[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von Abtauzeitpunkten
für eine Kältemaschine, insbesondere für eine Wärmepumpe, wobei die Kältemaschine
einen von Kältemittel durchströmten Kältekreislauf mit zumindest einem Verdampfer
umfasst, welcher in Wärmetauschbeziehung mit Umgebungsluft steht.
[0002] Kältemaschinen gestatten es, einem ersten Medium, wie beispielsweise Luft, Wärme
zu entziehen und diese Wärme einem zweiten Medium zuzuführen. Im Besonderen werden
Wärmepumpen dazu eingesetzt, mittels eines Verdampfers der Umgebungsluft Wärmeenergie
zu entziehen, wobei die Wärmeenergie beispielsweise als Heizenergie verwendet wird.
Die Umgebungsluft wird dazu durch einen Verdampfer der Wärmepumpe geleitet, wobei
Kältemittel in dem Verdampfer verdampft wird und dabei der Umgebungsluft Energie entzieht.
[0003] Durch den Energieentzug kühlt die Umgebungsluft ab, was insbesondere bei einer Abkühlung
unter 0°C zur Bildung von Eis auf dem Verdampfer führen kann. Eine solche Eisbildung
ist unerwünscht, da der Verdampfer durch das Eis gegenüber der Umgebungsluft isoliert
wird und somit der Übergang von Wärme aus der Umgebungsluft auf das Kältemittel behindert
wird.
[0004] Bei herkömmlichen Wärmepumpen wird deshalb zyklisch eine Abtauung durchgeführt, indem
der Kältekreislauf umgekehrt betrieben wird und dem Verdampfer somit Wärme zugeführt
wird. Nachteiligerweise verschlechtert jeder Abtauvorgang die Energiebilanz der Wärmepumpe,
da zum einen Energie für den Abtauvorgang selbst benötigt wird und zum anderen während
des Abtauvorgangs keine Wärmeenergie aus der Umgebungsluft gewonnen werden kann.
[0005] Um überflüssige Abtauvorgänge einzusparen, verwenden bekannte Wärmepumpen beispielsweise
Lichtsensoren, Luft-Differenzdruckmessungen oder Körperschallmessungen, um Eis auf
dem Verdampfer zu erkennen. Die bekannten Methoden zur Eiserkennung und damit zur
Festlegung von Abtauzeitpunkten sind jedoch aufwändig und komplex in der Durchführung.
[0006] Es ist daher eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, ein Verfahren zum Bestimmen
von Abtauzeitpunkten anzugeben, welches eine möglichst einfache Bestimmung der Abtauzeitpunke
gestattet.
[0007] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst und insbesondere dadurch,
dass die Temperatur der Umgebungsluft und die Verdampfungstemperatur des Kältemittels
in dem Verdampfer ermittelt werden und die Abtauzeitpunkte in Abhängigkeit von einer
Differenz zwischen der Temperatur der Umgebungsluft und der Verdampfungstemperatur
bestimmt werden.
[0008] Der Erfindung liegt also die Idee zugrunde, mittels der Temperaturdifferenz zwischen
Umgebungsluft und Verdampfungstemperatur des Kältemittels zu erkennen, ob sich Eis
auf dem Verdampfer gebildet hat. Im eisfreien Zustand des Verdampfers kann sich die
Verdampfungstemperatur des Kältemittels, die auch als Sättigungstemperatur bezeichnet
wird, an die Temperatur der Umgebungsluft theoretisch annähern. Dies ist deshalb möglich,
weil ein sehr guter Wärmeübergang zwischen Umgebungsluft und Kältemittel durch den
eisfreien Verdampfer möglich ist. Bildet sich nun Eis auf dem Verdampfer wird der
Wärmeübergang von der Umgebungsluft auf das Kältemittel mit zunehmender Dicke der
Eisschicht immer mehr erschwert. Folglich kann weniger Wärme an das Kältemittel übertragen
werden als im eisfreien Zustand. Dementsprechend sinkt der Druck im Verdampfer und
damit die Verdampfungstemperatur des Kältemittels. Durch die erniedrigte Verdampfungstemperatur
wird die Differenz zwischen der Temperatur der Umgebungsluft und der Verdampfungstemperatur
größer. Je größer die Temperaturdifferenz ist, umso eher kann also von einer Eisbildung
auf dem Verdampfer ausgegangen werden.
[0009] Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, in Abhängigkeit von ohnehin erfassten
Parametern, nämlich der Verdampfungstemperatur des Kältemittels und der Temperatur
der Umgebungsluft, eine Erkennung von Eis auf dem Verdampfer vorzunehmen und Abtauzeitpunkte
für die Kältemaschine zu bestimmen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit einfach
und kostengünstig zu implementieren und durchzuführen. Zudem kann eine Steuereinheit
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit geringem Aufwand bei bestehenden
Kältemaschinen nachgerüstet werden.
[0010] Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind der Beschreibung, den Unteransprüchen
sowie den Zeichnungen zu entnehmen.
[0011] Gemäß einer ersten Ausführungsform wird ein von der Drehzahl eines Ventilators, welcher
dem Verdampfer Umgebungsluft zuführt, und von der Verdampferleistung abhängiger erster
Korrekturwert ermittelt und zu der Temperaturdifferenz addiert.
[0012] Üblicherweise wird die Verdampferleistung durch den Einsatz eines Ventilators erhöht,
indem der Ventilator den Durchsatz von Umgebungsluft durch den Verdampfer steigert.
Insbesondere wird bei beginnender Vereisung die Drehzahl des Ventilators erhöht. Die
Erkennung von Eis auf dem Verdampfer und damit die Bestimmung der Abtauzeitpunkte
kann durch die variierenden Drehzahlen des Ventilators beeinträchtigt werden, weshalb
zu der Differenz der erste Korrekturwert addiert wird, der den variierenden Drehzahlen
des Ventilators Rechnung trägt. Die Drehzahl des Ventilators ist dabei üblicherweise
größer, wenn niedrige Temperaturen der Umgebungsluft festgestellt werden.
[0013] Bevorzugt wird der erste Korrekturwert umso größer gewählt, je höher die Drehzahl
des Ventilators und die Verdampferleistung sind. Der erste Korrekturwert kann beispielsweise
in einem Bereich von 0 K bis 3 K liegen. Der erste Korrekturwert wird vorteilhafterweise
spezifisch für jede Kältemaschine oder jede Baureihe von Kältemaschinen ermittelt
und kann beispielsweise in Form einer Nachschlagetabelle in einer Steuereinheit der
Kältemaschine abgespeichert sein.
[0014] Vorteilhafterweise wird ein von der Überhitzung des Kältemittels in dem Verdampfer
abhängiger zweiter Korrekturwert ermittelt und zu der Temperaturdifferenz addiert.
Durch die Überhitzung wird eine vollständige Verdampfung des Kältemittels in dem Verdampfer
sichergestellt, wobei eine übliche Überhitzung beispielsweise zwischen 0 K und 10
K liegt. Je höher die Überhitzung ist, umso mehr zusätzliche Wärmeenergie wird der
Umgebungsluft entzogen, wodurch die Wahrscheinlichkeit von Eisbildung auf dem Verdampfer
erhöht sein kann. Diesem erhöhten Vereisungsrisiko wird durch den zweiten Korrekturwert
Rechnung getragen.
[0015] Der zweite Korrekturwert kann umso größer sein, je größer die Überhitzung des Kältemittels
ist. Vorteilhafterweise weist eine Funktion des zweiten Korrekturwerts in einem vorbestimmten
Bereich der Überhitzung, beispielsweise zwischen 6 K und 10 K, eine vorbestimmte Steigung
auf, z.B. eine Steigung von 1. In den übrigen Bereichen kann die Funktion hingegen
konstant verlaufen. Der zweite Korrekturwert kann spezifisch für eine bestimmte Kältemaschine
oder eine Baureihe von Kältemaschinen ermittelt werden.
[0016] Gemäß einer zweiten Ausführungsform wird ein von der Drehzahl eines Ventilators,
welcher dem Verdampfer Umgebungsluft zuführt, und von der Verdampferleistung abhängiger
erster Korrekturwert ermittelt und von der Temperaturdifferenz subtrahiert.
[0017] Ferner kann auch ein von der Überhitzung des Kältemittels in dem Verdampfer abhängiger
zweiter Korrekturwert ermittelt und von der Temperaturdifferenz subtrahiert werden.
[0018] Außerdem kann ein von der Verdampferleistung abhängiger dritter Korrekturwert ermittelt
und von der Temperaturdifferenz subtrahiert werden. Eine die Abhängigkeit des dritten
Korrekturwerts von der Verdampferleistung beschreibende Funktion ist vorteilhafterweise
in der Kältemaschine hinterlegt.
[0019] Bei beiden Ausführungsformen kann ein Abtauzeitpunkt vorliegen, wenn die Temperaturdifferenz
oder eine durch zumindest einen Korrekturwert korrigierte Differenz einen Schwellenwert
übersteigt. Es kann also sowohl die Temperaturdifferenz, die aus Verdampfungstemperatur
und der Temperatur der Umgebungsluft ermittelt wird, als auch eine um einen oder mehrere
Korrekturwerte korrigierte Differenz verwendet werden, um Abtauzeitpunkte zu bestimmen.
Da die Temperaturdifferenz umso größer ist, je größer der Wärmewiderstand des Verdampfers
ist, kann bei größer werdender Temperaturdifferenz von mehr isolierendem Eis auf dem
Verdampfer ausgegangen werden. Der Schwellenwert kann abhängig davon ausgewählt werden,
ob die Korrekturwerte von der Temperaturdifferenz subtrahiert oder zu der Temperaturdifferenz
hinzu addiert wurden.
[0020] Einfacherweise ist der Schwellenwert ein absoluter Temperaturwert. Der Schwellenwert
kann dabei beispielsweise in Kelvin oder Grad Celsius angegeben werden und im Falle
der Addition von Korrekturwerten beispielsweise in einem Bereich von 5 K bis 20 K
liegen. Im Falle der Subtraktion kann ein Abtauzeitpunkt beispielsweise dann vorliegen,
wenn die Temperaturdifferenz abzüglich der Korrekturwerte 7 K übersteigt.
[0021] Alternativ kann der Schwellenwert ein zeitabhängiger Schwellenwert sein. Dies bedeutet,
der Schwellenwert kann sich beispielsweise über die Betriebszeit der Kältemaschine
hinweg ändern, wobei eine Funktion für den Schwellenwert verwendet werden kann, die
die Zeitabhängigkeit beschreibt. Wird ein Abtauvorgang vorgenommen, kann die Funktion
zurückgesetzt werden. Der zeitabhängige Verlauf kann beispielsweise empirisch ermittelt
werden. Alternativ kann der Schwellenwert beispielsweise linear über die Zeit sinken,
wodurch nach Ablauf einer gewissen Zeit ein Abtauvorgang erzwungen werden kann.
[0022] Gemäß einer weiteren Ausbildung wird der Schwellenwert in Abhängigkeit von einem
Differenzminimum ermittelt, das bei einem eisfreien Verdampfer erreicht wird. Hierzu
wird die Temperaturdifferenz ermittelt, bei welcher sich unter normalen Betriebsbedingungen
noch kein Eis auf dem Verdampfer ablagert. Das Temperaturdifferenzminimum kann dabei
zusätzlich zeitabhängig sein, also über die Betriebszeit der Kältemaschine variieren.
Die Betriebszeit der Kältemaschine wird bei der Erstinbetriebnahme und nach jedem
Abtauvorgang zurückgesetzt.
[0023] Somit kann ein Abtauzeitpunkt vorliegen, wenn eine ermittelte Temperaturdifferenz
oder eine durch zumindest einen Korrekturwert korrigierte Differenz ein jeweiliges
Differenzminimum, welches in einem vorbestimmten Zeitintervall ermittelt wurde, um
einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt. Hierzu wird die Temperaturdifferenz
bzw. die korrigierte Differenz über eine vorbestimmte Zeitdauer hinweg kontinuierlich
überwacht und jeweils der minimale Wert abgespeichert. Übersteigt die Temperaturdifferenz
bzw. die korrigierte Differenz das jeweilige Minimum um den vorbestimmten Schwellenwert,
beispielsweise 5 K, liegt ein Abtauzeitpunkt vor.
[0024] Gemäß einer weiteren Ausbildung werden die Abtauzeitpunkte zusätzlich durch einen
Ablauftimer bestimmt. Somit wird in festgelegten Intervallen unabhängig von der Temperaturdifferenz
oder einem Schwellenwert ein Abtauvorgang durchgeführt. Somit wird durch einen separaten
Mechanismus zusätzlich sichergestellt, dass der effiziente Wärmeaustausch an dem Verdampfer
nicht durch Eis behindert wird.
[0025] Bevorzugt wird eine Ablaufzeit des Ablauftimers bei Temperaturen der Umgebungsluft
in einem vorbestimmten Bereich um 0°C herum, insbesondere im Bereich von -4°C bis
+4°C und bevorzugt zwischen -20°C und +10°C, verkürzt und bei Temperaturen über einem
vorbestimmten Schwellenwert, beispielsweise von +10°C, verlängert. Der Ablauftimer
kann somit an die Temperatur der Umgebungsluft und damit an veränderliche Betriebsbedingungen
angepasst werden. Insbesondere in dem Bereich um 0°C herum befindet sich in der Umgebungsluft
ein relativ hoher Feuchteanteil, der sich beim Abkühlen der Umgebungsluft in dem Verdampfer
als Eis auf dem Verdampfer niederschlägt. Somit kommt es um 0°C herum besonders schnell
zur Vereisung des Verdampfers, weshalb die Ablaufzeit des Ablauftimers in diesem Bereich
verkürzt wird.
[0026] Unterschreitet die Temperatur der Umgebungsluft -20°C, ist in der Umgebungsluft nur
wenig Feuchte enthalten, so dass nicht mit einer schnellen Vereisung des Verdampfers
zu rechnen ist. Unterhalb von -20°C wird die Ablaufzeit des Ablauftimers somit nicht
verlängert.
[0027] Oberhalb von +10°C ist eine Abkühlung der Umgebungsluft in dem Verdampfer auf Temperaturen
unter 0°C sehr unwahrscheinlich, weshalb eine Vereisung des Verdampfers bei Temperaturen
von mehr als +10°C ebenfalls sehr unwahrscheinlich ist. Somit kann bei Umgebungstemperaturen
über +10°C die Ablaufzeit des Ablauftimers verlängert werden.
[0028] Abtauvorgänge können zudem komplett unterdrückt werden, wenn die Temperatur der Umgebungsluft
+15°C übersteigt oder die Verdampfungstemperatur des Kühlmittels größer als 0°C ist.
In beiden Fällen kann sich kein Eis am Verdampfer niederschlagen, weshalb dann keine
Abtauvorgänge notwendig sind.
[0029] Vorteilhafterweise wird der Ablauftimer zurückgesetzt, wenn ein Abtauzeitpunkt vorliegt.
Dabei ist es irrelevant, ob der Abtauzeitpunkt durch Überschreiten eines Schwellenwerts,
durch Ablauf des Ablauftimers oder auf eine andere Art ausgelöst wurde. Eine unnötige
Auslösung von Abtauvorgängen wird somit verhindert.
[0030] Bevorzugt werden die Abtauzeitpunkte zusätzlich durch einen Niederdruckalarm bestimmt.
Ein Niederdruckalarm wird ausgelöst, wenn die Verdampferleistung so stark zurückgeht,
dass in dem Verdampfer nur noch eine sehr geringe Menge von Kältemittel verdampft
werden kann, die Kältemittelströmung entsprechend gedrosselt wird und der Druck in
dem Verdampfer stark absinkt. Ein möglicher Grund für eine solch niedrige Verdampferleistung
kann eine Vereisung des Verdampfers sein, weshalb bei einem Niederdruckalarm der Verdampfer
präventiv enteist wird. Durch den Niederdruckalarm wird also ebenfalls ein Abtauzeitpunkt
bestimmt.
[0031] Die Erfindung betrifft weiterhin eine Kältemaschine, insbesondere eine Wärmepumpe,
umfassend einen von Kältemittel durchströmten Kältekreislauf mit zumindest einem Verdampfer,
welcher in Wärmetauschbeziehung mit Umgebungsluft steht, und einer Steuereinheit,
wobei die Steuereinheit mit einem Temperaturfühler zur Erfassung der Temperatur der
Umgebungsluft und einem Drucksensor zur Erfassung des Drucks des Kältemittels in dem
Verdampfer verbunden ist. Die Steuereinheit ist dabei dazu ausgebildet, die Verdampfungstemperatur
des Kältemittels in dem Verdampfer zu ermitteln und in Abhängigkeit von einer Differenz
zwischen der Temperatur der Umgebungsluft und der Verdampfungstemperatur Abtauzeitpunkte
zu bestimmen.
[0032] Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand möglicher Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Verfahrens zur Bestimmung eines Abtauzeitpunkts;
- Fig. 2
- eine Abhängigkeit eines ersten Korrekturwerts von einer Verdampferleistung und einer
Drehzahl eines Ventilators;
- Fig. 3
- eine Abhängigkeit der Drehzahl des Ventilators von einer Temperatur der Umgebungsluft;
- Fig. 4
- einen zweiten Korrekturwert in Abhängigkeit von einer Überhitzung in dem Verdampfer;
- Fig. 5
- eine Verlängerung oder Verkürzung einer Ablaufzeit eines Ablauftimers in Abhängigkeit
von der Temperatur der Umgebungsluft;
- Fig. 6
- eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Verfahrens zur Bestimmung eines Abtauzeitpunkts; und
- Fig. 7
- eine Abhängigkeit eines dritten Korrekturwerts von einer Verdampferleistung.
[0033] Fig. 1 zeigt einen beispielhaften Ablauf einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens
zur Bestimmung von Abtauzeitpunkten für eine Wärmepumpe, welche einen von Kältemittel
durchströmten Kühlkreislauf aufweist, in dem nacheinander ein Verdichter, ein Verflüssiger,
ein Expansionsventil und ein Verdampfer angeordnet sind. Erfindungsgemäß wird zunächst
eine Temperatur 12 der Umgebungsluft und eine Verdampfungstemperatur 14 des Kältemittels
erfasst. Anschließend wird in einem Subtrahierer 10 eine Temperaturdifferenz Δ zwischen
der Temperatur 12 der Umgebungsluft und der Verdampfungstemperatur 14 des Kältemittels
ermittelt. Die Verdampfungstemperatur 14 wird von einer (nicht gezeigten) Steuereinheit
aus einem Druck P
Verdampf des Kältemittels in dem Verdampfer berechnet. Zu diesem Zweck ist das Phasenübergangsdiagramm
des Kältemittels in der Steuereinheit gespeichert.
[0034] Der Subtrahierer 10 bildet die Temperaturdifferenz Δ zwischen der Temperatur 12 der
Umgebungsluft und der Verdampfungstemperatur 14 nach der Formel
wobei
ist. Die ermittelte Temperaturdifferenz Δ wird von dem Subtrahierer 10 an einen Normalisierer
16 weitergegeben, wobei der Normalisierer 16 neben der ermittelten Temperaturdifferenz
Δ noch eine Verdampferleistung 18, die Drehzahl 20 eines dem Verdampfer zugeordneten
Ventilators (nicht gezeigt) sowie die Überhitzung 22 des den Verdampfer durchströmenden
Kältemittels berücksichtigt. Genauer gesagt addiert der Normalisierer 16 abhängig
von der Drehzahl 20 des Ventilators und der Verdampferleistung 18 zu der Temperaturdifferenz
Δ noch einen ersten Korrekturwert Δ
Korrektur_Fan hinzu. Weiterhin wird zu der Temperaturdifferenz Δ ein von der Überhitzung des Kältemittels
abhängiger zweiter Korrekturwert Δ
Korrektur_ÜH hinzuaddiert. In dem Normalisierer 16 sind dazu die in Fig. 2 und Fig. 4 dargestellten
Referenzkurven gespeichert.
[0035] Fig. 2 zeigt graphisch den Zusammenhang zwischen der Verdampferleistung 18, welche
auf der X-Achse aufgetragen ist, und dem ersten Korrekturwert Δ
Korrektur_Fan, der auf der Y-Achse aufgetragen ist. In Fig. 2 ist eine Funktionsschar 24 dargestellt,
welche mehrere Funktionen für unterschiedliche Drehzahlen 20 des Ventilators umfasst.
So beschreibt beispielsweise der Graph 26a den Zusammenhang zwischen der Verdampferleistung
18 und dem ersten Korrekturwert Δ
Korrektur_Fan bei einer Drehzahl des Ventilators von 50 % der maximalen Drehzahl (FS = Drehzahl
des Ventilators). Ein Graph 26b zeigt den gleichen Zusammenhang bei einer Drehzahl
20 von 60 % der maximalen Drehzahl.
[0036] Allgemein wird die Drehzahl 20 gemäß der in Fig. 3 dargestellten Beziehung gesteuert,
wobei auf der X-Achse die Temperatur 12 der Umgebungsluft und auf der Y-Achse die
Drehzahl 20 des Ventilators aufgetragen sind. Es ist zu erkennen, dass die Drehzahl
bei Temperaturen unter 2°C erhöht wird, um dem Verdampfer mehr Wärmeenergie zuzuführen.
Oberhalb von etwa 2°C wird der Ventilator mit einer Drehzahl 20 von 50 % der Maximaldrehzahl
betrieben.
[0037] Der Normalisierer 16 kann somit den ersten Korrekturwert Δ
Korrektur_Fan aus der Verdampferleistung 18 und der Drehzahl 20 des Ventilators unter Zuhilfenahme
der in Fig. 2 gezeigten Graphen 26 ermitteln.
[0038] Den zweiten Korrekturwert Δ
Korrektur_ÜH ermittelt der Normalisierer 16 aus dem in Fig. 4 gezeigten Diagramm, bei welchem
der zweite Korrekturwert Δ
Korrektur_ÜH gegenüber der Überhitzung 22 des Kältemittels im Verdampfer aufgetragen ist. Bei
einer Überhitzung 22 von weniger als 6 K beträgt der zweite Korrekturwert Δ
Korrektur_ÜH konstant -2 K. Zwischen 6 K und 10 K steigt der zweite Korrekturwert Δ
Korrektur_ÜH linear von -2 K auf +2 K an. Oberhalb von 10 K Überhitzung 22 beträgt der zweite
Korrekturwert Δ
Korrektur_ÜH konstant +2 K.
[0039] Es versteht sich, dass die in Fig. 2 bis 4 gezeigten Zahlenwerte lediglich beispielhafter
Natur sind und von Kältemaschine zu Kältemaschine variieren können.
[0040] Nachdem der Normalisierer 16 den ersten Korrekturwert Δ
Korrektur_ÜH und den zweiten Korrekturwert Δ
Korrektur_ÜH ermittelt hat, berechnet der Normalisierer 16, wie in Fig. 1 gezeigt, eine korrigierte
Differenz Δ
Korr nach der Formel
[0041] Die korrigierte Differenz Δ
Korr wird daraufhin einem Schätzer 28 übergeben, der die korrigierte Differenz Δ
Korr mit einem zeitabhängigen Schwellenwert vergleicht, welcher z.B. zwischen 5 K und
20 K liegen kann. Ist die korrigierte Differenz Δ
Korr größer als der momentan gültige Schwellenwert, liegt ein Abtauzeitpunkt 30 vor, der
signalisiert wird und einen Abtauvorgang auslöst.
[0042] Der Schätzer 28 bestimmt den Abtauzeitpunkt 30 jedoch nicht nur anhand der korrigierte
Differenz Δ
Korr und des Schwellenwerts, sondern auch in Abhängigkeit von einem Niederdruckalarm 32,
welcher ausgelöst wird, wenn der Druck im Verdampfer unter einen vorbestimmten Schwellenwert
sinkt. Wird dem Schätzer 28 ein Niederdruckalarm 32 signalisiert, wird sofort ein
Abtauzeitpunkt 30 ausgegeben.
[0043] Der Schätzer 28 umfasst ferner einen internen Ablauftimer 34, bei dessen Ablauf ein
Abtauzeitpunkt 30 ausgegeben wird. Eine Ablaufzeit des Ablauftimers 34 wird dabei
entsprechend der in Fig. 5 gezeigten Funktion in Abhängigkeit von der Temperatur 12
der Umgebungsluft um einen Anpassungswert 36 korrigiert, welcher die Ablaufzeit des
Ablauftimers 34 um maximal eine Stunde verkürzen oder um zwei Stunden verlängern kann.
[0044] Dem Schätzer 28 werden zudem die Temperatur 12 der Umgebungsluft und die Verdampfungstemperatur
14 des Kühlmittels zugeführt, wobei der Schätzer 28 keine Abtauzeitpunkte 30 ausgibt,
wenn die Temperatur 12 der Umgebungsluft über +15°C oder die Verdampfungstemperatur
14 über 0°C liegt.
[0045] Wird ein Abtauzeitpunkt 30 von dem Schätzer 28 signalisiert, wird der Kältekreislauf
der Wärmepumpe umgekehrt, wodurch an dem Verdampfer Wärme erzeugt wird und das an
dem Verdampfer vorhandene Eis abschmilzt. Anschließend wird der Kältekreislauf wieder
in "normaler" Strömungsrichtung betrieben, und die Bestimmung des nächsten Abtauzeitpunkts
30 beginnt.
[0046] Eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 6 schematisch
dargestellt. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform
im Wesentlichen darin, dass die Temperaturdifferenz Δ in dem Normalisierer 16 der
zweiten Ausführungsform durch die Subtraktion von Korrekturwerten verringert wird.
[0047] Identisch zu der ersten Ausführungsform von Fig. 1 wird auch bei der zweiten Ausführungsform
von Fig. 6 durch den Subtrahierer 10 die Temperaturdifferenz Δ aus der Temperatur
12 der Umgebungsluft und der Verdampfungstemperatur 14 ermittelt. Ebenfalls werden
dem Normalisierer 16 die Verdampferleistung 18, die Drehzahl 20 des Ventilators und
die Überhitzung 22 des Kältemittels im Verdampfer bereitgestellt.
[0048] Anders als bei der ersten Ausführungsform wird bei der zweiten Ausführungsform mittels
einer ersten Logikeinheit 38a zusätzlich ein dritter, von der Verdampferleistung 18
abhängiger Korrekturwert Δ
Korrektur_VL ermittelt. Dazu ist in der Logikeinheit 38a eine Funktion gespeichert, welche in
Fig. 7 dargestellt ist und den Zusammenhang zwischen Verdampferleistung 18 und dem
dritten Korrekturwert Δ
Korrektur_VL zeigt. Der dritte Korrekturwert Δ
Korrektur_VL ist umso größer, je höher die Verdampferleistung 18 ist.
[0049] Sowohl der dritte Korrekturwert Δ
Korrektur_VL als auch die Überhitzung 22 werden von einer zweiten Logikeinheit 38b (Fig. 6) verarbeitet.
Die zweite Logikeinheit 38b ermittelt wie bei der ersten Ausführungsform aus der Überhitzung
22 einen zweiten Korrekturwert Δ
Korrektur_ÜH und addiert diesen zu dem dritten Korrekturwert Δ
Korrektur_VL hinzu. Das Ergebnis der Addition wird als Zwischenergebnis Δ
Zwischen ausgegeben.
[0050] Das Zwischenergebnis Δ
Zwischen und die Drehzahl 20 werden einer dritten Logikeinheit 38c zugeführt, welche wie bei
der ersten Ausführungsform aus der Drehzahl 20 und der Verdampferleistung 18 einen
ersten Korrekturwert Δ
Korrektur_Fan ermittelt und zu Δ
Zwischen hinzuaddiert. Als Ergebnis gibt die dritte Logikeinheit 38c einen Korrekturterm Δ
Korr2 aus, welcher sich nach folgender Formel berechnet:
[0051] Der Korrekturterm Δ
Korr2 wird mittels einer Detektionseinheit 40 von der Temperaturdifferenz Δ subtrahiert,
wobei das Ergebnis der Subtraktion eine Triggerdifferenz Δ
Trigger darstellt:
[0052] Die Detektionseinheit 40 speichert im Betrieb zudem laufend eine minimale Triggerdifferenz
Δ
Trigger_min ab, welche durch eine neue minimale Triggerdifferenz Δ
Trigger_min ersetzt wird, sobald eine neue Triggerdifferenz Δ
Trigger unter der bisherigen minimalen Triggerdifferenz Δ
Trigger_min liegt.
[0053] Die Detektionseinheit 40 gibt ein Abtausignal 42 aus, wenn entweder die Triggerdifferenz
Δ
Trigger einen vorbestimmten absoluten Schwellenwert übersteigt, also beispielsweise wenn
oder wenn die Triggerdifferenz Δ
Trigger die minimale Triggerdifferenz Δ
Trigger_min um einen vorbestimmten Betrag übersteigt. Beispielsweise wird ein Abtausignal 42
ausgegeben, wenn
ist. Das Abtausignal 42 wird einem Schätzer 44 zugeleitet, der ähnlich wie bei der
ersten Ausführungsform anhand der Temperatur 12 der Umgebungsluft und der Verdampfungstemperatur
14 überprüft, ob ein Abtauvorgang durchgeführt werden soll. Dies bedeutet, der Schätzer
44 überprüft, ob die Temperatur 12 der Umgebungsluft über +15°C oder die Verdampfungstemperatur
14 über 0°C liegt. Ist dies der Fall, wird das Abtausignal 42 verworfen. Andernfalls
wird ein Abtauzeitpunkt 30 signalisiert. Zusätzlich überprüft der Schätzer 44 wie
bei der ersten Ausführungsform, ob ein Abtauzeitpunkt 30 wegen eines abgelaufenen
Ablauftimers 34 oder wegen eines Niederdruckalarms 32 signalisiert werden muss.
Bezugszeichenliste
[0054]
- 10
- Subtrahierer
- 12
- Temperatur
- 14
- Verdampfungstemperatur
- 16
- Normalisierer
- 18
- Verdampferleistung
- 20
- Drehzahl
- 22
- Überhitzung
- 24
- Funktionsschar
- 26a, 26b
- Graph
- 28
- Schätzer
- 30
- Abtauzeitpunkt
- 32
- Niederdruckalarm
- 34
- Ablauftimer
- 36
- Anpassungswert
- 38a, 38b, 38c
- Logikeinheit
- 40
- Detektionseinheit
- 42
- Abtausignal
- 44
- Schätzer
- Δ
- Temperaturdifferenz
- ΔKorr
- korrigierte Differenz
- ΔKorr2
- Korrekturterm
- ΔTrigger
- Triggerdifferenz
- ΔKorrektur_Fan
- Erster Korrekturwert
- ΔKorrektur_ÜH
- Zweiter Korrekturwert
- ΔKorrektur_VL
- Dritter Korrekturwert
1. Verfahren zum Bestimmen von Abtauzeitpunkten (30) für eine Kältemaschine, insbesondere
für eine Wärmepumpe, wobei die Kältemaschine einen von Kältemittel durchströmten Kältekreislauf
mit zumindest einem Verdampfer umfasst, welcher in Wärmetauschbeziehung mit Umgebungsluft
steht,
dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Umgebungsluft (12) und die Verdampfungstemperatur (14) des Kältemittels
in dem Verdampfer ermittelt werden und die Abtauzeitpunkte (30) in Abhängigkeit von
einer Temperaturdifferenz (Δ) zwischen der Temperatur der Umgebungsluft (12) und der
Verdampfungstemperatur (14) bestimmt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Drehzahl (20) eines Ventilators, welcher dem Verdampfer Umgebungsluft
zuführt, und von der Verdampferleistung (18) abhängiger erster Korrekturwert (ΔKorrektur_Fan) ermittelt und zu der Temperaturdifferenz (Δ) addiert wird.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Überhitzung (22) des Kältemittels in dem Verdampfer abhängiger zweiter
Korrekturwert (ΔKorrektur_ÜH) ermittelt und zu der Temperaturdifferenz (Δ) addiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Funktion des zweiten Korrekturwerts (ΔKorrektur_ÜH) in einem vorbestimmten Bereich der Überhitzung (22), beispielsweise zwischen 6 K
und 10 K, eine vorbestimmte Steigung aufweist, bevorzugt eine Steigung von 1, und
in übrigen Bereichen konstant verläuft.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Drehzahl (20) eines Ventilators, welcher dem Verdampfer Umgebungsluft
zuführt, und von der Verdampferleistung (18) abhängiger erster Korrekturwert (ΔKorrektur_Fan) ermittelt und von der Temperaturdifferenz (Δ) subtrahiert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Überhitzung (22) des Kältemittels in dem Verdampfer abhängiger zweiter
Korrekturwert (ΔKorrektur_ÜH) ermittelt und von der Temperaturdifferenz (Δ) subtrahiert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Verdampferleistung (18) abhängiger dritter Korrekturwert (ΔKorrektur_VL) ermittelt und von der Temperaturdifferenz (Δ) subtrahiert wird.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Abtauzeitpunkt vorliegt, wenn die Temperaturdifferenz (Δ) oder eine durch zumindest
einen Korrekturwert korrigierte Differenz (ΔKorr, ΔTrigger) einen Schwellenwert übersteigt.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert ein absoluter Temperaturwert oder ein zeitabhängiger Schwellenwert
ist und/oder
der Schwellenwert in Abhängigkeit von einem Minimum der Temperaturdifferenz ermittelt
wird, das bei einem eisfreien Verdampfer erreicht wird.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Abtauzeitpunkt vorliegt, wenn die Temperaturdifferenz (Δ) oder eine durch zumindest
einen Korrekturwert korrigierte Differenz (ΔKorr, ΔTrigger) ein jeweiliges Differenzminimum, welches in einem vorbestimmten Zeitintervall ermittelt
wurde, um einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Abtauzeitpunkte zusätzlich durch einen Ablauftimer bestimmt werden, und insbesondere
der Ablauftimer zurückgesetzt wird, wenn ein Abtauzeitpunkt (30) vorliegt.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Ablaufzeit des Ablauftimers bei Temperaturen der Umgebungsluft (12) in einem
vorbestimmten Bereich um 0°C herum, insbesondere im Bereich von -4°C bis +4°C, bevorzugt
zwischen -20°C und +10°C, verkürzt und bei Temperaturen (12) über einem vorbestimmten
Schwellenwert, beispielsweise von +10°C, verlängert wird.
13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Abtauzeitpunkte (30) zusätzlich durch einen Niederdruckalarm (32) bestimmt werden.
14. Kältemaschine, insbesondere Wärmepumpe, umfassend einen von Kältemittel durchströmten
Kältekreislauf mit zumindest einem Verdampfer, welcher in Wärmetauschbeziehung mit
Umgebungsluft steht, und einer Steuereinheit,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinheit mit einem Temperaturfühler zur Erfassung der Temperatur der Umgebungsluft
(12) und einem Drucksensor zur Erfassung des Drucks des Kältemittels in dem Verdampfer
verbunden ist, wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, die Verdampfungstemperatur
(14) des Kältemittels in dem Verdampfer zu ermitteln und in Abhängigkeit von einer
Differenz (Δ) zwischen der Temperatur der Umgebungsluft (12) und der Verdampfungstemperatur
(14) Abtauzeitpunkte (30) zu bestimmen.
Geänderte Patentansprüche gemäss Regel 137(2) EPÜ.
1. Verfahren zum Bestimmen von Abtauzeitpunkten (30) für eine Kältemaschine, insbesondere
für eine Wärmepumpe, wobei die Kältemaschine einen von Kältemittel durchströmten Kältekreislauf
mit zumindest einem Verdampfer umfasst, welcher in Wärmetauschbeziehung mit Umgebungsluft
steht, wobei die Temperatur der Umgebungsluft (12) und die Verdampfungstemperatur
(14) des Kältemittels in dem Verdampfer ermittelt werden und die Abtauzeitpunkte (30)
in Abhängigkeit von einer Temperaturdifferenz (Δ) zwischen der Temperatur der Umgebungsluft
(12) und der Verdampfungstemperatur (14) bestimmt werden,
dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Drehzahl (20) eines Ventilators, welcher dem Verdampfer Umgebungsluft
zuführt, und von der Verdampferleistung (18) abhängiger erster Korrekturwert (ΔKorrektur_Fan) ermittelt und zu der Temperaturdifferenz (Δ) addiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet , dass ein von der Überhitzung (22) des Kältemittels in dem Verdampfer abhängiger zweiter
Korrekturwert (ΔKorrektur_ÜH) ermittelt und zu der Temperaturdifferenz (Δ) addiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet , dass eine Funktion des zweiten Korrekturwerts (ΔKorrektur_ÜH) in einem vorbestimmten Bereich der Überhitzung (22), beispielsweise zwischen 6 K
und 10 K, eine vorbestimmte Steigung aufweist, bevorzugt eine Steigung von 1, und
in übrigen Bereichen konstant verläuft.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet , dass ein von der Drehzahl (20) eines Ventilators, welcher dem Verdampfer Umgebungsluft
zuführt, und von der Verdampferleistung (18) abhängiger erster Korrekturwert (ΔKorrektur_Fan) ermittelt und von der Temperaturdifferenz (Δ) subtrahiert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Überhitzung (22) des Kältemittels in dem Verdampfer abhängiger zweiter
Korrekturwert (ΔKorrektur_ÜH) ermittelt und von der Temperaturdifferenz (Δ) subtrahiert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet , dass ein von der Verdampferleistung (18) abhängiger dritter Korrekturwert (ΔKorrektur_VL) ermittelt und von der Temperaturdifferenz (Δ) subtrahiert wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Abtauzeitpunkt vorliegt, wenn die Temperaturdifferenz (Δ) oder eine durch zumindest
einen Korrekturwert korrigierte Differenz (ΔKorr, ΔTrigger) einen Schwellenwert übersteigt.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet , dass der Schwellenwert ein absoluter Temperaturwert oder ein zeitabhängiger Schwellenwert
ist und/oder
der Schwellenwert in Abhängigkeit von einem Minimum der Temperaturdifferenz ermittelt
wird, das bei einem eisfreien Verdampfer erreicht wird.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Abtauzeitpunkt vorliegt, wenn die Temperaturdifferenz (Δ) oder eine durch zumindest
einen Korrekturwert korrigierte Differenz (ΔKorr, ΔTrigger) ein jeweiliges Differenzminimum, welches in einem vorbestimmten Zeitintervall ermittelt
wurde, um einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Abtauzeitpunkte zusätzlich durch einen Ablauftimer bestimmt werden, und insbesondere
der Ablauftimer zurückgesetzt wird,
wenn ein Abtauzeitpunkt (30) vorliegt.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet , dass eine Ablaufzeit des Ablauftimers bei Temperaturen der Umgebungsluft (12) in einem
vorbestimmten Bereich um 0°C herum, insbesondere im Bereich von -4°C bis +4°C, bevorzugt
zwischen -20°C und + 10°C, verkürzt und bei Temperaturen (12) über einem vorbestimmten
Schwellenwert, beispielsweise von + 10°C, verlängert wird.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Abtauzeitpunkte (30) zusätzlich durch einen Niederdruckalarm (32) bestimmt werden.
13. Kältemaschine, insbesondere Wärmepumpe, umfassend einen von Kältemittel durchströmten
Kältekreislauf mit zumindest einem Verdampfer, welcher in Wärmetauschbeziehung mit
Umgebungsluft steht, und einer Steuereinheit, wobei die Steuereinheit mit einem Temperaturfühler
zur Erfassung der Temperatur der Umgebungsluft (12) und einem Drucksensor zur Erfassung
des Drucks des Kältemittels in dem Verdampfer verbunden ist, wobei die Steuereinheit
dazu ausgebildet ist, die Verdampfungstemperatur (14) des Kältemittels in dem Verdampfer
zu ermitteln und in Abhängigkeit von einer Differenz (Δ) zwischen der Temperatur der
Umgebungsluft (12) und der Verdampfungstemperatur (14) Abtauzeitpunkte (30) zu bestimmen,
dadurch gekennzeichnet , dass die Steuereinheit ausgebildet ist, einen von der Drehzahl (20) eines Ventilators,
welcher dem Verdampfer Umgebungsluft zuführt, und
von der Verdampferleistung (18) abhängigen ersten Korrekturwert (ΔKorrektur_Fan) zu ermitteln und zu der Temperaturdifferenz (Δ) zu addieren.