PL204794B1 - Szafka chłodziarki izolowana próżniowo oraz sposób oceny przewodności cieplnej przestrzeni izolacyjnej szafki chłodziarki izolowanej próżniowo - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest szafka chłodziarki izolowana próżniowo oraz sposób oceny przewodności cieplnej przestrzeni izolacyjnej szafki chłodziarki izolowanej próżniowo, zwłaszcza szafka chłodziarki izolowana próżnią, zawierająca układ odpowietrzający, w celu odpowietrzania przestrzeni izolacyjnej szafki, kiedy ciśnienie wewnątrz takiej przestrzeni jest większe od ustalonej wartości.

Pod określeniem „chłodziarka” rozumiemy każdy rodzaj urządzenia domowego, w którym temperatura wewnętrzna jest niższa niż temperatura pokojowa, tj. lodówki domowe, zamrażarki szafkowe, zamrażarki szufladowe lub podobne. Szafka izolowana próżnią (VIC) do chłodzenia może zostać wykonana przez skonstruowanie szafki chłodziarki, która ma szczelną hermetycznie przestrzeń izolacyjną i wypełnienie tej przestrzeni materiałem porowatym, w celu podtrzymywania ścian wbrew działaniu ciśnienia atmosferycznego, po odpowietrzeniu przestrzeni izolacyjnej. Może być wymagany układ pompy do okresowego odpowietrzenia przestrzeni izolacyjnej w wyniku przenikania do niej powietrza i pary wodnej. Z europejskiego zgłoszenia patentowego EP-A-587546 znana jest konstrukcja chłodziarki z pompą próżniową pracującą niemal ciągle, która nadmiernie zwiększa ogólne zużycie energii przez chłodziarkę. Pod względem zużycia energii korzystne jest odpowietrzanie tylko wówczas, gdy jest rzeczywiście potrzebne. Zatem istnieje w danej dziedzinie potrzeba opracowania prostego i taniego układu pomiaru izolacji, który mógłby sterować pracą pompy próżniowej w szafce chłodziarki lub podobnego układu odpowietrzającego tylko wtedy, kiedy jest to rzeczywiście potrzebne.

Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie szafki chłodziarki izolowanej próżniowo, mającej układ pomiaru izolacji.

Szafka chłodziarki izolowana próżniowo, zawierająca układ odpowietrzania do odpowietrzania przestrzeni izolacyjnej szafki, kiedy ciśnienie wewnątrz takiej przestrzeni jest wyższe od ustalonej wartości, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera środki pomiarowe, obejmujące czujnik temperatury i grzejnik, umieszczone w części układu odpowietrzania i układ sterujący do uaktywniania grzejnika według ustalonego cyklu grzania i do odbierania sygnału z czujnika temperatury, przy czym taki układ sterujący przesyła do układu odpowietrzania sygnał o wielkości zależnej od poziomu izolacji wewnątrz przestrzeni izolacyjnej.

Korzystnie, czujnik temperatury i grzejnik są umieszczone wewnątrz przestrzeni izolacyjnej.

Korzystnie, grzejnik stanowi także czujnik temperatury stosowany zarówno do ogrzewania jak i do pomiaru temperatury.

Korzystnie, czujnik temperatury i grzejnik są umieszczone centralnie w przestrzeni izolacyjnej.

Korzystnie, cykl grzania grzejnika obejmuje serię impulsów cieplnych.

Sposób oceny przewodności cieplnej przestrzeni izolacyjnej szafki chłodziarki izolowanej próżniowo, według wynalazku charakteryzuje się tym, że dostarcza się określoną ilość ciepła wewnątrz przestrzeni izolacyjnej i mierzy się temperaturę w pobliżu strefy, w której dostarczono ciepło, w celu uzyskania wskazania, jak temperatura maleje w takiej strefie, przy czym im szybciej temperatura maleje, tym większa jest przewodność cieplna przestrzeni izolacyjnej.

Korzystnie, dostarcza się ciepło wewnątrz przestrzeni izolacyjnej w postaci serii impulsów.

Według wynalazku, układ pomiarowy jest układem, który mierzy wartość izolacji VIC. Przyjęto pomiar nierównowagowy, który wymaga tylko jednego czujnika temperatury. Czujnik ten jest zanurzony w odpowietrzonym materiale izolacyjnym, korzystnie w jego centrum w odniesieniu do grubości przestrzeni izolacyjnej. W pozycji centralnej wewnątrz przestrzeni izolacyjnej zakłócenia od chwilowych wahań temperatury powierzchni zewnętrznej są minimalne. Jednakże czujnik może zostać umieszczony w dowolnym miejscu próżni, przy uwzględnieniu prawdopodobnych komplikacji, wywoływanych przez zmiany temperatury powierzchni zewnętrznej. Można również umieścić czujnik w zewnętrznej części odpowietrzonej izolacji, to jest połączony przewodem z główną komorą izolacji próżniowej, głównie w celu ułatwienia montażu czujnika. W bezpośrednim sąsiedztwie czujnika jest źródło ciepła, które może być impulsowe. Impuls cieplny ma regulowaną precyzyjnie, niewielką ilość energii cieplnej. Czujniki izolacji i temperatury, w bezpośrednim sąsiedztwie impulsu cieplnego, wykazują chwilowy wzrost temperatury. Efektywna przewodność cieplna, pojemność cieplna i gęstość ośrodka, przez który przechodzi impuls cieplny, określają wzrost i spadek temperatury. Pojemność cieplna i gę stość nie powinna się zmieniać w czasie eksploatacji chł odziarki, ale przewodność cieplna roś nie w miarę pogarszania się poziomu próżni w izolacji. Analiza zaniku daje miarę przewodności cieplnej i umożliwia zastosowanie odpowiedniego kryterium dla pompowania. W wyniku tego, że urządzenie to jest usytuowane w centrum izolacji, problemy związane ze zmianami temperatury zewnętrznej są

PL 204 794 B1 znacznie zmniejszone. W każdym razie, można umieścić urządzenie przy ściance zewnętrznej przestrzeni izolacyjnej i osłonić je materiałem izolacyjnym. Po skalibrowaniu, urządzenie może po prostu rejestrować jedną temperaturę po upływie określonego czasu od wygenerowania impulsu temperatury, w celu użycia jej jako kryterium dla pompowania.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie przekrój ścianki szafki izolowanej próżniowo według wynalazku, zaś fig. 2 przedstawia schematycznie wykres zależności między temperaturą zmierzoną w sąsiedztwie źródła ciepła a czasem, dla dwóch różnych wartości przewodności cieplnej.

Szafka chłodziarki zawiera izolowaną, podwójną ściankę 10, złożoną z dwóch, stosunkowo nieprzepuszczalnych dla gazu ścianek stanowiących wykładzinę 10a i obudowę 10b, wypełnioną odpowietrzonym, porowatym materiałem izolacyjnym 12, stanowiące razem przestrzeń izolacyjną. Zarówno wykładzina 10a jak i obudowa 10b mogą być wykonane z materiału polimerowego. Materiał izolacyjny 12 może być nieorganicznym proszkiem, takim jak krzem lub aluminium, włóknami nieorganicznymi lub organicznymi, przedmiotem wtryskowo spienionym o strukturze komórek otwartych lub półotwartych, na przykład pianką poliuretanową, lub pianką polistyrenową z otwartymi komórkami, który jest wytłaczany w postaci płyty i jest montowany w szafce. Materiał izolacyjny 12 jest połączony ze znanym układem odpowietrzania (nie pokazany), który może być elementem absorpcyjnym (lub wieloma elementami absorpcyjnymi) lub mechaniczną pompą próżniową lub ich kombinacją.

Według wynalazku, wewnątrz materiału izolacyjnego 12 w podwójnej ściance 10 jest zanurzony czujnik temperatury 14, połączona z urządzeniem sterującym 16. W pobliżu czujnika temperatury 14, w bliskiej odległości od niej, zanurzony jest grzejnik elektryczny 18, również połączony z urządzeniem sterującym 16. Urządzenie sterujące 16 jest połączone z układem (nie pokazany) do odpowietrzania materiału izolacyjnego 12.

Według drugiego przykładu wykonania wynalazku, możliwe jest użycie ogrzewanego drutu jako źródła ciepła, a następnie mierzenie spadku temperatury drutu przez użycie tego samego drutu jako termometru rezystancyjnego.

W celu oszacowania parametrów materiału izolacyjnego, urządzenie sterujące 16 włącza grzejnik elektryczny 18 na krótki czas, zwykle na 1 - 10 sekund, przy czym przerwa między włączeniami korzystnie wynosi od 1 do 30 dni. Jednocześnie czujnik temperaturowy 14 mierzy gwałtowny wzrost temperatury wokół grzejnika 18, a następnie spadek temperatury, kiedy grzejnik 18 zostanie wyłączony. Grzejnik 10 jest włączany i wyłączany zgodnie z ustalonym schematem, przy czym odstęp czasu między impulsami może zmieniać się w szerokich granicach zależnie od materiału izolacyjnego 12, jego szerokości, materiału wykładziny 10a i obudowy 10b i ich grubości. Na spadek temperatury (fig. 2) ma silny wpływ ciśnienie wewnątrz izolacji VIC, a zatem również rzeczywista przewodność cieplna materiału izolacyjnego 12. W lewej części fig. 2 pokazano przykład spadku temperatury, kiedy przewodność cieplna λ jest mała (niskie ciśnienie), podczas gdy prawa część fig. 2 pokazuje przykład spadku temperatury, kiedy przewodność cieplna λ wzrosła w wyniku zwiększenia ciśnienia wewnątrz materiału izolacyjnego 12, na przykład po kilku dniach od ostatniego zadziałania pompy próżniowej. Jeśli po określonym czasie K temperatura jest niższa niż wartość progowa T, wówczas urządzenie sterujące 16 musi włączyć pompę próżniową, w celu odtworzenia właściwego działania chłodziarki. Oczywiście urządzenie sterujące 16 może również oceniać, kiedy dla danej temperatury, czas osiągnięcia takiej temperatury jest krótszy od wartości progowej. Z powyższego opisu jest oczywiste, że nie jest konieczny pomiar, jak mierzona przez czujnik temperatury 14, temperatura zmienia się z czasem, ponieważ wystarczy zarejestrowanie tylko jednej temperatury po upływie określonego czasu od impulsu termicznego.

Ogólne równanie zachowania energii dla dyfuzji ciepła w stałym ośrodku, w przypadku układu czujnika według niniejszego wynalazku, może zostać przybliżone równaniem jednowymiarowym ze względu na geometrię, charakterystyczną dla ścian domowej chłodziarki, gdzie jeden z wymiarów (grubość) jest zwykle dużo mniejszy niż pozostałe dwa (wysokość i szerokość). Również, chociaż przewodność cieplna k zmienia się z czasem, nie jest ona funkcją pozycji (jest przestrzennie niezmienna), co redukuje równanie na dyfuzję ciepła do:

. d²T ,, dT k x-+ q = ρ x c x — dx² dt

PL 204 794 B1 gdzie T oznacza temperaturę, t - czas, x - odległość mierzoną wzdłuż grubości ścian próżniowych, k - przewodność cieplna, q - energię generowaną wewnątrz ścian, ρ - gęstość, zaś c - ciepło właściwe izolacji próżniowej.

Równanie (1) może mieć kilka różnych rozwiązań, zależnie od warunków granicznych i początkowych, przypisanych zmiennej zależnej T, wyrażeniu na q itd.

Ogólnie, formy tych rozwiązań mogą być bardzo złożone i w pewnych przypadkach musimy opierać się na technikach numerycznych, w celu znalezienia rozwiązania dla zmian temperatury w funkcji czasu. Z symulacji komputerowej ewolucji temperatury w funkcji czasu wynika, ż e im wię ksza jest przewodność cieplna „k”, tym bardziej stromy jest spadek temperatury.

Dzięki temu, że jest usytuowany korzystnie w środku izolowanej ścianki chłodziarki i ze względu na pojemność cieplną izolacji próżniowej, przejściowe, krótkotrwałe zmiany warunków otoczenia są niwelowane i nie wpływają na zależność temperatury w funkcji czasu, mierzoną przez czujnik temperatury.

Dzięki temu, urządzenie pomiarowe jest w praktyce nieczułe na otwieranie drzwi czy też zmiany wewnętrznej temperatury w wyniku cyklicznej pracy sprężarki.

Zarówno zmiany zewnętrznej temperatury (zmiany otoczenia) jak i wewnętrznej temperatury (różne nastawy termostatu) mogą wywołać małe zmiany odczytu czujnika po upływie określonego czasu po włączeniu impulsowego grzejnika 18. Zatem korzystne jest śledzenie temperatur wewnętrznej i zewnętrznej i wprowadzanie tej informacji do układu logicznego w celu sterowania włączaniem i wyłączaniem pompy próż niowej, wraz z odczytami wbudowanej sondy.

Wobec powyższego, korzystne jest stosowanie termistorów do pomiaru temperatury z dokładnością lepszą niż 0,2°C. Ponadto zalecane jest również śledzenie temperatur otoczenia i wewnętrznej i informacja ta jest stosowana do „kalibrowania” temperatury zmierzonej według niniejszego wynalazku.

Claims (7)

1. Szafka chłodziarki izolowana próżniowo, zawierająca układ odpowietrzania do odpowietrzania przestrzeni izolacyjnej szafki, kiedy ciśnienie wewnątrz takiej przestrzeni jest wyższe od ustalonej wartości, znamienna tym, że zawiera środki pomiarowe, obejmujące czujnik temperatury (14) i grzejnik (18), umieszczone w części układu odpowietrzania (10, 12) i układ sterujący (16) do uaktywniania grzejnika (18) według ustalonego cyklu grzania i do odbierania sygnału z czujnika temperatury (14), przy czym taki układ sterujący (16) przesyła do układu odpowietrzania sygnał o wielkości zależnej od poziomu izolacji wewnątrz przestrzeni izolacyjnej.

2. Szafka według zastrz. 1, znamienna tym, że czujnik temperatury (14) i grzejnik (18) są umieszczone wewnątrz przestrzeni izolacyjnej.

3. Szafka według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że grzejnik (18) stanowi także czujnik temperatury stosowany zarówno do ogrzewania jak i do pomiaru temperatury.

4. Szafka według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że czujnik temperatury (14) i grzejnik (18) są umieszczone centralnie w przestrzeni izolacyjnej.

5. Szafka według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że cykl grzania grzejnika (18) obejmuje serię impulsów cieplnych.

6. Sposób oceny przewodności cieplnej przestrzeni izolacyjnej szafki chłodziarki izolowanej próżniowo, znamienny tym, że dostarcza się określoną ilość ciepła wewnątrz przestrzeni izolacyjnej i mierzy się temperaturę w pobliż u strefy, w której dostarczono ciepł o, w celu uzyskania wskazania, jak temperatura maleje w takiej strefie, przy czym im szybciej temperatura maleje, tym większa jest przewodność cieplna przestrzeni izolacyjnej.

7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że dostarcza się ciepło wewnątrz przestrzeni izolacyjnej w postaci serii impulsów.