ITTO20110324A1 - Metodo e dispositivo di controllo di un apparecchio refrigerante ed apparecchio refrigerante che implementa tale metodo. - Google Patents

Description

Descrizione dell'Invenzione Industriale dal titolo:

"METODO E DISPOSITIVO DI CONTROLLO DI UN APPARECCHIO REFRIGERANTE ED APPARECCHIO REFRIGERANTE CHE IMPLEMENTA TALE METODO"

DESCRIZIONE

[CAMPO DELL'INVENZIONE]

La presente invenzione si riferisce al settore degli elettrodomestici e in particolare ad un metodo e dispositivo per controllare un apparecchio refrigerante. Più in particolare l'invenzione si riferisce a un metodo secondo il preambolo della rivendicazione 1. Inoltre, la presente invenzione si riferisce a un apparecchio refrigerante che implementa il metodo della presente invenzione.

[ARTE NOTA]

Sono noti apparecchi refrigeranti comprendenti almeno una cella raffreddata, uno sportello per accedere alla cella raffreddata ed un circuito frigorifero che implementa un ciclo frigorifero. La cella contiene gli oggetti, tipicamente cibo, che devono essere raffreddati.

Nel circuito frigorifero un compressore comprime un fluido di ciclo, chiamato anche fluido refrigerante (ad esempio Freon o ammoniaca), in modo da far passare il fluido dallo stato gassoso allo stato liquido. Questo primo cambiamento di stato produce calore che viene estratto dal ciclo attraverso una serpentina a diretto contatto con l'ambiente esterno all'apparecchio refrigerante. Successivamente, il fluido allo stato liquido è fatto espandere ed evaporare e, portato a diretto contatto termico con la cella raffreddata, sottrae calore da quest'ultima.

I moderni apparecchi refrigeranti comprendono un compressore a giri variabili, chiamato anche compressore a capacità variabile, che è in grado di modulare il numero di giri del proprio motore elettrico e di conseguenza la capacità di raffreddamento del circuito in cui è inserito.

Un esempio di apparecchio refrigerante di questo tipo è noto dal brevetto EP1423649B1.

Attualmente, gli apparecchi refrigeranti comprendono un'unità di controllo che controlla il numero di giri del compressore in base alla richiesta di freddo che proviene dal circuito termodinamico, rilevabile ad esempio monitorando la temperatura dell'evaporatore. La temperatura dell'evaporatore infatti è indicativa della potenza frigorifera richiesta: tipicamente valori maggiori della temperatura dell'evaporatore corrispondono a valori maggiori della temperatura all'interno del vano da refrigerare e perciò danno luogo ad una maggiore potenza frigorifera richiesta. Viceversa, la riduzione della temperatura dell'evaporatore, indicando una riduzione della temperatura all'interno del vano da refrigerare, viene interpretata come richiesta di una minore potenza frigorifera.

La velocità (n° giri) del compressore è modulata in base alla retroazione di un parametro elettrico correlato alla condizione del gas refrigerante.

All'aumentare del carico termico, aumenta la temperatura di evaporazione del gas incrementando il parametro elettrico, per cui il sistema di controllo determina un aumento del numero giri del compressore.

Viceversa per temperatura bassa vi è una minore richiesta di incremento coppia e n° giri del compressore, il quale quindi funziona a minore consumo e rumore.

Durante il funzionamento dell'apparecchio refrigerante si ha formazione di brina, in particolare in corrispondenza delle parti più fredde, quali l'evaporatore del circuito refrigerante, dovuta all'umidità presente all'interno dell'apparecchio refrigerante. Lo strato di brina accresce durante il funzionamento, con l'effetto tra l'altro di accrescere l'isolamento termico tra l'evaporatore e l'ambiente da refrigerare peggiorando l'efficienza dello scambio termico.

Per ridare efficienza di funzionamento sono normalmente previste delle fasi di sbrinamento, in cui il sistema di controllo comanda l'accensione di mezzi riscaldanti per sciogliere la brina e così rimuoverla dall'evaporatore.

Durante le fasi di sbrinamento il compressore viene normalmente spento.

In condizioni di funzionamento gravose dell'apparecchio refrigerante, ad esempio per frequenti aperture della porta, oppure dovute al funzionare in ambienti ad elevata temperatura, il compressore aumenta la percentuale di tempo di accensione e la sua velocità, ed al limite potrebbe dover rimanere sempre acceso, al fine di fornire tutta la capacità refrigerante necessaria.

In tali condizioni, il compressore viene comunque spento al raggiungimento di una soglia predeterminata di tempo di funzionamento continuo. Infatti il sistema è programmato in modo tale da determinare lo spegnimento del compressore per un tempo determinato, al fine di ri-bilanciare la pressione nel circuito e l'olio lubrificante, eventualmente pompato nel circuito.

Ad esempio dopo un funzionamento continuo di 8 ore, il sistema di controllo spegne il compressore per 8 minuti.

Tuttavia il sistema interpreta questo arresto come una normale condizione di fine ciclo di raffreddamento, ed al ciclo successivo il sistema riprende con un funzionamento normale, dando priorità alle necessità di risparmio energetico, a basso consumo di energia elettrica (il cosiddetto "eco-mode"). Ciò determina il funzionamento del compressore a bassi giri alla riaccensione, determinando condizioni di lentezza di reazione e di incremento di velocità tali da non riuscire a garantire una riduzione soddisfad ente della temperatura interna del frigorifero, quindi col rischio di danneggiare il contenuto dell'apparecchio refrigerante (generalmente alimenti, o altri elementi o sostanze che invece devono essere mantenuti a temperatura bassa e controllata).

Un fattore aggravante si determina negli apparecchi refrigeranti del tipo noto come "no-frost" In essi l'evaporatore è soggetto ad una situazione di convezione forzata, e maggiori aumenti di perdite di carico o ghiacciature .

Infatti in condizioni gravose di funzionamento l'evaporatore si ricopre di ghiaccio riducendone l'efficienza di scambio termico.

Il ghiaccio aumenta all'aumentare della temperatura e del numero giri del compressore. L'aria umida aderisce alle pareti dell'evaporatore aumentando la formazione di ghiaccio e creando un fenomeno di incremento progressivo tale per cui il gas refrigerante assorbe sempre meno calore dal vano interno dell'apparecchio refrigerante.

In queste condizioni il compressore aumenta la percentuale di tempo di accensione e la sua velocità, ed al limite può rimanere sempre acceso. Anche in questo caso il sistema è programmato in modo tale da determinare lo spegnimento del compressore per un tempo determinato, al fine di ri-bilanciare la pressione nel circuito e l'olio.

Come già detto sopra, alla riaccensione, il compressore verrebbe controllato secondo le logiche di basso consumo energetico , quindi determinando un numero di giri basso con un incremento della velocità troppo lento, e creando effetti negativi adddirittura peggiori del caso precedente.

Viene rallentato il raffreddamento del contenuto dell'apparecchio refrigerante, peggiorandone la conservazione .

I problemi su esposti si possono inoltre verificare in seguito a qualsiasi situazione caratterizzata da uno spegnimento ed una successiva riaccensione del compressore.

[OBIETTIVI E SINTESI DELLA INVENZIONE]

Scopo della presente invenzione è quello di risolvere i problemi sopra elencati degli apparecchi refrigeranti noti.

In particolare, è scopo della presente invenzione quello di presentare un metodo per controllare un apparecchio refrigerante in modo più efficiente.

Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di presentare un metodo e dispositivo che permetta una corretta e affidabile conservazione del contenuto dell'apparecchio refrigerante .

E' anche scopo della presente invenzione quello di presentare un metodo per controllare un apparecchio refrigerante che sia di economica implementazione.

Questi ed altri scopi della presente invenzione sono raggiunti mediante un metodo ed un relativo apparecchio refrigerante incorporanti le caratteristiche delle rivendicazioni allegate, le quali formano parte integrante della presente descrizione.

1/ idea generale alla base della presente invenzione è di prevedere, in accordo con la rivendicazione 1, un metodo di controllo di un apparecchio refrigerante, detto apparecchio refrigerante comprendendo un circuito frigorifero in cui è inserito un compressore a giri variabili, una cella che viene raffreddata da detto circuito, in cui detto metodo comprende i passi di disattivazione di detto compressore e successiva riattivazione di detto compressore;

detto metodo essendo caratterizzato dal fatto di: memorizzare (402) il numero di giri a cui il compressore (203) operava a detta disattivazione; confrontare detto numero di giri alla disattivazione con un valore di soglia predeterminata; operare detta riattivazione del compressore (203) ad un numero di giri di riattivazione del compressore compreso tra detto numero di giri memorizzato e detto valore di soglia predeterminata, se detto numero di giri memorizzato è superiore a detto valore di soglia predeterminata .

Preferibilmente, il compressore continua a operare ad un numero di giri pari al numero di giri memorizzato, per un tempo predeterminato. Ciò permette di controllare il compressore, prima e dopo uno spegnimento, secondo un principio di continuità.

La presente invenzione si riferisce anche a un apparecchio refrigerante che comprende un circuito frigorifero, una cella raffreddata dal circuito frigorifero, un compressore a giri variabili inserito nel circuito frigorifero, un'unità di controllo operativamente connessa al compressore e atta a controllare il numero di giri del compressore, in cui l'unità di controllo esegue i passi del metodo oggetto della presente invenzione.

Altri scopi e vantaggi della presente invenzione saranno più chiari dalla descrizione dettagliata contenuta nel seguito.

[BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI]

Un esempio di realizzazione preferito e vantaggioso della presente invenzione viene descritto a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento alle figure allegate, in cui:

La Figura 1 mostra un esempio di realizzazione di un apparecchio refrigerante secondo la presente invenzione.

La Figura 2 mostra un esempio di realizzazione di un circuito frigorifero di un apparecchio refrigerante secondo la presente invenzione.

La Figura 3 mostra uno schema a blocchi di un sistema per controllare un apparecchio refrigerante.

La figura 4 mostra un diagramma di flusso di un metodo per controllare un apparecchio refrigerante secondo la presente invenzione.

Le figure sopracitate illustrano differenti aspetti e forme di realizzazione della presente invenzione; dove appropriato, strutture, componenti, materiali e/o elementi simili, sono indicati da uguali numeri di riferimento in differenti figure.

[DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL'INVENZIONE] Nell'esempio di Figura 1 viene illustrata una forma di realizzazione di un apparecchio refrigerante secondo la presente invenzione, in particolare un frigorifero 101.

L'apparecchio refrigerante 101 comprende una cella 102 in cui sono inseriti i cibi da conservare ad una temperatura minore di quella ambientale. Tale cella 102 è accessibile dall'esterno tramite uno sportello 103 posizionato sulla faccia frontale. La sua apertura permette a un utente di accedere alla cella 102 per inserire o estrarre i cibi. Al contrario, la sua chiusura permette di mantenere la cella 102 termicamente isolata dall'ambiente esterno.

L'apparecchio refrigerante 101 comprende un circuito frigorifero 201 che implementa un ciclo frigorifero per raffreddare la cella 102. Con riferimento alla figura 2, il circuito frigorifero 201 comprende un evaporatore 202, un compressore a giri variabili 203, un condensatore 204 ed una valvola di espansione 205. Questi elementi sono connessi tra loro tramite canali tubulari all'interno dei quali scorre un fluido refrigerante. L'evaporatore 202 è in contatto termico con la cella 102 e ha il compito di assorbirne il calore. L'assorbimento del calore avviene da parte del fluido che subisce il cambiamento di stato da liquido a gassoso. Il calore assorbito viene poi ceduto all'ambiente esterno tramite il condensatore 204, determinando il cambiamento di stato da gassoso a liquido.

L'apparecchio refrigerante 101 comprende ulteriormente un sistema di controllo 301 che viene ora descritto con riferimento alla figura 3 e che implementa un metodo di controllo mostrato in figura 4.

Il sistema di controllo 301 comprende un microcontrollore 304 di tipo in sé noto.

Il numero di giri del compressore a velocità variabile 203 è calcolato dal microcontrollore 304 e memorizzato in continuo in un registro interno 306, chiamato registro giri.

Il microcontrollore 304 trasmette il dato memorizzato nel registro giri 306 a un modulo elettronico 308 di controllo del compressore, ad esempio comprendente un inverter non visualizzato in figura, operativamente connesso sia al microcontrollore 304 sia al compressore 203.

Più in dettaglio, un'uscita digitale del microcontrollore 304 è connessa a un ingresso digitale dell'inverter, un'uscita analogica di potenza dell'inverter è connessa ad un ingresso elettrico del compressore 203 atto a ricevere una corrente di alimentazione. In base ai dati ricevuti dal microcontrollore 304, 1'inverter modula frequenza e ampiezza della corrente di alimentazione e conseguentemente il numero di giri del compressore 203.

Secondo un aspetto della presente invenzione, allo spegnimento del compressore (passo 402 in fig. 4) dovuto ad una qualsiasi causa, il dato relativo alla velocità (n° giri) del compressore all'istante di spegnimento viene memorizzato in un registro riattivazione 307 (passo 403 in

fig. 4).

Lo spegnimento del compressore può essere ad esempio dovuto al raggiungimento della soglia predeterminata di tempo di funzionamento continuo (ad esempio dopo un funzionamento continuo di 8 ore), di cui sopra, a seguito del quale il compressore viene spento per un periodo ad esempio di 8 minuti a scopo di riposo e ribilanciamento, oppure ad un intervento della logica di controllo della funzione di sbrinamento (di tipo noto), oppure ad un controllo di fine-ciclo (di tipo noto), oppure un normale controllo di termostatazione (cicli di ON/OFF) cause esterne , quali una caduta di tensione di rete al di sotto di un valore minimo (180 V) o un black-out energetico.

Il microcontrollore 304 confronta il dato memorizzato nel registro riattivazione 307 con una soglia di numero di giri memorizzata nell'area di memoria non volatile del microcontrollore 304 (passo 404 in fig. 4). Il valore della soglia dipende dal tipo di apparecchio refrigerante e dal tipo di compressore a regime variabile utilizzato. Preferibilmente la soglia è pari a 3000 giri al minuto.

Se il dato del registro riattivazione 307 è maggiore di o uguale alla soglia, il dato del registro riattivazione 307 viene trasferito nel registro giri 306; in tal modo, alla riattivazione del compressore, al termine della fase di spegnimento, il microcontrollore 304 impone al compressore 203 un numero giri pari a quello memorizzato nel registro riattivazione 307 (passo 405 in fig. 4), al fine di ottenere immediatamente una adeguata capacità refrigerativa sull'evaporatore, eliminando il transitorio di incremento lento della velocità.

In una possibile variante il numero di giri alla riaccensione può essere fissato ad un valore almeno pari a detto valore di soglia.

In una possibile variante il numero di giri alla riaccensione può essere fissato ad un valore compreso tra detto valore di soglia e detto valore memorizzato nel registro riattivazione 307.

In quest'ultimo caso il microcontrollore è in grado di determinare detto numero di giri alla riaccensione in base alla valutazione di parametri di funzionamento ad esempio dipendenti dalle circostanze che hanno determinato lo spegnimento del compressore.

In una forma di realizzazione preferita, il numero giri del compressore alla riaccensione viene mantenuto per un periodo di tempo predeterminato, chiamato tempo di assestamento, ad esempio per un tempo di 2 ore, al fine di avere la massima efficacia di refrigerazione, e garantire la migliore conservazione delle sostanze contenute nell'apparecchio refrigerante (passo 406 in fig. 4). Al termine del tempo di assestamento, il microcontrollore 304 ritorna alla modalità di normale funzionamento, in cui comanda il compressore 203 con un numero di giri che è determinato in un modo in sé noto, ad esempio secondo il normale ciclo di controllo basato su condizioni di risparmio energetico .

Se invece alla riaccensione il dato del registro riattivazione 307 è minore della soglia, il microcontrollore 304 mantiene la modalità di normale funzionamento e comanda il compressore 203 con un numero di giri che è determinato in un modo in sé noto, ad esempio, come sopra, secondo il normale ciclo di controllo basato su condizioni di risparmio energetico (passo 407 in fig. 4).

Il metodo di controllo della presente invenzione può essere vantaggiosamente realizzato tramite un programma per elaboratore, che comprende mezzi di codifica per la realizzazione di uno o più passi del metodo, quando questo programma è eseguito su di un elaboratore. Pertanto si intende che l'ambito di protezione si estende a detto programma per elaboratore ed inoltre a mezzi leggibili da elaboratore che comprendono un messaggio registrato, detti mezzi leggibili da elaboratore comprendendo mezzi di codifica di programma per la realizzazione di uno o più passi del metodo, quando detto programma è eseguito su di un elaboratore .

E' chiaro che molte varianti sono possibili all'uomo esperto del settore senza per questo fuoriuscire dall'ambito di protezione quale risulta dalle rivendicazioni allegate.

Il microcontrollore 304 potrebbe essere sostituito da un microprocessore o una generica unità di controllo.

Il modulo elettronico di controllo 308 del compressore potrebbe essere integrato direttamente nel compressore 203.

Infine, il sistema di controllo 301 oggetto della presente invenzione potrebbe essere compreso all'interno di un congelatore o di un qualsiasi elettrodomestico.

Tuttavia, anche queste forme di realizzazione non esulano dall'ambito di protezione della presente invenzione.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo di controllo di un apparecchio refrigerante (101), detto apparecchio refrigerante (101) comprendendo un circuito frigorifero (201) in cui è inserito un compressore a giri variabili (203), una cella (102) che viene raffreddata da detto circuito (201), in cui detto metodo comprende i passi di disattivazione (403) di detto compressore (203) e successiva riattivazione (406) di detto compressore (203); detto metodo essendo caratterizzato dal fatto di: - memorizzare (402) il numero di giri a cui il compressore (203) operava a detta disattivazione; - confrontare detto numero di giri alla disattivazione con un valore di soglia predeterminata; - operare detta riattivazione del compressore (203) ad un numero di giri di riattivazione del compressore compreso tra detto numero di giri memorizzato e detto valore di soglia predeterminata, se detto numero di giri memorizzato è superiore a detto valore di soglia predeterminata.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detto compressore (203) continua (407) a operare a detto numero di giri di riattivazione per un tempo predeterminato, successivamente a detta riattivazione.
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 2, in cui dopo detto tempo predeterminato, detto compressore (203) è fatto operare secondo un ciclo di controllo basato su condizioni di risparmio energetico.
4. 4. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui detta soglia predeterminata è pari a 3000 giri al minuto.
5. 5. Apparecchio refrigerante (101) comprendente un circuito frigorifero (201), una cella (102) che viene raffreddata da detto circuito (201), un compressore a giri variabili (203) inserito in detto circuito (201), un'unità di controllo (304) operativamente connessa a detto compressore (203) e atta a controllare il numero di giri di detto compressore (203), detto apparecchio (101) essendo caratterizzato dal fatto che detta unità di controllo (304) comprende mezzi per eseguire i passi del metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4.
6. 6. Apparecchio refrigerante (101) secondo la rivendicazione 5, in cui detto apparecchio (101) è un frigorifero o un congelatore.
7. 7. Dispositivo di controllo di un apparecchio refrigerante comprendente mezzi per eseguire i passi del metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4.