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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung, welche einen
Kühlkreislauf
umfasst, der vorzugsweise vom Typ mit gebläsegekühltem Verdampfer ist und mit
Steuerungsmitteln gekoppelt ist, damit die Abtauphasen dieses Verdampfers
automatisch ablaufen.
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Es
ist allgemein bekannt, dass ein Abtauen deswegen erforderlich wird,
weil sich gefrorener Wasserdampf an der Oberfläche dieses Verdampfers ansammelt
(wodurch die sogenannte "Eispackung" oder Vereisungseffekt
zustande kommt), dessen Wärmeaustauschfähigkeit
mit der zu kühlenden
Umgebung daher signifikant abnimmt, wodurch die Leistungsfähigkeit
der gesamten Vorrichtung in einem beträchtlichen Maße sinkt.
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Es
ist daher eine allgemein bekannte Praxis, dass man den Verdampfer
in mehr oder weniger regelmäßigen Zeitintervallen
einem Abtauen in der Weise unterzieht, dass man die zugehörigen Abtauzyklen
durch den Einsatz geeigneter Mittel wie beispielsweise ein elektrisches
Heizelement oder durch Heißgas-Abtausysteme automatisch
starten und durchführen
lässt.
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In
den einfachsten Fällen
werden die automatischen Abtauphasen in vorbestimmten regelmäßigen Zeitintervallen
gestartet und beendet. Als eine Alternative hierzu kann man veranlassen,
dass die Abtauphasen auf der Grundlage einer Thermostatsteuerung
beendet werden, die zum Beispiel auf der Oberflächentemperatur des Verdampfers
selbst beruht.
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Beispiele
für derartige
bekannte Lösungen werden
in
US-4,297,852 ,
US-4,528,821 ,
US-4,327,556 ,
EP-0
707 183 und
US-5,231,844 dargelegt, bei
denen die automatischen Abtauphasen dem Wesen nach auf der Grundlage
einer Zeit gesteuert werden wie beispielsweise der Dauer eines bestimmten
Vorgangs wie der Öffnungsdauer
der Tür,
der Laufzeit des Verdichters und der Dauer des vorherigen Abtauvorgangs.
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Diese
Lösungen
können
tatsächlich
mit einfachen Mitteln eingesetzt werden, aber im Allgemeinen stellt
sich doch heraus, dass sie ziemlich ungenau sind, da das tatsächliche
Ausmaß der
Eispackung oder der Vereisung des Verdampfers nicht gebührend Berücksichtigung
findet, die je nach den Betriebsbedingungen der Kühlvorrichtung
in einem entscheidenden Maße
schwanken können.
Die Menge an Eis, die sich am Verdampfer bildet, kann sich in der
Tat in Abhängigkeit
von einer ganzen Reihe von Parametern ändern wie beispielsweise der
Feuchte der Umgebung und der Feuchtigkeit, die von den in der Vorrichtung
aufbewahren Nahrungsmitteln abgegeben wird, aber insbesondere in
Abhängigkeit
von der Anzahl der Öffnungsvorgänge der
Tür der
Vorrichtung und der Dauer dieser Öffnungsvorgänge.
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Wenn
das Abtauen des Verdampfers also nicht mit den tatsächlichen
Betriebsbedingungen in Beziehung gesetzt wird, kann es daher schließlich ganz
leicht passieren, dass derselbe Abtauvorgang entweder viel zu häufig oder
viel zu selten in Bezug auf den tatsächlichen Bedarf erfolgt. Auf
jeden Fall besteht das Ergebnis unweigerlich in einer Verschwendung
von Energie und einem Verlust an Effektivität durch die Vorrichtung, natürlich ganz
abgesehen von möglichen Änderungen
der Lagerungsqualität
und der Haltbarkeit der Nahrungsmittel.
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Um
das Abtauen auf eine Art und Weise durchzuführen, die mit der Menge an
Eis, das sich auf dem Verdampfer angesammelt hat, genauer korreliert,
ist beispielsweise in
US-A-5,692,385 vorgeschlagen
worden, das Abtauen als Reaktion auf Veränderungen im statischen Druck
der durch den Verdampfer zirkulierenden Luft beginnen zu lassen.
Als Alternative hierzu zeigt
JP-A-09159328 auf, das Abtauen dadurch
zu steuern, dass man von einer Steuervorschrift für neuronale
Netze Gebrauch macht, wonach die Ansteuerung durch Werte für Temperaturen
und Luftvolumina, die an unterschiedlichen Stellen der Kühlvorrichtung
gemessen werden, erfolgt.
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Jedenfalls
verlangen diese dem Stand der Technik angehörenden Lösungen den Einsatz von besonders
ausgeklügelten,
kritischen und teuren Messinstrumenten und Steuerungsmethoden, so dass
diese keinen besonderen Anreiz für
ihre Nutzung in Kühlvorrichtungen
vom gewöhnlichen
Haushalt- oder Gewerbetyp liefern.
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Es
ist daher ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung,. eine automatische
Kühlvorrichtung
mit einer verbesserten Steuerung des Abtauvorgangs vorzustellen,
welche gleichzeitig einfach, zuverlässig und genau ist, während sie
dem Wesen nach die tatsächlichen
Betriebsbedingungen eben dieser Apparatur berücksichtigt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird dieses Ziel mit einer automatischen Kühlvorrichtung
mit einer Steuerung des Abtauvorgangs erreicht, welche die in den
beigefügten
Ansprüchen
angegebenen kennzeichnenden Merkmale aufweist.
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Jedenfalls
können
die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung leichter aus
der Beschreibung verstanden werden, die weiter unten an Hand eines
nicht den allgemeinen Erfindungsgedanken einschränkenden Beispiels unter Bezug
auf die beigefügten
Zeichnungen folgt. Bei diesen handelt es sich um:
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1 ist eine schematische
Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer Kühlvorrichtung,
die so ausgelegt ist, dass die vorliegende Erfindung implementiert
ist; und
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2 ist ein Blockdiagramm,
welches, schematisch den funktionellen Zusammenhang zwischen verschiedenartigen
Steuerungsmitteln der Kühlvorrichtung
von 1 veranschaulicht.
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Es
soll nun insbesondere auf 1 Bezug genommen
werden. Hier ist die Kühlvorrichtung
beispielsweise ein Kühlschrank,
vorzugsweise einer vom gewerblichen Typ, aber es kann sich auch
um eine Tiefkühltruhe
oder ein Gerät
in der Kombination Kühlschrank/Gefrierschrank
handeln. Die Vorrichtung umfasst ein Außengehäuse 3, welches in
der Hauptsache mindestens ein Fach 4 aufweist, um darin
Sachen wie beispielsweise Nahrungsmittel aufzubewahren.
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Oberhalb
des Fachs 4 ist ein sogenanntes Technik- oder Aggregatefach 5 angeordnet,
in welchem sich ein Kühlkreislauf
befindet, welcher vorzugsweise von dem Typ ist, der solche funktionellen Bestandteile
wie einen Verdichter 6, einen Verdampfer 7 und
einen Kondensator 8 umfasst.
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Der
Verdampfer 7 ist vorzugsweise vom Rippentyp und wird durch
ein Gebläse 9 unterstützt, welches
so ausgelegt ist, dass in Form einer geschlossenen Schleife im Innern
von Fach 4 durch geeignete Öffnungen 19 in der
oberen Wand desselben Fachs ein Luftstrom zirkuliert, welcher vom
Verdampfer gekühlt
wird. Letzterer ist vorzugsweise mit einem weiteren funktionellen
Bestandteil wie beispielsweise einem elektrisch betriebenen Heizelement 10 zum
Abtauen verbunden.
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Die
Kühlvorrichtung
umfasst außerdem
eine Anzahl von Sonden oder Sensoren, welche in den Abbildungen
im Allgemeinen mit 12, 13 und 14 bezeichnet
sind und die so ausgelegt sind, dass sie die Temperatur Tc der Luft
im Fach 4, die Temperatur des Verdampfers 7 und
den geöffneten
bzw. geschlossenen Zustand von mindestens einer Zugangstür (im Allgemeinen
mit 22 in 1 bezeichnet)
des Fachs 4 ermitteln.
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Auf
eine bevorzugte Weise umfasst die Vorrichtung ferner die Sonden 15 und 16,
welche so ausgelegt sind, dass sie die Temperatur des Kondensators 8 bzw.
die Temperatur der Umgebung erfassen, in welcher die Vorrichtung
selbst installiert ist.
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Insbesondere
ist gemäß einem
Merkmal der vorliegenden Erfindung die Sonde 13 so ausgelegt, dass
sie die Kontakttemperatur Te des Verdampfers 7 in Bezug
auf seinen Bereich 19 erfasst, in welchem das vom Kondensator 8 kommende
Kühlgas
durch eine Strömungsdrosselvorrichtung 11 in
den Verdampfer eintritt. Wie das an einer späteren Stelle dieser Beschreibung
noch leichter verstanden wird, ermöglicht dieses Merkmal der Erfindung,
dass die Betriebsbedingungen des Verdampfers 7 auf eine
besonders genaue und schnelle Weise festgestellt werden, da, wie
experimentell herausgefunden wurde, unter bestimmten Betriebsbedingungen
der oben angeführte
Einströmbereich 19 diejenige
Stelle darstellt, an welcher die Temperatur Te des Verdampfers stabiler
und von höherer
Aussagekraft ist.
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Nun
soll auf 2 Bezug genommen
werden. Zu den Sonden 12–16 kann angemerkt
werden, dass sie so ausgelegt sind, dass sie angeschlossene Eingänge von
Steuerungsmitteln 17 mit den zugehörigen Bezugssignalen ansteuern,
die für
die entsprechenden Betriebsgrößen, die
gesteuert werden, den entsprechenden Informationsgehalt aufweisen.
In entsprechender Weise und gemäß einem
Programmierschema, welches weiter hinten ausführlicher beschrieben wird,
sind die besagten Steuerungsmittel 17 so ausgelegt, dass
sie die funktionellen Bestandteile 1–10, die mit dem Kühlkreislauf
verbunden sind, betätigen,
so dass das Kühlfach 4 mit
vorher festgelegten optimalen Durchschnittswerten von Temperatur
und möglicherweise
auch Feuchtigkeit im klimatisierten Zustand gehalten wird. In einer
an sich bekannten Weise und entsprechend einer mit Hilfe der Steuerungsmittel 17 eingestellten
Temperatur wird dies hauptsächlich
durch Betätigungsphasen
erreicht, d. h. durch das Anlegen von Spannung an den Verdichter 6 und
das Gebläse 9 mit
dazwischen eingeschalteten Abtauphasen des Verdampfers 7.
In dem hier beschriebenen bevorzugten Beispiel kommt es hauptsächlich zu
den Auftauphasen durch eine Unterbrechung der Energiezufuhr, d.
h. das Abschalten des Verdichter 6, und eine Energiezufuhr,
d. h. das Einschalten des elektrischen Heizelements 10.
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Wie
das in 2 dargestellt
ist; umfassen die Steuerungsmittel 17 vorzugsweise einen
Mikroprozessor 18 (beispielsweise Motorola 6805B31), welcher
von den Sonden 12 – 16
angesteuert wird und eine Anzahl von Ausgängen aufweist, die ihrerseits
so ausgelegt sind, dass sie die zugehörigen funktionellen Bestandteile 6, 9, 10 ansteuern.
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Offensichtlich
werden die besagten Steuerungsmittel 17 auch einen einstellbaren
Eingang 20 aufweisen, der durch ein Auswahlmittel 21 angesteuert
wird. Dieses Auswahlmittel kann beispielsweise eine Tastatur oder
eine Druckschaltereinheit oder eine Vorrichtung mit einer geeigneten
sogenannten "Benutzer-Schnittstelle" umfassen, durch
welche der Benutzer in die Lage versetzt wird, (mit einem Arbeitsgang,
der durch den Pfeil 25 in 2 schematisch
dargestellt ist) die Aufbewahrungstemperatur, die wunschgemäß im Fach 4 unter
den Bedingungen eines stationären
Zustands herrschen soll, leicht einzustellen.
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Die
vorliegende Erfindung beruht hauptsächlich auf der Betrachtung,
dass es von überragender Wichtigkeit
ist, dass die Zeitpunkte, zu denen das Starten einer jeden Abtauphase
am besten geeignet ist, mit hoher Genauigkeit bestimmt werden für den Zweck,
optimale Abtauphasen zu erhalten, welche ermöglichen, die Effektivitätsverluste
der Kühlvorrichtung
zusammen mit den sich daraus ergebenen Änderungen der Qualität der aufbewahrten
Sachen zu minimieren. Wie man sogar experimentell herausgefunden
hat, tritt ein Zustand einer derartigen Packung, d. h. einer übermäßigen Vereisung
des Verdampfers 7, der als Auslöser für den Beginn einer Abtauphase
dienen kann, auf unterschiedliche Weise in Abhängigkeit von zwei unterschiedenen
Betriebsbedingungen auf, nämlich:
– die Vorrichtung
unterliegt einem einmaligen oder mehrmaligen Öffnen der Tür 22, wie dies während des
regulären
Betriebs des Kühlschranks
oder dergl. auftritt.
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Theoretisch
passiert es nur durch ein Öffnen der
Tür 22,
dass Feuchtigkeit in das Aufbewahrungsfach 4 gelangt (wo
sie am Verdampfer ausfriert);
– die Vorrichtung arbeitet
mit geschlossener Tür 22, wie
dies beispielsweise während
solcher Zeiträume der
Fall ist, in denen der Benutzer nicht anwesend ist. Unter diesen
Bedingungen kann in der Praxis ein Eindringen von Luft (und Feuchtigkeit)
nur durch die Dichtungen der Tür 22 erfolgen,
und/oder Feuchtigkeit kann von den im Aufbewahrungsfach 4 aufbewahrten
Nahrungsmitteln abgegeben werden. Folglich ergibt sich auch in diesem
Fall die Notwendigkeit, dass der Verdampfer 7 rechtzeitig
abgetaut wird, aber dies soll natürlich auf eine andere Art und
Weise erfolgen, d. h. nach anderen Kriterien hinsichtlich des Betriebsmodus,
wie er im Zusammenhang mit dem vorhergehenden Zustand beschrieben
worden ist.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird, wie dies auch auf experimentellem Wege herausgefunden
worden ist, die Notwendigkeit, dass der Verdampfer unter den zwei
oben beschriebenen unterschiedlichen Betriebsbedingungen abgetaut
wird, auf der Basis von zugehörigen,
auf signifikante Weise unterschiedlichen Parametern auf unterschiedliche Weise
bewertet. Eine derartige Unterscheidung kann dadurch erfolgen, dass
man über
den Sensor 14 erkennt, ob die Kühlvorrichtung in einem Zustand
arbeitet, in welchem seine Tür
22 im Wesentlichen offen ist, oder in einem Zustand, in welchem
selbige Tür
als im Wesentlichen als geschlossen betrachtet werden kann. Für einen
solchen Zweck kann der Mikroprozessor 18 leicht so eingestellt
werden, dass er imstande ist, den Beginn der Abtauphasen nach einem ersten
oder einem zweiten Betriebsmodus in Abhängigkeit davon einzustellen,
ob die Sonde 14 einen offenen oder einen geschlossenen
Zustand der Tür 22 feststellt.
In einer bevorzugten Weise wird der Mikroprozessor 18 so
angepasst, dass er den oben angegebenen ersten Betriebsmodus dann
auswählt,
wenn die Tür 22 als
im Wesentlichen offen ermittelt wird, und zwar über einen bestimmten Zeitraum,
der so lange währt,
bis eine gewisse Zeit (zum Beispiel 30 Minuten) von dem Zeitpunkt,
an dem die Tür
wieder geschlossen worden ist, verstrichen ist. Sobald diese vorbestimmte zusätzliche
Zeitspanne (die vorzugsweise einstellbar ist) verstrichen ist, wird
derselbe Mikroprozessor 18 so eingestellt, dass er den
oben erwähnten
zweiten Betriebsmodus auswählt.
Es muss angemerkt werden, dass gemäß den tatsächlichen Bedürfnissen
und den verschiedenartigen Betriebsbedingungen der Ausdruck "im Wesentlichen offene Tür", wie er weiter oben
benutzt wird, den genauen Zeitpunkt bedeuten kann, zu dem die Tür geöffnet wird,
und zwar möglicherweise
mit einer geeigneten Zeitverzögerung.
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Wenn
der erste Abtau-Steuerungsmodus so gewählt wird (d. h. bei einem im
Wesentlichen offenen Zustand der Tür 22), wird der Mikroprozessor vorzugsweise
so eingestellt, dass der Beginn einer Abtauphase festgestellt wird,
sobald dieser erkannt wird, und zwar durch das entsprechende Signal-, welches
von der Sonde 13 geliefert wird, nämlich dass die weiter vorn
angegebene Temperatur Te des Verdampfers 7 mit einer Änderungsgeschwindigkeit sinkt,
die schneller als ein vorbestimmter Wert S ist. Mit anderen Worten
entspricht eine derartige Änderungsgeschwindigkeit
der Neigung der Kurve, welche die zeitlichen Änderungen der Temperatur Te
darstellt. Dies kann auf eine Weise geschehen, die den Fachleuten
auf diesem Gebiet an sich gekannt ist, indem man auf wiederholte
Weise die Werte der Temperatur Te zu vorher eingestellten Zeitintervallen
t, beispielsweise alle 5 Minuten, miteinander vergleicht.
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Es
muss bemerkt werden, dass dieser Steuerungsmodus genau und in seinem
Ansprechverhalten schnell ist, da er nicht vom Temperaturanstieg
beeinflusst wird, der im Fach 4 auftritt, wenn die Tür der Vorrichtung
geöffnet
wird. Außerdem
weist eine solche schnelle Abnahme der Temperatur Te darauf hin, dass
infolge einer Eispackung oder eines stark vereisten Zustands der
Verdampfer 7 nicht länger
sich in einem akzeptablen Zustand des Wärmeaustauschs mit dem Fach 4 befindet,
um ein einwandfreies Abkühlen
selbigen Fachs zu gewährleisten.
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Wenn
der zweite Abtau-Steuerungsmodus ausgewählt wird (d. h. bei einem im
Wesentlichen geschlossenen Zustand der Tür 22), wird der Mikroprozessor 18 vorzugsweise
so eingestellt, dass er den Beginn einer Abtauphase für den Zeitpunkt
festlegt, zu welchem über
die entsprechenden Signale erkannt wird, die von den Sonden 13 und 12 abgegeben
werden, dass der Unterschied zwischen der Temperatur Te des Verdampfers
und der tatsächlichen
Temperatur im Aufbewahrungsfach 4 einen vorher bestimmten
Schwellwert D übersteigt,
der beispielsweise auf annähernd
2–3°C eingestellt
werden kann.
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Es
muss angemerkt werden, dass dieser Steuerungsmodus besonders genau
und effektiv ist, wenn die Tür
der Vorrichtung geschlossen ist, da er ermöglicht, dass der tatsächliche
Wärmeaustauschvorgang
gemessen wird, der zwischen dem Verdampfer 7 und dem Aufbewahrungsfach 4 stattfindet, dessen
Temperatur (im Gegensatz zu dem, was beim ersten Steuerungsmodus
geschieht) im Wesentlichen nicht durch die warme Luft beeinflusst
wird, die in selbiges Fach von außen eindringt.
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Jedenfalls
legt in dem nicht den allgemeinen Erfindungsgedanken einschränkenden
Beispiel, das beschrieben wird, der Mikroprozessor 18 den
Beginn der Abtauphase dadurch fest, dass der Verdichter 6 und
das Gebläse 9 abgeschaltet
werden, während das
elektrische Heizelement 10 eingeschaltet wird.
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In
beiden Modi der Abtausteuerung kann das Ende einer jeden so begonnenen
Abtauphase auf eine beliebige Weise aus einer ganzen Anzahl heraus
je nach dem besonderen Zweck bestimmt werden, vorzugsweise auf die
Weise, dass der Mikroprozessor 18 über das von der Sonde 13 gelieferte
Signal erkennt, dass die Temperatur Te des Verdampfers über einen
vorher festgelegten Schwellwert F, beispielsweise annähernd 20°C, angestiegen
ist.
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Der
allgemeine Betrieb der Vorrichtung kann an dieser Stelle auf eine
dem Wesen nach übliche Weise
weiter laufen, welche hier aus Gründen einer größeren Einfachheit
nicht beschrieben wird.
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Es
soll natürlich
hervorgehoben werden, dass die weiter vorn beschriebene Kühlvorrichtung einer
ganzen Anzahl von Modifikationen unterzogen werden kann, ohne dass
damit der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.
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So
kann lediglich als Beispiel die Sonde 14 aus einem gewöhnlichen
Mikroschalter oder irgend einer anderen gleichwertigen (optischen,
magnetischen usw.) Überwachungsvorrichtung
bestehen, die so ausgelegt ist, dass sie den oben erwähnten offenen
oder geschlossenen Zustand der Tür 22 feststellt oder
erkennt.