ХОЛОДИЛЬНЫЙ АППАРАТ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ХОЛОДИЛЬНЫМ АППАРАТОМ
REFRIGERATING DEVICE AND METHOD TO CONTROL REFRIGERATING DEVICE

Область техники
Изобретение относится к холодильному аппарату по родовому понятию п.1 и к способу управления холодильным аппаратом по родовому понятию п.8.
Уровень техники
Известны холодильные аппараты, которые имеют два раздельных контура циркуляции хладагента с компрессором, испарителем и конденсатором. Внутреннее пространство подобных холодильных аппаратов обычно разделено на две холодильные зоны, выполненные в виде морозильного отсека и холодильного отсека. В каждой холодильной зоне предусмотрен один из двух испарителей.
Управляющее устройство с помощью датчиков температуры в обеих холодильных зонах определяет имеющиеся в них температуры. Если температуры возрастают выше соответственно установленной максимальной температуры, управляющее устройство запускает соответствующий компрессор в работу, чтобы дать возможность отвести тепло из соответствующей холодильной зоны с помощью хладагента. Если в обеих холодильных зонах предустановленные максимальные температуры достигнуты одновременно, то оба компрессора активизируются таким образом, что они работают одновременно, по меньшей мере, в течение определенного промежутка времени. При этом часто возникают интенсивные вибрации. Также уровень шума при одновременной работе двух компрессоров находится на уровне, который часто воспринимается как слишком громкий.
Сущность изобретения
Лежащая в основе изобретения задача заключается в разработке холодильного аппарата и способа управления холодильным аппаратом таким образом, что два компрессора работают одновременно только в исключительных ситуациях, в то время как при обычных условиях они принципиально приводятся в действие в разное время.
Согласно изобретению задача решается с помощью холодильного аппарата с признаками п.1 и способа управления холодильным аппаратом с признаками п.8.
Благодаря возможности эксплуатации управляющего устройства в зависимости от заданных условий в разных рабочих режимах становится возможным, что управляющее устройство также разным образом реагирует на различные условия. Так, согласно изобретению предусмотрен нормальный режим, в котором управляющее устройство приводит в действие компрессоры только раздельно по времени. Тем самым одновременная работа обоих компрессоров при обычных условиях может быть исключена. Несмотря на это для управляющего устройства остается возможность приводить в действие одновременно оба компрессора при необычных условиях, т.е. в исключительном случае. Этим удается предотвратить слишком сильное повышение температуры в холодильных зонах при необычных условиях и порчу помещенных на хранение продуктов. Напротив, при обычных условиях предотвращаются сильные вибрации и высокий уровень шума, возникающие при одновременной работе двух компрессоров.
Один контур циркуляции хладагента оснащен компрессором и испарителем для морозильного отсека, другой контур циркуляции хладагента оснащен компрессором и испарителем для холодильного отсека. Для обоих контуров циркуляции хладагента может быть предусмотрен один общий конденсатор. Однако в примере реализации изобретения оба контура циркуляции хладагента оснащены каждый собственным конденсатором.
Как в морозильном отсеке, так и в холодильном отсеке предусмотрено по датчику температуры. Управляющее устройство соединено с обоими датчиками и благодаря этому в состоянии в любое время определить температуру в морозильном отсеке или в холодильном отсеке. Обычно датчики температуры расположены непосредственно на испарителе и измеряют температуру хладагента. С помощью этого измерения можно сделать вывод о температуре в морозильном или холодильном отсеке. В предпочтительном примере реализации изобретения управляющее устройство соединено с датчиком для определения температуры внешней среды. В данном примере реализации температура внешней среды является одним из заданных условий, от которых зависит рабочий режим, в котором эксплуатируется управляющее устройство. Так, например, можно настроить выход управляющего устройства из нормального режима, как только температура внешней среды превышает 30°С.При температуре внешней среды такого порядка величин может случиться, что температура внутри морозильного или холодильного отсека возрастет так быстро, что максимально допустимая температура будет достигнута, прежде чем в другом отсеке будет достигнута необходимая для выключения компрессора низкая температура. При таких необычных условиях согласно изобретению возможно переключить управляющее устройство в другой режим и в виде исключения допустить параллельную работу обоих компрессоров.
Однако подобные чрезвычайные обстоятельства зависят не только от температуры внешней среды. Чрезвычайные обстоятельства также возникают в том случае, когда, например, единовременно на хранение помещается большое количество продуктов. Также подобные обстоятельства могут возникнуть, если на испарителях образуется слой льда и ухудшается теплопередача на хладагент. Во всех этих случаях чрезвычайные обстоятельства могут привести к тому, что компрессоры соответственно должны работать в течение очень долгого времени для того, чтобы снова создать необходимую температуру в холодильной зоне. Если исходить из обычных условий, то каждый компрессор работает в определенном рабочем цикле. Например, компрессор работает в течение 20% времени цикла, а в течение оставшихся 80% времени цикла выключен. Промежуток времени, в течение которого работает компрессор, называется относительной длительностью включения. Если исходить из того, что в холодильном аппарате с двумя компрессорами каждый из компрессоров работает в течение 20% времени цикла, при обычных условиях возникает относительная длительность включения 40%, если компрессоры работают не одновременно, а по очереди.
Если наступают чрезвычайные условия, то относительная длительность включения увеличивается. Это возможно до тех пор, пока относительная длительность включения не достигнет 100%. Если компрессоры должны работать еще дольше для достижения необходимой температуры в холодильных зонах, то работа в разнесенном по времени режиме обоих компрессоров больше невозможна. В этом случае управляющее устройство переключается согласно изобретению из нормального режима в другой рабочий режим. В этом другом рабочем режиме в виде исключения разрешена одновременная эксплуатация обоих компрессоров. За счет этих мер обеспечивается эксплуатация холодильного аппарата с минимально возможными вибрациями и низким уровнем шума, причем несмотря на это в исключительных ситуациях обеспечивается возможность достижения необходимой температуры в холодильных зонах, что предотвращает порчу продуктов.
Холодильные аппараты в настоящее время часто оснащены устройством автоматического оттаивания. В этом случае процесс оттаивания запускается, когда слой льда на компрессоре достиг определенной толщины. Это определяется различными способами и не является важным для изобретения. Чтобы во время процесса оттаивания соответствующая холодильная зона не нагревалась в значительной степени, обычно испаритель размещен в отдельной камере, причем между испарительной камерой и холодильной зоной осуществляется воздухообмен с помощью вентилятора. Во время процесса оттаивания вентилятор отключается, так что в это время не происходит обмена воздухом между испарительной камерой и холодильной зоной. Кроме того, во время процесса оттаивания испаритель нагревается, так что лед растапливается. Время оттаивания зависит от толщины слоя льда.
Процесс оттаивания может также привести к необычным условиям. Если время оттаивания превышает обычное время выключения компрессора, то температура в соответствующей холодильной зоне возрастает выше значения, при котором управляющее устройство снова должно было бы переключить компрессор в работу до восстановления обычных условий.
В особенно предпочтительном примере реализации способа управления холодильным аппаратом одна холодильная зона имеет приоритет. Обычно имеющей приоритет холодильной зоной является морозильный отсек. Если теперь в обеих холодильных зонах одновременно возникает потребность в охлаждении, т.е. если холодильные зоны примерно одновременно достигают температуры, при которой управляющее устройство должно переключить компрессор в работу, то сначала управляющее устройство запускает компрессор, отвечающий за морозильный отсек. Таким образом, предотвращается возможность оттаивания помещенных в морозильный отсек продуктов и их порча. В результате в холодильном отсеке температура кратковременно возрастает выше установленного значения. Однако здесь это лишь кратковременное повышение температуры, которое не может привести к порче продуктов.
Чтобы все же не допускать слишком сильного повышения температуры в холодильном отсеке, предусмотрено максимальное время переключения, в течение которого компрессор морозильной камеры приводится в действие. Даже если за это максимальное время переключения температура в морозильном отсеке не достигает температуры отключения компрессора, компрессор морозильного отсека выключается, а компрессор холодильного отсека включается. Этот компрессор также приводится в действие только на максимальное время переключения. После этого снова происходит переключение на компрессор морозильного отсека. При обычных условиях таким образом медленно достигается состояние, при котором потребность в холоде для морозильного отсека и потребность в охлаждении для холодильного отсека поочередно снижается.
Краткое описание чертежей
Остальные детали и преимущества изобретения вытекают из зависимых пунктов формулы изобретения в комбинации с описанием примеров реализации, которые подробно разъясняются на основании чертежей.
Изображены:
Фиг.1 - схематическое изображение холодильно-морозильной установки.
Фиг.2 - различные диаграммы циклов работы компрессоров.
Изображенная на фиг.1 холодильно-морозильная установка 1 имеет морозильный отсек 3 и холодильный отсек 4. В обеих холодильных зонах 3, 4 имеется соответственно собственный контур циркуляции хладагента. Испаритель 5 морозильного отсека снабжается через трубопровод 12 хладагентом из конденсатора 9 морозильного отсека. Нагретый хладагент по трубопроводу 12 подводится к компрессору морозильного отсека и затем по трубопроводу 13 снова протекает в конденсатор морозильного отсека. Соответствующий контур холодильного отсека 4 содержит трубопровод 15 к испарителю холодильного отсека, испаритель 6 холодильного отсека, трубопровод 14 к компрессору холодильного отсека, компрессор 8 холодильного отсека, трубопровод 16 к конденсатору холодильного отсека и конденсатор 10 холодильного отсека.
Для управления компрессором 7 морозильного отсека и компрессором 8 холодильного отсека предусмотрено управляющее устройство 2. Регулировка температуры морозильного или холодильного отсека осуществляется с помощью определенной датчиком 18 морозильного отсека или датчиком 19 холодильного отсека температуры. Чтобы можно было учесть также температуру внешней среды при управлении холодильно-морозильной установкой 1, дополнительно внешний датчик 17 соединен с управляющим устройством 2.
На фиг.2 изображены разные циклы работы компрессора, на основании которых далее разъясняется изобретение. На фиг.2 а) изображен цикл работы компрессора 7 морозильного отсека для первой взятой в качестве примера последовательности. На фиг.2 b) показан соответствующий цикл компрессора 8 холодильного отсека. Полный цикл компрессора начинается в момент времени А1 и заканчивается в момент времени А2. К этому моменту времени управляющее устройство работает в нормальном режиме. Время цикла А1/А2 рассчитано так, что сумма времени работы компрессора 7 морозильного отсека и времени работы компрессора 8 холодильного отсека в любом случае меньше времени цикла А1/А2. Согласно изобретению в этом нормальном режиме сначала запускается имеющий приоритет компрессор 7 морозильного отсека. После предусмотренного времени работы он снова выключается. Лишь в момент времени В1, который или совпадает с концом времени работы компрессора 7 морозильного отсека, или наступает чуть позже, запускается компрессор 8 холодильного отсека. За счет этого достигается то, что оба компрессора 7, 8 в нормальном режиме управляющего устройства работают не одновременно, а поочередно. Благодаря этому удается сильно снизить шумовую и вибрационную нагрузку. По истечении времени работы компрессора 8 холодильного отсека до начала нового времени цикла в момент времени А2 еще остается временной промежуток, в течение которого ни один из двух компрессоров 7, 8 не приводится в действие и который в нормальном режиме управляющего устройства можно использовать для увеличения времени работы компрессоров при измененных условиях.
С помощью не изображенных здесь средств контроля управляющее устройство 2 определяет, что на обоих испарителях 5, 6 образовался слой льда, для которого требуется процесс оттаивания. Поэтому управляющее устройство 2 переключается из нормального режима в режим оттаивания. Поэтому компрессор морозильного отсека нагревается по истечении начавшегося в момент А2 времени работы. В момент времени A3 управляющее устройство определяет, что слой льда устранен и испаритель 7 морозильной камеры может снова эксплуатироваться.
Процесс оттаивания для испарителя 6 холодильного отсека начинается по истечении времени работы компрессора 8 холодильного отсека, который был запущен в момент времени В2. В описанной здесь в качестве примера последовательности на испарителе 6 холодильного отсека образовался слой льда меньшей толщины, чем на испарителе 5 морозильного отсека. Поэтому процесс оттаивания может завершаться через более короткое время, также в момент времени A3.
В обеих холодильных зонах 3, 4 управляющее устройство определяет, что температура во время процесса оттаивания сильно возросла, так что оба компрессора 7, 8 должны были бы включиться немедленно, чтобы предотвратить риск порчи хранящихся продуктов. Так как опасность порчи в морозильном отсеке 3 оценивается все же выше, чем в холодильном отсеке 4, сначала в работу запускается имеющий приоритет компрессор 7 морозильного отсека. Для достижения необходимой температуры в морозильном отсеке компрессор морозильного отсека должен был бы работать в течение промежутка времени, превышающего время работы до процесса оттаивания, однако сумма с также более долгим необходимым временем работы компрессора 8 холодильного отсека еще меньше, чем предусмотренное время цикла А1/А2. Чтобы теперь как можно быстрее можно было также понизить температуру в холодильном отсеке 4, компрессор 7 морозильного отсека через короткое время снова выключается, а вместо него снова включается компрессор 8 холодильного отсека. Однако он также находится в работе не полное необходимое время работы и также через короткое время снова выключается, а вместо него включается снова компрессор 7 морозильного отсека. Это поочередное включение обоих компрессоров 7, 8 происходит до тех пор, пока для обоих не будет достигнуто необходимое время работы. После этого управляющее устройство снова переключается в нормальный режим. В описанном здесь режиме оттаивания также обеспечивается, что несмотря на измененные условия компрессоры никогда не работают одновременно. Поэтому в этом режиме также не возникают высокие шумовые и вибрационные нагрузки.
С помощью штриховых линий на фиг.2 а) и фиг.2 с) изображена другая примерная последовательность. До истечения времени второго цикла А2/А4 управляющее устройство 2 обеспечивает работу компрессоров 7, 8 в нормальном режиме. Однако к моменту времени А4 управляющее устройство с помощью внешнего датчика 17 определяет, что температура внешней среды выше 30°С.При такой температуре внешней среды нужно было бы продлить время рабочего хода компрессоров 7, 8 настолько, что сумма времени работы была бы больше предусмотренного времени цикла. В этот момент времени управляющее устройство переключается в параллельный режим, в котором в виде исключения разрешена одновременная работа обоих компрессоров 7, 8. Однако управляющее устройство имеет такую конструкцию, что даже в этом режиме наложение периодов времени работы наименьшее. Так ко времени начала цикла А4 в работу запускается компрессор 7 морозильного отсека. Еще во время его работы в момент В4 подключается компрессор 8 холодильного отсека. Момент времени В4 выбран так, что время работы компрессора 8 холодильного отсека истекает к началу следующего времени цикла А5. Наложение обоих периодов времени работы касается лишь промежутка времени от времени начала работы компрессора 8 холодильного отсека до конца времени работы компрессора 7 морозильного отсека. Таким образом, гарантируется, что даже при чрезвычайных условиях шумовая и вибрационная нагрузка остается на возможно низком уровне и повышается лишь на непродолжительный интервал времени.
В этот параллельный режим управляющее устройство всегда может переключаться в том случае, если сумма периодов времени работы компрессоров 7, 8 превысила бы время цикла. Это не обязательно должно происходить из-за высокой температуры внешней среды, но может также случиться, если единовременно большое количество теплых продуктов помещается в морозильный отсек или холодильный отсек. В этом случае также управляющее устройство переключается в параллельный режим лишь на ограниченный временной интервал.