DE102008054934A1 - Kältegerät sowie Verfahren zur Temperaturregelung in einem Kältegerät - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Kältegerät, insbesondere Haushaltskältegerät, mit einem Nutzraum (3) für Kühlgut und einer Steuereinrichtung (35), mit der bei Vorliegen eines Kühlsignals (S) eine Kaltluftströmung (I) in den Nutzraum (3) einführbar ist und ein Abtauheizelement (39) zur Vermeidung einer Kondensat- und/oder Eisbildung aufgrund der in den Nutzraum (3) zugeführten Kaltluftströmung (I) ansteuerbar ist. Dem Heizelement (39) ist ein Zeitglied (43) zugeordnet, mit dem das Heizelement (39) nach Erzeugung des Kühlsignals (S) für ein vorgegebenes Zeitintervall (Δt) außer Betrieb bleibt.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Kältegerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zur Regelung einer Temperatur in einem Nutzraum eines Kältegerätes nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 11.
- Bei sogenannten No-Frost-Geräten wird dem Nutzraum eine Kaltluftströmung zugeführt. Bei der Zuführung der Kaltluftströmung ergeben sich im Nutzraum Kondensationsflächen mit reduzierten Oberflächentemperaturen, an denen es zu einer Kondensat- und/oder Eisbildung kommen kann. Um eine solche Kondensat- und/oder Eisbildung zu vermeiden, können im Nutzraum Abtauheizelemente vorgesehen sein.
- Aus der
EP 1 878 986 A1 ist ein gattungsgemäßes Kältegerät bekannt, bei dem mittels einer Steuereinrichtung bei Vorliegen eines Kühlsignales die Kaltluftströmung in den Nutzraum einführbar ist. Mittels der Steuereinrichtung wird das Abtauheizelement zur Vermeidung von Kondensat-/Eisbildung aufgrund der Kaltluftströmung ein- bzw. ausgeschaltet. Die Ansteuerung des Abtauheizelementes erfolgt signaltechnisch aufwendig in Abhängigkeit von der Nutzraum-Temperatur. Sobald die Nutzraum-Temperatur eine obere Temperaturschwelle unterschreitet, wird das Heizelement zugeschaltet. Bei Unterschreiten einer unteren Temperaturschwelle wird das Heizelement ausgeschaltet. - Aus der
WO 2008/004441 A1 - Aus der
JP 2001174119 A - Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Kühlgerät sowie ein Verfahren zur Temperaturregelung in einem Kältegerät bereitzustellen, mit dem der Energieverbrauch des Kältegerätes reduzierbar ist.
- Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 oder des Patentanspruches 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
- Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ist dem Heizelement ein Zeitglied zugeordnet, mit dem das Heizelement nach Erzeugung des Kühlsignales für ein vorgegebenes Zeitintervall außer Betrieb bleibt. Das Zeitglied verzögert somit um das vorgegebene Zeitintervall ein Weiterleiten des Kühlsignales zum Heizelement. Auf diese Weise ist signaltechnisch sowie regelungstechnisch einfach ein verzögertes Einschalten des Heizelementes nach Erzeugung des Kühlsignales erreicht.
- Die Erfindung nutzt die Tatsache, dass nicht unmittelbar nach Erzeugung eines Kühlsignales, bzw. dem damit verbundenen Beginn der Kaltluftströmung, eine Kondensat-/Eisbildung an Nutzraumflächen erfolgt. Vielmehr bilden sich erst nach einer gewissen Einströmzeitdauer der Kaltluftströmung kalte Nutzraum-Kondensationsflächen aus, an denen Kondensat niederschlagen kann. Erfindungsgemäß wird erst nach Ablauf eines solchen Abkühlintervalles das Heizelement zugeschaltet. Das mittels des Zeitgliedes vorgegebene Zeitintervall entspricht in etwa dem vorgenannten Abkühlintervall, das durch Versuchreihen empirisch festgelegt werden kann. Temperatursensoren zur Messung einer Oberflächentemperatur an Kondensationsflächen innerhalb des Nutzraumes können dadurch vermieden werden.
- Nach Ablauf des vom Zeitglied vorgegebenen Zeitintervalles kann das Heizelement aktiviert werden, sofern das Kühlsignal noch vorliegt. Liegt das Kühlsignal nach Ablauf des Zeitintervalles nicht mehr vor, kann das Heizelement außer Betrieb bleiben. Im Falle von geringen äußeren Umgebungstemperaturen, bei denen nur eine reduzierte Kaltluftversorgung erforderlich ist, ergibt sich folgende Konstellation: Aufgrund der geringen Umgebungstemperaturen herrscht ein geringer Kühlbedarf im Nutzraum. Entsprechend kurz sind die Zeitintervalle, in denen die Steuereinrichtung das Kühlsignal erzeugt. Das Signalintervall kann daher bereits vor Ablauf des vom Zeitglied vorgegebenen Zeitintervalls enden, so dass das Heizelement ausgeschaltet bleibt.
- Umgekehrt kann bei hohen Umgebungstemperaturen oder bei häufiger Gerätetür-Öffnung die Kühlsignaldauer entsprechend verlängert sein. In diesem Fall würde sich das verzögerte Einschalten des Heizelementes anteilsmäßig jedoch nur sehr gering auswirken. Versuche haben ergeben, dass das vom Zeitglied vorgegebene Zeitintervall in einer Größenordnung zwischen 2 und 6 Minuten liegen kann.
- In einer Ausführungsvariante kann das Heizelement in Abhängigkeit der Umgebungstemperaturen des Kältegeräts mit unterschiedlicher Leistung beaufschlagt werden, insbesondere bei niedrigen Umgebungstemperaturen mit geringerer Leistung als bei höheren Umgebungstemperaturen. Zusätzlich und/oder alternativ dazu kann das Heizelement auch in Abhängigkeit der Türöffnungen pro Zeiteinheit unterschiedlich lang, insbesondere mit einer steigenden Anzahl von Türöffnungen länger betrieben werden. Insbesondere kann auch bei zunehmender Umgebungstemperatur für das Kältegerät die Einschaltdauer des Heizelements zunehmen.
- Die Kaltluftströmung kann mittels eines Kaltluftkanales dem Nutzraum zugeführt werden. Zur Erzeugung der Kaltluftströmung kann in dem Kaltluftkanal bevorzugt ein Ventilelement angeordnet sein. Das Ventilelement öffnet bei Vorliegen des Kühlsignales den Kaltluftkanal bzw. schließt diesen bei Nichtvorliegen des Kühlsignales. Zusätzlich kann zur Erzeugung der Kaltluftströmung ein Gebläse vorgesehen sein, das die Kaltluft durch den Kaltluftkanal fördert.
- Signaltechnisch einfach ist es, wenn das Heizelement nicht in direkter Signalverbindung mit dem Steuereinrichtung steht, d. h. nicht unmittelbar von der Steuereinrichtung angesteuert wird, wodurch die Leistungskapazität der Steuereinrichtung reduzierbar ist. Vor diesem Hintergrund kann dem vorgenannten Ventilelement ein Öffnungssensor zugeordnet sein, der in unmittelbarer Signalverbindung mit dem Heizelement ist. Der Öffnungssensor kann beim Öffnen des Ventilelementes ein Öffnungssignal erzeugen, aufgrund dessen das Heizelement eingeschaltet werden kann. In diesem Fall ist das Ventilelement unmittelbar in Signalverbindung mit der Steuereinrichtung, d. h. die Steuereinrichtung öffnet bzw. schließt das Ventilelement. Die Steuereinrichtung steuert dagegen nicht unmittelbar das Heizelement an.
- Bevorzugt kann das Heizelement in einer, dem Nutzraum zugewandten Kanalwand der Kaltluftströmung vorgesehen sein. In der Kanalwand sind Luftauslässe vorgesehen, durch die die Kaltluftströmung in die Nutzraum-Fächer einströmen kann. Die dem Nutzraum zugewandte Außenseite der Kanalwand ist daher besonders anfällig bezüglich einer Kondensat-/Eisbildung.
- Nachfolgend sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
- Es zeigen:
-
1 in einer grob schematischen Prinzipdarstellung ein Kältegerät dem ersten Ausführungsbeispiel; -
2 in einem Zeitdiagramm die Betriebszustände des Abtauheizelementes während eines Kältegerätebetriebes sowie einen überlagerten zeitlichen Signalverlauf eines von einer Steuereinrichtung erzeugten Kühlsignales SK; und -
3 ein Kältegerät gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einer Ansicht entsprechend der1 . - In der
1 ist in einer schematischen Seitenschnittdarstellung ein Kältegerät mit einem bodenseitigen Gefrierraum1 und einem oberen Kühlraum3 gezeigt, die durch eine horizontale Trennwand5 voneinander getrennt sind. Der Kühlraum3 ist mittels zweier Horizontalböden4 in drei Kühlfächer6 aufgeteilt. Sowohl die Trennwand5 als auch die Außenwandungen des Kältegerätes sind in bekannter Weise wärmeisolierend aufgebaut. - Die beiden Gefrier- und Kühlräume
1 ,3 sind frontseitig mit einer Gerätetür7 verschlossen. - Zur Kühlung des Gefrierraumes
1 ist in üblicher Weise ein Verdampfer9 vorgesehen, der hier beispielhaft thermisch mit der der Rückseite des Gefrierraumes1 gekoppelt ist. Der Verdampfer9 ist Teil eines an sich bekannten Kältemittelkreislaufes11 . Im gezeigten Kältemittelkreislauf ist außerdem ein Verdichter13 sowie ein Expansionsventil15 geschaltet. - Der Gefrierraum
1 ist gemäß der1 über einen Kaltluftkanal17 strömungstechnisch mit dem Kühlraum3 in Verbindung. Der Kaltluftkanal17 ist an der, der Gerätetür7 gegenüberliegenden Rückwand des Kältegerätes angeordnet und mündet mit einem ausgeweiteten Lufteinlass19 in den Gefrierraum1 . Ausgehend vom Lufteinlass19 erstreckt sich der Kaltluftkanal17 senkrecht nach oben bis unmittelbar unterhalb der, den Kühlraum3 begrenzenden Deckenwand des Kältegerätes. - Der Kaltluftkanal
17 ist mittels einer Kaltluftkanal-Abdeckwand21 vom Kühlraum3 getrennt. In der Abdeckwand21 sind Luftdurchlässe23 vorgesehen, durch die horizontal ausgerichtete Kaltluftströme in die einzelnen Kühlfächer6 des Kühlraumes3 einströmen können. - Im Bereich des Lufteinlasses
19 des Kaltluftkanals17 ist ein Gebläse25 angeordnet. In der Strömungsrichtung stromab des Gebläses25 ist als Ventilelement eine mittels eines Stellantriebes27 elektromotorisch betriebene Klappe29 vorgesehen. Die Klappe29 ist in der1 in ihrer Offen-Stellung gezeigt, in der mittels des Gebläses25 Kaltluft vom Gefrierraum1 in den Kaltluftkanal17 einströmen kann. In der nicht dargestellten Geschlossen-Stellung sperrt dagegen die Klappe29 den Kaltluftkanal17 , so dass keine Kaltluft in den Kaltluftkanal17 einströmen kann. - In den Gefrier- und Kühlräumen
1 ,3 sind jeweils Raumsensoren31 ,33 vorgesehen, die jeweils Ist-Temperaturen in den Kühl- und Gefrierräumen1 ,3 erfassen und an eine Steuereinrichtung35 leiten. Überschreitet die vom Gefrierraum-Sensor31 erfasste Ist-Temperatur im Gefrierraum1 eine benutzerseitig vorgegebene Soll-Temperatur, erzeugt die Steuereinrichtung35 ein Kühlsignal, mit dem über die Signalleitung38 der Verdichter13 aktiviert wird. Dadurch wird über den Verdampfer9 eine entsprechende Kühlleistung in den Gefrierraum1 eingebracht. Der Verdichter13 wird demgegenüber von der Steuereinrichtung35 außer Betrieb gesetzt, sobald die vom Gefrierraum-Sensor31 erfasste Ist-Temperatur die vorgegebene Solltemperatur unterschreitet. - Analog zur Temperaturregelung im Gefrierraum
1 wird auch die Ist-Temperatur des Kühlraumes3 vom Kühlraum-Raumsensor33 erfasst und an die Steuereinrichtung35 geleitet. Die vom Kühlraum-Sensor33 erfasste Ist-Temperatur wird mit einer Soll-Temperatur verglichen. Bei einem Überschreiten der Soll-Temperatur erzeugt die Steuereinrichtung35 ein Kühlsignal SK, wie es in der2 veranschaulicht ist. Das Kühlsignal SK wird über die Signalleitungen36 ,37 ,38 zum Stellantrieb27 der Klappe29 geleitet, die in die gezeigte Offen-Stellung verstellt wird. Entsprechend werden über die Signalleitung37 und38 jeweils das Gebläse25 sowie der Verdichter13 in Betrieb gesetzt. Auf diese Weise wird eine Kaltluftströmung I erzeugt, die vom Gefrierraum1 über den Kaltluftkanal17 in den Kühlraum3 geleitet wird. - In der Kaltluftkanal-Abdeckwand
21 ist gemäß der1 ein Abtauheizelement39 integriert, mit dessen Hilfe eine Kondensat-/Eisbildung an der dem Kühlraum3 zugewandten Seite der Abdeckwand21 vermieden wird. Sofern durch Überschreiten der Soll-Temperatur im Kühlraum3 in der Steuereinrichtung35 ein Kühlsignal SK erzeugt wird, steuert die Steuereinrichtung35 nicht nur die Klappe29 , das Gebläse25 und den Verdichter13 an, sondern zusätzlich auch über die Signalleitung41 das Abtauheizelement39 . - Im Unterschied zu den, zum Klappen-Stellantrieb
27 , zum Gebläse25 und zum Verdichter13 führenden Signalleitungen36 ,37 ,38 ist jedoch in der Signalleitung41 ein Zeitglied43 geschaltet. Mittels des Zeitgliedes43 wird eine Weiterleitung des Kühlsignales SK zum Abtauheizelement39 und damit eine Ansteuerung des Abtauheizelementes39 zeitlich verzögert. Das Abtauheizelement39 bleibt daher trotz Ansteuerung mit dem Kühlsignal SK für ein vorgegebenes Zeitintervall ΔtV außer Betrieb gesetzt, wie es aus dem Zeitdiagramm der2 hervorgeht. - Im Zeitdiagramm der
2 ist der zeitliche Signalverlauf des Kühlsignales SK gezeigt. Der Signalverlauf des Kühlsignales SK ist überlagert mit den Laufzeiten des Abtauheizele mentes39 . Demgemäß wird ab einem Zeitpunkt t1 von der Steuereinrichtung35 über ein Zeitintervall Δt das Kühlsignal SK erzeugt. Bei Vorliegen des Kühlsignal SK werden das Gebläse25 , die Klappe29 sowie der Verdichter13 unmittelbar in Betrieb gesetzt. Im Gegensatz dazu wird erfindungsgemäß das Kühlsignal SK über das Zeitglied43 verzögert an das Abtauheizelement39 weitergeleitet. Das Abtauheizelement39 bleibt daher trotz Vorliegen des Kühlsignals SK über das, von dem Zeitglied43 vorgegebene Zeitintervall ΔtV weiterhin außer Betrieb. Erst nach Ablauf des Zeitintervalls ΔtV wird das Kühlsignal SK zum Abtauheizelement39 geleitet und dieses aktiviert. - In analoger Weise wird gemäß der
2 auch zu den Zeitpunkten t2 und t3 jeweils das Kühlsignal SK erzeugt. Auch hier bleibt das Abtauheizelement39 nach Erzeugung des Kühlsignales SK über die vorgegebenen Zeitintervalle ΔtV außer Betrieb gesetzt. Die Zeitintervalle ΔtV sind allesamt gleich lang und vom Zeitglied43 vorgegeben. Die Größe des Zeitintervalles ΔtV entspricht dabei in etwa einem Abkühlzeitintervall, innerhalb welchem die Temperatur an der Oberfläche der Kaltluftkanalabdeckung21 abkühlt, bis sich auf dieser ein Kondensat niederschlagen kann. Innerhalb dieses Abkühlzeitintervalles besteht somit noch keine Gefahr für eine Kondensat-/Eisbildung der Kanalabdeckung21 . Erfindungsgemäß ist daher gerade in diesem Abkühlzeitintervall das Abtauheizelement39 außer Betrieb gesetzt, wodurch der Energieverbrauch des Gerätes reduziert ist. - In der
3 ist ein Kältegerät gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt, das in Aufbau und Funktionsweise mit dem Kältegerät des ersten Ausführungsbeispiels weitgehend identisch ist. Insofern wird Bezug auf die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels genommen. - Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist das Abtauheizelement
39 nicht über die Signalleitung41 mit der Steuereinrichtung35 in Verbindung. Das Abtauheizelement39 wird somit nicht unmittelbar von der Steuereinrichtung35 mit dem Kühlsignal SK beaufschlagt. Vielmehr ist gemäß der3 im Klappen-Stellantrieb27 ein Öffnungssensor45 vorgesehen. Der Öffnungssensor45 steuert in Antwort auf ein erfasstes Klappen-Öffnungssignal über die Signalleitung47 das Abtauheizelement39 an, wodurch die Steuereinrichtung35 im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel signaltechnisch entlastet ist. In der Signalleitung47 ist das Zeitglied43 geschaltet, das ebenfalls erst zeitverzögert nach Ablauf des Zeitintervalls ΔtV das Abtauheizelement39 ansteuert. -
- 1
- Gefrierraum
- 3
- Kühlraum
- 4
- Horizontalböden
- 5
- horizontale Trennwand
- 6
- Kühlfächer
- 7
- Gerätetür
- 9
- Verdampfer
- 11
- Kältemittelkreislauf
- 13
- Verdichter
- 15
- Expansionselement
- 17
- Kaltluftkanal
- 19
- Lufteinlass
- 21
- Kaltluftkanal-Abdeckwand
- 23
- Luftdurchlässe
- 25
- Gebläse
- 27
- Stellantrieb
- 29
- Ventilelement
- 31, 33
- Raumsensoren
- 35
- Steuereinrichtung
- 36, 37, 38, 41
- Signalleitungen
- 43
- Zeitglied
- 45
- Öffnungssensor
- 47
- Signalleitung
- SK
- Kühlsignal
- ΔtV
- Zeitintervall
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 1878986 A1 [0003]
- - WO 2008/004441 A1 [0004]
- - JP 2001174119 A [0005]
Claims (11)
- Kältegerät, insbesondere Haushaltskältegerät, mit einem Nutzraum (
3 ) für Kühlgut, und einer Steuereinrichtung (35 ), mit der bei Vorliegen eines Kühlsignals (SK) eine Kaltluftströmung (I) in den Nutzraum (3 ) einführbar ist und ein Abtauheizelement (39 ) zur Vermeidung einer Kondensat- und/oder Eisbildung aufgrund der in den Nutzraum (3 ) zugeführten Kaltluftströmung (I) ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Heizelement (39 ) ein Zeitglied (43 ) zugeordnet ist, mit dem das Heizelement (39 ) nach Erzeugung des Kühlsignals (SK) für ein vorgegebenes Zeitintervall (ΔtV) außer Betrieb bleibt. - Kältegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach Ablauf des Zeitintervalls (ΔtV) bei Vorliegen des Kühlsignals (SK) das Heizelement (
39 ) aktivierbar ist. - Kältegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach Ablauf des Zeitintervalls (ΔtV) bei Nichtvorliegen des Kühlsignals (SK) das Heizelement (
39 ) außer Betrieb bleibt. - Kältegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitintervall (ΔtV) in einer Größenordnung zwischen 2 bis 6 min. ist.
- Kältegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (
39 ) in Abhängigkeit der Umgebungstemperaturen mit unterschiedlicher Leistung beaufschlagt ist, insbesondere bei niedrigen Umgebungstemperaturen mit geringerer Leistung als bei höheren Umgebungstemperaturen beaufschlagt ist. - Kältegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (
39 ) in Abhängigkeit der Türöffnungen pro Zeiteinheit unterschiedlich lang, insbesondere mit einer steigenden Anzahl von Türöffnungen länger betrieben ist. - Kältegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit zunehmender Umgebungstemperatur für das Kältegerät die Einschaltdauer des Heizelements (
39 ) zunimmt. - Kältegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaltluftströmung (I) mittels eines Kalftluftkanals (
17 ) dem Nutzraum (3 ) zuführbar ist, in welchen Kaltluftkanal (17 ) bevorzugt ein Ventilelement (29 ) angeordnet ist, das den Kaltluftkanal (17 ) bei Vorliegen des Kühlsignals (SK) öffnet. - Kältegerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ventilelement (
29 ), insbesondere eine Klappe, ein Öffnungssensor (45 ) zugeordnet ist, der in Signalverbindung mit dem Heizelement (39 ) ist und in Antwort auf ein Öffnen des Ventilelements (29 ) das Heizelement (39 ) ansteuert. - Kältegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (
39 ) in einer dem Nutzraum (3 ) zugewandten Kanalwand (21 ) der Kaltluftströmung vorgesehen ist. - Verfahren zur Regelung einer Temperatur in einem Nutzraum (
3 ) eines Kältegerätes, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in welchem Verfahren bei Vorliegen eines Kühlsignales (SK) eine Kaltluftströmung (I) dem Nutzraum (3 ) zugeführt wird und ein Abtauheizelement (39 ) zur Vermeidung von Kondensat- und/oder Eisbildung eingeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (39 ) nach Erzeugung des Kühlsignales (SK) für ein vorgegebenes Zeitintervall (ΔtV) außer Betrieb bleibt.
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