EP2717002A1 - Verfahren zum bestimmen von abtauzeitpunkten - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von Abtauzeitpunkten für eine Kältemaschine, insbesondere für eine Wärmepumpe, wobei die Kältemaschine einen von Kältemittel durchströmten Kältekreislauf mit zumindest einem Verdampfer umfasst, welcher in Wärmetauschbeziehung mit Umgebungsluft steht. Die Temperatur der Umgebungsluft und die Verdampfungstemperatur des Kältemittels werden dabei in dem Verdampfer ermittelt und die Abtauzeitpunkte in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen der Temperatur der Umgebungsluft und der Sättigungstemperatur bestimmt.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von Abtauzeitpunkten für eine Kältemaschine, insbesondere für eine Wärmepumpe, wobei die Kältemaschine einen von Kältemittel durchströmten Kältekreislauf mit zumindest einem Verdampfer umfasst, welcher in Wärmetauschbeziehung mit Umgebungsluft steht.
• Kältemaschinen gestatten es, einem ersten Medium, wie beispielsweise Luft, Wärme zu entziehen und diese Wärme einem zweiten Medium zuzuführen. Im Besonderen werden Wärmepumpen dazu eingesetzt, mittels eines Verdampfers der Umgebungsluft Wärmeenergie zu entziehen, wobei die Wärmeenergie beispielsweise als Heizenergie verwendet wird. Die Umgebungsluft wird dazu durch einen Verdampfer der Wärmepumpe geleitet, wobei Kältemittel in dem Verdampfer verdampft wird und dabei der Umgebungsluft Energie entzieht.
• Durch den Energieentzug kühlt die Umgebungsluft ab, was insbesondere bei einer Abkühlung unter 0°C zur Bildung von Eis auf dem Verdampfer führen kann. Eine solche Eisbildung ist unerwünscht, da der Verdampfer durch das Eis gegenüber der Umgebungsluft isoliert wird und somit der Übergang von Wärme aus der Umgebungsluft auf das Kältemittel behindert wird.
• Bei herkömmlichen Wärmepumpen wird deshalb zyklisch eine Abtauung durchgeführt, indem der Kältekreislauf umgekehrt betrieben wird und dem Verdampfer somit Wärme zugeführt wird. Nachteiligerweise verschlechtert jeder Abtauvorgang die Energiebilanz der Wärmepumpe, da zum einen Energie für den Abtauvorgang selbst benötigt wird und zum anderen während des Abtauvorgangs keine Wärmeenergie aus der Umgebungsluft gewonnen werden kann.
• Um überflüssige Abtauvorgänge einzusparen, verwenden bekannte Wärmepumpen beispielsweise Lichtsensoren, Luft-Differenzdruckmessungen oder Körperschallmessungen, um Eis auf dem Verdampfer zu erkennen. Die bekannten Methoden zur Eiserkennung und damit zur Festlegung von Abtauzeitpunkten sind jedoch aufwändig und komplex in der Durchführung.
• Es ist daher eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, ein Verfahren zum Bestimmen von Abtauzeitpunkten anzugeben, welches eine möglichst einfache Bestimmung der Abtauzeitpunke gestattet.
• Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst und insbesondere dadurch, dass die Temperatur der Umgebungsluft und die Verdampfungstemperatur des Kältemittels in dem Verdampfer ermittelt werden und die Abtauzeitpunkte in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen der Temperatur der Umgebungsluft und der Verdampfungstemperatur bestimmt werden.
• Der Erfindung liegt also die Idee zugrunde, mittels der Temperaturdifferenz zwischen Umgebungsluft und Verdampfungstemperatur des Kältemittels zu erkennen, ob sich Eis auf dem Verdampfer gebildet hat. Im eisfreien Zustand des Verdampfers kann sich die Verdampfungstemperatur des Kältemittels, die auch als Sättigungstemperatur bezeichnet wird, an die Temperatur der Umgebungsluft theoretisch annähern. Dies ist deshalb möglich, weil ein sehr guter Wärmeübergang zwischen Umgebungsluft und Kältemittel durch den eisfreien Verdampfer möglich ist. Bildet sich nun Eis auf dem Verdampfer wird der Wärmeübergang von der Umgebungsluft auf das Kältemittel mit zunehmender Dicke der Eisschicht immer mehr erschwert. Folglich kann weniger Wärme an das Kältemittel übertragen werden als im eisfreien Zustand. Dementsprechend sinkt der Druck im Verdampfer und damit die Verdampfungstemperatur des Kältemittels. Durch die erniedrigte Verdampfungstemperatur wird die Differenz zwischen der Temperatur der Umgebungsluft und der Verdampfungstemperatur größer. Je größer die Temperaturdifferenz ist, umso eher kann also von einer Eisbildung auf dem Verdampfer ausgegangen werden.
• Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, in Abhängigkeit von ohnehin erfassten Parametern, nämlich der Verdampfungstemperatur des Kältemittels und der Temperatur der Umgebungsluft, eine Erkennung von Eis auf dem Verdampfer vorzunehmen und Abtauzeitpunkte für die Kältemaschine zu bestimmen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit einfach und kostengünstig zu implementieren und durchzuführen. Zudem kann eine Steuereinheit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit geringem Aufwand bei bestehenden Kältemaschinen nachgerüstet werden.
• Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind der Beschreibung, den Unteransprüchen sowie den Zeichnungen zu entnehmen.
• Gemäß einer ersten Ausführungsform wird ein von der Drehzahl eines Ventilators, welcher dem Verdampfer Umgebungsluft zuführt, und von der Verdampferleistung abhängiger erster Korrekturwert ermittelt und zu der Temperaturdifferenz addiert.
• Üblicherweise wird die Verdampferleistung durch den Einsatz eines Ventilators erhöht, indem der Ventilator den Durchsatz von Umgebungsluft durch den Verdampfer steigert. Insbesondere wird bei beginnender Vereisung die Drehzahl des Ventilators erhöht. Die Erkennung von Eis auf dem Verdampfer und damit die Bestimmung der Abtauzeitpunkte kann durch die variierenden Drehzahlen des Ventilators beeinträchtigt werden, weshalb zu der Differenz der erste Korrekturwert addiert wird, der den variierenden Drehzahlen des Ventilators Rechnung trägt. Die Drehzahl des Ventilators ist dabei üblicherweise größer, wenn niedrige Temperaturen der Umgebungsluft festgestellt werden.
• Bevorzugt wird der erste Korrekturwert umso größer gewählt, je höher die Drehzahl des Ventilators und die Verdampferleistung sind. Der erste Korrekturwert kann beispielsweise in einem Bereich von 0 K bis 3 K liegen. Der erste Korrekturwert wird vorteilhafterweise spezifisch für jede Kältemaschine oder jede Baureihe von Kältemaschinen ermittelt und kann beispielsweise in Form einer Nachschlagetabelle in einer Steuereinheit der Kältemaschine abgespeichert sein.
• Vorteilhafterweise wird ein von der Überhitzung des Kältemittels in dem Verdampfer abhängiger zweiter Korrekturwert ermittelt und zu der Temperaturdifferenz addiert. Durch die Überhitzung wird eine vollständige Verdampfung des Kältemittels in dem Verdampfer sichergestellt, wobei eine übliche Überhitzung beispielsweise zwischen 0 K und 10 K liegt. Je höher die Überhitzung ist, umso mehr zusätzliche Wärmeenergie wird der Umgebungsluft entzogen, wodurch die Wahrscheinlichkeit von Eisbildung auf dem Verdampfer erhöht sein kann. Diesem erhöhten Vereisungsrisiko wird durch den zweiten Korrekturwert Rechnung getragen.
• Der zweite Korrekturwert kann umso größer sein, je größer die Überhitzung des Kältemittels ist. Vorteilhafterweise weist eine Funktion des zweiten Korrekturwerts in einem vorbestimmten Bereich der Überhitzung, beispielsweise zwischen 6 K und 10 K, eine vorbestimmte Steigung auf, z.B. eine Steigung von 1. In den übrigen Bereichen kann die Funktion hingegen konstant verlaufen. Der zweite Korrekturwert kann spezifisch für eine bestimmte Kältemaschine oder eine Baureihe von Kältemaschinen ermittelt werden.
• Gemäß einer zweiten Ausführungsform wird ein von der Drehzahl eines Ventilators, welcher dem Verdampfer Umgebungsluft zuführt, und von der Verdampferleistung abhängiger erster Korrekturwert ermittelt und von der Temperaturdifferenz subtrahiert.
• Ferner kann auch ein von der Überhitzung des Kältemittels in dem Verdampfer abhängiger zweiter Korrekturwert ermittelt und von der Temperaturdifferenz subtrahiert werden.
• Außerdem kann ein von der Verdampferleistung abhängiger dritter Korrekturwert ermittelt und von der Temperaturdifferenz subtrahiert werden. Eine die Abhängigkeit des dritten Korrekturwerts von der Verdampferleistung beschreibende Funktion ist vorteilhafterweise in der Kältemaschine hinterlegt.
• Bei beiden Ausführungsformen kann ein Abtauzeitpunkt vorliegen, wenn die Temperaturdifferenz oder eine durch zumindest einen Korrekturwert korrigierte Differenz einen Schwellenwert übersteigt. Es kann also sowohl die Temperaturdifferenz, die aus Verdampfungstemperatur und der Temperatur der Umgebungsluft ermittelt wird, als auch eine um einen oder mehrere Korrekturwerte korrigierte Differenz verwendet werden, um Abtauzeitpunkte zu bestimmen. Da die Temperaturdifferenz umso größer ist, je größer der Wärmewiderstand des Verdampfers ist, kann bei größer werdender Temperaturdifferenz von mehr isolierendem Eis auf dem Verdampfer ausgegangen werden. Der Schwellenwert kann abhängig davon ausgewählt werden, ob die Korrekturwerte von der Temperaturdifferenz subtrahiert oder zu der Temperaturdifferenz hinzu addiert wurden.
• Einfacherweise ist der Schwellenwert ein absoluter Temperaturwert. Der Schwellenwert kann dabei beispielsweise in Kelvin oder Grad Celsius angegeben werden und im Falle der Addition von Korrekturwerten beispielsweise in einem Bereich von 5 K bis 20 K liegen. Im Falle der Subtraktion kann ein Abtauzeitpunkt beispielsweise dann vorliegen, wenn die Temperaturdifferenz abzüglich der Korrekturwerte 7 K übersteigt.
• Alternativ kann der Schwellenwert ein zeitabhängiger Schwellenwert sein. Dies bedeutet, der Schwellenwert kann sich beispielsweise über die Betriebszeit der Kältemaschine hinweg ändern, wobei eine Funktion für den Schwellenwert verwendet werden kann, die die Zeitabhängigkeit beschreibt. Wird ein Abtauvorgang vorgenommen, kann die Funktion zurückgesetzt werden. Der zeitabhängige Verlauf kann beispielsweise empirisch ermittelt werden. Alternativ kann der Schwellenwert beispielsweise linear über die Zeit sinken, wodurch nach Ablauf einer gewissen Zeit ein Abtauvorgang erzwungen werden kann.
• Gemäß einer weiteren Ausbildung wird der Schwellenwert in Abhängigkeit von einem Differenzminimum ermittelt, das bei einem eisfreien Verdampfer erreicht wird. Hierzu wird die Temperaturdifferenz ermittelt, bei welcher sich unter normalen Betriebsbedingungen noch kein Eis auf dem Verdampfer ablagert. Das Temperaturdifferenzminimum kann dabei zusätzlich zeitabhängig sein, also über die Betriebszeit der Kältemaschine variieren. Die Betriebszeit der Kältemaschine wird bei der Erstinbetriebnahme und nach jedem Abtauvorgang zurückgesetzt.
• Somit kann ein Abtauzeitpunkt vorliegen, wenn eine ermittelte Temperaturdifferenz oder eine durch zumindest einen Korrekturwert korrigierte Differenz ein jeweiliges Differenzminimum, welches in einem vorbestimmten Zeitintervall ermittelt wurde, um einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt. Hierzu wird die Temperaturdifferenz bzw. die korrigierte Differenz über eine vorbestimmte Zeitdauer hinweg kontinuierlich überwacht und jeweils der minimale Wert abgespeichert. Übersteigt die Temperaturdifferenz bzw. die korrigierte Differenz das jeweilige Minimum um den vorbestimmten Schwellenwert, beispielsweise 5 K, liegt ein Abtauzeitpunkt vor.
• Gemäß einer weiteren Ausbildung werden die Abtauzeitpunkte zusätzlich durch einen Ablauftimer bestimmt. Somit wird in festgelegten Intervallen unabhängig von der Temperaturdifferenz oder einem Schwellenwert ein Abtauvorgang durchgeführt. Somit wird durch einen separaten Mechanismus zusätzlich sichergestellt, dass der effiziente Wärmeaustausch an dem Verdampfer nicht durch Eis behindert wird.
• Bevorzugt wird eine Ablaufzeit des Ablauftimers bei Temperaturen der Umgebungsluft in einem vorbestimmten Bereich um 0°C herum, insbesondere im Bereich von -4°C bis +4°C und bevorzugt zwischen -20°C und +10°C, verkürzt und bei Temperaturen über einem vorbestimmten Schwellenwert, beispielsweise von +10°C, verlängert. Der Ablauftimer kann somit an die Temperatur der Umgebungsluft und damit an veränderliche Betriebsbedingungen angepasst werden. Insbesondere in dem Bereich um 0°C herum befindet sich in der Umgebungsluft ein relativ hoher Feuchteanteil, der sich beim Abkühlen der Umgebungsluft in dem Verdampfer als Eis auf dem Verdampfer niederschlägt. Somit kommt es um 0°C herum besonders schnell zur Vereisung des Verdampfers, weshalb die Ablaufzeit des Ablauftimers in diesem Bereich verkürzt wird.
• Unterschreitet die Temperatur der Umgebungsluft -20°C, ist in der Umgebungsluft nur wenig Feuchte enthalten, so dass nicht mit einer schnellen Vereisung des Verdampfers zu rechnen ist. Unterhalb von -20°C wird die Ablaufzeit des Ablauftimers somit nicht verlängert.
• Oberhalb von +10°C ist eine Abkühlung der Umgebungsluft in dem Verdampfer auf Temperaturen unter 0°C sehr unwahrscheinlich, weshalb eine Vereisung des Verdampfers bei Temperaturen von mehr als +10°C ebenfalls sehr unwahrscheinlich ist. Somit kann bei Umgebungstemperaturen über +10°C die Ablaufzeit des Ablauftimers verlängert werden.
• Abtauvorgänge können zudem komplett unterdrückt werden, wenn die Temperatur der Umgebungsluft +15°C übersteigt oder die Verdampfungstemperatur des Kühlmittels größer als 0°C ist. In beiden Fällen kann sich kein Eis am Verdampfer niederschlagen, weshalb dann keine Abtauvorgänge notwendig sind.
• Vorteilhafterweise wird der Ablauftimer zurückgesetzt, wenn ein Abtauzeitpunkt vorliegt. Dabei ist es irrelevant, ob der Abtauzeitpunkt durch Überschreiten eines Schwellenwerts, durch Ablauf des Ablauftimers oder auf eine andere Art ausgelöst wurde. Eine unnötige Auslösung von Abtauvorgängen wird somit verhindert.
• Bevorzugt werden die Abtauzeitpunkte zusätzlich durch einen Niederdruckalarm bestimmt. Ein Niederdruckalarm wird ausgelöst, wenn die Verdampferleistung so stark zurückgeht, dass in dem Verdampfer nur noch eine sehr geringe Menge von Kältemittel verdampft werden kann, die Kältemittelströmung entsprechend gedrosselt wird und der Druck in dem Verdampfer stark absinkt. Ein möglicher Grund für eine solch niedrige Verdampferleistung kann eine Vereisung des Verdampfers sein, weshalb bei einem Niederdruckalarm der Verdampfer präventiv enteist wird. Durch den Niederdruckalarm wird also ebenfalls ein Abtauzeitpunkt bestimmt.
• Die Erfindung betrifft weiterhin eine Kältemaschine, insbesondere eine Wärmepumpe, umfassend einen von Kältemittel durchströmten Kältekreislauf mit zumindest einem Verdampfer, welcher in Wärmetauschbeziehung mit Umgebungsluft steht, und einer Steuereinheit, wobei die Steuereinheit mit einem Temperaturfühler zur Erfassung der Temperatur der Umgebungsluft und einem Drucksensor zur Erfassung des Drucks des Kältemittels in dem Verdampfer verbunden ist. Die Steuereinheit ist dabei dazu ausgebildet, die Verdampfungstemperatur des Kältemittels in dem Verdampfer zu ermitteln und in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen der Temperatur der Umgebungsluft und der Verdampfungstemperatur Abtauzeitpunkte zu bestimmen.
• Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand möglicher Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1

eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung eines Abtauzeitpunkts;

Fig. 2

eine Abhängigkeit eines ersten Korrekturwerts von einer Verdampferleistung und einer Drehzahl eines Ventilators;

Fig. 3

eine Abhängigkeit der Drehzahl des Ventilators von einer Temperatur der Umgebungsluft;

Fig. 4

einen zweiten Korrekturwert in Abhängigkeit von einer Überhitzung in dem Verdampfer;

Fig. 5

eine Verlängerung oder Verkürzung einer Ablaufzeit eines Ablauftimers in Abhängigkeit von der Temperatur der Umgebungsluft;

Fig. 6

eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung eines Abtauzeitpunkts; und

Fig. 7

eine Abhängigkeit eines dritten Korrekturwerts von einer Verdampferleistung.

• Fig. 1 zeigt einen beispielhaften Ablauf einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens zur Bestimmung von Abtauzeitpunkten für eine Wärmepumpe, welche einen von Kältemittel durchströmten Kühlkreislauf aufweist, in dem nacheinander ein Verdichter, ein Verflüssiger, ein Expansionsventil und ein Verdampfer angeordnet sind. Erfindungsgemäß wird zunächst eine Temperatur 12 der Umgebungsluft und eine Verdampfungstemperatur 14 des Kältemittels erfasst. Anschließend wird in einem Subtrahierer 10 eine Temperaturdifferenz Δ zwischen der Temperatur 12 der Umgebungsluft und der Verdampfungstemperatur 14 des Kältemittels ermittelt. Die Verdampfungstemperatur 14 wird von einer (nicht gezeigten) Steuereinheit aus einem Druck P_Verdampf des Kältemittels in dem Verdampfer berechnet. Zu diesem Zweck ist das Phasenübergangsdiagramm des Kältemittels in der Steuereinheit gespeichert.
• Der Subtrahierer 10 bildet die Temperaturdifferenz Δ zwischen der Temperatur 12 der Umgebungsluft und der Verdampfungstemperatur 14 nach der Formel $$\mathrm{\Delta }={\mathrm{T}}_{\mathrm{Umgebung}}-{\mathrm{T}}_{\mathrm{Verbampf}}$$

  

  
  wobei $${\mathrm{T}}_{\mathrm{Verdampf}}=\mathrm{f}\left({\mathrm{P}}_{\mathrm{Verdampf}}\right)$$

  

  
  ist. Die ermittelte Temperaturdifferenz Δ wird von dem Subtrahierer 10 an einen Normalisierer 16 weitergegeben, wobei der Normalisierer 16 neben der ermittelten Temperaturdifferenz Δ noch eine Verdampferleistung 18, die Drehzahl 20 eines dem Verdampfer zugeordneten Ventilators (nicht gezeigt) sowie die Überhitzung 22 des den Verdampfer durchströmenden Kältemittels berücksichtigt. Genauer gesagt addiert der Normalisierer 16 abhängig von der Drehzahl 20 des Ventilators und der Verdampferleistung 18 zu der Temperaturdifferenz Δ noch einen ersten Korrekturwert Δ_{Korrektur_Fan} hinzu. Weiterhin wird zu der Temperaturdifferenz Δ ein von der Überhitzung des Kältemittels abhängiger zweiter Korrekturwert Δ_{Korrektur_ÜH} hinzuaddiert. In dem Normalisierer 16 sind dazu die in Fig. 2 und Fig. 4 dargestellten Referenzkurven gespeichert.
• Fig. 2 zeigt graphisch den Zusammenhang zwischen der Verdampferleistung 18, welche auf der X-Achse aufgetragen ist, und dem ersten Korrekturwert Δ_{Korrektur_Fan}, der auf der Y-Achse aufgetragen ist. In Fig. 2 ist eine Funktionsschar 24 dargestellt, welche mehrere Funktionen für unterschiedliche Drehzahlen 20 des Ventilators umfasst. So beschreibt beispielsweise der Graph 26a den Zusammenhang zwischen der Verdampferleistung 18 und dem ersten Korrekturwert Δ_{Korrektur_Fan} bei einer Drehzahl des Ventilators von 50 % der maximalen Drehzahl (FS = Drehzahl des Ventilators). Ein Graph 26b zeigt den gleichen Zusammenhang bei einer Drehzahl 20 von 60 % der maximalen Drehzahl.
• Allgemein wird die Drehzahl 20 gemäß der in Fig. 3 dargestellten Beziehung gesteuert, wobei auf der X-Achse die Temperatur 12 der Umgebungsluft und auf der Y-Achse die Drehzahl 20 des Ventilators aufgetragen sind. Es ist zu erkennen, dass die Drehzahl bei Temperaturen unter 2°C erhöht wird, um dem Verdampfer mehr Wärmeenergie zuzuführen. Oberhalb von etwa 2°C wird der Ventilator mit einer Drehzahl 20 von 50 % der Maximaldrehzahl betrieben.
• Der Normalisierer 16 kann somit den ersten Korrekturwert Δ_{Korrektur_Fan} aus der Verdampferleistung 18 und der Drehzahl 20 des Ventilators unter Zuhilfenahme der in Fig. 2 gezeigten Graphen 26 ermitteln.
• Den zweiten Korrekturwert Δ_{Korrektur_ÜH} ermittelt der Normalisierer 16 aus dem in Fig. 4 gezeigten Diagramm, bei welchem der zweite Korrekturwert Δ_{Korrektur_ÜH} gegenüber der Überhitzung 22 des Kältemittels im Verdampfer aufgetragen ist. Bei einer Überhitzung 22 von weniger als 6 K beträgt der zweite Korrekturwert Δ_{Korrektur_ÜH} konstant -2 K. Zwischen 6 K und 10 K steigt der zweite Korrekturwert Δ_{Korrektur_ÜH} linear von -2 K auf +2 K an. Oberhalb von 10 K Überhitzung 22 beträgt der zweite Korrekturwert Δ_{Korrektur_ÜH} konstant +2 K.
• Es versteht sich, dass die in Fig. 2 bis 4 gezeigten Zahlenwerte lediglich beispielhafter Natur sind und von Kältemaschine zu Kältemaschine variieren können.
• Nachdem der Normalisierer 16 den ersten Korrekturwert Δ_{Korrektur_ÜH} und den zweiten Korrekturwert Δ_{Korrektur_ÜH} ermittelt hat, berechnet der Normalisierer 16, wie in Fig. 1 gezeigt, eine korrigierte Differenz Δ_Korr nach der Formel $${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{Korr}}=\mathrm{\Delta }+{\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{Korrektur\_Fan}}+{\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{Korrektur\_ÜH}}\mathrm{.}$$

  
• Die korrigierte Differenz Δ_Korr wird daraufhin einem Schätzer 28 übergeben, der die korrigierte Differenz Δ_Korr mit einem zeitabhängigen Schwellenwert vergleicht, welcher z.B. zwischen 5 K und 20 K liegen kann. Ist die korrigierte Differenz Δ_Korr größer als der momentan gültige Schwellenwert, liegt ein Abtauzeitpunkt 30 vor, der signalisiert wird und einen Abtauvorgang auslöst.
• Der Schätzer 28 bestimmt den Abtauzeitpunkt 30 jedoch nicht nur anhand der korrigierte Differenz Δ_Korr und des Schwellenwerts, sondern auch in Abhängigkeit von einem Niederdruckalarm 32, welcher ausgelöst wird, wenn der Druck im Verdampfer unter einen vorbestimmten Schwellenwert sinkt. Wird dem Schätzer 28 ein Niederdruckalarm 32 signalisiert, wird sofort ein Abtauzeitpunkt 30 ausgegeben.
• Der Schätzer 28 umfasst ferner einen internen Ablauftimer 34, bei dessen Ablauf ein Abtauzeitpunkt 30 ausgegeben wird. Eine Ablaufzeit des Ablauftimers 34 wird dabei entsprechend der in Fig. 5 gezeigten Funktion in Abhängigkeit von der Temperatur 12 der Umgebungsluft um einen Anpassungswert 36 korrigiert, welcher die Ablaufzeit des Ablauftimers 34 um maximal eine Stunde verkürzen oder um zwei Stunden verlängern kann.
• Dem Schätzer 28 werden zudem die Temperatur 12 der Umgebungsluft und die Verdampfungstemperatur 14 des Kühlmittels zugeführt, wobei der Schätzer 28 keine Abtauzeitpunkte 30 ausgibt, wenn die Temperatur 12 der Umgebungsluft über +15°C oder die Verdampfungstemperatur 14 über 0°C liegt.
• Wird ein Abtauzeitpunkt 30 von dem Schätzer 28 signalisiert, wird der Kältekreislauf der Wärmepumpe umgekehrt, wodurch an dem Verdampfer Wärme erzeugt wird und das an dem Verdampfer vorhandene Eis abschmilzt. Anschließend wird der Kältekreislauf wieder in "normaler" Strömungsrichtung betrieben, und die Bestimmung des nächsten Abtauzeitpunkts 30 beginnt.
• Eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 6 schematisch dargestellt. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform im Wesentlichen darin, dass die Temperaturdifferenz Δ in dem Normalisierer 16 der zweiten Ausführungsform durch die Subtraktion von Korrekturwerten verringert wird.
• Identisch zu der ersten Ausführungsform von Fig. 1 wird auch bei der zweiten Ausführungsform von Fig. 6 durch den Subtrahierer 10 die Temperaturdifferenz Δ aus der Temperatur 12 der Umgebungsluft und der Verdampfungstemperatur 14 ermittelt. Ebenfalls werden dem Normalisierer 16 die Verdampferleistung 18, die Drehzahl 20 des Ventilators und die Überhitzung 22 des Kältemittels im Verdampfer bereitgestellt.
• Anders als bei der ersten Ausführungsform wird bei der zweiten Ausführungsform mittels einer ersten Logikeinheit 38a zusätzlich ein dritter, von der Verdampferleistung 18 abhängiger Korrekturwert Δ_{Korrektur_VL} ermittelt. Dazu ist in der Logikeinheit 38a eine Funktion gespeichert, welche in Fig. 7 dargestellt ist und den Zusammenhang zwischen Verdampferleistung 18 und dem dritten Korrekturwert Δ_{Korrektur_VL} zeigt. Der dritte Korrekturwert Δ_{Korrektur_VL} ist umso größer, je höher die Verdampferleistung 18 ist.
• Sowohl der dritte Korrekturwert Δ_{Korrektur_VL} als auch die Überhitzung 22 werden von einer zweiten Logikeinheit 38b (Fig. 6) verarbeitet. Die zweite Logikeinheit 38b ermittelt wie bei der ersten Ausführungsform aus der Überhitzung 22 einen zweiten Korrekturwert Δ_{Korrektur_ÜH} und addiert diesen zu dem dritten Korrekturwert Δ_{Korrektur_VL} hinzu. Das Ergebnis der Addition wird als Zwischenergebnis Δ_Zwischen ausgegeben.
• Das Zwischenergebnis Δ_Zwischen und die Drehzahl 20 werden einer dritten Logikeinheit 38c zugeführt, welche wie bei der ersten Ausführungsform aus der Drehzahl 20 und der Verdampferleistung 18 einen ersten Korrekturwert Δ_{Korrektur_Fan} ermittelt und zu Δ_Zwischen hinzuaddiert. Als Ergebnis gibt die dritte Logikeinheit 38c einen Korrekturterm Δ_Korr2 aus, welcher sich nach folgender Formel berechnet: $${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{Korr}2}={\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{Korrektur\_Fan}}+{\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{Korrektur\_ÜH}}+{\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{Korrektur\_VL}}$$

  
• Der Korrekturterm Δ_Korr2 wird mittels einer Detektionseinheit 40 von der Temperaturdifferenz Δ subtrahiert, wobei das Ergebnis der Subtraktion eine Triggerdifferenz Δ_Trigger darstellt: $${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{Trigger}}=\mathrm{\Delta }-{\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{Korr}\mathrm{2}}$$

  
• Die Detektionseinheit 40 speichert im Betrieb zudem laufend eine minimale Triggerdifferenz Δ_{Trigger_min} ab, welche durch eine neue minimale Triggerdifferenz Δ_{Trigger_min} ersetzt wird, sobald eine neue Triggerdifferenz Δ_Trigger unter der bisherigen minimalen Triggerdifferenz Δ_{Trigger_min} liegt.
• Die Detektionseinheit 40 gibt ein Abtausignal 42 aus, wenn entweder die Triggerdifferenz Δ_Trigger einen vorbestimmten absoluten Schwellenwert übersteigt, also beispielsweise wenn $${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{Trigger}}>7K,$$

  

  
  oder wenn die Triggerdifferenz Δ_Trigger die minimale Triggerdifferenz Δ_{Trigger_min} um einen vorbestimmten Betrag übersteigt. Beispielsweise wird ein Abtausignal 42 ausgegeben, wenn $${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{Trigger}}-{\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{Trigger\_min}}>5K$$

  

  
  ist. Das Abtausignal 42 wird einem Schätzer 44 zugeleitet, der ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform anhand der Temperatur 12 der Umgebungsluft und der Verdampfungstemperatur 14 überprüft, ob ein Abtauvorgang durchgeführt werden soll. Dies bedeutet, der Schätzer 44 überprüft, ob die Temperatur 12 der Umgebungsluft über +15°C oder die Verdampfungstemperatur 14 über 0°C liegt. Ist dies der Fall, wird das Abtausignal 42 verworfen. Andernfalls wird ein Abtauzeitpunkt 30 signalisiert. Zusätzlich überprüft der Schätzer 44 wie bei der ersten Ausführungsform, ob ein Abtauzeitpunkt 30 wegen eines abgelaufenen Ablauftimers 34 oder wegen eines Niederdruckalarms 32 signalisiert werden muss.
Bezugszeichenliste

10

Subtrahierer

12

Temperatur

14

Verdampfungstemperatur

16

Normalisierer

18

Verdampferleistung

20

Drehzahl

22

Überhitzung

24

Funktionsschar

26a, 26b

Graph

28

Schätzer

30

Abtauzeitpunkt

32

Niederdruckalarm

34

Ablauftimer

36

Anpassungswert

38a, 38b, 38c

Logikeinheit

40

Detektionseinheit

42

Abtausignal

44

Schätzer

Δ

Temperaturdifferenz

Δ_Korr

korrigierte Differenz

Δ_Korr2

Korrekturterm

Δ_Trigger

Triggerdifferenz

Δ_{Korrektur_Fan}

Erster Korrekturwert

Δ_{Korrektur_ÜH}

Zweiter Korrekturwert

Δ_{Korrektur_VL}

Dritter Korrekturwert

Claims (14)

1. Verfahren zum Bestimmen von Abtauzeitpunkten (30) für eine Kältemaschine, insbesondere für eine Wärmepumpe, wobei die Kältemaschine einen von Kältemittel durchströmten Kältekreislauf mit zumindest einem Verdampfer umfasst, welcher in Wärmetauschbeziehung mit Umgebungsluft steht,
   dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Umgebungsluft (12) und die Verdampfungstemperatur (14) des Kältemittels in dem Verdampfer ermittelt werden und die Abtauzeitpunkte (30) in Abhängigkeit von einer Temperaturdifferenz (Δ) zwischen der Temperatur der Umgebungsluft (12) und der Verdampfungstemperatur (14) bestimmt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Drehzahl (20) eines Ventilators, welcher dem Verdampfer Umgebungsluft zuführt, und von der Verdampferleistung (18) abhängiger erster Korrekturwert (Δ_{Korrektur_Fan}) ermittelt und zu der Temperaturdifferenz (Δ) addiert wird.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
   dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Überhitzung (22) des Kältemittels in dem Verdampfer abhängiger zweiter Korrekturwert (Δ_{Korrektur_ÜH}) ermittelt und zu der Temperaturdifferenz (Δ) addiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
   dadurch gekennzeichnet, dass eine Funktion des zweiten Korrekturwerts (Δ_{Korrektur_ÜH}) in einem vorbestimmten Bereich der Überhitzung (22), beispielsweise zwischen 6 K und 10 K, eine vorbestimmte Steigung aufweist, bevorzugt eine Steigung von 1, und in übrigen Bereichen konstant verläuft.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Drehzahl (20) eines Ventilators, welcher dem Verdampfer Umgebungsluft zuführt, und von der Verdampferleistung (18) abhängiger erster Korrekturwert (Δ_{Korrektur_Fan}) ermittelt und von der Temperaturdifferenz (Δ) subtrahiert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
   dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Überhitzung (22) des Kältemittels in dem Verdampfer abhängiger zweiter Korrekturwert (Δ_{Korrektur_ÜH}) ermittelt und von der Temperaturdifferenz (Δ) subtrahiert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6,
   dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Verdampferleistung (18) abhängiger dritter Korrekturwert (Δ_{Korrektur_VL}) ermittelt und von der Temperaturdifferenz (Δ) subtrahiert wird.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
   dadurch gekennzeichnet, dass ein Abtauzeitpunkt vorliegt, wenn die Temperaturdifferenz (Δ) oder eine durch zumindest einen Korrekturwert korrigierte Differenz (Δ_Korr, Δ_Trigger) einen Schwellenwert übersteigt.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
   dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert ein absoluter Temperaturwert oder ein zeitabhängiger Schwellenwert ist und/oder
   der Schwellenwert in Abhängigkeit von einem Minimum der Temperaturdifferenz ermittelt wird, das bei einem eisfreien Verdampfer erreicht wird.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass ein Abtauzeitpunkt vorliegt, wenn die Temperaturdifferenz (Δ) oder eine durch zumindest einen Korrekturwert korrigierte Differenz (Δ_Korr, Δ_Trigger) ein jeweiliges Differenzminimum, welches in einem vorbestimmten Zeitintervall ermittelt wurde, um einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Abtauzeitpunkte zusätzlich durch einen Ablauftimer bestimmt werden, und insbesondere der Ablauftimer zurückgesetzt wird, wenn ein Abtauzeitpunkt (30) vorliegt.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine Ablaufzeit des Ablauftimers bei Temperaturen der Umgebungsluft (12) in einem vorbestimmten Bereich um 0°C herum, insbesondere im Bereich von -4°C bis +4°C, bevorzugt zwischen -20°C und +10°C, verkürzt und bei Temperaturen (12) über einem vorbestimmten Schwellenwert, beispielsweise von +10°C, verlängert wird.
13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Abtauzeitpunkte (30) zusätzlich durch einen Niederdruckalarm (32) bestimmt werden.
14. Kältemaschine, insbesondere Wärmepumpe, umfassend einen von Kältemittel durchströmten Kältekreislauf mit zumindest einem Verdampfer, welcher in Wärmetauschbeziehung mit Umgebungsluft steht, und einer Steuereinheit,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Steuereinheit mit einem Temperaturfühler zur Erfassung der Temperatur der Umgebungsluft (12) und einem Drucksensor zur Erfassung des Drucks des Kältemittels in dem Verdampfer verbunden ist, wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, die Verdampfungstemperatur (14) des Kältemittels in dem Verdampfer zu ermitteln und in Abhängigkeit von einer Differenz (Δ) zwischen der Temperatur der Umgebungsluft (12) und der Verdampfungstemperatur (14) Abtauzeitpunkte (30) zu bestimmen.

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