DE102006048880A1

DE102006048880A1 - Abtausteuerverfahren

Info

Publication number: DE102006048880A1
Application number: DE200610048880
Authority: DE
Inventors: Heiko Dreisbach
Original assignee: Wurm & Co KG Elektronisch GmbH; Wurm & Co KG Elektronische Systeme GmbH
Current assignee: Wurm & Co KG Elektronisch GmbH; Wurm & Co KG Elektronische Systeme GmbH
Priority date: 2006-10-16
Filing date: 2006-10-16
Publication date: 2008-04-17
Also published as: EP1916490B1; EP1916490A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern des Abtauens eines Verdampfers eines Kühlmöbels. Zum einen wird eine tatsächliche Eisbildung am Verdampfer durch Messung zumindest der Umgebungstemperatur und der Luftfeuchte der Umgebung geschätzt. Zum anderen wird eine Nenn-Eisbildung am Verdampfer für einen Nenn-Betriebspunkt des Kühlmöbels geschätzt, wobei für den Nenn-Betriebspunkt des Kühlmöbels eine Nenn-Vereisungsrate - wie beispielsweise ein Nenn-Abtauintervall - bekannt ist. Die geschätzte tatsächliche Eisbildung und die geschätzte Nenn-Eisbildung werden zueinander ins Verhältnis gesetzt, um aus dem Verhältnis und aus der bekannten Nenn-Vereisungsrate einen nächsten Abtautermin zu bestimmen oder eine Abtauart festzulegen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern des Abtauens eines Verdampfers eines Kühlmöbels.
Kühlmöbel werden beispielsweise als offene Verkaufskühlmöbel für die Normalkühlung oder Tiefkühlung von Lebensmitteln in Supermärkten oder dergleichen eingesetzt. Der Verdampfer des Kühlmöbels dient zur Aufnahme von Wärme von der zu kühlenden Ware und der die Ware umgebenden Luft. Hierbei kommt es infolge der in der Umgebungsluft enthaltenen Feuchtigkeit im Laufe der Zeit zu einer Vereisung des Verdampfers, die den Wirkungsgrad des Geräts unerwünscht verringert. Besonders gravierend ist diese Eisbildung am Verdampfer bei offenen Kühlmöbeln, bei denen ständig frische Umgebungsluft und somit zusätzliche Feuchtigkeit an den Verdampfer gelangt. Der Verdampfer muss also regelmäßig enteist werden.
Hierfür ist es bekannt, den Verdampfer mit einer wahlweise aktivierbaren Elektroheizung auszustatten. Speziell für die Tiefkühlung ist eine sogenannte Heißgasabtauung bekannt, bei der erhitztes gasförmiges Kältemittel durch die Wärmetauscherrohre des Verdampfers geführt wird.
Problematisch ist jedoch die Erkennung des tatsächlichen Vereisungsgrades des Verdampfers. Üblicherweise wird in Abhängigkeit von dem speziellen Möbelfabrikat gemäß vorbestimmter Zeitintervalle abgetaut, ohne dass die besonderen Aufstell- bzw. Umgebungsbedingungen des Möbels berücksichtigt werden. Hierdurch wird in der Praxis meist unnötig oft abgetaut. Die Abtauung ist deshalb mit einem unnötigen Energiebedarf ver bunden, und die in dem Kühlmöbel gelagerte Ware kann durch zu häufige oder unnötige Abtauprozesse in Mitleidenschaft gezogen werden. Der Vereisungsgrad kann zwar über die während der Abtauung gemessene Schmelzzeit beurteilt werden, die zum Abschmelzen des Eisansatzes benötigt wird. Nachteilig hieran ist jedoch, dass die Beurteilung nur für die Vergangenheit erfolgt.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, durch das sich der tatsächliche aktuelle Abtaubedarf eines Verdampfers eines Kühlmöbels unter Verwendung von möglichst wenigen zusätzlichen Messfühlern mit hoher Genauigkeit bestimmen lässt.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, und insbesondere dadurch, dass eine tatsächliche Eisbildung am Verdampfer durch Messung zumindest der Umgebungstemperatur und der Luftfeuchte der Umgebung geschätzt wird; dass eine Nenn-Eisbildung am Verdampfer für einen Nenn-Betriebspunkt des Kühlmöbels geschätzt wird, wobei für den Nenn-Betriebspunkt des Kühlmöbels eine Nenn-Vereisungsrate – wie beispielsweise ein Nenn-Abtauintervall – bekannt ist; und dass die geschätzte tatsächliche Eisbildung und die geschätzte Nenn-Eisbildung zueinander ins Verhältnis gesetzt werden, um aus dem Verhältnis und aus der bekannten Nenn-Vereisungsrate einen nächsten Abtautermin zu bestimmen oder eine Abtauart festzulegen.
Es werden also zwei rechnerische Abschätzungen vorgenommen. Zum einen wird eine tatsächliche Eisbildung am Verdampfer, also eine Eismenge (Masse oder Volumen) oder eine Eisbildungsrate, geschätzt. Hierfür werden zumindest die Umgebungstemperatur und die Luftfeuchte der Umgebung (relative oder absolute Luftfeuchte) gemessen und berücksichtigt. Diese Messungen bedeuten gewöhnlich keinen erheblichen Zusatz aufwand, da beispielsweise in Supermärkten mit mehreren Kühlmöbeln üblicherweise ohnehin eine zentrale Messung der Umgebungstemperatur und der Luftfeuchte erfolgt und diese Messwerte an die jeweilige Steuereinrichtung der Kühlmöbel oder eine zentrale Steuereinrichtung übermittelt werden.
Zum anderen wird eine Nenn-Eisbildung am Verdampfer gemäß einem vorbestimmten Nenn-Betriebspunkt des Kühlmöbels bzw. dessen Verdampfers, nämlich zumindest gemäß einer Nenn-Umgebungstemperatur und/oder einer Nenn-Luftfeuchte geschätzt, wobei die Ermittlung der Nenn-Eisbildung vorzugsweise analog zu der Ermittlung der vorgenannten tatsächlichen Eisbildung vorgenommen wird. Der genannte Nenn-Betriebspunkt kann beispielsweise der Nenn-Umgebungstemperatur und/oder der Nenn-Luftfeuchte einer Klimaklasse nach der Norm EN441 oder einer vergleichbaren Norm (z.B. EN23953) entsprechen, also z.B. 25°C und 60 % relative Feuchte für die Klimaklasse "3".
Wichtig ist, dass für den berücksichtigten Nenn-Betriebspunkt des Verdampfers eine Nenn-Vereisungsrate des Verdampfers bekannt ist. Diese Nenn-Vereisungsrate kann für das spezielle Kühlmöbel vom Betreiber empirisch ermittelt worden und/oder vom Kühlmöbelhersteller spezifiziert sein. Der genannte Nenn-Betriebspunkt des Verdampfers ist insbesondere so gewählt, dass er den ungünstigsten zu erwartenden Umgebungsbedingungen entspricht (z.B. höchste zu erwartende Temperatur und höchste zu erwartende relative Luftfeuchte am Aufstellort des Kühlmöbels). Die zugeordnete Nenn-Vereisungsrate wiederum ist insbesondere die Vereisungsrate, die diesen ungünstigsten zu erwartenden Umgebungsbedingungen entspricht. Ausgangspunkt für das Verfahren ist also eine Nenn-Vereisungsrate, deren Berücksichtigung auch für die ungünstigsten zu erwartenden Umgebungsbedingungen (z.B. entsprechend den Umge bungsbedingungen gemäß einer speziellen Klimaklasse nach EN441) für eine rechtzeitige Abtauung ausreichend ist. Bei der genannten Nenn-Vereisungsrate kann es sich um ein Abtauintervall (also ein Zeitintervall zwischen zwei aufeinander folgenden Abtauterminen) oder auch um die Angabe eines Eisbildungsvolumens oder einer Eisbildungsmasse pro Zeiteinheit handeln.
Um einen nächsten erforderlichen Abtautermin zu bestimmen und/oder um für den nächsten vorbestimmten Abtautermin (Nenn-Abtautermin) eine geeignete Art des Abtauverfahrens festzulegen, werden die (anhand der Messwerte) geschätzte tatsächliche Eisbildung und die (auf Grundlage der entsprechenden Nennwerte) geschätzte Nenn-Eisbildung zueinander ins Verhältnis gesetzt, beispielsweise – jedoch nicht notwendigerweise – durch Quotientenbildung, und dieses Verhältnis wird wiederum mit der vorgenannten Nenn-Vereisungsrate ins Verhältnis gesetzt, beispielsweise durch Multiplikation oder Division.
Durch diese Verhältnisbildung wird letztlich eine Verzögerung der ermittelten Abtautermine bezüglich der für die ungünstigsten zu erwartenden Umgebungsbedingungen vorausgesetzten Nenn-Vereisungsrate bzw. Abtautermine bewirkt, oder es wird hierdurch der Anteil ermittelt, um den die tatsächliche Eisbildung von der Nenn-Eisbildung abweicht, und zwar jeweils in Abhängigkeit von der Abweichung der gemessenen realen Bedingungen von den Nennbedingungen.
Ein besonderer Vorteil dieses Verfahrens besteht in der Berücksichtigung einer vom Gerätehersteller bereits angegebenen Klimaklasse (wodurch die Nenn-Umgebungstemperatur und die Nenn-Luftfeuchte vorgegeben sind) bzw. einer für einen derartigen Nenn-Betriebspunkt des Verdampfers gewöhnlich ohnehin bereits bekannten Nenn-Vereisungsrate (z.B. Nenn- Abtauintervall). Dies hat nämlich zur Folge, dass der den Verdampfer beaufschlagende Volumen- oder Massenstrom der Umgebungsluft indirekt berücksichtigt werden kann, ohne dass eine eigene Messung dieses Volumen- oder Massenstroms erforderlich ist. Nur unter Berücksichtigung dieses Volumen- oder Massenstroms ist jedoch eine genaue Abschätzung der am Verdampfer pro Zeiteinheit anfallenden Kondensatmenge möglich.
Mögliche Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachstehend erläutert, wobei zum besseren Verständnis zunächst der typische Aufbau des hier betroffenen Kühlmöbels erklärt werden soll.
1 und 2 zeigen jeweils eine schematische Seitenansicht eines Kühlmöbels mit einem Verdampfer und verschiedenen Luftströmen.
In 1 ist ein hier an seiner Frontseite offenes Kühlmöbel lediglich schematisch dargestellt. Das Kühlmöbel besitzt einen Verdampfer V. Dieser ist in üblicher Weise in einen an sich bekannten Kältemittelkreislauf eingebunden, d.h. der Verdampfer V ist in Strömungsrichtung des Kältemittels beispielsweise mit einem Verdichter, einem Verflüssiger und einem Expansionsventil verbunden.
Ferner sind in 1 verschiedene Luftströme gezeigt. So wird ein Luftstrom 1 in dem Kühlmöbel zu dem Verdampfer V geführt. Die Luft wird am Verdampfer V abgekühlt und verlässt diesen als Luftstrom 2. An der Oberseite des Kühlmöbels, nämlich an einem Luftaustritt A, wird die gekühlte Luft als Luftstrom 3 ausgegeben. Die gekühlte Luft strömt entlang der Frontseite des Kühlmöbels vorhangartig nach unten (Luftstrom 4), wobei die im Kühlmöbel angeordnete Ware gekühlt wird. In diesen Luftstrom 4 vermischt sich Luft aus der Umgebung U (Luftstrom 5). Die am unterseitigen Lufteintritt E des Kühlmöbels eintretende und den Luftstrom 1 bildende Luft ist also ein Gemisch des gekühlten Luftstroms 4 und des Umgebungsluftstroms 5. Für eine übliche Normalkühlung kann die Lufttemperatur am Austritt A beispielsweise ca. +2°C und am Lufteintritt E des Kühlmöbels ca. +5°C betragen.
In 1 sind außerdem die am Luftaustritt A, in der Umgebung U, am Lufteintritt E und am Verdampfer V vorherrschenden Temperaturen T, die relativen Feuchten rF und die absoluten Feuchten (Wassergehalt) x dargestellt. Die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Messwerte sind jeweils von einem Kreis umgeben, wobei eine durchgezogene Linie einen obligatorischen Messwert und eine gestrichelte Linie einen optionalen Messwert kennzeichnet. Eine jeweilige rechteckige Umrandung kennzeichnet einen berechneten Wert, wobei optionale Berechnungen wiederum durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnet sind. Speziell der jeweilige Wassergehalt x (absolute Feuchte) kann als Funktion der Temperatur T und der relativen Feuchte rF dem Mollier-Diagramm entnommen werden, wobei vereinfachend ein konstanter Druck angenommen werden kann.
Nachfolgend wird zunächst ein besonders genaues Verfahren zur Bestimmung eines Abtautermins für den Verdampfer V gemäß 1 erläutert (sogenanntes Kondensatmodell). Bei diesem Verfahren werden auch die in 1 als optional gekennzeichneten Messwerte ermittelt, und es werden die als optional gekennzeichneten Berechnungen durchgeführt. Anschließend wird eine vereinfachte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert (sogenannter linearer Ansatz).
(a) Schätzen der tatsächlichen Eisbildung am Verdampfer V:
Zum einen wird die (volumen- oder massenspezifische) tatsächliche Eisbildung am Verdampfer geschätzt. Hierfür werden zumindest die Umgebungstemperatur T_U und die relative Feuchte rF_U der Umgebung gemessen. Hierdurch ist der Wassergehalt x_U des dem Kühlluftstrom 4 zugemischten Umgebungsluftstroms 5 bekannt (Mollier-Diagramm).
Im Rahmen des sogenannten Kondensatmodells wird für das Schätzen der tatsächlichen Eisbildung am Verdampfer V letztlich eine Differenz Δx zwischen der absoluten Feuchte x_E am Verdampfereintritt E und der absoluten Feuchte x_A am Luftaustritt A ermittelt, wobei angenommen wird, dass die Erwärmung der Kühlluft zwischen dem Luftaustritt A (Luftstrom 3) und dem Lufteintritt E (Luftstrom 1) allein aus der Beimischung der Umgebungsluft (Luftstrom 5) resultiert.
Die absolute Feuchte x_A am Luftaustritt A kann mit dem Wassergehalt x_V am Verdampfer V gleichgesetzt werden. Der Luftstrom 2 vom Verdampfer V zum Luftaustritt A erwärmt sich zwar, d.h. die relative Feuchte rF ändert sich. Der absolute Wassergehalt x bleibt jedoch konstant. Vernünftigerweise kann auch angenommen werden, dass sich die Luft am Verdampfer V auf den Taupunkt oder unterhalb des Taupunkts abkühlt (relative Feuchte rF_V am Verdampfer V von 100 %). Somit kann der Wassergehalt x_V bzw. x_A direkt aus der Temperatur T_V am Verdampfer V ermittelt werden (Mollier-Diagramm). Dieser Wert wiederum kann mittels des üblicherweise am Verdampfer V ohnehin vorhandenen Temperatursensors gemessen werden. Alternativ kann unter Vernachlässigung der vorgenannten Erwärmung die Temperatur T_A am Luftaustritt A anstelle der Temperatur T_V am Verdampfer V herangezogen werden.
Die absolute Feuchte x_E am Lufteintritt E wird – wie bereits erwähnt – unter Berücksichtigung des Umstands ermittelt, dass der am Luftaustritt A ausgegebenen Kühlluft (Luftstrom 3) ein Luftstrom 5 aus der Umgebung U beigemischt wird. Allerdings sind die jeweiligen Massenströme nicht bekannt. Die absolute Feuchte x_E wird deshalb gemäß einer Mischungsregel ermittelt (Mischung der auf unterschiedlichem Temperaturniveau befindlichen Luftmassen), wobei die anfallenden Kondensatmengen spezifisch, also jeweils bezogen auf eine definierte Luftmasse (z.B. ein Kilogramm) bezogen werden.
Zur besseren Erläuterung der verwendeten Mischungsregel wird auf 2 verwiesen, in der die Massenströme eingezeichnet sind. Es wird angenommen, dass der Massenstrom im Kühlmöbel konstant ist (m₁ = m₃, m₅ = m₆). Es findet somit ein Massenaustausch zwischen dem Luftstrom 2 im Kühlmöbel und der Umgebung U um den Betrag m₆ = m₅ statt. Mit dieser Bedingung bleibt der Massenstrom in der Berechnung konstant.
Nach der Mischungsregel ergibt sich für den Luftstrom 1 am Lufteintritt E eine Mischtemperatur T₁, die sich zunächst aus den Temperaturen T₄ und T₅ der Luftströme 4 und 5 sowie aus den entsprechenden Massen und Wärmekapazitäten ableiten lässt:
Hierbei bezeichnet c_i die jeweilige spezifische Mischwärmekapazität des Luft- und des Wasseranteils bei gegebener Temperatur und relativer Feuchte. Wie vorstehend erläutert, kann angenommen werden, dass m₄ = m₃ – m₆ = m₃ – m₅ gilt. Außerdem wird zur Vereinfachung der jeweilige Wasseranteil in den Teilströmen, der beispielsweise maximal ca. 2 % der Gesamtmasse ausmacht, vernachlässigt. Aus der Gleichung (1) ergibt sich:
Die Wärmekapazität c_i kann vereinfachend als konstant angenommen werden. Es lässt sich abschätzen, dass die durch die Vernachlässigung der ungleichen Wärmekapazitäten von Luft und Wasser verursachten Fehler geringfügig sind und dass die vorgenannten Vereinfachungen die Gleichung (2) lediglich "sicherer" machen, da sie letztlich zu größeren berechneten Kondensatmengen am Verdampfer V führen.
Hieraus kann dann die beizumischende Menge m₅ Umgebungsluft näherungsweise berechnet werden zu:
Aufgrund der vorgenannten Gleichung (3) ist das Massenverhältnis m₅/m₃ bekannt. Die Temperatur T₁ entspricht nämlich der im Zusammenhang mit 1 genannten Eintrittstemperatur T_E und kann mittels eines am Lufteintritt E des Kühlmöbels angeordneten Temperatursensors gemessen werden. Die Temperatur T₃ entspricht der Austrittstemperatur T_A des Luftaustritts A gemäß 1; auch hierfür kann ein zugeordneter Temperatursensor vorgesehen sein, oder die Austrittstemperatur T_A wird vereinfachend mit der Temperatur T_V am Verdampfer V gleichgesetzt. Die Temperatur T₅ schließlich entspricht der Umgebungstemperatur T_U gemäß 1. Somit ist aus der genannten Gleichung (3) durch Messung der Temperaturen T_E, T_A (oder T_V) und T_U das Massenverhältnis m₅/m₃ der anteiligen Beimischung der Umgebungsluft (Luftstrom 5 gemäß 1) in den Kühlluftstrom 3 bekannt.
Die absolute Feuchte x_E am Lufteintritt E, also der dort vorherrschende Wassergehalt (g/kg), ist die Summe des Wassergehalts der Luftströme 4 und 5 gemäß 1. Die absolute Feuchte x_E ergibt sich somit aus dem Produkt der absoluten Feuchte x_A am Luftaustritt A mit der dortigen Luftmasse m₃, wobei hiervon das Produkt der absoluten Feuchte x_A am Luftaustritt A mit der Masse m₆ zu subtrahieren ist (an die Umgebung abgegebene Wassermenge), wobei hierzu wiederum das Produkt der absoluten Feuchte x_U der Umgebungsluft mit der von der Umgebung U zugeführten Masse m₅ zu addieren ist, und wobei diese Funktion natürlich hinsichtlich der Gesamtmasse m₁ = m₃ zu normieren ist:
Insgesamt ergibt sich hieraus, dass die absolute Feuchte x_E als ein auf die umgewälzte Luftmasse bezogener Wert berechnet werden kann. Die absolute Feuchte x_A am Luftaustritt A kann nämlich mit dem Wassergehalt x_V der Luft am Verdampfer V gleich gesetzt werden, der wiederum aus der am Verdampfer V gemessenen Temperatur T_V und aus der Annahme abgeschätzt werden kann, dass der Taupunkt erreicht oder unterschritten ist, wie vorstehend bereits erläutert. Die absolute Feuchte x_U der Umgebungsluft kann aus der gemessenen Umgebungstemperatur T_U und relativen Feuchte rF_U berechnet werden (Mollier-Diagramm). Die vorgenannte Masse m₆ entspricht bei konstantem Massenstrom der Masse m₅ (vgl. 2). Das Massenverhältnis m₅/m₃ ergibt sich gemäß Gleichung (3) aus den gemessenen Temperaturen T₁ = T_E, T₃ = T_A (oder T₃ = T_V) und T₅ = T_U.
Somit ist auch die vorgenannte Differenz Δx der absoluten Feuchten x_E und x_A bekannt, die der Kondensat- bzw. Eisbildung am Verdampfer V entspricht, und zwar als ein auf die umgewälzte Luftmasse bezogener Wert (z.B. g/kg). Mit anderen Worten ist durch Berücksichtigung der erläuterten Mischungsregel die tatsächliche Eisbildung Δx am Verdampfer V bislang lediglich als volumen- oder massenspezifischer Wert abgeschätzt, nämlich bezogen auf das Volumen bzw. die Masse des im Kühlmöbel zirkulierenden Luftstroms. Dieser ist jedoch nicht bekannt und soll möglichst nicht gemessen werden müssen.
(b) Schätzen einer Nenn-Eisbildung am Verdampfer:
Der somit fehlende Massenstrom oder Volumenstrom im Kühlmöbel wird deshalb indirekt berücksichtigt, nämlich in Form einer Nenn-Vereisungsrate des Kühlmöbels bzw. dessen Verdampfers. Diese Nenn-Vereisungsrate, beispielsweise ein Nenn-Abtauintervall, kann vom Betreiber des Kühlmöbels empirisch ermittelt worden sein oder – ebenfalls aufgrund empirischer Ermittlung – vom Kühlmöbelhersteller spezifiziert sein. Die Nenn-Vereisungsrate entspricht insbesondere den ungünstigsten zu erwartenden realen Umgebungsbedingungen am Aufstellort des Kühlmöbels, und sie kann einer speziellen Klimaklasse nach der Norm EN441 entsprechen. Der Nenn-Vereisungsrate sind als Nenn-Betriebspunkt des Verdampfers eine Nenn-Umgebungstemperatur und eine Nenn-Luftfeuchte zugeordnet.
Anhand dieser Nenn-Umgebungstemperatur und Nenn-Luftfeuchte wird die Abschätzung der Nenn-Eisbildung x_Nenn am Verdampfer V vorgenommen, wobei analog zu der vorstehend erläuterten Abschätzung der tatsächlichen Eisbildung verfahren wird. Hierbei werden beispielsweise ledig lich die tatsächlich gemessene Umgebungstemperatur T_U und Luftfeuchte rF_U durch die entsprechenden Nennwerte (Nenn-Umgebungstemperatur bzw. Nenn-Luftfeuchte) ersetzt. Die weitere Berechnung der Nenn-Eisbildung x_Nenn geschieht wie vorstehend für die Berechnung der tatsächlichen Eisbildung im Einzelnen erläutert, insbesondere unter Berücksichtigung derselben Messwerte (z.B. T_A, T_E, T_V).
Alternativ zu dem Ersetzen der tatsächlich gemessenen Umgebungstemperatur T_U und Luftfeuchte rF_U durch die entsprechenden Nennwerte kann auch lediglich einer dieser Messwerte durch den entsprechenden Nennwert des Nenn-Betriebspunkts des Verdampfers ersetzt werden. Beispielsweise ist es ausreichend, lediglich die gemessene Luftfeuchte rF_U der Umgebung durch die Nenn-Luftfeuchte des Kühlmöbels zu ersetzen, d.h. für die Berechnung der Nenn-Eisbildung x_Nenn analog zu der Berechnung der tatsächlichen Eisbildung wird die gemessene Umgebungstemperatur T_U = T₅ (und nicht die Nenn-Umgebungstemperatur) berücksichtigt. Dies bedeutet gemäß der vorstehenden Gleichung (3), dass von demselben Massenverhältnis m₅/m₃ (Verhältnis des aus der Umgebung U zugeführten Luftstroms 5 zum Luftstrom 3 am Austritt A) ausgegangen wird wie bei der Berechnung der tatsächlichen Eisbildung, und nicht etwa von einem verringerten derartigen Massenverhältnis bei höherer Temperatur T₅.
Somit liegt nun auch die Nenn-Eisbildung x_Nenn als volumen- oder massenspezifischer Wert vor (z.B. g/kg).
(c) Verhältnisbildung der tatsächlichen Eisbildung und der Nenn-Eisbildung am Verdampfer:
Schließlich werden die (volumen- oder massenspezifische) geschätzte tatsächliche Eisbildung Δx am Verdampfer und die (volumen- oder massenspezifische) geschätzte Nenn-Eisbildung x_Nenn zueinander ins Verhältnis gesetzt, beispielsweise durch Quotientenbildung Δx/x_Nenn. Durch Berücksichtigung der vorgenannten Nenn-Vereisungsrate wird der fehlenden Kenntnis des Luftvolumenstroms bzw. Luftmassenstroms Rechnung getragen.
So kann ein nun nicht mehr vom Volumenstrom oder Massenstrom abhängiges Verhältnis V der tatsächlichen Eisbildung X zu der geschätzten Nenn-Eisbildung X_Nenn aus den entsprechenden volumen- oder massenspezifischen Größen Δx bzw. x_Nenn gebildet werden wie folgt:
Mit V . ist hierbei der Volumenstrom (m³/min) im Kühlmöbel bezeichnet. ρ_Luft ist die Dichte der Luft (kg/m³). Es ist ersichtlich, dass die spezifischen Werte der tatsächlichen Eisbildung Δx und der Nenn-Eisbildung x_Nenn sich auf eine Masse beziehen (z.B. 1 kg Luft), die um das Kühlmöbel zirkuliert. Da die Berechnung der tatsächlichen Eisbildung X und die Berechnung der Nenn-Eisbildung X_Nenn analog zueinander erfolgen und der Volumenstrom und die Dichte der Luft sich aus der Berechnung des Verhältnisses V herauskürzen, können sich der Volumenstrom und die Dichte der Luft ändern, ohne dass dies das Verhältnis V beeinflusst. Der Volumenstrom und die Dichte der Luft müssen nicht bekannt sein.
Das Verhältnis V entspricht somit einem Vereisungsgrad. Es bezeichnet das Verhältnis der tatsächlichen Eisbildung zu der Nenn-Eisbildung. Der Nenn-Eisbildung wiederum ist die Nenn-Vereisungsrate zugeordnet. Das Verhältnis V bezeichnet somit den Anteil, um den aufgrund der (günstigeren) realen Bedingungen die Nenn-Vereisungsrate unterschritten ist bzw. ein Nenn-Abtauintervall T_Abtau überschritten werden kann.
Das Verhältnis V kann beispielsweise periodisch bestimmt werden, wobei die einzelnen ermittelten Werte V_i aufsummiert werden. Die geschätzte tatsächliche Eisbildung und die geschätzte Nenn-Eisbildung werden also kumuliert. Vorzugsweise werden die einzelnen ermittelten Werte V_i (oder die gebildete Summe) zusätzlich hinsichtlich der Nenn-Vereisungsrate normiert, insbesondere durch Verhältnisbildung mit der Nenn-Vereisungsrate. Zum Beispiel können die ermittelten Werte V_i mit dem Verhältnis des jeweiligen Messintervalls Δt_Mess,i (Zeitdauer zwischen zwei Messungen) zu dem Nenn-Abtauintervall T_Abtau (Abtauintervall für Nennbedingungen) multipliziert werden:
Anstelle einer Summenbildung kann natürlich auch ein Aufintegrieren erfolgen.
Sobald dieser aufsummierte (bzw. aufintegrierte) und normierte Vereisungsgrad V(n) einen vorbestimmten Schwellwert, beispielsweise den Wert 100 %, erreicht oder überschreitet, wird die nächste Abtauung eingeleitet, und zwar entweder sofort oder nach Erreichen eines programmierten Abtaufreigabetermins (beispielsweise um ein Abtauen lediglich zu bestimmten Nacht- oder Wochenendzeiten zu ermöglichen). Somit werden – sofern günstigere Umgebungsbedingungen vorliegen als die Nennbedingungen – ein oder sogar mehrere Nenn-Abtautermine übersprungen. Der Vergleich des hinsichtlich der Nenn-Vereisungsrate normierten Vereisungsgrads V(n) mit einem vorbestimmten Schwellwert (wie z.B. 100 %) entspricht indirekt einem Vergleich des Vereisungsgrads mit der Nenn-Vereisungsrate (z.B. mit dem Nenn-Abtauintervall T_Abtau).
Es ist auch möglich, den aktuell ermittelten Vereisungsgrad in eine zeitliche Prognose des nächsten tatsächlich erforderlichen Abtautermins umzurechnen, beispielsweise indem der Vereisungsgrad mit dem Nenn-Abtauintervall T_Abtau ins Verhältnis gesetzt wird.
Alternativ zu dem vorstehend erläuterten Einleiten der nächsten Abtauung kann auch vorgesehen sein, dass unabhängig von dem ermittelten Vereisungsgrad die vorbestimmten regelmäßigen Abtautermine (Nenn-Abtautermine) beibehalten – also nicht übersprungen – werden. Jedoch kann in Abhängigkeit von dem ermittelten Vereisungsgrad lediglich die Art des Abtauverfahrens geändert werden. In diesem Fall findet eine Summierung der Vereisungsgrade also nicht über mehrere Nenn-Abtauintervalle statt. Insbesondere kann – falls bei Verstreichen eines Nenn-Abtauintervalls der ermittelte Vereisungsgrad einen Schwellwert von 100 % (gerechnet ab dem letzten Abtauvorgang) überschritten hat – an stelle eines ansonsten vorgesehenen nicht energetischen Abtauverfahrens ein energetisches Abtauverfahren ausgewählt werden. Zum Beispiel wird – insbesondere im Falle der Pluskühlung (> 0°C) – für die erwarteten Umgebungsbedingungen zum jeweiligen Nenn-Abtautermin eine Umluftabtauung vorgesehen (zeitweiliges Abschalten der Kühlung, d.h. allein die im Kühlmöbel zirkulierende Luft sorgt für eine Enteisung des Verdampfers). Falls sich allerdings ungünstigere Umgebungsbedingungen einstellen (die zu einem erhöhten ermittelten Vereisungsgrad führen), so wird zu dem Nenn-Abtautermin anstelle der Umluftabtauung eine Elektroabtauung durchgeführt. In diesem Fall wird dem Verdampfer beispielsweise elektri sche Heizenergie zugeführt; es wird also ein erhöhter Energieverbrauch in Kauf genommen, dafür ist jedoch eine wirkungsvollere Enteisung gewährleist, d.h. der Verdampfer wird zuverlässig vollständig enteist.
(d) Zusammenfassung des Kondensatmodells:
Zusammenfassend sollen nochmals die dem vorstehend erläuterten Kondensatmodell zugrunde liegenden Annahmen genannt werden:
Es wird von einem konstanten Luftdruck ausgegangen (z.B. 1 bar). Die Erwärmung der Luft zwischen Austritt und Eintritt am Kühlmöbel erfolgt nur über die Umgebungsluft. Der kälteste Punkt des Luftkreislaufs im Kühlmöbel wird mittels eines Temperatursensors gemessen, wobei an diesem Punkt die relative Luftfeuchte 100 % beträgt. Der Massenstrom im Kühlmöbel ist konstant. Die Temperatur und Feuchte der Umgebungsluft sind bekannt bzw. werden gemessen.
Durch Anwendung einer Massenmischungsregel lässt sich die Kondensatmenge am Verdampfer V massen- oder volumenspezifisch berechnen, nämlich bezogen auf die im Kühlmöbel zirkulierende Luft. Durch Berücksichtigung einer gerätespezifischen Nenn-Vereisungsrate mit zugeordneter Nenn-Umgebungstemperatur und Nenn-Luftfeuchte kann der Massenstrom bzw. Volumenstrom der zirkulierenden Luft, d.h. die Zeitabhängigkeit der geschätzten Kondensatbildung berücksichtigt werden.
Das Kondensatmodell berücksichtigt tiefere Verdampfungstemperaturen (d.h. tiefer als den normalen Betriebsbedingungen entsprechend) mit einer größeren Kondensatmenge (früherer Abtautermin). Abgedeckte Kühlmöbel bzw. Zeiten, in denen das Kühlmöbel temporär abgedeckt oder geschlos sen ist, werden mit einer geringeren Kondensatmenge berücksichtigt (späterer Abtautermin).
(e) Linearer Ansatz:
Die Abschätzung der Eisbildung kann auch gemäß einem vereinfachten linearen Ansatz erfolgen, so dass die in 1 gestrichelt umrandeten Werte nicht zwingend gemessen bzw. bestimmt werden müssen. Hierfür wird die tatsächliche Eisbildung am Verdampfer V anhand der absoluten Feuchte x_U der Umgebungsluft U geschätzt. Diese wird anhand der gemessenen Umgebungstemperatur T_U und der gemessenen relativen Feuchte rF_U der Umgebung berechnet. Außerdem wird eine Nenn-Eisbildung am Verdampfer V geschätzt, indem für eine Nenn-Umgebungstemperatur und/oder eine Nenn-Luftfeuchte eine Referenzfeuchte x_Ref berechnet wird. Diese Nennbedingungen können wiederum einer Klimaklasse nach der Norm EN441 entsprechen. Wichtig ist, dass diesen Nennbedingungen ist eine bekannte Nenn-Vereisungsrate zugeordnet ist.
Es wird nun die geschätzte tatsächliche Eisbildung (tatsächliche Feuchte x_U) durch Quotientenbildung zu der Nenn-Eisbildung (Referenzfeuchte x_Ref) ins Verhältnis gesetzt, und der hierbei erlangte Wert wird mit der Nenn-Vereisungsrate verglichen. Hierdurch kann beispielsweise – wie bei dem erläuterten Kondensatmodell – ein Vereisungsgrad bestimmt werden, um bei Erreichen eines Vereisungsgrads von 100 % einen Abtauvorgang einzuleiten.
Insbesondere wird ein aktueller Vereisungsgrad durch Aufsummieren und Normieren der Messwerte gebildet, oder es wird beispielsweise durch Integration ein zeitlicher Mittelwert der geschätzten tatsächlichen Eisbildung ermittelt und berücksichtigt.
Außerdem können bei der Quotientenbildung Korrekturparameter vorgesehen sein, insbesondere ein Steigungskorrekturwert und/oder ein Offsetkorrekturwert.
Schließlich ist anzumerken, dass sowohl bei dem erläuterten Kondensatmodell als auch bei dem vereinfachten linearen Ansatz durch entsprechende Messung der Umgebungsdruck berücksichtigt werden kann, um eine noch höhere Genauigkeit der zugrunde liegenden Schätzungen zu erreichen.

1–5: Luftstrom
A: Luftaustritt
E: Lufteintritt
U: Umgebung
V: Verdampfer

Claims

Verfahren zum Steuern des Abtauens eines Verdampfers (V) eines Kühlmöbels, dadurch gekennzeichnet, (a) dass eine tatsächliche Eisbildung am Verdampfer durch Messung zumindest der Umgebungstemperatur (T_U) und der Luftfeuchte (rF_U) der Umgebung (U) geschätzt wird; (b) dass eine Nenn-Eisbildung am Verdampfer für einen Nenn-Betriebspunkt des Kühlmöbels geschätzt wird, wobei für den Nenn-Betriebspunkt eine Nenn-Vereisungsrate – wie beispielsweise ein Nenn-Abtauintervall – bekannt ist; und (c) dass die geschätzte tatsächliche Eisbildung und die geschätzte Nenn-Eisbildung zueinander ins Verhältnis gesetzt werden, um aus dem Verhältnis und aus der bekannten Nenn-Vereisungsrate einen nächsten Abtautermin zu bestimmen oder eine Abtauart festzulegen.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass für das Schätzen der tatsächlichen Eisbildung eine Differenz der Luftfeuchte (x_E) am Verdampfereintritt (E) und der Luftfeuchte (x_A) am Verdampferaustritt (A) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für das Ermitteln der Luftfeuchte (x_E) am Verdampfereintritt (E) zumindest die Umgebungstemperatur (T_U) und die Luftfeuchte (rF_U) der Umgebung (U) berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln der Luftfeuchte (x_E) am Verdampfereintritt (E) gemäß einer Massenmischungsregel erfolgt, wobei zusätzlich zumindest die Temperatur (T_E) am Verdampfereintritt (E), und die Temperatur (T_A) am Verdampferaustritt oder Temperatur (T_V) am Verdampfer berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Massenmischungsregel eine Beimischung von Umgebungsluft (5) in einen Kühlluftstrom (4) des Kühlmöbels berücksichtigt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für das Ermitteln der Luftfeuchte (x_A) am Verdampferaustritt die Temperatur (T_V) am Verdampfer oder die Temperatur (T_A) am Verdampferaustritt (A) berücksichtigt wird, wobei eine relative Luftfeuchte (rF_V) am Verdampfer (V) oder am Verdampferaustritt (A) von im Wesentlichen 100 % angenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schätzen der tatsächlichen Eisbildung luftvolumenspezifisch oder luftmassenspezifisch erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für das Schätzen der tatsächlichen Eisbildung zusätzlich der Umgebungsluftdruck berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schätzen der Nenn-Eisbildung analog zu dem Schätzen der tatsächlichen Eisbildung erfolgt, wobei – die gemessene Umgebungstemperatur (T_U) durch eine Nenn-Umgebungstemperatur ersetzt wird, oder – die gemessene Luftfeuchte (rF_U) der Umgebung durch eine Nenn-Luftfeuchte ersetzt wird, oder – die gemessene Umgebungstemperatur (T_U) durch eine Nenn-Umgebungstemperatur und die gemessene Luftfeuchte (rF_U) der Umgebung durch eine Nenn-Luftfeuchte ersetzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nenn-Betriebspunkt des Kühlmöbels zumindest – durch eine Nenn-Umgebungstemperatur, oder – durch eine Nenn-Luftfeuchte, oder – durch eine Nenn-Umgebungstemperatur und eine Nenn-Luftfeuchte festgelegt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nenn-Betriebspunkt des Kühlmöbels den ungünstigsten am Aufstellort des Kühlmöbels zu erwartenden Umgebungsbedingungen entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Nenn-Vereisungsrate um ein Nenn-Abtauintervall, oder um ein Eisbildungsvolumen oder eine Eisbildungsmasse pro Zeiteinheit handelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von geschätzter tatsächlicher Eisbildung und geschätzter Nenn-Eisbildung zu der Nenn-Vereisungsrate ins Verhältnis gesetzt wird, um den nächsten Abtautermin zu bestimmen oder die Abtauart festzulegen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die geschätzte tatsächliche Eisbildung und die geschätzte Nenn-Eisbildung gerechnet ab der letzten Abtauung kumuliert werden, oder dass das Verhältnis von geschätzter tatsächlicher Eisbildung und geschätzter Nenn-Eisbildung ab der letzten Abtauung kumuliert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die geschätzte tatsächliche Eisbildung und die geschätzte Nenn-Eisbildung anhand der Nenn-Vereisungsrate normiert werden, oder dass das Verhältnis von geschätzter tatsächlicher Eisbildung und geschätzter Nenn-Eisbildung anhand der Nenn-Vereisungsrate normiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von geschätzter tatsächlicher Eisbildung und geschätzter Nenn-Eisbildung hinsichtlich der Nenn-Vereisungsrate normiert wird, wobei dieses normierte Verhältnis mit einem Schwellwert verglichen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von geschätzter tatsächlicher Eisbildung und geschätzter Nenn-Eisbildung ab der letzten Abtauung kumuliert wird, wobei das kumulierte Verhältnis hinsichtlich der Nenn-Vereisungsrate normiert wird, und wobei dieses kumulierte und normierte Verhältnis mit einem Schwellwert verglichen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der nächste Abtautermin oder die Abtauart durch die Bedingung bestimmt wird, dass die geschätzte tatsächliche Eisbildung der geschätzten Nenn-Eisbildung entspricht oder die geschätzte Nenn-Eisbildung übersteigt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund des Verhältnisses von geschätzter tatsächlicher Eisbildung und geschätzter Nenn-Eisbildung und aufgrund der Nenn-Vereisungsrate ein nächster Abtautermin bestimmt wird, der von einem Nenn-Abtautermin abweicht, welcher dem Nenn-Betriebspunkt des Kühlmöbels entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund des Verhältnisses von geschätzter tatsächlicher Eisbildung und geschätzter Nenn-Eisbildung und aufgrund der Nenn-Vereisungsrate eine von mehreren vorbestimmten Abtauarten festgelegt wird, die eine unterschiedlich starke Enteisung des Verdampfers bewirken.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund des Verhältnisses von geschätzter tatsächlicher Eisbildung und geschätzter Nenn-Eisbildung und aufgrund der Nenn-Vereisungsrate zwischen einer energetischen und einer nicht energetischen Abtauart ausgewählt wird.