具有蒸發盤的制冷器具的制作方法
【專利摘要】制冷器具，尤其家用制冷器具，其具有至少一個存放室(3)，用于蒸發從所述存放室(3)排出的冷凝水的蒸發盤(9)，布置得與該蒸發盤(9)處于熱接觸中的壓縮機(6)和控制單元，該控制單元設置用于，估計該蒸發盤(9)的熱需求。所述壓縮機能夠在至少一個高效率的運行模式和較低效率的運行模式之間轉換，并且該控制單元(13)設置用于，在所述蒸發盤(9)的熱需求高的情況下選擇所述較低效率的運行模式并且在熱需求低的情況下選擇所述高效率的運行模式。
【專利說明】具有蒸發盤的制冷器具
[0001]本發明涉及制冷器具，尤其是家用制冷器具，例如冷藏柜或者冷凍柜，其具有一用于蒸發從該器具的存放室中排出的冷凝水的蒸發盤和一能夠通過壓縮機的廢熱來加熱該蒸發盤的壓縮機。
[0002]在現代的制冷器具中，隔熱和制冷產生裝置的改進導致積聚的冷凝水與壓縮機上可供使用的廢熱的比例關系變得越來越不利。如果壓縮機不提供足夠的廢熱以蒸發冷凝水，存在危險:蒸發盤溢流并且流出的水導致制冷器具中或者其周圍環境的損害。
[0003]為了能夠確保充分的蒸發，例如已在DE10208558A1中提出，在蒸發盤上安裝電加熱裝置和水位傳感器，在高于極限水位時該水位傳感器接通加熱裝置。雖然這樣的加熱裝置必須與蒸發盤中的水處于緊密的熱接觸中，但是另一方面，在與水直接接觸之前，加熱裝置必須被持續可靠保護地安裝和接觸，這提高了以該加熱裝置裝備的制冷器具的加工成本。
[0004]因此，當前發明的任務是，實現一種制冷器具，其中，盡管有高價值的隔熱和高能效的制冷產生還是能夠可靠地阻止蒸發盤溢流，而為此無需附加的加熱裝置。
[0005]該任務得以解決，其方法式是，在制冷器具中，其具有至少一個存放室，用于蒸發從所述存放室排出的冷凝水的蒸發盤，布置得與該蒸發盤處于熱接觸中的壓縮機和控制單元，該控制單元設置用于，估計該蒸發盤的熱需求，所述壓縮機能夠在高效率的運行模式和較低效率的運行模式之間轉換，并且該控制單元設置用于，在所述蒸發盤的熱需求高的情況下選擇所述較低效率的運行模式并且在熱需求低的情況下選擇所述高效率的運行模式。如果冷凝水積聚得少，例如因為存放室長期不打開并且沒有潮濕的環境空氣進入器具，壓縮機能夠持續地在高效率的運行模式中工作，并且制冷器具的能量消耗最小。如果相反確定了高的熱需求，則能夠在不會為此需要特別的加熱裝置的情況下由此滿足該熱需求:壓縮機在較低效率的運行模式中提供更多的廢熱。如果基于由此造成的、加強的蒸發，蒸發盤中的水平面下降，則蒸發盤的熱需求在必要時也又降低。因此，較低效率的運行模式保持限制在這樣的時間上，在所述時間中，確實需要該較低效率的運行模式以促進蒸發，從而器具的總能耗與具有電加熱的蒸發盤的制冷器具的總能耗沒有顯著差別。
[0006]當今使用的多數制冷器具具有控制單元，該控制單元設置用于，當高于所述存放室中的第一極限溫度時接通所述壓縮機并且在低于較低的第二極限溫度時又關斷所述壓縮機。在這樣的制冷器具中，高效率和較低效率的運行模式可以通過它們的對應的壓縮機轉速來區分。
[0007]原則上，所述壓縮機轉速可以在較低效率的運行模式中比在高效率的運行模式中高或者低。但是，因為必須保證在較低效率的運行模式中壓縮機的功率也足以將存放室保持在所期望的溫度范圍內，優選的是所述轉速在較低效率的運行模式中比在高效率的運行模式中高。
[0008]如果控制單元也依據第二極限溫度來控制壓縮機的關斷，則所述運行模式的不同效率也能夠由此實現:第一和第二極限溫度之間的差在所述較低效率的運行模式中和在所述高效率的運行模式中不同，并且尤其比在所述高效率的運行模式中小。這個差越小并且壓縮機的運行階段因此越短，則效率損失越大，該效率損失歸因于，制冷劑回路的處于存放室之外的部件被部分液化的制冷劑加載，所述制冷劑已經在壓縮機運行短暫地中斷之后又是熱的或者說已投入的制冷劑又泄流到制冷劑回路的其他部件中。
[0009]原則上，也能夠降低所述壓縮機運行的效率，其方式是，所述極限溫度的差在較低效率的運行模式中確定得比在高效率的運行模式中大，因為此時能夠產生高的溫度差，所述溫度差降低效率。然而，則可能造成在存放室中暫時產生不希望地高或者低的溫度，從而這種替代方案不是優選的。
[0010]替代地，存在可能性:每次在高于超過預先給定的運轉時間之后，控制單元又關斷壓縮機。對于該運轉時間也存在最優值，能夠為所述高效率的運行模式選擇該最優值，相反，能夠為所述較低效率的運行模式將該運轉時間選擇得比該最優值長或者短。出于和以上關于極限溫度所說明的相同的原因，優選的是，該運轉時間在較低效率的模式中比在高效率的模式中短。
[0011]具有可變化的功率的壓縮機，尤其具有可變化的轉速的壓縮機，也能夠以已知的方式連續地運行，其中，所述壓縮機的功率或轉速連續地與制冷需求相匹配。這里，速度(所述功率以該速度跟隨所述需求)的改變能夠影響效率，尤其，跟隨速度的增加能夠導致溫度控制的過調進而導致較低效率的運行。
[0012]如果壓縮機功率與冷卻需求的匹配在不連續的步驟中進行，則也能夠改變所述步驟的寬度(Weite)以得到不同效率的運行模式；尤其，步驟寬度的增大相應于較快的跟隨進而相應于更易過調和較低的效率。
[0013]本發明的其他特征和優點根據構型的以下描述參考附圖清楚得知。由這些描述和附圖也得知構型的在權利要求中未提及的特征。這些特征也能夠以和這里特別公開的組合不同的形式出現。因此，多個這樣的特征在相同的句子中或以其他的上下文相互關系提及的事實并不得出這樣的結論:這些特征僅能夠以特別公開的組合出現；取而代之，原則上認為，如果本發明的功能性不存在問題，則在多個這樣的特征中也能夠去掉或略變化個別特征。附圖示出:
[0014]圖1示出第一家用制冷器具的示意性剖視圖，在該第一家用制冷器具上能夠應用本發明；
[0015]圖2示出第二家用制冷器具的示意性剖視圖，在該第一家用制冷器具上能夠應用本發明；
[0016]圖3示出圖1中的制冷器具的根據第一構型的控制單元的工作方法的流程圖；
[0017]圖4示出根據第二構型的控制單元的工作方法；
[0018]圖5示出根據第三構型的控制單元的工作方法。
[0019]圖1中示出的家用制冷器具(這里為冷藏柜)以本領域常規方式具有帶本體I的、隔熱的殼體和處于該圖的剖切平面之外的門，該門連同本體I限界存放室3。在這里，存放室通過冷壁式蒸發器4來冷卻，該冷壁式蒸發器在該存放室的背壁上布置在本體I的內部容器和包圍該內部容器的、隔熱的泡沫層之間，但是對于專業人員能直接理解的是，本發明的以下闡釋的特點也能夠與任意其它類型的蒸發器、尤其是無霜蒸發器相結合地應用。也可以構想應用于無霜冷凍器具，因為無霜冷凍器具至少在蒸發器的除霜階段中也釋放冷凝水。[0020]在此處考慮的冷壁式制冷器具中，聚集槽7在存放室3的被蒸發器4冷卻的背壁的底腳上延伸，該聚集槽聚集冷凝水，所述冷凝水在內部容器的被蒸發器4所冷卻的區域上冷凝并在其上向下流動。管道8從聚集槽7的最低點穿過隔熱的泡沫層通向蒸發盤9。在這里，蒸發盤9和壓縮機6之間的、允許通過壓縮機6的廢熱來加熱蒸發盤9的熱接觸通過直接的體接觸、即通過將蒸發盤9安裝在壓縮機6的殼體上來建立。替代地，也可以這樣獲得緊密的熱接觸，即，蒸發盤9雖然與壓縮機6隔開間距，但是這樣布置，使得在壓縮機6上加熱的空氣由于對流而升高并同時沿著蒸發盤9上經過。
[0021]在圖2中示出的、建立熱接觸或者使存在的熱接觸還加強的另一可能性是，引導從壓縮機6出發的壓力管道13經過蒸發盤9，被壓縮并由此被加熱的制冷劑通過該壓力管道流向液化器14，從而制冷劑能夠在到達液化器14之前就將熱釋放給蒸發盤9中的水。如果如圖2中的情況那樣，機器室5的高度不足以使蒸發盤9在該機器室中安裝在壓縮機6的上方，這種可能性尤其則可以是優選的。
[0022]在無霜制冷器具中，相應于管道8的管道可以從接收蒸發器的腔的底出發。
[0023]基于微處理器或者微控制器的電子控制單元10與布置在存放室3上的溫度傳感器11連接，以依據存放室3的溫度控制壓縮機6的運行。此外，控制單元10設置用于估計蒸發盤9所需以便足夠快地蒸發流至該蒸發盤的冷凝水以使蒸發盤不溢流的熱量。為此，在最簡單的情況下可以將水位傳感器12、例如浮動開關布置在蒸發盤9中，并且，如果水位傳感器12接觸該盤中的水，則控制單元10識別蒸發盤9的熱需求，或，如果水平面處于該水位傳感器12之下，則不識別熱需求。
[0024]可構想用于判斷熱需求的許多其他的跡象(Ansaetze),也可構想那些不需要直接測量蒸發盤9中的水位的跡象。這樣，例如可以在蒸發盤9的底上設置有溫度傳感器，該溫度傳感器感測由壓縮機6的運行所造成的加熱。由這種加熱的速度能夠推斷蒸發盤9中的水的量。
[0025]另外的替代跡象例如可以基于對進入到存放室3中的濕氣的估計，例如其方式是，由門打開的次數和可能的情況下門打開的持續時間來估計進入到存放室3中的、隨著時間而到達蒸發盤9的空氣濕氣的量。也可以由在壓縮機6接通時蒸發器4冷卻下來的速度來推論濕氣在蒸發器4上冷凝的速率，所述濕氣之后落在蒸發盤9中。在冷凍器具的情況下，對除霜時所使用的熱能的量的測量也能夠估計由此產生并流到蒸發盤9中的水量。
[0026]制冷產生的效率與壓縮機6的功率有關，或，在旋轉驅動的壓縮機中實際上意義相同的是，與壓縮機轉速有關。如果轉速過低，則在制冷劑回路中達不到對于充足的冷卻功率所必需的壓力差；如果轉速過高，則壓縮機6中的強烈負壓導致這樣的蒸發器溫度，所述蒸發器溫度比必要的低并且需要不必要地多的能量用于該蒸發器溫度的維持。在兩個極端之間存在理想的轉速范圍或功率范圍，在所述轉速范圍或功率范圍內壓縮機達到最高效率。
[0027]根據控制單元10的圖3中所示的工作方法，在步驟SI中，該控制單元根據上述任一跡象或者還根據其他跡象判斷蒸發盤9中的水量或者水到蒸發盤9的流入率是否處于臨界的極限之上。如果是，該控制單元在步驟S2中為壓縮機6的運行確定高的轉速、在所述理想范圍之上，否則，在步驟S3中確定理想范圍中的、低的轉速。
[0028]在隨后的步驟S4中檢驗，由傳感器11所感測的溫度T是否處于接通閾值Tmax之上。如果是，壓縮機以之前在S2或者S3中確定的轉速接通(S5)，并且該方法返回到初始。否則，該方法分支到步驟S6，在該步驟中將溫度T與關斷閾值Tmin相比。如果低于該關斷閾值，則又將壓縮機關斷(S7)，否則該方法直接返回到初始點，而不改變壓縮機的運行狀態。
[0029]壓縮機6釋放到蒸發盤9上的廢熱一部分來自摩擦損耗，一部分來自壓縮機6中的制冷劑的絕熱加熱。摩擦損耗基本上與轉速成正比；制冷劑的質量通過量進而實際可使用的冷卻功率在高轉速的情況下隨著轉速僅比線性弱地增大，因為可吸入的質量流受蒸發器4中流動地蒸發的制冷劑的量限制。因此，雖然選擇高的轉速導致壓縮機6的運行階段縮短，但該縮短比兩個運行狀態的轉速的比例關系所相應的小。壓縮機6的由此在高轉速情況下降低的效率導致:被壓縮機所消耗的驅動功率的較大份額作為廢熱供加熱蒸發盤9所用。
[0030]如果制冷器具使用簡單的壓縮機，該壓縮機的轉速不能夠被調節成不同的、不為零的值并且該壓縮機僅能夠被接通和關斷，則控制單元10可以使用圖4中示出的方法。這里，僅接通壓縮機基于對存放室3中的溫度的測量，根據固定地預先給定的運轉時間而定關斷壓縮機6。根據在步驟I中水位被判斷為危險性地高還是被判斷為不危險的而定，控制單元選擇短的運轉時間(S2’ )或者長的運轉時間(S3’)。如果在步驟4中確定，溫度T已高于接通閾值Tmax，壓縮機被接通(S5’)，等候(S6’ )之前所確定的運轉時間，并且壓縮機又被關斷(S7’)。因為在每次接通壓縮機時消耗能量，以便例如冷卻從蒸發器4通到壓縮機6的抽吸管道和建立對于必要的蒸發溫度所需要的壓力降，在短的運轉時間情況下壓縮機的效率可以較低，從而由壓縮機所消耗的驅動功率的較大份額作為廢熱供加熱蒸發盤9所用。通過壓縮機運轉時間的變化產生不同的、每天壓縮機停止階段的數量。如果該數量高，制冷劑相應頻繁地從冷凝器轉移到蒸發器中。在這里，可以出現以下情景:液化的制冷劑通流到蒸發器中并且相應于熱容將熱帶入到殼體中，氣態的制冷劑或在液化器中蒸發的、液態的制冷劑通流并且在蒸發器中又冷凝，由此，附加地，制冷劑的潛熱在蒸發器中并且由此在殼體中寄存。由此，制冷器具的制冷需求被升高，隨之產生的是較長的壓縮機運轉時間進而更多的壓縮機廢熱，所述壓縮機廢熱可供蒸發冷凝水所用。
[0031]但是，長的壓縮機運轉時間也可以反過來導致較低效率的運行，如果由此在運轉時間結束時在蒸發器上或在存放格中達到不必要地低的溫度。存放格中的溫度越低，熱越快地從外部補流。低的蒸發器溫度導致壓縮機的抽吸接頭上低的壓力，進而導致小的質量通過量。因為壓縮機的摩擦損耗基本上與壓力有關，在蒸發器過冷的情況下，壓縮機的效率降低。因此，對于每個制冷器具存在一壓縮機運轉時間的持續時間，在該持續時間情況下效率是優化的，并且與被優化的持續時間的任何偏離，不管是高于還是低于，都導致較低效率的運行。因此，在圖4的方法的變化方案中，也可以在步驟S2’中選擇比在步驟S3’中長的運轉時間，以實現增多的熱生成。
[0032]在圖5中示出的工作方法中由此出發:壓縮機6的功率或轉速能夠被調節成許多不同的值。由此，可能的是，使壓縮機6無中斷地運行并且避免效率受損，該效率受損如以上解釋的那樣，由于在壓縮機運行每次中斷之后在此期間已加熱的部件又亟需冷卻并且制冷劑回路上的壓力降又亟需被建立而引起。這樣的壓縮機6的功率可以被調控，其方式是，以有規律的時間間隔檢驗，存放室的溫度T高于上閾值Tmax還是低于下閾值Tmin。在高于上閾值的情況下，壓縮機6的瞬時功率明顯不足以保持存放室冷，并且因此在必要時每次以固定的增量提高該功率，直到低于Tmax。反過來，在低于Tmin時，冷卻功率比需求高，從而可以相應地降低該冷卻功率。進行這樣的匹配的頻繁度和所述增量的大小要針對所給定的制冷器具型號被這樣優化，使得既避免溫度的過調，也避免溫度T不必要地長期停留在區間[Tmin, Tmax]之外。
[0033]基于這種基本原理建立圖5的方法，其方式是，僅當之前在步驟SI中已確定無需擔心蒸發盤9溢流時，在步驟S3”中選擇效率優化的、小的增量。否則，在步驟S2”中確定未效率優化的、大的增量。在極端情況下，該增量可以有和壓縮機6的最大功率相同的數量級，從而以該大的增量一次性地提高該功率導致，壓縮機6以滿負載工作，或，以該大的增量一次性地降低該功率導致壓縮機的靜止狀態。
[0034]在步驟S4中又檢驗，是否高于上極限溫度Tmax。如果是，在步驟S5”中以之前所確定的增量提高壓縮機功率，并且該方法返回到初始。否則，在步驟S6中檢驗，是否低于下極限溫度Tmin，并且，如果是，在步驟S7”中以該增量降低壓縮機的功率。應用大的增量導致壓縮機功率隨著時間而強烈地波動進而導致惡化的效率和廢熱增高地釋放到蒸發盤9上。
【權利要求】
1.制冷器具，尤其家用制冷器具，其具有至少一個存放室(3)，用于蒸發從所述存放室(3)排出的冷凝水的蒸發盤(9)，布置得與該蒸發盤(9)處于熱接觸中的壓縮機(6)，以及控制單元，該控制單元設置用于估計該蒸發盤(9)的熱需求，其特征在于，所述壓縮機能夠在至少一個高效率的運行模式和較低效率的運行模式之間轉換并且該控制單元設置用于，在所述蒸發盤(9)的熱需求高的情況下選擇所述較低效率的運行模式并且在熱需求低的情況下選擇所述高效率的運行模式。
2.根據權利要求1的制冷器具，其特征在于，所述控制單元設置用于，在高于所述存放室(3)中的第一極限溫度時接通所述壓縮機(6)。
3.根據權利要求2的制冷器具，其特征在于，所述運行模式具有不同的、不為零的壓縮機轉速。
4.根據權利要求3的制冷器具，其特征在于，所述轉速在所述較低效率的運行模式中比在所述高效率的運行模式中高。
5.根據權利要求2至4之一的制冷器具，其特征在于，所述控制單元設置用于在低于第二極限溫度之后關斷(S7)所述壓縮機(6)，并且，第一極限溫度(Tmax)和第二極限溫度(Tmin)之間的差在所述較低效率的運行模式中和在所述高效率的模式中不同，尤其比在高效率的模式中小。
6.根據權利要求2至4之一的制冷器具，其特征在于，所述控制單元(10)設置用于在超過預先給定的運轉時間之后又關斷(S7’)所述壓縮機(6)，并且，所述預先給定的運轉時間在較低效率的模式中和 在高效率的模式中不同，尤其比在高效率的模式中短。
7.根據權利要求1的制冷器具，其特征在于，所述控制單元(10)設置用于使所述壓縮機(6)的功率跟隨冷卻功率需求，并且，跟隨的速度在所述較低效率的運行模式中和在高效率的模式中不同，尤其比在高效率的模式中快。
8.根據權利要求1的制冷器具，其特征在于，所述控制單元(10)設置用于在高于(S4)所述存放室(3)中的第一極限溫度時將所述壓縮機(6)的功率調高(S5”)一個差值，并且在低于(S6)第二極限溫度時將所述壓縮機的功率調低(S7”)一個差值，所述差值在所述較低效率的運行模式中和在所述高效率的運行模式中不同，尤其比在所述高效率的運行模式中大。
【文檔編號】F25D21/14GK103906985SQ201280052217
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年10月19日 優先權日:2011年10月25日
【發明者】W·貝克爾, H·伊勒 申請人:Bsh博世和西門子家用電器有限公司