СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ХОЛОДИЛЬНИКОМ И ХОЛОДИЛЬНИК С ВОЗМОЖНОСТЬЮ ВРЕМЕННОЙ ЗАДЕРЖКИ ВКЛЮЧЕНИЯ КОМПРЕССОРА Российский патент 2011 года по МПК F25B49/02 

Область техники

Изобретение относится к холодильному аппарату, особенно к холодильнику, содержащему компрессор с впускным отверстием компрессора и выпускным отверстием компрессора, испаритель с впускным отверстием испарителя и выпускным отверстием испарителя, по меньшей мере один клапан, соединительные трубки (трубопроводы), а также контрольный блок, причем компрессор и испаритель соединены с возможностью прохождения рабочей среды посредством соединительных трубок, образуя контур хладагента, а клапан в контуре хладагента расположен между выпускным отверстием компрессора и впускным отверстием испарителя, причем компрессор и клапан выполнены с возможностью управления посредством контрольного блока. Также изобретение относится к способу управления холодильным аппаратом, особенно холодильником, который содержит компрессор и испаритель для сжатия или испарения хладагента соответственно, причем компрессор и испаритель соединены с возможностью прохождения рабочей среды, образуя контур хладагента. Таким образом, хладагент может течь из выпускного отверстия компрессора к впускному отверстию испарителя и от выпуска испарителя к впуску компрессора.

Уровень техники

Из ЕР 0602379 известен подобный холодильный аппарат, который содержит холодильную машину и теплоизолированный корпус, в котором расположена испарительная система, соединенная между собой трубками для хладагента. В испарительной системе испарители расположены отдельно в термически отделенных друг от друга отделениях, температура которых может управляться с помощью системы регуляторов, управляющей подачей хладагента к соответствующему испарителю с помощью клапанного блока. С помощью клапанного блока распределяется подача хладагента к испарителям, сопоставленным соответствующим отделениям.

Из DE 69628506 Т1 известен холодильник с компрессором, конденсатором, расширительным устройством и испарителем, которые функционально соединены друг с другом с помощью охладительного контура. В охладительном контуре герметично заключена охлаждающая среда, причем испаритель заделан в теплоизоляционный материал, который покрывает внутреннюю камеру холодильника. Между компрессором и расширительным устройством расположен запорный клапан, который открывается системой управления, когда компрессор приводится в действие.

Известно решение, состоящее в помещении клапана между выпускным отверстием компрессора и впускным отверстием испарителя, чтобы избежать обратной конденсации хладагента из компрессора в испаритель, когда компрессор выключен, а участок трубки между компрессором и испарителем содержит теплый хладагент. С помощью клапана предотвращается перетекание теплого хладагента в испаритель и нагревание испарителя.

Раскрытие изобретения

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать холодильный аппарат и способ управления холодильным аппаратом для достижения надежной работы холодильника с максимально возможной эффективностью.

Эта задача решается согласно изобретению благодаря холодильному аппарату, а также способу управления холодильным аппаратом, как указано в независимых пунктах формулы изобретения. Другие предпочтительные варианты реализации и развития изобретения, которые могут использоваться отдельно или подходящим образом в любой комбинации друг с другом, являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.

Холодильный аппарат по настоящему изобретению содержит компрессор с впускным и выпускным отверстиями, испаритель с впускным и выпускным отверстиями, по меньшей мере, один клапан, соединительные трубки и контрольный блок, причем компрессор и испаритель соединены с помощью соединительных трубок с возможностью прохождения рабочей среды, образуя контур хладагента, а клапан расположен в контуре хладагента между выпускным отверстием компрессора и впускным отверстием испарителя. При этом компрессор и клапан управляются контрольным блоком или выполнены с возможностью управления им, причем контрольный блок имеет устройство задержки, которое способствует тому, что компрессор включается только после открывания клапана с задержкой.

Холодильный аппарат является предпочтительно холодильником и/или морозильником и может иметь один или несколько холодильных отделений, при необходимости настроенные на поддержание различных температур. Для этого холодильный аппарат имеет, в частности, теплоизолированный корпус и по меньшей мере одну теплоизолированную дверь. В качестве варианта, холодильный аппарат может быть охлаждающим прибором, в особенности кондиционером, например кондиционером для автомобиля.

С помощью компрессора сжимается хладагент, например углеводород, такой как изобутан. Хладагент может иметь точку кипения между -5°С и -40°С, предпочтительно между -15°С и -30°С.

Компрессор выполнен в особенности в виде компрессорной установки, в которой сжимается газообразный хладагент. Сжатый хладагент обычно подается затем на теплообменник, например на конденсатор, через который энергия, выделившаяся вследствие процесса сжатия, отдается в среду теплообменника, например в воздух, в особенности в окружающую среду. Компрессор взаимодействует для этого, как правило, с сопротивлением потока, например, с дроссельной трубой, чтобы создать более высокое давление, обычно между 4 и 10 бар, за компрессором. Благодаря процессу сжатия и последующему выравниванию температуры хладагента и температуры окружающей среды создается сжатый хладагент при температуре окружающей среды. Во время сжатия газообразный хладагент может быть переведен в жидкое агрегатное состояние.

Хладагент охлаждается при возникающем при этом расширении вследствие эффекта Джоуля-Томсона и/или фазового перехода жидкость-газ и тем самым вносит вклад в холодильную мощность холодильного аппарата. Преимущественно условия сжатия, количество хладагента и хладагент выбираются так, чтобы в испаритель подавался сжиженный хладагент, который при последующем расширении испаряется в испарителе. После испарения и забора тепла хладагент снова подается на компрессор.

С помощью клапана может быть прервано соединение между компрессором и испарителем. Это прерывание служит для того, чтобы предотвратить обратную конденсацию хладагента на компрессоре. Таким образом кпд холодильного аппарата существенно улучшается, а среднее потребление энергии холодильным аппаратом существенно снижается.

Временная задержка между открыванием запорного клапана и пуском компрессора служит для того, чтобы облегчить пуск компрессора, а также обеспечить пуск при критических условиях. Благодаря досрочному открыванию клапана заключенный между компрессором и клапаном хладагент, который, как правило, находится в газообразном состоянии под давлением, когда компрессор долгое время был выключен, может течь в испаритель, вследствие чего давление на компрессоре уменьшается. Уменьшенное давление на стороне сжатия компрессора существенно облегчает процесс пуска компрессора и таким образом пуск компрессора гарантируется и при критических условиях, то есть при высоких температурах окружающей среды и слабом электропитании или при низком напряжении сети. Это преимущество также позволяет уменьшить размер электродвигателя в компрессоре. Досрочное открывание позволяет по причине уменьшения необходимого минимального рабочего крутящего момента выполнить электродвигатель с меньшими размерами. Кроме того, электродвигатель может быть сконструирован с экономией электроэнергии. Благодаря этому могут быть сэкономлены затраты на изготовление, на потребление энергии и на эксплуатацию. Временная задержка составляет в особенности минимум 0,5 с, предпочтительно минимум 1 с.

Сопротивление потока может быть выполнено в виде дроссельного клапана или капиллярной трубки.

Компрессор включается, например, в интервале между 0,5 и 10 с, в особенности между 1 и 4 с.

Предпочтительно холодильный аппарат содержит датчик напряжения для измерения мгновенного напряжения сети, которое приложено к холодильному аппарату. С помощью датчика напряжения может быть определено, какую максимальную мощность может принять компрессор.

Схема задержки преимущественно выполнена таким образом, что длительность временной задержки зависит от измеренного напряжения сети, в особенности длительность временной задержки для уменьшенного первого напряжения сети больше, чем для увеличенного второго напряжения сети. Например, временная задержка увеличивается на одну секунду, если мгновенное напряжение сети отклоняется на 10% от номинального напряжения сети. Например, вместо 1 с компрессор включается через 2 с после открывания клапана, если измеренное напряжение составляет 207 В при сети с номиналом 230 В. Если измеренное напряжение составляет 184 В, то, например, временная задержка увеличивается и компрессор включается только через 3 с после открывания клапана.

Временная задержка может зависеть непрерывно от мгновенного напряжения сети, однако она может повышаться также ступенчато или ступенчато зависеть от напряжения.

В другом предпочтительном варианте реализации изобретения холодильный аппарат содержит также температурный датчик для измерения мгновенной температуры окружающей среды холодильного аппарата. Далее холодильный аппарат может содержать также датчик для измерения мгновенной температуры в испарителе или на нем.

Предпочтительно, чтобы схема задержки была выполнена так, чтобы продолжительность временной задержки зависела от измеренной температуры, в особенности продолжительность временной задержки для более высокой первой температуры больше, чем для более низкой второй температуры. Например, временная задержка может быть увеличена на одну секунду, если температура окружающей среды выше 30°С. Если температура окружающей среды выше 35°С, то временная задержка может быть увеличена еще на секунду.

Преимущественно предусмотрено несколько клапанов для нескольких испарителей. В особенности, здесь может быть использовано несколько охладительных контуров для нескольких температурных ступеней. Холодильный аппарат имеет, в особенности, несколько холодильных отделений, каждое из которых имеет по меньшей мере один испаритель.

Предложенный настоящим изобретением способ управления холодильным аппаратом, в особенности холодильником, который содержит компрессор и испаритель для сжатия хладагента и испарения хладагента соответственно, причем компрессор и испаритель соединены с возможностью прохождения рабочей среды, образуя контур хладагента, и таким образом хладагент может течь от выпускного отверстия компрессора к впускному отверстию испарителя и от выпускного отверстия испарителя к впускному отверстию компрессора, включает в себя следующие шаги. Контур хладагента между выпускным отверстием компрессора и впускным отверстием испарителя прерван и компрессор выключен, затем закрывается контур хладагента между выпускным отверстием компрессора и впускным отверстием компрессора, и затем с временной задержкой включается компрессор.

Благодаря включению компрессора с временной задержкой давление, против которого должен работать компрессор, уменьшается, так как имеющееся между компрессором и клапаном давление исчезает вследствие выхода хладагента в испаритель. Это облегчает пуск компрессора, в особенности его электродвигателя во время фазы пуска, в которой двигатель (в зависимости от типа двигателя) не достигает или не может достичь своей оптимальной мощности или своего максимального крутящего момента. Облегченный процесс пуска компрессора также позволяет применять двигатель с меньшими размерами. Благодаря этому также могут быть решены проблемы при пуске компрессора при неблагоприятных условиях, например при высокой температуре окружающей среды или при слабом токе или напряжении либо при слабом электропитании.

Благодаря досрочному открыванию клапана перед пуском компрессора могут быть уменьшены производственные и эксплуатационные затраты, а также может быть улучшена надежность работы холодильного аппарата.

Преимущественно измеряется мгновенное напряжение сети, прилагаемое к холодильному аппарату, и выбирается продолжительность временной задержки в зависимости от измеренного напряжения сети. В особенности, продолжительность временной задержки для меньшего первого напряжения сети выбирается большей, чем для большего второго напряжения сети. При этом рациональными будут следующие временные задержки.

В одном из вариантов реализации временная задержка увеличивается непрерывно или ступенчато минимум по 0,5 с, в особенности минимум по 1 с, на каждые 10% отклонения измеренного напряжения сети ниже номинального напряжения сети.

Преимущественно измеряется температура окружающей среды холодильного аппарата и/или температура на испарителе или в испарителе и выбирается продолжительность временной задержки в зависимости от измеренной температуры, в особенности продолжительность временной задержки для более высокой первой температуры выбирается большей, чем для более низкой второй температуры.

В одном из вариантов реализации изобретения временная задержка увеличивается непрерывно или ступенчато минимум по 0,5 с, в особенности минимум по 1 с на 5°С отклонения выше 20°С.

Благодаря этой мере может быть достигнут особо высокий кпд холодильного аппарата. Кроме того, выбор временной задержки позволяет эксплуатировать компрессор в благоприятном режиме, в котором компрессор имеет особо высокий кпд, даже когда по причине слабого мгновенного напряжения сети в данный момент времени возможно только небольшое принятие мощности.

Краткое описание чертежей

Другие преимущественные особенности, а также варианты реализации, которые могут быть осуществлены как отдельно, так и в любой комбинации друг с другом, поясняются подробнее с помощью чертежей, которые не ограничивают изобретение, а только иллюстрируют его в качестве примера.

На чертежах показано следующее.

Фиг.1: предложенный настоящим изобретением холодильный аппарат в виде схемы соединений.

Фиг.2: временная характеристика работы предложенного настоящим изобретением холодильного аппарата.

Осуществление изобретения

Фиг.1 показывает холодильный аппарат 1, выполненный в виде холодильника и имеющий компрессор 2 с впускным отверстием 11 и выпускным отверстием 12, а также имеющий испаритель 3 с впускным отверстием 13 и выпускным отверстием 14. Компрессор 2 и испаритель 3 соединены с помощью соединительных трубок 5, образуя контур 7 хладагента, причем между компрессором 2 и испарителем 3 расположены клапан 4, конденсатор 15 и сопротивление 16 потока. С помощью клапана 4 соединительная трубка 5 может быть перекрыта между выпускным отверстием 12 компрессора и впускным отверстием 13 испарителя.

Хладагент, циркулирующий в контуре 7 хладагента, сжимается компрессором 2 и таким образом температура хладагента повышается. Затем тепло отдается в окружающую среду, вследствие чего, по причине высокого давления, возникающего в связи с сопротивлением 16 потока, хладагент сжижается между сопротивлением 16 потока и компрессором 2. Сопротивление потока выполнено в виде дроссельной трубы. В испарителе 3 уменьшается давление хладагента, вследствие чего он охлаждается. Холод от сжатого хладагента передается затем в холодильное отделение (не показано) холодильного аппарата 1. Хладагент, давление которого стало меньше и который нагрелся в испарителе 3, далее снова подается на компрессор 2.

Клапан 4 и компрессор 2 управляются контрольным блоком, который соединен с первым температурным датчиком 10 и вторым температурным датчиком 17, а также с датчиком 9 напряжения. Клапан 4 служит для того, чтобы избежать снижения кпд холодильного аппарата 1 по причине обратной конденсации хладагента от выключенного теплого компрессора 2 в еще холодный испаритель 3.

Контрольный блок 6 имеет устройство 8 задержки, с помощью которого компрессор 2 включается с временной задержкой только после открывания клапана 4.

Вследствие предварительного открывания клапана 4 перед включением компрессора 2 хладагент, скопившийся между компрессором 2 и клапаном 4 под относительно высоким давлением, может расшириться в испаритель 3 и таким образом компрессор 2 должен работать не против высокого давления, а только против более низкого давления.

Если температура окружающей среды лежит ниже 20°С, температура на испарителе 3 лежит ниже заданного значения, а мгновенное напряжение сети, прилагаемое к холодильному аппарату 1, составляет более 220 В, то выбирается задержка в 1 с, с которой включается компрессор 2 после того, как клапан 4 был открыт. Если мгновенное напряжение сети составляет 105 В, то время задержки будет увеличено на 1 с. Если температура окружающей среды составляет более 25°С, то время задержки будет увеличено еще на 1 с.

Благодаря увеличению времени задержки может быть обеспечена надежная работа холодильного аппарата 1 также в критических условиях, например при высоких температурах окружающей среды, а также при небольших мгновенных напряжениях сети во время критической фазы пуска компрессора. Кроме того, электродвигатель (не показан) компрессора может быть выполнен с меньшими размерами, дешевле и с большей экономией энергии.

Фиг.2 показывает состояние включения клапана 4 (сплошная линия) и соответственно компрессора 2 (пунктирная линия) в зависимости от времени. Из чертежа видно смещенное на временную задержку T=t₂-t₁ включение компрессора 2 после открывания клапана 4.

Изобретение относится к холодильному аппарату 1, особенно к холодильнику, содержащему компрессор 2 с впускным отверстием 11 и выпускным отверстием 12, испаритель 3 с впускным отверстием 13 и выпускным отверстием 14, по меньшей мере один клапан 4, соединительные трубки 5, а также контрольный блок 6, причем компрессор 2 и испаритель 3 соединены с помощью соединительных трубок 5, образуя контур 7 хладагента с возможностью прохождения рабочей среды, а клапан 4 в контуре 7 хладагента расположен между выпускным отверстием 12 компрессора и впускным отверстием 13 испарителя, причем компрессор 2 и клапан 4 управляются контрольным блоком 6. При этом контрольный блок 6 имеет устройство 8 задержки, способствующее тому, что компрессор 2 включается только после открывания клапана 4 с временной задержкой. Изобретение относится также к соответствующему способу управления холодильным аппаратом 1.

Изобретение отличается тем, что обеспечивается надежная работа холодильного аппарата 1 также во время фазы пуска компрессора 2, причем достигается высокий кпд и экономное использование энергии.

Холодильник содержит компрессор (2) с впускным отверстием (11) компрессора и выпускным отверстием (12) компрессора, испаритель (3) с впускным отверстием (13) испарителя и выпускным отверстием (14) испарителя, клапан (4), соединительные трубки (5), а также контрольный блок (6). Компрессор (2) и испаритель (3) соединены с помощью соединительных трубок (5) с возможностью прохождения рабочей среды, образуя контур хладагента, а клапан (4) в контуре (7) хладагента расположен между выпускным отверстием (12) компрессора и впускным отверстием (13) испарителя, причем компрессор (2) и клапан (4) управляются контрольным блоком (6). При этом контрольный блок (6) имеет устройство (8) задержки, способствующее тому, что компрессор (2) включается только после открывания клапана (4) с временной задержкой. Изобретение относится также к соответствующему способу управления холодильным аппаратом (1). Использование изобретения обеспечивает надежную работу холодильного аппарата (1) также во время фазы пуска компрессора (2), причем достигается высокий кпд и экономное использование энергии. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Холодильный аппарат (1), в особенности холодильник, содержащий компрессор (2) с впускным отверстием (11) и выпускным отверстием (12), испаритель (3) с впускным отверстием (13) и выпускным отверстием (14), по меньшей мере, один клапан (4), соединительные трубки (5), а также контрольный блок (6), причем компрессор (2) и испаритель (3) соединены с помощью соединительных трубок (5), образуя контур (7) хладагента с возможностью прохождения рабочей среды, а клапан (4) в контуре (7) хладагента расположен между выпускным отверстием (12) компрессора и впускным отверстием (13) испарителя, причем компрессор (2) и клапан (4) управляются контрольным блоком (6), отличающийся тем, что контрольный блок (6) имеет устройство (8) задержки, способствующее тому, что компрессор (2) включается только после открывания клапана (4) с временной задержкой.

2. Холодильный аппарат (1) по п.1, отличающийся тем, что содержит датчик
(9) напряжения для измерения мгновенного напряжения сети, которое приложено к холодильному аппарату (1).

3. Холодильный аппарат (1) по п.2, отличающийся тем, что схема задержки выполнена так, что продолжительность временной задержки зависит от измеренного напряжения сети, в частности продолжительность временной задержки для меньшего первого напряжения сети больше, чем для большего второго напряжения сети.

4. Холодильный аппарат (1) по п.1, отличающийся тем, что содержит также температурный датчик (10) для измерения мгновенной температуры окружающей среды холодильного аппарата (1).

5. Холодильный аппарат (1) п.1, отличающийся тем, что содержит температурный датчик (10) для измерения мгновенной температуры в испарителе (3) или на нем.

6. Холодильный аппарат (1) по п.4, отличающийся тем, что схема задержки выполнена так, что продолжительность временной задержки зависит от измеренной температуры, в частности продолжительность временной задержки для более высокой первой температуры больше, чем для более низкой второй температуры.

7. Холодильный аппарат (1) по одному из пп.1, 2, 4-6, отличающийся тем, что предусмотрено несколько клапанов (4) для нескольких испарителей (3).

8. Способ управления холодильным аппаратом (1), в особенности холодильником, содержащим компрессор (2) и испаритель (3) для сжатия хладагента и испарения хладагента соответственно, причем компрессор (2) и испаритель (3) соединены с возможностью прохождения рабочей среды, образуя контур (7) хладагента, и таким образом хладагент может течь из выпускного отверстия (12) компрессора на компрессоре (2) к впускному отверстию (13) испарителя на испарителе (3) и от выпускного отверстия (14) испарителя на испарителе (3) к впускному отверстию (11) компрессора на компрессоре (2), причем способ включает в себя следующие шаги: контур (7) хладагента между выпускным отверстием (12) компрессора и впускным отверстием (13) испарителя прерывают, и компрессор (2) выключают, затем закрывают контур (7) хладагента между выпускным отверстием (12) компрессора и впускным отверстием (13) испарителя, и затем с временной задержкой включают компрессор (2), причем закрытием контура (7) хладагента и включением компрессора (2) управляют посредством контрольного блока (6).

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что измеряют мгновенное напряжение сети, прилагаемое к холодильному аппарату (1), и выбирают продолжительность временной задержки в зависимости от измеренного напряжения сети, в частности продолжительность временной задержки для меньшего первого напряжения сети выбирают большей, чем для большего второго напряжения сети.

10. Способ по п.8 или 9, отличающийся тем, что измеряют температуру окружающей среды холодильного аппарата (1) и/или температуру на испарителе (3) или в нем и выбирают продолжительность временной задержки в зависимости от измеренной температуры, в частности продолжительность временной задержки для более высокой первой температуры выбирают больше, чем для более низкой второй температуры.