SIGNAL TRANSMITTER FOR CONTROLLING THE DEFROSTING PROCESS ON THE AIR SIDE OF THE EVAPORATOR OF A HEAT PUMP OR THE LIKE

Abstract: 1. A signal transmitter arrangement for controlling the defrosing of the air side of an evaporator means of a heat pump or the like comprising a sensing assembly consisting of a temperature sensing device for measuring the temperature on the surface of said evaporator means and a sensing device responding to the formation of frost or ice, said two sensing devices being coupled to a receiver for the transmission of signals, wherein said signal transmittal arrangement comprises a thermally conductive console (1) attachable to said evaporator means to which said sensing assembly (2) is connected, said temperature sensing device (3) being connected with said sensing assembly in a thermally conductive fashing, and wherein said sensing assembly comprises a photosensitive sensing device (4) constituting the second sensing device the optic axis of said photosensitive sensing device being aligned to an auxiliary matte black reflective surface (12) arranged vertically on said console, said reflective surface having a circular area of reflection (14) convex relative to said sensing assembly (2).

Description: Signalgeber zur Steuerung des Abtauvorganges an der Luftseite des Verdampfers einer Wärmepumpe oder dergleichen Die Erfindung betrifft einen Signalgeber zur Steuerung des Abtauvorganges an der Luftseite des Verdampfers einer Wärmepumpe oder dergleichen. Zum Beispiel bei Wärmepumpen mit einem Luftwärme aufnehmenden Verdampfer kann es je nach Luftfeuchtigkeitsgehalt und Lufttemperatur zu einer Vereisung des Verdampfers an der Luftseite kommen. Die auf den Verdampferlamellen sich niederschlagende Reifschicht verschlechtert den Wärme übergang von der Luft an das abgekühlt zufliessende und im Verdampfer wieder zu erwärmende Wärmeträgermedium, wodurch die Oberflächentemperatur des Verdampfers absinkt und die Luftspalte zwischen den Verdampferlamellen auch durch die dicker werdende Reifschicht zuwachsen können, und muss daher abgetaut werden, beispielsweise durch vorübergehende Unterbrechung eines weiteren Wärmeentzugs aus dem Verdampfer durch das Wärmeträgermedium. Hierzu hat man bislang die Oberflächentemperatur des Verdampfers oder die Aussenlufttemperatur kontrolliert, um mit einer automatischen zeitabhängigen Intervallabtausteuerungseinrichtung den Abtauvorgang einzuleiten, sobald der gemessene Temperaturwert einen in der Abtausteuerungseinrichtung eingestellten und vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet. Die Einleitung des Abtauvorganges in Abhängigkeit davon, welche Oberflächentemperatur oder Aussenlufttemperatur der Verdampfer hat und ob ein eingestellter Temperaturschwellenwert, bei dem eine Vereisung vorkommen könnte, unterschritten wird, ist jedoch nicht genügend befriedigend und zuverlässig. Wenn in dem Verdampfer luftseitig der Taupunkt und ein dazu angepasster Temperaturschwellenwert unterschritten wird muss nicht sogleich schon eine Reifschicht entstehen, sondern kann zunächst nur eine Kondenswasserschicht entstehen, die von selbst abfliesst und keinen Abtauvorgang erfordert, durch den der Wärmepumpenbetrieb unnötig unterbrochen würde. Bei zu niedrig eingestelltem Temperaturschwellenwert kann vor dessen Unterschreiten bereits die Bildung einer gegebenenfalls schon den Wärmeübergang erheblich verschlechternden Reifschicht eingetreten sein und kann der notwendige Abtauvorgang zu spät einsetzen. Ausserdem wird die Abtauzeit fest vorgegeben. Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine Lösung zu finden, mit der der Abtauvorgang zuverlässig bei Auftreten einer Vereisungsgefahr und Entstehen einer Reifschicht eingeleitet werden kann und bei erfolgtem Abtauen der Reifschicht beendet wird. Diese Aufgabe löst die Erfindung durch die Anwendung eines den Verdampfer überwachenden und auf die automatische Abtausteuerungseinrichtung einwirkenden Signalgebers, der eine an dem Verdampfer befestigbare Konsole aus wärmeleitendem Material und einen an der Konsole angebrachten Sensorblock aufweist, in dem ein wärmeleitend die Konsole berührender Temperatursensor und ein auf eine Reifbildungsstelle des Verdampfers oder der Konsole ausgerichteter optischer Reflexsensor angeordnet sind, die beide durch Signalleitungen mit einem Signalempfänger verbindbar sind. Mit diesem Signalgeber wird durch eine UND Verknüpfung der von beiden Sensoren erzeugten Signale in dem entsprechend ausgebildeten, verstärkenden, vorzugsweise für beide Sensoren gemeinsamen Signalempfänger der Abtausteuerungseinrichtung der Abtauvorgang eingeleitet, wenn nicht nur der vom Temperatursensor gemessene Temperatunciert an der Verdampferoberfläche einen beispielsweise zwischen 0 und minus 10 Grad Celsius eingestellten Temperaturschwellenwert unterschreitet und der Temperatursensor ein Signal erzeugt, sondern ausserdem auch noch vom Reflexsensor durch Überschreiten eines eingestellten Lichtreflexionsschwellenwertes eine tatsächlich eingetretene Reifschicht festgestellt und so ein weiteres Signal erzeugt wird. Sobald in der Abtauphase das Temperatursignal des Temperatursensors und das Reflexsignal des Reflexsensors aufgehoben sind, das heisst die Reifschicht abgetaut ist und die Verdampferoberflächentemperatur so weit angestiegen ist, dass kein Eis oder Reif mehr vorhanden sein kann, wird der Abtauvorgang von der Abtausteuerungseinrichtung beendet. Der erfindungsgemässe Signalgeber und seine wirkungsweise sowie vorteilhafte Ausgestaltungsformen werden nachstehend anhand der Zeichnung von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des Signal gebers in perspektivischer Darstellung, Figur 2 den in einen Verdampfer eingesetzten Signal geber der Figur 1 in der Ansicht von oben, Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel in perspekti vischer Darstellung, Figur 4 den in einen Verdampfer eingesetzten Signal geber der Figur 3 in der Ansicht von unten. Der Signalgeber der Figuren 1 und 2 enthält eine am Verdampfer befestigbare Konsole 1 aus wärmeleitendem Material, zum Beispiel Kupfer, und einen an der Konsole angebrachten Sensorblock 2 vorzugsweise aus Kunststoff. Der Sensorblock 2 enthält eingebettet einen Temperatursensor 3, der wärmeleitend die Konsole berührt, und einen optischen Reflexsensor 4, der Licht aussendet und auf die Lichtreflexion durch eine entstehende Reifschicht anspricht. Die Signalleitungen 5 beider Sensoren sind feuchtigkeitsdicht aus dem Sensorblock 2 herausgeführt und mit einem Signalempfänger verbindbar. Die Konsole 1 ist als Platte ausgebildet, die in eine Lücke 6 zwischen zwei Verdampferlamellen 7 einführbar ist. Der Sensorblock 2 ist an einer Plattenabwinkelung 8 befestigt, so dass der Reflexsensor 4, mit seiner optischen Achse in einen Luftspalt 6 zwischen zwei Verdampferlamellen ausgerichtet ist. Die zu den Verdampferlamellen 7 im wesentlichen parallele optische Achse des Reflexsensors verläuft zweckmässigerweise nahe an der Oberfläche einer Verdampferlamelle, damit der Reflexsensor rechtzeitig eine entstehende Reifschicht feststellen kann. Zur einfachen Befestigung des Signalgebers an dem Verdampfer hat die Platte 1 eine Trapezform, so dass sie mit ihren beiden Plattenrändern 9 zwischen zwei Verdampferröhren 10 klemmend eingesteckt werden kann. Wenigstens längs eines Plattenrandes 9 besitzt die Platte 1 Abbrechperforationen 11 in einer oder mehreren Reihen, so dass sich die Plattenbreite zwischen den keilförmig zueinander verlaufenden Plattenrändern 9 durch Abbrechen von Randstreifen an grössere Unterschiede des Abstandes zwischen den Verdampferröhren 10 anpassen lässt. Der Temperatursensor 3 misst über die Platte 1 sowohl die Temperatur der den Verdampfer durchströmenden Luft als auch die Oberflächentemperatur des Verdampfers. Die Berührungsstellen zwischen den Plattenrändern 9 und den Verdampferröhren 10 sind, solange keine Reif- oder Eisbildung vorhanden ist, nicht sehr gross, sobald jedoch bei einer Taupunktunterschreitung ein Feuchtigkeitsniederschlag oder bei noch tieferer Verdampfertemperatur eine Reifbildung auftritt, entsteht über die wärmeleitende Feuchtigkeit beziehungsweise den Reif eine weitere Wärmeflussmöglichkeit und ver bessert sich mit zunehmender Vereisung die Verbindung und damit die Wärmeleitung zwischen der Platte 1 und dem Verdampfer. Sinkt die vom Temperatursensor über die Platte 1 festgestellte Oberflächentemperatur des Verdampfers unter einen eingestellten Temperaturschwellenwert ab, bei dem eine Vereisungsgefahr beginnen kann, entsteht in der Abtausteuerungseinrichtung durch den Temperatursensor ein erstes Signal. Erst wenn der Reflexsensor auf eine entstehende,reflektierende Reifschicht anspricht und ein zweites Signal erzeugt, wird der Abtauvorgang eingeleitet. Hierbei kann vorzugsweise eine Schaltverzögerung der Abtausteuerungseinrichtung vorgesehen sein, damit eine kurzfristige Unterschreitung des Temperaturschwellenwertes und überschreitung des Lichtreflexionsschwellenwertes noch nicht zu einer Einleitung des Abtauvorganges führen. Gleichartig kann auch für die Beendigung des Abtauvorganges nach Aufhebung des Temperatur- und des Reflexionssignals eine Schaltverzögerung vorgesehen werden. Die Überwachung einer Reifschichtbildung mittels des Reflexsensors kann auch im Impulsbetrieb stattfinden, falls ein Dauerbetrieb der Lichtsendediode des Reflexsensors nicht gewünscht wird. In analoger Weise funktioniert der in den Figuren 3 und 4 dargestellte Signalgeber. Eier jedoch enthält die plattenförmige Konsole 1 eine Hilfsreflexfläche 12, auf der sich bei einer Vereisung des Verdampfers ebenfalls eine Reifschicht bildet, und ist der Reflexsensor 4 mit seiner optischen Achse auf diese Hilfs- reflexfläche 12 ausgerichtet. Die Hilfsreflexfläche 12 ist auf ihrer dem Reflexsensor 4 zugekehrten Oberfläche mattschwarz ausgebildet, damit keine Lichtreflexion und somit auch kein Ausgangssignal des Reflexsensors auftritt, wenn noch keine weisse, stark reflektierende Reifbildung eingetreten ist oder wenn erst auf dem mattschwarzen Untergrund ein durchsichtiger flüssiger Kondensniederschlag vorliegt, der von selbst von der ilfsreflexfläche 12 abfliesst und keine Abtaueinleitung erfordert. Um das Abtropfen von Wasser von der vertikal verlaufenden Hilfsreflexfläche 12 zu fördern, hat die Hilfsreflexfläche 12 an ihrer Unterkante eine abwärts gerichtete Wasserablaufspitze 13. Eine zusätzlich vorgesehene, horizontal gerichtete weitere Wasserablaufspitze verbessert das Abtropfen, wenn der Signalgeber in einer um 90 Grad verdrehten Position angewendet wird. Ferner besitzt die Hilfsreflexfläche 12 einen zum Sensorblock 2 hin gewölbt ausgebildeten Reflexpunkt 14, um den herum das Wasser zur Wasserablaufspitze 13 fliesst, so dass der Reflexpunkt 14 weitgehend ohne Wasserfilm bleibt und möglichst wenig Licht reflektiert. Mit der dargestellten und beschriebenen Ausbildung der Konsole als Platte kann der Signalgeber durch Einführen der Platte zwischen Verdampferlamellen und Einklemmen zwischen Verdampferröhren zum Beispiel an der Ansaugseite des Verdampfers bequem an denjenigen Stellen angeordnet werden, an denen je nach Art und Durchströmung des Verdampfers erfahrungsgemäss am ehesten eine den Kältekreislauf störende Vereisung beziehungsweise Reifbildung eintritt. Die Art der Vereisung von Verdampfern wird stark von dem jeweiligen Zustand der Aussenluft beeinflusst. Die Eisschicht am Verdampfer ist in einem Farbbereich von transparent (Eis zum Teil mit Wasser) bis weiss anzutreffen. Diesen Bereich muss der Reflexsensor erkennen. Ferner soll der Reflexsensor nicht nur den Reflexionsgrad, sondern auch den Reflexionsabstand auswerten, um die Eisschichtstärken zu erfassen. Aus diesen Bedingungen heraus ist zu erkennen, dass der Reflexsensor ohne eine zusätzliche Information nicht immer das richtige Signal liefern kann. Mit Hilfe des Temperatursensors wird das Signal des Reflexsensors dem Zustand des Verdampfers eindeutig zugeordnet. So zum Beispiel bedeutet das Signal des Reflexsensors bei niedrigen Temperaturen das Vorhandensein einer Vereisung und bei positiven Temperaturen ein Vorhandensein von Wasser. Solange beim Abtauvorgang noch Eis vorhanden ist, beträgt die Temperatur höchstens Oo C. Erst wenn der Temperatursensor positive Temperaturen erreicht, ist das Eis geschmolzen und kann dann der Abtauvorgang zur richtigen Zeit beendet werden. Die UND-Verknüpfung beider Signale ist ein wichtiges Merkmal des Signalgebers beziehungsweise Abtausensors. Mit dem Reflexsensor wird auch die Stärke der Eisschicht bestimmt. Vorteilhafterweise arbeitet der Reflexsensor im Infrarotbereich und wird er getaktet und wird vor dem in den Figuren 1 und 3 mit der Ziffer 4 bezeichneten Reflexsensor ein geeignetes Lichtfilter angeordnet, welches den Reflexsensor gegen Störlicht wie zum Beispiel Tageslicht oder Leuchtstofflampen, abschirmt und dadurch Fehlbeeinflsssungen des Reflexsensors durch Störlicht ausschaltet.

Claims: Signalgeber zur Steuerung des Abtauvorganges an der Luftseite des Verdampfers einer Wärmepumpe oder dergleichen Patentansprüche 1. Signalgeber zur Steuerung des Abtauvorganges an der Luftseite des Verdampfers einer Wärmepumpe oder der gleichen, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber eine an dem Verdampfer befestigbare Konsole (1) aus wärmeleitendem Material und einen an der Konsole angebrachten Sensorblock (2) aufweist, in dem ein wärmeleitend die Konsole berührender Temperatursensor (3) und ein auf eine Reifbildungsstelle des Verdampfers oder der Konsole ausgerichteter optischer Reflexsensor (4) angeordnet sind, die beide durch Signalleitungen (5) mit einem Signalempfänger verbindbar sind. 2. Signalgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konsole aus einer Platte (1) besteht, die zwischen zwei Verdampferlamellen einführbar und mit gegenüberliegenden Plattenrändern (9) zwischen zwei Verdampferröhren einklemmbar ist, und dass der Reflexsensor (4) des Sensorblocks (2) mit seiner optischen Achse in den Luftspalt zwischen zwei Verdampferlamellen im wesentlichen parallel zu diesen verlaufend ausgerichtet ist. 3. Signalgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konsole aus einer Platte (1) besteht, die zwischen zwei Verdampferlamellen einführbar ist und mit gegenüberliegenden Plattenrändern (9) zwischen zwei Verdampferröhren einklemmbar ist, dass die Platte eine vertikal verlaufende, mattschwarze Hilfsreflexfläche (12) aufweist, die vorzugsweise mit einem zum Sensorblock (2) hin gewölbt ausgebildeten Reflex punkt (14) versehen ist und vorzugsweise eine an ihrer Unterkante abwärts gerichtete Wasserablauf spitze (13)enthält, und dass der Reflexsensor (4) des Sensorblocks (2) mit seiner optischen Achse auf die Hilfsreflexfläche (12) ausgerichtet ist. 4. Signalgeber nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, dass die die Verdampferröhren berührenden Plattenränder (9) keilförmig zueinander verlaufen und die Platte (1) längs wenigstens eines Platten randes Abbrechperforationen (11) aufweist.

Inventors: KLEIN, KLAUS, KORSMEIER, WILHELM
Applicants: RUHRGAS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1984
Main classification: F25D21
IPC codes: F25D21