Thermocontrol für Absorberkühlschränke

Autoren: Nicolas-Pascal Kosellek & Hendrik Schlemmer

Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Mirek Göbel & Prof. Dr.-Ing. Ulrich Schneider

→ zurück zur Übersicht: WS 21/22: Angewandte Elektrotechnik (BSE)

Einleitung

Da die Kühlleistung von Absorberkühlschränken stark von der Umgebungstemperatur an den Kühlrippen abhängt, ist es von Vorteil, diese über Temperatursensoren zu überwachen und aktiv in einem Temperaturfenster zuhalten. Gerade im Wohnmobilbereich sind diese Kühlschränke häufig serienmäßig verbaut, sodass hier oft das Problem eines Hitzestaus im Abluftbereich entsteht. Dies wirkt sich negativ auf die Kühlleistung des Absorberkühlschrankes aus. Erhöhte Außentemperaturen, wie sie in südlichen Urlaubsregionen auftreten, verschärfen die Problematik. Außentemperaturen im Bereich der Frostgrenze erschweren wiederum das Erreichen des optimalen Temperaturfensters.

Anforderungen

MUSS-Anforderungen

• Messung der Außentemperatur

• Messung der Kühlrippentemperatur

• Ansteuerung der Lüftungsklappen mittels eines Servomotors

• Regelung der Lüfterdrehzahl

• Ausgabe der Sensorwerte auf einem Display

• Stromversorgung über 12V-Boardspannung

• Notstellung der Lüftungsgitter

KANN-Anforderungen:

• USV-Versorgung zur Notsteuerung bei Ausfall der 12V-Boardspannung

Funktionaler Systementwurf/Technischer Systementwurf

Die Regelung des Temperaturfensters wird realisiert über eine zusammenhängende Steuerung der Luftauslassklappe in Verbindung mit zwei parallel laufenden Lüftern zur Erzeugung eines optimierten Abluftstroms.

Für die Steuerung des Lüftungsgitters wird ein Servomotor benötigt, welcher die Luftzufuhr regelt. Die zwei vorhandenen Temperatursensoren messen die Temperatur oberhalb der Kühlrippen und die Außentemperatur. Die Erzeugung des Abluftstroms erfolgt über zwei, in der Drehzahl regelbare Lüfter. Die Regelung der Lüfterdrehzahl wird durch den Arduino zum Erhalt der Temperatur, im optimalen Arbeitsbereich, gesteuert.

Die aktuellen Temperaturen, Lüfterdrehzahl und der Öffnungsgrad des Lüftungsgitters werden für den Benutzer sichtbar auf einem LCD-Display ausgegeben. Sollten Fehler in der Regelung oder beim Verstellen des Lüftungsgitters auftreten, wird der Benutzer durch einen Signalton gewarnt und eine Notstellung angefahren.

Die Thermocontrol wird durch ein geschaltetes Plus-Signal vom Kühlschrank mit Spannung versorgt und beginnt die Regelung automatisiert.

Abbildung Nr.1: Funktionaler Systementwurf - Thermocontrol Absorberkühlschrank

Komponentenspezifikation

Komponente	Beschreibung	Abbildung
Arduino UNO	Microcontroller 14 digitale I/O Pins 6 analoge Eingänge	Arduino Uno Board
LCD-Display	I2C-Verbindung 16x2 Pixel Auflösung Hintergrundbeleuchtung	I2C LCD Display
PWM-Lüfter	be Quiet! Gehäuse Lüfter Pure Wings 2 120mm Durchmesser 12V / 2,4W Dienen zur Erzeugung eines Abluftstromes zur Abführung der Wärme
Ein/Aus Schalter	Dient zum Umschalten zwischen verschiedenen Modis
Potentiometer	10kOhm Potentiometer Dient zur Simulation der Lamellentemperatur
Ultraschallsensor	Misst den Abstand zu einem beliebigen Objekt Dient zur Erkennung der Abdeckung
RGB-LED	4-Pin RGB LED Dient zur Darstellung des Systemzustandes
1-Kanal Relais Modul	Max. 10A / 30VDC Dient zur Spannungsfreigabe der Lüfter
Piezo-Speaker	4-Pin RGB LED Dient zur Ausgabe eines Signaltons

Umsetzung (HW/SW)

Komponententest

Die verwendeten Komponenten wie zum Beispiel die Lüfter oder das Drehpotenziometer wurden vor der Integration in das System getestet. Dies erfolgte über das Schreiben kleiner Testprogramme, indem die fehlerfreie Funktion erkannt werden konnte.
Folgende Testprogramme wurden angelegt und erfolgreich getestet:

LCD_Display.ino
Potentiometer.ino
PWM_Auswertung.ino
Ultraschall.ino

Ergebnis

Das Ergebnis des Fachpraktikums ist eine smarte Ablufttemperatursteuerung für den Einsatz mit Absorberkühlschränken.
Bei steigenden Temperaturen erhöht sich die Drehzahl der Lüfter,gemäß Abbildung X, sodass eine optimale Arbeitstemperatur des Absorberkühlschrankes gewährleistet werden kann. Ebenfalls wurde eine optische Kontrolle mittels einer RGB-LED umgesetzt, sowie eine akustische Ausgabe über einen Piezo-Speaker.
Durch das Display, welcher im realen Verbau im Innenraum vorzufinden wäre, ermöglicht die Thermocontrol dem Anwender, durch die Ausgabe der Temperaturen und der Lüfter Drehzahlen, ein sicheres Gefühl zu haben, dass der Kühlschrank optimale Kühlleistungen erbringen kann.
Das Problem gerade in warmen Urlaubsregionen von einem kühlen Getränk zu Träumen fällt von nun an weg und der Traum wird zur Realität!

Zusammenfassung

Lessons Learned

Projektunterlagen

Projektplan

Zu Beginn des Projektes wurde folgender Projektplan festgelegt. Die jeweiligen Aufgaben innerhalb des Projektes wurde gemäß dem Projektplan ausgeführt.

Projektdurchführung

YouTube Video

Im nachfolgenden Video ist das Projektergebnis darstellt:

Weblinks

Literatur