[0001] Die Erfindung betrifft einen Signalgeber zur Steuerung des Abtauvorganges an der
Luftseite des Verdampfers einer Wärmepumpe oder dergleichen. Zum Beispiel bei Wärmepumpen
mit einem Luftwärme aufnehmenden Verdampfer kann es je nach Luftfeuchtigkeitsgehalt
und Lufttemperatur zu einer Vereisung des Verdampfers an der Luftseite kommen. Die
auf den Verdampferlamellen sich niederschlagende Reifschicht verschlechtert den Wärmeübergang
von der Luft an das abgekühlt zufließende und im Verdampfer wieder zu erwärmende Wärmeträgermedium,
wodurch die Oberflächentemperatur des Verdampfers absinkt und die Luftspalte zwischen
den Verdampferlamellen auch durch die dicker werdende Reifschicht zuwachsen können,
und muß daher abgetaut werden, beispielsweise durch vorübergehende Unterbrechung eines
weiteren Wärmeentzugs aus dem Verdampfer durch das Wärmeträgermedium. Hierzu hat man
bislang die Oberflächentemperatur des Verdampfers oder die Außenlufttemperatur kontrolliert,
um mit einer automatischen zeitabhängigen Intervallabtausteuerungseinrichtung den
Abtauvorgang einzuleiten, sobald der gemessene Temperaturwert einen in der Abtausteuerungseinrichtung
eingestellten und vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet. Die Einleitung des Abtauvorganges
in Abhängigkeit davon, welche Oberflächentemperatur oder Außenlufttemperatur der Verdampfer
hat und ob ein eingestellter Temperaturschwellenwert, bei dem eine Vereisung vorkommen
könnte, unterschritten wird, ist jedoch nicht genügend befriedigend und zuverlässig.
Wenn in dem Verdampfer luftseitig der Taupunkt und ein dazu angepaßter Temperaturschwellenwert
unterschritten wird muß nicht sogleich schon eine Reifschicht entstehen, sondern kann
zunächst nur eine Kondenswasserschicht entstehen, die von selbst abfließt und keinen
Abtauvorgang erfordert, durch den der Wärmepumpenbetrieb unnötig unterbrochen würde.
Bei zu niedrig eingestelltem Temperaturschwellenwert kann vor dessen Unterschreiten
bereits die Bildung einer gegebenenfalls schon den Wärmeübergang erheblich verschlechternden
Reifschicht eingetreten sein und kann der notwendige Abtauvorgang zu spät einsetzen.
Außerdem wird die Abtauzeit fest vorgegeben.
[0002] Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine Lösung zu finden, mit der
der Abtauvorgang zuverlässig bei Auftreten einer Vereisungsgefahr und Entstehen einer
Reifschicht eingeleitet werden kann und bei erfolgtem Abtauen der Reifschicht beendet
wird. Diese Aufgabe löst die Erfindung durch die Anwendung eines den Verdampfer überwachenden
und auf die automatische Abtausteuerungseinrichtung einwirkenden Signalgebers, der
eine an dem Verdampfer befestigbare Konsole aus wärmeleitendem Material und einen
an der Konsole angebrachten Sensorblock aufweist, in dem ein wärmeleitend die Konsole
berührender Temperatursensor und ein auf eine Reifbildungsstelle des Verdampfers oder
der Konsole ausgerichteter optischer Reflexsensor angeordnet sind, die beide durch
Signalleitungen mit einem Signalempfänger verbindbar sind. Mit diesem Signalgeber
wird durch eine UND-Verknüpfung der von beiden Sensoren erzeugten Signale in dem entsprechend
ausgebildeten, verstärkenden, vorzugsweise für beide Sensoren gemeinsamen Signalempfänger
der Abtausteuerungseinrichtung der Abtauvorgang eingeleitet, wenn nicht nur der vom
Temperatursensor gemessene Temperaturwert an der Verdampferoberfläche einen beispielsweise
zwischen O und minus 10 Grad Celsius eingestellten Temperaturschwellenwert unterschreitet
und der Temperatursensor ein Signal erzeugt, sondern außerdem auch noch vom Reflexsensor
durch überschreiten eines eingestellten Lichtreflexionsschwellenwertes eine tatsächlich
eingetretene Reifschicht festgestellt und so ein weiteres Signal erzeugt wird. Sobald
in der Abtauphase das Temperatursignal des Temperatursensors und das Reflexsignal
des Reflexsensors aufgehoben sind, das heißt die Reifschicht abgetaut ist und die
Verdampferoberflächentemperatur so weit angestiegen ist, daß kein Eis oder Reif mehr
vorhanden sein kann, wird der Abtauvorgang von der Abtausteuerungseinrichtung beendet.
[0003] Der erfindungsgemäße Signalgeber und seine wirkungsweise sowie vorteilhafte Ausgestaltungsformen
werden nachstehend anhand der Zeichnung von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.
In der Zeichnung zeigt
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des Signalgebers in perspektivischer Darstellung,
Figur 2 den in einen Verdampfer eingesetzten Signalgeber der Figur 1 in der Ansicht
von oben,
Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel in perspektivischer Darstellung,
Figur 4 den in einen Verdampfer eingesetzten Signalgeber der Figur 3 in der Ansicht
von unten.
[0004] Der Signalgeber der Figuren 1 und 2 enthält eine am Verdampfer befestigbare Konsole
1 aus wärmeleitendem Material, zum Beispiel Kupfer, und einen an der Konsole angebrachten
Sensorblock 2 vorzugsweise aus Kunststoff. Der Sensorblock 2 enthält eingebettet einen
Temperatursensor 3, der wärmeleitend die Konsole berührt, und einen optischen Reflexsensor
4, der Licht aussendet und auf die Lichtreflexion durch eine entstehende Reifschicht
anspricht. Die Signalleitungen 5 beider Sensoren sind feuchtigkeitsdicht aus dem Sensorblock
2 herausgeführt und mit einem Signalempfänger verbindbar. Die Konsole 1 ist als Platte
ausgebildet, die in eine Lücke 6 zwischen zwei Verdampferlamellen 7 einführbar ist.
Der Sensorblock 2 ist an einer Plattenabwinkelung 8 befestigt, so daß der Reflexsensor
4, mit seiner optischen Achse in einen Luftspalt 6 zwischen zwei Verdampferlamellen
ausgerichtet ist. Die zu den Verdampferlamellen 7 im wesentlichen parallele optische
Achse des Reflexsensors verläuft zweckmäßigerweise nahe an der Oberfläche einer Verdampferlamelle,
damit der Reflexsensor rechtzeitig eine entstehende Reifschicht feststellen kann.
Zur einfachen Befestigung des Signalgebers an dem Verdampfer hat die Platte 1 eine
Trapezform, so daß sie mit ihren beiden Plattenrändern 9 zwischen zwei Verdampferröhren
10 klemmend eingesteckt werden kann. Wenigstens längs eines Plattenrandes 9 besitzt
die Platte 1 Abbrechperforationen 11 in einer oder mehreren Reihen, so daß sich die
Plattenbreite zwischen den keilförmig zueinander verlaufenden Plattenrändern 9 durch
Abbrechen von Randstreifen an größere Unterschiede des Abstandes zwischen den Verdampferröhren
10 anpassen läßt. Der Temperatursensor 3 mißt über die Platte 1 sowohl die Temperatur
der den Verdampfer durchströmenden Luft als auch die Oberflächentemperatur des Verdampfers.
Die Berührungsstellen zwischen den Plattenrändern 9 und den Verdampferröhren 10 sind,
solange keine Reif- oder Eisbildung vorhanden ist, nicht sehr groß, sobald jedoch
bei einer Taupunktunterschreitung ein Feuchtigkeitsniederschlag oder bei noch tieferer
Verdampfertemperatur eine Reifbildung auftritt, entsteht über die wärmeleitende Feuchtigkeit
beziehungsweise den Reif eine weitere Wärmeflußmöglichkeit und verbessert sich mit
zunehmender Vereisung die Verbindung und damit die Wärmeleitung zwischen der Platte
1 und dem Verdampfer. Sinkt die vom Temperatursensor über die Platte 1 festgestellte
Oberflächentemperatur des Verdampfers unter einen eingestellten Temperaturschwellenwert
ab, bei dem eine Vereisungsgefahr beginnen kann, entsteht in der Abtausteuerungseinrichtung
durch den Temperatursensor ein erstes Signal. Erst wenn der Reflexsensor auf eine
entstehende,reflektierende Reifschicht anspricht und ein zweites Signal erzeugt, wird
der Abtauvorgang eingeleitet. Hierbei kann vorzugsweise eine Schaltverzögerung der
Abtausteuerungseinrichtung vorgesehen sein, damit eine kurzfristige Unterschreitung
des Temperaturschwellenwertes und überschreitung des Lichtreflexionsschwellenwertes
noch nicht zu einer Einleitung des Abtauvorganges führen. Gleichartig kann auch für
die Beendigung des Abtauvorganges nach Aufhebung des Temperatur- und des Reflexionssignals
eine Schalt
- verzögerung vorgesehen werden. Die Überwachung einer Reifschichtbildung mittels des
Reflexsensors kann auch im Impulsbetrieb stattfinden, falls ein Dauerbetrieb der Lichtsendediode
des Reflexsensors nicht gewünscht wird.
[0005] In analoger Weise funktioniert der in den Figuren 3 und 4 dargestellte Signalgeber.
Hier jedoch enthält die plattenförmige Konsole 1 eine Hilfsreflexfläche 12, auf der
sich bei einer Vereisung des Verdampfers ebenfalls eine Reifschicht bildet, und ist
der Reflexsensor 4 mit seiner optischen Achse auf diese Hilfsreflexfläche 12 ausgerichtet.
Die Hilfsreflexfläche 12 ist auf ihrer dem Reflexsensor 4 zugekehrten Oberfläche mattschwarz
ausgebildet, damit keine Lichtreflexion und somit auch kein Ausgangssignal des Reflexsensors
auftritt, wenn noch keine weiße, stark reflektierende Reifbildung eingetreten ist
oder wenn erst auf dem mattschwarzen Untergrund ein durchsichtiger flüssiger Kondensniederschlag
vorliegt, der von selbst von der Hilfsreflexfläche 12 abfließt und keine Abtaueinleitung
erfordert. Um das Abtropfen von Wasser von der vertikal verlaufenden Hilfsreflexfläche
12 zu fördern, hat die Hilfsreflexfläche 12 an ihrer Unterkante eine abwärts gerichtete
Wasserablaufspitze 13. Eine zusätzlich vorgesehene, horizontal gerichtete weitere
Wasserablaufspitze verbessert das Abtropfen, wenn der Signalgeber in einer um 90 Grad
verdrehten Position angewendet wird. Ferner besitzt die Hilfsreflexfläche 12 einen
zum Sensorblock 2 hin gewölbt ausgebildeten Reflexpunkt 14, um den herum das Wasser
zur Wasserablaufspitze 13 fließt, so daß der Reflexpunkt 14 weitgehend ohne Wasserfilm
bleibt und möglichst wenig Licht reflektiert.
[0006] Mit der dargestellten und beschriebenen Ausbildung der Konsole als Platte kann der
Signalgeber durch Einführen der Platte zwischen Verdampferlamellen und Einklemmen
zwischen Verdampferröhren zum Beispiel an der Ansaugseite des Verdampfers bequem an
denjenigen Stellen angeordnet werden, an denen je nach Art und Durchströmung des Verdampfers
erfahrungsgemäß am ehesten eine den Kältekreislauf störende Vereisung beziehungsweise
Reifbildung eintritt.
[0007] Die Art der Vereisung von Verdampfern wird stark von dem jeweiligen Zustand der Außenluft
beeinflußt. Die Eisschicht am Verdampfer ist in einem Farbbereich von transparent
(Eis zum Teil mit Wasser) bis weiß anzutreffen. Diesen Bereich muß der Reflexsensor
erkennen. Ferner soll der Reflexsensor nicht nur den Reflexionsgrad, sondern auch
den Reflexionsabstand auswerten, um die Eisschichtstärken zu erfassen. Aus diesen
Bedingungen heraus ist zu erkennen, daß der Reflexsensor ohne eine zusätzliche Information
nicht immer das richtige Signal liefern kann. Mit Hilfe des Temperatursensors wird
das Signal des Reflexsensors dem Zustand des Verdampfers eindeutig zugeordnet. So
zum Beispiel bedeutet das Signal des Reflexsensors bei niedrigen Temperaturen das
Vorhandensein einer Vereisung und bei positiven Temperaturen ein Vorhandensein von
Wasser. Solange beim Abtauvorgang noch Eis vorhanden ist, beträgt die Temperatur höchstens
0
0 C. Erst wenn der Temperatursensor positive Temperaturen erreicht, ist das Eis geschmolzen
und kann dann der Abtauvorgang zur richtigen Zeit beendet werden. Die UND-Verknüpfung
beider Signale ist ein wichtiges Merkmal des Signalgebers beziehungsweise Abtausensors.
Mit dem Reflexsensor wird auch die Stärke der Eisschicht bestimmt. Vorteilhafterweise
arbeitet der Reflexsensor im Infrarotbereich und wird er getaktet und wird vor dem
in den Figuren 1 und 3 mit der Ziffer 4 bezeichneten Reflexsensor ein geeignetes Lichtfilter
angeordnet, welches den Reflexsensor gegen Störlicht wie zum Beispiel Tageslicht oder
Leuchtstofflampen, abschirmt und dadurch Fehlbeeinflussungen des Reflexsensors durch
Störlicht ausschaltet.
1. Signalgeber zur Steuerung des Abtauvorganges an der Luftseite des Verdampfers einer
Wärmepumpe oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber eine an dem
Verdampfer befestigbare Konsole (1) aus wärmeleitendem Material und einen an der Konsole
angebrachten Sensorblock (2) aufweist, in dem ein wärmeleitend die Konsole berührender
Temperatursensor (3) und ein auf eine Reifbildungsstelle des Verdampfers oder der
Konsole ausgerichteter optischer Reflexsensor (4) angeordnet sind, die beide durch
Signalleitungen (5) mit einem Signalempfänger verbindbar sind.
2. Signalgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konsole aus einer
Platte (1) besteht, die zwischen zwei Verdampferlamellen einführbar und mit gegenüberliegenden
Plattenrändern (9) zwischen zwei Verdampferröhren einklemmbar ist, und daß der Reflexsensor
(4) des Sensorblocks (2) mit seiner optischen Achse in den Luftspalt zwischen zwei
Verdampferlamellen im wesentlichen parallel zu diesen verlaufend ausgerichtet ist.
3. Signalgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konsole aus einer
Platte (1) besteht, die zwischen zwei Verdampferlamellen einführbar ist und mit gegenüberliegenden
Plattenrändern (9) zwischen zwei Verdampferröhren einklemmbar ist, daß die Platte
eine vertikal verlaufende, mattschwarze Hilfsreflexfläche (12) aufweist, die vorzugsweise
mit einem zum Sensorblock (2) hin gewölbt ausgebildeten Reflexpunkt (14) versehen
ist und vorzugsweise eine an ihrer Unterkante abwärts gerichtete Wasserablaufspitze
(13)enthält, und daß der Reflexsensor (4) des Sensorblocks (2) mit seiner optischen
Achse auf die Hilfsreflexfläche (12) ausgerichtet ist.
4. Signalgeber nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Verdampferröhren
berührenden Plattenränder (9) keilförmig zueinander verlaufen und die Platte (1) längs
wenigstens eines Plattenrandes Abbrechperforationen (11) aufweist.
