ХОЛОДИЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ИНИЦИАЛИЗАИЦИИ ПРОЦЕССА ОТТАИВАНИЯ В ХОЛОДИЛЬНОМ УСТРОЙСТВЕ Российский патент 2022 года по МПК F25D21/08 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу инициализации процесса оттаивания в холодильном устройстве, в частности, в бытовом холодильном устройстве, а также к холодильному устройству, в котором может быть реализован указанный способ.

Уровень техники

Поскольку иней, осаждающийся на испарителе, ухудшает передачу тепла от камеры хранения холодильного устройства к испарителю, в традиционном холодильном устройстве с компрессором, переключаемым только между включенным и выключенным состояниями, при увеличении толщины слоя инея фазы включения компрессора становятся все длиннее и длиннее. В таком холодильном устройстве распространенный, например, описанный в KR 20010037545, способ принятия решения о необходимости процесса оттаивания, заключается в контроле совокупного времени работы компрессора и количества открытий двери после последнего оттаивания, при этом процесс оттаивания начинается после превышения заданного предельного значения.

В современных холодильных устройствах часто используются компрессоры, частота вращения которых может быть установлена на несколько значений, не равных нулю, и которые далее называются также компрессорами с регулируемой частотой вращения. В таких холодильных устройствах вышеописанный традиционный подход является неудовлетворительным, поскольку скорость образования инея на испарителе зависит от частоты вращения компрессора, и оценка по совокупному времени работы компрессора становится невозможной. US 6047554 предлагает в таком случае определять взвешенное совокупное время работы, в котором периоды работы с различной частотой вращения учитываются с различным весом. Однако при этом предпосылка надежной оценки толщины инея заключается в том, что связь между частотой вращения компрессора и скоростью образования инея является известной и воспроизводимой.

Раскрытие сущности изобретения

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить способ инициализации процесса оттаивания, который отличается простотой в применении, позволяет осуществлять надежную оценку толщины инея и является пригодным для холодильного устройства, содержащего компрессор с регулируемой частотой вращения.

Эта задача решена при помощи способа, включающего в себя следующие этапы:

a) запуск компрессора с частотой вращения, настроенной на исходное значение n₀,

b) подстройка частоты n_t вращения компрессора с обеспечением предотвращения отклонения температуры в камере хранения холодильного устройства от заданной величины,

c) контроль отклонения подстроенной частоты n_t вращения от исходного значения n₀, и

d) принятие решения о необходимости оттаивания, если отклонение превышает предельное значение.

Подстройка частоты вращения обычно представляет собой непрерывный процесс, в котором частота вращения переключается между значением, немного превышающим идеальную величину, которая соответствует холодильной нагрузке устройства, но не может быть точно достигнута, и немного большим значением каждый раз при достижении предельной температуры.

Если не учитывать кратковременные помехи, как, например, открытие двери камеры хранения или загрузку охлажденного продукта, температура которого отличается от температуры в камере хранения, частота вращения компрессора, по существу, должна зависеть от разности температур в камере хранения и окружающей среды. Систематическое отклонение частоты вращения можно объяснить образованием инея, ухудшающего передачу тепла между камерой хранения и испарителем, поэтому, если это отклонение превышает предельное значение, можно сделать вывод о том, что слой инея имеет достаточную толщину для необходимости проведения оттаивания.

Указанное отклонение в простейшем случае может представлять собой фактическую разность между подстроенной частотой n_t вращения и исходным значением n₀, однако, предпочтительно, чтобы разности, измеренные ранее, также оказывали влияние на текущее значение отклонения. При этом отклонение может также изменяться, если разность между подстроенной частотой n_t вращения и исходным значением n₀ является постоянной, но отличной от нуля.

Контроль отклонения должен содержать, в частности, увеличение отклонения, если подстроенная частота n_t вращения превышает исходное значение n₀, при этом, если компрессор непрерывно работает с частотой вращения, превышающей исходное значение, предельное значение отклонения рано или поздно должно быть превышено.

Чтобы лучше учитывать кратковременные помехи, должна быть обеспечена возможность снова уменьшать отклонение в те моменты, когда подстроенная частота n_t вращения лежит ниже исходного значения n₀.

Предпочтительная возможность для этого заключается в том, чтобы определять отклонение в виде интеграла по времени разности (n_t-n₀) между подстроенной частотой n_t вращения и исходным значением n₀. Этот интеграл может охватывать все время работы компрессора, начиная с последнего процесса оттаивания. Однако возможно также исключать из области интегрирования определенные периоды времени, например, такие, в течение которых отклонение является отрицательным или лежит между нулем и малым отрицательным предельным значением. Таким образом, можно гарантировать, что указанное отклонение имеет тенденцию к увеличению с течением времени и приводит к запуску процесса оттаивания даже в тех случаях, когда подстроенная частота n_t вращения не существенно отклоняется от исходного значения n₀.

Подстройка частоты вращения компрессора во время этапа b) предпочтительно включает в себя уменьшение частоты n_t вращения, когда температура падает ниже первой предельной температуры в камере хранения, и увеличение частоты n_t вращения, когда вторая предельная температура в камере хранения превышается. Увеличение и уменьшение частоты вращения может осуществляться непрерывно или в виде дискретных шагов.

Исходное значение n₀ может быть определено эмпирически в ходе выполнения процесса. В частности, на начальном этапе работы после процесса оттаивания может быть определена частота вращения, подходящая для поддержания заданной температуры в камере хранения холодильного устройства, а из этой частоты вращения может быть определено исходное значение n₀.

В простейшем случае такое определение заключается в том, чтобы установленную подходящую частоту вращения принять идентичной исходному значению n₀.

Если исходить из того, что температура окружающей среды, в которой установлено холодильное устройство, не имеет существенных изменений в течение нескольких циклов оттаивания, в качестве исходного значения n₀ может быть также принято среднее значение подходящей частоты вращения, установленной после последнего процесса оттаивания, и подходящих частот вращения, установленных после одного или нескольких предшествующих процессов оттаивания.

Кроме того, установленная подходящая частота вращения может быть уменьшена на заданную величину, а результат принят в качестве исходного значения n₀, чтобы таким образом гарантировать, что отклонение будет расти с течением времени, и, следовательно, процесс оттаивания будет определенно запущен, или - с таким же результатом - выбрать предельное значение в виде убывающей функции времени работы компрессора с момента последнего процесса оттаивания.

В качестве альтернативы исходное значение n₀ может быть задано в виде функции температуры окружающей среды. Для реализации этого холодильное устройство, в котором применяется способ согласно изобретению, должно быть снабжено датчиком температуры окружающей среды.

В простейшем случае в качестве аргумента функции используется температура окружающей среды, измеренная в конце процесса оттаивания, при этом исходное значение n₀ остается неизменным до следующего процесса оттаивания.

Однако достоинство альтернативного варианта осуществления заключается в том, что исходное значение n₀ является также функцией текущей температуры окружающей среды, т.е., может изменяться между двумя процессами оттаивания. Таким образом, можно исключить ситуацию, когда увеличение частоты n_t вращения компрессора, вызываемое повышением температуры окружающей среды, будет ложно интерпретироваться как указание на образование толстого слоя инея, что приводило бы к преждевременному оттаиванию.

Для того чтобы гарантировать, что даже при остающейся в среднем постоянной частоте n_t вращения компрессора процесс оттаивания рано или поздно будет запущен, предельное значение может быть выбрано в виде убывающей функции времени работы компрессора с момента последнего процесса оттаивания.

Предметом изобретения является также холодильное устройство, в частности, бытовое холодильное устройство, содержащее по меньшей мере одну камеру хранения, компрессор с регулируемой частотой вращения для охлаждения камеры хранения и блок управления, который служит для регулирования частоты вращения компрессора на основании результатов измерения температуры в камере хранения, и который настроен, в частности, запрограммирован, для реализации вышеописанного способа.

Еще одним предметом изобретения является компьютерный программный продукт со средствами программного кода, которые позволяют компьютеру реализовать вышеописанный способ или функционировать в качестве блока управления в вышеописанном холодильном устройстве. Компьютерный программный продукт может присутствовать, в частности, в виде содержимого запоминающего устройства микропроцессорной системы или в форме, отделенной от микропроцессорной системы, на носителе данных.

Краткое описание чертежей

Другие признаки и достоинства изобретения следуют из приведенного далее описания вариантов его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показаны:

ФИГ. 1 - схематический вид холодильного устройства согласно настоящему изобретению;

ФИГ. 2 - блок-схема процесса согласно первому варианту осуществления изобретения; и

ФИГ. 3 - блок-схема процесса согласно второму варианту осуществления изобретения.

Осуществление изобретения

На ФИГ. 1 показан схематический разрез бытового холодильного устройства известной конструкции. Теплоизолирующий корпус 1 и по меньшей мере одна дверь 2 ограничивают по меньшей мере одну камеру 3 хранения. В машинном отсеке 4 корпуса 1 размещен компрессор 5 с регулируемой частотой вращения, который соединен контуром хладагента с не показанным конденсатором, с дроссельной заслонкой и по меньшей мере с одним испарителем 6, и который снабжает испаритель 6 жидким хладагентом для охлаждения камеры 3 хранения.

Испаритель 6 выполнен в данном случае в виде испарителя системы "No Frost" и расположен в камере 8 испарителя, отделенной от камеры хранения перегородкой 7. Нагреватель 9 оттаивания может быть выполнен в данном случае в виде стержневого нагревателя, который установлен на нижней стороне блочного испарителя 6 и обогревает его при оттаивании путем физического контакта, излучения и/или конвекции. В основании камеры 8 испарителя предусмотрен проход 13, который служит для отвода конденсата из испарителя 6 наружу, обычно - в испарительный поддон 14, установленный в машинном отсеке 4.

Блок 10 управления, обычно представляющий собой микропроцессорную систему и обеспечивающий управление работой компрессора 5 и нагревателя 9 оттаивания, может быть установлен в любом подходящем месте на корпусе 1. Блок 10 управления соединен с датчиком 11 внутренней температуры для определения температуры в камере 3 хранения, и, кроме того, с блоком 10 управления может быть соединен датчик 12 температуры окружающей среды для определения температуры окружающей среды.

На ФИГ. 2 показан процесс работы блока 10 управления согласно первому варианту осуществления изобретения. Этот процесс работы не требует наличия датчика 12 температуры окружающей среды.

В нормальном режиме работы блок 10 управления проходит через цикл с регулярными временными интервалами, первым этапом S1 которого, как показано на ФИГ. 2, является определение внутренней температуры Tin при помощи датчика 11 температуры. Эта внутренняя температура Tin должна поддерживаться близкой к температуре, заданной пользователем в блоке 10 управления. Для этого блок 10 управления во время этапа S2 сравнивает внутреннюю температуру Tin с первой предельной температурой Т1, которая может быть идентичной заданной температуре, однако, предпочтительно установлена на несколько градусов ниже. Если предельная температура Т1 не превышена, то это указывает, что текущая частота n_t вращения компрессора 5 выше, чем требуется для поддержания заданной температуры, поэтому в таком случае частота n_t вращения уменьшается с заданным шагом (S3).

На этапе S4 внутренняя температура Tin сравнивается со второй предельной температурой Т2, и в случае превышения Т2 частота n_t вращения во время этапа S5 уменьшается. Шаги для этапов S3 и S5 могут быть, но не обязательно являются одинаковыми. Вторая заданная температура Т2 также может быть идентична заданной температуре Т1, однако, обычно она лежит немного выше, поэтому температуры Т1 и Т2 образуют интервал шириной в несколько градусов, внутри которого частота n_t вращения не изменяется.

На этапе S6 разность между текущей частотой n_t вращения компрессора 5 и исходным значением n₀ прибавляется к управляющей переменной Int. Поскольку при увеличении толщины слоя инея на испарителе 6 частота вращения компрессора, которая требуется для заданной температуры в камере 3 хранения, возрастает, эта разность имеет тенденцию принимать тем большие положительные значения, чем больше времени проходит с момента последнего процесса оттаивания, поэтому управляющая переменная Int увеличивается со временем.

До тех пор, пока на этапе S7 выявляется, что управляющая переменная Int не превысила пороговое значение thr, процесс возвращается к выходу, и цикл этапов S1-S6 повторяется.

И, напротив, в случае превышения величины thr, блок 10 управления выключает нагреватель 9 оттаивания и компрессор 5, чтобы произвести оттаивание испарителя 6 (S8).

После проведения оттаивания управляющая переменная Int возвращается к исходному значению, меньшему, чем thr и обычно равному нулю (S9), а компрессор 5 снова включается.

При возобновлении работы частота вращения может иметь фиксированное значение по умолчанию, однако, возможно также возобновление работы с частотой вращения, с которой она была прервана, чтобы произвести оттаивание. В последнем случае частота вращения будет, как правило, большей, чем требуется для поддержания заданной температуры в камере 3 хранения в непрерывном режиме работы, однако, это является также предпочтительным, чтобы за короткое время снова удалить из камеры 3 хранения теплоту, которая образовалась там во время оттаивания.

Температура Tin в камере 3 хранения измеряется во время этапа S10, а затем сравнивается с температурой Т1 во время этапа S11. Вследствие предшествующего перерыва режима охлаждения и неизбежного поступления теплоты при оттаивании температура Tin непосредственно после возобновления работы компрессора будет превышать величину Т1, поэтому этапы S10, S11 будут повторяться до тех пор, пока Tin не опустится ниже Т1. Если, как указано выше, при возобновлении работы частота вращения компрессора 5 была выбрана определенно более высокой, чем требуется для поддержания заданной температуры, достаточно повторить этапы S10, S11, иначе может быть предусмотрено, что пока не будет достигнута величина Т1, частота вращения повышается с определенным шагом (S12). В том или ином случае к моменту, в который Tin становится ниже, чем Т1, частота n_t вращения является более высокой, чем требуется для поддержания заданной температуры.

Температура Tin даже после снижения относительно Т1 продолжает измеряться (S13) и сравниваться с Т1 (S14). Если Tin остается ниже, чем Т1, при каждом повторении этапа S15 частота n_t вращения компрессора 5 уменьшается, кроме того, устанавливается флажок FI-, чтобы показать, что после возобновления работы компрессора 5 Tin стала ниже, чем Т1.

Вследствие уменьшения частоты n_t вращения рано или поздно Т2 будет снова превышена. Если это выявляется во время этапа S16, устанавливается второй флажок FI+ (S17), чтобы показать это превышение, а частота n_t вращения будет снова увеличиваться. Как только во время этапа S18 будет определено, что установлены оба флажка FI-, FI+, цикл этапов S13-S8 прерывается.

Частота n_t вращения, установленная в этот момент, во время этапа S19 принимается в качестве исходного значения n₀, после чего процесс возвращается к нормальному режиму, т.е., к циклу от этапа S1 до этапа S7.

Поскольку при этом для n₀ выбирается немного меньшее значение, чем требуется для поддержания заданной температуры, разность n_t-n₀ во время нормального режима работы чаще является положительной, чем отрицательной. Таким образом, обеспечивается, чтобы управляющая переменная Int со временем возрастала, и чтобы рано или поздно был запущен очередной процесс оттаивания. Чем быстрее иней вновь образуется на испарителе 6, вызывая увеличение частоты n_t вращения, тем быстрее увеличивается величина Int, и тем скорее произойдет очередное оттаивание.

На ФИГ. 3 показана блок-схема процесса работы согласно второму варианту осуществления изобретения. Изображение процесса начинается здесь с этапа оттаивания испарителя 6. Этот этап идентичен этапу S8 процесса на ФИГ. 2 и поэтому также обозначается как S8. Следующий этап S9 также идентичен возврату значения управляющей переменной Int.

Далее следует этап S20 измерения температуры Tout окружающей среды при помощи датчика 12. Функция F, которая связывает результаты измерения температуры Tout окружающей среды с частотой вращения компрессора 5, сохраняется в блоке 10 управления в виде поисковой таблицы или правил вычислений. На основании этой функции F и результатов измерения температуры Tout во время этапа S21 устанавливается соответствующее исходное значение n₀ для частоты вращения при возобновлениях работы компрессора 5 после оттаивания. Функцию F можно определить так, что для каждого значения температуры Tout окружающей среды она приводит точно такую частоту вращения, которая имела бы место в стационарном режиме работы при отсутствии инея на испарителе 6 для соответствующей температуры окружающей среды при повторяющемся выполнении вышеописанных этапов S1-S5; в этом случае компрессор теоретически мог бы работать сколь угодно долго, если бы дверь 2 не открывалась, и в камеру 3 хранения никаким иным путем не попадала влага, которая могла бы осаждаться на испарителе в виде инея.

Однако возможно также, как описано со ссылками на ФИГ. 2, выбирать значения F немного меньшими, чтобы таким образом гарантировать, что оттаивание будет происходить после конечного периода работы компрессора 5 даже без увеличения частоты n_t вращения со временем.

Такого же эффекта можно достичь при уменьшении порогового значения thr в зависимости от времени, например, если в цикл S1-S7 ввести этап уменьшения thr.

После установления исходного значения n₀ производится определение температуры Tin в камере 3 хранения; этот этап идентичен этапу S1 на ФИГ. 2 и поэтому также обозначен как S1. Следующие этапы S2 - S7 являются такими же, как показано на ФИГ. 2, и поэтому не описываются повторно. Если во время этапа S7 выясняется, что управляющая переменная Int превысила пороговое значение thr, процесс ответвляется на этап S8, чтобы произвести оттаивание испарителя 6.

Если пороговое значение thr еще не достигнуто во время этапа S7, процесс возвращается к первому варианту, т.е., к этапу S1 для очередного измерения температуры Tin, таким образом, чтобы после многократного выполнения цикла S1-S7 управляющая переменная Int приближалась к интегралу

∫n_t-n₀dt,

при этом n₀=F(Tout(t₀)), т.е., значение F соответствует температуре Tout в момент возобновления работы компрессора.

Если во время рабочей фазы компрессора 5 температура окружающей среды понижается или повышается, это приводит на этапах S2 или S4 к уменьшению или к увеличению частоты n_t вращения. Следствием уменьшения был бы более медленный рост управляющей переменной Int, чем в случае постоянной температуры окружающей среды и, соответственно, задержка процесса оттаивания даже при достижении толщины инея на испарителе 6 такой величины, при которой оттаивание было бы целесообразным; и, наоборот, повышение температуры окружающей среды могло бы вызывать преждевременное оттаивание. Чтобы избежать этого, согласно второму варианту осуществления, если пороговое значение thr во время этапа S7 еще не достигнуто, процесс возвращается к этапу S21, т.е., к измерению температуры Tout окружающей среды, и n₀ актуализируется на основании результата измерения температуры: n₀(t)=F(Tout(t)), где t представляет собой текущий момент времени.

Таким образом, временной интервал между двумя оттаиваниями может быть установлен независимо от колебаний температуры Tout окружающей среды.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

1. Корпус

2. Дверь

3. Камера хранения

4. Машинный отсек

5. Компрессор

6. Испаритель

7. Перегородка

8. Камера испарителя

9. Нагреватель оттаивания

10. Блок управления

11. Датчик внутренней температуры

12. Датчик температуры окружающей среды

13. Проход

14. Испарительный поддон

Группа изобретений относится к бытовому холодильному оборудованию. Запускают компрессор с частотой вращения, установленной на исходное значение. Выполняют подстройку частоты вращения компрессора с обеспечением предотвращения отклонения температуры в камере хранения холодильного устройства от заданной величины. Контролируют отклонение между подстроенной частотой вращения и исходным значением и принимают решение о необходимости оттаивания, если отклонение превышает предельное значение. Холодильное устройство содержит по меньшей мере одну камеру хранения, компрессор с регулируемой частотой вращения для охлаждения камеры хранения и блок управления для регулирования частоты вращения компрессора на основании результатов измерения температуры в камере хранения. Упрощается процесс оттаивания. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ инициализации процесса оттаивания в холодильном устройстве с компрессором (5), имеющим регулируемую частоту вращения, содержащий следующие этапы: a) запуск (S10-S19; S21) компрессора (5) с частотой вращения, установленной на исходное значение n₀, b) подстройка (S3, S5) частоты n_t вращения компрессора (5) с обеспечением предотвращения отклонения температуры (Tin) в камере (3) хранения холодильного устройства от заданной величины, c) контроль (S6) отклонения между подстроенной частотой n_t вращения и исходным значением n₀, и d) принятие решения (S7) о необходимости оттаивания, если указанное отклонение превышает предельное значение.

2. Способ по п. 1, в котором контроль (S6) включает в себя увеличение отклонения, если подстроенная частота n_t вращения превышает исходное значение n₀.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором контроль (S6) включает в себя уменьшение отклонения, если подстроенная частота n_t вращения лежит ниже исходного значения n₀.

4. Способ по одному из предшествующих пунктов, в котором отклонение определяют (S6) в виде интеграла по времени разности (n_t-n₀) между подстроенной частотой n_t вращения и исходным значением n₀, или интеграл по времени разности (n_t-n₀) является одним из нескольких членов, которые суммируют, чтобы получить отклонение.

5. Способ по одному из предшествующих пунктов, в котором подстройка частоты n_t вращения компрессора (5) во время этапа b) содержит уменьшение (S3) частоты n_t вращения, если первая предельная температура (Т1) в камере (3) хранения не превышается (S2), и повышение (S5) частоты n_t вращения, если вторая предельная температура (Т2) в камере (3) хранения превышается (S4).

6. Способ по одному из пп. 1-5, в котором во время этапа а) определяют частоту вращения, которая является подходящей для начальной фазы работы после процесса оттаивания, чтобы предотвратить отклонение температуры (Tin) в камере (3) хранения холодильного устройства от заданной температуры, при этом исходное значение n₀ определяют на основании этой подходящей частоты вращения (S19).

7. Способ по одному из пп. 1-5, в котором исходное значение n₀ задают в виде функции (F(Tout)) температуры (Tout) окружающей среды.

8. Способ по п. 7, в котором исходное значение n₀ является функцией текущей температуры (Tout(t)) окружающей среды.

9. Способ по одному из предшествующих пунктов, в котором предельное значение (thr) представляет собой убывающую функцию времени работы компрессора с момента последнего процесса оттаивания.

10. Холодильное устройство, в частности бытовое холодильное устройство, содержащее по меньшей мере одну камеру (3) хранения, компрессор (5) с регулируемой частотой вращения для охлаждения камеры (3) хранения и блок (10) управления для регулирования частоты (n_t) вращения компрессора (5) на основании результатов измерения температуры (Tin) в камере (3) хранения, отличающееся тем, что блок (10) управления выполнен, и, в частности запрограммирован, с возможностью реализации способа по одному из предшествующих пунктов.