WO2004015342A1 - Kältegerät mit ventilator und steuerverfahren dafür - Google Patents

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WO2004015342A1
WO2004015342A1 PCT/EP2003/007949 EP0307949W WO2004015342A1 WO 2004015342 A1 WO2004015342 A1 WO 2004015342A1 EP 0307949 W EP0307949 W EP 0307949W WO 2004015342 A1 WO2004015342 A1 WO 2004015342A1
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compressor
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duty cycle
speed
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Athanasious Athanasiou
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BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH
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    • Y02B30/70—Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

Definitions

  • the present invention relates to a refrigeration device with a refrigerant circuit, in which a compressor, a condenser and an evaporator are connected to one another, and in which a fan on the condenser and / or the evaporator for intensifying the heat exchange between the condenser and the environment of the refrigeration device or is arranged between the evaporator and a refrigerator of the refrigerator.
  • Attaching a fan to a heat exchanger such as a condenser or evaporator of a refrigeration device has the advantage that the heat exchanger surface required to achieve the required heat exchange capacity is reduced, so that compact, inexpensive heat exchangers can be used.
  • a fan complicates the construction of a refrigerator and thus increases the risk of malfunctions.
  • the operating noise of a refrigerator is also increased by adding a fan.
  • the object of the present invention is to provide a refrigeration device with heat exchange reinforced by a fan, which is energy-saving and has a low noise level.
  • a refrigeration device with the feature of claim 1. While in conventional refrigeration devices the fan is switched on and off coupled to the operation of the compressor at a fixed speed, different speeds of the fan can be realized in the refrigeration device according to the invention.
  • a switch can be provided on which a user can set the speed of the fan; the setting can be made, for example, on the basis of the expected average ambient temperature of the refrigerator. In the case of a high ambient temperature, for example in a tropical environment, a high heat exchange capacity is required. In this case, a high speed is expediently set in accordance with a nominal power specified for the type of fan.
  • the fan When used in a cooler environment, for example in a normally heated living room with a moderate climate, and even more when used in an unheated room, for example in a basement, the fan can be set by setting a lower speed Power consumption is reduced, its service life is extended and noise is reduced.
  • the speed of the fan is preferably set automatically by a control circuit which also serves to switch the compressor and the fan on and off.
  • this control circuit is set up to operate the fan either with one of two discrete speed levels, a full or a reduced speed.
  • the control circuit is connected to a temperature sensor, which is used to record the temperature in the vicinity of the fan, and determines the speed of the fan based on the temperature recorded by this sensor.
  • a temperature sensor which is used to record the temperature in the vicinity of the fan, and determines the speed of the fan based on the temperature recorded by this sensor.
  • the control circuit is configured to detect the relative duty cycle of the compressor and to determine the speed of the fan based on this relative duty cycle.
  • This option is practical both for a fan attached to the evaporator of the refrigerator and for a fan attached to the condenser; in the case of a condenser fan, however, it has the particular advantage that it enables speed control without the need for an additional sensor.
  • There are several ways to measure the compressor's duty cycle A simple possibility is the calculation of a moving average, wherein a time constant of the average calculation is expediently greater than a typical duration of the operating cycle of the compressor, so that the moving average does not grow above a threshold value each time during an operating phase of the compressor the control circuit operates the fan at high speed.
  • Another way of calculating the duty cycle is to measure the compressor on and off times in each compressor operating cycle and to calculate the ratio at the end of a cycle.
  • FIG. 1 shows a schematic section through a refrigerator according to the invention
  • FIG. 2 shows a flowchart of a control method for the refrigeration device according to a first embodiment
  • FIG. 3 shows time diagrams of operating parameters of a refrigeration device controlled by the method from FIG. 2;
  • Fig. 4 is a timing diagram of the fan speed according to a modified
  • FIG. 5 shows a flowchart of a control method according to a second embodiment of the invention.
  • Fig. 1 shows a schematic section through a refrigerator according to the present invention.
  • An interior 3 is enclosed by a heat-insulating body 1 and a door 2 attached to it.
  • a chamber 5, in which an evaporator 6 is accommodated, is separated from the interior 3 by a partition 4.
  • the chamber 5 is connected to the interior 3 by two passages.
  • a fan 7 is arranged in one of these passages, the operation of which causes a forced exchange of air between the chamber 5 and the interior 3.
  • a refrigerant circuit of the refrigeration device comprises the evaporator 6, a compressor 8, and a condenser 9.
  • the condenser 9 mounted on the rear wall of the body 1 is assigned a second fan 10 for generating an air flow along the surface of the condenser 9.
  • the fans 7, 10 and the compressor 8 are by a Electronic control circuit 11 controlled, which is connected to a temperature sensor 1 2 installed in the interior 3.
  • the control circuit 11 switches the compressor 8 in and out in accordance with the detection result of the temperature sensor 12 in order to keep the temperature in the interior 3 within a predetermined interval. Coupled to the operation of the compressor 8, it also switches the fans 7, 10 on and off.
  • the fans 7, 10 can be operated simultaneously with a compressor, or can be switched on and off a little later in order to take into account the fact that at the beginning of a compressor operating phase, the condenser 9 and the evaporator 6 deal with them Environment are still substantially in thermal equilibrium and no increased heat exchange can be achieved by operating the fan 7 or 10, while immediately after the compressor is switched off, the condenser 9 is still warmer for a while and the evaporator 6 is colder than its surroundings.
  • a first embodiment of an operating method for the control circuit 11 from FIG. 1 is described with reference to FIG. 2.
  • the control circuit 11 initializes a measured value RED for the relative duty cycle, i.e. for the ratio of the running time of the compressor 8 to the total running of the refrigerator, to an arbitrarily definable value.
  • initialization is carried out to a threshold value A, the function of which will be explained in more detail later; any other initial value would also be possible.
  • step S3 the control circuit 11 checks whether the compressor is switched on (S3). If so, the value of the relative duty cycle RED is incremented by 1 in step S4 and then (S5) multiplied by a factor (1- ⁇ ) which is slightly less than 1. If it is determined in step S3 that the compressor 8 is switched off, the method immediately proceeds to step S5. It is then determined in step S6 whether conditions for an operation of the fan 7 or 10 are met. In the simplest case, this condition is equivalent to the question of whether the compressor is switched on or not; the fan runs when the compressor is switched on, and the fan is switched off when the compressor is switched off.
  • the fan is only switched on after a predetermined first time period after the compressor has been switched on and in each case after a second time period after the switch-off the compressor is switched off.
  • the two periods can be different from each other; in particular, the second time period can be determined depending on the RED value. The larger the value of RED, the larger the second time span.
  • step S6 reveals that the conditions for turning on the fan are not met, the process returns to step S2 with the fan remaining off.
  • the relative switch-on duration RED is compared with the threshold value A in step S7. If the threshold value A is exceeded, the high-speed fan is started up (S8) if the threshold value falls below the low-speed threshold (S9), and the method returns to step S2. The fan remains in operation until a repeat of step S6 determines that the conditions for its operation are no longer met.
  • the limit value A can be the same or different for the fans 7, 10.
  • FIG. 3 shows an example of the development over time of operating parameters of the refrigeration device controlled by the method according to FIG. 2.
  • Graph A shows the state, switched on or off, of the compressor over the course of three compressor operating cycles.
  • a cycle begins when the compressor 8 is switched on at time t0, t4 or t ⁇ , when the control circuit 11 determines that the temperature in the interior 3 has exceeded an upper limit value. If this temperature falls below a lower limit, at times t2, t6, t10, the compressor 8 is switched off again.
  • the fans 7 and 10 are switched on and off at times t1, t5, t9 and t3, .7, t11, as shown in graph B.
  • the process of FIG. 2 is repeated in each cycle [tO, t4], [t4, t8], [t8, t12];
  • graph C shows the development that the mean value of the relative duty cycle RED takes.
  • the ambient temperature of the refrigeration device is low and a short operating period [tO, t2] of the compressor 8 is sufficient to cool the interior 3 sufficiently.
  • the value of RED increases asymptotically against a limit value, which is dependent on the parameter ⁇ and the frequency with which the process steps of FIG. 2 are repeated.
  • the compressor 8 is switched off, in the time intervals [t2, t4], [t6, t ⁇ ], ... RED converges asymptotically to 0.
  • the graph D shows the speed of the fan 7 or 10 as a function of time based on the dash-dotted line labeled A on the graph C as the threshold value A of the method.
  • the relative duty cycle RED remains shorter than A during the entire operating time [t1, t3] of the fan.
  • the control circuit 11 therefore operates the fan 7 or 10 at a low speed n1.
  • step S7 the control circuit increases the speed of the fan 7, 10 to a value n2, which corresponds to full load operation of the fan.
  • the relative duty cycle RED is longer than at time t4, so that the fan speed is increased to n2 shortly after the fan is switched on.
  • Fig. 4 shows a time course of the fan speed, the results if such a modified method is carried out on the basis of the compressor running times according to FIG. 3A and the RED values according to FIG. 3C.
  • a changed, lower threshold value A ' is used as a basis.
  • the RED value is less than A ', so that the fan runs at the low speed n1 during the entire switch-on time [t1, t3] or [t5, t7] , Only at the beginning of the third phase did the extended compressor runtime have such an effect in the second phase that the RED value is above A '. As a result, the fan operates at high speed n2 from t9 to t11.
  • a second embodiment of a control method, which also realizes the behavior shown in FIG. 4, is shown in the flow chart of FIG. 5.
  • the relative duty cycle RED is initialized to an arbitrarily selectable value in step S1 1; in other words, it is determined whether the fan 7 or 10 should run at low speed n1 or at high speed n2 during the first operating cycle of the refrigeration device.
  • steps S12 two registers, designated BZ or VZ, are set to zero for the total operating time of the refrigeration device or the operating time of the compressor of the refrigeration device.
  • the fan 7 or 10 can be switched on simultaneously with that of the compressor ⁇ or at any later point in time.
  • the operating time counter BZ is incremented in regular time intervals controlled by the expiry of a timer (S13) (S14). If a check (S15) shows that the compressor ⁇ is switched on, the compressor operating time counter VZ is also incremented (S16). In step S17 it is checked whether the current operating phase of the compressor has ended. This is the case when the control circuit 11 puts the compressor back into operation after a previous switch-off phase. As long as this is not the case, the method returns to step S13. In this way, steps S13 to S17 are repeated cyclically in the course of an operating phase, the control circuit being able to switch the fan 7 or 10 on and off at any appropriate point in time in the course of such an operating phase.
  • the control circuit determines the relative duty cycle RED for this operating phase by dividing the count values VZ and BZ. Depending on whether the relative duty cycle received is above or below of the limit value A (S19), the high speed n2 (S20) or the low speed n1 is determined for the subsequent operating phase (S21). Then the process returns to S12.
  • the relative duty cycle RED used to control the fan speed during an operating cycle of the refrigerator is obtained exclusively from the ratio of the compressor operating time to the total operating time during the immediately preceding operating cycle.
  • the relative duty cycle is obtained in step S1 ⁇ by a moving averaging taking into account the relative duty cycles measured in more recent operating cycles.
  • the relative duty cycle RED (n) for an nth operating cycle is calculated in step S1 ⁇ using the following formula
  • RED (n) -RED (n - l) + (-) ⁇ - a a BZ
  • a second temperature sensor 13 is provided, which is connected to the control circuit 11 and is arranged on the outside of the refrigeration device for detecting its ambient temperature.
  • This sensor shown in dashed lines in FIG. 1, enables the control circuit 11 to detect a temperature difference between the interior 3 of the refrigeration device and the surroundings and, on the basis thereof, to estimate the cooling capacity required.
  • a measurement of the relative duty cycle RED can be dispensed with, since an estimate of an expected relative duty cycle is possible on the basis of the difference in the temperatures measured by the sensors 12, 13.
  • This embodiment has the advantage in particular over the embodiments described with reference to FIGS.
  • the control circuit 11 decides on the rotational speeds at which the fan 7 and / or 10 is operated, and on their operating times on the basis of the outside temperature measured by the temperature sensor 13. Typical values for relative The operating times of the compressor ⁇ and the corresponding operating times of the fans 7 and 10 are shown in Table 1 as a function of the room temperature:
  • the relative duty cycle of a fan, in particular fan 7 can be shorter than that of the compressor. This can be achieved by choosing a longer delay period between switching on the compressor and the fan than between switching off the fan and the fan.

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Abstract

Bei einem Kältegerät mit in einem Kältemittelkreislauf verbundenem Verdichter (8), Verflüssiger (9) und Verdampfer (6), wenigstens einem an Verflüssiger (9) und/oder Verdampfer (6) angeordneten Ventilator (7, 10) und einer Steuerschaltung (11) zum Steuern des Ein- und Ausschaltens des Verdichters (8) und des Ventilators (7, 10) sind an dem Ventilator (7, 10) unterschiedliche Drehzahlen (n1, n2) einstellbar. Die Drehzahlen werden in Abhängigkeit von der relativen Einschaltdauer des Verdichters (8) festgelegt.

Description

Kältegerät mit Ventilator und Steuerverfahren dafür
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältegerät mit einem Kältemittelkreislauf, in dem ein Verdichter, ein Verflüssiger und ein Verdampfer miteinander verbunden sind, und bei dem am Verflüssiger und/oder dem Verdampfer ein Ventilator zum Intensivieren des Wärmeaustauschs zwischen dem Verflüssiger und der Umgebung des Kältegeräts bzw. zwischen dem Verdampfer und einem Kühlraum des Kältegeräts angeordnet ist.
Die Anbringung eines Ventilators an einen W ärmetauscher wie etwa Verflüssiger oder Verdampfer eines Kältegeräts hat den Vorteil, dass die zum Erzielen einer benötigten Wäremeaustauschleistung benötigte Wärmetauscheroberfläche verkleinert wird, so dass kompakte, preiswerte Wärmetauscher eingesetzt werden können. Andererseits verkompliziert die Hinzufügung eines Ventilators den Aufbau eines Kältegeräts und erhöht somit das Risiko von Störungen. Auch das Betriebsgeräusch eines Kältegeräts wird durch Hinzufügung eines Ventilators verstärkt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Kältegerät mit durch einen Ventilator verstärktem Wärmeaustausch anzugeben, das energiesparend ist und eine geringe Geräuschentwicklung aufweist.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Kältegerät mit dem Merkmal des Anspruchs 1. Während bei herkömmlichen Kältegeräten der Ventilator mit einer festen Drehzahl gekoppelt an den Betrieb des Verdichters ein- und ausgeschaltet wird, sind bei dem erfindungsgemäßen Kältegerät unterschiedliche Drehzahlen des Ventilators realisierbar. Im einfachsten Falle kann ein Schalter vorgesehen sein, an dem ein Benutzer die Drehzahl des Ventilators einstellen kann; die Einstellung kann z.B. anhand der zu erwartenden mittleren Umgebungstemperatur des Kältegerätes vorgenommen werden. Bei einer hohen Umgebungstemperatur, z.B. in einer tropischen Umgebung, ist eine hohe Wärmeaustauschleistung erforderlich. In diesem Falle wird zweckmäßigerweise eine hohe Drehzahl entsprechend einer für die Bauart des Ventilators spezifizierten Nennleistung eingestellt. Bei Einsatz in kühlerer Umgebung, z.B. in einem normal geheizten Wohnraum bei gemäßigtem Klima, und mehr noch bei Einsatz in einem ungeheizten Raum, z.B. in einem Keller, kann durch Einstellen einer niedrigeren Drehzahl des Ventilators dessen Leistungsaufnahme vermindert, seine Lebensdauer verlängert und die Geräuschentwicklung reduziert werden.
Vorzugsweise wird die Drehzahl des Ventilators jedoch automatisch durch eine Steuerschaltung eingestellt, die auch zum Ein- und Ausschalten des Verdichters und des Ventilators dient.
Im einfachsten Fall ist diese Steuerschaltung eingerichtet, um den Ventilator wahlweise mit einer von zwei diskreten Drehzahlstufen, einer vollen oder einer reduzierten Drehzahl, zu betreiben.
Einer ersten Ausgestaltung zufolge ist die Steuerschaltung mit einem Temperatursensor verbunden, der zur Erfassung der Temperatur in der Umgebung des Ventilators dient, und legt die Drehzahl des Ventilators anhand der von diesem Sensor erfassten Temperatur fest. Diese Ausgestaltung ist besonders zweckmäßig, wenn der Ventilator zur zwangsweisen Umwälzung der Luft im Innenraum des Kältegeräts vorgesehen ist, da ein Temperatursensor zum Erfassen der Innenraumtemperatur in der Umgebung des Verdampfers in jedem Kältegerät vorgesehen ist und ohne Mehrkosten auch zur Steuerung der Ventilatordrehzahl herangezogen werden kann.
Einer a nderen Ausgestaltung zu F olge i st d ie Steuerschaltung e ingerichtet, d ie relative Einschaltdauer des Verdichters zu erfassen und die Drehzahl des Ventilators anhand dieser relativen Einschaltdauer festzulegen. Diese Möglichkeit ist sowohl für einen am Verdampfer des Kältegeräts angebrachten Ventilator als auch für einen am Verflüssiger angebrachten praktikabel; im Falle eines Verflüssiger-Ventilators hat sie allerdings den besonderen Vorteil, dass sie eine Drehzahlsteuerung ohne Notwendigkeit eines zusätzlichen Sensors ermöglicht. Um die relative Einschaltdauer des Verdichters zu erfassen, g ibt es mehrere Möglichkeiten. Eine e infache Möglichkeit ist d ie Berechnung eines gleitenden Mittelwerts, wobei eine Zeitkonstante der Mittelwertberechnung zweckmäßigerweise größer als eine typische Dauer des Betriebszyklus des Verdichters ist, damit nicht im Laufe einer Betriebsphase des Verdichters der gleitende Mittelwert jedes Mal über einen Schwellwert hinauswächst, oberhalb von dem die Steuerschaltung den Ventilator mit hoher Drehzahl betreibt. Eine andere Möglichkeit zur Berechnung der relativen Einschaltdauer ist, in jedem Betriebszyklus des Verdichters Einschalt- und Ausschaltzeiten des Verdichters zu messen und am Ende eines Zyklus das Verhältnis zu bilden.
Weitere Merkmale, Vorteile und Besonderheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Kältegerät;
Fig. 2 ein Flussdiagramm eines Steuerverfahrens für das Kältegerät gemäß einer ersten Ausgestaltung;
Fig. 3 Zeitdiagramme von Betriebsparametern eines mit dem Verfahren aus Fig. 2 gesteuerten Kältegeräts;
Fig. 4 ein Zeitdiagramm der Ventilatordrehzahl gemäß einer abgewandelten
Ausgestaltung des Verfahrens aus Fig. 2; und
Fig. 5 ein Flussdiagramm eines Steuerverfahrens gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung.
Fig. 1 zeigt einen schematischen Schnitt durch ein Kältegerät gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Innenraum 3 ist von einem wärmeisolierenden Korpus 1 und einer daran angeschlagenen Tür 2 umschlossen. Vom Innenraum 3 ist durch eine Trennwand 4 eine Kammer 5 abgeteilt, in der ein Verdampfer 6 untergebracht ist. Die Kammer 5 ist durch zwei Durchgänge mit dem Innenraum 3 verbunden. In einem dieser Durchgänge ist ein Ventilator 7 angeordnet, dessen Betrieb einen zwangsweisen Luftaustausch zwischen der Kammer 5 und dem Innenraum 3 bewirkt.
Ein Kältemittelkreis des Kältegeräts umfasst den Verdampfer 6, einen Verdichter 8, und einen Verflüssiger 9. Dem an der Rückwand des Korpus 1 montierten Verflüssiger 9 ist ein zweiter Ventilator 10 zum Erzeugen einer Luftströmung entlang der Oberfläche des Verflüssigers 9 zugeordnet. Die Ventilatoren 7, 10 und der Verdichter 8 sind durch eine elektronische Steuerschaltung 11 gesteuert, die mit einem im Innenraum 3 angebrachten Temperatursensor 1 2 verbunden i st. D ie Steuerschaltung 1 1 schaltet i n h erkömmlicher Weise den Verdichter 8 in Abhängigkeit vom Erfassungsergebnis des Temperatursensors 12 ein und aus, um die Temperatur im Innenraum 3 innerhalb eines vorgegebenen Intervalls zu halten. Gekoppelt an den Betrieb d es Verdichters 8 schaltet sie auch die Ventilatoren 7, 10 ein und aus. Im einfachsten Falle können die Ventilatoren 7, 10 jeweils zeitgleich mit Verdichter betrieben werden, oder jeweils etwas später ein- und ausgeschaltet werden, um der Tatsache Rechnung zu tragen, dass zu Beginn einer Verdichter-Betriebsphase der Verflüssiger 9 und der Verdampfer 6 sich mit ihrer Umgebung im Wesentlichen noch im thermischen Gleichgewicht befinden und durch einen Betrieb des Ventilators 7 oder 10 kein verstärkter Wärmeaustausch erreichbar ist, während unmittelbar nach Abschaltung des Verdichters der Verflüssiger 9 noch eine Zeit lang wärmer und der Verdampfer 6 kälter als seine Umgebung ist.
Eine erste Ausgestaltung eines Betriebsverfahrens für die Steuerschaltung 11 aus Fig. 1 wird mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben. Bei Einschalten des Kältegeräts initialisiert die Steuerschaltung 11 einen Messwert RED für die relative Einschaltdauer, d.h. für das Verhältnis des Laufzeit des Verdichters 8 zur Gesamtlauf des Kältegeräts, auf einen willkürlich festlegbaren Wert. Beim hier betrachteten Beispiel wird auf einen Schwellwert A initialisiert, dessen Funktion später noch genauer erläutert wird; ein beliebiger anderer Anfangswert wäre ebenfalls möglich.
In regelmäßigen Zeitabständen, jeweils nach Ablauf eines Zeitgebers, prüft die Steuerschaltung 11 , ob der Verdichter eingeschaltet ist (S3). Wenn ja, so wird in Schritt S4 der Wert der relativen Einschaltdauer RED um 1 inkrementiert und anschließend (S5) mit einem Faktor (1-ε) multipliziert, der geringfügig kleiner als 1 ist. Wenn in Schritt S3 festgestellt wird, dass der Verdichter 8 ausgeschaltet ist, geht das Verfahren unmittelbar zu Schritt S5 über. Anschließend wird in Schritt S6 festgestellt, ob Bedingungen für einen Betrieb des Ventilators 7 oder 10 erfüllt sind. Im einfachsten Fall ist diese Bedingung gleichbedeutend mit der Frage, ob der Verdichter eingeschaltet ist oder nicht; bei eingeschaltetem Verdichter läuft auch der Ventilator, bei ausgeschaltetem ist auch der Ventilator ausgeschaltet. Alternativ kann vorgesehen werden, dass der Ventilator erst nach Ablauf einer vorgegebenen ersten Zeitspanne nach Einschalten des Verdichters eingeschaltet wird und jeweils nach Ablauf einer zweiten Zeitspanne nach Ausschalten des Verdichters ausgeschaltet wird. Die zwei Zeitspannen können voneinander verschieden sein; insbesondere kann die zweite Zeitspanne abhängig vom Wert RED festgelegt sein. Dabei ist die zweite Zeitspanne um so größer gewählt, je größer der Wert von RED ist.
Wenn Schritt S6 ergibt, dass die Bedingungen für das Einschalten des Ventilators nicht erfüllt sind, kehrt das Verfahren zu Schritt S2 zurück, wobei der Ventilator ausgeschaltet bleibt.
Wenn andererseits festgestellt wird, dass die Bedingungen für ein Einschalten des Ventilators 7 oder 10 erfüllt sind, wird in Schritt S7 die relative Einschaltdauer RED mit dem Schwellwert A verglichen. Wenn der Schwellwert A überschritten ist, wird der Ventilator mit hoher Drehzahl in Betrieb genommen (S8) bei Unterschreitung des Schwellwerts mit niedriger Drehzahl (S9), und das Verfahren kehrt zu Schritt S2 zurück. Der Ventilator bleibt in Betrieb, bis bei einer Wiederholung von Schritt S6 festgestellt wird, dass die Bedingungen für seinen Betrieb nicht mehr erfüllt sind. Der Grenzwert A kann für die Ventilatoren 7, 10 gleich oder unterschiedlich sein.
Fig. 3 zeigt exemplarisch die zeitliche Entwicklung von Betriebsparametern des mit dem Verfahren nach Fig. 2 gesteuerten Kältegeräts. Dabei zeigt der Graph A den Zustand, ein- oder ausgeschaltet, des Verdichters im Laufe von drei Verdichterbetriebszyklen. Ein Zyklus beginnt jeweils mit dem Einschalten des Verdichters 8 zum Zeitpunkt t0, t4 oder tδ, wenn die Steuerschaltung 11 feststellt, dass die Temperatur im Innenraum 3 einen oberen Grenzwert überschritten hat. Wenn diese Temperatur einen niedrigeren Grenzwert unterschreitet, zu Zeitpunkten t2, t6, t10, wird der Verdichter 8 wieder ausgeschaltet. Geringfügig zeitversetzt, zu Zeitpunkten t1 , t5, t9 bzw. t3, .7, t11 wird der Ventilator 7 bzw. 10 ein- und ausgeschaltet, wie im Graphen B gezeigt. Das Verfahren der Fig. 2 wird in jedem Zyklus [tO, t4], [t4, t8], [t8, t12] wiederholt; der Graph C zeigt die Entwicklung, die der Mittelwert der relativen Einschaltdauer RED dabei nimmt.
Während des ersten Zyklus [tO, t4] ist die Umgebungstemperatur des Kältegeräts niedrig, und eine kurze Betriebszeitspanne [tO, t2] des Verdichters 8 genügt, um den Innenraum 3 ausreichend abzukühlen. In dieser Zeitspanne wächst der Wert von RED asymptotisch gegen einen Grenzwert, der abhängig ist von dem Parameter ε und der Frequenz, mit der die Verfahrensschritte der Fig. 2 wiederholt werden. Während der Verdichter 8 ausgeschaltet ist, in den Zeitintervallen [t2, t4], [t6, tδ],... konvergiert RED asymptotisch gegen 0.
Der Graph D zeigt die Drehzahl des Ventilators 7 bzw. 10 als Funktion der Zeit bei Zugrundelegung der am Graphen C mit A bezeichneten strichpunktierten Linie als Schwellwert A des Verfahrens. Im ersten Zyklus bleibt während der gesamten Betriebszeit [t1 , t3] des Ventilators die relative Einschaltdauer RED kleiner als A. Die Steuerschaltung 11 betreibt daher den Ventilator 7 bzw. 10 mit einer niedrigen Drehzahl n1.
Bei einer höheren Umgebungstemperatur während der Betriebszyklen [t4, tδ] und [tδ, t12] verlängert sich die Betriebsphase des Verdichters δ, so dass im Laufe der Betriebsphase [t4, t6] des Verdichters der Schwellwert A überschritten wird. Dies wird von dem Steuerverfahren der Fig. 2 in Schritt S7 erfasst, woraufhin die Steuerschaltung die Drehzahl des Ventilators 7, 10 auf einen Wert n2 hochsetzt, der Volllastbetrieb des Ventilators entspricht.
Zum Zeitpunkt tδ, zu Beginn des dritten dargestellten Zyklus, ist die relative Einschaltdauer RED höher als zum Zeitpunkt t4, so dass bereits kurze Zeit nach Einschalten des Ventilators dessen Drehzahl auf n2 hochgesetzt wird.
Im Laufe einiger Betriebszyklen bei der erhöhten Umgebungstemperatur stellt sich ein stationäres Regime ein, wobei die Länge der Zeitspanne zu Beginn jeder Betriebsphase des Ventilators, in der der Ventilator mit niedriger Betriebszahl n1 betrieben wird, um so kürzer ist, je länger die Betriebsphasen des Verdichters δ sind, und auch null werden kann.
Während bei d em mit B ezug a uf F ig. 2 beschriebenen S teuerverfahren a uch i m Laufe einer Betriebsphase des Verdichters ständig überprüft wird, ob die relative Einschaltdauer den Schwellwert A überschritten hat, sind auch abweichende Verfahren möglich, bei denen eine solche Überprüfung in jedem Betriebszyklus nur einmal, vorzugsweise zu Beginn des Betriebszyklus beim Einschalten des Verdichters, durchgeführt wird. Fig. 4 zeigt einen zeitlichen Verlauf der Ventilatordrehzahl, der resultiert, wenn bei Zugrundelegung der Verdichterlaufzeiten gemäß Fig. 3A und der RED-Werte gemäß Fig. 3C ein solches abgewandeltes Verfahren durchgeführt wird. Dabei ist anstelle des Schwellwerts A ein veränderter, niedrigerer Schwellwert A' zugrundegelegt. Jeweils zu Beginn des ersten und zweiten Betriebszyklus, zu Zeitpunkten tO, t4 ist der RED-Wert kleiner als A', so dass der Ventilator während der gesamten Einschaltzeit [t1 , t3] bzw. [t5, t7] mit der niedrigen Drehzahl n1 läuft. Erst zu Beginn der dritten Phase hat sich die verlängerte Verdichterlaufzeit in der zweiten Phase so weit ausgewirkt, dass der RED-Wert oberhalb A' liegt. Infolge dessen arbeitet der Ventilator von t9 bis t11 mit der hohen Drehzahl n2.
Eine zweite Ausgestaltung eines Steuerverfahrens, die ebenfalls das in Fig. 4 gezeigte Verhalten realisiert, ist in dem Flussdiagramm der Fig. 5 dargestellt. Beim Einschalten des Kältegeräts wird in Schritt S1 1 die relative Einschaltdauer RED auf einen willkürlich wählbaren Wert initialisiert; mit anderen Worten, es wird festgelegt, ob während des ersten Betriebzyklus des Kältegeräts der Ventilator 7 bzw. 10 mit niedriger Drehzahl n1 oder mit hoher Drehzahl n2 laufen soll. Anschließend werden in den Schritten S12 zwei mit BZ bzw. VZ bezeichnete Register für die Gesamtbetriebszeit des Kältegeräts bzw. die Betriebszeit des Verdichters des Kältegeräts auf Null gesetzt. Das Einschalten des Ventilators 7 oder 10 kann gleichzeitig mit dem des Verdichters δ oder zu einem beliebigen späteren Zeitpunkt erfolgen. In durch den Ablauf eines Zeitgebers (S13) gesteuerten regelmäßigen Zeitabständen wird der Betriebszeitzähler BZ inkrementiert (S14). Wenn eine Überprüfung (S15) ergibt, dass der Verdichter δ eingeschaltet ist, so wird auch der Verdichter-Betriebszeitzähler VZ inkrementiert (S16). In Schritt S17 wird überprüft, ob die aktuelle Betriebsphase des Verdichters beendet ist. Dies ist der Fall, wenn die Steuerschaltung 11 den Verdichter nach einer vorhergehenden Ausschaltphase wieder in Betrieb nimmt. Solange dies nicht der Fall ist, kehrt das Verfahren zu Schritt S13 zurück. Auf diese Weise werden die Schritte S13 bis S17 im Laufe einer Betriebsphase zyklisch wiederholt, wobei die Steuerschaltung den Ventilator 7 bzw. 10 im Laufe einer solchen Betriebsphase zu einem beliebigen zweckmäßigen Zeitpunkt ein- und ausschalten kann.
Stellt sich heraus, dass die Betriesphase beendet ist, so ermittelt die Steuerschaltung die relative Einschaltdauer RED für diese Betriebsphase durch Dividieren der Zählwerte VZ und BZ. Je nach dem, ob die erhaltene relative Einschaltdauer oberhalb oder unterhalb des Grenzwerts A liegt (S19), wird für die nachfolgende Betriebsphase die hohe Drehzahl n2 (S20) oder die niedrige Drehzahl n1 festgelegt (S21 ). Anschließend kehrt das Verfahren zu S12 zurück.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren wird die zum Steuern der Ventilatordrehzahl während eines Betriebszyklus des Kältegeräts herangezogene relative Einschaltdauer RED ausschließlich aus dem Verhältnis von Verdichterbetriebszeit zu Gesamtbetriebszeit während des unmittelbar vorhergehenden Betriebszyklus erhalten. Alternativ kann auch vorgesehen werden, dass die relative Einschaltdauer in Schritt S1δ durch eine gleitende Mittelwertbildung unter Berücksichtigung von in weiter zurückliegenden Betriebszyklen gemessenen relativen Einschaltdauern erhalten wird. Zu diesem Zweck wird die relative Einschaltdauer RED(n) für einen n-ten Betriebszyklus in Schritt S1δ nach folgender Formel berechnet
RED(n) = -RED(n - l) + (—)^- a a BZ
Bei einer zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kältegeräts ist zusätzlich zu den bereits oben mit Bezug auf Fig. 1 beschriebenen Komponenten ein zweiter Temperatursensor 13 vorgesehen, der mit der Steuerschaltung 11 verbunden und außen am Kältegerät zum Erfassen von dessen Umgebungstemperatur angeordnet ist. Dieser in Fig. 1 g estrichelt dargestellte Sensor ermöglicht der Steuerschaltung 11 die Erfassung einer Temperaturdifferenz zwischen dem Innenraum 3 des Kältegeräts und der Umgebung und anhand dessen eine Einschätzung der benötigten Kühlleistung. Bei dieser Ausgestaltung kann auf eine Messung der relativen Einschaltdauer RED verzichtet werden, da eine Abschätzung einer voraussichtlichen relativen Einschaltdauer anhand der Differenz der von den Sensoren 12, 13 gemessenen Temperaturen möglich ist. Diese Ausgestaltung hat insbesondere gegenüber den mit Bezug auf Fig. 4 und 5 beschriebenen Ausgestaltungen den Vorteil, dass sie eine Reaktion auf einen veränderten Kühlleistungsbedarf bereits in dem Betriebszyklus des Verdichters ermöglichen, in welchem die Veränderung auftritt, und nicht erst in einem darauf folgenden. Die Steuerschaltung 11 entscheidet über die Drehzahlen, mit denen der Ventilator 7 und/oder 10 betrieben wird, sowie über deren Betriebszeiten anhand der vom Temperatursensor 13 gemessenen Außentemperatur. Typische Werte für relative Einschaltdauern des Verdichters δ und entsprechende Einschaltdauern der Ventilatoren 7 bzw. 10 sind in Abhängigkeit von der Raumtemperatur in Tabelle 1 zusammengestellt:
Figure imgf000011_0001
Wie man sieht, kann bei niedrigen Umgebungstemperaturen die relative Einschaltdauer eines Ventilators, insbesondere des Ventilators 7, kürzer sein als die des Verdichters. Dies ist realisierbar, in dem jeweils zwischen dem Einschalten des Verdichters und des Ventilators eine größere Verzögerungszeitspanne gewählt wird als zwischen dem Ausschalten des Lüfters und dem des Ventilators.

Claims

Patentansprüche
1. Kältegerät mit in einem Kältemittelkreislauf verbundenem Verdichter (8),
Verflüssiger (9) und Verdampfer (6), wenigstens einem an Verflüssiger (9) und/oder Verdampfer (6) angeordneten Ventilator (7, 10) und einer
Steuerschaltung (11 ) zum Steuern des Ein- und Ausschaltens des Verdichters (8) und des Ventilators (7, 10), dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ventilator (7, 10) unterschiedliche Drehzahlen (n1 , n2) einstellbar sind.
2. Kältegerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl (n1 , n2) des Ventilators durch die Steuerschaltung (11) einstellbar ist.
3. Kältegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (11 ) eingerichtet ist, den Ventilator (7, 10) mit einer vollen (n2) oder einer reduzierten (n1 ) Drehzahl zu betreiben.
4. Kältegerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (11 ) mit einem Temperatursensor (13) zur Erfassung der Temperatur in der Umgebung des Ventilators verbunden ist und die Drehzahl (n1 , n2) des Ventilators (7, 10) anhand der von dem Sensor (13) erfassten
Temperatur festlegt.
5. Kältegerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (11) eingerichtet ist, die relative Einschaltdauer (RED) des Verdichters (8) zu erfassen und die Drehzahl (n1 , n2) des Ventilators (7, 10) anhand dieser relativen Einschaltdauer (RED) festzulegen.
6. Kältegerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (1 1 ) die relative Einschaltdauer (RED) durch eine gleitende Mittelung (S2 - S6) bestimmt.
7. Kältegerät nach Anspruch 3 und Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenn der Ventilator (7, 10) mit der vollen Drehzahl (n2) betrieben ist, seine relative Einschaltdauer wenigstens so groß wie die (RED) des Verdichters (8) ist.
8. Kältegerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Einschaltdauer des Ventilators (7, 10) wenigstens so groß wie die (RED) des
Verdichters (8) ist.
9. Kältegerät nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (11) die mittlere relative Einschaltdauer (RED) des Verdichters (8) mit einer Zeitkonstante erfasst, die länger als ein typischer Betriebszyklus [tO, t4], des Verdichters (δ) ist.
10. Verfahren zum Betreiben eines an einem Verdampfer (6) oder Verflüssiger (9) eines Kältegeräts angeordneten Ventilators (7, 10), bei dem die Drehzahl (n1 , n2) des Ventilators (7, 10) entsprechend einer an dem Verdampfer (6) oder
Verflüssiger (9) benötigten Wärmeaustauschleistung festgelegt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl (n1, n2) zwischen einer vollen (n2) und einer reduzierten Drehzahl (n1) ausgewählt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl (n1 , n2) anhand einer relativen Einschaltdauer (RED) eines Verdichters (8) des Kältegeräts festgelegt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Einschaltdauer (RED) durch gleitende Mittelwertbildung (S2 - S6) berechnet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Einschaltdauer (RED) in regelmäßigen Zeitabständen neu berechnet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Einschaltdauer einmal pro Ein-/Ausschaltzyklus des Verdichters berechnet (S1δ) wird.
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