EP4632302A1 - Kühl- und / oder gefriergerät - Google Patents

Kühl- und / oder gefriergerät

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Publication number
EP4632302A1
EP4632302A1 EP25168696.0A EP25168696A EP4632302A1 EP 4632302 A1 EP4632302 A1 EP 4632302A1 EP 25168696 A EP25168696 A EP 25168696A EP 4632302 A1 EP4632302 A1 EP 4632302A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
refrigerator
freezer
control unit
parameter
component
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
EP25168696.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Gindele
Jascha Christoph Ruebeling
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.)
Liebherr Hausgeraete Ochsenhausen GmbH
Original Assignee
Liebherr Hausgeraete Ochsenhausen 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
Priority claimed from DE102024113278.7A external-priority patent/DE102024113278A1/de
Application filed by Liebherr Hausgeraete Ochsenhausen GmbH filed Critical Liebherr Hausgeraete Ochsenhausen GmbH
Publication of EP4632302A1 publication Critical patent/EP4632302A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • F25B49/022—Compressor control arrangements
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    • F25D2600/00—Control issues

Definitions

  • the present invention relates to a refrigerator and/or freezer with at least one component, for example a compressor, whose operation is adjustable with respect to at least one parameter, for example, the speed.
  • the operating parameters are automatically optimized toward a global or local optimum detected within a time period, for example, the most energy-efficient and/or quiet operation possible.
  • the refrigeration circuit of highly efficient refrigerators and freezers usually contains a variety of controllable components, such as compressors, expansion valves or fans on the heat exchangers.
  • the speeds of compressors and fans are influenced by the electronic control of the device.
  • the position of an expansion valve can be changed electrically, e.g. with a stepper motor.
  • the ideal interaction of these components enables the device to be operated optimally, for example with minimal energy consumption and/or as quietly as possible.
  • Optimal can mean different things for refrigerators and/or freezers: e.g. minimal energy consumption, minimal noise (with the same energy consumption or minimal increase in energy consumption) or minimal time, e.g. when cooling down goods or when switching on the appliance or during defrosting processes (especially in commercial appliances) or ice cube production cycles, etc.
  • the present invention is therefore based on the object of developing a refrigerator and/or freezer in such a way that an adaptive and rapid adjustment of the operating parameters is possible.
  • a refrigerator and/or freezer is equipped with at least one component that can be adjusted with respect to at least one parameter and a control unit that is designed to measure an operating parameter (for example energy consumption and/or noise emission) of the refrigerator and/or freezer and/or the at least one component and to automatically adapt and/or optimize a setting of the at least one component with respect to the at least one parameter in such a way that the setting corresponds to a preferably global or local optimum detected within a certain time period.
  • an operating parameter for example energy consumption and/or noise emission
  • the present invention is therefore preferably directed at optimizing a specific value or parameter that can be influenced by changing the parameterization of the adjustable device components.
  • the value can be measured on the device itself or outside the device using external sensors. recorded, e.g. if the microphone of a mobile device is connected to the cooling device, the compressor can be set to a lower speed in order to minimize or optimize the noise signals that reach the microphone.
  • the parameter set actually represents an optimal parameter set only for the devices actually tested and at the particular time of the test.
  • this parameter set may not necessarily lead to optimal operation for all devices produced and throughout their entire service life.
  • a parameter optimization approach is preferably provided that enables a device to independently adjust itself toward a desired optimum for all environmental conditions and throughout its entire service life, including during real-life operation, using a sensor-based measurement.
  • One example would be to adjust the device's energy consumption to the optimal energy consumption at the user's location using a device-based power measurement (or one performed via an external measuring device).
  • the advantage can be achieved that the workload of the engineer during the design process in the production of the device can be reduced, since some device parameters are parameterized independently.
  • a further advantage is that, for example, the tolerances for the measured energy consumption, which traditionally have to be estimated as relatively high, can be defined more closely, since unavoidable component tolerances, which in turn affect the device's energy consumption, play a less significant role when the device is individually optimized. For example, the expected results of follow-up measurements during market inspections can be predicted more accurately. Furthermore, larger manufacturing tolerances of the components can be accepted, which should result in price reductions due to less scrap.
  • the operating parameter according to which optimization is carried out is arbitrary and optimization can also be carried out according to several operating parameters.
  • an iterative optimization of a parameter toward a global (or local) optimum can be performed for a specific time period.
  • the global or local optimum is identified by considering the entire specific time period, so that a global (or local) optimum can actually be determined and not just the first, local optimum is recorded, and the device is operated with the parameters/settings corresponding to the global optimum.
  • measurements are preferably performed at indeterminate times. This procedure is exemplified in Fig. 3 illustrated.
  • control unit can be designed such that within the specific time period, in an iterative process, the operating parameter is measured several times and the setting is adjusted several times, whereupon the control unit retrospectively identifies a preferably global optimum indicated by the measured values.
  • global optimum should be understood more broadly and is essentially a placeholder for any optimum, including a local optimum. In the context of the present invention, the term is therefore to be understood as “global or local optimum.”
  • the operating parameters can be measured at predetermined times within a specific time period, and the control unit is designed to calculate the global optimum of the settings from the measured values.
  • the global optimum is not determined by an actual measurement, but rather calculated based on measured values. This procedure is exemplified in Fig. 4 illustrated.
  • control unit can be designed to measure the operating parameter a predetermined number of times within the specific time period, and the control unit can be designed to determine a global optimum and the associated settings of the operating parameters from the measured values using a mathematical model.
  • the control unit may be designed to identify the global optimum with respect to at least two operating parameters, preferably with respect to energy consumption and noise emission.
  • the operating parameter(s) can be set by a user or they can be predefined on the device.
  • the at least two operating parameters for which the global optimum is identified can be set by a user using an input unit external to the device (e.g., using an app on a terminal device) or integrated into the device, and/or a relative weighting of the at least two operating parameters for which the global optimum is identified can be set by a user using an input unit external to the device or integrated into the device.
  • a flowing scale can be present in the input, where a user can select a relative weighting between 1 (quietest possible operation, energy consumption irrelevant) and 10 (energy-saving possible operation, noise emission irrelevant), where a value of 5 represents an equivalence of the optimization parameters energy consumption and noise emission.
  • the optimization or an optimization algorithm does not have to run on the refrigerator and/or freezer, but can also run partially or completely on another, external device and/or in the cloud.
  • control unit can run or be implemented at least partially outside the refrigerator and/or freezer, for example in the cloud or on an external computer or server.
  • a plurality of components adjustable with respect to at least one parameter preferably a plurality of parameters
  • the control unit is designed to systematically adapt and/or optimize at least one setting for a plurality of components one after the other and/or a plurality of settings with respect to different parameters for each component for a specific time period and then to detect a global optimum of the settings within the specific time period.
  • the specific time period preferably corresponds to a time period in which an optimization process according to the invention takes place.
  • the entire specific time period is always taken into account, and a global optimum of the entire time period is determined.
  • This preferably distinguishes the present invention from other embodiments, according to which it is assumed that the settings at the end of the specific time period necessarily form the global optimum and therefore refrain from examining the entire specific time period.
  • the optimization can be carried out more flexibly and purposefully over the entire time period.
  • control unit may be configured to adapt a setting of at least one component with respect to at least one parameter from an active cycle of a compressor of the refrigerator and/or freezer to the next active cycle of the compressor and/or within an active cycle of the compressor.
  • the control unit can be designed to adapt at least one setting of at least one component with respect to at least one of the following parameters: a) compressor speed of at least one compressor; b) degree of opening of at least one valve, in particular an expansion valve, in particular a micro-expansion valve in the refrigerant circuit upstream of the evaporator; c) fan speed of at least one fan, preferably at the evaporator and/or condenser; and d) running time of a cooling application to a cooling part and/or a freezing part and preferably a subsequent downtime of a compressor.
  • the control unit or at least one functional unit thereof which is designed to measure an operating parameter of the refrigerator and/or freezer and/or the at least one component, can be implemented internally within the device, preferably on a main electronics unit, or externally within the device, for example as an external device capable of communicating with the refrigerator and/or freezer.
  • the sensor technology for detecting at least one parameter is implemented externally to the device, for example as part of an external device capable of communication with the refrigerator and/or freezer and/or as part of a mobile terminal. If parameter settings are at the limit, the device may become stuck in a continuous loop. In this case, one embodiment can provide for the control unit to jump to the next setting after a time limit has elapsed. This allows optimization to be carried out quickly and efficiently.
  • a user can be informed about and/or configure an optimization process according to the invention, preferably interactively via a device-internal or device-external user interface (e.g., an app on a mobile device).
  • a device-internal or device-external user interface e.g., an app on a mobile device.
  • Example 1 Optimization toward a global optimum with respect to the two operating parameters of noise emissions and energy efficiency.
  • the device performs energy consumption measurements.
  • the device and/or a user's mobile device performs noise measurements while the device is in operation. From these two results, a scale of, for example, 10 levels is then defined on the user interface.
  • the user can adjust this scale using the user interface, e.g., an app, from level 1 (extremely quiet, energy consumption not optimized) to level 10 (lowest energy consumption, noise emissions not optimized). Based on the user's settings, the operating parameters corresponding to a global optimum are then determined.
  • Example 2 Site optimization. Based on data obtained regarding the device's location (e.g., via GPS) and/or the prevailing air pressure at that location, calculations can be made regarding the volume flow of the device's fans. These calculations provide new approaches to reducing energy consumption and/or noise emissions, for example, by adjusting the fan operating parameters to suit the location.
  • Example 3 User-defined target setting.
  • no measurement is performed initially, but a user enters how and/or where he/she wants to use the device via a user interface, preferably in a predefined selection. wants (bedroom, basement, etc. / lots of fruit and vegetables, little meat / lots of ready meals / lots of tropical fruit, etc.).
  • the device's control unit can determine the desired operating mode of the device (e.g. taking into account the temperature / humidity in the individual areas; noise emissions should be avoided in the bedroom, less critical in the basement; meat needs a particularly low storage temperature, etc.).
  • the control unit then optimizes the optimal setting of the device's operating parameters using an inventive procedure. The optimization can take place when the device is first installed and / or repeated at intervals or after certain events.
  • Example 4 Optimization can be initiated by multiple actors. Furthermore, not only one device user can initiate an optimization process according to the invention. Alternatively or additionally, optimizations can be initiated automatically by the device, customer service, and/or the user themselves. The optimization can be performed once, at regular intervals, or upon specified events or detected changes (e.g., if a room temperature change of >3K is detected, an optimization can be performed based on the changed site conditions, or after a noise peak is detected, for example, by a user's mobile device, a (re)optimization can be performed to reduce noise emissions).
  • the optimization can be performed once, at regular intervals, or upon specified events or detected changes (e.g., if a room temperature change of >3K is detected, an optimization can be performed based on the changed site conditions, or after a noise peak is detected, for example, by a user's mobile device, a (re)optimization can be performed to reduce noise emissions).
  • the control unit can be configured to abort or interrupt a process for adjusting and/or optimizing the setting of the at least one component with respect to the at least one parameter if a disturbance to the process is detected by the control unit during the ongoing process, and to automatically determine a time to resume the process, preferably at night.
  • the disturbance can, for example, be the opening of the device door.
  • a refrigerator and/or freezer according to the invention may further comprise a communication unit which is designed to send a notification, preferably to an external terminal device when the control unit has detected at a time that the refrigerator and/or freezer is in an operating state which corresponds to a global optimum.
  • an input unit can further be provided by means of which the execution of a process for adapting and/or optimizing the setting of the at least one component can be activated or deactivated for a specific period of time and/or by means of which the setting of the at least one component with regard to the at least one parameter can be reset to an initial setting.
  • control unit can be designed to initiate a cleaning program for the refrigerator and/or freezer, or at least one component thereof, at the beginning of an optimization process.
  • a cleaning interval can be performed, e.g., with a high compressor speed and an open micro-expansion valve to remove particles/ice, and/or defrosting can be performed to prevent ice from distorting the measured values.
  • a further aspect of the present invention relates to a method for optimizing at least one operating parameter of a refrigerator and/or freezer having at least one component to a global optimum identifiable within a specific time period, comprising the steps of: measuring an operating parameter of the refrigerator and/or freezer and/or of the at least one component and automatically adjusting at least one setting of the at least one component with respect to the operating parameter such that the setting corresponds to a global optimum detected within a specific time period.
  • the operating parameter is measured several times within the specific time period in an iterative process and the setting adjusted several times, after which a control unit retrospectively identifies a global optimum indicated by the measured values.
  • the operating parameter is measured a predetermined number of times within the specific time period and, using a mathematical model, a global optimum and the associated settings for the operating parameter are determined from the measured values.
  • the global optimum can be identified with respect to at least two operating parameters, preferably energy consumption and noise emissions. In principle, the global optimum can also be identified with respect to just one parameter or multiple parameters.
  • the at least two (or another number) operating parameters with respect to which the global optimum is identified can be set by a user by means of an input unit external to the device or integrated in the device and/or a relative weighting of the at least two operating parameters with respect to which the global optimum is identified can be set by a user by means of an input unit external to the device or integrated in the device.
  • a method according to the invention can be carried out at least partially or completely by a control unit outside the refrigerator and/or freezer, for example in the cloud or on an external computer or server or a mobile terminal.
  • a refrigerator and/or freezer with at least one component adjustable with respect to at least one parameter has a control unit which is designed to measure an energy consumption of the refrigerator and/or freezer and/or of the at least one component and to automatically adapt and/or optimize a setting of the at least one component with respect to the at least one parameter in order to reduce the energy consumption.
  • the optimization of energy consumption represents only one exemplary application, which is described below to illustrate the present invention.
  • the present invention is by no means limited to this exemplary case, and any other optimization objective can be used instead of reducing energy consumption.
  • the present invention therefore preferably comprises a parameter optimization approach which results in a device being able to independently regulate itself towards operation with the lowest possible energy consumption for all ambient conditions and throughout its entire service life by means of a device-integrated power measurement for determining energy consumption.
  • the engineer's workload during the design process may be reduced because some device parameters are parameterized independently.
  • several components that can be adjusted with respect to at least one parameter, preferably several parameters, are present in the refrigerator and/or freezer and the control unit is designed to systematically adjust and/or optimize at least one setting for several components one after the other and/or several settings with regard to different parameters for one component each.
  • the setting of the compressor can be optimized first and then a fan.
  • the control unit may be configured to adapt and/or optimize a setting of at least one component with respect to at least one parameter from one active cycle of a compressor of the refrigerator and/or freezer to the next active cycle of the compressor and/or within an active cycle of the compressor.
  • the energy consumption can be determined again and so on, so that an iterative optimization of the parameter with regard to reduced energy consumption takes place.
  • the idea of the new control approach is to determine the immediate effects of a systematic and automated parameter change on the energy consumption of the compressor or the entire device (compressor + auxiliary consumers, such as device electronics, fans, etc.) and adjust the parameters successively along a variation algorithm toward minimum energy consumption.
  • the variation parameters include, for example, the above-mentioned examples a) to d).
  • the aforementioned parameters a) to c) are either constant throughout a cycle and only change from one cycle to the next, or they are changed within the active compressor cycle, for example, based on predefined time periods. Varying the duration of these time periods within a cycle can therefore also become part of the optimization procedure from one cycle to the next.
  • the control unit and/or at least one functional unit thereof which is designed to measure an energy consumption of the refrigerator and/or freezer and/or the at least one component, can be implemented internally to the device, preferably on a circuit board of a compressor inverter of the refrigerator and/or freezer and/or on a main electronics unit of the device, or externally to the device, for example as an external device capable of communication with the refrigerator and/or freezer.
  • the electronic components for power measurement can thus be located on the compressor inverter circuit board or the device's main electronics.
  • a networkable socket power meter or socket energy meter as an accessory, which communicates with the device's electronics for the purpose of parameter optimization and providing the customer with information about the device's current energy consumption.
  • the control unit can be designed to measure the energy consumption of the refrigerator and/or freezer and/or the at least one component thereof continuously for one or more cycles of a compressor of the refrigerator and/or freezer and, on the basis of the measured values, to determine at least one steady state and/or to record at least one change in an operating condition.
  • a software algorithm can continuously evaluate the cycle energy consumption of the device and detect steady-state conditions and changed operating conditions, which preferentially lead to the start or the next possible scheduling of the parameter optimization procedure after reaching a steady-state condition.
  • the control unit can thus be designed to automatically carry out a process for adapting and/or optimizing the setting of the at least one component with respect to the at least one parameter in order to reduce the energy consumption as a result of an event detected by the control unit, in particular a detected steady state or change in an operating condition and/or at predetermined time intervals.
  • the execution of the parameter optimization process therefore preferably takes place either as a result of an event (changed installation location, changed seasonal environmental conditions, corresponding user input on the device or an external device, etc.) and/or in regular repetition with a definable execution interval (e.g., once a day, once a week, or once a month).
  • a definable execution interval e.g., once a day, once a week, or once a month.
  • the control unit can be designed to abort or interrupt a process for adapting and/or optimizing the setting of the at least one component with respect to the at least one parameter in order to reduce the energy consumption if a disturbance of the process has been detected by the control unit during the ongoing process, and to automatically determine a time for re-executing the process, preferably at night.
  • the optimization is preferably aborted and continued at a later time after a renewed steady state to avoid wasting time. Therefore, the parameter optimization approach should preferably be executed at night.
  • a disturbance e.g., a door opening
  • a device can have a communication unit which is designed to output a notification preferably to an external terminal when the control unit has detected at a time that the refrigerator and/or freezer is in an energetically optimal operating state.
  • a user can thus be actively notified, e.g., via an app, when the device has independently adjusted to its optimal energy state. If the performance measurement is sufficiently accurate, the user can be notified of the specific energy savings in absolute values (kWh/year) or as a relative value (e.g., "Energy consumption after optimization is X% lower than before optimization," "Your device continues to operate at optimal energy efficiency").
  • a device can have an input unit by means of which the execution of a process for adapting and/or optimizing the setting of the at least one component for reducing energy consumption can be activated and/or deactivated for a specific period of time and/or by means of which the setting of the at least one component with regard to the at least one parameter can be reset to an initial setting.
  • the parameter optimization mode can therefore be activated and deactivated, preferably via the user interface. This is necessary, for example, to perform energy consumption measurements during the design process based on constant operating conditions. Furthermore, the user interface can be used to reset the parameters to the factory settings.
  • the control unit can be designed, for example, to measure an energy consumption of a first component, preferably a compressor, and to automatically adapt and/or optimize a setting of the first component and a plurality of other components, preferably fans, with respect to one or more parameters in order to reduce the energy consumption, wherein the control unit is designed to read data regarding an energy consumption of the plurality of other components from a database.
  • control unit can be designed, for example, to measure the energy consumption of the refrigerator and/or freezer and/or the at least one component during a stable operating state and/or normal operation and/or to detect temporary fluctuations in energy consumption, for example caused by one or more door openings and the resulting inflow of warm air into the compartment interior, and therefore to interrupt the energy consumption measurement and to execute the energy optimization procedure again at a later time.
  • control unit can be designed to wait for a certain time period in which energy consumption is constant and fluctuates little or not at all (steady state) before measuring energy consumption. Unstable time windows in which energy consumption changes quite frequently are preferably ignored.
  • control unit is designed such that the adaptation/optimization or parameter recalculation to find an energetically optimized parameter set is carried out either locally on the device electronics or server- or cloud-based as a result of an IoT networking solution.
  • the optimized parameter set is then preferably sent back to the device via the networking solution, where it enables energy-optimized operation.
  • control unit can be designed to operate the device in continuous mode (compressor permanently switched on) rather than in cycle mode (compressor cycles on/off) during the optimization or parameter optimization procedure.
  • parameter changes during parameter optimization can be performed at shorter intervals, while power consumption is continuously checked.
  • This approach allows energy-optimized parameterization to be completed in just a few hours, thus faster than intermittent operation.
  • the control unit can be designed to measure energy consumption not by measuring power, but to derive it indirectly from temperature measurements or sensor values that are already available in the electronics (e.g. ambient temperature, controller position or evaporator sensor temperature).
  • the performance values of the individual consumers are preferably derived for the various operating states from operating point-specific performance curves that are stored in the device electronics.
  • control unit is designed so that a customer can start the energy optimization procedure independently upon request, for example by actuating a control unit accordingly.
  • control unit is designed to find the global efficiency optimum by intentionally crossing temporarily less efficient operating ranges to ensure that the optimization runs not only to a local, but also a global efficiency optimum.
  • This mode is preferably used during the device development process rather than at the customer's site.
  • the control unit can further be designed to perform a dynamic and gradient-based step size variation instead of constant step sizes of the parameter variations in order to find the efficiency optimum within the optimization procedure more quickly and reliably.
  • Possible optimization methods for this include the Gauss-Newton method or the Levenberg-Marquardt method.
  • the efficiency-optimized parameters of one customer can be transferred, for example, to the device of another customer, provided the operating conditions (device type, installation situation, device age, ambient temperature, controller setting temperatures, etc.) are comparable.
  • the control unit may further comprise a predictive maintenance function in which the manner in which the optimal parameters change over time is analyzed with regard to an indication of imminent component failure.
  • control unit can have a self-test function and be designed to independently evaluate a new parameter data set and checked to ensure that it does not cause undesirable or harmful operating conditions. This may, for example, relate to a shortened service life of the components, particularly the compressor, or increased noise generation.
  • the refrigerator and/or freezer or its control unit is designed in such a way that an optimum, in particular an energy optimum of the device, is found using the evaporator temperature as a measured variable and the opening position of an expansion valve.
  • the refrigerant flows through the expansion valve before it reaches the evaporator.
  • control unit is designed in such a way that different opening positions of the expansion valve are set in several measuring cycles and then the evaporator temperature is measured during an operating cycle of the compressor.
  • the device preferably comprises an expansion valve, preferably a micro-expansion valve, which is also referred to simply as an MEV hereinafter.
  • an expansion valve preferably a micro-expansion valve
  • MEV micro-expansion valve
  • the measured operating parameter can be the evaporator temperature and the control unit can be designed to adjust the opening position of the expansion valve for the purpose of optimization depending on the measured evaporator temperature.
  • control unit is designed to adjust only the opening position of the expansion valve during the optimization process and not to change the operating parameters of all other components.
  • no other operating parameter is changed. such as the compressor speed or a fan speed changes, ie there are no "disturbances".
  • control unit is designed to carry out several iterations at different opening positions of the expansion valve as part of the optimization and that an iteration is terminated when first a drop in the evaporator temperature and then a rise in the evaporator temperature is measured again.
  • an iteration is a compressor start-up phase.
  • the expansion valve is open. It is closed when the compressor is turned off and reopened the next time the compressor is started up, i.e., at the start of a new iteration.
  • the compressor runtime and the expansion valve opening duration are constant in each iteration, i.e., they do not change from iteration to iteration.
  • the control unit is designed to determine the opening position of the expansion valve as optimal at which the lowest evaporator temperature and/or the greatest gradient of reduction in the evaporator temperature and/or the longest phase of constant evaporator temperature during a period in which the compressor is switched on and/or the lowest evaporator temperature at the time the compressor is switched off was measured or calculated.
  • An individual iteration is preferably also terminated when a switch-off condition is reached in the device - as with normal control with on and off value or with time-based control. It is thus conceivable to determine the opening position of the expansion valve as optimal when a switch-off condition for the compressor is reached, in particular when the target temperature in the cooled interior or the target running time of the compressor is reached.
  • the evaporator temperature drops during the compressor start-up phase.
  • the optimum opening position of the expansion valve can be considered during the switch-on phase the lowest evaporator temperature and/or the largest gradient of reduction in the evaporator temperature and/or the longest phase of constant evaporator temperature is measured.
  • the opening position of the expansion valve can also be considered optimal if the evaporator temperature is at a minimum at the time the compressor is switched off.
  • a further aspect of the present invention relates to a method for reducing energy consumption of a refrigerator and/or freezer having at least one component, comprising the steps of: measuring energy consumption of the refrigerator and/or freezer and/or at least one component thereof, and automatically adjusting and/or optimizing at least one setting of the at least one component with respect to the at least one parameter for reducing energy consumption.
  • several components adjustable with respect to at least one parameter can be present in the refrigerator and/or freezer and systematically at least one setting for several components one after the other and/or several settings with respect to different parameters for each component can be adjusted and/or optimized.
  • a setting of at least one component with respect to at least one parameter is adjusted from one active cycle of a compressor of the refrigerator and/or freezer to the next active cycle of the compressor and/or within an active cycle of the compressor.
  • At least one setting of at least one component is adapted and/or optimized with respect to at least one of the following parameters: a) compressor speed of at least one compressor; b) degree of opening of at least one valve, in particular an expansion valve; c) fan speed of at least one fan, preferably at the evaporator and/or condenser; and d) running time of a cooling application to a cooling part and/or a freezing part and preferably a subsequent downtime of a compressor.
  • a control unit or at least one functional unit thereof can be used, which is designed to measure an energy consumption of the refrigerator and/or freezer and/or the at least one component, wherein the control unit and/or the functional unit is implemented internally in the device, preferably on a circuit board of a compressor inverter of the refrigerator and/or freezer and/or on a main electronics unit of the device, or externally in the device, for example as an external device capable of communication with the refrigerator and/or freezer.
  • the energy consumption of the refrigerator and/or freezer and/or the at least one component can be measured continuously for one or more cycles of a compressor of the refrigerator and/or freezer, and on the basis of the measured values, at least one steady state and/or at least one change in an operating condition can be detected.
  • a method according to the invention and/or a process for adapting and/or optimizing the setting of the at least one component with respect to the at least one parameter to reduce the energy consumption can be carried out automatically as a result of an event preferably detected by a control unit of the refrigerator and/or freezer, in particular a detected steady state or change in an operating condition and/or at predetermined time intervals.
  • a method according to the invention and/or a process for adapting and/or optimising the setting of the at least one component with regard to the at least one parameter in order to reduce the energy consumption can be aborted or interrupted if, during the ongoing method or process, a fault in the method or process has been detected by a control unit of the refrigerator and/or freezer, and a time for re-executing the process, preferably at night or when no fault is to be expected (e.g. during holidays, etc.), can be determined automatically.
  • a method according to the invention can further comprise the step of: issuing a notification, preferably by means of a communication unit, to an external terminal device when it has been detected, preferably by means of a control unit of the refrigerator and/or freezer, that the refrigerator and/or freezer is in an energetically optimal operating state.
  • a method according to the invention can further comprise the step of: activating and/or deactivating an execution of the method and/or a process for adapting and/or optimizing the setting of the at least one component to reduce energy consumption for a specific period of time, preferably by making an input at an input unit, and/or resetting a setting of the at least one component with regard to the at least one parameter to an initial setting, preferably by making an input at the input unit.
  • a method according to the invention can further comprise the step of measuring an energy consumption of a first component, preferably a compressor, and automatically adjusting and/or optimizing at least one setting of the first component and a plurality of other components, preferably fans, with regard to one or more parameters for reducing the energy consumption, wherein data regarding an energy consumption of the plurality of other components is read from a database.
  • a first component preferably a compressor
  • a plurality of other components preferably fans
  • Fig. 1 and 2 It is shown by way of example how a control unit designed according to the invention changes the parameter settings step by step in order to achieve an optimum.
  • the optimum is at a different point than the end of the algorithm, namely at the beginning of the time period under consideration. In this case, it is advantageous to examine the entire time period for a global optimum in order to correctly identify it.
  • optimization can be carried out in such a way that the operation of the device is optimized energetically (e.g., based on the power sensor of the compressor inverter) and/or acoustically (e.g., based on fan voltage or on an acceleration sensor on the compressor inverter or similar).
  • measured values include power (e.g. when energy consumption is to be reduced) or noise emission (e.g. when particularly quiet operation is desired), a time, duration, a date, a speed, a voltage, an acceleration, an air pressure, a humidity, a light intensity, a detected door opening of the device or any combination thereof.
  • Fig. 3 a variant of the optimization according to the invention is shown.
  • An indefinite number of measurements are performed. Each measurement is compared with the previous value and the optimum achieved so far, and the desired value is iteratively improved step by step until an optimum is reached.
  • the duration is determined by the number of optimizing components, their order, and the starting point of the algorithm.
  • the starting point of a calculation method can be set according to Fig. 4 be determined approximately, so that the number of measurements required can be reduced.
  • Fig. 3 The process is illustrated for two components (compressor and compressor fan “Fan_cond”), and the optimization is carried out in this example with the goal of an energetic optimum.
  • compressor and compressor fan “Fan_cond” the optimization is carried out in this example with the goal of an energetic optimum.
  • Fig. 1 This ensures that an optimum is observed globally or locally, not just step by step. This means that at the end of the optimization algorithm, a check must be made to determine whether the final value is actually the optimum, or whether inappropriate steady-state criteria, tolerance specifications, or other inaccuracies have distorted the "path" to the optimum.
  • the parameter settings are chosen within reasonable limits and a fixed number of measurements are carried out within these limits (In Fig.4 e.g. nine measurements with the optimization goal of energy consumption), the result of which is the value to be optimized.
  • a fixed or predetermined number of measurements are carried out at predetermined points in a parameter coordinate system and the optimum parameter settings are calculated using a mathematical model.
  • the order of measurements is preferably not fixed.
  • the goal is to cover primarily or exclusively the possible ranges of parameter settings.
  • the desired global or local optimum is calculated using a mathematical model, and the parameters are then adjusted as close as possible to this optimum.
  • the parameter optimization process should preferably be performed at times when the device is running at optimal steady state without door openings or other changes in environmental influences, for example, at night. If a door is opened during the optimization procedure, the procedure can be aborted and repeated at a different time (e.g., at night).
  • Fig. 5 shows an evaporator no-frost module with the reference numeral 100, 110 an evaporator sensor, i.e., a sensor for detecting the evaporator temperature, which is arranged directly on the evaporator, and 120 an air temperature sensor. The latter measures the air temperature not directly on the evaporator, but at a distance from it.
  • an evaporator sensor i.e., a sensor for detecting the evaporator temperature, which is arranged directly on the evaporator
  • 120 an air temperature sensor. The latter measures the air temperature not directly on the evaporator, but at a distance from it.
  • the cooling curve i.e. the temperature profile of the temperature value 110 measured with the evaporator sensor 110, allows conclusions to be drawn that are essential for optimizing the energy consumption of the device.
  • Fig. 6 shows the course of the temperature measured with the evaporator sensor over time at different opening positions of the MEV, which are shown here below the graph with 100 to 120.
  • the measured evaporator temperature is shown on the left ordinate, the opening position of the MEV on the right ordinate, and time on the abscissa.
  • An initial value and an end value for the opening position of the MEV are determined by comparing the evaporator temperature at the start (T E,Start ) and at the end (T E,End ) of a cycle.
  • the opening position of the MEV is increased by a certain value every five minutes, as defined by the step-like function in Fig. 6 is shown.
  • the evaporator temperature curve is marked with V.
  • the lower limit is defined as T E,Start - ⁇ Ts ⁇ T E,End .
  • the final temperature must therefore be a certain amount below the starting temperature.
  • the upper limit is defined as T E,Start + ⁇ Ts ⁇ T E,End .
  • the final temperature must therefore not be higher than the starting temperature by a certain amount.
  • ⁇ Ts is preferably defined as a constant value, for example as a value of 0.3 K.
  • Fig. 7 a) to c) shows the evaporator temperature on the left ordinate, the time on the abscissa and the opening position of the MEV on the right ordinate.
  • the evaporator temperature curve is marked with V.
  • the compressor runs at the same power or speed.
  • the vertical lines indicate the switching on of the compressor and the simultaneous opening of the MEV, as well as the switching off of the compressor and the simultaneous closing of the MEV.
  • the compressor runs at a constant speed (horizontal lines).
  • Fig. 7 a the MEV is open in the time interval A with the value 98, in the time interval B with the value 102, in the time interval C with the value 109, in the time interval D with the value 116 and in the time interval E with the value 123.
  • the MEV opening values are set to 102, 106, 110, 114, and 118, with the lowest evaporator temperature being obtained at an MEV opening value of 110.
  • Fig. 7 c The opening values of the MEV are 106, 108, 110 and 112. Fig. 7 c It turns out that the lowest evaporator temperatures are obtained at values of 108 and 110.
  • This MEV setting routine can be repeated automatically by the device at specific times or when a specific event occurs, such as after a door is opened, after a power failure or after the Nofrost evaporator has defrosted.
  • the routine is in Fig. 7 shown for an outside temperature of 30 °C. It is conceivable that a different outside temperature would result in a different optimal value for the opening position of the MEV.

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Abstract

Kühl- und / oder Gefriergerät mit mindestens einer hinsichtlich mindestens eines Parameters einstellbaren Komponente und einer Steuereinheit, welche dazu ausgelegt ist, einen Betriebsparameter des Kühl- und / oder Gefriergeräts und / oder der mindestens einen Komponente zu messen und eine Einstellung der mindestens einen Komponente hinsichtlich des mindestens einen Parameters selbsttätig derart anzupassen und / oder zu optimieren, dass die Einstellung einem innerhalb einer bestimmten Zeitperiode erfassten vorzugsweise globalen Optimum entspricht.
Verfahren zur Optimierung der Betriebsparameter eines Kühl- und / oder Gefriergeräts auf ein innerhalb einer bestimmten Zeitperiode auftretendes vorzugsweise globales Optimum.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühl- und / oder Gefriergerät mit mindestens einer Komponente, beispielsweise einem Verdichter, dessen Betrieb hinsichtlich mindestens eines Parameters, beispielsweise der Drehzahl, einstellbar ist. Erfindungsgemäß erfolgt selbsttätig eine Optimierung der Betriebsparameter hin zu einem innerhalb einer Zeitperiode erfassten globalen oder lokalen Optimum, beispielsweise einem möglichst energiesparenden und / oder leisen Betrieb.
  • Im Kältekreislauf hocheffizienter Kühl- und Gefriergeräte sind meist eine Vielzahl regelbarer Komponenten, wie z.B. Verdichter, Expansionsventile oder Ventilatoren an den Wärmeübertragern, enthalten. Die Drehzahlen von Verdichtern und Ventilatoren werden durch die elektronische Steuerung des Gerätes beeinflusst. Die Stellung eines Expansionsventils kann elektromotorisch, z.B. mit einem Schrittmotor verändert werden. Das ideale Zusammenspiel dieser Komponenten ermöglicht es, das Gerät optimal, also beispielsweise mit minimalem Energieverbrauch und / oder möglichst leise, zu betreiben. Optimal kann bei Kühl- und/oder Gefriergeräten verschiedenes bedeuten: z.B: minimaler Energieverbrauch, minimales Geräusch (bei gleichem Energieverbrauch oder minimaler Energieverbrauchserhöhung) oder minimale Zeit z.B. beim Herunterkühlen von Ware oder beim Einschaltprozess des Geräts oder während Abtauvorgängen (speziell bei Gewerbegeräten) oder Eiswürfelproduktionszyklen, etc.
  • Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Kühl- und / oder Gefriergeräte unabhängig von deren Betriebsbedingungen beim Endnutzer (Aufstellort, Betriebsart etc.) mit im Vorhinein, beispielsweise bei der Fertigung, festgelegten Parametern zu betreiben.
  • Diese Werkseinstellungen führen jedoch nicht immer zu einem energetisch optimalen Betrieb.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Kühl- und/oder Gefriergerät dahingehend weiterzubilden, dass eine adaptive und schnelle Anpassung der Betriebsparameter ermöglicht wird.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 14 gelöst.
  • Danach ist vorgesehen, dass ein Kühl- und / oder Gefriergerät mit mindestens einer hinsichtlich mindestens eines Parameters einstellbaren Komponente und einer Steuereinheit ausgestattet ist, welche dazu ausgelegt ist, einen Betriebsparameter (beispielsweise einen Energieverbrauch und / oder eine Lärmemission) des Kühl- und / oder Gefriergeräts und / oder der mindestens einen Komponente zu messen und eine Einstellung der mindestens einen Komponente hinsichtlich des mindestens einen Parameters selbsttätig derart anzupassen und / oder zu optimieren, dass die Einstellung einem innerhalb einer bestimmten Zeitperiode erfassten vorzugsweise globalen oder auch lokalen Optimum entspricht.
  • Konzeptionell ist die vorliegende Erfindung somit vorzugsweise auf die Optimierung eines bestimmten Werts oder Parameters gerichtet, der durch eine veränderte Parametrisierung der einstellbaren Gerätekomponenten beeinflusst werden kann. Der Wert kann am Gerät selbst oder auch außerhalb des Geräts mit externer Sensorik erfasst werden, z.B. wenn das Mikrofon eines mobilen Gerätes mit dem Kühlgerät verbunden ist, kann z.B. der Kompressor auf eine niedrigere Drehzahl geregelt werden, um die Geräuschsignale, die das Mikrofon erreichen, zu minimieren bzw. zu optimieren.
  • Der herkömmliche Prozess der Softwareparametrisierungen aller regelbaren Komponenten ist zur Erzielung eines gewünschten Optimums im Geräteentwicklungsprozess aufwändig. Zudem stellt der Parametersatz entsprechend der derzeitig stattfindenden Auslegungsprozeduren genaugenommen nur für die tatsächlich untersuchten Geräte und den jeweils vorliegenden Untersuchungszeitpunkt einen optimalen Parametersatz dar. Infolge von Produktionstoleranzen der Komponenten, insbesondere bei den Verdichtern oder Aspekten wie der Schaumalterung, muss dieser Parametersatz jedoch nicht für alle produzierten Geräte und den gesamten Lebensdauerzyklus zu einer optimalen Betriebsweise führen.
  • Erfindungsgemäß ist vorzugsweise ein Parameteroptimierungsansatz vorgesehen, der dazu führt, dass ein Gerät mittels einer sensorbasierten Messung eigenständig in der Lage ist, sich für alle Umgebungsbedingungen und während der gesamten Lebensdauer und damit auch im Real-Use Betrieb stets in Richtung eines gewünschten Optimums zu regeln. Ein Beispiel wäre, mittels einer gerätebasierten (oder auch über ein externes Messgerät ausgeführten) Leistungsmessung den Energieverbrauch des Gerätes am Standort des Nutzers auf den optimalen Energieverbrauch einzustellen.
  • Erfindungsgemäß lässt sich somit der Vorteil erreichen, dass der Arbeitsumfang des Ingenieurs während des Auslegungsprozesses in der Fertigung des Geräts reduziert werden kann, da sich einige Geräteparameter eigenständig parametrisieren.
  • Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass z.B. die Toleranzen für den gemessenen Energieverbrauch, die herkömmlicherweise relativ hoch eingeschätzt werden müssen, enger definiert werden können, da unumgängliche Komponententoleranzen, die sich wiederum auf den Energieverbrauch des Geräts auswirken, weniger eine Rolle spielen, wenn sich das Gerät individuell optimal einstellt. So sind z.B. die zu erwartenden Ergebnisse von Nachmessungen bei Marktkontrollen genauer vorherzusagen. Weiterhin können größere Fertigungstoleranzen der Komponenten akzeptiert werden, wodurch sich Preisreduzierungen infolge einer geringeren Ausschussproduktion ergeben dürfte.
  • Grundsätzlich ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Betriebsparameter, nach welchem optimiert wird, beliebig und es kann auch nach mehreren Betriebsparametern optimiert werden.
  • Weiterhin sind erfindungsgemäß mindestens zwei grundsätzliche Vorgehensweisen bei der Optimierung denkbar:
    Erstens kann für eine bestimmte Zeitperiode eine iterative Optimierung eines Parameters hin zu einem globalen (oder lokalen) Optimum erfolgen. Das globale oder lokale Optimum wird bei einer Betrachtung der gesamten bestimmten Zeitperiode identifiziert, sodass tatsächlich ein globales (oder lokales) Optimum bestimmbar ist und nicht lediglich das erste, lokale Optimum erfasst wird, und das Gerät mit den dem globalen Optimum entsprechenden Parametern / Einstellungen betrieben wird. Die Messungen erfolgen bei dieser Variante vorzugsweise zu unbestimmten Zeitpunkten. Diese Vorgehensweise ist beispielhaft in Fig. 3 illustriert.
  • In anderen Worten kann die Steuereinheit dazu ausgelegt sein, dass innerhalb der bestimmten Zeitperiode in einem iterativen Prozess der Betriebsparameter mehrfach gemessen und die Einstellung mehrfach angepasst wird, woraufhin rückblickend durch die Steuereinheit ein durch die Messwerte angezeigtes vorzugsweise globales Optimum identifiziert wird.
  • Wenn im Rahmen der vorliegenden Erfindung von einem globalen Optimum die Rede ist, stellt dies eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung dar.
  • Der Begriff "globales Optimum" ist allerdings weiter zu verstehen und steht grundsätzlich als Platzhalter für jedes Optimum, somit auch für ein lokales Optimum. Der Begriff ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung somit als "globales oder lokales Optimum" zu verstehen.
  • Zweitens kann innerhalb einer bestimmten Zeitperiode zu vorherbestimmten Zeitpunkten der Betriebsparameter gemessen werden und die Steuereinheit ist hierbei dazu ausgelegt, das globale Optimum der Einstellungen aus den Messwerten zu berechnen. Im Gegensatz zu der ersten Variante wird somit bei der zweiten Variante das globale Optimum nicht durch eine tatsächliche Messung erfasst, sondern ausgehend von Messwerten berechnet. Diese Vorgehenswiese ist beispielhaft in Fig. 4 illustriert.
  • In anderen Worten kann die Steuereinheit dazu ausgelegt sein, dass innerhalb der bestimmten Zeitperiode der Betriebsparameter für eine vorbestimmte Anzahl an Malen gemessen wird und die Steuereinheit kann dazu ausgelegt sein, mittels eines mathematischen Modells aus den Messwerten ein globales Optimum sowie die zugehörigen Einstellungen der Betriebsparameter zu ermitteln.
  • Die Steuereinheit kann dazu ausgelegt sein, das globale Optimum hinsichtlich mindestens zweier Betriebsparameter, vorzugsweise hinsichtlich des Energieverbrauchs und der Lärmemission, zu identifizieren.
  • Den oder die Betriebsparameter kann ein Benutzer einstellen oder sie können geräteseitig vorgegeben sein. So können beispielsweise die mindestens zwei Betriebsparameter, hinsichtlich derer das globale Optimum identifiziert wird, durch einen Benutzer mittels einer geräteexternen (beispielsweise mittels einer App auf einem Endgerät) oder im Gerät integrierten Eingabeeinheit einstellbar sein und / oder eine relative Gewichtung der mindestens zwei Betriebsparameter, hinsichtlich derer das globale Optimum identifiziert wird, kann durch einen Benutzer mittels einer geräteexternen oder im Gerät integrierten Eingabeeinheit einstellbar sein.
  • Hier kann beispielsweise eine fließende Skala bei der Eingabe vorhanden sein, bei welcher ein Benutzer zwischen 1 (möglichst leiser Betrieb, Energieverbrauch irrellevant) und 10 (möglichst energiesparender Betrieb, Lärmemission irrelevant), wobei ein Wert von 5 eine Gleichwertigkeit der Optimierungsparameter Energieverbrauch und Lärmemission darstellt, eine relative Gewichtung auswählen kann.
  • Erfindungsgemäß muss die Optimierung bzw. ein Optimierungsalgorithmus nicht auf dem Kühl- und / oder Gefriergerät laufen, sondern kann auch teilweise oder vollständig auf einem anderen, externen Gerät und / oder in der Cloud laufen.
  • In anderen Worten kann die Funktionalität der Steuereinheit zumindest teilweise außerhalb des Kühl- und / oder Gefriergeräts, beispielsweise in der Cloud oder auf einem externen Computer oder Server, laufen oder realisiert sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform sind mehrere hinsichtlich mindestens eines Parameters, vorzugsweise mehrerer Parameter einstellbare Komponenten vorhanden und die Steuereinheit ist dazu ausgelegt, systematisch für eine bestimmte Zeitperiode mindestens eine Einstellung bei mehreren Komponenten nacheinander und / oder mehrere Einstellungen hinsichtlich unterschiedlicher Parameter bei jeweils einer Komponente anzupassen und / oder zu optimieren und daraufhin ein globales Optimum der Einstellungen innerhalb der bestimmten Zeitperiode zu erfassen.
  • Die bestimmte Zeitperiode entspricht vorzugsweise einer Zeitperiode, in welcher ein erfindungsgemäßer Optimierungsablauf abläuft.
  • Vorzugsweise wird erfindungsgemäß somit stets die gesamte bestimmte Zeitperiode berücksichtigt und ein globales Optimum der gesamten Zeitperiode erfasst. Dies unterscheidet die vorliegende Erfindung vorzugsweise von anderen Ausgestaltungen, gemäß denen davon ausgegangen wird, dass die Einstellungen am Ende der bestimmten Zeitperiode zwingend das globale Optimum bilden und daher davon absehen, die gesamte bestimmte Zeitperiode zu untersuchen. Durch die Berücksichtigung der gesamten Zeitperiode kann die Optimierung jedoch erfindungsgemäß flexibler und zielgerichteter erfolgen.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann die Steuereinheit dazu ausgelegt sein, eine Einstellung mindestens einer Komponente hinsichtlich mindestens eines Parameters von einem aktiven Zyklus eines Verdichters des Kühl- und / oder Gefriergerät zu dem nächsten aktiven Zyklus des Verdichters und / oder innerhalb eines aktiven Zyklus des Verdichters anzupassen.
  • Die Steuereinheit kann dazu ausgelegt sein, mindestens eine Einstellung mindestens einer Komponente hinsichtlich mindestens einer der folgenden Parameter anzupassen: a) Verdichterdrehzahl mindestens eines Verdichters; b) Öffnungsgrad mindestens eines Ventils, insbesondere eines Expansionsventils, insbesondere eines Mikroexpansionsventil im Kältemittelkreislauf vor dem Verdampfer; c) Ventilatordrehzahl mindestens eines Ventilators, vorzugsweise am Verdampfer und / oder Verflüssiger und d) Laufzeit einer Kältebeaufschlagung eines Kühlteils und / oder eines Gefrierteils sowie vorzugsweise einer anschließenden Standzeit eines Verdichters.
  • Die Steuereinheit oder zumindest eine Funktionseinheit davon, welche dazu ausgelegt ist, einen Betriebsparameter des Kühl- und / oder Gefriergeräts und / oder der mindestens einen Komponente zu messen, kann geräteintern, vorzugsweise auf einer Gerätehauptelektronik, oder geräteextern, beispielsweise als mit dem Kühl- und / oder Gefriergerät kommunikationsfähige externe Vorrichtung, implementiert sein.
  • Ebenso ist es denkbar, dass die Sensorik zur Erfassung mindestens eines Parameters, beispielsweise ein Mikrofon zur Erfassung einer Lärmemission oder ein Sensor zur Messung eines Stromverbrauchs des Geräts, geräteextern, beispielsweise als Teil einer mit dem Kühl- und / oder Gefriergerät kommunikationsfähigen externen Vorrichtung und / oder als Teil eines mobilen Endgeräts, implementiert ist. Sind Parametereinstelllungen im Grenzbereich, so kann das Gerät in einer Dauerschleife festhängen. In diesem Fall kann gemäß einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Steuereinheit nach Ablauf einer Zeitbeschränkung auf die nächste Einstellung springt. So lässt sich die Optimierung zügig und effizient ausführen.
  • Weiterhin kann ein Benutzer vorzugsweise interaktiv mittels einer geräteinternen oder geräteexternen Benutzerschnittstelle (die beispielsweise eine App auf einem mobilen Endgerät umfasst), über einen erfindungsgemäßen Optimierungsablauf informiert werden und / oder diesen einstellen. Dies soll anhand von vier Beispielen illustriert werden:
    Beispiel 1: Optimierung auf ein globales Optimum hinsichtlich der beiden Betriebsparameter Lärmemission und Energieeffizienz. Zunächst führt das Gerät Energieverbrauchsmessungen durch. Zudem führt das Gerät und / oder ein mobiles Endgerät des Benutzers Geräuschmessungen beim Betrieb des Geräts aus. Aus beiden Ergebnissen wird daraufhin auf der Benutzerschnittstelle eine beispielsweise 10-stufige Skala definiert, die der Benutzer mittels der Benutzerschnittstelle, z.B. einer App, von Stufe 1 (extrem leise, Energieverbrauch nicht optimiert) zu Stufe 10 (niedrigster Energieverbrauch, Lärmemission nicht optimiert) anpassen kann. Ausgehend von der Einstellung des Benutzers werden dann die einem globalen Optimum entsprechenden Betriebsparameter ermittelt.
  • Beispiel 2: Standortoptimierung. Aus ermittelten Daten bezüglich des Standorts des Geräts (z.B. über GPS) und / oder bezüglich des an diesem Standort herrschenden Luftdruck können Berechnungen hinsichtlich des Volumenstroms der Ventilatoren des Geräts ausgeführt werden. Diese Berechnungen ergeben neue Ansatzpunkte, um beispielsweise den Energieverbrauch und / oder die Lärmemission mit standortoptimierten Einstellungen der Betriebsparameter der Ventilatoren zu reduzieren.
  • Beispiel 3: Benutzerdefinierte Zielvorgabe. Bei diesem Beispiel erfolgt zunächst keine Messung, sondern ein Benutzer gibt mittels einer Benutzerschnittstelle vorzugsweise in einer vorgefertigten Auswahl ein, wie und / oder wo er das Gerät nutzen möchte (Schlafzimmer, Keller, etc. / viel Obst und Gemüse, wenig Fleisch / viel Fertiggerichte / viel Südfrüchte etc.). Aus diesen Angaben kann die die Steuereinheit des Geräts eine gewünschte Betriebsweise des Gerätes bestimmen (z.B. unter Berücksichtigung der Temperatur / Luftfeuchte in den einzelnen Bereichen; im Schlafzimmer sind Lärmemissionen zu vermeiden, im Keller eher unkritisch; Fleisch benötigt eine besonders niedere Lagertemperatur etc.). Die Steuereinheit optimiert daraufhin nach einer erfindungsgemäßen Vorgehensweise die optimale Einstellung der Betriebsparameter des Geräts. Die Optimierung kann hierbei bei der ersten Installation des Geräts erfolgen und / oder in zeitlichen Abständen bzw. nach bestimmten Ereignissen wiederholt werden.
  • Beispiel 4: Initiierung der Optimierung durch mehrere Akteure möglich. Weiterhin kann nicht nur ein Benutzer des Geräts einen erfindungsgemäßen Optimierungsablauf initiieren. Alternativ oder zusätzlich können Optimierungen selbsttätig vom Gerät, vom Kundendienst und / oder vom Nutzer selbst gestartet werden. Die Optimierung kann einmalig erfolgen oder in regelmäßigen Abständen oder bei festgelegten Ereignissen oder erfassten Veränderungen (z.B. kann bei einer erfassten Raumtemperaturänderung >3K eine Optimierung bezüglich der veränderten Standortbedingungen erfolgen oder nach der Erfassung einer Geräuschspitze beispielsweise durch ein mobiles Endgerät des Benutzers kann eine (erneute) Optimierung zur Reduktion der Geräuschemission erfolgen).
  • Die Steuereinheit kann dazu ausgelegt sein, einen Vorgang zur Anpassung und / oder Optimierung der Einstellung der mindestens einen Komponente hinsichtlich des mindestens einen Parameters abzubrechen oder zu unterbrechen, wenn während des laufenden Vorgangs eine Störung des Vorgangs durch die Steuereinheit erfasst wurde, und selbsttätig einen Zeitpunkt zur Wiederaufnahme des Vorgangs, vorzugsweise zur Nachtzeit, zu bestimmen. Die Störung kann beispielsweise ein Öffnen der Tür des Geräts sein.
  • Ein erfindungsgemäßes Kühl- und / oder Gefriergerät kann weiterhin eine Kommunikationseinheit aufweisen, welche dazu ausgelegt ist, eine Benachrichtigung vorzugsweise an ein externes Endgerät auszugeben, wenn die Steuereinheit zu einem Zeitpunkt erfasst hat, dass sich das Kühl- und / oder Gefriergerät in einem Betriebszustand befindet, welcher einem globalen Optimum entspricht.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Kühl- und / oder Gefriergerät kann weiterhin eine Eingabeeinheit vorhanden sein, mittels welcher die Ausführung eines Vorgangs zur Anpassung und / oder Optimierung der Einstellung der mindestens einen Komponente für einen bestimmten Zeitraum aktivierbar oder deaktivierbar ist und / oder mittels welcher die Einstellung der mindestens einen Komponente hinsichtlich des mindestens einen Parameters auf eine Ausgangseinstellung zurücksetzbar ist.
  • Weiterhin kann die Steuereinheit dazu ausgelegt sein, zu Beginn eines Optimierungsablaufs zunächst ein Reinigungsprogramm des Kühl- und / oder Gefriergeräts bzw. mindestens einer Komponente davon zu initiieren. Beispielsweise kann zum Start eines Optimierungsablaufs ein Reinigungsintervall mit z.B. hoher Kompressordrehzahl und offenen Mikroexpansionsventil erfolgen, um Partikel/Eis zu entfernen und / oder es kann eine Abtauung erfolgen, um Verfälschungen der Messwerte durch Eis zu vermeiden.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung mindestens eines Betriebsparameters eines Kühl- und / oder Gefriergeräts mit mindestens einer Komponente auf ein innerhalb einer bestimmten Zeitperiode identifizierbares globales Optimum, mit den Schritten: Messen eines Betriebsparameters des Kühl- und / oder Gefriergeräts und / oder der mindestens einen Komponente und selbsttätiges Anpassen mindestens einer Einstellung der mindestens einen Komponente hinsichtlich des Betriebsparameters derart, dass die Einstellung einem innerhalb einer bestimmten Zeitperiode erfassten globalen Optimum entspricht.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird innerhalb der bestimmten Zeitperiode in einem iterativen Prozess der Betriebsparameter mehrfach gemessen und die Einstellung mehrfach angepasst, woraufhin rückblickend durch eine Steuereinheit ein durch die Messwerte angezeigtes globales Optimum identifiziert.
  • Alternativ oder zusätzlich wird innerhalb der bestimmten Zeitperiode der Betriebsparameter für eine vorbestimmte Anzahl an Malen gemessen und mittels eines mathematischen Modells wird aus den Messwerten ein globales Optimum sowie die zugehörigen Einstellungen hinsichtlich des Betriebsparameters ermittelt.
  • Das globale Optimum kann hinsichtlich mindestens zweier Betriebsparameter, vorzugsweise hinsichtlich des Energieverbrauchs und der Lärmemission, identifiziert werden. Grundsätzlich kann das globale Optimum auch nur hinsichtlich eines Parameters oder aber auch einer Mehrzahl an Parameter identifiziert werden.
  • Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die mindestens zwei (oder eine andere Anzahl) Betriebsparameter, hinsichtlich derer das globale Optimum identifiziert wird, durch einen Benutzer mittels einer geräteexternen oder im Gerät integrierten Eingabeeinheit einstellbar sind und / oder eine relative Gewichtung der mindestens zwei Betriebsparameter, hinsichtlich derer das globale Optimum identifiziert wird, durch einen Benutzer mittels einer geräteexternen oder im Gerät integrierten Eingabeeinheit einstellbar ist.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann zumindest teilweise oder vollständig von einer Steuereinheit außerhalb des Kühl- und / oder Gefriergeräts, beispielsweise in der Cloud oder auf einem externen Computer oder Server oder einem mobilen Endgerät, ausgeführt werden.
  • Weiterhin kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass mehrere hinsichtlich mindestens eines Parameters, vorzugsweise mehrerer Parameter einstellbare Komponenten vorhanden sind und systematisch für eine bestimmte Zeitperiode mindestens eine Einstellung bei mehreren Komponenten nacheinander und / oder mehrere Einstellungen hinsichtlich unterschiedlicher Parameter bei jeweils einer Komponente angepasst und / oder optimiert werden, woraufhin ein globales Optimum der Einstellungen innerhalb der bestimmten Zeitperiode rückwirkend erfasst wird.
  • Beispielsweise kann bei einem erfindungsgemäßen Anwendungsfall vorgesehen sein, dass ein Kühl- und / oder Gefriergerät mit mindestens einer hinsichtlich mindestens eines Parameters einstellbaren Komponente eine Steuereinheit aufweist, welche dazu ausgelegt ist, einen Energieverbrauch des Kühl- und / oder Gefriergeräts und / oder der mindestens einen Komponente zu messen und eine Einstellung der mindestens einen Komponente hinsichtlich des mindestens einen Parameters selbsttätig zur Reduktion des Energieverbrauchs anzupassen und / oder zu optimieren.
  • Die Optimierung des Energieverbrauchs stellt jedoch nur einen beispielhaften Anwendungsfall dar, der nachstehend ausgeführt wird, um die vorliegende Erfindung zu erläutern. Die vorliegende Erfindung ist jedoch keineswegs auf diesen Beispielsfall beschränkt und anstatt einer Reduktion des Energieverbrauchs kann eine beliebige andere Optimierungszielsetzung eingesetzt werden.
  • Die vorliegende Erfindung umfasst somit in diesem Beispielfall vorzugsweise einen Parameteroptimierungsansatz, der dazu führt, dass ein Gerät mittels einer geräteintegrierten Leistungsmessung zur Bestimmung des Energieverbrauchs eigenständig in der Lage ist, sich für alle Umgebungsbedingungen und während der gesamten Lebensdauer stets in Richtung eines Betriebs mit möglichst niedrigem Energieverbrauch zu regeln.
  • Weiterhin kann evtl. der Arbeitsumfang des Ingenieurs während des Auslegungsprozesses reduziert werden, da sich einige Geräteparameter eigenständig parametrisieren.
  • Gemäß einer Ausführungsform sind mehrere hinsichtlich mindestens eines Parameters, vorzugsweise mehrerer Parameter, einstellbare Komponenten bei dem Kühl- und / oder Gefriergerät vorhanden und die Steuereinheit ist dazu ausgelegt, systematisch mindestens eine Einstellung bei mehreren Komponenten nacheinander und / oder mehrere Einstellungen hinsichtlich unterschiedlicher Parameter bei jeweils einer Komponente anzupassen und / oder zu optimieren.
  • Beispielsweise kann zuerst die Einstellung des Verdichters und dann eines Ventilators optimiert werden.
  • Die Steuereinheit kann dazu ausgelegt sein, eine Einstellung mindestens einer Komponente hinsichtlich mindestens eines Parameters von einem aktiven Zyklus eines Verdichters des Kühl- und / oder Gefriergerät zu dem nächsten aktiven Zyklus des Verdichters und / oder innerhalb eines aktiven Zyklus des Verdichters anzupassen und / oder zu optimieren.
  • Nach der Anpassung des Parameters kann erneut eine Bestimmung des Energieverbrauchs erfolgen und so weiter, sodass eine iterative Optimierung des Parameters hinsichtlich eines reduzierten Energieverbrauchs erfolgt.
  • Die Steuereinheit kann dazu ausgelegt sein, mindestens eine Einstellung mindestens einer Komponente hinsichtlich mindestens einer der folgenden Parameter anzupassen:
    1. a) Verdichterdrehzahl mindestens eines Verdichters;
    2. b) Öffnungsgrad mindestens eines Ventils, insbesondere eines Expansionsventils;
    3. c) Ventilatordrehzahl mindestens eines Ventilators, vorzugsweise am Verdampfer und / oder Verflüssiger, und
    4. d) Laufzeit einer Kältebeaufschlagung eines Kühlteils und/ oder eines Gefrierteils sowie vorzugsweise einer anschließenden Standzeit eines Verdichters.
  • In anderen Worten liegt vorzugsweise eine Idee des neuen Regelungsansatzes darin, die unmittelbaren Auswirkungen einer systematisch und automatisiert durchgeführten Parameteränderung auf den Energieverbrauch des Verdichters oder des gesamten Geräts (Verdichter + Nebenverbraucher, wie Geräteelektronik, Ventilatoren, etc.) festzustellen und entlang eines Variationsalgorithmus die Parameter nacheinander stets in Richtung des minimalen Energieverbrauchs anzupassen. Zu den Variationsparametern zählen beispielsweise die vorstehend genannten Beispiele a) bis d).
  • Die zuvor genannten Parameter a) bis c) sind dabei entweder innerhalb eines Zyklus durchgängig konstant und werden nur vom einen zum nächsten Zyklus verändert oder werden innerhalb des aktiven Verdichterzyklus beispielsweise auf Basis vordefinierter Zeitabschnitte verändert. Die Variation der Dauer dieser Zeitabschnitte innerhalb eines Zyklus kann demzufolge auch Teil der Optimierungsprozedur vom einen zum nächsten Zyklus werden.
  • Die Steuereinheit und / oder zumindest eine Funktionseinheit davon, welche dazu ausgelegt ist, einen Energieverbrauch des Kühl- und / oder Gefriergeräts und / oder der mindestens einen Komponente zu messen, kann geräteintern, vorzugsweise auf einer Platine eines Verdichterinverters des Kühl- und / oder Gefriergeräts und / oder auf einer Gerätehauptelektronik, oder geräteextern, beispielsweise als mit dem Kühl- und / oder Gefriergerät kommunikationsfähige externe Vorrichtung, implementiert sein.
  • Die elektronischen Komponenten für die Leistungserfassung können sich somit auf der Platine des Verdichterinverters oder der Gerätehauptelektronik befinden. Alternativ wäre es auch denkbar, dem Kunden einen vernetzbaren Steckdosen-Leistungsmesser bzw. Steckdosen-Energiezähler als Zubehörteil anzubieten, der mit der Geräteelektronik zum Zweck der Parameteroptimierung und der Beauskunftung des Kunden über den aktuellen Geräte-Energieverbrauch kommuniziert.
  • Die Steuereinheit kann dazu ausgelegt sein, den Energieverbrauch des Kühl- und / oder Gefriergeräts und / oder der mindestens einen Komponente davon kontinuierlich für einen oder mehrere Zyklen eines Verdichters des Kühl- und / oder Gefriergeräts zu messen und auf der Grundlage der Messwerte mindestens einen Beharrungszustand und / oder mindestens eine Änderung einer Betriebsbedingung zu erfassen.
  • Beispielsweise kann ein Softwarealgorithmus kontinuierlich den Zyklusenergieverbrauch des Geräts bewerten und Beharrungszustände und geänderte Betriebsbedingungen erkennen, die vorzugsweise zum Start oder der nächstmöglichen Einplanung der Parameteroptimierungsprozedur nach der Erreichung eines Beharrungszustands führen.
  • Die Steuereinheit kann somit dazu ausgelegt sein, einen Vorgang zur Anpassung und / oder Optimierung zur Reduktion des Energieverbrauchs der Einstellung der mindestens einen Komponente hinsichtlich des mindestens einen Parameters in Folge eines von der Steuereinheit erfassten Ereignisses, insbesondere eines erfassten Beharrungszustands oder Änderung einer Betriebsbedingung und / oder zu vorbestimmten Zeitintervallen selbsttätig auszuführen.
  • Die Ausführung des Parameteroptimierungsvorgangs findet somit vorzugsweise entweder als Folge eines Ereignisses (geänderter Aufstellungsort, geänderte jahreszeitliche Umgebungsbedingungen, entsprechende Benutzereingabe am Geräte oder einem geräteexternen Endgerät etc.) und/oder in regelmäßiger Wiederholung mit einem definierbaren Ausführungsintervall (z.B. 1 x pro Tag oder 1 x pro Woche oder 1 x im Monat) statt.
  • Die Steuereinheit kann dazu ausgelegt sein, einen Vorgang zur Anpassung und / oder Optimierung zur Reduktion des Energieverbrauchs der Einstellung der mindestens einen Komponente hinsichtlich des mindestens einen Parameters abzubrechen oder zu unterbrechen, wenn während des laufenden Vorgangs eine Störung des Vorgangs durch die Steuereinheit erfasst wurde, und selbsttätig einen Zeitpunkt zur erneuten Ausführung des Vorgangs, vorzugsweise zur Nachtzeit, zu bestimmen.
  • Wenn beispielsweise während des Parameteroptimierungsvorgangs eine Störung (z.B. Türöffnung) festgestellt wird, wird die Optimierung vorzugsweise abgebrochen und zu einem anderen Zeitpunkt nach erneuter Beharrung fortgesetzt, um keine Zeit zu verlieren. Die Ausführung des Parameteroptimierungsansatzes ist deshalb vorzugsweise zur Nachtzeit anzustreben.
  • Weiterhin kann ein erfindungsgemäßes Gerät eine Kommunikationseinheit aufweisen, welche dazu ausgelegt ist, eine Benachrichtigung vorzugsweise an ein externes Endgerät auszugeben, wenn die Steuereinheit zu einem Zeitpunkt erfasst hat, dass sich das Kühl- und / oder Gefriergerät in einem energetisch optimalen Betriebszustand befindet.
  • Einem Nutzer kann somit beispielsweise aktiv, z.B. per App, mitgeteilt werden, wenn sich das Gerät eigenständig in den energetisch optimalen Zustand versetzt hat. Insofern die Leistungsmessung hinreichend genau ist, kann dem Nutzer beispielsweise die konkrete Energieeinsparung in absoluten Werten (kWh/Jahr) oder als relative Angabe {"Energieverbrauch nach Optimierung ist X-% geringer als vor der Optimierung ", "Ihr Gerät läuft weiterhin energetisch optimal") mitgeteilt werden.
  • Weiterhin kann ein erfindungsgemäßes Gerät eine Eingabeeinheit aufweisen, mittels welcher die Ausführung eines Vorgangs zur Anpassung und / oder Optimierung der Einstellung der mindestens einen Komponente zur Reduktion des Energieverbrauchs für einen bestimmten Zeitraum aktivierbar und / oder deaktivierbar ist und / oder mittels welcher die Einstellung der mindestens einen Komponente hinsichtlich des mindestens einen Parameters auf eine Ausgangseinstellung zurücksetzbar ist.
  • Der Modus des Parameteroptimierungsvorgangs kann somit vorzugsweise über das User-Interface aktiviert und deaktiviert werden. Dies ist z.B. notwendig, um im Auslegungsprozess die Energieverbrauchsmessungen auf Grundlage konstanter Betriebsbedingungen ausführen zu können. Weiterhin kann über das User-Interface eine Rücksetzung der Parameter auf die Werkseinstellungen möglich sein.
  • Die Steuereinheit kann dazu ausgelegt sein, beispielsweise einen Energieverbrauch einer ersten Komponente, vorzugsweise eines Verdichters, zu messen und eine Einstellung der ersten Komponente sowie einer Mehrzahl an anderen Komponenten, vorzugsweise Ventilatoren, hinsichtlich eines oder mehrerer Parameter selbsttätig zur Reduktion des Energieverbrauchs anzupassen und / oder zu optimieren, wobei die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, Daten hinsichtlich eines Energieverbrauchs der Mehrzahl an anderen Komponenten aus einer Datenbank auszulesen.
  • Beispielsweise wird nur die Verdichterleistung gemessen, jedoch werden innerhalb des Optimierungsvorgangs auch andere leistungsbeziehenden Komponenten hinsichtlich ihrer Betriebsparameter verändert, so sind für diese zusätzlichen Komponenten entsprechende Leistungsdaten in der Software hinterlegt. Beispielsweise können die Leistungs- / Energieverbrauchsdaten für Ventilatoren hinterlegt sein, z.B. durch eine Leistungstabelle oder eine mathematische Funktion, die folgenden Zusammenhang abbildet: Pel,Ventilator = Funktion (Betriebsspannung, Drehzahl, Einsatztemperatur).
  • Weiterhin kann die Steuereinheit dazu ausgelegt sein, beispielsweise den Energieverbrauch des Kühl- und / oder Gefriergeräts und / oder der mindestens einen Komponente während eines stabilen Betriebszustands und / oder Normalbetriebs zu messen und / oder vorübergehende Fluktuationen des Energieverbrauchs, beispielsweise hervorgerufen durch eine oder mehrere Türöffnungen und das dadurch resultierende Einströmen warmer Luft in den Kompartimentinnenraum, zu erkennen und deshalb die Energieverbrauchsmessung zu unterbrechen und die energetische Optimierungsprozedur zu einem späteren Zeitpunkt erneut auszuführen.
  • Beispielsweise kann die Steuereinheit dazu ausgelegt sein, eine bestimmte Zeitperiode abzuwarten, in welcher der Energieverbrauch konstant ist und nicht oder relativ wenig fluktuiert (steady state), bevor der Energieverbrauch gemessen wird. Instabile Zeitfenster, in denen sich der Energieverbrauch recht häufig ändert, werden vorzugsweise ignoriert.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinheit derart ausgelegt, dass die Anpassung / Optimierung bzw. Parameter-Neuberechnung zur Auffindung eines energetisch optimierten Parametersatzes entweder lokal auf der Geräteelektronik oder infolge einer IoT-Vernetzungslösung server- bzw. cloudbasiert erfolgt.
  • Anschließend wird der optimierte Parametersatz vorzugsweise wieder über die Vernetzungslösung an das Gerät zurückgesendet und ermöglicht dort die energieoptimierte Betriebsweise.
  • Beispielsweise kann die Steuereinheit dazu ausgelegt sein, das Gerät während der Optimierung bzw. Parameteroptimierungsprozedur nicht im Taktmodus (Verdichterzyklen ein/aus), sondern im Gerätedauerlauf (Verdichter dauerhaft eingeschaltet) zu betreiben.
  • Die Parameteränderungen während der Parameteroptimierung können infolgedessen in kürzeren zeitlichen Abständen nacheinander erfolgen, wobei die Prüfung der Leistungsaufnahme permanent stattfindet. Mit dieser Vorgehensweise kann vorzugsweise eine energieoptimierte Parametrisierung in wenigen Stunden und damit schneller als im Taktbetrieb vonstattengehen.
  • Die Steuereinheit kann dazu ausgelegt sein, den Energieverbrauch nicht über eine Leistungsmessung zu erfassen, sondern indirekt aus Temperaturmessgrößen bzw. Fühlerwerten abzuleiten, die in der Elektronik bereits zur Verfügung stehen (z.B. Umgebungstemperatur, Reglerstellungs- bzw. Verdampferfühlertemperatur).
  • Die Leistungswerte der einzelnen Verbraucher (Kompressor, Ventilatoren, etc.) entstammen vorzugsweise für die verschiedenen Betriebszustände aus betriebspunktspezifischen Leistungskennlinien, die in der Geräteelektronik hinterlegt sind.
  • Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu ausgelegt, dass ein Kunde die energetische Optimierungsprozedur selbstständig auf Wunsch starten kann, beispielsweise durch eine entsprechende Betätigung einer Bedieneinheit.
  • Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu ausgelegt, dass eine Auffindung des globalen Effizienzoptimums mittels einer beabsichtigten Durchschreitung temporär weniger effizienter Betriebsbereiche erfolgt, um sicherzustellen, dass die Optimierung nicht nur in lokales, sondern ein globales Effizienzoptimum läuft. Dieser Modus wird bevorzugt beim Entwicklungsprozess der Geräte und nicht beim Kunden angewendet.
  • Die Steuereinheit kann weiterhin dazu ausgelegt sein, anstelle konstanter Schrittweiten der Parametervariationen eine dynamisierte und gradientenbasierte Schrittweitenvariation auszuführen, um das Effizienzoptimum innerhalb der Optimierungsprozedur schneller und zuverlässiger aufzufinden.
  • Mögliche Optimierungsverfahren hierfür sind z.B. das Gauß-Newton-Verfahren oder das Levenberg-Marquardt-Verfahren.
  • Weiterhin kann ein erfindungsgemäßes Gerät durch eine entsprechend ausgelegte Steuereinheit von einem datenbasierten Erfahrungsschatz profitieren, welcher infolge vernetzter Geräte aus der Gerätemasse abgeleitet werden kann (=Big Data Lösung bzw. schwarmbasierte Lösung) und von der Steuereinheit erfassbar ist. Die effizienzoptimierten Parameter des einen Kunden werden dabei beispielsweise auf das Gerät eines anderen Kunden übertragen, insofern die Betriebsbedingungen (Gerätetyp, Einbausituation, Gerätealter, Umgebungstemperatur, Reglerstellungstemperaturen, etc.) vergleichbar sind.
  • Die Steuereinheit kann weiterhin eine Predictive Maintenance- Funktion umfassen, bei welcher die Art und Weise des zeitlichen Änderungsverlaufs der jeweils optimalen Parameter bezüglich eines Hinweises auf ein zeitnahes Komponentenversagen analysiert wird.
  • Weiterhin kann die Steuereinheit eine Eigenprüffunktion aufweisen und dazu ausgelegt sein, einen neuen Parameterdatensatz dahingehend eigenständig zu bewerten und zu überprüfen, als dass dieser keine unerwünschten oder schadhaften Betriebsbedingungen hervorrufen kann. Dies kann sich z.B. auf eine verkürzte Lebensdauererwartung der Komponenten, insbesondere den Verdichter betreffend, oder eine erhöhte Lärmentwicklung beziehen.
  • Besonders bevorzugt ist es, wenn das Kühl- und/oder Gefriergerät bzw. dessen Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass das Auffinden eines Optimums, insbesondere eines energetischen Optimums des Gerätes mit Hilfe der Verdampfertempertur als gemessene Größe und mit Hilfe der Öffnungsstellung eines Expansionsventils erfolgt. Das Expansionsventil wird von dem Kältemittel durchströmt, bevor dieses in den Verdampfer gelangt.
  • In diesem Fall ist die Steuereinheit derart augebildet, dass in mehreren Messzyklen verschiedene Öffnungsstellungen des Expansionsventils eingestellt werden und sodann jeweils die Verdampfertempertur während eines Betriebszyklus des Kompressors gemessen wird.
  • Vorzugsweise weist das Gerät somit ein Expansionsventil, bevorzugt ein Mikroexpansionsventil auf, das im Folgenden auch einfach als MEV bezeichnet wird. Die im Rahmen dieser Erfindung offenbarten Merkmale zu einem Expansionsventil gelten in gleicher Weise auch für ein MEV um umgekehrt.
  • Somit kann es sich bei dem gemessen Betriebsparameter um die Verdampfertemperatur handeln und dass die Steuereinheit kann dazu ausgelegt sein, die Öffnungsstellung des Expansionsventils zum Zwecke der Optimierung in Abhängigkeit der gemessenen Verdampfertemperatur einzustellen.
  • Im Rahmen dieses Optimierungsprozesses ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, im Rahmen der Optimierung nur die Öffnungsstellung des Expansionsventils einzustellen und die Betriebsparameter aller anderen Komponenten nicht zu verändern. In anderen Worten wird vorzugsweise beim Auffinden einer optimalen Stellung des Expansionsventils kein anderer Betriebsparameter, wie z.B. die Kompressordrehzahl oder eine Ventilatordrehzahl verändert, d.h. es gibt keine "Störgrößen".
  • Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, im Rahmen der Optimierung mehrere Iterationen bei unterschiedlichen Öffnungsstellungen des Expansionsventils vorzunehmen und dass eine Iteration beendet wird, wenn zunächst ein Absinken der Verdampfertemperatur und sodann wieder ein Anstieg der Verdampfertemperatur gemessen wird.
  • Vorzugsweise ist eine Iteration eine Einschaltphase des Kompressors. In dieser ist das Expansionsventil geöffnet. Es wird mit dem Ausschalten des Kompressors geschlossen und mit der nächsten Inbetriebnahme des Kompressors, d.h. mit Beginn einer neuen Iteration wieder geöffnet. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Kompressorlaufzeit sowie die Öffnungsdauer des Expansionsventils in jedem der Iterationen konstant sind, d.h. von Iteration zu Iteration nicht geändert werden.
  • Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu ausgelegt, die Öffnungsstellung des Expansionsventils als optimal zu bestimmen, bei der die niedrigste Verdampfertemperatur und/oder der größte Gradient der Verringerung der Verdampfertemperatur und/oder die längste Phase konstanter Verdampfertemperatur während einer Zeitpanne, in der der Kompressor eingeschaltet ist, und/oder die niedrigste Verdampfertemperatur zum Zeitpunkt des Ausschaltens des Kompressors gemessen oder berechnet wurde. Eine einzelne Iteration wird vorzugsweise auch dann beendet, wenn eine Abschaltbedingung im Gerät erreicht wird - so wie bei der normalen Regelung mit Ein- und Ausschaltwert bzw. mit zeitbasierter Regelung. Denkbar ist es, die Öffnungsstellung Expansionsventils somit als optimal zu bestimmen, wenn eine Ausschaltbedingung für den Kompressor erreicht wird, insbesondere wenn die Zieltemperatur in dem gekühlten Innenraum oder Ziellaufzeit des Kompressors erreicht ist.
  • Die Verdampfertemperatur fällt während einer Einschaltphase des Kompressors. Als Optimum kann die Öffnungsstellung des Expansionsventils erachtet werden, bei der während der Einschaltphase die niedrigste Verdampfertemperatur und/oder der größte Gradient der Verringerung der Verdampfertemperatur und/oder die längste Phase konstanter Verdampfertemperatur gemessen wird.
  • Auch kann auch die Öffnungsstellung des Expansionsventils als optimal erachtet werden, bei der die Verdampfertemperatur zum Zeitpunkt des Ausschaltens des Kompressors minimal ist.
  • Vorzugsweist ist vorgesehen, dass die Steuereinheit so ausgebildet ist, dass die in den mehreren Iterationen eingestellten Öffnungsstellungen des Expansionsventils sowohl Öffnungsstellungen des Expansionsventils umfasst, die größer sind als die als optimal bestimmte Öffnungsstellung des Expansionsventils, als auch solche, die kleiner sind als die als optimal bestimmte Öffnungsstellung des Expansionsventils. Mehrere weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind im Folgenden stichpunktartig zusammengestellt. Diese können als solche oder auch in beliebigen Kombinationen Anwendung finden. Die Steuereinheit kann ausgebildet sein, diese Schritte durchzuführen bzw. zu veranlassen.
    • Vorzugsweise ist insbesondere die Optimierung der Stellung des Expansionsventils durch Messung der Verdampfertemperatur vorgesehen.
    • Vorzugsweist ist ein Schrittmotor vorhanden, mittels dessen die Stellung, d.h. die Öffnungsposition des Expansionsventils veränderbar ist.
    • Die Optimierung der Stellung des Expansionsventils kann in mehreren Prozessschritten stattfinden.
    • Ein Prozessschritt zur Optimierung der Stellung des Expansionsventils kann ein Prozessschritt sein, bei dem unter Konstanthaltung weiterer Betriebsparameter des Gerätes, insbesondere der Drehzahlen von Kompressoren und Ventilatoren, nur die Stellung des Expansionsventils verändert wird.
    • Die Stellung des Mikroexpansionsventils kann von einer Stellung mit geringem Durchfluss hin zu einer Stellung mit hohem Durchfluss verändert werden.
    • Die Stellung des Mikroexpansionsventils kann von einer Stellung mit hohem Durchfluss hin zu einer Stellung mit geringem Durchfluss verändert werden.
    • Denkbar ist es, dass die Steuereinheit so ausgebildet ist, dass der erste Prozessschritt beendet wird, nachdem zunächst ein Absinken der Verdampfertemperatur an der Messstelle und anschließend ein Anstieg der Verdampfertemperatur an der Messstelle beobachtet wurde.
    • Vorzugsweise ist wird diejenige Position des Mikroexpansionsventils als optimal ermittelt, bei der die niedrigste Verdampfertemperatur unmittelbar vor der Veränderung der Ventilstellung beobachtet wird.
    • Vorzugsweise wird die Position des Mikroexpansionsventils als optimal ermittelt, bei der die niedrigste Verdampfertemperatur beobachtet wurde, ausgewählt aus den durchlaufenen Betriebszuständen, insbesondere aus den eingestellten Ventilpositionen.
    • Denkbar ist es, dass die Position des Mikroexpansionsventils, bei der die niedrigste Verdampfertemperatur zu erwarten ist, unter Anwendung einer mathematischen Methode aus den Messdaten ermittelt wird.
    • Denkbar ist es weiterhin, dass ein oder mehrere weitere Schritte durchgeführt werden, bei denen das Verhalten des Gerätes im zyklischen Kühlbetrieb untersucht wird.
    • Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Kühl- und / oder Gefriergerät in einem Betriebsmodus betrieben wird, in dem nacheinander in mehreren Kühlzyklen ein Betrieb mit mehreren unterschiedlichen Stellungen des Expansionsventils durchgeführt wird.
    • Denkbar ist es, dass die in den einzelnen Kühlzyklen eingestellten Stellungen des Expansionsventils sowohl Stellungen mit kleinerem als auch mit größerem Durchfluss beinhalten, als diejenige Stellung, die zur geringsten Verdampfertemperatur vor dem Abschalten des Kompressors geführt hat.
    • Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die diejenige Stellung des Expansionsventils, bei der die niedrigste Verdampfertemperatur vor dem Abschalten des Kompressors beobachtet wurde, aus den durchlaufenen Betriebszuständen, insbesondere aus den eingestellten Stellungen des Expansionsventils, ausgewählt wird.
    • Denkbar ist es, dass die Position des Mikroexpansionsventils, bei der die niedrigste Verdampfertemperatur zu erwarten ist, unter Anwendung einer mathematischen Methode aus den Messdaten ermittelt wird.
    • In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Kühl- und / oder Gefriergerät mit einer gemäß der Erfindung ermittelten Stellung des Expansionsventils, bei der die niedrigste Verdampfertemperatur beobachtet wurde bzw. zu erwarten ist, betrieben wird.
    • Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Gerät mit einer gemäß den vorigen Ansprüchen ermittelten und anschließend um einen vorgegebenen Wert veränderten Stellung des Expansionsventils betrieben wird.
    • Vorzugsweise erfolgt die Optimierung von kleineren zu größeren Öffnungsstellungen des MEV.
    • Vorzugsweise erfolgt die Veränderung der Öffnungsstellungen um einen konstanten Betrag.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion eines Energieverbrauchs eines Kühl- und / oder Gefriergeräts mit mindestens einer Komponente, mit den Schritten: Messen eines Energieverbrauchs des Kühl- und / oder Gefriergeräts und / oder mindestens einer Komponente davon, und selbsttätige Anpassung und / oder Optimierung mindestens einer Einstellung der mindestens einen Komponente hinsichtlich des mindestens einen Parameters zur Reduktion des Energieverbrauchs.
  • An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Schritte, die die Steuereinheit eines erfindungsgemäßen Kühl- und/oder Gefriergerät durchführen kann, auch Gegenstand des im Rahmen der vorliegenden Erfindung beanspruchten Verfahrens sein können, wie z.B. die Einstellung der optimalen Öffnungsstellung des Mikroexpansionsventils in Abhängigkeit von der Verdampfertemperatur.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren können mehrere hinsichtlich mindestens eines Parameters, vorzugsweise mehrerer Parameter einstellbare Komponenten bei dem Kühl- und / oder Gefriergerät vorhanden sein und systematisch mindestens eine Einstellung bei mehreren Komponenten nacheinander und / oder mehrere Einstellungen hinsichtlich unterschiedlicher Parameter bei jeweils einer Komponente angepasst und / oder optimiert werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird eine Einstellung mindestens einer Komponente hinsichtlich mindestens eines Parameters von einem aktiven Zyklus eines Verdichters des Kühl- und / oder Gefriergerät zu dem nächsten aktiven Zyklus des Verdichters und / oder innerhalb eines aktiven Zyklus des Verdichters angepasst.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird mindestens eine Einstellung mindestens einer Komponente hinsichtlich mindestens einer der folgenden Parameter angepasst und / oder optimiert: a) Verdichterdrehzahl mindestens eines Verdichters; b) Öffnungsgrad mindestens eines Ventils, insbesondere eines Expansionsventils; c) Ventilatordrehzahl mindestens eines Ventilators, vorzugsweise am Verdampfer und / oder Verflüssiger und d) Laufzeit einer Kältebeaufschlageung eines Kühlteils und/ oder eines Gefrierteils sowie vorzugsweise einer anschließenden Standzeit eines Verdichters.
  • Zur Durchführung des Verfahrens kann auf eine Steuereinheit oder zumindest eine Funktionseinheit davon zurückgegriffen werden, welche dazu ausgelegt ist, einen Energieverbrauch des Kühl- und / oder Gefriergeräts und / oder der mindestens einen Komponente zu messen, wobei die Steuereinheit und / oder die Funktionseinheit geräteintern, vorzugsweise auf einer Platine eines Verdichterinverters des Kühl- und / oder Gefriergeräts und / oder auf einer Gerätehauptelektronik, oder geräteextern, beispielsweise als mit dem Kühl- und / oder Gefriergerät kommunikationsfähige externe Vorrichtung, implementiert ist.
  • Der Energieverbrauch des Kühl- und / oder Gefriergeräts und / oder der mindestens einen Komponente kann kontinuierlich für einen oder mehrere Zyklen eines Verdichters des Kühl- und / oder Gefriergeräts gemessen werden und auf der Grundlage der Messwerte kann mindestens ein Beharrungszustand und / oder mindestens eine Änderung einer Betriebsbedingung erfasst werden.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren und / oder ein Vorgang zur Anpassung und / oder Optimierung zur Reduktion des Energieverbrauchs der Einstellung der mindestens einen Komponente hinsichtlich des mindestens einen Parameters kann in Folge eines vorzugsweise von einer Steuereinheit des Kühl- und / oder Gefriergeräts erfassten Ereignisses, insbesondere eines erfassten Beharrungszustands oder Änderung einer Betriebsbedingung und / oder zu vorbestimmten Zeitintervallen selbsttätig ausgeführt werden.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren und / oder ein Vorgang zur Anpassung und / oder Optimierung zur Reduktion des Energieverbrauchs der Einstellung der mindestens einen Komponente hinsichtlich des mindestens einen Parameters kann abgebrochen oder unterbrochen werden, wenn während des laufenden Verfahrens oder Vorgangs eine Störung des Verfahrens oder Vorgangs durch eine Steuereinheit des Kühl- und / oder Gefriergeräts erfasst wurde, und ein Zeitpunkt zur erneuten Ausführung des Vorgangs, vorzugsweise zur Nachtzeit oder wenn mit keiner Störung zu rechnen ist (wie z.B. im Urlaub etc.), kann selbsttätig bestimmt werden.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann weiterhin den Schritt umfassen: Ausgeben einer Benachrichtigung vorzugsweise mittels einer Kommunikationseinheit an ein externes Endgerät, wenn vorzugsweise mittels einer Steuereinheit des Kühl- und / oder Gefriergeräts erfasst wurde, dass sich das Kühl- und / oder Gefriergerät in einem energetisch optimalen Betriebszustand befindet.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann weiterhin den Schritt umfassen: Aktivierung und / oder Deaktivierung einer Ausführung des Verfahrens und / oder eines Vorgangs zur Anpassung und / oder Optimierung der Einstellung der mindestens einen Komponente zur Reduktion des Energieverbrauchs für einen bestimmten Zeitraum, vorzugsweise durch Tätigen einer Eingabe an einer Eingabeeinheit, und / oder Zurücksetzen einer Einstellung der mindestens einen Komponente hinsichtlich des mindestens einen Parameters auf eine Ausgangseinstellung, vorzugsweise durch Tätigen einer Eingabe an der Eingabeeinheit.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann weiterhin den Schritt umfassen: Messen eines Energieverbrauchs einer ersten Komponente, vorzugsweise eines Verdichters, und selbsttätiges Anpassen und / oder Optimieren mindestens einer Einstellung der ersten Komponente sowie einer Mehrzahl an anderen Komponenten, vorzugsweise Ventilatoren, hinsichtlich eines oder mehrerer Parameter zur Reduktion des Energieverbrauchs, wobei Daten hinsichtlich eines Energieverbrauchs der Mehrzahl an anderen Komponenten aus einer Datenbank ausgelesen werden.
  • 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.
  • Weiterhin können alle hierin beschriebenen Merkmale der Erfindung beliebig miteinander kombiniert oder voneinander isoliert beansprucht werden.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1:
    ein beispielhaftes Schaubild eines erfindungsgemäßen iterativen Optimierungsvorgangs, bei welchen ein globales Optimum identifiziert wird.
    Fig. 2:
    ein beispielhaftes Schaubild eines erfindungsgemäßen iterativen Optimierungsvorgangs, bei welchen zwei globale Optima bezüglich unterschiedlicher Optimierungsparameter identifiziert werden.
    Fig. 3:
    illustriert einen erfindungsgemäßen Optimierungsalgorithmus gemäß einer ersten Variante,
    Fig. 4:
    illustriert einen erfindungsgemäßen Optimierungsalgorithmus gemäß einer zweiten Variante,
    Fig. 5:
    eine schematische Ansicht eines Verdampferfühlers und eines Luftfühlers an einem No-Frost-Verdampfer-Modul,
    Fig. 6:
    eine Darstellung zur Verdeutlichung der Bestimmung unteren und oberen Grenze der Öffnungsstellung des MEV für den Optimierungsvorgang und
    Fig. 7:
    eine weitere Darstellung zur Verdeutlichung der iterativen Bestimmung der unteren und oberen Grenze der Öffnungsstellung des MEV für den Optimierungsvorgang sowie Darstellung der optimalen Öffnungsstellung des MEV.
  • In Fig. 1 und 2 ist beispielhaft dargestellt, wie eine erfindungsgemäß ausgelegte Steuereinheit Schritt für Schritt die Parametereinstellungen ändert, um einem Optimum zuzusteuern.
  • Bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel ist das Optimum an einer anderen Stelle als am Ende des Algorithmus, nämlich am Anfang der betrachteten Zeitperiode. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die gesamte Zeitperiode auf ein globales Optimum untersucht wird, um dieses korrekt zu identifizieren.
  • Wie in Fig. 2 gezeigt, können während der bestimmten Zeitperiode, in welcher die Einstellung des Mikroexpansionsventils (MEV) und eines Ventilators (z.B. des Verdichterventilators "Fan_cond") variiert wird, verschiedene Optima z. B. bezüglich verschiedener Parameter auftauchen.
  • In Fig. 2 sind beispielhaft ein energetisches Optimum (3,2% Verbrauchsreduktion) und ein akustisches Optimum (7,5 V ist leiser als der Serienwert von 8,5 V) gezeigt.
  • In einem solchen Fall kann erfindungsgemäß eine Optimierung derart erfolgen, dass der Betrieb des Geräts energetisch optimiert (z.B. auf den Leistungssensor des Kompressorinverters) und/oder akustisch (z.B. auf Ventilatorspannung oder auf einen Beschleunigungssensor am Kompressorinverter o.ä.) optimiert wird. Beispielhafte Messwerte sind beispielsweise die Leistung (z.B. wenn der Energieverbrauch reduziert werden soll) oder die Lärmemission (z.B. wenn ein besonders leiser Betrieb angestrebt wird), eine Zeit, Zeitdauer, ein Datum, eine Drehzahl, eine Spannung, eine Beschleunigung, ein Luftdruck, eine Luftfeuchtigkeit, eine Lichtintensität, eine erfasste Türöffnung des Geräts oder eine beliebige Kombination davon.
  • In Fig. 3 ist eine Variante der erfindungsgemäßen Optimierung gezeigt.
  • Es wird eine unbestimmte Anzahl Messungen durchgeführt. Jede Messung wird mit dem vorhergehenden Wert und dem bisher erreichten Optimum verglichen und so Schritt für Schritt iterativ der gewünschte Wert verbessert, bis ein Optimum erreicht wird. Die Zeitdauer wird durch die Anzahl der optimierenden Komponenten, deren Reihenfolge und durch den Startpunkt des Algorithmus bestimmt.
  • Optional kann der Startpunkt einer Berechnungsmethode gemäß Fig. 4 annäherungsweise bestimmt werden, so dass die Anzahl der erforderlichen Messungen reduziert werden kann.
  • In Fig. 3 wird das Verfahren beispielhaft für zwei Komponenten (Kompressor und Verdichterbelüfters "Fan_cond") dargestellt, und die Optimierung erfolgt in diesem Beispiel mit dem Ziel eines energetischen Optimums. Dabei wird vorzugswiese, wie in Fig. 1 dargestellt, kontrolliert, dass ein Optimum global oder lokal beachtet wird, nicht nur Schritt für Schritt. D.h. am Ende des Optimierungsalgorithmus muss kontrolliert werden, ob der letzte Wert tatsächlich das Optimum ist, oder ob durch unpassende Beharrungskriterien, Toleranzangaben oder weitere Ungenauigkeiten den "Weg" zum Optimum verfälscht haben.
  • In Fig. 4 ist die Vorgehensweise eines alternativen Optimierungsalgorithmus dargestellt.
  • Hierbei werden die Parametersettings in sinnvollen Grenzen gewählt und in diesen Grenzen wird eine fixe Anzahl an Messungen durchgeführt (In Fig.4 z.B. neun Messungen mit dem Optimierungsziel Energieverbrauch), deren Ergebnis der zu optimierende Wert ist.
  • In anderen Worten wird eine fixe bzw. vorbestimmte Anzahl Messungen an vorbestimmten Punkten in einem Parameterkoordinatensystem durchgeführt und über ein mathematisches Modell wird das Optimum an Parametersettings berechnet.
  • Dabei ist jedoch anders als bei der Variante aus Fig. 3 die Reihenfolge der Messungen vorzugsweise nicht festgelegt. Es sollen hauptsächlich oder ausschließlich die möglichen Bereiche der Parametereinstellungen abgedeckt werden. Im Anschluss an die Messungen wird über ein mathematisches Modell das gewünschte globale oder lokale Optimum errechnet und die Parameter dann so nahe wie möglich an dieses Optimum eingestellt.
  • Es gibt auch die Möglichkeit die Varianten der Figuren 3 und 4 zu kombinieren. Beispielhaft könnte zuerst die Variante der Fig. 4 durchgeführt werden, um die idealen Startpunkte zu finden, so, dass die Variante aus Fig. 3 im Anschluss in nur wenigen Schritten auf das Optimum kommt.
  • Allgemein sollte der Parameteroptimierungsvorgang vorzugsweise zu Zeiten ausgeführt werden, in denen das Gerät ohne Türöffnungen und ohne sonstige geänderte Umgebungseinflüsse in bestmöglicher Beharrung läuft, beispielsweise nachts. Insofern während der Optimierungsprozedur eine Türöffnung stattfindet, so kann die Prozedur abgebrochen und zu einem anderen Zeitpunkt (z. B. zur Nachtzeit) erneut ausgeführt werden.
  • Fig. 5 zeigt ein Verdamfer-No-Frostmodul mit dem Bezugszeichen 100, mit 110 ein ein Verdampferfühler, d.h. ein Sensor zur Erfassung der Temperatur des Verdampfers, der direkt am Verdampfer angeordnet ist, und mit 120 ein Lufttemperaturfühler gekennzeichnet. Letzterer misst die Lufttemperatur nicht unmittelbar am Verdampfer, sondern von diesem beabstandet.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung lässt die Abkühlkurve, d.h. der Temperaturverlauf des mit dem Verdampferfühler 110 gemessenen Temperaturwertes 110 Rückschlüsse zu, die im Rahmen der Optimierung des Energieverbrauchs des Gerätes wesentlich sind.
  • Fig. 6 zeigt den Verlauf der mit dem Verdampferfühler gemessenen Temperatur über die Zeit bei unterschiedlichen Öffnungsstellungen des MEV, die hier unter der Grafik mit 100 bis 120 dargestellt sind. Auf der Ordinate links ist die gemessene Verdampfertemperatur, auf der Ordinate rechts die Öffnungsposition des MEV und auf der Abszisse die Zeit dargestellt.
  • Ein Anfangswert sowie ein Endwert für die Öffnungsstellung des MEV wird durch einen Vergleich der Verdampfertemperatur am Start (TE,Start) und am Ende (TE,End) eines Zyklus ermittelt. Die Öffnungsposition des MEV wird alle fünf Minuten um einen bestimmten Wert vergrößert, wie dies durch die stufenförmige Funktion in Fig. 6 gezeigt ist. Der Verlauf der Verdampfertemperatur ist mit V gekennzeichnet.
  • Dabei ist die untere Grenze definiert als TE,Start - ΔTs ≥ TE,End. Die Endtemperatur muss somit um einen bestimmten Betrag unter der Starttemperatur liegen.
  • Die obere Grenze ist definiert als TE,Start + ΔTs ≤ TE,End .Die Endtemperatur darf somit nicht um einen bestimmten Betrag über der Starttemperatur liegen.
  • ΔTs ist vorzugsweise als konstanter Wert definiert, beispielsweise als ein Wert von 0,3 K.
  • In dem Beispiel gemäß Fig. 6 sind die vorgenannten Voraussetzungen erfüllt zwischen einer Öffnungsposition des MEV von 100 und 120.
  • Fig. 7 a) bis c) zeigt die Verdampfertemperatur auf der linken Ordinate, auf der Abszisse die Zeit und auf der rechten Ordinate die Öffnungsposition des MEV.
  • Der Verlauf der Verdampfertemperatur ist mit V gekennzeichnet.
  • In dem jedem der dargestellten Intervalle läuft der Kompressor mit der gleichen Leistung bzw. Drehzahl.
  • Die vertikalen Linien kennzeichnen jeweils das Einschalten des Kompressors, gleichzeitig dazu das Öffnen des MEV sowie das Ausschalten des Kompressors und gleichzeitg dazu das Schließen des MEV, in dazwischen befindlichen Bereichen läuft der Kompressor mit konstanter Drehzahl (horizontale Linien).
  • Dadurch ergibt sich die in Fig. 7 gezeigte, sich wiederholende kastenförmige Struktur. Zwischen jeweils zwei dieser Kästen ist der Kompressor ausgeschaltet und das MEV geschlossen.
  • In Fig. 7 a ist das MEV in dem Zeitintervall A mit dem Wert 98 geöffnet, in dem Zeitintervall B mit dem Wert 102, in dem Zeitintervall C mit dem Wert 109, in dem Zeitintervall D mit dem Wert 116 und in dem Zeitinterval E mit dem Wert 123. Je größer der Wert, desto weiter ist das MEV für den Durchfluss von Kältemittel zum Verdampfer geöffnet.
  • Aus Fig. 7 a geht hervor, dass die geringste Verdampfertemperatur in dem Intervall C gemessen wird.
  • In einem weiteren nachfolgenden Zyklus, wird dies wiederholt, allerdings wird zum Zwecke der Ermittlung des Optimums der Bereich der Werte für die Öffnung des MEV gegenüber Fig. 7 a beidseitig verringert.
  • Dies ergibt sich aus Fig. 7 b. In diesem Fall werden wie aus der Figur ersichtlich Öffnungswerte des MEV von 102, 106, 110, 114 und 118 eingestellt, wobei die geringste Verdampfertemperatur bei einem MEV-Öffnungswert von 110 erhalten wird.
  • Das Interval aus Fig. 7 b wird nun weiter verringert, wie dies aus Fig. 7 c hervorgeht.
  • In Fig. 7 c sind die Öffnungswerte des MEV 106, 108, 110 und 112. Aus Fig. 7 c ergibt sich, dass die geringsten Verdampfertemperaturen bei Werten von 108 und 110 erhalten werden.
  • Diese Routine der Einstellung des MEV kann zu bestimmten Zeiten automatisiert vom Gerät wiederholt durchlaufen werden oder auch bei Eintritt eines bestimmten Ereignisses, wie z.B. nach einer Türöffnung, nach einem Stromausfall oder auch nach einem Abtauvorgang des Nofrost-Verdampfers.
  • Die Routine ist in Fig. 7 für eine Außentemperatur von 30 °C gezeigt. Denkbar ist, es, dass sich bei einer anderen Außentemperatur ein anderer Optimalwert für die Öffnungsposition des MEV ergibt.

Claims (20)

  1. Kühl- und / oder Gefriergerät mit mindestens einer hinsichtlich mindestens eines Parameters einstellbaren Komponente und einer Steuereinheit, welche dazu ausgelegt ist, einen Betriebsparameter des Kühl- und / oder Gefriergeräts und / oder der mindestens einen Komponente zu messen und eine Einstellung der mindestens einen Komponente hinsichtlich des mindestens einen Parameters selbsttätig derart anzupassen und / oder zu optimieren, dass die Einstellung einem innerhalb einer bestimmten Zeitperiode erfassten globalen oder lokalen Optimum entspricht.
  2. Kühl- und / oder Gefriergerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der bestimmten Zeitperiode in einem iterativen Prozess der Betriebsparameter mehrfach gemessen und die Einstellung mehrfach angepasst wird, woraufhin rückblickend durch die Steuereinheit ein durch die Messwerte angezeigtes globales oder lokales Optimum identifiziert wird.
  3. Kühl- und / oder Gefriergerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der bestimmten Zeitperiode der Betriebsparameter für eine vorbestimmte Anzahl an Malen gemessen wird und die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, mittels eines mathematischen Modells aus den Messwerten ein globales oder lokales Optimum sowie die zugehörigen Einstellungen der Bertiebsparameter zu ermitteln.
  4. Kühl- und / oder Gefriergerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das globale oder lokale Optimum hinsichtlich mindestens zweier Betriebsparameter, vorzugsweise hinsichtlich des Energieverbrauchs und der Lärmemission, identifiziert wird.
  5. Kühl- und / oder Gefriergerät gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Betriebsparameter, hinsichtlich derer das globale oder lokale Optimum identifiziert wird, durch einen Benutzer mittels einer geräteexternen oder im Gerät integrierten Eingabeeinheit einstellbar sind und / oder eine relative Gewichtung der mindestens zwei Betriebsparameter, hinsichtlich derer das globale oder lokale Optimum identifiziert wird, durch einen Benutzer mittels einer geräteexternen oder im Gerät integrierten Eingabeeinheit einstellbar ist.
  6. Kühl- und / oder Gefriergerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionalität der Steuereinheit zumindest teilweise außerhalb des Kühl- und / oder Gefriergeräts, beispielsweise in der Cloud oder auf einem externen Computer oder Server, läuft.
  7. Kühl- und / oder Gefriergerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere hinsichtlich mindestens eines Parameters, vorzugsweise mehrerer Parameter einstellbare Komponenten vorhanden sind und die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, systematisch für eine bestimmte Zeitperiode mindestens eine Einstellung bei mehreren Komponenten nacheinander und / oder mehrere Einstellungen hinsichtlich unterschiedlicher Parameter bei jeweils einer Komponente anzupassen und / oder zu optimieren und daraufhin ein globales oder lokales Optimum der Einstellungen innerhalb der bestimmten Zeitperiode zu erfassen, und/oder dass die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, eine Einstellung mindestens einer Komponente hinsichtlich mindestens eines Parameters von einem aktiven Zyklus eines Verdichters des Kühl- und / oder Gefriergerät zu dem nächsten aktiven Zyklus des Verdichters und / oder innerhalb eines aktiven Zyklus des Verdichters anzupassen.
  8. Kühl- und / oder Gefriergerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, mindestens eine Einstellung mindestens einer Komponente hinsichtlich mindestens einer der folgenden Parameter anzupassen: a) Verdichterdrehzahl mindestens eines Verdichters; b) Öffnungsgrad mindestens eines Ventils, insbesondere eines Expansionsventils, insbesondere eines Mikroexpansionsventil im Kältemittelkreislauf vor dem Verdampfer; c) Ventilatordrehzahl mindestens eines Ventilators, vorzugsweise am Verdampfer und / oder Verflüssiger und d) Laufzeit einer Kältebeaufschlageung eines Kühlteils und/ oder eines Gefrierteils sowie vorzugsweise einer anschließenden Standzeit eines Verdichters.
  9. Kühl- und / oder Gefriergerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit oder zumindest eine Funktionseinheit davon, welche dazu ausgelegt ist, einen Betriebsparameter des Kühl- und / oder Gefriergeräts und / oder der mindestens einen Komponente zu messen, geräteintern, vorzugsweise auf einer Gerätehauptelektronik, oder geräteextern, beispielsweise als mit dem Kühl- und / oder Gefriergerät kommunikationsfähige externe Vorrichtung, implementiert ist und/oder dass die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, einen Vorgang zur Anpassung und / oder Optimierung der Einstellung der mindestens einen Komponente hinsichtlich des mindestens einen Parameters abzubrechen oder zu unterbrechen, wenn während des laufenden Vorgangs eine Störung des Vorgangs durch die Steuereinheit erfasst wurde, und selbsttätig einen Zeitpunkt zur Wiederaufnahme des Vorgangs, vorzugsweise zur Nachtzeit, zu bestimmen.
  10. Kühl- und / oder Gefriergerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Kommunikationseinheit vorhanden ist, welche dazu ausgelegt ist, eine Benachrichtigung vorzugsweise an ein externes Endgerät auszugeben, wenn die Steuereinheit zu einem Zeitpunkt erfasst hat, dass sich das Kühl- und / oder Gefriergerät in einem Betriebszustand befindet, welcher einem globalen oder lokalen Optimum entspricht.
  11. Kühl- und / oder Gefriergerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Eingabeeinheit vorhanden ist, mittels welcher die Ausführung eines Vorgangs zur Anpassung und / oder Optimierung der Einstellung der mindestens einen Komponente für einen bestimmten Zeitraum aktivierbar oder deaktivierbar ist und / oder mittels welcher die Einstellung der mindestens einen Komponente hinsichtlich des mindestens einen Parameters auf eine Ausgangseinstellung zurücksetzbar ist.
  12. Kühl- und/oder Gefriergerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Komponente um ein in mehrere Öffnungsstellungen verstellbares Expansionsventil handelt und dass es sich bei dem gemessen Betriebsparameter um die Verdampfertemperatur handelt und dass die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, die Öffnungsstellung des Expansionsventils zum Zwecke der Optimierung in Abhängigkeit der gemessenen Verdampfertemperatur einzustellen, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, im Rahmen der Optimierung nur die Öffnungsstellung des Expansionsventils einzustellen und die Betriebsparameter aller anderen Komponenten nicht zu verändern.
  13. Kühl- und/oder Gefriergerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, im Rahmen der Optimierung mehrere Iterationen bei unterschiedlichen Öffnungsstellungen des Expansionsventils vorzunehmen und dass eine Iteration beendet wird, wenn zunächst ein Absinken der Verdampfertemperatur und sodann wieder ein Anstieg der Verdampfertemperatur gemessen wird.
  14. Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, die Öffnungsstellung des Expansionsventils als optimal zu bestimmen, bei der die niedrigste Verdampfertemperatur und/oder der größte Gradient der Verringerung der Verdampfertemperatur und/oder die längste Phase konstanter Verdampfertemperatur während einer Zeitpanne, in der der Kompressor eingeschaltet ist, und/oder die niedrigste Verdampfertemperatur zum Zeitpunkt des Ausschalten des Kompressors gemessen oder berechnet wurde oder wenn eine Ausschaltbedingung für den Kompressor erreicht wird, insbesondere wenn die Zieltemperatur in dem gekühlten Innenraum oder Ziellaufzeit des Kompressors erreicht wird.
  15. Kühl- und/oder Gefriergerät nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die in den mehreren Iterationen eingestellten Öffnungsstellungen des Expansionsventils sowohl Öffnungsstellungen des Expansionsventils umfasst, die größer sind als die als optimal bestimmte Öffnungsstellung des Expansionsventils, als auch solche, die kleiner sind als die als optimal bestimmte Öffnungsstellung des Expansionsventils.
  16. Verfahren zur Optimierung mindestens eines Betriebsparameters eines Kühl- und / oder Gefriergeräts mit mindestens einer Komponente auf ein innerhalb einer bestimmten Zeitperiode identifizierbares globales oder lokales Optimum, mit den Schritten: Messen eines Betriebsparameters des Kühl- und / oder Gefriergeräts und / oder der mindestens einen Komponente und selbsttätiges Anpassen mindestens einer Einstellung der mindestens einen Komponente hinsichtlich des Betriebsparameters derart, dass die Einstellung einem innerhalb einer bestimmten Zeitperiode erfassten globalen oder lokalen Optimum entspricht.
  17. Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der bestimmten Zeitperiode in einem iterativen Prozess der Betriebsparameter mehrfach gemessen und die Einstellung mehrfach angepasst wird, woraufhin rückblickend durch eine Steuereinheit ein durch die Messwerte angezeigtes globales oder lokales Optimum identifiziert wird, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass innerhalb der bestimmten Zeitperiode der Betriebsparameter für eine vorbestimmte Anzahl an Malen gemessen wird und die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, mittels eines mathematischen Modells aus den Messwerten ein globales oder lokales Optimum sowie die zugehörigen Einstellungen hinsichtlich des mindestens einen Betriebsparameters zu ermitteln.
  18. Verfahren gemäß einem der Anbsprüche 16 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das globale oder lokale Optimum hinsichtlich mindestens zweier Betriebsparameter, vorzugsweise hinsichtlich des Energieverbrauchs und der Lärmemission, identifiziert wird und/oder dass die mindestens zwei Betriebsparameter, hinsichtlich derer das globale oder lokale Optimum identifiziert wird, durch einen Benutzer mittels einer geräteexternen oder im Gerät integrierten Eingabeeinheit einstellbar sind oder eingestellt werden und / oder eine relative Gewichtung der mindestens zwei Betriebsparameter, hinsichtlich derer das globale oder lokale Optimum identifiziert wird, durch einen Benutzer mittels einer geräteexternen oder im Gerät integrierten Eingabeeinheit einstellbar ist oder eingestellt wird.
  19. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zumindest teilweise oder vollständig von einer Steuereinheit außerhalb des Kühl- und / oder Gefriergeräts, beispielsweise in der Cloud oder auf einem externen Computer oder Server oder einem mobilen Endgerät, ausgeführt wird.
  20. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere hinsichtlich mindestens eines Parameters, vorzugsweise mehrerer Parameter einstellbare Komponenten vorhanden sind und systematisch für eine bestimmte Zeitperiode mindestens eine Einstellung bei mehreren Komponenten nacheinander und / oder mehrere Einstellungen hinsichtlich unterschiedlicher Parameter bei jeweils einer Komponente angepasst und / oder optimiert werden, woraufhin globales oder lokales Optimum der Einstellungen innerhalb der bestimmten Zeitperiode rückwirkend erfasst wird.
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EP3140025B1 (de) * 2014-05-09 2018-12-12 Atlas Copco Airpower Verfahren und vorrichtung zur kühltrocknung eines gases mit zirkulierender kühlflüssigkeit mit umgehungsleitung
CN112648793B (zh) * 2020-12-25 2022-07-29 Tcl家用电器（合肥）有限公司 风冷冰箱控制方法、控制装置、风冷冰箱及存储介质
CN114413543B (zh) * 2022-01-14 2024-04-05 海信冰箱有限公司 一种冰箱及其静音控制方法

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