklus während des nächsten Zielzeitraums einzuplanen, wenn die Schwelle erreicht oder überschritten wurde.
  • In einer bevorzugten Alternative wird einem anderen Steuersystem eines Kühlschranks, der die adaptive Abtausteuerung enthält, signalisiert, zur selben Zeit wie der eingeplante Abtauzyklus zu starten.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist das andere Steuersystem das Steuersystem für einen Eismacher ist.
  • Vorteilhafter Weise werden die analysierten Daten zusätzlich von einem Diagnostiksystem einer Kühleinrichtung verwendet.
  • Zweckmäßiger Weise überwacht der Prozessor Kompressorbetriebszeiten nur durch Überwachen einer Temperatur eines Kühlfachs und/oder eines Gefrierfachs.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens werden mindestens die Schritte des Überwachens, des Protokollierens und des Analysierens durch einen Mikrocontroller ausgeführt.
  • In einer bevorzugten Alternative des Verfahrens überwacht der Schritt des Überwachens Kompressorbetriebszeiten durch Überwachen mindestens einer der folgenden Alternativen: eine Relais- oder Schalterbetätigung; eine detektierte Spannungsänderung; eine detektierte vergrößerte Stromentnahme; und/oder eine Temperatur in einem Kühlfach und/oder einem Gefrierfach.
  • In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens erfolgt der Schritt des Mittelns der in den Bins protokollierten Daten vor dem Schritt des Analysierens.
  • Vorteilhafter Weise wird der Schritt des Mittelns unter Verwendung eines Tiefpass-IIR- oder -FIR-Filters ausgeführt.
  • Zweckmäßiger Weise wird der Abtauzyklus so eingeplant, dass er während eines Zielzeitraums in einem Bin auftritt, das eine Vorgeschichte geringer Kompressorbenutzung zeigt.
  • In einer weiteren Ausgestaltung wird die Abtauoperation während des Zielzeitraums anstelle eines angeforderten Kompressorbetriebs gestartet.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens werden folgende Schritte ausgeführt: Akkumulieren eines Zählwerts von Kompressorbetriebszeiten während des zyklisch wieder auftretenden vordefinierten Zeitraums; Vergleichen des akkumulierten Zählwerts von Kompressorbetriebszeiten mit einer Schwelle als Reaktion auf eine Abtauanforderung; und wenn die Schwelle nicht erreicht ist, Nichteinplanen des Abtauzyklus für diesen Zeitpunkt; und wenn die Schwelle erreicht oder überschritten wurde, Einplanen des Abtauzyklus während des nächsten Zielzeitraums.
  • Die Aufgabe wird weiter gelöst durch ein Computerprogrammprodukt, das auf einer computerlesbaren Speichereinrichtung gespeichert ist, wobei bei Ausführung durch einen Prozessor die Ausführung des Computerprogramms bewirkt, dass der Prozessor die folgenden Schritte ausführt: Überwachen von Kompressorbetriebszeiten über einen zyklisch wieder auftretenden vordefinierten Zeitraum; Aufteilen des zyklisch wieder auftretenden vordefinierten Zeitraums in eine Vielzahl von Bins; Protokollieren der detektierten Kompressorbetriebszeiten mit der Zeit in der Vielzahl von Bins; Analysieren der Bins, um Bins zu detektieren, die geringe Kompressorbenutzung aufzeichnen; und Einplanen eines Abtauzyklus auf der Basis der Ergebnisse des Schritts des Analysierens,
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung des Computerprogramms überwacht der Schritt des Überwachens Kompressorbetriebszeiten durch Überwachen mindestens einer der folgenden Alternativen: eine Relais- oder Schalterbetätigung; eine detektierte Spannungsänderung; eine detektierte vergrößerte Stromentnahme; und/oder eine Temperatur in einem Kühlfach und/oder einem Gefrierfach.
  • In einer bevorzugten Alternative bewirkt das Computerprogramm, dass der Prozessor die in den Bins protokollierten Daten vor dem Schritt des Analysierens mittelt.
  • In einer weiteren Ausführungsform des Computerprogramms wird der Abtauzyklus so eingeplant, dass er während eines Zielzeitraums in einem Bin auftritt, das eine Vorgeschichte geringer Kompressorbenutzung zeigt.
  • Vorteilhafter Weise bewirkt das Computerprogramm, wenn es durch einen Prozessor ausgeführt wird, dass der Prozessor die folgenden zusätzlichen Schritte ausführt: Akkumulieren eines Zählwerts von Kompressorbetriebszeiten während des zyklisch wieder auftretenden vordefinierten Zeitraums; Vergleichen des akkumulierten Zählwerts von Kompressorbetriebszeiten mit einer Schwelle als Reaktion auf eine Abtauanforderung" und wenn die Schwelle nicht erreicht ist, Nichteinplanen des Abtauzyklus für diesen Zeitpunkt; und wenn die Schwelle erreicht oder überschritten wurde, Einplanen des Abtauzyklus während des nächsten Zielzeitraums.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die erfindungsgemäße adaptive Abtausteuerung in einen Kühlschrank integriert, derart, dass sich die adaptive Abtausteuerung auf der Hinterseite des Kühlschranks in der Nähe des Verdampfers befindet, wodurch mehr nutzbarer Platz in dem Kühlfach des Kühlschranks ermöglicht wird.
  • Die Konstruktion der Erfindung wird zusammen mit ihren zusätzlichen Aufgaben und Vorteilen am besten durch die folgende Beschreibung der spezifischen Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlich.
  • Mehrere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden anhand derZeichnung näher erläutert. in der sich gleiche Bezugszeichen auf ähnliche Elemente beziehen. Es zeigen:
    • Fig. 1 ein vereinfachtes Diagramm eines Kühlschranks mit einer automatischen Abtausteuerung gemäß einer bestimmten Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung;
    • Fig. 2 ein Flussdiagramm eines verallgemeinerten Prozesses für den Algorithmus einer bestimmten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • Fig. 3 ein Graph der gleitenden Mittelwerte für Kompressorbenutzung als Funktion von Bin-Zeit in einem Zyklus von vierundzwanzig Stunden, wobei die Zeiten mit hoher Kompressoraktivität (Tag) leicht von den Zeiten mit niedriger Kompressoraktivität (Nacht) unterscheidbar sind; und
    • Fig. 4A und 4B ein Flussdiagramm des Algorithmus einer anderen bestimmten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Figur 1 zeigt einen Kühlschrank 10 mit einem Gefrierfach 12 und einem Kühlfach 14. Obwohl das Gefrierfach 12 in Fig. 1 als ein oben angebrachter Gefrierschrank dargestellt ist, ist dies keine Einschränkung, da andere Konfigurationen, wie zum Beispiel daneben angeordnete oder untere Gefrierschrankkonfigurationen, verwendet werden können, ohne von dem Gedanken der gerade beschriebenen Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass, obwohl es nicht gezeigt ist, der Kühlschrank 10 alle üblichen Komponenten eines typischen Kühlschranks umfasst, darunter derzeit Fähigkeiten zum automatischen Abtauen, wie zum Beispiel ein Verdampferlüfter, ein Kondensatorlüfter, eine Kältesteuerung für jeweils das Gefrierfach 12 und das Kühlfach 14 usw.
  • Zusätzlich umfasst wie in Fig, 1 dargestellt der Kühlschrank 10 eine kleine Befeuchterklappe 39, die sich über einer Öffnung zwischen dem Gefrierfach 12 und dem Kühlfach 14 befindet, die durch einen Thermostat 38 gesteuert wird. Insbesondere wirkt der Thermostat 38 zum Öffnen und Schließen des Befeuchters 39, um dabei zu helfen, die Temperatur des Kühlfachs zu steuern. Obwohl sich die Konfiguration abhängig davon ändern wird, ob es sich eine Nebeneinander-Konfiguration, eine Oben-/Unten-Konfiguration oder eine Unten-/Oben-Konfiguration handelt, umfasst die in Fig. 1 gezeigte vorliegende Oben-/Unten-Konfiguration die Befeuchterklappe über einer Öffnung, die sich in einer Ecke des Gefrierfachs befindet. Eine zweite kleine Öffnung zwischen dem Getrierfach und dem Kühlfach befindet sich in einer anderen Ecke des Gefrierfachs. Wenn die Befeuchterklappe 39 durch den Thermostat 38 geöffnet wird, fließt kalte Luft aus dem Gefrierfach in das Kühffach, während warme Luft aus dem Kühlfach in das Gefrierfach fließt. Obwohl es viele Konfigurationen zum Ausführen dieses Wärmeaustauschs zwischen dem Gefrier- und dem Kühlfach gibt, versteht sich, dass dies ein in einem typischen Kühlschrank anzutreffendes übliches Steuersystem ist. Man beachte, dass, obwohl die Beschreibung in Verbindung mit der in Fig. 1 gezeigten konkreten Konfiguration von "Gefrierschrank oben" erfolgt, es klar ist, wie die Konfiguration an eine andere Art von Gefrierschrankanordnung angepasst werden kann. Zum Beispiel versteht sich, dass für eine Konfiguration von "Getrierschrank unten" das Gefrierfach zusätzlich einen Lüfter zum Bewegen der kühlen Luft aus dem Gefrierfach 12 in das Kühlfach 14 erfordern wird.
  • Wieder mit Bezug auf Fig. 1 umfasst der Kühlschrank 10 ein herkömmliches Kühlsystem mit einem Kompressor 22, der durch eine Quelle von Wechselstrom (repräsentiert durch den Wechselstromstecker) versorgt wird. Wenn er aktiviert ist, komprimiert der Kompressor 22 das in einer Röhre enthaltene Kühlmittel und leitet es durch das Expansionsventil 23 zu dem Verdampfer 24. Von dem Verdampfer 24 aus wird das nun gekühlte Kühlmittel wieder in den Kompressor zurückgeführt und der Zyklus wird wiederholt, solange der Kompressor aktiv ist. Die Betätigung des Kompressors wird durch die Kältesteuerung für das Gefrierfach 12 und das Kühtfach 14 gesteuert, die von einem Benutzer auf eine gewünschte Temperatur bzw. ein gewünschtes Kühlniveau für jedes Fach 12, 14 eingestellt werden, Obwohl eine digitale Kältesteuerung verwendet werden kann, bestehen bei den typischsten Implementierungen die Kältesteuerungen aus einer elektromechanischen Einrichtung mit einem Knopf (der vom Benutzer auf einen gewünschten Wert gestellt wird) und einem Thermoelement oder Thermostat 28, Das Thermoelement bzw. der Thermostat 28 steuert die Betätigung des Kompressors 22 durch Trennen der Quelle von Wechselstrom von dem Kompressor 22, wenn die gewünschte Temperatur in dem Gefrierfach 12 und/oder dem Kühlfach 14 erzielt wurde. Zusätzlich zu dem Thermostat 28 umfasst der Kühlschrank von Fig. 1 zusätzlich einen "Abtaubeendiger" 29, der zum Signalisieren des Endes eines Abtauzyklus verwendet wird. Zum Beispiel ist bei einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung der Abtaubeendiger ein kleiner Bimetallschalter, der an die Spulen der Verdampferspulen 24 in Reihe mit der Abtauheizung 26 angeklippt wird. Der Abtaubeendiger 29 wirkt, um dem Mikrocontroller 110 zu signalisieren, den aktuellen Abtauzyklus zu stoppen, wenn die Spulen des Verdampfers 26 eine vorbestimmte Temperatur, gewöhnlich gerade eben über dem Frieren, erreichen. Die genaue Temperatur zur Beendigung des Abtauzyklus richtet sich nach dem konkreten Kühlschrank. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wirkt der Abtaubeendiger 29 jedoch zum Stoppen des Abtauzyklus, wenn die Spulen des Verdampfers 35°F erreichen.
  • Obwohl er der Einfachheit halber als ein in der Nähe des Kompressors angeordneter einziger Thermostat dargestellt ist, repräsentiert der Thermostat 28 von Fig. 1 tatsächlich zwei separate Thermostate 28, einen für das Kühlfach 14 und den anderen für das Gefrierfach 12. Es versteht sich, dass jeder der Thermostaten 28 besser in der Nähe des bestimmten Fachs 12, 14 des Kühlschranks 10, das überwacht wird, positioniert würde. Bei einer bestimmten Ausführungsform sind die Thermostate 28 elektromechanische Einrichtungen, wie zum Beispiel die mit einer Flüssigkeit gefüllten Röhren und Bulkanordnung, so wie es bei derzeitigen Kühlschränken typisch ist. Der Vorteil einer solchen elektromechanischen Einrichtung besteht darin, dass der Mikrocontroller 110 der adaptiven Abtausteuerung bzw. ADC 100 nicht dadurch verkompliziert werden muss, dass sie auch die Temperaturmessanforderungen für den Kühlschrank steuert. Dies hilft dabei, die geringen Kosten der ADC 100 aufrechtzuerhalten, die insbesondere in Verbindung mit der vorliegenden Anmeldung erwünscht sind. Man beachte jedoch, dass dies nicht als Einschränkung gedacht ist, da der Mikrocontroller der ADC 100 auch so ausgewählt werden kann, dass er in der Lage ist und dafür programmiert werden kann, die Temperatur der Fächer 12, 14 zu überwachen und gegebenenfalls den Kompressor 22 zu aktivieren. Man beachte, dass, obwohl der Mikrocontroller 110 hier als kostengünstiger Mikrocontroller 110 beschrieben wird, andere Verarbeitungseinrichtungen verwendet werden können, um die Funktionen des Mikrocontrollers 110 auszuführen. In einem Kühlgerät mit einem Mikroprozessor kann zum Beispiel dieser Mikroprozessor dafür programmiert werden, die hier beschriebenen Funktionen in Verbindung mit dem Mikrocontroller 110 auszuführen, ohne von dem Gedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • Wieder mit Bezug auf Fig. 1 umfasst die vorliegende bevorzugte Ausführungsform des Kühlschranks 10 zusätzlich eine adaptive Abtausteuerung bzw. ADC 100, die periodisch einen "Abtauzyklus" einleitet, der eine Heizung 26 zum Schmelzen von etwaigem Eis, das sich auf dem Verdampfer 22 gebildet hat, aktiviert. Wie oben besprochen, verbraucht der Betrieb eines solchen Abtauzyklus viel Strom und kann bewirken, dass der Kompressor des Kühlschranks länger als für einen normalen Zeitraum läuft, um das Gerät zu seiner gewünschten Innentemperatur zurückzuführen.
  • Außerdem hat sich erwiesen, dass die Durchführung eines Abtauzyklus in einem Kühlschrank mit einem Gefrierfach zusätzlich zu einem höher als durchschnittlichen Energieverbrauch auch die Temperatur im Gefrierfach vergrößert. Obwohl sie noch gefroren sind, sind Nahrungsmittel wie Eiskrem unmittelbar nach der Durchführung eines Abtauzyklus nicht in ihrem besten Zustand. Stattdessen sind solche gefrorenen Nahrungsmittel oft weicher als erwünscht, solange sich das Gefrierfach nicht erholt (d.h. zu der gewünschten Temperatur zurückgeführt wurde) hat. Durch Verlagern des Betriebs des Abtauzyklus auf einen Zeitraum, in dem der Kühlschrank normalerweise nicht benutzt wird, verbessert die vorliegende Erfindung zusätzlich die Qualität der konsumierten Nahrungsmittel (zum Beispiel Eiskrem), indem es den Nahrungsmitteln gestattet wird, sich zu erholen, bevor sie gegessen werden.
  • Dementsprechend ist es wünschenswert, mindestens einen größten Teil dieser Hochenergie-Abtauzyklen auf Zeiträume adaptiv zu verlagern, in denen der Verbraucher den Kühlschrank gewöhnlich nicht benutzt und/oder in denen das elektrische Strom-"Netz" die niedrigste Belastung und die niedrigsten verfügbaren Energiekosten aufweist, wie zum Beispiel in der Nacht. Zusätzlich ist es wünschenswert, eine ADC 100 bereitzustellen, die relativ kostengünstig herzustellen ist. Bei einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung benutzt die ADC 100 alle Hardwarekomponenten derzeitiger herkömmlicher ADC, umfasst aber zusätzliche Software-/Firmware-Programmanweisungen, die die adaptive Steuerung des Abtauzyklus erzeugen. Wie aus der folgenden Beschreibung hervorgehen wird, ist die ADC 100 der vorliegenden Ausführungsform in der Lage, Abtauzyklen adaptiv in Zeiträumen mit geringer Benutzung/niedrigen Energiekosten bereitzustellen, ohne dass "externe" Informationen notwendig sind, die durch Sensoren außerhalb des Kühlschranks geliefert werden, wodurch die Kosten der Implementierung einer solchen ADC 100 signifikant verringert werden, und zwar ohne jegliche externen Signale zum Beispiel aus einer Implementierung des "intelligenten Netzes".
  • Die ADC 100 der vorliegenden Ausführungsform umfasst einen Mikrocontroller 110, der insbesondere dafür programmiert ist, ein spezifisches Verfahren durch Ausführen von in dem Programmspeicher 115 gespeicherten Programmanweisungen auszuführen. Insbesondere ist der Mikrocontroller 110 der ADC 100 dafür programmiert, adaptiv ein Profil von Kompressorbetriebszeiten über einen Zyklus von 24 Stunden zu bilden und aus dem Profil die Teile mit geringer Benutzung und/oder die Teile zur Nacht des Zyklus zu bestimmen. Das Profil kann über eine Reihe von Tagen, Wochen, Monaten und/oder kontinuierlich adaptiv verfeinert werden, um das Profil besser zu verfeinern und um jahreszeitbedingte Änderungen zu berücksichtigen.
  • Um ein Profil zu erzeugen, woraus die Abtauzyklen eines Kühlschranks einzuplanen sind, müssen bestimmte Grundkenngrößen für Kühlschränke erkannt werden. Insbesondere versteht sich, dass derzeitige Kühlschränke auf verschiedene Weisen abtauen. Manche tauen mehr als einmal am Tag ab, während andere alle paar Tage einmal abtauen. Zusätzlich können Kühlschrank-Kompressor-Betriebsxyklen etwas weniger als eine Stunde betragen oder können länger sein. Zwei wohlbekannte äußere Auswirkungen auf die Kompressor-Betriebszeit sind a) die äußere Umgebungstemperatur; und b) Benutzung, wie zum Beispiel durch Öffnen und Schließen der Tür, wodurch der Austausch warmer Luft erlaubt wird, und/oder das Hinzufügen von warmen Nahrungsmitteln.
  • Bei der Modellierung eines typischen Umgebungstemperaturprofils versteht sich, dass typischerweise während des Tages wärmere Umgebungstemperaturen auftreten. In der Heiungs-Jahreszeit ist das Umgebungsprofil in der Nacht aufgrund der Verwendung von Rückstell-Thermostaten flach oder typischer kühler. Bei mildem Wetter (d.h. während Fenster offen sind), ist die Tageszeit naturgemäß wärmer. Während der abkühlenden Jahreszeit stellen die meisten Wohnungen die Klimaanlage so ein, dass sie sich während des Tages bei höheren Temperaturen einschaltet, so dass die Wohnung wärmer ist, wenn keine Personen anwesend sind. In einer Büroumgebung ist es jedoch möglich, dieses Temperaturprofil umzukehren. Falls die Klimaanlage nur während des Tages eingeschaltet ist, ist es wahrscheinlich, dass der Kühlschrank auch nur während des Tages benutzt wird, In diesem letzteren Fall übersteuert die Tageszeitbenutzung typischerweise die Temperaturprofilumkehrung.
  • Es gibt bestimmte Fälle, in denen es schwierig ist, den Zyklus von Tageszeit/Nachtzeit aus dem Umgebungstemperaturprofil zu bestimmen. Zum Beispiel in einem Haushalt, in dem die Umgebungstemperatur den ganzen Tag gleichmäßig gehalten wird oder falls der morgendliche Hochbenutzungszeitraum und der abendliche Hochbenutzungszeitraum 11-12 Stunden auseinander liegen. In solchen Fällen kann immer noch ein Profil abgeleitet werden, das Zeiträume mit hoher Benutzung zeigt, und solche Zeiträume können für bessere Nahrungsmittelqualität vermieden werden. In diesen Fällen können die beiden Zeiträume mit geringer Benutzung verglichen und der niedrigere der beiden Zeiträume bestimmt werden, so dass das Abtauen in diesem Zeitraum eingeplant werden kann. Wenn keine Bestimmung durchgeführt werden kann, sollte der Abtauzyklus so eingeplant werden, dass er zwischen verschiedenen Zeiträumen alterniert, um so zu vermeiden, immer in einer Zeit mit hoher Energiebenutzung einzuplanen.
  • Viele Kohlschrankhersteller tendieren zur Verwendung größerer elektronischer Steuerungen zur Verbesserung der ADC-Leistungsfähigkeit. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist jedoch die Bereitstellung eines verbesserten Kühlschranks, während weiterhin kostengünstige ADC verwendet werden. Anstelle der Verwendung einer größeren, kostspieligeren elektronischen Steuerung für ADC verwendet die vorliegende Erfindung eine herkömmliche kostengünstige ADC, die dafür programmiert wurde, Benutzungsprofile abzuleiten, die verwendet werden können, um Abtauzyklen in Zeiten mit geringer Benutzung und/oder in die Nacht zu verlagern, um Zeiten mit niedrigen Energiekosten auszunutzen und um die Qualität von aus dem Gefrierschrank konsumierten Nahrungsmitteln zu verbessern (d.h. um somit ein Szenario von "weicher Eiskrem" zu vermeiden). Bei einer besonders bevorzugten Erfindung verwendet die ADC 100 der vorliegenden Anmeldung einen kostengünstigen Mikrocontroller mit 1k, 8 Bit und 8 Anschlossen für den Mikrocontroller 110. Wie in Fig. 1 gezeigt, kann der Mikrocontroller 110 mit dem Programmspeicher 115 und mit zusätzlichem Speicher 120 zu einer einzigen Bauform integriert werden. Zusätzlich kann bei der vorliegenden Ausführungsform die ADC ein Minimum von einem Relais 160 umfassen, das das Abtauen steuert. Dieses Relais 160 kann verwendet werden, um die Hauptsteuerung bereitzustellen, die aus der ADC 100 herauskommt. Insbesondere wird, wenn der Thermostat 28 geschlossen ist, dem Kompressor 24 über das Relais 160 und dessen Öffnerkontakt 161 Wechselstrom zugeführt. Das Schalten des Relais 160 führt somit dem Kompressor 24 aus der ADC-Steuerung 100 Strom zu. Gemäß einer bestimmten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schaltet zusätzlich die ADC 100 unter der Kontrolle des in dem Programmspeicher 115 gespeicherten Algorithmus das Relais 160 zum Laufenlassen der Abtauheizung nach einer vorbestimmten Länge von Kompressorbetriebszeit. Bei einer bestimmten Ausführungsform wird das Relais 160 nach 20 Stunden Kompressorbetriebszeit geschaltet, so dass der nächste Aufruf des Kompressors tatsächlich anstelle des Kompressors 24 die Abtauheizung 26 betätigt. Man beachte, dass die Zahl von 20 Stunden Betriebszeit auf der Basis von vielen Faktoren, darunter insbesondere die Zeit, die das Abtauen in Anspruch nimmt, in jedem Zyklus justiert wird.
  • Die auf diese Weise hergestellte ADC 100 würde wenige Verbindungen und eine kleine Grundfläche (d.h. 4 Zoll mal 4 Zoll PCB) aufweisen. Bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung, die in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben wird, würde die Implementierung der vorliegenden Erfindung somit die physische Hardwareanforderung der ADC 100 von der von derzeit verfügbaren ADC nicht wesentlich abwandeln. Die ADC-Kosten würden durch die Notwendigkeit eines etwas größeren Programmspeichers 115 zum Halten des zum Programmieren des existierenden Mikrocontrollers 110 zum Arbeiten gemäß der vorliegenden Erfindung erforderlichen zusätzlichen Codes höchstens um einige wenige Pfennig vergrößert. Dies ist eine Abweichung von den Systemen des Stands der Technik, die versuchen, die Effizienz der ADC zu verbessern, indem komplexe Algorithmen hinzugefügt werden, die viel kostspieligere Steuerungen, externe Sensoren und/oder zusätzliche Verbindungen mit Einrichtungen erfordern, die zur Zeit nicht Teil von derzeitigen herkömmlichen ADC-Implementierungen sind.
  • Nunmehr mit Bezug auf Figuren 1-2 wird eine bestimmte Ausführungsform eines Prozesses beschrieben, der durch den Mikrocontroller 110 implementiert wird, der den in dem Programmspeicher 115 gespeicherten Algorithmus der Erfindung ausführt. Bei der vorliegenden Ausführungsform empfangen der Mikrocontroller 110 und das Relais 116 eine Gleichspannung von dem Spannungsumsetzer 140, der mit der Wechselstromleitung WECHSELSTROMSTECKER verbunden ist und der aus der Wechselstromleitung eine Gleichspannung (typischerweise 5 V oder 12 V) entwickelt, die zum Betreiben des Mikrocontrollers 110 und des Relais 160 verwendet wird.
  • Der Mikrocontroller 110 empfängt zusätzlich eine Regelperioden-Zeitsteuerungssignaleingabe, die bewirkt, dass der Mikrocontroller 110 auf regelmäßige Weise betrieben wird und die der Mikrocontroller akkumuliert, um eine "Uhr' zu bilden. Bei einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung verfolgt der Mikrocontroller 110 die Zeit durch Zählen von Wechselstromleitungs-Nulldurchgängen, die direkt mit der Zeit zusammenhängen. Bei der vorliegenden Ausführungsform der ADC 100, die in Fig. 1 gezeigt ist, wird eine lmpulssehaltung 150 (d.h. 150a, 150b, 150c von Fig. 1) verwendet, um dem Mikrocontroller 110 eine Folge von regelmäßigen Zeitsteuerungs-"Ticks" zuzuführen. Insbesondere verringert die Impulsschaltung 150 die Signalform mit hoher Wechselspannung aus WECHSELSTROMSTECKER auf einen niedrigen Spannungsimpuls typischer Weise zwischen 0 und 5V. Zusätzlich gewährleistet die Impulssehaltung 150 Schutz vor Rauschen und Spannungsspitzen.
  • Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, wird die Impulsschaltung 150 an drei Stellen in der Schaltung der ADC 100 verwendet. Siehe zum Beispiel 150a, 150b und 150c von Fig. 1, Als erstes ist die Impulsschaltung 150a zwischen die Wechselstromleitung L1 des WECHSELSTROMSTECKERS und den Mikrocontroller 110 geschaltet. Diese lmpulsschaltung 150a liefert dem Mikrocontroller 110 eine Impulsfolge mit der Wechselstromleitungsfrequenz von zum Beispiel 60 Hz in den Vereinigten Staaten und anderen Ländern mit 120 V/60 Hz und 50 Hz in Europa. Bei wechselstromverbundenen Einrichtungen ist es sehr üblich, aus diesen Impulsen eine "Uhr" abzuleiten. In den Vereinigten Staaten wird die Wechselstromleitungsfrequenz sehr genau auf 60 Hz gehalten, so dass eine sehr genaue Uhr hergestellt wird. Dementsprechend verwendet der Mikrocontroller 110 die durch die Impulsschaltung 150a erzeugte Impulsfolge, um eine "Uhr" zu unterhalten und zu aktualisieren. Siehe zum Beispiel Schritt 230 von Fig. 4A.
  • Eine zweite Impulsschaltung 150b gibt dem Mikrocontroller 110 Rückmeldungen von dem Thermostaten 28. Ähnlich liefert eine dritte Impulsschaltung 150c dem Mikrocontroller 110 Rückmeldungen von einem Abtaubeendiger 29, der wirkt, um den Mikrocontroller zu informieren, den Abtauzyklus zu beenden. Jede der Impulsschaltungen 150a, 150b und 150c führt dem Mikrocontroller 110 im Betrieb einen Niederspannungs-Impulsstrom mit der Wechselstromleitungsfrequenz zu, Obwohl die Impulsschaltung 150a einen konstanten Strom von Impulsen liefert, während Wechselstrom vorliegt, führen z.B. die lmpulsschaltungen 150b und 150c dem Mikroprozessor nur dann einen Impulsstrom zu, wenn der Thermostat bzw. der Abtaubeendiger geschlossen ist. Im Betrieb gestatten es die durch die Impulsschaltung 150b und 150c gelieferten Impulsströme dem Mikrocontroller 110, die Betriebszeiten des Kompressors 24 bzw. der Abtauheizung 26 mit zu verfolgen.
  • Nach der Initialisierung der ADC 100 und/oder periodisch danach überwacht der Mikrocontroller 110 die Betriebszeiten des Kompressors 24. Schritt 160. Bei der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform akkumuliert der Mikrocontroller 110 die durch die Impulsschaltung 150b gelieferten Impulse, um einen Zählwert der Betriebszeit des Kompressors zu erzeugen, Dies ist jedoch nicht als Einschränkung gedacht, da andere Arten der Überwachung der Betriebszeit verwendet werden können. Zum Beispiel können Betriebszeiten auch durch Registrieren mindestens einer der folgenden Alternativen überwacht werden: eine Relais- oder Schalterbetätigung (wie zum Beispiel das Schließen des Schalters in dem Thermostaten 28); eine detektierte Spannungsänderung; eine detektierte vergrößerte Stromentnahme; und/oder gegebenenfalls auf der Basis der überwachten Temperatur in dem Gefrierfach und/oder dem Kühlfach, falls gewünscht, Es versteht sich, dass andere Arten des Detektierens und Überwachens der Betriebszeit des Kompressors 24 verwendet werden können, ohne von dem Gedanken der Erfindung abzuweichen.
  • Durch den Mikrocontroller 110 beobachtete Kompressorbetriebszeiten werden auf der Basis ihres Auftretens und ihrer Dauer in Bins protokolliert. Insbesondere definiert der Mikrocontroller 110 unter Verwendung der Periodenzeitsteuerungssignaleingabe eine Vielzahl von Bins, die einen Tageszyklus des Betriebs des Kompressors 24 des Kühlschranks 10 repräsentieren. Wenn zum Beispiel gewünscht wird, über ein "Bin" für jede Stunde eines Zeitraums von 24 Stunden zu verfügen, definiert der Mikrocomputer 110 24 Bins pro täglichem Zyklus. Man beachte, dass dieses Beispiel nicht als Einschränkung gedacht ist, da "Bins" eine beliebige gewünschte Länge aufweisen können, und immer noch dem Gedanken der Erfindung entsprechen. Zum Beispiel besteht bei einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung ein täglicher Zyklus aus sechs Bins jeweils mit einer Dauer von 4 Stunden. Bei einer anderen bestimmten Ausführungsform können 10 Bins bis 32 Bins pro 24-Stunden-Zyklus verwendet werden (d.h. solange die Anzahl der Bins einer bestimmten Dauer insgesamt einen Zyklus von einem Tag überdecken). Während des Betriebs der ADC im Verlauf eines Zyklus von einem Tag wird ein Zeiger vorgerückt, um auf das Bin zu zeigen, in dem Daten gerade protokolliert werden, Die Kompressoraktivität wird in Echtzeit in dem Bin protokolliert, auf das der Zeiger gerade zeigt. Schritt 170.
  • An einem bestimmen Punkt ihres Betriebs analysiert die ADC 100 die gespeicherten Daten, um ein Profil für die Kompressoraktivität als Funktion der Zeit (d.h. Bin-Nummer) zu entwickeln. Schritt 180. Man beachte, dass dieses Profil entwickelt werden kann, indem man die aufgezeichneten Daten bezüglich des Betriebs des Kompressors 24 über einen Zeitraum von einem Tag, einer Woche, einem Monat, kontinuierlich oder gegebenenfalls auch einem anderen Zeitintervall analysiert. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform entwickelt die ADC 100 ein Profil für die Kompressorbetriebszeiten durch Analysieren der gesammelten Daten von 5-7 Tagen. Aufgrund der oben besprochenen Korrelation zwischen Umgebungstemperaturen (d.h. höher während des Tages) und der Kompressorbetriebszeit (d.h. Kompressor läuft bei höherer Umgebungstemperatur und Benutzung mehr) können typischerweise Tag und Nacht besonders voneinander unterschieden werden. Siehe zum Beispiel den Graph von Fig. 3, der die gleitenden Mittelwerte für die Kompressorbenutzung als Funktion der Bin-Zeit in einem Zyklus von 24 Stunden für eine bestimmte Kühtschrank-/Gefrierschrankeinrichtung, die sich in einem Büro-Pausenraum befindet, zeigt. Wie aus Fig, 3 zu sehen ist, sind bei dem vorliegenden Beispiel die Zeiten mit hoher Kompressoraktivität (Tag) leicht von den Zeiten mit niedriger Kompressoraktivität (Nacht) unterscheidbar.
  • Nach dem Analysieren der über eine vorbestimmte Anzahl von Zyklen gesammelten Daten (Schritt 175) tritt dementsprechend wahrscheinlich ein Muster hervor, das Bins mit hoher Kompressoraktivität und entsprechend Bins mit niedriger Kompressoraktivität zeigt. Das System der vorliegenden Erfindung verwendet die über Kompressorbetriebszeiten und - ausschaltzeiten gesammelten Daten zur Einplanung des Abtauens während des nächtlichen bzw. Zyklus mit geringer Benutzung (d.h. Nicht-Spitzenenergiezeiten in einem Stromnetz).
  • Insbesondere werden die Bins des Kompressorbetriebs gemittelt und diese gemittelten Werte werden verwendet, um eine Kompressor-Betriebszeitkurve zu produzieren. Der Mikrocontroller 110 wirkt, um die Kurve zu durchsuchen, um eine Gruppe von Minimalwerten des Kompressorbetriebs zu finden. Die Mitte dieser Gruppe wird dann als Zielzeit zur Einplanung einer Abtauoperation verwendet. Schritt 190.
  • Nunmehr mit Bezug auf Fig. 1, 4A und 4B wird ein Verfahren 200 zum Betrieb einer ADC gemäß einer bestimmten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung genauer beschrieben. Wie bereits erwähnt, kann herkömmliche ADC-Hardware verwendet werden, um die vorliegende ADC 100 zu implementieren. Der Mikrocontroller 110 wird jedoch einen Algorithmus gemäß der vorliegenden Beschreibung ausführen. Genauer gesagt verwendet der Mikrocontroller 110 eine empfangene periodische Zeitsteuerungseingabe zum Vorrücken eines Zeigers durch eine feste Menge von Zeit-Bins. Bei der vorliegenden Ausführungsform überdecken diese Bins zusammen einen Zyklus von 24 Stunden. Der Fortlauf des Indizierungszeigers durch die Menge von Zeit-Bins ist zyklisch und beginnt von Neuem, sobald er abgeschlossen ist.
  • Genauer gesagt wird bei der Initialisierung der ADC 100 das System zurückgesetzt und alle Bins werden gelöscht. Schritt 210. Außerdem werden zu diesem Zeitpunkt der Bin-Index, der laufzeit-Zählwert und der "Uhr"-Zählwert auf null gesetzt und der Zustandsvektor auf "Leerlauf" gesetzt. Beim Empfang eines "Ticks" der Uhr aus der Zeitsteuerungssignalquelle 125 (Schritt 220) wird die gespeicherte "Uhr"-Zeit aktualisiert (d.h. der Uhrzählwert wird um einen "Tick" vorgerückt). Schritt 230.
  • Unter der Kontrolle des gespeicherten Algorithmus überwacht der Mikrocontroller 110 externe Anforderungen, den Kompressor 24 zu betreiben. Der Mikrocontroller 110 verwendet diese Anforderungen zusammen mit einem internen Zählwert der Betriebszeit, um den Kompressorbetrieb in den durch den indizierenden Zeiger angegebenen Zeit-Bins zu protokollieren. Bei Detektion einer Anforderung, den Zustand zu wechseln, aktualisiert der Mikrocontroller 110 dementsprechend den Zustandsvektor des Systems. Schritt 240. Zum Beispiel wird der Zustandsvektor aktualisiert, um widerzuspiegeln, ob sich das System in einem Leerlaufzustand befindet; ob der Kompressor angelaufen ist, eingeschaltet ist oder angehalten hat; ob eine Abtauanforderung eingeleitet wurde; und ob der Abtauzyklus gestartet hat, eingeschaltet ist oder angehalten hat. Siehe zum Beispiel Fig. 4A.
  • Das Verfahren der vorliegenden Ausführungsform nutzt die Systemleerlaufzeit aus, um die gesammelten Daten zu analysieren und/oder zu verarbeiten. Unter insbesondere Bezugnahme auf Fig. 4B prüft zum Beispiel der Algorithmus, wenn der Systemzustandsvektor auf "LEERLAUF" gesetzt ist (Schritt 250), ob der Tick-Zählwert "Uhr"-Zeit größer oder gleich der Bin-Zeit ist. Schritt 260. Wenn nicht, prüft das System, ob der Kompressor eingeleitet worden ist. Schritt 270. Wenn der Kompressor nicht eingeleitet worden ist, bleibt der Zustandsvektor im Leerlaufzustand und der Algorithmus prüft, ob ein Zeit-Tick abgelaufen ist (Schritt 220 von Fig, 4A). Wenn sich der Kompressorzustand geändert hat, aktualisiert der Algorithmus den Zustandsvektor, um widerzuspiegeln, dass der Kompressor 24 angelaufen ist (Schritt 280), bevor zu Schritt 220 von Fig. 4A gesprungen wird.
  • Wenn der Mikrocontroller 110 im Schritt 260 bestimmt, dass der Tick-Zählwert "Uhr"-Zeit größer oder gleich der Bin-Zeit ist, wird der Bin-Indexzeiger vorgerückt, um auf das nächste Bin zu zeigen (Schritt 290), und der Mikrocontroller prüft, ob der Abtauzyklus initialisiert werden soll (Schritt 300). Wenn kein Abtauzyklus angezeigt ist, leitet der Algorithmus den Prozess des Mittelns der in den Bins gespeicherten aufgezeichneten Daten ein. Schritt 310. Zum Beispiel werden bei einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung die Bins des Kompressorbetriebs unter Verwendung eines Tiefpass-IIR-Fifters oder eines Tiefpass-FIR-Filters gemittelt. Diese gemittelten Werte werden verwendet, um eine Kompressor-Betriebszeitkurve zu produzieren. Diese Kurve wird analysiert, um eine Bin-Gruppe zu finden, die ein Minimum von Kompressorbetriebswerten aufweist. Schritt 320. Die Mitte dieser Gruppe wird als Zielzeit zur Einplanung einer Abtauoperation verwendet, und ein Abtauzeiger kann gesetzt werden, um diese Zielzeft anzuzeigen. Sobald der indizierende Zeiger das Ziel-Bin (d.h. die Zielzeit) erreicht, wird anstelle des nächsten angeforderten Kompressorzyklus ein Abtauzyklus eingeplant.
  • Bei einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung wird die Kompressorbetriebszeit auch akkumuliert, um zu bestimmen, wie viel Gesamtkompressorbetrieb aufgetreten ist. Diese Akkumulation kann mit einer Betriebsgrenze für einen Abtauzyklus verglichen und verwendet werden, um einen Abtauzyklus erst dann einzuplanen, wenn die Gesamtlaufzeit größer oder gleich der Betriebsgrenze ist. Schritt 330. In einem solchen Fall würde der Abtauzyklus für das nächste Mal eingeplant, wenn das Ziei-Bin (d.h. das identifizierte nächtliche bzw. Bin mit geringer Benutzung) erreicht wird, nachdem die Betriebsgrenze erreicht wurde, und der Abtauzeiger wird gesetzt, um auf die zuvor bestimmte Zielzeit zu zeigen. Schritt 340.
  • Wenn im Schritt 300 eine Abtauzyklusinitialisierung angezeigt wurde, vergleicht der Mikrocontroller 110 die gesamte akkumulierte Kompressorzeit mit der Betriebsgrenze (Schritt 350), und setzt, wenn die Betriebsgrenze überschritten ist, den Zustandsvektor, um eine Abtauanforderung anzuzeigen, und setzt den indizierenden Zeiger für den Zeiger des Ziel-Bin (Schritt 360). Der Mikroprozessor aktualisiert die Bin-Zeit (Schritt 370), bevor er zu Schritt 220 von Fig. 4A zurückkehrt.
  • Man beachte, dass auch andere Faktoren verwendet werden können, um die Einplanung einer Abtauoperation zu beeinflussen. Zum Beispiel kann gegebenenfalls anstelle von Kompressorlaufzeiten oder zusätzlich zu diesen das System der vorliegenden Erfindung aus Temperaturen im Gefrierfach (gemäß dem Betrieb des Thermostaten 28) abgeleitete Temperaturprofile verwenden, um ein Abtauen in der Nacht oder zu anderen Zeiten mit geringer Benutzung und/oder Nicht-Spitzenenergiezeiten einzuplanen. Ähnlich kann die ADC 100 gegebenenfalls mit einer Schaltung ausgestattet werden, die Türöffnungen und -schließungen, die Benutzung anzeigen, um weitere Daten bei der Entwicklung eines Profils mit hoher Benutzung für die ADC bereitzustellen, oder solche Daten können, wenn sie verfügbar sind, als Sicherung verwendet werden, um die Daten auf der Basis der Kompressorlaufzeiten und/oder der Gefrierkammertemperaturen zu bestätigen. Zusätzlich ist es möglich, dass die maximale Spannung der Wechselstromleitung Eingang (18 von Fig. 1) in der Nacht auftritt. Dementsprechend kann der Spannungswert der Wechselstromleitung über einen Zeitraum von Tagen analysiert werden, um die maximalen Spannungswerte (die die Nacht anzeigen) zu finden, und der Mikrocontroller kann die Abtauzyklen zu diesen Zeiten einplanen.
  • Sobald der Zeitsteuerungszeiger das Abtau-Ziel-Bin erreicht, was durch den Abtauzeiger angezeigt wird, wird wie oben erwähnt ein Abtauzyklus anstelle des nächsten angeforderten Kompressorzyklus eingeplant. Bei einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung Wird die Dauer des Abtauzyklus protokolliert und mit dem mittleren Abtauzyklus verglichen. Die Verzögerung bis zu der nächsten Abtauanforderung wird auf Basis dieses Vergleichs justiert.
  • Gegebenenfalls können die in den Bins gesammelten Daten analysiert und verwendet werden, um andere Operationen des Kühlschranks zu beeinflussen. Zum Beispiel können die Daten bezüglich Zeiten geringer Benutzung von dem Mikrocontroller 110 verwendet werden, um mit einer externen Eismachersteuerung zu koordinieren, um größere Effizienz für den Kühlschrank zu gewährleisten, da das Herstellen von Eis zu einer Hauptenergienutzung in Kühlschränken geworden ist. Zusätzlich können die gespeicherten Daten Diagnostikfunktionen des Kühlschranks zur Verfügung gestellt werden. Wenn zum Beispiel eine Änderung des langfristigen Mittelwerts detektiert wird, kann der Mikrocontroller signalisieren zu prüfen, dass die Tür geschlossen ist (d.h. wenn das Verhältnis 24 Stunden lang unter der Linie bleibt).
  • Wie aus dem Obigen hervorgeht, ist der Betrieb des gesamten Systems stabil und sollte sich darauf einstellen, Abtauzyklen während der Zeiträume minimaler Benutzung des Kühlsystems auszuführen. Diese Vorteile werden mit wenig oder keinen zusätzlichen Kosten gegenüber dem herkömmlichen ADC-Design bereitgestellt und erfordern höchstens einen etwas größeren Programmspeicher. Zum Beispiel wird geschätzt, dass die Implementierung eines Algorithmus gemäß einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung zusätzliche 256 Byte Flach-speicher (Programmspeicher) und zusätzliche 72 Byte RAM erfordern wird. Zusätzlich erfordert das System der Erfindung keinerlei zusätzliche zu erhaltende Signale, als bereits in herkömmlichen ADCs vorliegen. Tatsächlich kann es möglich sein, die Verbindungen mit der ADC durch Benutzung nur der Temperatur zur Anzeige des Kompressorbetriebs zu vereinfachen. Durch Vereinfachung solcher Verbindungen kann es möglich sein, die ADC auf die Rückseite des Kühlschranks in die Nähe des Verdampfers zu verlagern, so dass mehr nutzbarer Platz in dem Kühlfach des Kühlschranks ermöglicht wird.
  • Das System der vorliegenden Erfindung verlagert vorteilhafterweise den Abtauzyklus auf Zeiten geringer Benutzung des Kühlschranks, ohne externe Sensoren oder Uhren zur Bestimmung dieser Zeiten zu erfordern. Dementsprechend kann ein Kühlschrank, der die ADC der vorliegenden Erfindung umfasst, eine bessere Qualität von Nahrungsmitteln in der Hauptbenutzungszeit des Kühlschranks gewährleisten. Das Verlagern des Abtauens auf Zeiten geringer Benutzung verbessert außerdem die Temperaturstabilität des Kühlfachs, indem Abtauvorgänge (die die Temperatur in diesem Fach erhöhen können) auf Zeiten geringen Kühlschrankverkehrs verlagert werden.
  • Obwohl die Erfindung hier als in einer adaptiven Abtausteuerung für eine Kühleinrichtung realisiert dargestellt und beschrieben wird, ist es dessen ungeachtet nicht beabsichtigt, nur auf diese gezeigten Details beschränkt zu werden. Zum Beispiel kann das Verfahren der Erfindung in anderen Kühlsystemen als der ADC implementiert werden. Neue Designs umfassen ein volles Maschinenelektronik-Steuersystem. Die vorliegenden Verfahren können leicht für die Verwendung in größeren Steuersystemen angepasst werden. Es ist ersichtlich, dass verschiedene Modifikationen und strukturelle Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Gedanken der Erfindung abzuweichen und den Schutzumfang und Umfang der Äquivalente der Ansprüche zu verlassen.

Claims (18)

  1. Adaptive Abtausteuerung für eine Kühleinrichtung, umfassend:
    einen Prozessor, der dafür ausgelegt ist, einen zyklisch wieder auftretenden vordefinierten Zeitraum in eine Vielzahl von Bins aufzuteilen, Kompressorbetriebszeiten über den zyklisch wieder auftretenden vordefinierten Zeitraum zu überwachen, mit der Zeit die detektierten Kompressorbetriebszeiten in der Vielzahl von Bins zu protokollieren, die in den Bins protokollierten Daten zu analysieren, um Bins zu detektieren, die geringe Kompressorbenutzung aufzeichnen, und einen Abtauzyklus auf der Basis der Ergebnisse der analysierten Daten einzuplanen.
  2. Adaptive Abtausteuerung nach Anspruch 1, wobei der Prozessor Kompressorbetriebszeiten durch Überwachen mindestens einer der folgenden Alternativen überwacht: eine Relais- oder Schalterbetätigung; eine detektierte Spannungsänderung; eine detektierte vergrößerte Stromentnahme; und/oder eine Temperatur in einem Kühlfach und/oder einem Gefrierfach.
  3. Adaptive Abtausteuerung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Prozessor zusätzlich dafür ausgelegt ist, die in den Bins protokollierten Daten vor der Analyse der Daten zu mitteln.
  4. Adaptive Abtausteuerung nach Anspruch 3, wobei die Daten unter Verwendung eines Tiefpass-IIR-Filters oder -FIR-Filters gemittelt werden.
  5. Adaptive Abtausteuerung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Abtauzyklus so eingeplant wird, dass er während eines Zielzeitraums in einem Bin auftritt, das eine Vorgeschichte geringer Kompressorbenutzung zeigt.
  6. Adaptive Abtausteuerung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Abtauzyklus während des Zielzeitraums anstelle eines angeforderten Kompressorbetriebs gestartet wird.
  7. Adaptive Abtausteuerung nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Prozessor zusätzlich dafür ausgelegt ist, einen Zählwert von Kompressorbetriebszeiten während des zyklisch wieder auftretenden vordefinierten Zeitraums zu akkumulieren, als Reaktion auf eine Abtauanforderung den akkumulierten Zählwert von Kompressorbetriebszeiten mit einer Schwelle zu vergleichen und keinen Abtauzyklus einzuplanen, wenn die Schwelle nicht erreicht ist, aber einen Abtauzyklus während des nächsten Zielzeitraums einzuplanen, wenn die Schwelle erreicht oder überschritten wurde.
  8. Adaptive Abtausteuerung nach einen der vorherigen Ansprüche, wobei einem anderen Steuersystem eines Kühlschranks, der die adaptive Abtausteuerung enthält, signalisiert wird, zur selben Zeit wie der eingeplante Abtauzyklus zu starten.
  9. Adaptive Abtausteuerung nach Anspruch 8, wobei das andere Steuersystem das Steuersystem für einen Eismacher ist.
  10. Adaptive Abtausteuerung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die analysierten Daten zusätzlich von einem Diagnostiksystem einer Kühleinrichtung verwendet werden.
  11. Verfahren zum Durchführen eines Abtauzyklus in einer Kahleinrichtung, die eine adaptive Abtausteuerung umfasst, mit den folgenden Schritten:
    Aufteilen eines zyklisch wieder auftretenden vordefinierten Zeitraums in eine Vielzahl von Bins;
    Überwachen von Kompressorbetriebszeiten über den zyklisch wieder auftretenden vordefinierten Zeitraum;
    Protokollieren der detektierten Kompressorbetriebszeiten mit der Zeit in der Vielzahl von Bins;
    Analysieren der Bins, um Bins zu detektieren, die geringe Kompressorbenutzung aufzeichnen;
    Einplanen eines Abtauzyklus auf der Basis der Ergebnisse des Schritts des Analysierens; und
    Durchführen einer Abtauoperation.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Überwachens Kompressorbetriebszeiten durch Überwachen mindestens einer der folgenden Alternativen überwacht: eine Relais- oder Schalterbetätigung; eine detektierte Spannungsänderung: eine detektierte vergrößerte Stromentnahme; und/oder eine Temperatur in einem Kühlfach und/oder einem Gefrierfach.
  13. Verfahren nach Anspruch 11, ferner mit dem Schritt des Mittelns der in den Bins protokollierten Daten vor dem Schritt des Analysierens.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Schritt des Mittelns unter Verwendung eines Tiefpass-IIR- oder -FIR-Filters ausgeführt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Abtauzyklus so eingeplant wird, dass er während eines Zielzeitraums in einem Bin auftritt, das eine Vorgeschichte geringer Kompressorbenutzung zeigt.
  16. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Abtauoperation während des Zielzeitraums anstelle eines angeforderten Kompressorbetriebs gestartet wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, ferner mit den folgenden Schritten:
    Akkumulieren eines Zählwerts von Kompressorbetriebszeiten während des zyklisch wieder auftretenden vordefinierten Zeitraums;
    Vergleichen des akkumulierten Zählwerts von Kompressorbetriebszeiten mit einer Schwelle als Reaktion auf eine Abtauanforderung; und
    wenn die Schwelle nicht erreicht ist, Nichteinplanen des Abtauryklus für diesen Zeitpunkt; und
    wenn die Schwelle erreicht oder überschritten wurde, Einplanen des Abtauzyklus während des nächsten Zielzeitraums.
  18. Computerprogrammprodukt, das auf einer computerlesbaren Speichereinrichtung gespeichert ist, wobei bei Ausführung durch einen Prozessor die Ausführung des Computerprogramms bewirkt, dass der Prozessor die folgenden Schritte ausführt:
    Überwachen von Kompressorbetriebszeiten über einen zyklisch wieder auftretenden vordefinierten Zeitraum;
    Aufteilen des zyklisch wieder auftretenden vordefinierten Zeitraums in eine Vielzahl von Bins;
    Protokollieren der detektierten Kompressorbetriebszeiten mit der Zeit in der Vielzahl von Bins;
    Analysieren der Bins, um Bins zu detektieren, die geringe Kompressorbenutzung aufzeichnen; und
    Einplanen eines Abtauzyklus auf der Basis der Ergebnisse des Schritts des Analysierens.
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