ХОЛОДИЛЬНЫЙ АППАРАТ И СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ХОЛОДИЛЬНОГО АППАРАТА
REFRIGERATING DEVICE AND METHOD OF REFRIGERATING DEVICE COOLING

Область техники
Изобретение относится к холодильному аппарату, в частности к бытовому холодильному аппарату, и к способу охлаждения холодильного аппарата, в частности бытового холодильного аппарата.
Уровень техники
В обычных бытовых приборах температура может регулироваться относительно недорогими электромеханическими термостатами, которые, однако, позволяют регулировать температуру во внутренней полости бытового холодильного аппарата лишь с ограниченной точностью. Электромеханический термостат может также обеспечить регулярное оттаивание испарителя холодильного контура бытового холодильного аппарата.
В обычных бытовых холодильных аппаратах могут также применяться более дорогостоящие электронные устройства управления/регулировки температуры, которые позволяют устанавливать заданную температуру в бытовом холодильном аппарате с относительной точностью. Во внутренней полости таких бытовых холодильных аппаратов, как правило, установлен температурный датчик.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является разработка более экономичного способа охлаждения бытового холодильного аппарата.
Согласно изобретению, эта задача решается способом охлаждения холодильного отделения холодильного аппарата, в частности бытового холодильного аппарата, причем способ предполагает попеременное выключение и включение компрессора (в зависимости от времени, в частности, с помощью управляющего устройства холодильного аппарата), входящего в холодильный контур холодильного аппарата, предназначенного для охлаждения холодильного отделения, причем попеременное выключение и включение компрессора производится до тех пор, пока температура холодильного отделения укладывается в температурный диапазон, ориентированный на заданную температуру холодильного отделения и ограниченный верхним температурным пределом и нижним температурным пределом.
Кроме того, изобретение относится к холодильному аппарату, в частности бытовому холодильному аппарату, который содержит корпус, теплоизолированное холодильное отделение, находящееся внутри корпуса, холодильный контур для охлаждения холодильного отделения, содержащий компрессор, и управляющее устройство, которое активизирует компрессор таким образом, чтобы температура в холодильном отделении, по меньшей мере, приблизительно соответствовала заданной температуре холодильного отделения, то есть включает и выключает компрессор для охлаждения холодильного отделения в соответствии со способом согласно изобретению.
Под бытовым холодильным аппаратом в контексте данного изобретения понимается холодильный аппарат, предназначенный для бытовых целей, например холодильник, морозильник, морозильный ларь или комбинированный холодильно-морозильный аппарат.
Согласно способу, описываемому изобретением, холодильный контур для охлаждения холодильного отделения до его заданной температуры управляется не путем чистого регулирования температуры, при котором регулируемой величиной является, по существу, температура холодильного отделения, а путем попеременного выключения и включения холодильного контура, то есть его компрессора. Благодаря этому периоды работы компрессора, то есть периоды его включения, можно осознанно сделать относительно короткими. В холодильных аппаратах, в частности в бытовых холодильных аппаратах, относительно малые колебания температуры могут иметь следствием относительно низкое потребление энергии. Температура испарения, близкая к заданной температуре с относительно малыми колебаниями, также может способствовать снижению потребления энергии, поставленного задачей. Сознательно короткое время включения обуславливает относительно низкое энергопотребление.
Попеременному (в зависимости от времени) выключению и включению компрессора соответствуют фазы включения и/или выключения компрессора. Такие фазы включения и/или выключения компрессора могут иметь равную продолжительность. В частности, длительность фаз включения может быть равна длительности фаз выключения. Также возможен вариант, в котором длительность фаз включения будет больше или меньше длительности фаз выключения компрессора. Кроме того, также возможен вариант, в котором будет задана временная последовательность фаз включения компрессора различной длительности и/или фаз выключения компрессора различной длительности. В этом случае попеременное (в зависимости от времени) выключение и включение компрессора производится в соответствии с такой заданной временной последовательностью. Длительность фаз включения и/или фаз выключения или их временная последовательность заложена в управляющем устройстве, в частности в памяти управляющего устройства. Кроме того, в управляющее устройство, в частности в память управляющего устройства, заложен верхний и нижний предел температуры, связанный с заданной температурой.
В одном из вариантов способа, описываемого изобретением, попеременное (в зависимости от времени) выключение и включение компрессора начинается, когда температура в холодильном отделении опускается ниже верхнего температурного предела. Если температура в холодильном отделении выше верхнего температурного предела, то компрессор может работать непрерывно, пока, как предусматривает этот вариант способа согласно изобретению, температура в холодильном отделении не опустится ниже верхнего температурного предела. В этот момент начинается выключение и включение компрессора в зависимости от времени, вследствие чего сокращается среднее время работы компрессора, а температура в холодильном отделении, по меньшей мере, в течение определенного времени колеблется в пределах заданного температурного диапазона.
Также возможен вариант, в котором попеременное (в зависимости от времени) выключение и включение компрессора начинается, когда температура в холодильном отделении опускается ниже нижнего температурного предела. Согласно этому варианту, когда, например, температура в холодильном отделении слишком высока, а компрессор работает непрерывно и, тем самым, непрерывно охлаждает холодильное отделение, охлаждающая мощность может быть снижена за счет управляемого в зависимости от времени выключения и включения компрессора, с целью предотвращения дальнейшего охлаждения холодильного отделения. Однако, в отличие от обычного способа охлаждения, компрессор не выключается до достижения верхнего температурного предела, а выключается и включается попеременно в зависимости от времени.
Предпочтительно, попеременное (в зависимости от времени) выключение и включение компрессора начинается с фазы выключения. В частности, в варианте, который предусматривает попеременное (в зависимости от времени) выключение и включение компрессора при опускании температуры ниже нижнего температурного предела, это выгодно тем, что при достижении нижнего предела температуры компрессор сразу же отключается и что температура в холодильном отделении опускается далее незначительно.
Согласно следующему варианту способа, описываемого изобретением, во время попеременного (управляемого в зависимости от времени) выключения и включения компрессор отключается и, тем самым, остается выключенным только тогда, когда температура в холодильном отделении в момент потенциального отключения опустилась ниже верхнего температурного предела. Тем самым, можно гарантировать, что текущая температура в холодильном отделении не будет слишком высока по сравнению с заданной температурой.
В следующем варианте попеременное (в зависимости от времени) выключение и включение компрессора может начинаться только тогда, когда температура в холодильном отделении опустится ниже нижнего температурного предела. Тем самым, можно гарантировать, что температура в холодильном отделении не опустится слишком низко, и что температура в холодильном отделении будет колебаться, по существу, в пределах температурного диапазона, ограниченного двумя предельными температурами.
Также возможен вариант, в котором компрессор сначала выключается, когда температура в холодильном отделении опускается ниже нижнего температурного предела, а попеременное (в зависимости от времени) выключение и включение компрессора возобновляется лишь тогда, когда температура в холодильном отделении превысит верхний температурный предел.
Чтобы предотвратить чрезмерное понижение температуры в холодильном отделении во время управляемого в зависимости от времени выключения и включения компрессора, в следующем варианте способа, описываемого изобретением, компрессор отключается во время управляемого по времени выключения и включения сразу же, как только температура в холодильном отделении опустится ниже нижнего температурного предела. В одном из вариантов способа, описываемого изобретением, попеременное (в зависимости от времени) выключение и включение компрессора может возобновляться лишь тогда, когда температура в холодильном отделении превысит нижний температурный предел. В альтернативном варианте попеременное (в зависимости от времени) выключение и включение компрессора может возобновляться лишь тогда, когда температура в холодильном отделении превысит верхний температурный предел.
Чтобы предотвратить обледенение испарителя холодильного контура, в одном из вариантов способа, описываемого изобретением, компрессор может выключаться в начале фазы оттаивания испарителя.
Фаза оттаивания может начинаться, например, тогда, когда температура испарителя опустится ниже заданной предельной температуры.
Способ согласно изобретению или холодильный аппарат согласно изобретению, в зависимости от варианта исполнения, обеспечивает поддержание нужной (заданной) температуры в холодильном отделении при относительно небольших колебаниях температуры и, тем самым, пониженном потреблении энергии. Кроме того, при необходимости, за счет управляемого оттаивания испарителя работа функции может быть обеспечена во время эксплуатации холодильного аппарата согласно изобретению.
В зависимости от варианта исполнения, возможно использование электронного устройства управления/регулировки, которое, при необходимости, реализует свободный выбор переключающих значений (первого и второго температурного предела), процессы оттаивания и установку точной температуры в холодильном отделении. При необходимости, установленный на испарителе датчик, например капиллярный датчик термостата, передает значение температуры на испарителе, чтобы гарантировать полное оттаивание испарителя. В зависимости от варианта исполнения, путем установки соответствующего поля допуска, ограниченного соответствующими значениями включения и выключения, то есть нижним и верхним температурными пределами, можно гарантировать, что температура в холодильном отделении не опустится чрезмерно низко или не поднимется чрезмерно высоко. В одном из вариантов, холодильная машина (холодильный контур или его компрессор) работает непрерывно, пока температура в холодильном отделении выше верхнего температурного предела. Внутри поля допуска время работы холодильной машины жестко определено. Поддержание установленной (заданной) температуры гарантируется благодаря периодам простоя холодильной машины. Если этого окажется недостаточно для поддержания температуры в холодильном отделении в пределах поля допуска, например, вследствие относительно высокой температуры окружающей среды, частого использования холодильного аппарата согласно изобретению или закладки теплых продуктов, то холодильная машина может снова включиться и работать до тех пор, пока не будет снова достигнута требуемая температура.
Если такие циклы не обеспечивают полное оттаивание испарителя, то электроника (устройство управления) может периодически запускать фазы оттаивания, во время которых испаритель полностью размораживается.
Способ, описываемый изобретением, позволяющий экономить энергию, может быть реализован с относительно низкими затратами на программирование и, по существу, без повышения затрат на аппаратное обеспечение. При этом не ухудшаются пользовательские функции.
Краткое описание чертежей
Варианты исполнения изобретения описываются на основании прилагаемых схематичных фигур, на которых изображено:
Фигура 1: бытовой холодильный аппарат;
Фигуры 2-8: диаграммы, иллюстрирующие способ охлаждения бытового холодильного аппарата.
Осуществление изобретения
На фигуре 1 представлен бытовой холодильный аппарат 1 с корпусом 2 и дверью 3, навешенной на корпус 2, например, с помощью не показанных на фигуре шарниров. Дверь 3 в закрытом состоянии закрывает холодильное отделение 4, ограниченное корпусом 2, а в открытом состоянии открывает к нему доступ, чтобы можно было положить охлаждаемые продукты в холодильное отделение 4 или извлечь их из него. Бытовой холодильный аппарат 1 может содержать полки и/или навесные элементы двери, которые предназначены для хранения охлаждаемых продуктов и не показаны на фигуре, хотя известны, по существу, специалистам.
Кроме того, бытовой холодильный аппарат 1 содержит известный специалисту холодильный контур 5, который рассчитан на охлаждение холодильного отделения 4 в соответствии с устанавливаемой заданной температурой. Холодильный контур 5 содержит, в том числе, компрессор 6 и испаритель 7, которые, по существу, известны на уровне техники.
В предлагаемом варианте исполнения температура Т в холодильном отделении 4 регулируется с помощью электронного управляющего устройства 8, которое, например, содержит микроконтроллер или микропроцессор и соединено с компрессором 6 (соединение не показано на фигуре) с целью его включения и выключения для управления температурой Т или ее регулировки. Фигура 2 иллюстрирует процесс управления/регулировки температуры Т в холодильном отделении 4. Для определения фактической температуры (температуры Т в холодильном отделении 4) бытовой холодильный аппарат 1 содержит температурный датчик 9, который установлен в холодильном отделении и соединен с управляющим устройством 8 (соединение не показано на фигуре).
Кроме того, бытовой холодильный аппарат 1 содержит еще один температурный датчик 10, который соединен с управляющим устройством 8 (соединение не показано на фигуре), определяет температуру испарителя 7 и передает соответствующий сигнал на управляющее устройство 8.
ein
aus
В предлагаемом варианте исполнения управляющее устройство 8 устроено таким образом, что оно может управлять температурой Т в холодильном отделении 4 путем включения и выключения компрессора 6 или регулировать эту температуру, причем на фигуре 2 представлен пример графика 11 фаз Δt включения и фаз Δt выключения, а также характеристика 12 температуры Т в холодильном отделении 4.
Регулирование (управление) температуры Т в холодильном отделении 4 в предлагаемом варианте исполнения осуществляется следующим образом.
О
U
При установке заданной температуры для холодильного отделения 4 образуется заданное поле ΔТ допуска температуры, которое ограничено верхним температурным пределом Т и нижним температурным пределом Т.
0
O
Если бытовой холодильный аппарат 1 включили, например, в момент t, a фактическая температура Т в холодильном отделении 4 превышает верхний температурный предел Т, то электронное управляющее устройство 8 включает компрессор 6, в результате чего холодильный контур 5 охлаждает холодильное отделение 4, а температура Т в холодильном отделении 4 опускается.
1
U
1
O
2
Если температура Т в холодильном отделении 4 в момент t достигла нижнего температурного предела Т или опустилась ниже этого предела, то управляющее устройство 8 выключает компрессор 6. Учитывая относительно инертную реакцию температуры Т, температура Т в холодильном отделении 4 продолжает опускаться в течение непродолжительного времени после выключения компрессора 6 в момент t, после чего начинает подниматься, пока не достигнет верхнего температурного предела Т в момент t или не превысит его.
O
2
При достижении или превышении верхнего температурного предела Т в момент t управляющее устройство 8 снова включает компрессор 6. Учитывая относительно инертную реакцию температуры Т, температура Т в холодильном отделении 4 продолжает расти в течение непродолжительного времени после включения компрессора 6, после чего начинает снова опускаться.
3
5
7
4
6
ein
aus
Далее, в соответствии с графиком, управляющее устройство 8 попеременно выключает компрессор 6 в моменты t, t, t и т.д. и включает его в моменты t, t и т.д. Таким образом, возникают регулируемые управляющим устройством 8 по времени, сменяющие друг друга фазы Δt включения и фазы Δt выключения компрессора 6.
ein
aus
ein
aus
ein
aus
В предлагаемом варианте исполнения фазы Δt включения и фазы Δt выключения компрессора 6 имеют равную продолжительность. Этот признак не является обязательным. Также возможен вариант, в котором фазы Δt включения длиннее или короче фаз AΔt выключения компрессора 6. Кроме того, можно задать последовательность фаз Δt включения компрессора 6 различной длительности и/или фаз Δt выключения компрессора 6 различной длительности.
ein
aus
3
5
7
O
U
U
O
Фазы Δt включения и фазы Δt выключения компрессора 6 зависят от времени, а не от температуры. Чтобы в холодильном отделении 4 приблизительно поддерживалась заданная для него температура, в предлагаемом варианте исполнения предусматривается, что, если температура Т холодильного отделения 4 или температура Т холодильного отделения 4, определенная температурным датчиком 9, в зависящий от времени момент t, t, t и т.д. выключения превышает верхний температурный предел Т, то управляющее устройство 8 не выключает компрессор 6, то есть удерживает его включенным до тех пор, пока температура Т в холодильном отделении 4 не достигнет нижнего температурного предела Т или не опустится ниже его. После того, как температура Т холодильного отделения 4 опустится ниже нижнего температурного предела Т, управляющее устройство 8 снова выключает компрессор 6 и начинает включать и выключать компрессор 6 в зависимости от времени, пока температура Т в холодильном отделении 4 не достигнет снова верхнего температурного предела Т или не превысит его.
U
O
Если в предлагаемом варианте исполнения температура Т холодильного отделения 4 во время включения и выключения компрессора 6 в зависимости от времени опустится ниже нижнего температурного предела Т, то управляющее устройство 8 выключит работающий компрессор 6 и начнет включать и выключать компрессор 6 в зависимости от времени, пока температура Т в холодильном отделении 4 снова не достигнет верхнего температурного предела Т или не превысит его.
U
O
Что обеспечить, при необходимости, оттаивание испарителя 7, в предлагаемом варианте исполнения управляющее устройство 8 контролирует температуру испарителя 7 с помощью температурного датчика 10. Если измеренная температура испарителя 7 достигает или падает ниже заданной температуры, то управляющее устройство 8 отключает, например, компрессор 6 на заданное минимальное время или до момента, в который температура испарителя 7 достигнет следующей заданной температуры или превысит ее. После этого управляющее устройство 8 снова включает компрессор 6 и не выключает его до тех пор, пока температура Т в холодильном отделении 4 не достигнет нижнего температурного предела Т или не опустится ниже его. Затем управляющее устройство 8 начинает включать и выключать компрессор 6 в зависимости от времени, пока температура Т в холодильном отделении 4 снова не достигнет верхнего температурного предела Т или не превысит его.
1
U
На фигурах 3-5 представлен альтернативный способ охлаждения холодильного отделения 4, в соответствии с которым управляющее устройство 8 попеременно выключает и включает компрессор 6 в зависимости от времени, когда температура Т в холодильном отделении 4 в момент t опускается ниже нижнего температурного предела Т.
aus
1
2
2
ein
3
В предлагаемом варианте исполнения попеременное, зависящее от времени выключение и включение компрессора 6 начинается с фазы Δt выключения, которая длится от момента t до момента t. В момент t управляющее устройство 8 включает компрессор 6, и начинается фаза Δt включения, которая длится до момента t. Пока температура Т холодильного отделения 4 остается в пределах температурного диапазона ΔТ, управляющее устройство 8 активизирует компрессор 6 в зависимости от времени таким образом, чтобы он попеременно включался и выключался.
O
8
aus
O
Во время попеременного (в зависимости от времени) выключения и включения компрессора 6 может случиться так, что среднее время работы компрессора сократится настолько, что температура Т холодильного отделения 4 превысит верхний температурный предел Т, как это имеет место в момент t (см. фиг.4). В предлагаемом варианте исполнения управляющее устройство 8 включает компрессор 6 даже во время фазы Δt выключения, если оно обнаруживает превышение верхнего температурного предела Т. Благодаря этому температура Т в холодильном отделении 4 понижается.
U
9
9
В предлагаемом варианте исполнения компрессор 6 остается включенным до тех пор, пока температура Т в холодильном отделении 4 не опустится ниже нижнего температурного предела Т, что в варианте, показанном на фигуре 4, имеет место в момент t. В момент t управляющее устройство 8 снова выключает компрессор и начинает попеременно включать и выключать компрессор 6 в зависимости от времени, пока температура Т в холодильном отделении 4 находится в пределах температурного диапазона ΔТ.
U
7
ein
aus
8
Если температура Т в холодильном отделении 4 опускается ниже нижнего температурного предела Т во время попеременного (в зависимости от времени) включения и выключения компрессора 6, как это имеет место в момент t (см. фиг.5), то, в предлагаемом варианте исполнения, управляющее устройство 8 выключает компрессор 6, даже если еще длится фаза Δt его включения, а фаза Δt выключения в режиме попеременного (в зависимости от времени) включения и выключения компрессора 6 начинается уже в момент t.
1
O
На фигурах 6-8 представлен альтернативный вариант охлаждения холодильного отделения 4, в соответствии с которым управляющее устройство 8 попеременно выключает и включает компрессор 6 в зависимости от времени, когда температура Т в холодильном отделении 4 в момент t опускается ниже верхнего температурного предела Т.
aus
1
2
2
ein
3
В предлагаемом варианте исполнения попеременное, зависящее от времени выключение и включение компрессора 6 начинается с фазы Δt выключения, которая длится от момента t до момента t. В момент t управляющее устройство 8 включает компрессор 6, и начинается фаза Δt включения, которая длится до момента t. Пока температура Т холодильного отделения 4 остается в пределах температурного диапазона ΔТ, управляющее устройство 8 активизирует компрессор 6 в зависимости от времени таким образом, чтобы он попеременно включался и выключался.
O
6
O
Во время попеременного (в зависимости от времени) выключения и включения компрессора 6 может случиться так, что среднее время работы компрессора сократится настолько, что температура Т холодильного отделения 4 превысит верхний температурный предел Т, как это имеет место в момент t (см. фиг.7). В предлагаемом варианте исполнения управляющее устройство 8 включает компрессор 6, если оно обнаруживает превышение верхнего температурного предела Т. Благодаря этому температура Т в холодильном отделении 4 понижается.
U
7
7
В предлагаемом варианте исполнения компрессор 6 остается включенным до тех пор, пока температура Т в холодильном отделении 4 не опустится ниже нижнего температурного предела Т, что в варианте, показанном на фигуре 7, имеет место в момент t. В момент t управляющее устройство 8 снова выключает компрессор и начинает попеременно включать и выключать компрессор 6 в зависимости от времени, пока температура Т в холодильном отделении 4 находится в пределах температурного диапазона ΔТ.
U
7
ein
8
O
8
ein
Если температура Т в холодильном отделении 4 опускается ниже нижнего температурного предела Т во время попеременного (в зависимости от времени) включения и выключения компрессора 6, как это имеет место в момент t (см. фиг.8), то, в предлагаемом варианте исполнения, то управляющее устройство 8 выключает компрессор 6, даже если еще длится фаза Δt его включения. В предлагаемом варианте исполнения попеременное (в зависимости от времени) включение и выключение компрессора 6 начинается только в момент t, в который температура Т в холодильном отделении 4 превышает верхний температурный предел Т. Однако в этом варианте попеременное (в зависимости от времени) включение и выключение компрессора 6 начинается в момент t с фазы Δt включения.