ХОЛОДИЛЬНЫЙ АППАРАТ И СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В ХОЛОДИЛЬНОМ АППАРАТЕ
REFRIGERATION APPARATUS AND METHOD FOR CONTROL OF TEMPERATURE IN SUCH REFRIGERATION APPARATUS

Область техники
Изобретение относится к холодильному аппарату согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, а также к способу регулирования температуры в полезном объеме холодильного аппарата согласно ограничительной части пункта 11 формулы.
Уровень техники
В так называемых холодильных аппаратах с автоматическим оттаиванием в полезный объем поступает поток холодного воздуха. При этом в полезном объеме образуются поверхности конденсации с пониженной температурой поверхности, на которых может образовываться конденсат и/или лед. Чтобы избежать такого образования конденсата и/или льда, в полезном объеме могут быть предусмотрены нагревательные размораживающие элементы.
В патентной заявке ЕР 1878986 А1 описывается холодильный аппарат, в котором контроллер после появления сигнала охлаждения может направлять поток холодного воздуха в полезный объем. Контроллер включает или выключает нагревательный размораживающий элемент с целью предотвращения образования конденсата/льда, обусловленного потоком холодного воздуха. Управление нагревательным размораживающим элементом выполняется с помощью сигналов в зависимости от температуры полезного объема. Когда температура полезного объема превышает верхний температурный предел, включается нагревательный элемент. Когда температура опускается ниже нижнего температурного предела, нагревательный элемент выключается.
В патентной заявке WO 2008/004441 А1 описывается еще один холодильный аппарат с оттаивающим размораживающим элементом. Для запуска процесса охлаждения включается компрессор. Одновременно с включением компрессора нагревательный элемент отключается и снова включается по истечении некоторого промежутка времени. В результате нагревательный элемент не потребляет мощность во время начальной фазы работы компрессора, вследствие чего после короткой начальной фазы может быть установлен стабильный режим работы компрессора.
В патентной заявке JP 2001174119 А описан еще один холодильный аппарат с размораживающим нагревательным устройством. Полезный объем холодильного аппарата принудительно обдувается холодным воздухом. Когда температура холодильного отделения достигнет заданной температуры охлаждения, с целью принудительной вентиляции размораживающий нагревательный элемент отключается. Когда температура полезного объема опустится ниже заданной температуры, нагревательный элемент отключается с задержкой.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является разработка холодильного аппарата и способа регулирования температуры в холодильном аппарате, который позволит снизить потребление энергии холодильным аппаратом.
Задача решается признаками, раскрываемыми в пункте 1 или пункте 11 формулы изобретения. Выгодные варианты исполнения изобретения описываются в зависимых пунктах формулы.
Согласно характеризующей части пункта 1 формулы изобретения к нагревательному элементу присоединен элемент выдержки времени, который после появления сигнала охлаждения удерживает нагревательный элемент выключенным в течение заданного промежутка времени. Таким образом, элемент выдержки времени замедляет на заданный промежуток времени передачу сигнала охлаждения на нагревательный элемент. То есть задержка включения нагревательного элемента после появления сигнала охлаждения реализуется достаточно просто с точки зрения как сигнальной, так и регулирующей техники.
Изобретение основывается на том факте, что конденсат и/или лед образуется на поверхностях полезного объема не сразу после появления сигнала охлаждения или связанного с ним начала обдувания потоком холодного воздуха. Напротив, холодные поверхности конденсации, на которых может оседать конденсат, образуются в полезном объеме только после обдувания потоком холодного воздуха в течение определенного времени. Согласно изобретению нагревательный элемент включается лишь по истечении такого периода охлаждения. Промежуток времени, заданный элементом выдержки времени, приблизительно соответствует упомянутому периоду охлаждения, который может быть установлен опытным путем. В результате можно отказаться от температурных датчиков, измеряющих температуру поверхностей конденсации в полезном объеме.
По истечении промежутка времени, заданного элементом выдержки времени, нагревательный элемент может быть включен, если сигнал охлаждения еще не исчез. Если сигнал охлаждения по истечении промежутка времени отсутствует, нагревательный элемент может оставаться выключенным. В случае низкой температуры окружающей среды, при которой требуется меньшее количество холодного воздуха, происходит следующее: вследствие низкой температуры окружающей среды в полезном объеме имеется малая потребность в охлаждении. Соответственно, сокращаются промежутки времени, в течение которых контроллер генерирует сигнал охлаждения. Поэтому промежуток времени, в течение которого подается сигнал, может завершиться еще до истечения промежутка времени, заданного элементом выдержки времени, то есть нагревательный элемент останется выключенным.
И наоборот, при высокой температуре окружающей среды или при частом открытии двери холодильного аппарата длительность подачи сигнала охлаждения может быть соответственно увеличена. В этом случае воздействие отложенного включения нагревательного элемента будет небольшим. Опытным путем было установлено, что промежуток времени, заданный элементом выдержки времени, может составлять от 2 до 6 минут.
В одном из вариантов исполнения нагревательный элемент может развивать различную мощность в зависимости от температуры окружающей среды вокруг холодильного аппарата, в частности при низкой температуре окружающей среды его мощность будет ниже, чем при более высокой температуре. В качестве дополнения и/или альтернативы длительность работы нагревательного элемента может меняться в зависимости от количества открытий двери холодильного аппарата за единицу времени, в частности она может увеличиваться при увеличении количества открытий двери. В частности, при повышении температуры окружающей среды вокруг холодильного аппарата может увеличиваться длительность включения нагревательного элемента.
Поток холодного воздуха может подаваться в полезный объем по каналу для холодного воздуха. Для создания потока холодного воздуха в канале для холодного воздуха, предпочтительно, располагается клапан. При наличии сигнала охлаждения клапан открывает канал для холодного воздуха, при отсутствии сигнала охлаждения - закрывает его. Дополнительно для создания потока холодного воздуха может быть предусмотрено воздуходувное устройство, которое гонит поток холодного воздуха по каналу для холодного воздуха.
В простом решении (с точки зрения сигнальной техники) не имеется прямого сигнального соединения между нагревательным элементом и контроллером, то есть нагревательный элемент не управляется непосредственно контроллером, вследствие чего может быть снижено энергопотребление контроллера. По этой причине к упомянутому выше клапану может быть присоединен датчик открытия, который состоит в непосредственном сигнальном соединении с нагревательным элементом. Датчик открытия при открытии клапана может подавать сигнал открытия, на основании которого может включаться нагревательный элемент. В этом случае клапан состоит в непосредственном сигнальном соединении с контроллером, то есть контроллер открывает или закрывает клапан. В то же время контроллер не управляет непосредственно нагревательным элементом.
Предпочтительно, нагревательный элемент может располагаться в стенке канала для холодного воздуха, обращенной к полезному объему. В стенке канала предусмотрены выпускные отверстия для воздуха, через которые поток холодного воздуха может поступать в отделения полезного объема. Поэтому внешняя сторона стенки канала, обращенная к полезному объему, особенно подвержена образованию конденсата/льда.
Краткое описание чертежей
Ниже на основании прилагаемых фигур описывается два варианта исполнения изобретения. На фигурах изображено:
Фигура 1: грубое схематичное представление холодильного аппарата согласно первому варианту исполнения.
K
Фигура 2: временной график рабочих состояний размораживающего нагревательного элемента во время работы холодильного аппарата, а также наложенный временной график сигнала S охлаждения, генерируемого контроллером.
Фигура 3: холодильный аппарат согласно второму варианту исполнения, вид согласно фигуре 1.
Осуществление изобретения
На фигуре 1 представлен схематичный боковой разрез холодильного аппарата с морозильным отделением 1, расположенным внизу, и холодильным отделением 3, расположенным наверху, между которыми имеется горизонтальная перегородка 5. Холодильное отделение 3 разделено двумя горизонтальными полками 4 на три холодильных отсека 6. Перегородка 5 и внешние стенки холодильного аппарата известным образом теплоизолированы. С передней стороны морозильное и холодильное отделения 1, 3 закрыты дверью 7 холодильного аппарата.
Для охлаждения морозильного отделения 1 обычно предусматривается испаритель 9, который, например, состоит в тепловом контакте с задней стенкой морозильного отделения 1. Испаритель 9 является частью известного холодильного контура 11. Показанный холодильный контур содержит также компрессор 13 и расширительный клапан 15.
Согласно фигуре 1 морозильное отделение 1 аэродинамически соединено с холодильным отделением 3 каналом 17 для холодного воздуха. Канал 17 для холодного воздуха расположен на задней стенке холодильного аппарата, противоположной двери 7, и выходит расширенным впуском 19 для воздуха в морозильное отделение 1. От впуска 19 для воздуха канал 17 для холодного воздуха проходит вертикально вверх непосредственно до области под крышкой холодильного аппарата, ограничивающей холодильное отделение 3.
Канал 17 для холодного воздуха отделен от холодильного отделения 3 стенкой 21 канала. В стенке 21 канала предусмотрены отверстия 23 для воздуха, через которые в отдельные холодильные отсеки 6 холодильного отделения 3 могут поступать горизонтальные потоки холодного воздуха.
В области впуска 19 канала 17 для холодного воздуха расположено воздуходувное устройство 25. Ниже воздуходувного устройства 25 по направлению потока предусмотрен клапан 29, управляемый сервоприводом 27. Клапан 29 на фигуре 1 показан в своем открытом положении, в котором воздуходувное устройство 25 может подавать холодный воздух из морозильного отделения 1 в канал 17 для холодного воздуха. В закрытом положении, не показанном на фигуре, клапан 29 перекрывает канал 17 для холодного воздуха, вследствие чего холодный воздух не может проходить по каналу 17.
Как в морозильном, так и в холодильном отделении 1, 3 предусмотрены датчики 31, 33, которые измеряют фактическую температуру в холодильном отделении 1 и в морозильном отделении 3 и передают полученные значения на контроллер 35. Если фактическая температура в морозильном отделении 1, измеренная датчиком 31, превышает заданную пользователем температуру, то контроллер 35 генерирует сигнал охлаждения, который по сигнальному проводу 38 активирует компрессор 13. В результате испаритель 9 отдает соответствующую охлаждающую мощность в морозильное отделение 1. Контроллер 35 отключает компрессор 13, как только фактическая температура, измеренная датчиком 31 морозильного отделения, опустится ниже заданной температуры.
K
K
Аналогично регулированию температуры в морозильном отделении 1 датчик 33 холодильного отделения измеряет фактическую температуру холодильного отделения 3 и передает ее на контроллер 35. Фактическая температура, измеренная датчиком 33 холодильного отделения, сравнивается с заданным значением температуры. При превышении заданной температуры контроллер 35 генерирует сигнал S охлаждения, как показано на фигуре 2. Сигнал S охлаждения направляется по сигнальным проводам 36, 37, 38 на сервопривод 27 клапана 29, который переводится в показанное открытое положение. Соответственно, посредством сигнальных проводов 37 и 38 включается воздуходувное устройство 25 и компрессор 13. Таким образом, создается поток I холодного воздуха, который направляется из морозильного отделения 1 по каналу 17 для холодного воздуха в холодильное отделение 3.
K
Согласно фигуре 1 в стенку 21 канала встроен размораживающий нагревательный элемент 39, с помощью которого предотвращается образование конденсата/льда на той стороне стенки 21, которая обращена к холодильному отделению 3. Поскольку при превышении заданной температуры в холодильном отделении 3 контроллер 35 генерирует сигнал S охлаждения, контроллер 35 управляет не только клапаном 29, воздуходувным устройством 25 и компрессором 13, но и дополнительно размораживающим нагревательным элементом 39 (по сигнальному проводу 41).
K
K
V
Однако в отличие от сигнальных проводов 36, 37, 38, ведущих к сервоприводу 27 клапана, воздуходувному устройству 25 и компрессору 13, в сигнальный провод 41 встроен элемент 43 выдержки времени. С помощью элемента 43 выдержки времени можно установить временную задержку передачи сигнала S охлаждения на размораживающий нагревательный элемент 39 и тем самым активизации размораживающего нагревательного элемента 39. Поэтому размораживающий нагревательный элемент 39, несмотря на активизацию сигналом S охлаждения, остается выключенным в течение заданного промежутка Δt времени, как это следует из временного графика (см. фиг.2).
K
K
1
K
K
K
K
V
V
На временном графике (см. фиг.2) показан график прохождения сигнала S охлаждения в зависимости от времени. График сигнала S охлаждения накладывается на периоды работы размораживающего нагревательного элемента 39. Соответственно, с момента t времени контроллер 35 в течение промежутка Δt времени генерирует сигнал S охлаждения. При наличии сигнала S охлаждения происходит немедленное включение воздуходувного устройства 25, клапана 29 и компрессора 13. В отличие от этого согласно изобретению сигнал S охлаждения передается на размораживающий нагревательный элемент 39 с задержкой через элемент 43 выдержки времени. Поэтому размораживающий нагревательный элемент 39, несмотря на наличие сигнала S охлаждения, остается выключенным в течение промежутка Δt времени, заданного элементом 43 выдержки времени. Только по истечении промежутка Δt времени сигнал 8к охлаждения передается на размораживающий нагревательный элемент 39 и активирует его.
K
2
3
K
V
V
V
Аналогичным образом (см. фиг.2) сигнал S охлаждения генерируется в моменты t и t времени. В этом случае размораживающий нагревательный элемент 39 после появления сигнала S охлаждения также остается выключенным в течение заданного промежутка Δt времени. Все промежутки Δt времени имеют одинаковую продолжительность и задаются элементом 43 выдержки времени. При этом величина промежутка Δt времени приблизительно соответствует периоду охлаждения, во время которого температура на поверхности стенки 21 канала понижается до значения, при котором возможно образование конденсата на этой поверхности. Таким образом, в течение этого периода нет опасности образования конденсата/льда на стенке 21 канала. Поэтому согласно изобретению в течение этого периода охлаждения размораживающий нагревательный элемент 39 остается выключенным, благодаря чему снижается энергопотребление холодильного аппарата.
На фигуре 3 показан холодильный аппарат согласно второму варианту исполнения, конструкция и принцип действия которого практически полностью совпадают с описанием первого варианта исполнения холодильного аппарата. Поэтому см. описание первого варианта исполнения.
K
V
В отличие от первого варианта исполнения размораживающий нагревательный элемент 39 не соединен сигнальным проводом 41 с контроллером 35. То есть размораживающий нагревательный элемент 39 не получает сигнал S охлаждения непосредственно от контроллера 35. Согласно фигуре 3 в сервоприводе 27 клапана предусмотрен датчик 45 открытия. Датчик 45 открытия в ответ на полученный сигнал открытия клапана активизирует по сигнальному проводу 47 размораживающий нагревательный элемент 39, в результате чего с контроллера 35 (по сравнению с первым вариантом исполнения) снимается часть сигнальной нагрузки. В сигнальный провод 47 встроен элемент 43 выдержки времени, который активизирует размораживающий нагревательный элемент 39 также только по истечении промежутка Δt времени.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1
морозильное отделение
3
холодильное отделение
4
горизонтальные полки
5
горизонтальная перегородка
6
холодильные отсеки
7
дверь холодильного аппарата
9
испаритель
11
холодильный контур
13
компрессор
15
расширительный элемент
17
канал для холодного воздуха
19
впуск для воздуха
21
стенка канала для холодного воздуха
23
отверстия для воздуха
25
воздуходувное устройство
27
сервопривод
29
клапан
31, 33
датчики отделений
35
контроллер
36, 37, 38, 41
сигнальные провода
39
нагревательный элемент
43
элемент выдержки времени
45
датчик открытия
47
сигнальный провод
8к
сигнал охлаждения
Δt<sub>V</sub>
промежуток времени