EP4426986A1 - Betreiben einer temperaturzone in einem superkühlmodus - Google Patents

Betreiben einer temperaturzone in einem superkühlmodus

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Publication number
EP4426986A1
EP4426986A1 EP22793697.8A EP22793697A EP4426986A1 EP 4426986 A1 EP4426986 A1 EP 4426986A1 EP 22793697 A EP22793697 A EP 22793697A EP 4426986 A1 EP4426986 A1 EP 4426986A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
temperature
super
deviation
freezer
meas
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.)
Pending
Application number
EP22793697.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Rauscher
Oliver Janda
Torsten Eschner
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.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Hausgeraete GmbH
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 BSH Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Hausgeraete GmbH
Publication of EP4426986A1 publication Critical patent/EP4426986A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F25D29/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • 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
    • F25D2400/00—General features of, or devices for refrigerators, cold rooms, ice-boxes, or for cooling or freezing apparatus not covered by any other subclass
    • F25D2400/30—Quick freezing
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for operating at least one individually temperature-controlled temperature zone of a refrigeration appliance, in particular a household refrigeration appliance, in which a temperature of the temperature zone is measured and this temperature zone is automatically switched to a super-cooling mode.
  • the invention also relates to a refrigeration device, having at least one individually temperature-controlled temperature zone, to which at least one temperature sensor for measuring a temperature of the temperature zone is assigned, the refrigeration device being set up to determine a deviation in the measured temperature and based on a variable based on the deviation, whether to automatically switch to a super cooling mode for this temperature zone.
  • the invention can be applied particularly advantageously to household refrigeration appliances with a freezer compartment as the temperature zone.
  • Modern household refrigerating appliances such as refrigerators and/or freezers have a so-called super cooling mode for their refrigerator and/or freezer compartments.
  • the super cooling mode has the effect that a target compartment (air) temperature set in a normal mode used outside of the super cooling mode is reduced for a certain period of time, with the result that the cooling device increases the cooling capacity for this period of time compared to the normal mode, so that inserted warm goods are cooled faster than in normal mode. This in turn increases food quality.
  • JP-H 03137475 A household refrigeration appliances are known in which the super cooling mode has to be activated manually. Furthermore, household refrigeration appliances are known which, based on a strongly changing compartment temperature, recognize that large quantities of warm goods have been inserted and then automatically switch to the super-cooling mode. In both cases, the duration of the super cool mode is limited because the warm goods have then cooled down and the original target compartment temperature is sufficient to keep the goods cold.
  • the current methods for automatic load case detection when a super cooling mode should be activated are disadvantageously very error-prone.
  • JP-H 05203320 A discloses a method for operating a refrigeration compartment in a super cool mode, in which a target temperature in the super cool mode is set depending on how long before a door of the refrigeration compartment was open.
  • EP 3 667 209 A1 discloses a household refrigeration appliance, comprising a cold air distribution system arranged in a storage room, which has a vertical cold air duct section and a horizontal cold air duct section, the horizontal cold air duct section branching off from the vertical cold air duct section, in the vertical cold air duct section there is a cold air flow along a rear wall of the
  • the interior space can flow in the height direction of the interior space and in the horizontal cold air ducting section the cold air flow can flow in the depth direction of the interior space
  • the horizontal cold air ducting section forms a cold air duct in which the cold air flow can flow through the horizontal cold air ducting section, between a ceiling panel and a with the floor panel joined together with the cover panel, wherein the cover panel has a storage area for stored goods, which is formed from a heat-conducting material, the storage area being provided to create a thermal bridge between the stored goods placed on the storage area and the cold air flow flowing in the operating state of the horizontal cold air guide section to form in the
  • This improvement can relate in particular to a start time of activation of the super-cooling mode, an end time of the activated super-cooling mode and/or its setpoint temperature.
  • the object is achieved by a method for operating at least one individually temperature-controlled temperature zone of a refrigeration device, in which a temperature of the temperature zone is measured, a temperature of the temperature zone is measured using a physical model of the refrigeration device, which calculates a thermal behavior of the temperature zone without taking describes the process of loading goods (ie placing goods in and/or removing goods from the temperature zone), - a deviation between the measured temperature and the calculated temperature is determined and - a decision is made automatically based on a magnitude of the deviation whether or not to switch to super cool mode for that temperature zone.
  • This method has the advantage that false triggering for activating the automatic super cooling mode can be avoided, for example when the door is left open for a long time or when inserted goods are positioned in the vicinity of a temperature sensor assigned to the temperature zone.
  • the use of the physical model also enables a more precise determination and targeted setting of a particularly effective target temperature in the super-cooling mode, as well as a more precise determination and targeted setting of a period of time in which the temperature zone is operated in the super-cooling mode. This in turn enables warm refrigerated goods to be cooled down particularly quickly and efficiently and thus achieves energy savings and a reduction in noise pollution caused by compressor operation of the refrigeration device.
  • a temperature zone of the refrigerating appliance can be understood to mean, for example, a coolable storage space that can be closed by an outer door, such as a cold storage space that can be cooled to temperatures above the freezing point or a freezer space that can be cooled to temperatures below the freezing point.
  • the super-cooling mode for a refrigerated compartment can be specially designed in such a way that it is ensured that the associated zone temperature remains above the freezing point.
  • a temperature zone can also include a compartment housed in a refrigerated space that can be closed by an outer door and separated from it by an (inner) door, e.g. an integrated freezer compartment, cold storage compartment or other special refrigerated compartment.
  • the temperature zone can be a tasting compartment in which an adjustable consumption temperature is to be reached by the refrigerated goods at a specific point in time or as soon as possible.
  • the refrigeration appliance can be a refrigerator with or without a freezer compartment and/or other special refrigeration compartment such as a tasting compartment, etc., a freezer, a combined fridge- /freezer, chest freezer, etc.
  • the refrigerating appliance can also be a wine cabinet.
  • the refrigeration device is in particular a domestic refrigeration device.
  • the air temperature of the temperature zone (also referred to as "zone temperature”) is measured using at least one temperature sensor assigned to this temperature zone.
  • the physical model of the refrigeration device corresponds to a mathematical, model-based description of the thermal behavior of the temperature zone when a real refrigeration device is operated below a specific target zone temperature, e.g. based on state descriptions or state equations of the refrigeration device.
  • the physical model can determine the temperature of the temperature zone, in particular as a function of measured values and/or values derived from real operation of device parameters mapped in the model and as a function of device-specific geometries and thermal insulation, a temperature control method used and the ambient temperature of the Calculate refrigeration device.
  • the device parameters can, for example, be an electrical power consumption of the refrigeration device and/or only one compressor of a refrigeration cycle, a temperature at an evaporator of the refrigeration cycle, a compressor speed, positions of valves (e.g.
  • the physical model describes a thermal behavior of the temperature zone can therefore include, in particular, that the physical model describes the thermal behavior of the temperature zone based on device parameters or values that are actually determined by the refrigeration device (e.g. measured by means of appropriate sensors or derived from real values or states). determined by it.
  • the physical model can also take into account the effect of a door opening on the thermal behavior of the temperature zone.
  • a door opening on the thermal behavior of the temperature zone.
  • the effect of the door opening on the thermal behavior of the temperature zone can be modeled as a function of the ambient temperature.
  • the duration of the door opening can also be taken into account: the longer this is, the larger the exchanged air quantity can be assumed to be.
  • the physical model describes the thermal behavior of the temperature zone without taking into account the loading of goods (which cannot be detected by the device) means in particular that it does not take into account the storage of (typically warm) goods in the temperature zone and no removal of goods from the temperature zone. Rather, the model can include the description of goods with a fixed, predetermined thermal capacity in the temperature zone, although the thermal capacity is not changed. This is not critical because cold goods that are already in the temperature zone have a comparatively small influence on the temperature calculation.
  • the refrigeration appliance can use the size of the deviation to decide whether an increased cooling capacity (implemented by the super cooling mode) is required to effectively cool the goods or not.
  • the model calculation, the determination of the deviation between the measured temperature and the calculated temperature and/or the decision about switching on or not switching on the super cooling mode can be carried out, for example, by means of a data processing device of the refrigeration device, a data-processing device coupled with the refrigeration device. th network server, a cloud computer that is linked to the refrigeration appliance in terms of data technology, etc.
  • the zone temperature only needs to be calculated by the physical model when the deviation needs to be determined. This frees up computing capacity outside of these phases and uses less energy.
  • the refrigeration appliance is set up to detect a door opening and closing of a door (outer door and/or inner door) belonging to the temperature zone, for example by means of a door sensor such as a magnetic sensor, microswitch, camera, etc., and is set up to start the method when a door opening and/or door closing is detected. The opening and/or closing of the door is taken as an indication of the possible insertion of warm goods.
  • the temperature zone outside of the super cooling mode is operated in a normal mode in which the actual zone temperature for this temperature zone is adjusted to a target zone temperature set by the user or to a target zone temperature that is automatically set higher in this regard.
  • the fact that a decision is made automatically on the basis of a size of the deviation as to whether or not a super-cooling mode is switched on for this temperature zone includes in particular the tendency for the super-cooling mode to be activated or switched on to be all the more likely the larger the deviation is.
  • the decision to switch on the super cooling mode can be made, for example, by a data processing device of the refrigeration device, by a network server that is data-linked to the refrigeration device, by a cloud computer that is data-linked to the refrigeration device, etc.
  • the system switches to the super-cooling mode when the magnitude of the deviation reaches or exceeds a predetermined ("first") level.
  • the measure can be a threshold value, for example.
  • the first measure can, for example, be determined experimentally and/or via simulations.
  • the system switches to the super-cooling mode or activates or starts the super-cooling mode when the deviation reaches or exceeds the first measure for a predetermined period of time.
  • the advantage is achieved that short-term outliers, particularly in the measured zone temperature, do not lead to the activation of the super cooling mode, and the susceptibility to errors is therefore reduced even further.
  • it can be switched to the super cooling mode if a temperature difference between the measured temperature and the calculated temperature is reached or exceeded for x minutes.
  • the super-cooling mode is ended when a fixed, predefined time period for the super-cooling mode is or has been reached. Such periods of time may typically extend up to, but are not limited to, 20 hours.
  • the super-cooling mode is ended when a duration of the super-cooling mode that is dependent on the size of the deviation has expired. This allows a particularly efficient cooling effect in the super cooling mode. In this case, a longer cooling duration tends to be specified with a greater deviation.
  • different time durations are preset in stages depending on the reaching of different values of the size of the deviation above the first measure, or depending on the reaching of further, even higher threshold values. The period of time can tend to become longer the further the deviation exceeds the first dimension. The different periods of time can be 3 hours, 10 hours, 20 hours, etc., for example.
  • the super-cooling mode is ended when the size of the deviation falls below a predefined ("second") level.
  • the advantage is achieved that the super cooling mode can be ended at precisely that point in time at which the prerequisites for a return to a normal mode are first met again.
  • a particularly effective cooling effect is achieved by means of the super cooling mode.
  • the second dimension can correspond to the first dimension or can deviate from it ("hysteresis"), for example it can be above or below the first dimension.
  • a target zone temperature in the super cool mode is set depending on the magnitude of the deviation. This gives an additional or alternative possibility to the determination of the duration of the super cooling mode, of adapting the super cooling mode to a particularly effective cooling.
  • the target temperature can tend to be set lower, for example, the greater the deviation.
  • the deviation is determined using a function which includes the temperature difference between the measured temperature and the calculated temperature for a specific point in time.
  • this function can be the temperature difference as such. If the temperature difference then reaches or exceeds a predetermined threshold value, the system switches to super cooling mode.
  • this function can include the temperature difference linked to other parameters, e.g. the temperature difference multiplied by one or more specific factors and/or added to one or more specific summands.
  • the deviation is determined using a function which links temperature differences between the measured temperature and the calculated temperature that are present for a number of points in time. This can also be referred to as "time-integrated" temperature difference.
  • the super cooling mode can be automatically set particularly error-free and effectively.
  • the deviation calculated according to this embodiment is in particular a value that is derived from an addition of temperature differences determined at at least two different points in time.
  • the time-integrated temperature difference includes the temperature differences added up within a—in particular concurrent—time window.
  • the time-integrated temperature difference corresponds to an addition of temperature differences ⁇ T (t i ) between the measured temperature T meas (t i ) and the calculated temperature T calc (t i ) recorded at predetermined time intervals t after the door is opened or closed.
  • these temperature differences ⁇ T (t i ) can be weighted with individual weights ⁇ i .
  • the weights ⁇ i can be determined experimentally, for example.
  • the predetermined time intervals t i correspond, in particular, to time intervals that are greater than the temporal measurement steps or the sampling rate.
  • the time intervals can be 3 minutes, 10 minutes, 20 minutes, 30 minutes, and so on. They can be equidistant from each other, but they don't have to be. The deviation can be adjusted according to be calculated.
  • This function can include the time-integrated temperature difference or its individual temperature differences generally linked to other parameters, for example the time-integrated temperature difference and/or individual temperature differences thereof multiplied by one or more specific factors and/or added to one or more specific summands.
  • the time-integrated temperature difference can also be a temperature difference averaged over a period of time and/or over a number of the individual temperature differences added up.
  • the duration of the super-cooling mode and/or a target zone temperature in the super-cooling mode is defined as a function of the duration between door opening and/or door closing. So advantageously one of the Duration between door opening and / or door closing dependent air mass exchange between cool air in the temperature zone and ambient air are taken into account.
  • the object is also achieved by a refrigeration device, in particular a household refrigeration device, which is set up to run the above method.
  • the refrigeration device can be designed analogously to the method and vice versa, and has the same advantages.
  • the refrigeration appliance can in particular have: at least one individually temperature-controlled temperature zone, to which at least one temperature sensor for measuring a temperature of the temperature zone is assigned, a data processing device which is set up to create a physical model of the refrigeration appliance which shows a thermal behavior of the temperature zone without taking user actions into account and to calculate a temperature of the temperature zone from this and a device control that is set up to determine a deviation between the measured temperature and the calculated temperature and to decide based on a size of the deviation, whether to switch to super cool mode for that temperature zone.
  • FIG. 1 shows a sketch of a household refrigerating appliance as a sectional side view
  • FIG. 2 shows a sketch of the input and output variables of a physical model of a household refrigeration appliance
  • FIG. 3 shows a sketch of the functional components of a household refrigeration appliance using the physical model from FIG. 2;
  • 4 shows a possible flow chart for carrying out the method according to the invention
  • 5 shows a plot of a calculated and a measured temperature of a freezer compartment before and after placing warm goods in the freezer compartment against time.
  • the refrigeration appliance K has a first temperature zone in the form of a refrigerated space (also referred to as refrigerated compartment 2) which can be closed with a door 1 and which can be cooled down to a temperature above the freezing point, for example down to +2.degree.
  • the refrigerating appliance K also has a second temperature zone in the form of a freezer compartment (hereinafter referred to as the freezer compartment 4) which can be closed with a door 3 and which is arranged below the refrigerator compartment 2 and is largely thermally insulated therefrom.
  • the refrigerator compartment temperature Tfridge.meas of the refrigerator compartment 2 and the freezer compartment temperature T freezer.meas of the freezer compartment 4 can be regulated individually via a device control 5, for which purpose a corresponding temperature sensor 6 is assigned to the refrigerator compartment 2 and a corresponding temperature sensor 7 to the freezer compartment 4.
  • the refrigerator compartment 2 and/or the freezer compartment 4 can be operated independently of one another in their normal mode and in a respective super-cooling mode.
  • the refrigeration device K in particular its device control 5, is also set up, for example programmed, to run and run a physical model M of the refrigeration device K, which describes a thermal behavior of the refrigerator compartment 2 and/or the freezer compartment 4 without taking into account user actions to calculate a refrigerator compartment temperature T fridge.calc of the refrigerator compartment 2 and a freezer compartment temperature T freezer,calc of the freezer compartment 4 based on a model.
  • the refrigeration appliance K is set up to calculate the deviation A between the measured refrigerator compartment temperature Tfridge.meas and/or the measured freezer compartment temperature T freezer.meas and the calculated refrigerator compartment temperature T fridge.calc or the calculated freezer compartment temperature T freezer,calc determine and based on a size of the deviation A to decide whether the super cooling mode should be activated for the refrigerator compartment 2 or the freezer compartment 4 or not.
  • the physical model M can be run, the deviation A calculated and the decision made as to whether the super cooling mode should be activated while the refrigeration appliance K is in operation.
  • a further development that saves computing capacity and energy consists in carrying out these processes for the cooling compartment 2 or the To start the refrigerator compartment 4 only when a door opening and/or a door closing of the door 1 or the door 3 has been detected, because only then can warm goods have been inserted.
  • a door sensor 8 is provided for noticing an opening and/or closing of the door 1 of the refrigerator compartment 2 and a door sensor 9 is provided for noticing a door opening and/or a closing of the door 3 of the freezer compartment 4, for example a microswitch or a magnetic switch .
  • the device controller 5 can be connected in terms of data technology to an ambient temperature sensor 10, for example, which measures an ambient temperature Tamb, etc.
  • the model M includes a mathematical-physical description of the thermal behavior of the refrigeration appliance K as a function of several input variables, including here, for example: an ambient temperature Tamb, a speed n compr of a compressor of a refrigeration circuit, a speed n fan of a fan, for example a cooling compartment fan, a position ⁇ flap of a flap, for example a valve, for example an expansion valve of the refrigeration circuit, or an air flap, whether defrosting ( "defr”) is carried out or not, possibly with a heating power introduced into a heater used for this purpose, whether the door sensor 8 outputs a sensor signal or not, whether the door sensor 9 outputs a sensor signal or not, etc.
  • defrosting "defr”
  • the model M can be used, for example, to determine the freezer compartment temperature T freezer,calc , the refrigerator compartment temperature T fridge.calc and/or an evaporator temperature T evap,calc at an evaporator of the refrigeration circuit can be calculated as output variables. It is optionally possible not to calculate at least one of the above output variables but to use it as a measured input variable.
  • the freezer compartment temperature T freezer,calc can also be calculated taking into account a measured refrigerator compartment temperature T fridge.meas and/or a measured evaporator temperature T evap,meas .
  • FIG. 3 shows a sketch of the functional components of the household refrigeration appliance K using the physical model M from FIG. 2 to calculate the freezer compartment temperature T freezer.meas .
  • the physical model M runs—for example through appropriate programming—on a first data processing device DV1 and uses the input variables described for FIG. 2, optionally including the measured refrigerator compartment temperature T fridge.meas and/or the measured evaporator temperature T evap,meas , in order to calculate the freezer compartment temperature T freezer,calc and to calculate the deviation A from it (also referred to as residual) for the measured freezer compartment temperature T freezer.meas .
  • the size or the value of the deviation A or the residue is used, for example, by a second data processing device DV2 to automatically decide whether a super cooling mode should be activated for the freezer compartment 4 or not.
  • the second data processing device DV2 can also be set up to use the size of the deviation A to calculate parameters of the super cooling mode, such as its duration and/or a target freezer compartment temperature.
  • the target freezer compartment temperature can be transferred to the device controller 5, which adjusts the freezer compartment temperature to the target freezer compartment temperature for the duration of the super cooling mode.
  • the first data processing device DV1 can correspond to the second data processing device DV2 or be a different device.
  • the first data processing device DV1 and/or the second data processing device DV2 can correspond to the device control 5 of the refrigeration device K.
  • the device controller 5 can take over all or part of the functions of the first data processing device DV1 and/or the second data processing device DV2.
  • 4 shows a possible flow chart for carrying out the method according to the invention for activating a super cooling mode of a freezer compartment of a household refrigeration appliance, for example the freezer compartment 4 of the household refrigeration appliance K.
  • a step S1 the freezer compartment 4 is operated in its normal mode.
  • the freezer compartment temperature T freezer.meas is measured continuously or quasi-continuously (eg at regular time intervals) by means of the temperature sensor 7 .
  • step S2 the door sensor 10 is used to monitor whether the door 3 of the freezer compartment 4 has been opened and then closed. If this is not the case ("N"), the process branches back to step S1. However, if the door has been actuated ("Y"), the model calculation based on the physical model M is started in a step S3.
  • a step S4 the freezer compartment temperature T freezer,calc is calculated using the physical model M.
  • a step S7 the deviation A is calculated and in a step S8 it is checked whether the size of the deviation A, in particular in terms of amount, a specified criterion is met ("Y") or not ("N"), for example a specified first measure such as a threshold value is reached or exceeded. If this is not the case ("N"), no super cooling mode is triggered, but a branch is made back to step S1.
  • a duration ⁇ t sc and/or a target freezer compartment temperature of the super cooling mode can then be specified in an optional step S9 depending on the size of the deviation A, e.g. step by step using even larger threshold values .
  • these parameters can be fixed, for example the duration ⁇ t sc can be fixed at 20 h.
  • a step S10 the super cooling mode is started or activated.
  • the freezer compartment temperature T freezer.meas can continue to be measured continuously or quasi-continuously.
  • the model calculation can also be continued in parallel, but this is not necessary.
  • FIG 5 shows a plot of the freezer compartment temperature T freezer,calc calculated from the physical model M and the measured freezer compartment temperature T freezer.meas before and after placing warm goods in the freezer compartment 4 against the time t in 10 5 s t ⁇ t D the temperatures T freezer,calc and T freezer.meas are plotted for the case of a freezer compartment 4 that is still undisturbed and is operated in a normal mode. A match between the two temperatures T freezer,calc and T freezer.meas is very high and their temperature difference ⁇ T is very low.
  • a predetermined first measure eg a corresponding threshold value
  • the method described above can also be used to monitor whether the cooling compartment 2 should be switched to a super cooling mode or not.
  • the super-cooling mode for the refrigeration compartment 2 can be specially designed in such a way that it is ensured that the refrigeration compartment temperature remains above the freezing point.
  • a numerical specification can also include exactly the specified number as well as a customary tolerance range, as long as this is not explicitly excluded.

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Abstract

Ein Verfahren (S1-S10) dient zum Betreiben mindestens einer individuell temperaturregelbaren Temperaturzone (2, 4) eines Kältegeräts (K), insbesondere Haushalts-Kältegeräts, wobei bei dem Verfahren eine Temperatur (Tfridge,meas, Tfreezer,meas) der Temperaturzone (2, 4) gemessen wird (S1, S5), eine Temperatur (Tfridge,calc, Tfreezer,calc) der Temperaturzone (2, 4) anhand eines physikalischen Modells (M) des Kältegeräts (K), welches ein thermisches Verhalten der Temperaturzone (2, 4) ohne Berücksichtigung nutzerseitiger Handlungen beschreibt, berechnet wird (S4), eine Abweichung (Δ) zwischen mindestens einer gemessenen Temperatur (Tfridge,meas, Tfreezer,meas) und mindestens einer zeitgleich berechneten Temperatur (Tfridge,calc, Tfreezer,calc) bestimmt wird (S5) und anhand einer Größe der Abweichung (Δ) automatisch entschieden wird (S6), ob für diese Temperaturzone (2, 4) in einen Superkühlmodus geschaltet wird (S10). Ein Kältegerät (K), insbesondere Haushalts-Kältegerät, ist dazu eingerichtet, das Verfahren (S1-S10) ablaufen zu lassen. Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar auf Haushalts-Kältegeräte mit einem Gefrierfach als der Temperaturzone.

Description

Betreiben einer Temperaturzone in einem Superkühlmodus
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben mindestens einer individuell tempera- turregelbaren Temperaturzone eines Kältegeräts, insbesondere Haushalts-Kältegeräts, bei dem eine Temperatur der Temperaturzone gemessen wird und diese Temperaturzone automatisch in einen Superkühlmodus geschaltet wird. Die Erfindung betrifft auch ein Käl- tegerät, aufweisend mindestens eine individuell temperaturregelbare Temperaturzone, der jeweils mindestens ein Temperatursensor zum Messen einer Temperatur der Tempera- turzone zugeordnet ist, wobei das Kältegerät dazu eingerichtet ist, eine Abweichung der gemessenen Temperatur zu bestimmen und anhand einer Größe der Abweichung zu ent- scheiden, ob für diese Temperaturzone automatisch in einen Superkühlmodus geschaltet werden soll. Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar auf Haushalts- Kältegeräte mit einem Gefrierfach als der Temperaturzone.
Moderne Haushalts-Kältegeräte wie Kühlschränke und/oder Gefrierschränke besitzen für ihre Kühl- und/oder Gefrierfächer einen sog. Superkühlmodus. Der Superkühlmodus be- wirkt, dass eine in einem außerhalb des Superkühlmodus verwendeten Normalmodus eingestellte Soll-Fach(luft)temperatur für eine bestimmte Zeitdauer verringert wird, was zur Folge hat, dass das Kältegerät für diese Zeitdauer die Kühlleistung gegenüber dem Normalmodus erhöht, so dass eingelegte warme Ware schneller abgekühlt wird als im Normalmodus. Dies wiederum erhöht eine Lebensmittelqualität.
Beispielsweise aus JP-H 03137475 A sind Haushalts-Kältegeräte bekannt, bei denen der Superkühlmodus manuell aktiviert werden muss. Es sind ferner Haushalts-Kältegeräte bekannt, die aufgrund einer sich stark verändernden Fachtemperatur erkennen, dass grö- ßere Mengen warmer Ware eingelegt wurden und dann automatisch in den Superkühl- modus schalten. In beiden Fällen ist die Dauer des Superkühlmodus begrenzt, da die warme Ware dann abgekühlt ist und die ursprüngliche Soll-Fachtemperatur ausreicht, um die Ware kalt zu halten. Jedoch sind die aktuellen Methoden zur automatischen Last- fallerkennung, wann ein Superkühlmodus aktiviert werden sollte, nachteiligerweise sehr fehleranfällig. JP-H 05203320 A offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Kühlfachs in einem Su- perkühlmodus, bei dem eine Solltemperatur im Superkühlmodus abhängig davon eingestellt wird, wie lange zuvor eine Tür des Kühlfachs geöffnet war.
EP 3 667 209 A1 offenbart ein Haushaltskältegerät, umfassend ein in einem Lagerraum angeordnetes Kaltluftverteilungssystem, welches einen vertikalen Kaltluftführungsab- schnitt und einen horizontalen Kaltluftführungsabschnitt aufweist, wobei der horizontale Kaltluftführungsabschnitt von dem vertikalen Kaltluftführungsabschnitt abzweigt, in dem vertikalen Kaltluftführungsabschnitt ist ein Kaltluftstrom entlang einer Rückwand des In- nenraums in Höhenrichtung des Innenraums fließbar und in dem horizontalen Kaltluftfüh- rungsabschnitt ist der Kaltluftstrom in Tiefenrichtung des Innenraums fließbar, der hori- zontale Kaltluftführungsabschnitt bildet einen Kaltluftkanal, in dem der Kaltluftstrom durch den horizontalen Kaltluftführungsabschnitt fließbar ist, zwischen einer Deckenplatte und einer mit der Deckenplatte zusammengefügten Bodenplatte aus, wobei die Deckenplatte einen Abstellbereich für Lagergut aufweist, welcher aus einem wärmeleitenden Material gebildet ist, wobei der Abstellbereich dazu vorgesehen ist, eine Wärmebrücke zwischen dem auf dem Abstellbereich abgestellten Lagergut und dem im Betriebszustand des hori- zontalen Kaltluftführungsabschnitts fließenden Kaltluftstrom im Kaltluftkanal zu bilden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere einen Betrieb einer Temperaturzo- ne mit einem verbesserten automatischen Superkühlmodus bereitzustellen. Diese Ver- besserung kann sich insbesondere auf einen Startzeitpunkt einer Aktivierung des Super- kühlmodus, einen Endzeitpunkt des aktivierten Superkühlmodus und/oder auf dessen Solltemperatur beziehen.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevor- zugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben mindestens einer individuell temperaturregelbaren Temperaturzone eines Kältegeräts, bei dem eine Temperatur der Temperaturzone gemessen wird, eine Temperatur der Temperaturzone anhand eines physikalischen Modells des Käl- tegeräts, welches ein thermisches Verhalten der Temperaturzone ohne Berücksichti- gung einer Warenbeschickung (d.h., einer Einlegung in die und/oder Entnahme von Ware aus der Temperaturzone) beschreibt, berechnet wird, - eine Abweichung zwischen der gemessenen Temperatur und der berechneten Tem- peratur bestimmt wird und - anhand einer Größe der Abweichung automatisch entschieden wird, ob für diese Temperaturzone in einen Superkühlmodus geschaltet wird oder nicht.
Durch dieses Verfahren wird der Vorteil erreicht, dass Fehlauslösungen zur Aktivierung des automatischen Superkühlmodus vermieden werden können, beispielsweise bei lang- andauernden Türöffnungen oder bei einer Positionierung eingelegter Ware in der Nähe eines der Temperaturzone zugeordneten Temperatursensors. Die Verwendung des physikalischen Modells ermöglicht weiterhin eine genauere Bestimmung und gezielte Einstellung einer be- sonders effektiven Solltemperatur im Superkühlmodus, als auch eine genauere Bestimmung und gezielte Einstellung einer Zeitdauer, in welcher die Temperaturzone in dem Super- kühlmodus betrieben wird. Dies wiederum ermöglicht eine besonders schnelle und effizi- ente Abkühlung warmen Kühlguts und erreicht damit eine Energieeinsparung und eine Reduzierung einer Geräuschbelästigung durch einen Kompressorbetrieb des Kältegeräts.
Unter einer Temperaturzone des Kältegeräts kann beispielsweise ein durch eine äußere Tür verschließbarer kühlbarer Lagerraum wie ein auf Temperaturen oberhalb des Gefrier- punkts kühlbarer Kühlraum oder ein auf Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts kühl- barer Gefrierraum verstanden werden. Dabei kann der Superkühlmodus für ein Kühlfach speziell so ausgebildet sein, dass sichergestellt wird, dass die zugehörige Zonentempera- tur oberhalb des Gefrierpunkts bleibt.
Unter einer Temperaturzone kann aber auch ein in einem durch eine äußere Tür ver- schließbaren Kühlraum untergebrachtes, davon durch eine (innere) Tür abgetrenntes Fach sein, z.B. ein integriertes Gefrierfach, Kaltlagerfach oder anderes Sonderkühlfach. Die Temperaturzone kann ein Degustierfach sein, in dem zu einem bestimmten Zeitpunkt oder möglichst bald durch das Kühlgut eine einstellbare Verzehrtemperatur erreicht wer- den soll.
Das Kältegerät kann ein Kühlschrank mit oder ohne Gefrierfach und/oder anderem Son- derkühlfach wie einem Degustierfach usw., ein Gefrierschrank, ein kombinierter Kühl- /Gefrierschrank, eine Gefriertruhe, usw. sein. Das Kältegerät kann aber auch ein Wein- schrank sein. Das Kältegerät ist insbesondere ein Haushalts-Kältegerät.
Die Lufttemperatur der Temperaturzone (auch als "Zonentemperatur" bezeichenbar) wird mittels mindestens eines dieser Temperaturzone zugeordneten Temperatursensors ge- messen.
Das physikalische Modell des Kältegeräts entspricht einer mathematischen, modellhaft angenäherten Beschreibung des thermischen Verhaltens der Temperaturzone bei Betrieb eines realen Kältegeräts unter einer bestimmten Soll-Zonentemperatur, z.B. anhand von Zustandsbeschreibungen oder Zustandsgleichungen des Kältegeräts. Das physikalische Modell kann die Temperatur der Temperaturzone insbesondere in Abhängigkeit gemes- sener und/oder aus einem realen Betrieb abgeleiteter Werte von in dem Modell abgebilde- ten Geräteparametern als auch in Abhängigkeit von gerätespezifischen Geometrien und Wärmeisolierungen, einer verwendeten Temperaturregelungsmethodik sowie der Umge- bungstemperatur des Kältegeräts berechnen. Die Geräteparameter können beispielswei- se einen elektrischen Leistungsverbrauch des Kältegeräts und/oder nur eines Kompres- sors eines Kältekreislaufs, eine Temperatur an einem Verdampfer des Kältekreislaufs, eine Kompressordrehzahl, eine Stellungen von Ventilen (z.B. Expansionsventilen des Kältekreislaufs) und Klappen, Drehzahlen von Lüftern, eine Heizleistung einer Heizung bei einem Entfrosten, einen Energieverbrauch von Lichtquellen, ob ein Türsensor ein Sensor- signal ausgibt oder nicht, usw. umfassen. Dass das physikalische Modell ein thermisches Verhalten der Temperaturzone beschreibt, kann somit insbesondere umfassen, dass das physikalische Modell das thermische Verhalten der Temperaturzone beruhend auf durch das Kältegerät real bestimmten (z.B. mittels entsprechender Sensoren gemessenen oder aus realen Werten oder Zuständen abgeleiteten) Geräteparametern bzw. Werten davon bestimmt.
Das physikalische Modell kann insbesondere auch einen Effekt einer Türöffnung auf das thermische Verhalten der Temperaturzone berücksichtigen. In einer besonders einfachen Weiterbildung wird angenommen, dass bei einer Türöffnung ein fest vorgegebener Luft- mengenaustausch mit der Umgebung vorgenommen wird. Der Effekt der Türöffnung auf das thermische Verhalten der Temperaturzone kann abhängig von der Umgebungstempe- ratur modelliert werden. In einer das reale thermische Verhalten noch besser beschrei- benden Weiterbildung, kann die Dauer der Türöffnung mitberücksichtigt werden: je länger diese ist, als desto größer kann die ausgetauschte Luftmenge angenommen werden.
Es ist eine Weiterbildung, dass das physikalische Modell ein wie in EP 3 667 209 A1 kon- zeptionell offenbartes Kältegerät beschreibt.
Da die thermischen Schwankungen in dem Kältegerät eine sehr viel größere Zeitkonstan- te aufweisen als die zum Berechnen einer Zonentemperatur benötigte Zeit, ist ein gerin- ger Zeitunterschied zwischen dem Auslesen der Werte der Geräteparameter des Modells zuzüglich der Rechenzeit zum Berechnen der gewünschten Zonentemperatur einerseits und dem Messen der Zonentemperatur praktisch unerheblich, so dass die gemessene Temperatur und die aus dem Modell berechnete Temperatur praktisch für den gleichen Zeitpunkt vorliegen können.
Dass das physikalische Modell das thermische Verhalten der Temperaturzone ohne Be- rücksichtigung einer (geräteseitig nicht erfassbaren) Warenbeschickung beschreibt, be- deutet insbesondere, dass es keine Einlagerung von (typischerweise warmer) Ware in die Temperaturzone und keine Entnahme von Ware aus der Temperaturzone berücksichtigt. Vielmehr kann das Modell die Beschreibung von Ware mit einer fest vorgegebenen ther- mischen Kapazität in der Temperaturzone umfassen, wobei die thermische Kapazität je- doch nicht verändert wird. Dies ist deshalb unkritisch, weil schon in der Temperaturzone befindliche kalte Ware einen vergleichsweise kleinen Einfluss auf die Temperaturberech- nung aufweist.
Wenn nun warme Ware in das Kältegerät bzw. eine Temperaturzone eingelegt wird, führt dies dazu, dass die berechnete Temperatur für einen gewissen Zeitraum bis zum ausrei- chenden Abkühlen dieser Ware von der gemessenen Temperatur abweicht. Die Größe der Abweichung kann das Kältegerät dafür verwenden, um zu entscheiden, ob eine er- höhte (durch den Superkühlmodus umgesetzte) Kälteleistung nötig ist, um die Ware effek- tiv abzukühlen oder nicht.
Die Modellberechnung, die Bestimmung der Abweichung zwischen der gemessenen Temperatur und der berechneten Temperatur und/oder die Entscheidung über ein Ein- schalten oder Nichteinschalten des Superkühlmodus kann z.B. mittels einer Datenverar- beitungsvorrichtung des Kältegeräts, eines mit dem Kältegerät datentechnisch gekoppel- ten Netzwerk-Servers, eines mit dem Kältegerät datentechnisch gekoppelten Cloud- Rechners, usw. erfolgen.
Die Berechnung der Zonentemperatur durch das physikalische Modell braucht in einer Weiterbildung erst dann zu erfolgen, wenn die Abweichung bestimmt zu werden braucht. Dadurch wird Rechenkapazität außerhalb dieser Phasen frei, und es wird weniger Energie verbraucht. Es ist eine Ausgestaltung, dass das Kältegerät dazu eingerichtet ist, eine Tür- öffnung und Türschließung einer der Temperaturzone zugehörigen Tür (Außentür und/oder Innentür) zu detektieren, beispielsweise mittels eines Türsensors wie eines Magnetsensors, Mikroschalters, einer Kamera, usw., und dazu eingerichtet ist, das Ver- fahren dann zu starten, wenn eine Türöffnung und/oder Türschließung detektiert wird. Die Türöffnung und/oder Türschließung wird als Anzeichen für ein mögliches Einlegen warmer Ware angenommen.
Es ist eine Weiterbildung, dass die Temperaturzone außerhalb des Superkühlmodus in einem Normalmodus betrieben wird, in dem die Ist-Zonentemperatur für diese Tempera- turzone auf eine nutzerseitig eingestellte oder auf eine diesbezüglich automatisch höher eingestellte Soll-Zonentemperatur einregelt wird.
Dass für eine bestimmte Temperaturzone in einen Superkühlmodus geschaltet wird, um- fasst insbesondere, dass für diese Temperaturzone der Superkühlmodus aktiviert wird. Dies kann insbesondere umfassen, dass für eine bestimmte Temperaturzone aus ihrem Normalmodus in den Superkühlmodus geschaltet wird. Wird der Superkühlmodus been- det, kann zurück in den Normalmodus geschaltet werden.
Dass anhand einer Größe der Abweichung automatisch entschieden wird, ob für diese Temperaturzone in einen Superkühlmodus geschaltet wird oder nicht, umfasst insbeson- dere die Tendenz, dass ein Aktivieren bzw. Einschalten des Superkühlmodus umso wahr- scheinlicher wird, je größer die Abweichung ist. Die Entscheidung zum Einschalten des Superkühlmodus kann z.B. von einer Datenverarbeitungsvorrichtung des Kältegeräts, von einem mit dem Kältegerät datentechnisch gekoppelten Netzwerk-Server, von einem mit dem Kältegerät datentechnisch gekoppelten Cloud-Rechner, usw. vorgenommen werden. Dass entschieden wird, ob für eine bestimmte Temperaturzone in einen Superkühlmodus geschaltet wird, kann auch so formuliert werden, dass entschieden wird, ob für eine be- stimmte Temperaturzone in einen Superkühlmodus geschaltet werden soll, und falls die Entscheidung positiv ausfällt, für diese Temperaturzone der Superkühlmodus aktiviert wird, ansonsten nicht.
Es ist eine Ausgestaltung, dass in den Superkühlmodus geschaltet wird, wenn die Größe der Abweichung ein vorgegebenes ("erstes") Maß erreicht oder überschreitet. Das Maß kann z.B. ein Schwellwert sein. Das erste Maß kann beispielsweise experimentell und/oder über Simulationen bestimmt werden.
Es ist eine Ausgestaltung, dass in den Superkühlmodus geschaltet wird bzw. der Super- kühlmodus aktiviert oder gestartet wird, wenn die Abweichung das erste Maß für eine vor- gegebene Zeitdauer erreicht oder überschreitet. So wird der Vorteil erreicht, dass kurzzei- tige Ausreißer insbesondere der gemessenen Zonentemperatur nicht zur Aktivierung des Superkühlmodus führen und somit eine Fehleranfälligkeit dafür noch weiter gesenkt wird. Beispielsweise kann in den Superkühlmodus geschaltet werden, wenn eine Temperatur- differenz zwischen der gemessenen Temperatur und der berechneten Temperatur für x Minuten betragsmäßig erreicht oder überschritten wird.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der Superkühlmodus beendet wird, wenn eine fest vorge- gebene Zeitdauer des Superkühlmodus erreicht wird oder worden ist. Solche Zeitdauern können sich typischerweise bis zu 20 h erstrecken, sind aber nicht drauf beschränkt.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der Superkühlmodus beendet wird, wenn eine von der Größe der Abweichung abhängige Dauer des Superkühlmodus abgelaufen ist. Dies er- laubt eine besonders effiziente Kühlwirkung im Superkühlmodus. Dabei wird insbesonde- re tendenziell mit größerer Abweichung eine längere Kühldauer vorgegeben. Es ist eine Weiterbildung, dass unterschiedliche Zeitdauern stufenweise in Abhängigkeit vom Errei- chen unterschiedlicher Werte der Größe der Abweichung oberhalb des ersten Maßes, bzw. in Abhängigkeit vom Erreichen weiterer, noch höherer Schwellwerte vorgegeben werden. Tendenziell kann die Zeitdauer umso länger werden, je weiter die Abweichung des erste Maß überschreitet. Die unterschiedlichen Zeitdauern können beispielsweise 3 h, 10 h, 20 h, usw. betragen. Es ist eine Ausgestaltung, dass der Superkühlmodus beendet wird, wenn die Größe der Abweichung ein vorgegebenes ("zweites") Maß unterschreitet. So wird der Vorteil erreicht, dass der Superkühlmodus genau zu demjenigen Zeitpunkt beendet werden kann, bei dem die Voraussetzungen für eine Rückkehr in einen Normalmodus zuerst wieder gegeben sind. In Gegensatz zu einer fest vorgegebenen Zeitdauer wird dadurch mittels des Super- kühlmodus eine besonders effektive Kühlwirkung erreicht. Das zweite Maß kann dem ers- ten Maß entsprechen oder kann davon abweichen ("Hysterese"), z.B. oberhalb oder un- terhalb des ersten Maßes liegen.
Es ist eine Ausgestaltung, dass eine Soll-Zonentemperatur in dem Superkühlmodus ab- hängig von der Größe der Abweichung festgelegt wird. Dies gibt eine zur Festlegung der Zeitdauer des Superkühlmodus zusätzliche oder alternative Möglichkeit, den Superkühl- modus an eine besonders effektive Kühlung anzupassen. Tendenziell kann die Soll- Temperatur z.B. umso niedriger angesetzt werden, desto größer die Abweichung ist.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die Abweichung anhand einer Funktion, welche die für einen bestimmten Zeitpunkt vorliegende Temperaturdifferenz zwischen der gemessenen Temperatur und der berechneten Temperatur umfasst, bestimmt wird. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine besonders schnelle Aktivierung des Superkühlmodus. Diese Funk- tion kann in einer Weiterbildung die Temperaturdifferenz als solche sein. Erreicht oder überschreitet dann also die Temperaturdifferenz einen vorgegebenen Schwellwert, wird in den Superkühlmodus geschaltet. Diese Funktion kann in einer anderen Weiterbildung die Temperaturdifferenz mit weiteren Parametern verknüpft umfassen, z.B. die Temperaturdif- ferenz multipliziert mit einem oder mehreren bestimmten Faktoren und/oder addiert mit einem oder mehreren bestimmten Summanden.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die Abweichung anhand einer Funktion, welche für meh- rere Zeitpunkte vorliegende Temperaturdifferenzen zwischen der gemessenen Tempera- tur und der berechneten Temperatur verknüpft, bestimmt wird. Dies kann auch als "zeitin- tegrierte" Temperaturdifferenz bezeichnet werden. Durch diese Ausgestaltung lässt sich der Superkühlmodus besonders fehlerfrei und effektiv automatisch einstellen. Die gemäß dieser Ausgestaltung berechnete Abweichung ist insbesondere ein Wert, der sich aus einer Addition von zu mindestens zwei unterschiedlichen Zeitpunkten bestimmten Tempe- raturdifferenzen zusammensetzt.
Es ist eine Weiterbildung, dass die zeitintegrierte Temperaturdifferenz die innerhalb eines - insbesondere mitlaufenden - Zeitfensters aufaddierten Temperaturdifferenzen umfasst.
Es ist eine Weiterbildung, dass die zeitintegrierte Temperaturdifferenz einer Addition von in vorbestimmten Zeitabständen t nach Türöffnung oder Türschließung aufgenommenen Temperaturdifferenzen ΔT (ti) zwischen der gemessenen Temperatur Tmeas (ti) und der berechneten Temperatur Tcalc (ti) entspricht. Insbesondere können diese Temperaturdiffe- renzen ΔT (ti) mit individuellen Gewichten γi gewichtet werden. Die Gewichte γi können z.B. experimentell bestimmt werden. Die vorbestimmten Zeitabstände ti entsprechen ins- besondere Zeitabständen, die größer sind als die zeitlichen Messschritte bzw. die Abtast- rate. So können die Zeitabstände beispielsweise 3 min, 10 min, 20 min, 30 min, usw. be- tragen. Sie können äquidistant zueinander liegen, brauchen es aber nicht. Die Abwei- chung kann entsprechend gemäß berechnet werden.
Diese Funktion kann die zeitintegrierte Temperaturdifferenz bzw. deren einzelne Tempe- raturdifferenzen allgemein mit weiteren Parametern verknüpft umfassen, beispielsweise die zeitintegrierte Temperaturdifferenz und/oder einzelne Temperaturdifferenzen davon multipliziert mit einem oder mehreren bestimmten Faktoren und/oder addiert mit einem oder mehreren bestimmten Summanden. Beispielsweise kann die zeitintegrierte Tempe- raturdifferenz auch eine über eine Zeitdauer und/oder über eine Zahl der aufaddierten einzelnen Temperaturdifferenzen gemittelte Temperaturdifferenz sein.
Es ist eine Weiterbildung, dass die Dauer des Superkühlmodus und/oder eine Soll- Zonentemperatur in dem Superkühlmodus abhängig von einer Dauer zwischen Türöff- nung und/oder Türschließung festgelegt wird. So kann vorteilhafterweise ein von der Dauer zwischen Türöffnung und/oder Türschließung abhängiger Luftmassenaustausch zwischen kühler Luft in der Temperaturzone und Umgebungsluft berücksichtigt werden.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Kältegerät, insbesondere Haushalts-Kältegerät, das dazu eingerichtet ist, das obige Verfahren ablaufen zu lassen. Das Kältegerät kann analog zu dem Verfahren ausgebildet werden, und umgekehrt, und weist die gleichen Vorteile auf.
Das Kältegerät kann insbesondere aufweisen: mindestens eine individuell temperaturre- gelbare Temperaturzone, der mindestens ein Temperatursensor zum Messen einer Tem- peratur der Temperaturzone zugeordnet ist, eine Datenverarbeitungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, ein physikalisches Modell des Kältegeräts, welches ein thermisches Ver- halten der Temperaturzone ohne Berücksichtigung nutzerseitiger Handlungen beschreibt, ablaufen zu lassen und daraus eine Temperatur der Temperaturzone zu berechnen und eine Gerätesteuerung, die dazu eingerichtet ist, eine Abweichung zwischen der gemesse- nen Temperatur und der berechneten Temperatur zu bestimmen und anhand einer Größe der Abweichung zu entscheiden, ob für diese Temperaturzone in einen Superkühlmodus geschaltet wird.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung eines Ausführungsbei- spiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird.
Fig.1 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Skizze eines Haushalts- Kältegeräts;
Fig.2 zeigt eine Skizze von Eingangs- und Ausgangsgrößen eines physikalischen Modells eines Haushalts-Kältegeräts;
Fig.3 zeigt skizzenhaft Funktionskomponenten eines Haushalts-Kältegeräts unter Nutzung des physikalischen Modells aus Fig.2;
Fig.4 zeigt ein mögliches Ablaufdiagramm zum Durchführen des erfindungsge- mäßen Verfahrens; und Fig.5 zeigt eine Auftragung einer berechneten und einer gemessenen Tempera- tur eines Gefrierfachs vor und nach Einlegen warmer Ware in das Gefrier- fach gegen die Zeit.
Fig.1 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Skizze eines Haushalts- Kältegeräts K in Form eines kombinierten Kühl-/Gefrierschranks. Dazu weist das Kältege- rät K eine erste Temperaturzone in Form eines mit einer Tür 1 verschließbaren Kühlraums (auch als Kühlfach 2 bezeichnet) auf, der bis auf eine Temperatur oberhalb des Gefrier- punkts herunterkühlbar ist, z.B. auf bis zu + 2 °C. Das Kältegerät K weist ferner eine zwei- te Temperaturzone in Form eines mit einer Tür 3 verschließbaren Gefrierraums (im Fol- genden als Gefrierfach 4 bezeichnet) auf, der unterhalb des Kühlfachs 2 und davon weit- gehend thermisch isoliert angeordnet ist. Die Kühlfachtemperatur Tfridge.meas des Kühlfachs 2 und die Gefrierfachtemperatur Tfreezer.meas des Gefrierfachs 4 sind über eine Gerätesteue- rung 5 individuell regelbar, wozu dem Kühlfach 2 ein entsprechender Temperatursensor 6 und dem Gefrierfach 4 ein entsprechender Temperatursensor 7 zugeordnet sind. Das Kühlfach 2 und/oder das Gefrierfach 4 sind, unabhängig voneinander, in ihrem Normal- modus auch in einem jeweiligen Superkühlmodus bettreibbar.
Das Kältegerät K, insbesondere dessen Gerätesteuerung 5, ist ferner dazu eingerichtet, z.B. programmiert, ein physikalisches Modell M des Kältegeräts K, das ein thermisches Verhalten des Kühlfachs 2 und/oder des Gefrierfachs 4 ohne Berücksichtigung nutzersei- tiger Handlungen beschreibt, ablaufen zu lassen und daraus modellbasiert eine Kühlfach- temperatur Tfridge.calc des Kühlfachs 2 und eine Gefrierfachtemperatur Tfreezer,calc des Gefrier- fachs 4 zu berechnen. Ferner ist das Kältegerät K dazu eingerichtet ist, die Abweichung A zwischen der gemessenen Kühlfachtemperatur Tfridge.meas und/oder der gemessenen Ge- frierfachtemperatur Tfreezer.meas einerseits und der berechneten Kühlfachtemperatur Tfridge.calc bzw. der berechneten Gefrierfachtemperatur Tfreezer,calc zu bestimmen und anhand einer Größe der Abweichung A zu entscheiden, ob für das Kühlfach 2 bzw. das Gefrierfach 4 der Superkühlmodus aktiviert werden soll oder nicht.
Das Ablaufenlassen des physikalischen Modells M, das Berechnen der Abweichung A und das Entscheiden, ob der Superkühlmodus aktiviert werden soll, kann in einer Weiter- bildung dauernd bei Betrieb des Kältegeräts K erfolgen. Eine Rechenkapazität und Ener- gie sparende Weiterbildung besteht darin, diese Vorgänge für das Kühlfach 2 oder das Kühlfach 4 erst dann zu starten, wenn eine Türöffnung und/oder eine Türschließung der Tür 1 bzw. der Tür 3 erkannt worden ist, weil erst dann warme Ware eingelegt worden sein kann. Zum Bemerken einer Türöffnung und/oder einer Türschließung der Tür 1 des Kühlfachs 2 ist ein Türsensor 8 und zum Bemerken einer Türöffnung und/oder einer Tür- schließung der Tür 3 des Gefrierfachs 4 ein Türsensor 9 vorgesehen, z.B. ein Mikroschal- ter oder ein Magnetschalter.
Die Gerätesteuerung 5 kann zum Ablaufenlassen des physikalischen Modells M bei- spielsweise mit einem Umgebungstemperatursensor 10, welcher eine Umgebungstempe- ratur Tamb misst, usw. datentechnisch verbunden sein.
Fig.2 zeigt eine Skizze von Eingangs- und Ausgangsgrößen eines allgemeinen physikali- schen Modells M des Haushalts-Kältegeräts K. Das Modell M umfasst eine mathematisch- physikalische Beschreibung des thermischen Verhaltens des Kältegeräts K in Abhängig- keit mehrerer Eingangsgrößen, hier beispielsweise umfassend: eine Umgebungstemperatur Tamb, eine Drehzahl ncompr eines Kompressors eines Kältekreislaufs, eine Drehzahl nfan eines Lüfters, z.B. Kühlfachlüfters, eine Stellung φflap einer Klappe, z.B. eines Ventils, beispielsweise eines Expansions- ventils des Kältekreislaufs, oder eine Luftklappe, ob eine Entfrostung ("defr") durchgeführt wird oder nicht, ggf. mit einer in eine dazu verwendete Heizung eingebrachten Heizleistung, ob der Türsensor 8 ein Sensorsignal ausgibt oder nicht, ob der Türsensor 9 ein Sensorsignal ausgibt oder nicht, usw.
Werden diese Eingangsgrößen real durch das Kältegerät K bestimmt (z.B. mittels ent- sprechender Sensoren gemessen oder aus realen Werten oder Zuständen abgeleitet), können mittels des Modells M z.B. die Gefrierfachtemperatur Tfreezer,calc, die Kühlfachtem- peratur Tfridge.calc und/oder eine Verdampfertemperatur Tevap,calc an einem Verdampfer des Kältekreislaufs als Ausgangsgrößen berechnet werden. Es ist optional möglich, zumindest eine der obigen Ausgangsgrößen nicht zu berechnen, sondern als gemessene Eingangsgröße zu verwenden. So kann die Gefrierfachtempera- tur Tfreezer,calc in einer Weiterbildung auch unter Berücksichtigung einer gemessenen Kühl- fachtemperatur Tfridge.meas und/oder einer gemessenen Verdampfertemperatur Tevap,meas berechnet werden.
Fig.3 zeigt skizzenhaft Funktionskomponenten des Haushalts-Kältegeräts K unter Nut- zung des physikalischen Modells M aus Fig.2 zur Berechnung der Gefrierfachtemperatur Tfreezer.meas. Das physikalische Modell M läuft - beispielsweise durch entsprechende Pro- grammierung - auf einer ersten Datenverarbeitungseinrichtung DV1 ab und nutzt die zu Fig.2 beschriebenen Eingangsgrößen, optional einschließlich der gemessenen Kühlfach- temperatur Tfridge.meas und/oder der gemessenen Verdampfertemperatur Tevap,meas, um die Gefrierfachtemperatur Tfreezer,calc zu berechnen und die Abweichung A davon (auch als Residuum bezeichenbar) zu der gemessenen Gefrierfachtemperatur Tfreezer.meas zu be- rechnen.
Die Größe bzw. der Wert der Abweichung A bzw. des Residuums wird beispielsweise von einer zweiten Datenverarbeitungseinrichtung DV2 dazu verwendet, um automatisch zu entscheiden, ob ein Superkühlmodus für das Gefrierfach 4 aktiviert werden soll oder nicht. Die zweite Datenverarbeitungseinrichtung DV2 kann auch dazu eingerichtet sein, anhand der Größe der Abweichung A Parameter des Superkühlmodus wie seine Dauer und/oder eine Ziel-Gefrierfachtemperatur zu berechnen. Die Ziel-Gefrierfachtemperatur kann an die Gerätesteuerung 5 übergeben werden, welche die Gefrierfachtemperatur für die Dauer des Superkühlmodus auf die Ziel-Gefrierfachtemperatur einregelt.
Die erste Datenverarbeitungseinrichtung DV1 kann der zweiten Datenverarbeitungsein- richtung DV2 entsprechen oder eine dazu unterschiedliche Einrichtung sein. Die erste Datenverarbeitungseinrichtung DV1 und/oder die zweite Datenverarbeitungseinrichtung DV2 können der Gerätesteuerung 5 des Kältegeräts K entsprechen. Insbesondere kann die Gerätesteuerung 5 alle oder einen Teil der Funktionen der ersten Datenverarbei- tungseinrichtung DV1 und/oder der zweiten Datenverarbeitungseinrichtung DV2 über- nehmen. Fig.4 zeigt ein mögliches Ablaufdiagramm zum Durchführen des erfindungsgemäßen Ver- fahrens zum Aktivieren eines Superkühlmodus eines Gefrierfachs eines Haushalts- Kältegeräts, beispielsweise des Gefrierfachs 4 des Haushalts-Kältegeräts K.
In einem Schritt S1 wird das Gefrierfach 4 in seinem Normalmodus betrieben. Dabei wird kontinuierlich bzw. quasi-kontinuierlich (z.B. in regelmäßigen Zeitabständen) mittels des Temperatursensor 7 die Gefrierfachtemperatur Tfreezer.meas gemessen.
In einem Schritt S2 wird mittels des Türsensors 10 überwacht, ob eine Türöffnung und folgende Türschließung der Tür 3 des Gefrierfachs 4 vorgenommen worden ist. Ist dies nicht der Fall ("N"), wird zu Schritt S1 zurückverzweigt. Ist jedoch die Tür betätigt worden ("J"), wird in einem Schritt S3 die Modellberechnung anhand des physikalischen Modells M gestartet.
In einem Schritt S4 wird die Gefrierfachtemperatur Tfreezer,calc anhand des physikalischen Modells M berechnet.
In einem Schritt S5 wird die, insbesondere betragsmäßige, Differenz ΔT (ti) = Tfreezer.meas - Tfreezer,calc zwischen der berechneten Gefrierfachtemperatur Tfreezer,calc zu einer praktisch zeitgleich zu einem Zeitpunkt ti gemessenen Gefrierfachtemperatur Tfreezer.meas bestimmt.
Wird die Abweichung Δ gemäß für verschiedene Zeitpunkte ti nach Beendigung des Türöffnungsvorgangs berechnet, kann nach Schritt S5 in einem Schritt S6 überprüft werden, ob alle diese Zeitschritte ti = t1, ... tn bereits durchlaufen worden sind. Ist dies nicht der Fall ("N"), wird zu entsprechenden Zeitpunkten ti zu Schritt S4 zurückverzweigt.
Ist dies jedoch der Fall ("J"), wird in einem Schritt S7 die Abweichung A berechnet und in einem Schritt S8 überprüft, ob die Größe der Abweichung A, insbesondere betragsmäßig, ein vorgegebenes Kriterium erfüllt ("J") oder nicht ("N"), z.B. ein vorgegebenes erstes Maß wie einen Schwellwert erreicht oder überschreitet. Ist dies nicht der Fall ("N"), wird kein Superkühlmodus ausgelöst, sondern zu Schritt S1 zurückverzweigt.
Wird in Schritt S8 das Kriterium hingegen erfüllt ("J"), können folgend in einem optionalen Schritt S9 eine Dauer Δtsc und/oder eine Soll-Gefrierfachtemperatur des Superkühlmodus abhängig von der Größe der Abweichung A festgelegt werden, z.B. stufenweise mittels noch größerer Schwellwerte. Alternativ können diese Parameter fest vorgegeben sein, z.B. die Dauer Δtsc auf 20 h festgelegt sein.
In einem Schritt S10 wird der Superkühlmodus gestartet bzw. aktiviert. Dabei kann die Gefrierfachtemperatur Tfreezer.meas weiterhin kontinuierlich bzw. quasi-kontinuierlich gemes- sen werden. Auch kann parallel dazu die Modellberechnung weitergeführt werden, braucht es aber nicht. Nach Beendigung des Superkühlmodus kann beispielsweise zu Schritt S1 zurückverzweigt werden.
Fig.5 zeigt eine Auftragung der aus dem physikalischen Modell M berechneten Gefrier- fachtemperatur Tfreezer,calc und der gemessenen Gefrierfachtemperatur Tfreezer.meas vor und nach Einlegen warmer Ware in das Gefrierfach 4 gegen die Zeit t in 105 s. Hierbei sind für t < tD die Temperaturen Tfreezer,calc und Tfreezer.meas für den Fall eines noch ungestörten Ge- frierfachs 4 aufgetragen, das in einem Normalmodus betrieben wird. Eine Übereinstim- mung zwischen den beiden Temperaturen Tfreezer,calc und Tfreezer.meas ist sehr hoch bzw. de- ren Temperaturdifferenz ΔT sehr gering.
Wird die Tür 3 des Gefrierfachs 4 geöffnet, warme Ware eingelegt und die Tür 3 zu einem Zeitpunkt tD dann wieder geschlossen, erhöht sich die Temperaturdifferenz ΔT erheblich. Folgend kann zu vorgegebenen Zeitpunkten nach tD, hier: zu Zeitpunkten ti = t1, t2 und t3 die Temperaturdifferenz ΔT (t) bestimmt werden, wie hier anhand der Temperaturdiffe- renz ΔT (t3) angedeutet, und damit auch die Abweichung A, z.B. gemäß Erreicht die Größe der Abweichung Δ ein vorgegebenes erstes Maß, z.B. einen entspre- chenden Schwellwert, wird unmittelbar folgend der Superkühlmodus für das Gefrierfach 4 gestartet, hier rein beispielhaft mit fest vorgegebener Zeitdauer Atsc von ca. 20 h. Nach Ablauf der Zeitdauer Atsc wird der Superkühlmodus für das Gefrierfach 4 beendet und in den Normalmodus zurückgeschaltet.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbei- spiel beschränkt.
So kann zusätzlich oder alternativ auch für das Kühlfach 2 mittels des oben beschriebe- nen Verfahrens überwacht werden, ob in einen Superkühlmodus geschaltet werden soll oder nicht. Dabei kann der Superkühlmodus für das Kühlfach 2 speziell so ausgebildet sein, dass sichergestellt wird, dass die Kühlfachtemperatur oberhalb des Gefrierpunkts bleibt.
Allgemein kann unter "ein", "eine" usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden wer- den, insbesondere im Sinne von "mindestens ein" oder "ein oder mehrere" usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck "genau ein" usw.
Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Tole- ranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
Bezugszeichenliste
1 Tür
2 Kühlfach
3 Tür
4 Gefrierfach
5 Gerätesteuerung
6 Temperatursensor
7 Temperatursensor
8 Türsensor
9 Türsensor
10 Umgebungstemperatursensor defr Entfrostungsmodus
DV1 Ersten Datenverarbeitungseinrichtung
DV2 Zweite Datenverarbeitungseinrichtung
K Haushalts-Kältegerät
M Physikalisches Modell
S1-S10 Verfahrensschritte ncompr Drehzahl eines Kompressors nfan Drehzahl eines Lüfters t Zeit ti Auswertezeitpunkte tD Zeitpunkt einer Türöffnung oder Türschließung
Tamb Umgebungstemperatur Tevap,calc Berechnete Verdampfertemperatur Tfreezer,calc Berechnete Gefrierfachtemperatur Tfreezer.meas Gemessene Gefrierfachtemperatur Tfridge.calc Berechnete Kühlfachtemperatur Tfridge.meas Gemessene Kühlfachtemperatur
Δ Abweichung Δtsc Zeitdauer des Superkühlmodus φflap Stellung einer Klappe

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren (S1-S10) zum Betreiben mindestens einer individuell temperaturregelba- ren Temperaturzone (2, 4) eines Kältegeräts (K), insbesondere Haushalts- Kältegeräts, bei dem
- eine Temperatur (Tfridge.meas, Tfreezer.meas) der Temperaturzone (2, 4) gemessen wird (S1 , S5),
- eine Temperatur ( Tfridge.calc, Tfreezer,calc) der Temperaturzone (2, 4) anhand eines physikalischen Modells (M) des Kältegeräts (K), welches ein thermisches Verhal- ten der Temperaturzone (2, 4) ohne Berücksichtigung einer Warenbeschickung beschreibt, berechnet wird (S4),
- eine Abweichung (A) zwischen mindestens einer gemessenen Temperatur (Tfridge.meas, Tfreezer.meas) und mindestens einer zeitgleich berechneten Temperatur (Tfridge.calc, Tfreezer.calc) bestimmt Wird (S7) Und
- anhand einer Größe der Abweichung (A) automatisch entschieden wird (S8), ob für diese Temperaturzone (2, 4) in einen Superkühlmodus geschaltet wird (S10).
2. Verfahren (S1-S10) nach Anspruch 1 , bei dem in den Superkühlmodus geschaltet wird, wenn die Größe der Abweichung (A) ein vorgegebenes erstes Maß erreicht oder überschreitet (S8).
3. Verfahren (S1-S10) nach Anspruch 2, bei dem in den Superkühlmodus geschaltet wird, wenn die Abweichung (A) das erste Maß für eine vorgegebene Zeitdauer er- reicht oder überschreitet.
4. Verfahren (S1-S10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Su- perkühlmodus beendet wird, wenn eine fest vorgegebene Dauer (Δtsc) des Super- kühlmodus abgelaufen ist (S10).
5. Verfahren (S1-S10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Superkühlmo- dus beendet wird, wenn eine von der Größe der Abweichung (A) abhängige Dauer (Δtsc) des Superkühlmodus abgelaufen ist.
6. Verfahren (S1-S10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Su- perkühlmodus beendet wird, wenn die Größe der Abweichung (A) ein vorgegebenes zweites Maß unterschreitet.
7. Verfahren (S1-S10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Soll- Zonentemperatur in dem Superkühlmodus abhängig von der Größe der Abweichung (A) festgelegt wird (S9).
8. Verfahren (S1-S10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Ab- weichung (A) anhand einer Funktion, welche die für einen bestimmten Zeitpunkt vor- liegende Temperaturdifferenz zwischen der gemessenen Temperatur (Tfridge.meas, Tfreezer.meas ) und der berechneten Temperatur (Tfridge.calc, Tfreezer,calc) umfasst, bestimmt wird.
9. Verfahren (S1-S10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Abweichung (A) anhand einer Funktion, welche für mehrere Zeitpunkte (t1 , t2, t3) vorliegende Tempe- raturdifferenzen (ΔT (t3)), zwischen der gemessenen Temperatur (Tfridge.meas, Tfreezer.meas) und der berechneten Temperatur (Tfridge.calc, Tfreezer,calc) verknüpft, bestimmt wird (S6, S7).
10. Verfahren (S1-S10) nach Anspruch 9, bei dem die Abweichung (Δ) einer Addition, insbesondere gewichteten Addition, von in vorbestimmten Zeitabständen ( t1 , t2, t3) nach einer Türöffnung oder Türschließung (tD) aufgenommenen Temperaturdiffe- renzen (ΔT (t3)) entspricht (S7).
11 . Verfahren (S1-S10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Ver- fahren (S1-S10) dann gestartet wird, wenn eine Türöffnung und/oder eine Tür- schließung (tD) einer der Temperaturzone zugehörigen Tür (1 , 3) detektiert wird (S2).
12. Verfahren (S1-S10) nach Anspruch 11 , bei der die Dauer (Δtsc) des Superkühlmo- dus und/oder eine Soll-Zonentemperatur in dem Superkühlmodus abhängig von ei- ner Dauer zwischen Türöffnung und/oder Türschließung (tD) festgelegt wird.
13. Verfahren (S1-S10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die min- destens eine Temperaturzone (2, 4) ein Kühlfach (2) und/oder ein Gefrierfach (4) umfasst.
14. Kältegerät (K), insbesondere Haushalts-Kältegerät (K), aufweisend
- mindestens eine individuell temperaturregelbare Temperaturzone (2, 4), der min- destens ein Temperatursensor (6, 7) zum Messen einer Temperatur (Tfridge.meas, Tfreezer.meas) der Temperaturzone (2, 4) zugeordnet ist,
- das Kältegerät dazu eingerichtet ist, ein physikalisches Modell (M) des Kältege- räts (K), welches ein thermisches Verhalten der Temperaturzone (2, 4) ohne Be- rücksichtigung nutzerseitiger Handlungen beschreibt, ablaufen zu lassen und da- raus eine Temperatur (Tfridge.calc, Tfreezer,calc) der Temperaturzone (2, 4) zu berech- nen und
- das Kältegerät (K) dazu eingerichtet ist, eine Abweichung (A) zwischen mindes- tens einer gemessenen Temperatur (Tfridge.meas, Tfreezer.meas) und mindestens einer zeitgleich berechneten Temperatur (Tfridge.calc, Tfreezer,calc) zu bestimmen und an- hand einer Größe der Abweichung (A) zu entscheiden, ob für diese Temperatur- zone (2, 4) in einen Superkühlmodus geschaltet wird.
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