EP3447410B1 - Kühl- und/oder gefriergerät mit ventilator - Google Patents

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EP3447410B1
EP3447410B1 EP18190003.6A EP18190003A EP3447410B1 EP 3447410 B1 EP3447410 B1 EP 3447410B1 EP 18190003 A EP18190003 A EP 18190003A EP 3447410 B1 EP3447410 B1 EP 3447410B1
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EP
European Patent Office
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fan
unit
evaporator
speed
temperature
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EP18190003.6A
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English (en)
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EP3447410A3 (de
EP3447410A2 (de
Inventor
Volker Friedmann
Michael Schick
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Liebherr Hausgeraete Ochsenhausen GmbH
Original Assignee
Liebherr Hausgeraete Ochsenhausen GmbH
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Publication date
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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
    • F25D17/00—Arrangements for circulating cooling fluids; Arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces
    • F25D17/04—Arrangements for circulating cooling fluids; Arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces for circulating air, e.g. by convection
    • F25D17/06—Arrangements for circulating cooling fluids; Arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces for circulating air, e.g. by convection by forced circulation

Definitions

  • the invention relates to a refrigerator and / or freezer with a refrigerant circuit, comprising at least one evaporator and at least one condenser, and with at least one fan for targeted ventilation of a device area or a device component.
  • Fans are installed in modern refrigerators and / or freezers, for example to improve the heat transfer in condensers or evaporators in the coolant circuit.
  • the energy consumption of the installed fans must of course not exceed the energy savings achieved through the optimized heat transfer.
  • the fan size and the constant fan speed used are therefore determined in advance based on this requirement.
  • the present application therefore aims to improve a generic refrigerator and / or freezer with regard to its achievable energy efficiency.
  • a generic refrigerator and / or freezer to equip it with at least one control module that enables speed and / or operating voltage control of the at least one fan.
  • the control module includes an implemented control loop with the operating voltage / speed of the fan as the controlled variable.
  • the influencing variable has a direct influence on the setpoint of the control loop, i.e. the setpoint speed or setpoint voltage of the fan is determined as a function of the influencing variable. Regardless of this, the influencing variable has an influence on the actual set speed at which the fan is ultimately operated.
  • One or more influencing variables preferably describe current operating conditions of the refrigerant circuit.
  • the design according to the invention enables more energy-efficient operation.
  • the implemented control ensures that the fan is always operated at the optimal speed depending on the current operating conditions of the refrigerant circuit.
  • the overall device is therefore optimally efficient at every point in time or for every environmental condition.
  • control module according to the invention clearly differs from a simple on / off control of a fan within a conventional one Differentiating between refrigerator and / or freezer. Thanks to the implemented control loop, the fan can be run at different speeds within a speed range.
  • the control module can take into account a single or multiple influencing variables in parallel. It is also conceivable that the control module can take into account a large number of influencing variables for the control, but only selects one or more influencing variables from the available large number depending on the situation and actually takes them into account for the control.
  • One or more regulated fans can be provided, for example, in the area of the heat exchanger, i.e. ideally one fan is located in the area of the evaporator and another fan is located in the area of the condenser.
  • the heat transfer is promoted by ventilating the components mentioned.
  • a regulated fan can be arranged in the cooling space of the refrigerator and / or freezer in order to ensure better air circulation and temperature distribution there.
  • the fans can be operated more energy-efficiently by always setting them to the optimum speed depending on the situation.
  • This also increases the freedom of design when designing the refrigeration circuit, because the optimized heat transfer allows flow rates or fill quantities to be set with greater leeway. For example, at a room temperature of 16 ° C, the speed of the pedestal fan, which is used to ventilate the condenser, must be reduced in order not to cool it down too much. Otherwise refrigerant would collect there and the pressure difference to the evaporator could drop, so that the mass flow also drops too much.
  • the control module takes into account the current evaporator temperature and / or a deviation between the setpoint and actual temperature of the evaporator as an influencing variable.
  • the current condenser temperature can also be used as a further influencing factor and / or a deviation between the actual and setpoint temperature of the condenser can be taken into account. In the end, this allows the evaporator and
  • influencing variables from a large number of available influencing variables and to take them into account for the control.
  • the selection can be made automatically by the control module, for example that influencing variable is always taken into account for the control which has the greatest effects on the area to be ventilated by the controlled fan or the component to be ventilated.
  • the regulation the voltage or speed can, however, also take place during runtime as a function of several or all of the available influencing variables.
  • a logarithmic and / or a polynomial-based function and / or exponential function is used as the transfer function.
  • a refrigerator and / or freezer is described with a corresponding coolant circuit.
  • the device is also equipped with a fan in the area of the evaporator and a separate fan in the area of the condenser. Both fans are regulated to a desired speed by a special control module of the device control in order to promote the heat transfer to the ventilated components.
  • the target speed is set variably depending on the current operating conditions of the refrigerant circuit in order to ensure that the fan is operated at an optimal speed for every situation and environmental condition. It is important to ensure that the energy balance between the drive energy required for the fan and the energy generated by ventilation is optimal.
  • the control is intended to ensure that the fan does not have a negative impact on the efficiency of other components of the coolant circuit.
  • the refrigerator and / or freezer is additionally equipped with a fan arranged inside the cooling space, which ensures better air circulation and temperature distribution within the cooling space.
  • the speed control of this fan takes into account the compressor speed as well as the current thermostat setting for regulating the interior temperature as influencing variables.
  • the measured internal temperature as well as its deviation from the set target temperature can also be taken into account.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit einem Kältemittelkreislauf, umfassend wenigstens einen Verdampfer und wenigstens einen Verflüssiger, sowie mit wenigstens einem Ventilator zur gezielten Belüftung eines Gerätebereichs oder eine Gerätekomponente.
  • Ventilatoren werden innerhalb moderner Kühl- und/oder Gefriergeräte bspw. zur Verbesserung des Wärmeübergangs bei Verflüssigern oder Verdampfern des Kühlmittelkreislaufs verbaut. Hinsichtlich des Gesamtenergiebedarfs des Kühl- und/oder Gefriergerätes darf der Energieverbrauch der verbauten Ventilatoren natürlich nicht die durch den optimierten Wärmeübergang gewonnene Energieersparnis übersteigen. Die Ventilatorgröße und die gefahrene konstante Ventilatordrehzahl werden daher in Abhängigkeit dieser Voraussetzung vorab festgelegt.
  • Das Betreiben der Ventilatoren mit konstanter Spannung bzw. Drehzahl hat allerdings den Nachteil, dass insbesondere bei sehr effizienten Geräten und bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen, wie sie zum Beispiel bei der Messung des Energieverbrauchs nach dem Global Standard vorgesehen sind, nicht die optimale Energieeffizienz des Gesamtgerätes erreicht werden kann.
  • Die Dokumente WO 2012/112057 A1 , US 2010/094466 A1 , DE 10 2007 025727 A1 , EP 2 653 807 A1 und DE 37 06 152 A1 offenbaren Kühlgeräte mit einem Ventilator zur gezielten Belüftung eines Gerätebereichs oder einer Gerätekomponente.
  • Die vorliegende Anmeldung setzt sich daher zum Ziel, ein gattungsgemäßes Kühl- und/der Gefriergerät hinsichtlich seiner erzielbaren Energieeffizienz zu verbessern.
  • Zur Aufgabenlösung wird ein Kühl- und/oder Gefriergerät gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Kühl- und/oder Gefriergerätes sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Erfindungsgemäß wird für ein gattungsgemäßes Kühl- und/oder Gefriergerät vorgeschlagen, dieses mit wenigstens einem Regelungsmodul auszustatten, das eine Drehzahl- und/oder Betriebsspannungsregelung des wenigstens einen Ventilators ermöglicht. Das Regelungsmodul umfasst einen implementierten Regelkreis mit der Betriebsspannung/Drehzahl des Ventilators als Regelgröße. Vorstellbar ist es ebenfalls, dass die Einflussgröße unmittelbaren Einfluss auf die Sollgröße des Regelkreises hat, d.h. die Soll-Drehzahl bzw. Soll-Spannung des Ventilators wird in Abhängigkeit der Einflussgröße festgelegt. Unabhängig davon nimmt die Einflussgröße Einfluss auf die tatsächlich eingestellte Drehzahl, mit der der Ventilator letztendlich betrieben wird. Ein oder mehrere Einflussgrößen beschreiben vorzugsweise aktuelle Betriebsbedingungen des Kältemittelkreislaufs. Gegenüber herkömmlichen Kühl- und/oder Gefriergeräten, deren Ventilatoren mit konstanter Drehzahl betrieben werden, wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ein energieeffizienterer Betrieb ermöglicht. Die implementierte Regelung stellt sicher, dass der Ventilator stets mit der optimalen Drehzahl in Abhängigkeit der aktuell vorliegenden Betriebsbedingungen des Kältemittelkreislaufs gefahren wird. Zu jedem Zeitpunkt bzw. für jede Umgebungsbedingung liegt daher eine optimale Effizienz des Gesamtgerätes vor.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass sich das erfindungsgemäße Regelungsmodul klar von einer einfachen Ein/Aus-Steuerung eines Ventilators innerhalb eines konventionellen Kühl- und/oder Gefriergerätes unterscheidet. Durch den implementierten Regelkreis kann der Ventilator mit unterschiedlichen Drehzahlen innerhalb einer Drehzahlspanne gefahren werden.
  • Das Regelungsmodul kann eine einzige oder auch mehrere Einflussgrößen parallel berücksichtigen. Denkbar ist es ebenfalls, dass das Regelungsmodul eine Vielzahl an Einflussgrößen für die Regelung berücksichtigen kann, allerdings situationsabhängig lediglich ein oder mehrere Einflussgrößen aus der verfügbaren Vielzahl auswählt und für die Regelung tatsächlich berücksichtigt.
  • Ein oder mehrere geregelte Ventilatoren können beispielsweise im Bereich der Wärmeübertrager vorgesehen sein, d.h. idealerweise ist ein Ventilator im Bereich des Verdampfers und ein weiterer Ventilator im Bereich des Verflüssigers angeordnet. Durch die Belüftung der genannten Komponenten wird der Wärmeübergang gefördert.
  • Zudem kann ein geregelter Ventilator im Kühlraum des Kühl- und/oder Gefriergerätes angeordnet sein, um dort für eine bessere Luftzirkulation und Temperaturverteilung zu sorgen. Durch die Abhängigkeit der Ventilatordrehzahl von den Betriebsbedingungen des Kältekreislaufs lassen sich die Ventilatoren energieeffizienter betreiben indem diese stets auf die situationsabhängig optimale Drehzahl eingestellt werden. Dies vergrößert zudem den Gestaltungsfreiraum bei der Auslegung des Kältekreislaufs, denn durch die optimierte Wärmeübertragung können Durchflüsse oder Füllmengen mit größerem Spielraum festgelegt werden. Zum Beispiel muss bei einer Raumtemperatur von 16°C die Drehzahl des Sockelventilators, der zur Belüftung des Verflüssigers dient, gesenkt werden, um diesen nicht zu stark abzukühlen. Dort würde sich ansonsten Kältemittel sammeln und die Druckdifferenz zum Verdampfer könnte absinken, sodass auch der Massestrom zu stark absinkt.
  • Erfindungsgemäß berücksichtigt das Regelungsmodul als Einflussgröße die aktuelle Verdampfertemperatur und/oder eine Abweichung zwischen Soll- und Ist-Temperatur des Verdampfers. Ebenfalls kann als weitere Einflussgröße die aktuelle Verflüssigertemperatur und/oder eine Abweichung zwischen Ist- und Soll-Temperatur des Verflüssigers berücksichtigt werden. Im Endeffekt lässt sich dadurch die Verdampfer- und
  • Verflüssigertemperatur durch die Regelung der Ventilatordrehzahl beeinflussen und gezielt regeln. Denkbar ist es ebenfalls, wenigstens einen Ventilator in Abhängigkeit der Drehzahl eines wenigstens weiteren Ventilators zu regeln. Darüber hinaus ist es vorstellbar, als weitere Einflussgröße für das Regelungsmodul die Stellung von einem oder mehreren Kältemittelventilen zu berücksichtigen. Als Beispiel sei die Berücksichtigung der Ventilstellung eines Stoppventils, eines Zwei- bzw. Dreiwegeventils oder auch des Expansionsventils des Kältemittelkreislaufs genannt.
  • Wie bereits vorangehend erläutert ist es möglich, lediglich eine oder mehrere Einflussgrößen aus einer Vielzahl verfügbarer Einflussgrößen auszuwählen und für die Regelung zu berücksichtigen. Die Auswahl kann automatisiert durch das Regelungsmodul erfolgen, bspw. wird stets diejenige Einflussgröße für die Regelung berücksichtigt, die die größten Auswirkungen auf den durch den geregelten Ventilator zu belüftenden Bereich bzw. die zu belüftende Komponente zeigt. Die Regelung der Spannung bzw. Drehzahl kann während der Laufzeit jedoch auch in Abhängigkeit mehrerer bzw. aller verfügbaren Einflussgrößen erfolgen.
  • Erfindungsgemäß wird eine logarithmische und/oder ein polynombasierte Funktion und/oder Exponentialfunktion als Übertragungsfunktion verwendet.
  • An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe "ein" und "eine" nicht zwingend auf genau eines der Elemente verweisen, wenngleich dies eine mögliche Ausführung darstellt, sondern auch eine Mehrzahl der Elemente bezeichnen können. Ebenso schließt die Verwendung des Plurals auch das Vorhandensein des fraglichen Elementes in der Einzahl ein und umgekehrt umfasst der Singular auch mehrere der fraglichen Elemente.
  • Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben werden.
  • Als Ausführungsbeispiel wird ein Kühl- und/oder Gefriergerät beschrieben, mit einem entsprechenden Kühlmittelkreislauf. Das Gerät ist zusätzlich mit einem Ventilator im Bereich des Verdampfers sowie einem gesondertem Ventilator im Bereich des Verflüssigers ausgestattet. Beide Ventilatoren werden durch ein spezielles Regelungsmodul der Gerätesteuerung auf eine gewünschte Soll-Drehzahl geregelt, um den Wärmeübergang an den jeweils belüfteten Bauteilen zu fördern. Die Soll-Drehzahl wird dabei in Abhängigkeit der aktuellen Betriebsbedingungen des Kältemittelkreislaufs variabel eingestellt, um für jede Situation und Umgebungsbedingung sicherzustellen, dass der Ventilator mit einer optimalen Drehzahl betrieben wird. Hierbei ist darauf zu achten, dass die Energiebilanz zwischen erforderlicher Antriebsenergie des Ventilators und Energiegewinn durch die Belüftung optimal ist. Darüber hinaus soll durch die Regelung sichergestellt werden, dass der Ventilator keinen negativen Einfluss auf die Effizienz sonstiger Komponenten des Kühlmittelkreislaufs hat.
  • Für die Regelung des dem Verflüssiger zugeordneten Ventilators ist beispielsweise vorgesehen, als Eingangsgrößen für dessen Drehzahlregelung die aktuelle Umgebungstemperatur sowie die derzeit gefahrene Kompressordrehzahl zu berücksichtigen. Hierdurch lässt sich eine gezielte Beeinflussung und auch Regelung der Verflüssigungstemperatur innerhalb des Verflüssigers erreichen. In diesem Sinne kann ebenfalls die aktuelle Ist- und Solltemperatur des Verflüssigers für die Regelung der Ventilatordrehzahl als Einflussgröße berücksichtigt werden. Allgemein lässt sich hierdurch generell eine Steuerung der Kältemittelverteilung innerhalb des Kältemittelkreislaufs erzielen bzw. die Verflüssigungs- und/oder Verdampfungs- und/oder Saugleitungstemperatur gezielt steuern.
  • Das Kühl- und/oder Gefriergerät ist ergänzend mit einem innerhalb des Kühlraumes angeordneten Ventilator ausgestattet, der für eine bessere Luftzirkulation und Temperaturverteilung innerhalb des Kühlraumes sorgt. Die Drehzahlregelung dieses Ventilators berücksichtigt als Einflussgrößen die Kompressordrehzahl als auch die aktuelle Thermostateinstellung zur Regulierung der Innenraumtemperatur. Ebenfalls lässt sich die gemessene Innentemperatur als auch deren Abweichung von der eingestellten Solltemperatur berücksichtigen. Durch die laufende Regelung der Ventilatordrehzahl kann eine bessere Kälteleistung insbesondere bei tieferen Temperatureinstellungen erreicht werden. Zudem wird dadurch eine gleichmäßige kalte Temperaturverteilung im Kühlraum insbesondere bei tieferen Temperatureinstellungen erzielt.

Claims (6)

  1. Kühl- und/oder Gefriergerät mit
    einem Kältemittelkreislauf, umfassend einen Verdampfer und einen Verflüssiger, sowie
    einem Ventilator im Bereich des Verdampfers zur gezielten Belüftung eines Gerätebereichs oder einer Gerätekomponente, wobei
    ein Regelungsmodul zur Regelung der Drehzahl und/oder Betriebsspannung des Ventilators in Abhängigkeit von mindestens einer Einflussgröße vorgesehen ist, und
    das Regelungsmodul als Einflussgröße die aktuelle Verdampfertemperatur und/oder eine Abweichung zwischen Ist- Verdampfertemperatur und Soll-Verdampfertemperatur berücksichtigt,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die verwendete Übertragungsfunktion des Regelungsmoduls eine logarithmische oder Polynom- oder Exponentialfunktion ist.
  2. Kühl- und/oder Gefriergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelungsmodul als weitere Einflussgröße die aktuelle Verflüssigertemperatur und/oder eine Abweichung zwischen Ist-Verflüssigertemperatur und Soll-Verflüssigertemperatur berücksichtigt.
  3. Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelungsmodul zur Spannungs- bzw. Drehzahlregelung des Ventilators während der Betriebslaufzeit die Einflussgröße mit der größten Auswirkung auf den Betriebszustand der durch den geregelten Ventilator belüfteten Komponente berücksichtigt.
  4. Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelungsmodul zur Spannungs-/Drehzahlregelung des Ventilators während der Betriebslaufzeit mehrere Einflussgrößen berücksichtigt.
  5. Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der geregelte Ventilator im oder am Verdampfer zur dessen Belüftung angeordnet ist.
  6. Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Ventilator im oder am Verflüssiger zu dessen Belüftung und/oder im Kühlraum zu dessen Belüftung angeordnet ist.
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