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Dokumentenidentifikation DE4340871C1 27.04.1995
Titel Verfahren zum Feststellen des Vereisungsgrades eines Kältemittelverdampfers für Kälteanlagen
Anmelder Ludwig, Matthias, Dipl.-Phys., 70619 Stuttgart, DE
Erfinder Ludwig, Matthias, Dipl.-Phys., 70619 Stuttgart, DE
DE-Anmeldedatum 01.12.1993
DE-Aktenzeichen 4340871
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 27.04.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.04.1995
IPC-Hauptklasse F25D 21/02
IPC-Nebenklasse G01M 7/02   F25B 39/02   
Zusammenfassung Die Bestimmung des Vereisungszustandes von Verdampfern, die sich in Kühlgeräten, Wärmepumpen usw. befinden, bereitet Schwierigkeiten. Das neue Verfahren soll ohne die Verwendung von thermodynamischen Meßgrößen zuverlässig den aktuellen Vereisungsgrad eines Verdampfers feststellen können.
Ein Verdampfer wird mit einer impulsförmigen Anregung zu Eigenschwingungen angeregt. Mit einem Beschleunigungsmesser, der auf dem Verdampfer angebracht ist, wird die Schwingung aufgenommen. Das Signal wird digitalisiert und von einem Rechner mit Hilfe einer schnellen Fouriertransformation in ein diskretes Frequenzspektrum überführt. Aus dem Vergleich mit zuvor aufgenommenen Referenzspektren wird der Vereisungsgrad des Verdampfers bestimmt.
Das Verfahren eignet sich für die Vereisungsgradbestimmung von Verdampfern, um den Zeitpunkt einer Abtauung festzustellen und um den Stand einer laufenden Abtauung zu kontrollieren.

Beschreibung[de]

Es ist bekannt, daß die Bestimmung des Vereisungszustandes von Verdampfern, die sich in Kühlgeräten, Wärmepumpen usw. befinden, Schwierigkeiten bereitet. Liegt die Verdampfertemperatur unterhalb der Schmelztemperatur von Wasser, kondensiert und gefriert der Wasseranteil der Luft auf der Verdampferoberfläche. Es ist deshalb erforderlich, diese Vereisung zu überwachen und nötigenfalls Abtaumaßnahmen einzuleiten. Bislang steuern Entfrost-Steuergeräte die Entfrostanfangszeiten über einen festen Zeitparameter oder als Funktion der relativen Luftfeuchtigkeit, Temperaturdifferenzen oder Druckdifferenzen der Luft vor und hinter dem Verdampfer. Alle diese Systeme haben den Nachteil, den wahren Vereisungsgrad nicht zuverlässig feststellen zu können.

Dies trifft auch für das aus der DE 31 16 361 A1 bekannte Eisdetektionsverfahren zu, bei dem eine Membran durch die Eigenschwingungen eines schwingenden Kältemittelverdampfers zu Schwingungen angeregt wird und die bei einer Vereisung auftretende Verkleinerung der Schwingungsamplitude letztlich zur Auslösung des Abtauvorgangs führt. Auch das in der DE 26 32 632 A1 beschriebene Verfahren, bei dem die Resonanzfrequenz eines schwingungsfähigen Elementes erfaßt und ausgewertet wird, oder das in der DE 26 29 595 A1 angegebene Verfahren, bei dem die Verdampfertemperatur digitalisiert und mit einer digital abgespeicherten Temperaturkurve verglichen wird, kann für einen Abtauvorgang nur bedingt herangezogen werden. Keines dieser bekannten Verfahren ist dazu in der Lage, einen Abtauvorgang mit der erforderlichen Genauigkeit auszulösen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den aktuellen Vereisungsgrad eines Kältemittelverdampfers für Kälteanlagen zuverlässig feststellen zu können.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 aufgezeigte Merkmalskombination gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 7 angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden näher beschrieben.

Das zugrundeliegende Meßprinzip nützt dabei aus, daß die mechanischen Resonanzschwingungen des Verdampfers sich aufgrund der Massenbelegung durch die Vereisung in charakteristischer Weise verändern. Der "Klang" des Verdampfers nach einem Impulsstoß wird bei zunehmender Vereisung tiefer und gedämpfter.

Bei diesem Ausführungsbeispiel steuert ein Rechner das Magnetventil des Verdampfers. Die dabei entstehenden mechanischen Schwingungen des Verdampfers werden mit einem Beschleunigungsmesser aufgenommen und über einen Analog-Digitalwander als diskrete Zeitreihe in den Rechner eingelesen. Der Rechner berechnet daraus mit einer schnellen Fouriertransformation das diskrete Spektrum und daraus die charakteristischen Eigenschwingungswerte: Die Lagen und Breiten der Spektrumsmaxima. In einer Testphase werden diese Werte für verschiedene Vereisungsgrade aufgenommen und als Referenzwerte gespeichert. In der Betriebsphase wird bei jedem Schalten des Magnetventils die Analyse des Schwingungsspektrums durchgeführt und mit den Referenzwerten verglichen. Ergibt der Vergleich die Überschreitung einer kritischen Vereisungsdicke, wird ein Abtauvorgang eingeleitet.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Feststellen des Vereisungsgrades eines Kältemittelverdampfers für Kälteanlagen,
    1. - bei dem der Verdampfer zu mechanischen Schwingungen angeregt und das mechanische Schwingungsverhalten des Verdampfers gemessen wird,
    2. - und bei dem der Abtauvorgang des vereisten Verdampfers durch Vergleich mit einem abgespeicherten Referenzwert ausgelöst wird, dadurch gekennzeichnet,
    3. - daß ein ganzes Schwingungsspektrum diskreter Eigenfrequenzen des schwingenden Verdampfers registriert
    4. - und der Abtauvorgang nur dann ausgelöst wird, wenn die Lagen und Breiten der Eigenfrequenzen dieses Schwingungsspektrums innerhalb vorgegebener Grenzen mit vorgegebenen Referenzwerten übereinstimmen.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Schwingungsverhalten des Verdampfers mit Hilfe von an dem Verdampfer angebrachten Beschleunigungssensoren oder Dehnungsmeßstreifen gemessen wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal der Beschleunigungssensoren oder Dehnungsmeßstreifen analog registriert und mit Hilfe eines Analog/ Digital-Wandlers in eine diskrete Zeitreihe überführt wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die diskrete Zeitreihe in einem Rechner mit Hilfe einer Fast- Fourier-Transformation in ein diskretes Frequenzspektrum der mechanischen Eigenschwingungen des Verdampfers überführt wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer durch das Schalten des dem Verdampfer zugeordneten Magnetventils zu den mechanischen Eigenschwingungen angeregt wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Vergleich mit den Referenzwerten der aktuelle Stand einer laufenden Abtauung ermittelt wird.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwingungsverhalten des Verdampfers mit einem Mikrofon gemessen wird, das den von dem Verdampfer ausgesandten und über die Luft übertragenen Schall registriert.






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