Способ управления холодильным аппаратом - RU2285873C2

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится к способу управления, который обеспечивает оптимальную рабочую характеристику охлаждения холодильного аппарата безотносительно изменений температуры окружающей среды.

Бытовые холодильники обычно состоят из двух основных камер, поддерживаемых при разных температурах, а именно камеры для свежих продуктов и морозильной камеры. Камеру для свежих продуктов предпочтительно используют для хранения свежих продуктов, тогда как морозильную камеру используют для хранения замороженных продуктов. При существующем уровне техники рабочая характеристика охлаждения холодильного аппарата с двумя камерами, поддерживаемыми при разных температурах, обеспечивается разными контурами охлаждения для каждой камеры. Затраты на производство таких холодильных аппаратов являются высокими.

В упомянутых холодильных устройствах, имеющих две камеры, поддерживаемые при разных температурах, также могут использоваться единый контур охлаждения и датчик температуры, расположенный в камере для свежих продуктов с целью обеспечения охлаждения. В холодильниках, где охлаждение достигается путем поддержания температуры камеры для свежих продуктов в качестве эталонной, основная проблема возникает, когда температура окружающей среды опускается ниже предварительно заданной величины. В этом случае теплоприток в камеру холодильника является очень малым, и интенсивность работы компрессора уменьшается, что в свою очередь оказывает негативное влияние на кпд охлаждения морозильной камеры. Во время длительных периодов простоя компрессора температура в морозильной камере растет, превышая желательное значение температуры, что впоследствии приводит к сокращению сроков хранения замороженных продуктов или к порче продуктов, содержащихся в морозильной камере. Чтобы устранить вышеупомянутую проблему, в камере для свежих продуктов холодильного аппарата устанавливают нагревательный элемент. В случаях, когда температура окружающей среды ниже заданного значения, упомянутый нагреватель включается, чтобы поднять температуру камеры для свежих продуктов и обеспечить работу компрессора. При таком способе, в случаях, когда температура окружающей среды является низкой, а компрессор остается не включенным в течение длительного времени, флуктуации температуры наблюдаются в обеих камерах. Кроме того, нельзя избежать увеличения температуры морозильной камеры до значения, превышающего заданное значение.

Во французском патенте №2254762 описано холодильное устройство с двумя камерами, поддерживаемыми при разных температурах, в котором используется единственный контур охлаждения и датчик температуры, расположенный в камере для свежих продуктов. При осуществлении упомянутого способа охлаждения обеспечиваются лучшие рабочие условия для компрессора за счет срабатывания нагревательного элемента, когда компрессор находится в отключенном состоянии, с целью исключения вышеупомянутых проблем. Этот способ обусловливает большое энергопотребление, поскольку нагреватель оказывается включенным и в случаях, когда температура окружающей среды является высокой. Для преодоления этого недостатка в итальянском патенте №1027733 предложено отключение нагревательного элемента посредством органа ручного управления, когда температура окружающей среды оказывается относительно высокой. Этот способ не считается достаточно точным, поскольку он требует личного вмешательства потребителя, т.е. является зависимым от потребителя.

Еще одна реализация этого способа описана во французском патенте №2347634, согласно которому для определения температуры окружающей среды датчик температуры установлен на внешней поверхности холодильного аппарата. Однако этот способ довольно сложен, а на его результаты легко могут оказать влияние изменения температуры окружающей среды. Кроме того, ввиду установки датчика температуры снаружи на холодильном аппарате увеличивается стоимость изготовления.

В заявке №0388726 на европейский патент предложено решение, согласно которому в систему встроен таймер для снижения нежелательного энергопотребления. Температура определяется посредством датчика, находящегося в камере для свежих продуктов. Если период, когда компрессор не работает, короче, чем заданная задержка, то нагреватель не включается, вследствие чего никакого нежелательного энергопотребления не будет. В случае, когда температура окружающей среды является низкой, период, в течение которого компрессор не работает, становится продолжительнее, чем заданная задержка, так что нагревательный элемент включается. Хотя этот способ проще и эффективнее по сравнению с другими способами, все же, поскольку через некоторый период задержки процесс нагрева все же начинается, необходимы нагреватели с относительно большими выходными мощностями, а также возникают потребности в пространстве ввиду объема, занимаемого нагревательным элементом, и эти недостатки приводят к явлениям местного перегрева внутри камеры.

Ввиду необходимости преодоления таких недостатков, отмеченных в заявке №0388726 на европейский патент, в заявке №0484860 на европейский патент предложено решение, в соответствии с которым нагреватель включается непосредственно в случае, когда рабочий период компрессора меньше предварительно установленного минимального значения, и этот нагреватель продолжает работать до тех пор, пока не включится компрессор. При этой реализации нагреватель без необходимости работает даже тогда, когда это не нужно, что вызывает увеличение энергопотребления.

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы реализовать способ управления, дающий холодильному аппарату возможность обеспечивать оптимальную рабочую характеристику охлаждения безотносительно изменений температуры окружающей среды.

Способ управления холодильным аппаратом, осуществляемый для решения вышеупомянутой задачи согласно настоящему изобретению, проиллюстрирован на прилагаемых чертежах, на которых:

на фиг.1 приведено графическое изображение, на котором показаны периоды работы нагревателя и компрессора;

на фиг.2 показан алгоритм способа управления холодильным аппаратом;

на фиг.3 показано условное поперечное сечение холодильного аппарата.

Элементы, показанные на чертежах, обозначены отдельными позициями следующим образом:

1. камера для свежих продуктов;

2. морозильная камера;

3. нагреватель;

4. компрессор;

5. блок управления;

6. датчик температуры;

7. испаритель.

Холодильный аппарат согласно настоящему изобретению содержит камеру 1 для свежих продуктов, морозильную камеру 2, компрессор 4, который обеспечивает сжатие и циркуляцию жидкого холодильного агента, датчик 6 температуры, находящийся в камере 1 для свежих продуктов, нагревательный элемент 3, находящийся в камере 1 для свежих продуктов, и блок 5 управления, предназначенный для выдачи команд и управления всеми элементами конструкции. Операция охлаждения осуществляется на основе принятия температуры камеры 1 для свежих продуктов в качестве эталонной. В таких холодильных аппаратах теплоприток в камеру 1 для свежих продуктов является довольно малым при низких температурах окружающей среды. В этом случае используют температуру камеры 1 для свежих продуктов, а компрессор 4 повторно запускают путем включения нагревателя 3, чтобы избежать неоправданно длительного нерабочего состояния компрессора 4 и роста температуры морозильной камеры 2 до значения, превышающего значение желаемой температуры. При осуществлении способа согласно настоящему изобретению момент включения нагревателя 3 определяют динамически в зависимости от интенсивности работы компрессора 4.

При осуществлении этого способа рабочий цикл холодильного аппарата определяют как период времени от включения компрессора 4 до его повторного запуска из нерабочего состояния.

В нижеследующем тексте приняты следующие обозначения:

n - число циклов;

t_1n - время работы компрессора 4 в n-ом цикле;

t_2n - время, затрачиваемое на повторный запуск после нерабочего периода компрессора 4 в n-ом цикле;

t_3n - период времени, затрачиваемый в n-ом цикле после останова компрессора;

t_4n - время работы нагревателя 3 в n-ом цикле;

ВвПВРК (выраженное в процентах время работы компрессора) отображает интенсивность работы компрессора 4;

ВвПВРК_целев - определенное постоянное значение, отображающее целевое значение интенсивности работы компрессора, которое определяется изготовителем в результате экспериментальных исследований;

ВвПВРК_{времен-целев(n)} - целевая интенсивность работы компрессора 4, которая динамически изменяется в n-ом цикле,

ВвПВРК_{времен(n)} - мгновенная интенсивность работы компрессора 4 после его останова и до включения нагревателя 3 в n-ом цикле, причем

ВвПВРК_{времен(n)}=t_1n/(t_1n+t_3n);

ВвПВРК_факт(n) - интенсивность работы компрессора 4, реализованная в течение n-го цикла, причем

ВвПВРК_факт(n)=t_1n /(t_1n+t_2n);

Δ - постоянный коэффициент коррекции, определяемый изготовителем и используемый для динамического увеличения или уменьшения значения ВвПВРК_{времен-целев(n)} при изменении рабочих условий и рабочей характеристики холодильного оборудования.

При первоначальном запуске холодильного аппарата значение ВвПВРК_{времен-целев(0)} приравнивают к значению ВвПВРК_целев. За исключением этой операции этапы, используемые при осуществлении процедуры управления холодильным аппаратом, являются одними и теми же во всех рабочих циклах. В качестве примера ниже приведены этапы, входящие в рабочий цикл.

В n-ом рабочем цикле холодильного аппарата осуществляется контроль работы компрессора 4 и по завершении работы компрессора 4 время t_1n его работы вычисляется блоком 5 управления на этапе 102. Затем время t_3n, затрачиваемое после остановки компрессора 4, определяется как мгновенное значение на этапе 103. Температура камеры 1 для свежих продуктов, измеряемая датчиком 6 температуры в течение этих процессов, передается в блок 5 управления на этапе 104. Если на этапе 104 установлено, что температура камеры 1 для свежих продуктов превышает пороговое значение, определенное изготовителем, то на этапе 117 осуществляют запуск компрессора 4 для работы, на этапе 118 значение ВвПВРК_{времен-целев(n)} приравнивают к значению ВвПВРК_целев, а на этапе 201 начинается "n+1"-ый рабочий цикл. Если на этапе 104 установлено, что температура камеры 1 для свежих продуктов ниже порогового значения, определенного изготовителем, то вычисляют значение ВвПВРК_{времен(n)}с использованием значений времени t_1n работы компрессора 3 и времени t_3n, затраченного после останова компрессора 4, и сравнивают на этапе 106 со значением ВвПВРК_{времен-целев(n)}.

В случае если на этапе 106 установлено, что значение ВвПВРК_{времен(n)} больше значения ВвПВРК_{времен-целев(n-1)} или равно ему, то, когда интенсивность работы компрессора в соответствующем цикле охлаждения превышает целевой уровень ВвПВРК_{времен-целев(n-1)}, нагреватель 3 не включается и продолжается осуществление процессов, начиная с этапа 101, на котором блок 5 управления измеряет время t_1n работы компрессора 4.

Если на этапе 106 установлено, что значение ВвПВРК_{времен(n)} меньше, чем значение ВвПВРК_{времен-целев(n-1)}, то, когда цель не достигнута, нагреватель 3 включается блоком 5 управления. Температура камеры 1 для свежих продуктов, измеряемая датчиком 6 температуры, передается в блок 5 управления. Через некоторый период после включения нагревателя 3 температура камеры 1 для свежих продуктов поднимается и, как устанавливается на этапе 108, достигает значения, превышающего пороговое значение, определенное изготовителем, и тогда блок 5 управления на этапе 109 запускает компрессор 4, а на этапе 110 выключает нагреватель 3. Так завершается n-ый цикл охлаждения.

В момент, когда компрессор 4 начинает следующий, (n+1)-ый рабочий цикл, на этапе 111 вычисляется время t_2n, затрачиваемое на повторный запуск компрессора 3 после его останова в конце n-го цикла. При этом на этапе 112 вычисляется значение ВвПВРК_факт(n) , а на этапе 113 это значение ВвПВРК_факт(n) сравнивается со значением ВвПВРК_целев.

Если на этапе 113 установлено, что ВвПВРК_факт(n) меньше, чем значение ВвПВРК_целев, то время t_2n, затрачиваемое на повторный запуск компрессора 4 после его останова, больше, чем целевое значение, и в связи с этим временем значение ВвПВРК_факт(n) уменьшается. В течение времени t_2n, затрачиваемого на повторный запуск компрессора 4 после его останова, холодильный аппарат не может осуществлять операцию охлаждения. Поэтому приходится сокращать упомянутое время t_2n, чтобы компрессор 4 включался раньше. По этой причине, на этапе 114 значение ВвПВРК_{времен-целев(n)} вычисляется путем прибавления значения "Δ", определенного изготовителем, к значению ВвПВРК_{времен-целев(n-1)}. В этом случае значение ВвПВРК_{времен-целев(n)} увеличивается на значение Δ, и в следующем цикле, если это необходимо, нагреватель 3 включается быстрее, а компрессор 4 включается раньше.

Если на этапе 113 установлено, что значение ВвПВРК_факт(n) больше, чем значение ВвПВРК_целев, то время t_2n, затрачиваемое на повторный запуск компрессора 4 после его останова, меньше, чем целевое значение, и в связи с этим временем значение ВвПВРК_факт(n) увеличивается. Когда время t_2n, затрачиваемое на повторный запуск компрессора 4 после его останова, уменьшается, компрессор 4 работает большее время, что в свою очередь приводит к увеличению энергопотребления. Следовательно, чтобы увеличить время t_2n и избежать большей интенсивности работы компрессора 4, чем это необходимо, приходится включать нагреватель 3 позже. С этой целью, на этапе 115 вычисляют значение ВвПВРК_{времен-целев(n)}путем вычитания значения "Δ", определенного изготовителем, из значения ВвПВРК_{времен-целев(n-1)}. В этом случае значение ВвПВРК_{времен-целев(n)} уменьшается на значение Δ, а период, когда нагреватель 3 включен, удлиняется, так что компрессор 4 запускается с некоторой задержкой.

В случае, если на этапе 113 выясняется, что значение ВвПВРК_факт(n) равно значению ВвПВРК_целев, компрессор 4 запускается с оптимальной интенсивностью, а значение ВвПВРК_{времен-целев(n)} приравнивается к значению ВвПВРК_{времен-целев(n-1)} на этапе 116.

Реферат

Изобретение относится к способу управления, который обеспечивает оптимальную рабочую характеристику охлаждения холодильного аппарата безотносительно изменений температуры окружающей среды. В холодильных аппаратах с двумя камерами, где операция охлаждения осуществляется с принятием температуры камеры (1) для свежих продуктов в качестве эталонной, теплоприток в эту камеру для свежих продуктов является довольно малым при низких температурах окружающей среды. В этом случае используют температуру камеры (1) для свежих продуктов и повторно запускают компрессор (4) путем включения нагревателя (3), чтобы избежать неоправданно длительного нерабочего состояния компрессора (4) и повышения температуры морозильной камеры (2) до значения, превышающего значение желательной температуры. При осуществлении способа согласно изобретению момент включения нагревателя (3) определяют динамически в зависимости от интенсивности работы компрессора (4). Задачей изобретения является реализация способа управления, дающего холодильному аппарату возможность обеспечить оптимальную рабочую характеристику охлаждения безотносительно изменений температуры окружающей среды. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула