Морозильник с функцией оттаивания и способ работы этого морозильника
Изобретение относится к морозильнику с охлаждающей поверхностью. Морозильник содержит обледеневающую охлаждающую поверхность, например поверхность испарителя, нагревательное устройство для обогрева охлаждающей поверхности и схему управления работой нагревательного устройства в зависимости от таймера. Схема управления может блокировать работу нагревательного устройства в течение заданного таймером интервала времени. С помощью таймера можно обеспечить, чтобы охлаждающая поверхность нагревалась для оттаивания только тогда, когда потребность морозильника в холодопроизводительности мала. Технический результат заключается в минимизации расходов электроэнергии. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 8 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к морозильнику с охлаждающей поверхностью, на которой в процессе эксплуатации морозильника может образоваться слой льда, и нагревательным устройством для нагрева охлаждающей поверхности и оттаивания таким способом этого слоя льда.
Уровень техники
Обычные морозильные аппараты этого типа, именуемые также ненамораживающими аппаратами или устройствами с системой "Фрост Фри" (Frost-Free), имеют управляющее устройство для управления работой нагревателя, автоматически включающее нагреватель, если определяемое с помощью таймера время работы аппарата или компрессора аппарата превысит заданное предельное значение. Благодаря этому время от времени происходит оттаивание охлаждающей поверхности даже без активного участия пользователя, и не может образоваться слой льда такой толщины, который может существенно повлиять на энергопотребление аппарата.
Проблема этого способа состоит в том, что он не в состоянии учесть возможность помещения в морозильник свежих продуктов для замораживания незадолго перед началом оттаивания. В этом случае требуется заморозить такие продукты как можно быстрее, для чего нужна большая холодопроизводительность. Однако вследствие автоматического оттаивания охлаждающей поверхности как раз в такой момент замораживание происходит долго и при неблагоприятных условиях может даже привести к тому, что уже хранящиеся в морозильнике замороженные продукты так сильно нагреются от вновь помещенных в морозильник продуктов, что оттают.
Другой недостаток этого способа состоит в том, что он требует сравнительно больших расходов на электроэнергию, поскольку связанное с процессом оттаивания повышенное потребление электроэнергии морозильником может иметь место в любое время суток.
Раскрытие изобретения
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить морозильник и соответствующий способ его работы, которые в любое время обеспечивают быстрое замораживание заложенных свежих продуктов и в то же время позволяют минимизировать расходы на электроэнергию, связанные с эксплуатацией такого аппарата.
Эта задача решена в морозильнике с обледеневающей охлаждающей поверхностью, нагревательным устройством для обогрева охлаждающей поверхности и схемой управления работой нагревательного устройства в зависимости от таймера, причем схема управления может блокировать работу нагревательного устройства в течение заданного таймером интервала времени.
Следует заметить, что такой морозильник не обязательно должен быть морозильником с автоматическим оттаиванием; таймер согласно изобретению не обязательно служит для запуска по истечении определенного времени процесса оттаивания, как в обычных ненамораживающих аппаратах, но, напротив, для того чтобы блокировать этот запуск в определенные неблагоприятные моменты времени. Моменты времени, в которые требуется включать оттаивание, могут согласно данному изобретению определяться как автоматически, так и пользователем, как далее будет изложено подробно.
Согласно предпочтительной реализации предлагаемого изобретением морозильника задаваемый таймером интервал времени - это интервал суточного времени, а именно такой, который длится с 9:00 до 22:00, а лучше, по меньшей мере, от 1:00 до 5:00. Это задание временного интервала основано на предположении, что ночью, в особенности между 9:00 и 22:00, вероятность закладки в морозильник свежих продуктов мала, так как большинство пользователей делает покупки в более раннее время. Расширение временного интервала, в течение которого включение нагревательного устройства заблокировано, на промежуток времени от 5:00 утра одного дня до 1:00 ночи следующего дня имеет к тому же дополнительное преимущество, состоящее в том, что в течение времени, предоставляемого на оттаивание, действует удешевленный ночной тариф на электроэнергию.
Предлагаемый изобретением морозильник предпочтительно использует более дешевую ночную электроэнергию также благодаря тому, что он, - поскольку не происходит оттаивания, - в разрешенный для оттаивания период работает с большей холодопроизводительностью охлаждающей поверхности, чем во время заблокированного интервала. Таким образом, и при нормальной работе морозильника потребление электроэнергии переносится из заблокированного интервала на период, в котором оттаивание разрешено и в котором стоимость электроэнергии меньше, чем в заблокированном периоде.
В одном альтернативном варианте изобретения таймер соединен с датчиком открытия двери морозильника, и задаваемый таймером интервал - это интервал времени, начинающийся при открытой двери. Действие такого устройства сравнимо с вышеописанным. Благодаря тому, что после открытия двери оттаивание в течение заданного интервала времени блокируется, заложенные свежие продукты в течение этого интервала плавно замораживаются, и процесс замораживания не прерывается и не замедляется оттаиванием. Вероятность того, что дверь морозильника останется закрытой в течение продолжительного времени порядка нескольких часов, ночью, разумеется, выше, чем днем, так что и в этом альтернативном варианте морозильника процессы оттаивания с большей вероятностью будут происходить ночью.
Таймер для управляющего устройства может быть построен по-разному. Например, это может быть автономное времязадающее устройство, не получающее сигналов извне. В такой таймер может, в частности, входить недорогой генератор частоты с высокой точностью хода, в особенности кварцевый.
В качестве неавтономного таймера может в особенности использоваться радиоприемник для приема радиосигналов точного времени.
Если морозильник рассчитан на работу в информационной сети, то, разумеется, интерфейс к такой сети может использоваться для приема передаваемого такой сетью или запрашиваемого сигнала точного времени для использования его в устройстве управления.
Изобретение предназначено для предпочтительного применения в таких аппаратах, как уже упоминавшиеся ненамораживающие аппараты, устройство управления которыми учитывает, по меньшей мере, один коррелирующий с толщиной наледи эксплуатационный параметр морозильника и включает нагреватель вне заданного интервала времени, если хотя бы один из контролируемых эксплуатационных параметров превысил предельное значение.
Предпочтительными примерами таких эксплуатационных параметров является полное время, протекшее с момента последнего включения нагревательного устройства, или суммарная продолжительность работы компрессора морозильника с этого момента.
Параметром, который в отличие от двух вышеназванных не требует нарастающего учета, является отношение времени работы компрессора морозильника к времени его простоя.
Другим подходящим параметром является подсчитанное количество открываний двери со времени последнего включения нагревательного устройства.
Согласно другой, более простой, реализации изобретения в схему управления включен управляющий элемент для подачи команды на включение нагревательного устройства. Этот управляющий элемент дает возможность пользователю ввести команду на включение нагревательного устройства в любой момент, когда он решит, что следует произвести оттаивание, в особенности также и тогда, когда он, открыв дверь, увидел, что оттаивание необходимо. Предлагаемая изобретением блокировка воспрепятствует включению оттаивания в неблагоприятный момент.
Разумеется, такой управляющий элемент может быть предусмотрен дополнительно также и в морозильнике с автоматическим оттаиванием.
Задача изобретения решена также посредством способа для управления морозильником с обледеневающей охлаждающей поверхностью и нагревательным устройством для обогрева охлаждающей поверхности, состоящего из следующих операций:
- задание блокирующего интервала времени, в течение которого оттаивание охлаждающей поверхности не разрешается;
- обнаружение необходимости оттаивания охлаждающей поверхности;
- если необходимость оттаивания обнаружена в блокирующем интервале времени, ожидание окончания этого интервала, после чего:
- включение нагревательного устройства.
Краткий перечень чертежей
Прочие признаки и преимущества изобретения вытекают из нижеследующего описания примеров исполнения со ссылками на прилагаемые чертежи. На чертежах изображены:
фиг.1 - схематический разрез морозильника, в котором применено предлагаемое изобретение;
фиг.2 - структурная схема первой реализации управляющего устройства для холодильника;
фиг.3 - блок-схема действия системы управления по фиг.2;
фиг.4 - структурная схема второй реализации управляющего устройства;
фиг.5 - блок-схема действия системы управления по фиг.4;
фиг.6 - вариант действия системы управления по фиг.5;
фиг.7 - третья реализация управляющего устройства согласно изобретению; и
фиг.8 - блок-схема действия системы управления по фиг.7.
Осуществление изобретения
Конструкция изображенного на фиг.1 холодильного аппарата в основном известна и поэтому будет охарактеризована лишь вкратце.
Теплоизолирующий корпус 1 и такая же дверь 2 ограничивают морозильную камеру 3 внутри корпуса 1. Перегородка 4 отделяет от морозильной камеры 3 отсек 5, на задней стенке которого расположен испаритель 6, служащий охлаждающей поверхностью. Испаритель 6 является частью охлаждающего контура, в который входят также компрессор 7 и конденсатор 8. В сквозном отверстии перегородки 4 установлен вентилятор 9, обеспечивающий циркуляцию воздуха между морозильной камерой 3 и отсеком 5. При нормальных эксплуатационных условиях температура на испарителе 6 ниже нуля. Влага из воздуха, поступающего в процессе циркуляции из морозильной камеры 3 в отсек 5, конденсируется на поверхности испарителя 6 и образует на нем в процессе длительной эксплуатации ледяную корку. Для оттаивания этой ледяной корки в отсеке 5 установлено нагревательное устройство 10.
Следует заметить, что изобретение распространяется также на такие морозильники, в которых испаритель 6 расположен не в отдельном отсеке, а находится в непосредственном термическом контакте с морозильной камерой 3.
На фиг.2 изображен первый пример реализации управляющего устройства для холодильника по фиг.1. Управляющее устройство состоит из схемы управления 11, например, микропроцессора или микроконтроллера, связанного с управляющим элементом 12, например, установленной на корпусе 1 электрической кнопкой, с установленным на испарителе 6 датчиком температуры 13 и с таймером 14. Таймер 14 предпочтительно выполнен в виде кварцевых часов или радиоуправляемых часов и периодически выдает цифровой сигнал, соответствующий точному времени. В случае "интеллектуального" морозильника, который одновременно является оконечным устройством в информационной сети или сети передачи данных, таймером 14 может служить также интерфейс с такой сетью, так как в подобных сетях сигналы точного времени периодически передаются или могут быть запрошены по интерфейсу 14 от другого оконечного устройства.
На фиг.3 изображен первый пример способа, который может быть реализован управляющей схемой 11, чтобы оттаивать при необходимости испаритель 6. При этом способе предполагается, что процесс оттаивания не запускается автоматически схемой управления 11, а включается по команде пользователя, когда последний нажимает на кнопку 12. Если схема управления 11 на шаге S1 обнаруживает, что кнопка 12 была нажата, то она на следующем шаге S2 проверяет выдаваемый таймером 14 сигнал точного времени. Если это время заключено в промежутке от 5:00 утра до 1:00 ночи, то схема управления 11 временно игнорирует команду пользователя и ожидает на шаге S3 до 1:00 ночи. Промежуток времени от 5:00 утра до 1:00 ночи является, таким образом, запретным интервалом, в течение которого оттаивание не производится. В 1:00 ночи схема управления 11 подает электропитание на нагревательное устройство 10 (шаг S4) и одновременно отключает компрессор 7 и вентилятор 9, если они были включены. Имеется альтернативная возможность, что если компрессор 7 и вентилятор 9 включены, то схема управления 11 задерживает включение оттаивания до тех пор, пока их рабочая фаза не закончится нормально.
Если нагревательное устройство работает так долго, что температура, измеряемая датчиком 13, окажется выше нуля (шаг S5), то это верный признак того, что испаритель 6 полностью оттаял, и на шаге S7 электропитание нагревательного устройства 10 отключается, и восстанавливается нормальный режим охлаждения.
Пользователь может кнопкой 12 ввести команду на оттаивание в любой удобный для него момент, например, если он при загрузке или выгрузке продуктов видит, что оттаивание необходимо. Благодаря ограничению периода оттаивания ночным временем от 1:00 до 5:00 можно быть уверенным, что до того как включится оттаивание, вновь загруженные продукты успеют надежно заморозиться.
Легко видеть, что для промежутка времени, в течение которого разрешается оттаивание, без труда могут быть заданы другие пределы. Было бы также просто задать фиксированный момент, например 3:00 ночи, когда оттаивание может начаться.
На фиг.4 изображен пример устройства управления, позволяющего осуществить полностью автоматическое оттаивание. Компоненты этого устройства, которые уже были описаны применительно к фиг.2, обозначены теми же номерами и не будут описываться отдельно. В схеме управления 11 на фиг.4 предусмотрен дополнительно сигнальный вход 15, на который подаются команды включения и отключения компрессора 7, поступающие от терморегулятора 16.
Первый пример способа, который может быть реализован с помощью этого варианта управляющего устройства, изображен на фиг.5. Работа устройства начинается с того, что после включения морозильника на шаге S11 счетчик часов работы t сбрасывается на ноль. Когда схема управления 11 обнаруживает, что компрессор 7 включен (S12), она сохраняет текущее значение времени takt в буфере b (S13). Как только обнаружится, что компрессор снова отключился, значение, хранящееся в буфере b, вычитается из нового текущего значения времени takt и снова вводится в буфер b (S15). Если на шаге S16 обнаружится, что результат меньше нуля, это значит, что начало и конец рабочей фазы компрессора относятся к разным датам, и к значению в буфере b нужно прибавить 24 часа (S17), чтобы получить правильное значение длительности рабочей фазы компрессора. Полученное значение прибавляется к t (S18), и проверяется (S19), не превышает ли результат допустимое полное время tlim работы компрессора между двумя циклами оттаивания. Если да, то необходимо оттаивание, и система переходит к шагу S21; если нет, то на шаге S20 проверяется, нажимал ли пользователь кнопку 12 с требованием оттаивания. Если да, то система также переходит к шагу S21, если нет, то на шаге S12 система ожидает следующей рабочей фазы компрессора.
Следующие шаги S21-S26 идентичны шагам S2-S7 на фиг.3 и в повторном описании не нуждаются.
При упрощенном варианте способа управления вместо времени работы компрессора можно было бы просто измерять общее время работы морозильника с момента последнего оттаивания и переходить к шагу S21, когда общее время работы превзойдет заданное предельное значение.
Другая реализация способа работы управляющего устройства, изображенного на фиг.4, показана на фиг.6. При этой реализации в качестве критерия необходимости оттаивания используется отношение времени работы компрессора к времени работы морозильника. Преимущество такой модификации состоит в том, что не требуется работать с параметрами, накопленными в течение всего рабочего времени с момента последнего оттаивания, так что процесс оттаивания может быть правильно запущен и в том случае, если вследствие перерыва электропитания или другой неисправности накопленные значения параметров теряются.
Способ начинается на шаге S31 инициализацией параметра а, выражающего отношение времени работы компрессора к времени работы аппарата. В качестве значения а может быть выбрано в принципе любое значение, меньшее заданного предельного значения А. На шаге S32 проверяется, включен или нет компрессор 7. Если нет, то параметр а на шаге S34 умножается на "коэффициент забывания" 1-ε; в противном случае к нему предварительно на шаге S33 делается приращение. Путем частого повторения этих шагов а сходится к значению, пропорциональному желательному отношению. На шаге S35 проверяется, не превзойдено ли предельное значение А. Если нет, то повторяются шаги S32-S34, в противном случае констатируется, что необходимо оттаивание, и следуют шаги S21-S26.
В устройстве управления, изображенном на фиг.7, сигнальный вход 15 из фиг.4 заменен соединением с выключателем 17. Этот выключатель 17 установлен известным способом на корпусе 1 для контроля открывания и закрывания двери 2 и, соответственно, для включения и отключения внутреннего освещения морозильной камеры 3. В этом исполнении схема управления 11 считает, сколько раз дверь 2 открывалась со времени последнего оттаивания, или в альтернативном варианте считает суммарное время, в течение которого дверь оставалась открытой со времени последнего оттаивания, и сравнивает результат с предельным значением. Этот способ не иллюстрируется блок-схемой, так как его осуществление легко понять посредством обобщения вышеприведенных примеров. При обнаружении превышения предельного значения и при этом способе выполняются шаги S21-S26.
Альтернативный способ, реализуемый с помощью устройства управления, изображенного на фиг.7, поясняется с помощью блок-схемы, изображенной на фиг.8. На шаге S41 определяется значение любого подходящего параметра, например, количества или продолжительности открываний двери, времени работы компрессора, общего времени работы, отношения времени работы компрессора к общему времени работы и т.д. Если при этом на шаге S42 обнаруживается, что дверь 2 была открыта, то запускается таймер 14 (S43), который в этой реализации служит не для выдачи сигналов времени, а для контроля, не истек ли заданный временной интервал, например, три часа. Эти шаги циклически повторяются, пока на шаге S44 не будет установлено, что контролируемый параметр превысил предельное значение. Если это произошло, то на следующем шаге (S45) нужно проверить, не истекло ли время, установленное на таймере, т.е. не прошло ли заданное время с момента последнего открытия двери. Если не прошло, то шаги S41-S44 циклически повторяются до тех пор, пока не истечет время.
Истечение времени показывает, что теперь может начаться процесс оттаивания, так как с момента последнего открытия двери прошло достаточно времени, чтобы последние заложенные продукты успели надежно заморозиться. Так как последующие шаги идентичны шагам S4-S7 на фиг.3, то они не требуют повторного обсуждения.
Побочный результат этой системы управления состоит в том, что истечение установленной на таймере выдержки времени будет приходиться преимущественно на ночное время, так как именно ночью наиболее велика вероятность, что дверь будет закрыта так долго, чтобы могло истечь установленное на таймере время. Поэтому и при способе по фиг.8 оттаивание будет преимущественно происходить в часы действия удешевленного ночного тарифа на электроэнергию.
1. Морозильник с обледеневающей охлаждающей поверхностью (6), нагревательным устройством (10) для обогрева охлаждающей поверхности (6) и схемой управления (11) работой нагревательного устройства (10) в зависимости от таймера (14), отличающийся тем, что схема управления (11) выполнена с возможностью
задания блокирующего интервала времени, в течение которого оттаивание охлаждающей поверхности не разрешено,
обнаружения, независимо от блокирующего интервала времени, необходимости произвести оттаивание охлаждающей поверхности и
включения нагревательного устройства по окончании блокирующего интервала времени, если необходимость произвести оттаивание охлаждающей поверхности обнаружена.
2. Морозильник по п.1, отличающийся тем, что задаваемый таймером интервал времени является интервалом суточного времени.
3. Морозильник по п.2, отличающийся тем, что интервал времени длится, по меньшей мере, от 9:00 до 22:00, а предпочтительно, по меньшей мере, от 5:00 до 1:00 следующего дня.
4. Морозильник по п.2 или 3, отличающийся тем, что средняя холодопроизводительность охлаждающей поверхности (6) за пределами интервала суточного времени выше, чем в пределах интервала суточного времени.
5. Морозильник по п.1, отличающийся тем, что таймер (14) соединен с датчиком (17), контролирующим открытие двери (2) морозильника, и что задаваемый таймером (14) интервал отсчитывается от времени открытого положения двери (2).
6. Морозильник по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что таймер (14) имеет генератор частоты, в особенности кварцевый генератор.
7. Морозильник по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что таймер (14) имеет приемник радиосигналов.
8. Морозильник по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что таймер (14) имеет интерфейс для связи с информационной сетью.
9. Морозильник по п.1, отличающийся тем, что схема управления (11) выполнена с возможностью учета, по меньшей мере, одного коррелирующего с толщиной наледи на охлаждающей поверхности (6) эксплуатационного параметра морозильника и включения нагревателя вне заданного интервала времени, если параметр превысил предельное значение.
10. Морозильник по п.9, отличающийся тем, что одним из эксплуатационных параметров является время, истекшее после последнего рабочего цикла нагревательного устройства (10).
11. Морозильник по п.9 или 10, отличающийся тем, что одним из эксплуатационных параметров (опора) является время работы компрессора (7) морозильника после последнего рабочего цикла нагревательного устройства (10).
12. Морозильник по п.9 или 10, отличающийся тем, что одним из эксплуатационных параметров является отношение рабочего времени к времени простоя компрессора (7) морозильника.
13. Морозильник по п.9, отличающийся тем, что в нем имеются дверь и датчик (17), контролирующий открытое положение двери, и что одним из эксплуатационных параметров является количество открытий двери со времени последнего рабочего цикла нагревательного устройства (10).
14. Морозильник по п.9, отличающийся тем, что схеме управления (11) придан управляющий элемент (12) для ввода команды на включение нагревательного устройства (10).
15. Способ управления морозильником с обледеневающей охлаждающей поверхностью (6) и нагревательным устройством (10) для подогрева охлаждающей поверхности (6), включающий следующие операции:
задают блокирующий интервал времени, в течение которого оттаивание охлаждающей поверхности (6) не разрешено,
независимо от блокирующего интервала времени обнаруживают необходимость произвести оттаивание (S1, S19, S20, S35) охлаждающей поверхности (6),
если момент обнаружения лежит в блокирующем интервале (S2, S21, S35), ожидают окончания блокирующего интервала (S3, S22) и по окончании блокирующего интервала включают нагревательное устройство (S4, S23).
16. Способ по п.15, отличающийся тем, что необходимость оттаивания обнаруживают посредством ввода команды пользователем (S1).
17. Способ по п.15, отличающийся тем, что необходимость оттаивания обнаруживают посредством контроля, по меньшей мере, одного из коррелирующих с толщиной обледенения эксплуатационных параметров морозильника (S13-S18; S31-S34; S41) и регистрации необходимости (S19, S35, S44), если, по меньшей мере, один из эксплуатационных параметров превышает предельное значение.
