SE438061B - Kylanleggning - Google Patents

Description

8400514-9 uppvisar kylanläggningar speciella problem, i det att kylbehoven ofta överskrider den tillgängliga elektriska kapaciteten. Problemet kan delvis lösas genom att man tar ut större effekt för kylaggregatet vid tillfällen då strömtillgången är god, dvs då motorn är igång. Genom att sänka temperaturen i kylskåpet eller kylboxen till en nivå under den normala kylnivân erhåller man viss lagrad kylkapacitet, som förlänger kyltiden i skåpet eller boxen. För att öka den upplagrade kylkapaciteten har vissa kylanläggningar försetts med en s k eutektisk kylplatta monterad i skåpet eller boxen i stället för de konventionella kylslingorna. Den eutektiska kylplattan utgör en sluten kropp, som innehåller en sprit- eller saltlösning med mycket låg frystemperatur, t ex -l5 till -20°C. Genom att under motordrift driva kylanläggningen sä att den eutektiska kylplattan erhåller en sädan mycket läg temperatur erhåller man en så stor ackumulerad kylenergi, att den eutektiska plattan under normala fall håller kylan i kylskåpet eller kylboxen under åtskilliga timmar utan motordrift, t ex ända upp till l5-20 timmar.

Uppfinningen avser en kylanläggning av den nämnda typen, vilken pâ vanligt sätt består av en kompressor med kondensor och primärkylare, men där man i stället för kylslingor anordnat en eutektisk kylplatta i kylskåpet eller -boxen. Det speciellt nya i uppfinningen ligger i en särskild styranordning, vilken avkänner spänningen över batteripolerna och därmed om motorn är igång eller ej, och vilken i beroende härav laddar upp den eutektiska kylplattan till olika kylkapaciteter beroende på om motorn är igång eller ej. Mer speciellt väljer styranordningen mellan två olika kylnivåer, en lägre kylnivâ om motorn inte är igång och högre kylnivâ om motorn är igång. Styranordningen grundar sig på förhållandet att spänningen över batteripolerna vid laddning ligger över en viss spänningsnivå och utan laddning vid en lägre spänningsnivå. I det förstnämnda fallet drivs kylkompressorn till dess kylmediet i den eutektiska plattan helt eller delvis frusit till is, t ex en temperatur om mellan -8°C och -l5°C, i det senare fallet drivs kylkompressorn endast till dess det alltjämt flytande mediet i den eutektiska kylplattan antagit en temperatur om t ex mellan -2°C och -6°C.

Närmare kännetecken på uppfinningen kommer att framgå av den följande detaljerade beskrivningen i vilken kommer att hänvisas till 8400514-9 bifogade ritningar. Det är emellertid underförstått att den följande beskrivningen och de på ritningarna visade utföringsformerna endast ugör belysande exempel, och att många olika modifikationer kan förekomma inom ramen för de avslutande patentkraven.

På ritningarna visar figur l schematiskt ett system enligt uppfinningen med en kompressordriven kylanläggning försedd med en eutektiska kylplatta. Figur 2 visar ett blockschema över en elektronisk styranläggning för den kompressordrivna kylanläggningen. Figur 3 visar ett praktiskt påvisat operationsschema för en kylanläggning enligt uppfinningen.

I figur l visas en kylanläggning enligt uppfinningen bestående av en kylkompressor l, som pâ vanligt sätt har en primärkondensor eller kylare 2, och som pâ sekundärsidan har en eutektisk kylplatta 3 monterad i en sida till en kylbox 4. För styrning av anläggningen och för att på mest energisnåla sätt utnyttja den tillgängliga elektriska energin är kylanläggningen försedd med en styranordning 5 enligt uppfinningen och en till styranordningen ansluten kontrollenhet 6.

Kompressorn l och kondensorn eller primärkylaren Ziär av konventionellt slag och kräver ingen närmare beskrivning. Den på sekundärsidan anslutna eutektiska plattan består av en sluten behållare, som genom ett slutet ledningssystem 7 är ansluten till kompressorn l, och som innehåller ett köldmedium, t ex en spritlösning, en saltlösning, en olja eller liknande i och för sig känt köldmedium, vilket vid en viss temperatur börjar frysa, och vilket vid en väsentligt lägre temperatur fryst helt. För ändamålet kan man använda ett valfritt känt köldmedium, och mediet anpassas efter den temperatur man önskar uppnå, efter motorns laddningsförmâga, efter den önskade kylhålltiden utan motordrift och den laddning man önskar, efter den förväntade omgivningstempera- 'turen, efter kylskåpets eller kylboxens isolation m fl faktorer.

För den kommande beskrivningens skull har i ett utföringsexempel använts en eutektisk kylplatta, vars köldmedium börjar frysa vid -8°, och som kan kylas ned till åtminstone -l5°C.

Kompressorn är anordnad att drivas av ett ackumulatorbatteri 8, som laddas av en till en icke visad motor ansluten generator 9, och som är anslutet till styrenheten 5 för övervakning av spänningen över 3400514-9 batteripolerna och därmed kontroll om motorn går (laddar) eller ej.

Det i figur 2 visade styrsystemet har till uppgift att enligt givna förutsättningar ge ström till kylkompressorn l, så att denna arbetar med optimal kyleffekt vid minimalt uttag från batterierna. För beskrivningens skull förutsätts det att styrenheten ska arbeta med två olika kylnivåer, nämligen en första nivå mellan -2 och -6°C, vilken väljs om spänningen över batteriet eller batterierna indikerar att laddning inte förekommer, dvs att motorn inte går, och en andra nivå mellan -8 och -l5°C, vilken nivå väljs om spänningen över batterpolerna indikerar att laddning av batterierna pågår. Detta observeras genom att polspänningen ligger vid laddningsspänning respektive under laddningsspänning, vilket för l2 volts batterier valts till över resp. under l2,6 volt och vid 24 voltsbatterier över resp. under 26,0 volt.

Vid den första nivån slås alltså kompressorn till när temperaturen på köldmediet i den eutektiska kylplattan stigit till -2°C, och den slås ifrån när temperaturen sjunkit till -6°C. Detta tillstånd inträder när en huvudbrytare med till- och frånslagsfunktion i kontrollenheten 5 slagits till, och kompressorn arbetar intermittent och håller därmed temperaturen i kylskåpet eller kylboxen vid lämplig kyltemperatur.

Denna lågkylnivå fortgår ända till dess strömmen genom huvudbrytaren i kontrollenheten 5 slås ifrån, eller till dess motorn startas och dess generator börjar ladda batteriet.

Det elektroniska styrsystemet består allmänt av en treläges strömställare l0, ett spänningsvalssystem ll, ett temperaturavkännarsystem l2, ett system av OCH-grindar l3, ett system av ELLER-grindar 14 samt organ för att i beroende av de nämnda grindarna åstadkomma den önskade funktionen.

Den positiva batteripolen är ansluten till en huvudledare l5 i styrsystemet, och den negativa batteripolen är ansluten till en andra huvudledare l6 i styrsystemet. Strömställaren lD, vilken är av manuell typ, kan inta tre olika lägen, nämligen ett neutralläge, vilket visas i figuren, och där hela kylanläggningen är avstängd, ett automatfunktionsläge, vilket motsvarar läget uppåt i figur 2, där kompressorn kopplas till respektive ifrån beroende på en given spänningsgräns, och ett tvângsstyrt läge, vilket motsvarar läget nedåt i 8400514-9 figur 2, i vilket kompressorn drivs oberoende av spännings- och temperaturgränser.

Spänningsvalssystemet består av två stycken komparatorer 17 och 18, vilka har spänningen O eller drivs med en gränsspänning, vilken för 12 volts system kan vara 5,6 volt. Denna gränsspänning erhålls från en zenerdiod 19 på 5,6 volt. Komparatorn 17 är anordnad att ge signal då den observerade polspänningen är <.l2,6 volt (12 volts system) eller 426 volt (24 volts system), och komparatorn 18 är anordnad att ge signal då den observerade polspänningen är > 12,6 resp. >-26 volt.

Temperaturavkännarsystemet 12 består av fyra stycken OP-förstärkare (operationsförstärkare) 20, 21, 22 och 23. Dessa OP-förstärkare känner av spänningar i fyra fasta nivåer, vilka âstadkommits genom fem stycken i serie kopplade motstånd 24, 25, 26, 27 och 28. Det första motståndet 24 har kopplats mellan minuspolen 16 och den första 0P-förstärkaren 20, det andra motståndet 25 mellan förstärkarna 20 och 21, det tredje 26 mellan förstärkarna 21 och 22, det fjärde 27 mellan förstärkaren 22 och spänningsfunktionssystemet ll och den femte förstärkaren 28 mellan spänningsfunktionssystemet ll och den positiva batteriledaren 15.

OP-förstärkarna jämför dessa värden med ett NTC-motstånd 29 (Negative Temperature çoefficient), som via en ledare 30 är ansluten till den ena ingången på var och en av OP-förstärkarna 20-23. NTC- motståndet 29 sitter monterat på den eutektiska kylplattan (3 i figur 1) och har direktkontakt med plattans centrum. För att vid tillverkningen kunna reglera in de aktuella värdena sitter en trimpotentiometer 31 inkopplad i serie mellan NTC-motståndet 29 och den negativa batteriledaren 16.

De fyra OP-förstärkarna 20-23 är anpassade för att ge signal vid lämpliga till- och fränslagstemperaturer, och som exempel kan anges att OP-förstärkaren 20 ger signal vid-< -15°C OP-förstärkaren 21 ger signal vid :>-8°C OP-förstärkaren 22 ger signal vid<í -6°C, och OP-förstärkaren 23 ger signal vid > -2°C.

Komparatorerna 17 och 18 i spänningssystemet ll och OP-förstärkarna -23 i temperatursystemet 12 är anslutna till fyra stycken OCH-grindar 32, 33, 34 och 35 av den typ som fordrar signal på båda ingångarna för 8400514-9 att ge signal ut. Två av OCH-grindarna 32, 34 är anslutna för spänningsvillkoret-< 12,6 volt och de två andra OCH-grindarna 33, 35 är anslutna för spänningsvillkoret > l2,6 volt. Dessa båda grupper av OCH-grindar är i sin tur anslutna till två ELLER-grindar 36, 37, som ger signal för kompressorn (l i figur l) att koppla in och ur enligt de givna temperatur- och spänningsförutsättningarna. Detta âstadkoms genom att ELLER-grindarna 36 och 37 är anslutna till en SR-vippa 38 (set-reset). SR-vippan 38 är i sin tur ansluten till en DP-krets 39, som förstärker signalen och via ett motstånd 40 driver en transistor 4l, vilken sluter respektive bryter kompressorns manöverkrets 42, 43.

För synlig observering av anordningens funktion finns lysdiodkretsar 44 och 45, som via transistorkretsar 46 och 47 med seriekopplade motstånd är anslutna mellan spänningskretsens ll utgångar och utgången på strömställaren lD. Vidare är en av en transistorkrets 48 med tillhörande motstånd ansluten kylfläkt 49.

Anordningens funktion är följande: Vid tillslag "automat" på strömställaren l0 sätts spänningsvals- systemet under spänning, och komparatorerna l7 och l8 observerar om laddning förkommer eller ej. Om laddning inte förekommer, vilket observeras genom att batteripolspänningen är lägre än l2,6 volt resp. 26 volt väljer systemet automatiskt "lågenergialternativet“, varvid temperaturalternativet -2°C till -6°C i temperatursystemet l2 kopplas in. Detta innebär att OCH grindarna 20 och Zl öppnar när temperaturen i den eutektiska plattan 3 stigit till -2°C (vid det valda temperatursystemet), och kompressorn l startas. När temperaturen sjunkit till -6°C (vid det valda temperatursystemet) och spänningen från NTC-motståndet 29 balanserats stänger OCH-grindarna 20 och Zl och spänningen till kompressorn bryts. När så temperaturen i den eutektiska plattan 3 åter stigit till -2°C och spänningdifferensen uppgår till det inställda värdet slår OCH-grindarna åter till kompressorn.

Om spänningssystemet ll i stället observerat att laddning av batteriet pågår och att följaktligen spänningen över batteripolerna är högre än l2,6 resp. 26 volt kopplas "högenergialternativet" in och den andra serien OCH-grindar kopplas in. Dessa arbetar i sin tur för 8400514-9 temperaturer mellan -8°C och -l5°C (vid det valda alternativet) och slår till kompressorn vid temperaturer högre än -8°C och slät ifrån kompressorn när temperaturen i den eutektiska platten 3 sjunkit till - l5°C. 1 detta fall har den eutektiska plattan 3 en ackumulerad kyla, vilken är tillräcklig för att hålla kylan i kylskåpet eller kylboxen vid en minsta önskad kyla under åtskilliga timmar, vid välisolerade kylboxar och vid användning av måttligt stor eutektiska platta i l5-20 timmar.

Den låga temperaturen om -l5°C är även tillräcklig för att hålla frysta varor i fryst skick under många timmar.

I vissa fall kan det vara önskvärt att sänka temperaturen i kylskåpet eller kylboxen till en nivå under -6°C vid tillfällen då laddning inte förekommer, och i detta fall slås strömställaren l0 om till tvângsstyrning, dvs den undre lägen så som visas i figur 2, varvid "lågenergisystemet" överbryggas.

Lysdioderna 44 och 45 indikerar under alla förhållanden det tillstånd som råder och vilken typ av köldlagring som kompressorn för tillfället utför respektive när systemet är avstängt.

Det i figur 3 visade operationsschemat avser en kompressordriven kylanläggning enligt uppfinningen, vilken drivs av ett av en förbränningsmotor uppladdningsbart ackumulatorbatteri. I den översta delen I av schemat visas de perioder, vid vilka motorn är igång, och då alltså laddning förekommer; i nästa vertikala del II visas hur spänningen över batteripolerna varierar vid tillslagen resp frånslagen motor och i anslutning därtill hur komparatorerna l7 och l8 reagerar och görs aktiva; i del III visas hur temperaturen i den eutektiska plattans köldmedium ändras vid upplagring av köldenergi och urladdning av köldenergi under de olika driftsförhållandena, och i anslutning därtill hur de fyra OP-förstärkarna agerar; i den sista delen av schemat visas de tillfällen då kylkompressorn l och kylfläkten 49 är inkopplade resp. urkopplade. Det kan i schemat observeras att en viss överlappning förekommer i funktionerna hos DP-förstärkarna 2l och 22, vilket hänger samman med att spänningsgränspunkten i realiteten måste formas som ett litet spänningsintervall, nämligen intervallet mellan 12,6 och 13,0 volt för ett l2 voltssystem. Motsvarande värden gäller även för ett 24 voltssystem. 8-490514-9 Det är uppenbart för fackmannen att den ovanstående beskrivningen endast utgör ett beiysande exempei, viiket inte begränsar uppfinningen, och t ex att man genom enkeï anpassning av de i styrsystemet ingående komponenterna kan ändra de ovan angivna temperaturgränserna ochleiler de angivna spänningsnivåer, vid vilka de tvâ alternativa köidiagrings- systemen ska koppias in.

Claims (10)

8400514-9 P a t e n t k r a v

1. l. Kylanläggning bestående av ett elektriskt drivet kylskapande organ (l, 2) med ett därtill anslutet köldavgivande organ (3) placerat i ett kylskåp eller en kylbox (4), k ä n n e t e c k n a d av att det kylskapande organet (l, 2) och det köldavgivande organet (3) är anslutna till ett styrorgan (5) innehållande spänningsavkännade medel (ll) för observering av drivspänningen och speciellt om spänningen ligger över eller under en viss nivå, temperaturavkännande medel (12) anslutna till spänningsmedlen (ll) för observering av åtminstone tvåll-i-ka) 0 Ü/fffl temperaturnivåer i det köldavgivande organet (3) samt medel (13, 14) för att åstadkomma tillslagning respektiva frånslagning av det kylskapande organet (l, 2) vid vartdera av de två nämnda spänningstillstånden vid en övre temperaturnivå respektive en undre temperaturnivå i det I köldavgivande organet (3).

2. Kylanläggning enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a d av att det spänningsavkännande organet utgörs av tvâ stycken komparatorer (l7, l8), vilka är överordnade de temperaturavkännande organen, och av vilka det ena (l7 eller 18) är anordnat att inta aktivt tillstånd vid en spänning under en viss given nivå, medan det andra (18 eller l7) är anordnat att inta aktivt tillstånd vid en spänning över den nämnda givna nivån.

3. Kylanläggning enligt patentkravet 2, k ä h n e t e c k n a d av att komparatorerna (l7, l8) är anpassade så att den givna spänningsnivån motsvarar ungefär 12,6 volt vid ett l2 volts batterisystem eller ungefär 26 volt vid ett 24 volts batterisystem.

4. Kylanläggning enligt patentkravet 2 eller 3, k ä n n e - t e c k n a d av att det elektriska drivorganet utgörs av ett eller 8400514- 9 l0 flera ackumulatorbatterier, och av att spänningsdifferenserna kring den nämnda givna nivån uppkommer och observeras under perioder av laddning respektive icke-laddning av batteriet eller batterierna.

5. Kylanläggning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d av att det temperaturavkännande organet utgörs av 4 st OP-förstärkare (20-23), vilka genom lämpliga mellankopplade motstånd (24-27) är anordnade att inta aktivt läge vid fyra olika temperaturnivåer, och av att temperaturen i det köldavgivande organet överförs som en elektrisk signal till Op-förstärkarna av ett eller flera NTC-motstånd (29).

6. Kylanläggning enligt patentkravet 5, k ä n n e t e c k n a d av att det köldavgivande organet utgörs av en eutektisk platta (3) med ett fluidum, vilket börjar stelna vid en temperatur om cirka -6°C, och som är väsentligen helt fryst vid en temperatur om cirka -l5°C.

7. Kylanläggning enligt patentkraven 5 och 6, k ä n n e t e c k - n a d av att tvâ av OP-förstärkarna (20-23) är anslutna till komparatorn för spänningar under den givna nivån och de två andra OP-förstärkarna är anslutna till komparatorn för spänningar över den givna nivån, och av att de förstnämnda två OP-förstärkarna åstadkommer tillslag av den kylskapande organet (l) vid en temperatur om cirka -2°C och frånslag vid en temperatur om cirka -6°C, medan de andra två OP-förstärkarna åstadkommer tillslag vid en temperatur om cirka -8°C och fränslag vid en temperatur om cirka -l5°C.

8. Kylanläggning enligt patentkraven 5 och 7, k ä n n e - t e c k n a d av att styrmedlen för anläggningen innefattar ett trimorgan (31) i serie med NTC-motståndet för anpassning av de nämnda temperaturgränserna.

9. Kylanläggning enligt patentkraven 5 och 7, k ä n n e t e c k - n a d av att de fyra OP-förstärkarna (20-23) är anslutna till var sin OCH-grind (32-35), av vilka tvâ stycken grindar motsvarande de lägre temperaturnivåerna i de tvâ grupperna är anslutna till en ELLER-grind (36 eller 37) medan de två övriga OCH-grindarna motsvarande de övre temperaturnivåerna i de två grupperna är anslutna till en andra ELLER- grind (37 eller 36). varvid den första ELLER-grinden genom en RS-vippa (38) åstadkommer tillslag av det kylskapande organet, medan den andra 8400514-9 11 ELLER-grinden åstadkommer frånsïag av det kyïskapande organet.

10. Kyïanïäggning enhgt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d av att den innehâHer ïysdiodkretsar (44, 45), viïka indikerar när det kyïskapande organet (1) arbetar vid den lägre spänningsnivân resp. när det ky1skapande organet arbetar vid den högre spänningsnivân hos det eïektriska drivorganet.