ХОЛОДИЛЬНЫЙ АППАРАТ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ХОЛОДИЛЬНЫМ АППАРАТОМ Российский патент 2012 года по МПК F25B49/02 

Область техники

Изобретение относится к холодильному аппарату по родовому понятию п.1 и к способу управления холодильным аппаратом по родовому понятию п.8.

Уровень техники

Известны холодильные аппараты, которые имеют два раздельных контура циркуляции хладагента с компрессором, испарителем и конденсатором. Внутреннее пространство подобных холодильных аппаратов обычно разделено на две холодильные зоны, выполненные в виде морозильного отсека и холодильного отсека. В каждой холодильной зоне предусмотрен один из двух испарителей.

Управляющее устройство с помощью датчиков температуры в обеих холодильных зонах определяет имеющиеся в них температуры. Если температуры возрастают выше соответственно установленной максимальной температуры, управляющее устройство запускает соответствующий компрессор в работу, чтобы дать возможность отвести тепло из соответствующей холодильной зоны с помощью хладагента. Если в обеих холодильных зонах предустановленные максимальные температуры достигнуты одновременно, то оба компрессора активизируются таким образом, что они работают одновременно, по меньшей мере, в течение определенного промежутка времени. При этом часто возникают интенсивные вибрации. Также уровень шума при одновременной работе двух компрессоров находится на уровне, который часто воспринимается как слишком громкий.

Сущность изобретения

Лежащая в основе изобретения задача заключается в разработке холодильного аппарата и способа управления холодильным аппаратом таким образом, что два компрессора работают одновременно только в исключительных ситуациях, в то время как при обычных условиях они принципиально приводятся в действие в разное время.

Согласно изобретению задача решается с помощью холодильного аппарата с признаками п.1 и способа управления холодильным аппаратом с признаками п.8.

Благодаря возможности эксплуатации управляющего устройства в зависимости от заданных условий в разных рабочих режимах становится возможным, что управляющее устройство также разным образом реагирует на различные условия. Так, согласно изобретению предусмотрен нормальный режим, в котором управляющее устройство приводит в действие компрессоры только раздельно по времени. Тем самым одновременная работа обоих компрессоров при обычных условиях может быть исключена. Несмотря на это для управляющего устройства остается возможность приводить в действие одновременно оба компрессора при необычных условиях, т.е. в исключительном случае. Этим удается предотвратить слишком сильное повышение температуры в холодильных зонах при необычных условиях и порчу помещенных на хранение продуктов. Напротив, при обычных условиях предотвращаются сильные вибрации и высокий уровень шума, возникающие при одновременной работе двух компрессоров.

Один контур циркуляции хладагента оснащен компрессором и испарителем для морозильного отсека, другой контур циркуляции хладагента оснащен компрессором и испарителем для холодильного отсека. Для обоих контуров циркуляции хладагента может быть предусмотрен один общий конденсатор. Однако в примере реализации изобретения оба контура циркуляции хладагента оснащены каждый собственным конденсатором.

Как в морозильном отсеке, так и в холодильном отсеке предусмотрено по датчику температуры. Управляющее устройство соединено с обоими датчиками и благодаря этому в состоянии в любое время определить температуру в морозильном отсеке или в холодильном отсеке. Обычно датчики температуры расположены непосредственно на испарителе и измеряют температуру хладагента. С помощью этого измерения можно сделать вывод о температуре в морозильном или холодильном отсеке. В предпочтительном примере реализации изобретения управляющее устройство соединено с датчиком для определения температуры внешней среды. В данном примере реализации температура внешней среды является одним из заданных условий, от которых зависит рабочий режим, в котором эксплуатируется управляющее устройство. Так, например, можно настроить выход управляющего устройства из нормального режима, как только температура внешней среды превышает 30°С.При температуре внешней среды такого порядка величин может случиться, что температура внутри морозильного или холодильного отсека возрастет так быстро, что максимально допустимая температура будет достигнута, прежде чем в другом отсеке будет достигнута необходимая для выключения компрессора низкая температура. При таких необычных условиях согласно изобретению возможно переключить управляющее устройство в другой режим и в виде исключения допустить параллельную работу обоих компрессоров.

Однако подобные чрезвычайные обстоятельства зависят не только от температуры внешней среды. Чрезвычайные обстоятельства также возникают в том случае, когда, например, единовременно на хранение помещается большое количество продуктов. Также подобные обстоятельства могут возникнуть, если на испарителях образуется слой льда и ухудшается теплопередача на хладагент. Во всех этих случаях чрезвычайные обстоятельства могут привести к тому, что компрессоры соответственно должны работать в течение очень долгого времени для того, чтобы снова создать необходимую температуру в холодильной зоне. Если исходить из обычных условий, то каждый компрессор работает в определенном рабочем цикле. Например, компрессор работает в течение 20% времени цикла, а в течение оставшихся 80% времени цикла выключен. Промежуток времени, в течение которого работает компрессор, называется относительной длительностью включения. Если исходить из того, что в холодильном аппарате с двумя компрессорами каждый из компрессоров работает в течение 20% времени цикла, при обычных условиях возникает относительная длительность включения 40%, если компрессоры работают не одновременно, а по очереди.

Если наступают чрезвычайные условия, то относительная длительность включения увеличивается. Это возможно до тех пор, пока относительная длительность включения не достигнет 100%. Если компрессоры должны работать еще дольше для достижения необходимой температуры в холодильных зонах, то работа в разнесенном по времени режиме обоих компрессоров больше невозможна. В этом случае управляющее устройство переключается согласно изобретению из нормального режима в другой рабочий режим. В этом другом рабочем режиме в виде исключения разрешена одновременная эксплуатация обоих компрессоров. За счет этих мер обеспечивается эксплуатация холодильного аппарата с минимально возможными вибрациями и низким уровнем шума, причем несмотря на это в исключительных ситуациях обеспечивается возможность достижения необходимой температуры в холодильных зонах, что предотвращает порчу продуктов.

Холодильные аппараты в настоящее время часто оснащены устройством автоматического оттаивания. В этом случае процесс оттаивания запускается, когда слой льда на компрессоре достиг определенной толщины. Это определяется различными способами и не является важным для изобретения. Чтобы во время процесса оттаивания соответствующая холодильная зона не нагревалась в значительной степени, обычно испаритель размещен в отдельной камере, причем между испарительной камерой и холодильной зоной осуществляется воздухообмен с помощью вентилятора. Во время процесса оттаивания вентилятор отключается, так что в это время не происходит обмена воздухом между испарительной камерой и холодильной зоной. Кроме того, во время процесса оттаивания испаритель нагревается, так что лед растапливается. Время оттаивания зависит от толщины слоя льда.

Процесс оттаивания может также привести к необычным условиям. Если время оттаивания превышает обычное время выключения компрессора, то температура в соответствующей холодильной зоне возрастает выше значения, при котором управляющее устройство снова должно было бы переключить компрессор в работу до восстановления обычных условий.

В особенно предпочтительном примере реализации способа управления холодильным аппаратом одна холодильная зона имеет приоритет. Обычно имеющей приоритет холодильной зоной является морозильный отсек. Если теперь в обеих холодильных зонах одновременно возникает потребность в охлаждении, т.е. если холодильные зоны примерно одновременно достигают температуры, при которой управляющее устройство должно переключить компрессор в работу, то сначала управляющее устройство запускает компрессор, отвечающий за морозильный отсек. Таким образом, предотвращается возможность оттаивания помещенных в морозильный отсек продуктов и их порча. В результате в холодильном отсеке температура кратковременно возрастает выше установленного значения. Однако здесь это лишь кратковременное повышение температуры, которое не может привести к порче продуктов.

Чтобы все же не допускать слишком сильного повышения температуры в холодильном отсеке, предусмотрено максимальное время переключения, в течение которого компрессор морозильной камеры приводится в действие. Даже если за это максимальное время переключения температура в морозильном отсеке не достигает температуры отключения компрессора, компрессор морозильного отсека выключается, а компрессор холодильного отсека включается. Этот компрессор также приводится в действие только на максимальное время переключения. После этого снова происходит переключение на компрессор морозильного отсека. При обычных условиях таким образом медленно достигается состояние, при котором потребность в холоде для морозильного отсека и потребность в охлаждении для холодильного отсека поочередно снижается.

Краткое описание чертежей

Остальные детали и преимущества изобретения вытекают из зависимых пунктов формулы изобретения в комбинации с описанием примеров реализации, которые подробно разъясняются на основании чертежей.

Изображены:

Фиг.1 - схематическое изображение холодильно-морозильной установки.

Фиг.2 - различные диаграммы циклов работы компрессоров.

Изображенная на фиг.1 холодильно-морозильная установка 1 имеет морозильный отсек 3 и холодильный отсек 4. В обеих холодильных зонах 3, 4 имеется соответственно собственный контур циркуляции хладагента. Испаритель 5 морозильного отсека снабжается через трубопровод 12 хладагентом из конденсатора 9 морозильного отсека. Нагретый хладагент по трубопроводу 12 подводится к компрессору морозильного отсека и затем по трубопроводу 13 снова протекает в конденсатор морозильного отсека. Соответствующий контур холодильного отсека 4 содержит трубопровод 15 к испарителю холодильного отсека, испаритель 6 холодильного отсека, трубопровод 14 к компрессору холодильного отсека, компрессор 8 холодильного отсека, трубопровод 16 к конденсатору холодильного отсека и конденсатор 10 холодильного отсека.

Для управления компрессором 7 морозильного отсека и компрессором 8 холодильного отсека предусмотрено управляющее устройство 2. Регулировка температуры морозильного или холодильного отсека осуществляется с помощью определенной датчиком 18 морозильного отсека или датчиком 19 холодильного отсека температуры. Чтобы можно было учесть также температуру внешней среды при управлении холодильно-морозильной установкой 1, дополнительно внешний датчик 17 соединен с управляющим устройством 2.

На фиг.2 изображены разные циклы работы компрессора, на основании которых далее разъясняется изобретение. На фиг.2 а) изображен цикл работы компрессора 7 морозильного отсека для первой взятой в качестве примера последовательности. На фиг.2 b) показан соответствующий цикл компрессора 8 холодильного отсека. Полный цикл компрессора начинается в момент времени А1 и заканчивается в момент времени А2. К этому моменту времени управляющее устройство работает в нормальном режиме. Время цикла А1/А2 рассчитано так, что сумма времени работы компрессора 7 морозильного отсека и времени работы компрессора 8 холодильного отсека в любом случае меньше времени цикла А1/А2. Согласно изобретению в этом нормальном режиме сначала запускается имеющий приоритет компрессор 7 морозильного отсека. После предусмотренного времени работы он снова выключается. Лишь в момент времени В1, который или совпадает с концом времени работы компрессора 7 морозильного отсека, или наступает чуть позже, запускается компрессор 8 холодильного отсека. За счет этого достигается то, что оба компрессора 7, 8 в нормальном режиме управляющего устройства работают не одновременно, а поочередно. Благодаря этому удается сильно снизить шумовую и вибрационную нагрузку. По истечении времени работы компрессора 8 холодильного отсека до начала нового времени цикла в момент времени А2 еще остается временной промежуток, в течение которого ни один из двух компрессоров 7, 8 не приводится в действие и который в нормальном режиме управляющего устройства можно использовать для увеличения времени работы компрессоров при измененных условиях.

С помощью не изображенных здесь средств контроля управляющее устройство 2 определяет, что на обоих испарителях 5, 6 образовался слой льда, для которого требуется процесс оттаивания. Поэтому управляющее устройство 2 переключается из нормального режима в режим оттаивания. Поэтому компрессор морозильного отсека нагревается по истечении начавшегося в момент А2 времени работы. В момент времени A3 управляющее устройство определяет, что слой льда устранен и испаритель 7 морозильной камеры может снова эксплуатироваться.

Процесс оттаивания для испарителя 6 холодильного отсека начинается по истечении времени работы компрессора 8 холодильного отсека, который был запущен в момент времени В2. В описанной здесь в качестве примера последовательности на испарителе 6 холодильного отсека образовался слой льда меньшей толщины, чем на испарителе 5 морозильного отсека. Поэтому процесс оттаивания может завершаться через более короткое время, также в момент времени A3.

В обеих холодильных зонах 3, 4 управляющее устройство определяет, что температура во время процесса оттаивания сильно возросла, так что оба компрессора 7, 8 должны были бы включиться немедленно, чтобы предотвратить риск порчи хранящихся продуктов. Так как опасность порчи в морозильном отсеке 3 оценивается все же выше, чем в холодильном отсеке 4, сначала в работу запускается имеющий приоритет компрессор 7 морозильного отсека. Для достижения необходимой температуры в морозильном отсеке компрессор морозильного отсека должен был бы работать в течение промежутка времени, превышающего время работы до процесса оттаивания, однако сумма с также более долгим необходимым временем работы компрессора 8 холодильного отсека еще меньше, чем предусмотренное время цикла А1/А2. Чтобы теперь как можно быстрее можно было также понизить температуру в холодильном отсеке 4, компрессор 7 морозильного отсека через короткое время снова выключается, а вместо него снова включается компрессор 8 холодильного отсека. Однако он также находится в работе не полное необходимое время работы и также через короткое время снова выключается, а вместо него включается снова компрессор 7 морозильного отсека. Это поочередное включение обоих компрессоров 7, 8 происходит до тех пор, пока для обоих не будет достигнуто необходимое время работы. После этого управляющее устройство снова переключается в нормальный режим. В описанном здесь режиме оттаивания также обеспечивается, что несмотря на измененные условия компрессоры никогда не работают одновременно. Поэтому в этом режиме также не возникают высокие шумовые и вибрационные нагрузки.

С помощью штриховых линий на фиг.2 а) и фиг.2 с) изображена другая примерная последовательность. До истечения времени второго цикла А2/А4 управляющее устройство 2 обеспечивает работу компрессоров 7, 8 в нормальном режиме. Однако к моменту времени А4 управляющее устройство с помощью внешнего датчика 17 определяет, что температура внешней среды выше 30°С.При такой температуре внешней среды нужно было бы продлить время рабочего хода компрессоров 7, 8 настолько, что сумма времени работы была бы больше предусмотренного времени цикла. В этот момент времени управляющее устройство переключается в параллельный режим, в котором в виде исключения разрешена одновременная работа обоих компрессоров 7, 8. Однако управляющее устройство имеет такую конструкцию, что даже в этом режиме наложение периодов времени работы наименьшее. Так ко времени начала цикла А4 в работу запускается компрессор 7 морозильного отсека. Еще во время его работы в момент В4 подключается компрессор 8 холодильного отсека. Момент времени В4 выбран так, что время работы компрессора 8 холодильного отсека истекает к началу следующего времени цикла А5. Наложение обоих периодов времени работы касается лишь промежутка времени от времени начала работы компрессора 8 холодильного отсека до конца времени работы компрессора 7 морозильного отсека. Таким образом, гарантируется, что даже при чрезвычайных условиях шумовая и вибрационная нагрузка остается на возможно низком уровне и повышается лишь на непродолжительный интервал времени.

В этот параллельный режим управляющее устройство всегда может переключаться в том случае, если сумма периодов времени работы компрессоров 7, 8 превысила бы время цикла. Это не обязательно должно происходить из-за высокой температуры внешней среды, но может также случиться, если единовременно большое количество теплых продуктов помещается в морозильный отсек или холодильный отсек. В этом случае также управляющее устройство переключается в параллельный режим лишь на ограниченный временной интервал.

Изобретение относится к холодильному аппарату (1) с внутренним пространством, которое разделено, по меньшей мере, на две холодильные зоны (3, 4), причем каждая холодильная зона (3, 4) охлаждается с помощью испарителя (5, 6), и предусмотрено, по меньшей мере, два компрессора (7, 8) для снабжения испарителей (5, 6) хладагентом с управляющим устройством (2) для приведения в действие компрессоров (7, 8). Согласно изобретению реализована возможность эксплуатации управляющего устройства (2) в разных рабочих режимах в зависимости от заданных условий. Предусмотрен нормальный режим, в котором, по меньшей мере, два компрессора (7, 8) эксплуатируются исключительно раздельно по времени. Использование изобретения позволит снизить шум и вибрацию. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Холодильный аппарат (1) с внутренним пространством, разделенным, по меньшей мере, на две холодильные зоны (3, 4), причем каждая холодильная зона (3, 4) охлаждается испарителем (5, 6), и причем предусмотрено, по меньшей мере, два компрессора (7, 8) для снабжения испарителей (5, 6) хладагентом, с управляющим устройством (2) для запуска в работу компрессоров (7, 8), отличающийся тем, что реализована возможность работы управляющего устройства (2) в зависимости от заданных условий в различных рабочих режимах, и что предусмотрен нормальный режим, в котором эксплуатация, по меньшей мере, двух компрессоров (7, 8) возможна исключительно с разделением по времени.

2. Холодильный аппарат по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, две холодильные зоны реализованы в виде морозильного отсека (3) и в виде холодильного отсека (4), причем для каждой холодильной зоны (3, 4) предусмотрен отдельный контур циркуляции хладагента с компрессором (7, 8), испарителем (5, 6) и конденсатором (9, 10).

3. Холодильный аппарат по п.2, отличающийся тем, что управляющее устройство (2) соединено с датчиками температуры (18, 19) в морозильном отсеке (3) и в холодильном отсеке (4) соответственно.

4. Холодильный аппарат по п.1, отличающийся тем, что управляющее устройство (2) соединено с датчиком (17) для определения температуры внешней среды, и что предельное значение температуры внешней среды взято в качестве заданного условия.

5. Холодильный аппарат по п.4, отличающийся тем, что предусмотрен выход управляющего устройства (2) из нормального режима при превышении предельного значения внешней температуры 30°С.

6. Холодильный аппарат по п.1, отличающийся тем, что сумма относительных длительностей включения компрессоров (7, 8) задана в качестве заданного условия, и что предусмотрен выход управляющего устройства (2) из нормального режима, если суммарной относительной длительностью включения компрессоров превышена 100%-ная граница.

7. Холодильный аппарат по п.1, отличающийся тем, что время оттаивания задано в качестве заданного условия, и что предусмотрен выход управляющего устройства (2) из нормального режима при превышении времени оттаивания испарителя (5, 6) предопределенного предельного значения.

8. Способ управления холодильным аппаратом (1) с, по меньшей мере, двумя холодильными зонами (3, 4) и двумя компрессорами (7, 8), отличающийся тем, что предусмотрено приведение в действие компрессоров (7, 8) при заданных условиях с разделением по времени, и при превышении соответствующего порогового значения предусмотрена возможность одновременной работы.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что при одновременной потребности в охлаждении, по меньшей мере, в двух холодильных зонах (3, 4) одна холодильная зона (3) наделена приоритетом и реализован запуск в работу сначала компрессора (7), предусмотренного для имеющей приоритет холодильной зоны (3).

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что реализована возможность приведения в действие компрессора (7) для имеющей приоритет холодильной зоны (3) не дольше предопределенного максимального времени переключения, по истечении которого реализована возможность приведения в действие компрессора для не имеющей приоритета холодильной зоны (4).