Одноконтурный холодильный аппарат
Холодильный аппарат, в частности, бытовой холодильный аппарат, содержащий циркуляционный контур хладагента, в котором компрессор соединен с, по меньшей мере, одним первым испарителем, связанным с холодным отделением, и со вторым испарителем, подключенным последовательно к первому испарителю, связанным с теплым отделением. Управляющая схема соединена с первым температурным датчиком теплого отделения таким образом, чтобы включать компрессор, когда температура, регистрируемая первым температурным датчиком, превышает предельную величину, и когда время, прошедшее с момента предыдущего выключения компрессора, превышает предельную величину (taus) времени отключения. Использование данного изобретения позволяет охлаждать одно из его отделений без необходимости использовать для этого температурный датчик в этом отделении. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к холодильному аппарату, в частности, бытовому холодильному аппарату, с циркуляционным контуром хладагента, в котором компрессор соединен с по меньшей мере двумя испарителями, каждому из которых соответствует одно из отделений с разными температурными режимами. Возможно параллельное включение испарителей в циркуляционном контуре хладагента и установка направляющего распределителя, предусмотренного для снабжения хладагентом одного из обоих испарителей в зависимости от того, в каком из отделений требуется охлаждение. В так называемых одноконтурных холодильных аппаратах, в противоположность этому, оба испарителя соединены друг с другом последовательно, так что поступающий от компрессора хладагент проходит сначала через первый испаритель, а затем через второй испаритель. Поскольку в таких холодильных аппаратах не требуются направляющие распределители для управления потоком хладагента, они надежны и недороги в производстве.
Уровень техники
Работа компрессора такого одноконтурного холодильного аппарата регулируется, как правило, при помощи температурного датчика, который расположен в отделении, охлаждаемом вторым испарителем. Если этот температурный датчик фиксирует потребность в охлаждении, то хладагент циркулирует также через первый испаритель, независимо от того, действительно ли у соответствующего ему отделения есть потребность в охлаждении или нет. Чтобы первое отделение, несмотря на отсутствие регулирования в нем, имело подходящую температуру, необходимо точное согласование друг с другом габаритных размеров обоих испарителей и отделений, толщины изолирующего слоя отделений, потоков хладагента, времени работы компрессора и других параметров. Однако даже тщательная настройка позволяет удовлетворительно эксплуатировать аппарат только в пределах узкого интервала температур окружающей среды. Если температура окружающей среды слишком высока, то потребность в охлаждении более теплого отделения растет в процентном отношении быстрее, чем потребность в охлаждении более холодного отделения, так что, если температурный датчик расположен в более теплом отделении, то температура в более холодном падает ниже предусмотренного уровня. Но излишне интенсивное охлаждение приводит к повышенной потребности в энергии. Если температура окружающей среды, напротив, слишком низкая, то потребность в охлаждении более теплого отделения становится сильнее, чем потребность в охлаждении более холодного. Вследствие этого возможно недостаточное охлаждение более холодного отделения, в результате чего может ухудшаться сохранность охлаждаемых в нем продуктов.
Давно известное решение этой проблемы - так называемое зимнее переключение. С его помощью пользователь имеет возможность переключать режим эксплуатации между обычным рабочим режимом и режимом для работы в холодной окружающей среде. При последнем режиме в более теплом отделении производится нагревание, которое приводит к тому, что температурный датчик этого отделения сообщает о потребности в охлаждении чаще, чем это происходило бы без нагревания. Таким образом, компрессор работает достаточно часто, чтобы вызывать также достаточное охлаждение более холодного отделения. Однако эффективность холодильного аппарата вследствие дополнительного нагревания значительно ухудшается.
Из патентного документа DE 10064318 А1 известен холодильный аппарат, включающий в себя циркуляционный контур хладагента, в котором компрессор соединен с по меньшей мере одним первым испарителем, соответствующим холодному отделению, и с подключенным последовательно к первому испарителю вторым испарителем, соответствующим теплому отделению, а также управляющую схему, которая соединена с первым температурным датчиком теплого отделения, чтобы включать компрессор, когда температура, регистрируемая первым температурным датчиком, превышает предельную величину. Если второй температурный датчик, установленный в более холодном отделении, фиксирует потребность в охлаждении, то компрессор включается на короткое время, чтобы жидкий хладагент попадал в испаритель более холодного отделения, расположенный в циркуляционном контуре хладагента выше по ходу потока, но не попадал в испаритель более теплого отделения, расположенный ниже по ходу потока. Таким образом удается по существу ограничить охлаждающий эффект тем отделением, в котором действительно существует потребность в охлаждении.
Хотя это позволяет отказаться от традиционного энергетически неэффективного нагревания более теплого отделения, однако необходимость монтировать в более холодном отделении второй температурный датчик и соединять его с управляющей схемой опять-таки приводит к повышенным производственным издержкам.
Из патентного документа WO 2010/133506 А2 известен холодильный аппарат с холодильной камерой, морозильной камерой и с общим для обоих этих отделений испарителем. Чтобы устранить проблему недостаточного охлаждения морозильной камеры при низкой температуре окружающей среды, предлагается приводить в действие компрессор независимо от измеренной температуры в отделении, если достигнуто заданное максимальное время простоя компрессора.
Раскрытие изобретения
Задачей данного изобретения является создание такого одноконтурного холодильного аппарата, который предлагает возможность при необходимости охлаждать преимущественно одно из его отделений без необходимости использовать для этого температурный датчик в этом отделении.
Задача решена холодильным аппаратом с признаками пункта 1.
Под холодильным аппаратом понимается, в частности, бытовой холодильный аппарат, то есть холодильный аппарат, который применяется для ведения домашнего хозяйства или, возможно, также используется в области общественного питания и служит, в частности, для хранения пищевых продуктов и/или напитков в количествах, обычных для бытовых нужд, при определенных температурах, как, например холодильник, морозильная камера, комбинированный холодильник-морозильник или шкаф для хранения вина.
Холодильный аппарат согласно изобретению представляет собой, в частности, бытовой холодильный аппарат с циркуляционным контуром хладагента, в котором компрессор соединен с по меньшей мере одним первым испарителем, и с управляющей схемой, которая соединена с первым температурным датчиком теплого отделения таким образом, чтобы включать компрессор, когда температура, регистрируемая первым температурным датчиком, превышает предельную величину, причем управляющая схема выполнена с возможностью включения компрессора, если время, прошедшее с момента предыдущего выключения компрессора, превышает предельную величину, отличающийся тем, что первый испаритель связан с холодным отделением, а второй испаритель, подключенный последовательно к первому испарителю, связан с теплым отделением, при этом фаза включения, которая вызвана превышением предельной величины времени отключения, короче, чем фаза включения, вызванная превышением предельной величины температуры.
Продолжительные фазы отключения компрессора по существу возможны только при низкой температуре окружающей среды вокруг холодильного аппарата.
Поэтому в случае, если отрезок времени после предыдущего отключения компрессора превысил предельную величину, возможен вывод о том, что температура окружающей среды настолько низка, что на основании работы компрессора, управляемой только первым температурным датчиком, уже больше не обеспечивается достаточное охлаждение более холодного отделения. Включая, вследствие этого, компрессор также после чрезмерно длинной остановки, удается поддерживать в холодном отделении достаточно низкую температуру даже при низкой температуре окружающей среды, не нуждаясь для этого в непосредственном измерении температуры в холодном отделении. Поэтому возможна экономия расходов, связанных с монтажом температурного датчика в холодном отделении; в сравнении с этим измерение продолжительности отключения, необходимое согласно изобретению, реализуется существенно дешевле, так как для него не требуется монтаж проводки. При применении программируемой управляющей схемы, например, на основе микропроцессора, оно осуществляется чисто программными средствами, то есть почти без дополнительных расходов. Благодаря тому, что фаза включения, которая вызвана превышением предельной величины времени отключения, короче, чем фаза включения, вызванная превышением предельной величины температуры, в первом из этих случаев существенная часть перекачиваемого компрессором жидкого хладагента остается в первом испарителе и таким образом способствует преимущественно охлаждению холодного отделения.
Согласно первому варианту осуществления возможна настройка управляющей схемы, позволяющая заканчивать фазу включения, вызванную превышением предельной величины времени отключения, по истечении заданного отрезка времени работы компрессора. Этот отрезок времени в общем случае должен быть выбран таким образом, чтобы перекачиваемый в течение него объем хладагента примерно соответствовал вместимости первого испарителя.
В качестве альтернативы описанному выше управлению в зависимости от времени или в сочетании с ним возможна также настройка управляющей схемы, позволяющая заканчивать фазу включения, вызванную превышением предельной величины времени отключения, когда температурным датчиком теплого отделения регистрируется первое понижение температуры. Это первое понижение температуры может быть очень незначительным, компрессор предпочтительно должен отключаться сразу, как только имеется возможность надежно распознать нисходящую тенденцию температуры с учетом точности измерения температурного датчика. Это относится, в частности, к случаю, когда, согласно простому варианту осуществления, температурный датчик, о котором идет речь, представляет собой вышеупомянутый первый температурный датчик, и он не находится в непосредственном контакте с испарителем второго отделения, так как этом случае первый температурный датчик распознает падение температуры только тогда, когда жидкий хладагент достигнет второго испарителя.
Если управляющая схема настроена известным образом так, что фаза включения, вызванная превышением предельной величины температуры, заканчивается, когда первый температурный датчик регистрирует второе понижение температуры, то первое понижение температуры должно быть по меньшей мере значительно слабее, чем второе, чтобы в случае включения компрессора, вызванного превышением предельной величины времени, обеспечивать использование получаемой охлаждающей мощности преимущественно для холодного отделения.
Температурный датчик, который вызывает окончание фазы включения, предпочтительно представляет собой второй температурный датчик, расположенный на испарителе теплого отделения. Он регистрирует поступление жидкого хладагента в испаритель существенно быстрее, чем первый температурный датчик, расположенный в теплом отделении на расстоянии от испарителя, и позволяет минимизировать количество жидкого хладагента, поступающего во второй испаритель. Расходы на такой второй температурный датчик меньше, чем расходы на температурный датчик в холодном отделении, во-первых, потому, что имеется возможность использовать для первого и второго температурного датчиков совместный кабельный жгут, а во-вторых потому, что такой температурный датчик на испарителе и без того предусмотрен во многих обычных одноконтурных холодильных аппаратах, чтобы предотвращать с его помощью замораживание испарителя.
В предпочтительном варианте осуществления холодильного аппарата в контуре хладагента помещен запорный клапан между конденсатором и испарителями.
Дальнейшие признаки и преимущества изобретения выявляются на основе приведенного ниже описания вариантов осуществления, ссылающегося на прилагаемые фигуры. Из этого описания и фигур следуют также признаки вариантов осуществления, которые не упомянуты в пунктах формулы изобретения. Такие признаки могут появляться также в других сочетаниях, отличных от специально раскрытых здесь. Таким образом, тот факт, что несколько таких признаков упомянуты в одном и том же предложении или иным образом текстуально связаны друг с другом, не оправдывает вывода о возможности их появления только в специфическом показанном сочетании; вместо этого принципиально нужно исходить из того, что возможно также исключение или изменение отдельных признаков из нескольких таких признаков, если это не ставит под сомнение техническую осуществимость изобретения.
Краткое описание чертежей
На чертежах показаны:
Фиг. 1 - схематичный поперечный разрез бытового холодильного аппарата согласно первому варианту осуществления изобретения;
Фиг. 2 - схема последовательности операций технологического процесса, выполняемого управляющей схемой холодильного аппарата;
Фиг. 3 - схематичный поперечный разрез бытового холодильного аппарата согласно второму варианту осуществления изобретения; и
Фиг. 4 - схема последовательности операций технологического процесса, выполняемого управляющей схемой холодильного аппарата с фиг. 3.
Осуществление изобретения
Корпус холодильного аппарата, схематично представленного на фиг. 1, включает в себя коробку 1 корпуса, имеющую два отделения с разными температурными режимами, например, морозильную камеру 2 в качестве холодного отделения и обычную холодильную 3 камеру качестве теплого отделения. На коробке 1 корпуса шарнирно закреплены двери 4, 5 для закрывания отделений 2, 3. На задней стенке каждого из отделений 2, 3 здесь изображены испарители 6, 7 типа Coldwall (англ. «холодная стенка» - прим.), однако, возможно было бы также размещение испарителей, не рассчитанных на размораживание, без необходимости существенных изменений в особенностях изобретения, которые описаны в дальнейшем.
Испарители 6, 7 вместе с компрессором 8, конденсатором 9, дросселирующим элементом 17 и, возможно, запорным клапаном 18 представляют собой часть циркуляционного контура хладагента холодильного аппарата. Между напорным патрубком 10 и всасывающим патрубком 11 компрессора 8 последовательно включены конденсатор 9, дросселирующий элемент 17, испаритель 6 морозильной камеры 2 и испаритель 7 обычного холодильного отделения 3, так что жидкий хладагент из конденсатора 9 может попадать в испаритель 7 только через дросселирующий элемент 17 и испаритель 6. Запорный клапан 18 связан с компрессором 8 и открыт строго в то время, когда компрессор включен. Высокое давление в конденсаторе 9 сохраняется также в периоды отключения компрессора 8, благодаря блокированию прохода посредством запорного клапана 18 в эти периоды, так что сразу после его включения на выходе дросселирующего элемента 17 имеется жидкий хладагент.
Электронная управляющая схема 12, предпочтительно выполненная на основе микропроцессора, соединена с температурным датчиком 13, расположенным в обычном холодильном отделении 3, и с таймером 14. Таймер 14 включает в себя генератор колебаний, например, пьезоэлектрический резонатор, который задает системную тактовую частоту для микропроцессора. Средства для выдачи количественного временного сигнала на основании системной тактовой частоты предпочтительно образуются при помощи программной функции микропроцессора, которая считает синхроимпульсы генератора и выдает цифровой сигнал за определенное число посчитанных импульсов.
Возможно расположение управляющей схемы 12 во встроенном виде вместе с температурным датчиком 13 в узле выключателя и осветительного устройства на внутренней стенке обычного холодильного отделения 3 или вне отделений 2, 3, например, рядом с компрессором 8 в машинно-компрессорном отделении 15 холодильного аппарата, и ее соединение с температурным датчиком 13 через посредством кабельного жгута 16.
Фиг. 2 иллюстрирует процесс работы управляющей схемы 12. Процесс повторяется циклически, так что выбор определенной технологической операции в качестве начальной в принципе является произвольным. Здесь в качестве начального шага рассматривается операция S1 возврата таймера 14 на ноль после выключения компрессора 8. В ходе операции S2 температура Т в обычном холодильном отделении 3, регистрируемая температурным датчиком 13, сравнивается с порогом Tmax включения, установленным пользователем. Если это пороговое значение превышено, процесс разветвляется к операции S3, при которой включают компрессор 8. Затем управляющая схема 12 фиксируется на выполнении операции S4 до тех пор, пока температура, измеренная в обычном холодильном отделении, не опустится ниже порога Tmin отключения. Как только это происходит, компрессор 8 снова отключается операцией S9, и процесс возвращается к исходному пункту.
Если, напротив, во время выполнения операции S2 температура Tmax включения еще не достигнута, процесс переходит к операции S5 и запрашивает результат измерения времени t таймера 14. До тех пор, пока этот результат меньше, чем максимально допустимый промежуток taus времени отключения, способ возвращается к операции S2. Таким образом, операции S2, S5 циклически повторяются до тех пор, пока не будет достигнут либо уровень температуры Tmax включения, либо максимально допустимый промежуток taus времени отключения.
Если максимально допустимый промежуток времени taus выключения превышен, то независимо от значения температуры в обычном холодильном отделении 3 компрессор 8 отключают операцией S6, и таймер 14 сбрасывают на операции S7. После этого в ходе операции S8 за таймером 8 наблюдают, до тех пор, пока измеренное им время t не достигает максимально допустимого времени tein включения. Как только это происходит, управляющая схема 12 на операции S9 выключает компрессор 8, и способ возвращается к исходному пункту S1.
Время tein выбирают в зависимости от производительности компрессора 8 и вместимости испарителя 6 таким образом, что его точно хватает на смену содержимого испарителя 6. Т.е. к моменту включения компрессора 8 пары хладагента, содержащиеся в испарителе 6, вытесняются и заменяются на по меньшей мере частично жидкий хладагент из конденсатора 9. Приток вытесненного пара хладагента, имеющего температуру морозильной камеры, в испаритель 7 обычного холодильного отделения 3 не оказывает там существенного охлаждающего действия. Морозильная камера 2, напротив, эффективно охлаждается, так как жидкий хладагент после выключения компрессора 8 остается в испарителе 6 и там испаряется.
Холодильный аппарат, показанный на фиг. 3, отличается от показанного на фиг. 1 наличием второго температурного датчика 19, который расположен в испарителе 7 обычного холодильного отделения 3 и ветвью кабельного жгута 16 соединен с управляющей схемой 12. В обычном случае, а также в рамках данного изобретения температурный датчик 19 может служить для того, чтобы регистрировать снижение температуры испарителя 7 до 0°C и в этом случае отключать компрессор 8, чтобы предотвращать образование на нем ледяного слоя, ухудшающего эффективность работы испарителя 7. В случае испарителя типа NoFrost допустимо охлаждение до температуры ниже 0°C; в этом случае температурный датчик 19 может служить для того, чтобы выключать подогрев испарителя 7 системой оттаивания, как только повышение температуры выше 0°C сообщает о полном устранении образовавшихся на нем отложений льда.
Значение температурного датчика 19 в рамках данного изобретения становится ясным на основании схемы последовательности операций фиг. 4, которая представляет процесс работы управляющей схемы 12 холодильного аппарата с фиг. 3. Операции S1 до S6 - те же, которые описаны в отношении фиг. 2, причем символ Т1 на фиг. 4 так же, как символ Т на фиг. 2, обозначает температуру, измеренную температурным датчиком 13 в обычном холодильном отделении 3.
Одновременно с включением компрессора на операции S6 управляющая схема 12 на операции S7 считывает показания температурного датчика 19 и заносит в память значение измеренной им температуры испарителя Т2 как Т2,0. Затем в ходе операции S8' система ожидает от температурного датчика 19 сообщения о температуре, которая по меньшей мере на некоторую малую величину s ниже, чем значение Т2,0. Такое понижение температуры сигнализирует о приходе жидкого хладагента в испаритель 7 и приводит к отключению компрессора на операции S9. Разность s температур в общем случае значительно ниже, чем разница между температурами Tmax, Tmin включения и отключения, так что фаза рабочего цикла компрессора 8, вызванная превышением максимально допустимого промежутка времени taus выключения компрессора 8, короче, чем такая фаза, вызванная превышением температуры Tmax включения.
Однако, в отличие от технологического процесса с фиг. 2, продолжительность фазы включения при превышении максимального промежутка времени taus выключения не постоянна. Если в момент операции S6 в испарителе 6 еще имеются остатки жидкого хладагента, то есть потребность в охлаждении морозильной камеры 2 незначительна, тогда короток и отрезок времени до снижения температуры испарителя 7, которое регистрируется в ходе операции S8'. Таким образом, продолжительность фазы включения между шагом S6 и шагом S9 автоматически приспосабливается к требуемой степени охлаждения морозильной камеры 2, хотя измерение температуры в морозильной камере 2 не производится. Поэтому имеется возможность выбирать максимальную продолжительность taus отключения более короткой, чем при варианте осуществления фиг. 1 и 2, не прибегая к ненужному, расходующему энергию переохлаждению морозильной камеры 2.
1. Холодильный аппарат, в частности бытовой холодильный аппарат, с циркуляционным контуром хладагента, в котором компрессор (8) соединен с по меньшей мере одним первым испарителем (6) и с управляющей схемой (12), которая соединена с первым температурным датчиком (13) теплого отделения (3) таким образом, чтобы включать компрессор (8), когда температура (Т; Т1), регистрируемая первым температурным датчиком (13), превышает предельную величину (Tmax), причем управляющая схема (12) выполнена с возможностью включения компрессора (8), если время, прошедшее с момента предыдущего выключения компрессора (8), превышает предельную величину (taus), отличающийся тем, что первый испаритель (6) связан с холодным отделением (2), а второй испаритель (7), подключенный последовательно к первому испарителю (6), связан с теплым отделением (3), при этом фаза включения, которая вызвана превышением предельной величины (taus) времени отключения, короче, чем фаза включения, вызванная превышением предельной величины температуры (Tmax) температуры.
2. Холодильный аппарат по п.1, отличающийся тем, что управляющая схема (12) выполнена с возможностью завершения фазы включения, вызванной превышением предельной величины (taus) времени отключения, по истечении заданного отрезка (tein) времени.
3. Холодильный аппарат по п.1, отличающийся тем, что управляющая схема (12) выполнена с возможностью завершения фазы включения, вызванной превышением предельной величины (taus) времени отключения, при регистрации первого снижения (s) температуры температурным датчиком (19) теплого отделения (3).
4. Холодильный аппарат по п.3, отличающийся тем, что управляющая схема (12) выполнена с возможностью завершения фазы включения, вызванной превышением предельной величины (Tmax) температуры, при регистрации второго снижения температуры (Tmax-Tmin) первым температурным датчиком (13), причем первое снижение (s) температуры менее существенно, чем второе (Tmax-Tmin).
5. Холодильный аппарат по п.3 или 4, отличающийся тем, что температурный датчик (19), который вызывает окончание фазы включения, представляет собой второй температурных датчик (19), расположенный на испарителе (7) теплого отделения (3).
6. Холодильный аппарат по п.1, отличающийся тем, что в контуре хладагента помещен запорный клапан (18) между конденсатором (9) и испарителями (6, 7).
