СПОСОБ РАБОТЫ БЫТОВОГО ХОЛОДИЛЬНИКА И БЫТОВОЙ ХОЛОДИЛЬНИК, РЕАЛИЗУЮЩИЙ ЭТОТ СПОСОБ
METHOD OF OPERATING HOUSEHOLD REFRIGERATOR AND HOUSEHOLD REFRIGERATOR THAT IMPLEMENTS THIS METHOD

Изобретение относится к способу работы бытового холодильника и бытовому холодильнику, реализующему этот способ.
Термин «бытовой холодильник», используемый в описании формулы изобретения, относится к холодильникам, содержащим первую холодильную камеру, в которой обычно поддерживается температура в пределах от 0°C до 12°C (обычно называемую «холодильной камерой»), и вторую холодильную камеру, в которой поддерживается более низкая температура в пределах от -12°C до -35°C (обычно называемую «морозильной камерой»).
Кроме того, изобретение, в частности, относится к холодильникам с системой предотвращения образования инея, в которых пищевые продукты в обеих камерах охлаждаются холодным воздухом, подаваемым системой принудительной вентиляции. Циркулирующий воздух охлаждается теплообменником испарительного типа или испарителем путем теплообмена с более холодным хладагентом, циркулирующим в холодильном контуре, который содержит по меньшей мере один компрессор, один испаритель и один дроссельный вентиль.
Описанный выше бытовой холодильник с системой предотвращения образования инея при работе обычно создает шум, вызываемый в основном двумя компонентами: компрессором и вентилятором системы принудительной вентиляции. Из этих двух компонентов компрессор является более шумным (в смысле шума, производимого в области места установки холодильника), так как вентилятор установлен внутри холодильника рядом с каналами подачи холодного воздуха в камеры.
При нормальной работе холодильника компрессор запускается каждый раз, когда для поддержания заданной температуры в камерах требуется холодный воздух. Проведенные испытания показали, что частота включения компрессора в холодильнике с температурой снаружи 25°C и при закрытых дверях камер составляет примерно тридцать минут непрерывной работы в час. Таким образом можно легко понять, что частота включения компрессора представляет собой источник шума, особенно в тех ситуациях, когда необходимость в снижении шума особенно необходима, например ночью.
Известны некоторые решения, например из документа KR 2001-0081331 на имя SAMSUNG ELECTRONICS СО LTD, в котором для снижения шума, производимого холодильником в заданные периоды времени, рабочие параметры компрессора меняются с помощью таймера или датчика яркости.
Однако данное решение не является оптимальным, т.к. компрессор все же необходимо включать, хотя и в более легких рабочих условиях, для поддержания заданной рабочей температуры в камерах, в результате не достигается полная или почти полная тишина (как требуется, например, когда холодильник нужно установить около кровати в однокомнатной или двухкомнатной квартире).
Задачей изобретения является устранение этих и других недостатков известных систем с помощью способа работы бытовых холодильников согласно пункту 1 формулы изобретения.
Изобретение также относится к бытовому холодильнику, реализующему указанный способ.
Изобретение основано на идее использования морозильной камеры (т.е. камеры с более низкой температурой, чем в холодильной камере) для отбора и подачи воздуха в холодильную камеру (работающую при более высокой температуре) с целью поддержания в последней заданной и по возможности постоянной температуры при отключенном компрессоре после того, как в морозильной камере температура доведена до значения ниже нормальной рабочей температуры. Данное условие не влияет на качество хранения пищевых продуктов, хранящихся в такой камере.
Это позволяет компрессору оставаться отключенным в течение длительного времени, примерно от трех до восьми часов подряд, устраняя тем самым шум, связанный с работой компрессора.
Особенности и преимущества изобретения будут более понятными из описания его осуществления со ссылкой на приложенные чертежи.
На фиг.1 показан бытовой холодильник;
на фиг.2 - схема способа работы холодильника в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг.3 - графики изменения температур по времени в холодильной и морозильной камерах во время рабочего цикла согласно изобретению.
На фиг.1 показан холодильник 1 с системой предотвращения образования инея, содержащий холодильную камеру 2 и морозильную камеру 3, которая сообщена по текучей среде с испарителем 4 холодильного контура и вентилятором 5. Воздух, распространяемый вентилятором 5, охлаждается обдувая испаритель 4, а затем поступает в морозильную камеру 3 для ее заморозки. Далее воздух поступает в холодильную камеру 2 через канал 6 для ее охлаждения, а также удаления влаги. В этом случае циркуляция воздуха может обеспечиваться вторым вентилятором 12, установленным в конце канала 6. Однако следует отметить, что второй вентилятор 12 является дополнительным и может отсутствовать.
Поток воздуха, выходящий из морозильной камеры 3 и поступающий в холодильную камеру 2, регулируется установленным в канале 6 отсечным клапаном 8 (обычно специалистами в данной области техники называемый «задвижкой»), который показан здесь в самой простой форме, т.е. как затвор, который перекрывает в поперечном сечении канал 6.
При необходимости положение отсечного клапана 8 может быть другим. Он может быть установлен на любом участке канала 6, который подает воздух из морозильной камеры 3 в холодильную камеру 2. Например, если второй вентилятор 12 отсутствует, то отсечной клапан может быть установлен на его место, т.е. на том участке канала 6, который находится ближе всего к холодильной камере 2.
Принудительная циркуляция воздуха осуществляется таким образом, что выходящий из холодильной камеры 2 воздух попадает обратно в морозильную камеру 3 через дополнительный возвратный канал (не показан для ясности), который сообщает по текучей среде холодильную камеру 2 с морозильной камерой 3, так что воздух снова охлаждается испарителем 4 и начинается новый цикл.
Конечно, отсечной клапан также может быть установлен в возвратном воздушном канале, однако характеристики указанного возвратного канала и его отсечного клапана не важны для сущности изобретения и могут меняться в зависимости от конкретных требований конструкции.
К холодильному контуру известного типа относятся: испаритель 4, компрессор 9, дроссельный вентиль 10, конденсатор 11 и все соответствующие соединительные трубки (показанные на чертеже пунктирной линией).
f
c
На фиг.1 также показаны полки 13, которые обычно установлены в камерах 2 и 3, двери 14 и 15 для закрывания этих камер и два датчика температуры 17 и 18, установленные в холодильной камере 2 и в морозильной камере 3 соответственно и выполненные с возможностью определения температуры воздуха, соответственно T и T, в указанных камерах.
Вентиляторы 5 и 12 и отсечной клапан 8 приводятся каждый своим электродвигателем (не показаны) под управлением блока управления (не показан), который получает данные о температурах, определенных датчиками 17 и 18, и соответствующим образом управляет циклом охлаждения, например, управляя работой компрессора 9.
Наличие дополнительной камеры в основном не повлияет на способ работы холодильника 1.
f
c
В процессе нормального рабочего цикла в блок управления вводятся данные о температурах T и T, определенных датчиками 17 и 18 соответственно и далее осуществляется управление компрессором 9, вентиляторами 5 и 12 (если он имеется) и отсечным клапаном 8 для поддержания температур в обеих камерах 2 и 3 в пределах заданных значений. Средняя температура в холодильной камере 2 обычно задается в пределах от 2°C до 12°C, а средняя температура в морозильной камере 3 может составлять от -18°C до -26°C, при этом в обеих камерах колебание температуры от среднего заданного значения может составлять 4°C.
Если в течение нормального рабочего цикла датчики 17 и 18 определяют повышение температуры в холодильной камере 2 или в морозильной камере 3, то запускается компрессор 9, включаются вентиляторы 5 и 12 и открывается отсечной клапан 8 (полностью или частично) для охлаждения морозильной камеры 3 и направления части потока холодного воздуха из нее в холодильную камеру 2, регулируя тем самым их температуру.
Следует отметить, что во время нормального рабочего цикла вентиляторы 5 и 12 отключены, а отсечной клапан 8 установлен таким образом, чтобы канал 6 был открыт только тогда, когда компрессор 9 работает; как только последний отключается, вентиляторы 5 и 12 отключаются и отсечной клапан 8 закрывает канал 6.
Способ работы согласно изобретению включает, по меньшей мере, следующие
этапы:
б) отключение компрессора 9;
fmin
fmax
в) отбор потока холодного воздуха из морозильной камеры 3 и его подачу в холодильную камеру 2 для поддержания температуры в пределах заданных минимального и максимального предельных значений T и T,
sup
при этом временной интервал отключения компрессора 9 является таким, что температура в морозильной камере 3 не превышает заданное предельное значение T.
Таким образом можно регулировать температуру холодильной камеры 2, забирая холодный воздух из морозильной камеры 3 без использования компрессора 9, в результате обеспечивая очень тихую работу холодильника 1.
Отбор потока холодного воздуха из морозильной камеры 3 неизбежно приведет к повышению температуры последней, поэтому максимальная предельная температура может быть задана больше той, при которой включается компрессор 9, завершая тихий режим работы.
inf
cn
cn
Для увеличения периода тихой работы (т.е. с отключенным компрессором 9) холодильника 1 перед этапом б) осуществляют этап а), на котором понижают температуру морозильной камеры 3 до значения T, которое ниже нормальной рабочей температуры T. Это может быть реализовано благодаря тому, что снижение температуры в морозильной камере 3 ниже нормальной рабочей температуры T не приведет к ухудшению качества хранящихся в ней пищевых продуктов, позволяя в то же время охлаждать подаваемый из морозильной камеры 3 в холодильную камеру 2 воздух в течение достаточного длительного времени, пока повышение температуры внутри морозильной камеры снова не потребует включения компрессора 9.
cn
cn
inf
cn
В частности, этап а) выполняется с включенным компрессором 9 в течение более длительного времени по сравнению с обычным, например, если при нормальной работе компрессор остается включенным примерно тридцать минут, то в этом случае он может работать непрерывно в течение предпочтительно от шестидесяти до ста восьмидесяти минут, чтобы температура в морозильной камере 3 упала ниже нормальной рабочей температуры T (обычно T=-18°C), например до значения T в диапазоне от -23°C до -26°C, т.е. на 5-8°C ниже температуры T.
Следует отметить, что этап а) может выполняться с применением в качестве контрольного значения либо времени работы компрессора 9, либо достигнутой в морозильной камере 3 температуры: эти значения являются пропорциональными, т.е. чем длительнее непрерывная работа компрессора 9, тем ниже достигнутая в морозильной камере 3 температура. Согласно изобретению для выполнения этапа а) можно выбрать любое решение, т.е. компрессор 9 может работать либо заданный период времени, либо до достижения предельного значения температуры в морозильной камере 3.
f
c
После выполнения этапа а) независимо от выбранного контрольного значения (рабочее время или температура в морозильной камере 3) компрессор 9 отключается и начинается тихий режим работы холодильника 1: в этом случае датчики 17 и 18 определяют температуры T и T в обеих камерах 2 и 3 в заданные интервалы времени (или непрерывно) и посылают полученные данные в блок управления.
Предположим, что двери 14 и 15 остаются закрытыми, а две камеры 2 и 3 имеют оптимальные температуры в течение определенного периода времени благодаря имеющимся уплотнительным прокладкам и теплоизоляции.
Однако из-за теплообмена холодильника 1 с окружающей средой температуры в обеих камерах 2 и 3 снова начнут подниматься.
f
fmax
fmax
c
inf
sup
cn
sup
cn
В частности, по истечении определенного времени температура T в холодильной камере 2 поднимется выше заданного предельного значения T (например, T=5°C); а температура T в морозильной камере 3, которая во время этапа а) стала намного ниже нормальной рабочей температуры (снизилась до значения T), все еще будет оставаться в течение длительного времени ниже заданного предельного значения T, которое можно выбрать равным нормальной рабочей температуре T (т.е. T=T=-18°C).
fmax
fmin,
Когда блок управления обнаруживает превышение заданной предельной температуры T в холодильной камере 2, он открывает отсечной клапан 8 и включает вентилятор 5, а также второй вентилятор 12 (при его наличии) для выполнения этапа в), на котором поток холодного воздуха забирается из морозильной камеры 3 и подается в камеру с большей температурой, т.е. в холодильную камеру 2, до тех пор, пока последняя снова не достигнет заданной температуры, например, равной нижнему предельному значению T без помощи компрессора 9, который остается отключенным.
sup
Этап в) может повторяться много раз, по меньшей мере до тех пор, пока температура в морозильной камере 3 будет оставаться ниже заданного максимального предельного значения T.
Следует отметить, что этап в) можно выполнять непрерывно или путем определенного количества повторений. В ранее рассмотренном случае отсечной клапан 8 всегда остается по меньшей мере частично открытым, а вентиляторы 5 и 12 (если они имеются) включаются (могут включаться с разной скоростью вращения) в зависимости от значений температур, определяемых в холодильной камере 2: если температура повышается, вентилятор 5 и/или 12 включается, а отсечной клапан 8 может открыть большее сечение канала 6 (чтобы пропустить больший поток холодного воздуха) с целью снижения температуры в холодильной камере 2. Когда температура в последней становится оптимальной, вентилятор 5 и/или 12 отключается (или аналогичным образом скорость его вращения снижается до минимальной), но отсечной клапан 8 остается открытым.
fmin
В качестве предпочтительного альтернативного варианта этап в) выполняется повторением этапов открытия отсечного клапана 8 и активизации вентилятора 5 и/или 12 до тех пор, пока не будет достигнута предельная температура T в холодильной камере 2, после чего выключится вентилятор и отсечной клапан 8 закроется, как только температура в холодильной камере 2 достигнет заданного значения.
c
sup
В любом случае, когда датчик 18 определяет, что температура внутри морозильной камеры 3 достигла или превысила максимальное предельное значение (T≥T), цикл тихой работы заканчивается и компрессор 9 включается снова.
Необходимо отметить, что в оптимальных условиях, т.е. когда окружающая холодильник 1 температура составляет примерно 10°C, а двери 14 и 15 закрыты, задав предельные значения следующим образом:
inf
T=-24°C
sup
T=-18°C
fmin
T=0°C
fmax
T=4°C
можно будет останавливать компрессор 9 на периоды времени до восьми часов, достигая тем самым значительного улучшения по сравнению с известными решениями, в которых компрессор 9 должен включаться чаще, хотя условия работы при этом легче.
Даже в менее благоприятных условиях, например, когда температура окружающей среды составляет 35°C, было обнаружено, что данное решение позволяет оставлять компрессор 9 отключенным в течение более трех часов, что приводит к определенному улучшению по сравнению с известными системами.
Конечно, повторяющиеся открывания двери 15 морозильной камеры 3 могут сильно повлиять на время работы с отключенным компрессором 9. Однако часто требуется, чтобы холодильник работал тихо в ночное время, когда камеры холодильника 1 открываются сравнительно редко (или вообще не открываются), поэтому такая работа холодильника считается удовлетворительной.
с
inf
c
inf
Схема способа работы согласно изобретению показана на фиг.2. Рабочий цикл начинается с первого этапа включения компрессора 9, который выполняется заданное время (условие заданного времени) или до тех пор, пока температура в морозильной камере Т не упадет и не станет по существу равной предельной температуре T (условие T=T), после чего компрессор 9 выключится, а отсечной клапан 8 закроется.
f
fmax
Далее определяется температура T в холодильной камере 2. До тех пор пока она будет ниже максимального предельного значения T, никакие действия выполняться не будут.
f
fmax
c
sup
f
fmin
Когда температура T поднимается выше максимального предельного значения T, проверяется температура T в морозильной камере 3. Если она ниже верхнего предельного значения T, отсечной клапан 8 откроется и вентилятор 5 или второй вентилятор 12 (если он имеется) включится для того, чтобы направить поток холодного воздуха из морозильной камеры 3 в холодильную камеру 2, пока температура T в холодильной камере 2 не станет равной нижнему предельному значению T, при которой отсечной клапан 8 закроется, а вентиляторы (вентилятор) 5 и 12 отключатся.
f
fmax
c
sup
Если после того, как температура T поднялась выше максимального предельного значения T, окажется что температура T в морозильной камере 3 выше верхнего предельного значения T, то цикл будет считаться завершенным и компрессор 9 включится, отсечной клапан 8 откроется, а вентиляторы 5 и 12 включатся для того, чтобы восстановились температуры нормального рабочего цикла.
fmin
fmax
Предпочтительно предельные температуры, заданные для холодильной камеры 2, равны друг другу, т.е. T равна T.
fmin
fmax
В этом случае система все еще будет работать, как описано выше за исключением того, что температура в холодильной камере 2 будет всегда поддерживаться по существу около одного заданного значения, т.е. T=T.
fmin
fmax
Следует отметить, что данный вариант также подразумевает изменения предельных значений температуры холодильной камеры 2, так как компрессор 9 работает непрерывно в процессе выполнения этапа а). В обычном режиме, как указано выше, охлаждение холодильной камеры 2 контролируется так, что температура последней колеблется в пределах около 4°C от заданного среднего значения, и, наоборот, в процессе выполнения этапа а) температура холодильной камеры 2 уже задана равной T=T, т.е. заданное предельное значение температуры, поддерживаемое в ходе выполнения следующего этапа в), таким образом, при начале последнего температура в холодильной камере 2 уже достигнет значения, поддерживаемого во время работы с выключенным компрессором 9.
fmin
fmax
fmin
fmax
Указанное значение температуры T=T достигается и поддерживается в холодильной камере 2 включением вентилятора 5 и/или 12, а также открытием и закрытием отсечного клапана 8 для подачи изменяющегося потока холодного воздуха в холодильную камеру 2 для того, чтобы довести ее до требуемой температуры T=T и поддерживать данное значение температуры.
Очень важно подчеркнуть, что решение, предлагаемое в данном варианте, позволяет увеличивать время, в течение которого компрессор 9 остается отключенным и холодный воздух забирается из морозильной камеры 3. Фактически, чем дольше мгновенная температура внутри холодильной камеры 2 остается постоянной, тем меньше энергии должно использоваться для поддержания средней постоянной температуры и тем больше время, в течение которого компрессор 9 остается выключенным.
Данное решение показано на фиг.3, где время (выраженное в часах) отложено по оси абсцисс, а температура - по оси ординат. Верхний пучок кривых C1 показывает изменение температуры в разных точках внутри холодильной камеры 2, а нижний пучок кривых C2 показывает изменение температуры в разных точках внутри морозильной камеры 3.
inf
fmax
Как видно, в нормальном режиме работы активируется рабочий цикл, который включает этапы способа работы согласно изобретению: во время описанного выше этапа а) компрессор 9 включают примерно на 80 минут, в течение которых температура в морозильной камере 3 падает с исходного значения (в спокойном состоянии обычного режима работы), равного примерно -18°C, до значения T, равного примерно -25°C, как показано пучком кривых C2. В течение данного периода времени значение температуры в холодильной камере 2 также падает с более высокого начального значения до значения около T примерно 4°C, как показано пучком кривых C1.
Как только эти значения будут достигнуты, начинает выполняться этап б) указанного выше способа работы, на котором выключают компрессор 9 и закрывают отсечной клапан.
fmin
fmax
sup
Затем в течение около четырех часов температура в холодильной камере 2 сохраняется по существу постоянной (T=T), примерно равной 5°C, за счет выполнения этапа в) способа, т.е. подачей потока холодного воздуха из морозильной камеры 3, температура которого, как показано пучком кривых C2, поднимается до предельного значения T, при котором этап в) заканчивается и возобновляется нормальная работа холодильника 1.
inf
cn
cn
Необходимо отметить, что температура T может быть в целом любой температурой ниже T, хотя лучшие результаты достигаются заданием значения температуры ниже значения температуры T на 3-10°C, в частности 6°C.
fmin
fmax
inf
Конкретнее, предельное значение T варьируется в пределах от 0°C до 2°C, предельное значение T варьируется в пределах от 4°C до 6°C, предельное значение TSUp варьируется в пределах от -20°C до -16°C, а предельное значение T варьируется в пределах от -24°C до -30°C, при этом нормальная рабочая температура морозильной камеры 3 составляет примерно -18°C.
Что касается управления, выполняемого пользователем для запуска описанного выше способа работы, то оно может осуществляться вручную, полуавтоматически и автоматически.
В первом случае (ручное управление) пользователь задает момент начала работы (совпадает с началом этапа а)) простым нажатием на соответствующую кнопку.
Во втором случае (полуавтоматическое управление) пользователь задает интервал времени, после которого холодильник 1 должен начать работать в тихом режиме. Например, пользователь может захотеть, чтобы холодильник 1 начал работать в тихом режиме через четыре часа, что соответствует, как описано выше, отключению компрессора 9 через заданный интервал времени. В этом случае блок управления холодильника 1 включает таймер и контролирует выполнение этапа а) до заданного пользователем момента таким образом, что указанный этап будет завершен в конце выбранного интервала времени. Необходимо отметить, что данный режим особенно удобен, когда контролируемым значением на этапе а) является время работы компрессора 9, а не температура, достигнутая в морозильной камере 3.
В третьем случае (автоматическое управление) пользователь задает время, при наступлении которого должен начаться тихий режим (т.е. этапы б) и в)): в данном случае блок управления включает соответствующие часы или таймер и контролирует выполнение этапа а) таким способом, что он заканчивается в заданный пользователем момент. В данном случае в качестве контрольного значения на этапе а) также предпочтительно использовать время работы компрессора 9 вместо достигаемой в морозильной камере 3 температуры.
Изобретение также относится к холодильнику 1, показанному на фиг.1 и описанному со ссылкой на фиг.1, который предназначен для осуществления способа согласно изобретению.
В качестве варианта необходимо отметить, что в холодильнике 1 полки 13 могут быть заменены выдвижными ящиками или камерами. Кроме того, отсечной клапан 8 может быть любого типа (например, дроссельный, секторный и подобные) при условии, что он подходит для перекрытия канала 6 с целью регулирования проходящего через него потока воздуха.
В свою очередь канал 6 может иметь другую конструкцию, отличную от проиллюстрированной, если, например, соединить разные точки камер 2 и 3, но без отклонения от объема и задач изобретения.
Кроме того, отсечной клапан 8 может быть расположен в любом месте канала 6, даже, например, в месте, примыкающем к холодильной камере 2.
И наконец, вентиляторы 5 и 12 могут быть установлены отличным от проиллюстрированного образом, и, как указано выше, второй вентилятор 12 может отсутствовать.