-
Querverweis auf verwandte Anmeldungen
-
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 19. Oktober 2011 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/548,795 (anhängig), deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen wird.
-
Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Kühl- oder Gefriergeräte und insbesondere Kühlsysteme zur Verwendung mit Hochleistungs-Blutbankkühlgeräten oder -Plasmagefriergeräten.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Kühlsysteme zur Verwendung mit Laborkühl- und -gefriergeräten von der Art, die als „Hochleistungskühlgeräte” bekannt sind und die verwendet werden, um ihre Innenlagerräume auf verhältnismäßig niedrige Temperaturen abzukühlen, wie beispielsweise etwa –30°C oder niedriger, sind bekannt. Diese Hochleistungskühlgeräte werden in einem Beispiel zum Lagern von Blut und/oder Plasma Verwendet.
-
Bekannte Kühlsysteme dieser Art umfassen einen einzigen Kreislauf, der ein Kühlmittel umwälzt. Das System überträgt Energie (d. h. Wärme) vom Kühlmittel durch einen Kondensator an die umliegende Umgebung, und das System überträgt Wärmeenergie aus dem Kühlraum (z. B. einem Schrankinnenraum) durch einen Verdampfer auf das Kühlmittel. Das Kühlmittel wird so ausgewählt, dass es bei einer ausgewählten Temperatur nahe der gewünschten Temperatur für den Kühlraum verdampft und kondensiert, derart dass das Kühlsystem den Kühlraum während des Betriebs nahe der ausgewählten Temperatur halten kann.
-
Ein allgemeines Problem bei bekannten Kühlsystemen ist, dass der Verdampfer Kühlschlangen umfasst, die dazu neigen, entlang der Außenfläche Reif zu bilden und anzusammeln, wenn Feuchtigkeit innerhalb des Kühlraums vorhanden ist. Wenn sich genug Reif ansammelt, wird die Fähigkeit des Verdampfers, Wärme aus dem Kühlraum abzuführen, nachteilig beeinflusst. Folglich benötigen bekannte Kühlsysteme einen Enteisungszyklus, bei dem die Verdampferkühlschlangen erwärmt werden, um den Reif zu entfernen. Bei diesem Enteisungszyklus kann es sich um eine manuelle oder eine automatische Enteisung handeln, aber beide Arten von Enteisungszyklen sind aus mehreren Gründen unerwünscht.
-
Bei einem manuellen Enteisungszyklus werden alle im Schrank gelagerten Produkte entfernt, und der Kühlraum wird der Umgebung ausgesetzt gelassen, um die Verdampferkühlschlangen zu erwärmen und den Reif zu schmelzen. Dieser Zyklus ist unerwünscht, da die im Schrank gelagerten Produkte für die Dauer des Enteisungszyklus in einem alternativen Kühlgerät gelagert werden müssen und da außerdem der Schmelzprozess eine erhebliche Menge Feuchtigkeit erzeugen kann, die aus dem Schrank entfernt werden muss. Bei einem automatischen Enteisungszyklus werden die Verdampferkühlschlangen durch eine lokale Heizeinheit oder einen Heißgasstrom rasch erwärmt, um den Reif zu entfernen, das durch eine Wanne aufgefangen und aus dem Kühlraum abgeleitet wird. Der Kühlraum erfährt während dieses automatischen Enteisungszyklus zwangsläufig eine Temperaturspitze, welche die im Schrank gelagerten Produkte gefährden kann.
-
Es besteht daher ein Bedarf an einem Kühlgerät, das eine Temperaturspitze innerhalb des Kühlraums während eines Enteisungszyklus im Wesentlichen minimiert oder eliminiert.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
In einer Ausführungsform umfasst ein Kühlgerät einen Schrank mit einem Kühlinnenraum und einen Kühlfluidkreislauf zum Zirkulieren eines Kühlmittels. Der Kühlfluidkreislauf umfasst einen Kompressor, einen Kondensator, eine Expansionsvorrichtung und einen Verdampfer, der sich innerhalb des Schranks befindet. Der Verdampfer umfasst eine Verdampferkühlschlange, ein Verdampfergebläse, das einen Luftstrom durch die Verdampferkühlschlange erzeugt, und ein Enteisungsheizgerät. Das Kühlgerät umfasst außerdem eine isolierende Abdeckung, die einen Abschnitt des Schranks, der den Verdampfer enthält, vom Kühlinnenraum trennt. Die isolierende Abdeckung umfasst mindestens eine Klappe, die sich öffnet, um eine Luftzirkulation aus dem Kühlinnenraum durch den Verdampfer zu ermöglichen.
-
Das Kühlgerät umfasst ferner eine Steuerung, die so betrieben werden kann, dass sie dem Kühlgerät befiehlt, eine Reihe von Schritten auszuführen, die einen Enteisungszyklus definieren, wenn die Verdampferkühlschlange eine Enteisung erfordert. Die Reihe von Schritten umfasst das Stoppen des Betriebs des Kompressors und des Verdampfergebläses, Schließen der mindestens einen Klappe, um den Verdampfer thermisch vom Kühlinnenraum zu trennen, und Starten des Betriebs des Enteisungsheizelements. Der Kühlinnenraum bleibt während des Betriebs des Enteisungsheizelements thermisch vom Verdampfer getrennt.
-
In einem Aspekt umfasst das Kühlgerät außerdem einen Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur des Verdampfers. Die Steuerung funktioniert während der Enteisung folgendermaßen: Wenn der Temperatursensor erfasst, dass der Verdampfer eine erste Zieltemperatur über dem Gefrierpunkt von Wasser erreicht hat, stoppt das Enteisungsheizgerät. Nach dem Abtropfen jeglicher restlichen Feuchtigkeit von den Verdampferkühlschlangen startet der Kompressor. Wenn der Temperatursensor erfasst, dass der Verdampfer eine zweite Zieltemperatur unter dem Gefrierpunkt von Wasser erreicht hat, öffnet sich die mindestens eine Klappe, und das Verdampfergebläse startet. In einem Beispiel beträgt die erste Zieltemperatur etwa 10°C, und die zweite Zieltemperatur beträgt etwa –25°C. Die Steuerung kann außerdem so betrieben werden, dass sie die Schritte des Enteisungszyklus als einen adaptiven Enteisungszyklus ausführt, welcher in Abhängigkeit von mehreren Betriebsparametern variierende Zeiträume zwischen Enteisungszyklen und variierende Längen von Enteisungszyklen umfasst.
-
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Kühlgeräts bereitgestellt, wobei das Kühlgerät einen Schrank mit einem Kühlinnenraum, einen Kühlfluidkreislauf, der einen Kompressor, einen Kondensator und einen Verdampfer umfasst, und eine isolierende Abdeckung mit mindestens einer Klappe umfasst, die den Verdampfer vom Kühlinnenraum trennt. Das Verfahren umfasst das Stoppen des Betriebs des Kompressors und eines Verdampfergebläses. Die mindestens eine Klappe schließt sich, um den Verdampfer thermisch vom Kühlinnenraum zu trennen. Ein Enteisungsheizgerät startet den Betrieb, um Feuchtigkeit von den Verdampferkühlschlangen zu entfernen. Der Kühlinnenraum bleibt während des Betriebs des Enteisungsheizgeräts thermisch vom Verdampfer getrennt.
-
In noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Kühlgeräts bereitgestellt, wobei das Kühlgerät einen Schrank mit einem Kühlinnenraum, einen Kühlfluidkreislauf, der einen Kompressor, einen Kondensator und einen Verdampfer umfasst, und eine isolierende Abdeckung mit mindestens einer Klappe umfasst, die den Verdampfer vom Kühlinnenraum trennt. Das Verfahren umfasst das Starten des Betriebs eines Enteisungsheizgeräts, wenn die mindestens eine Klappe geschlossen ist. Wenn der Verdampfer eine erste Zieltemperatur über dem Gefrierpunkt von Wasser erreicht, wird das Enteisungsheizgerät gestoppt, und der Kompressor wird gestartet. Wenn der Verdampfer eine zweite Zieltemperatur unter dem Gefrierpunkt von Wasser erreicht, öffnet sich die mindestens eine Klappe, und ein Verdampfergebläse beginnt zu laufen.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Die beiliegenden Zeichnungen, die in diese Beschreibung aufgenommen werden und einen Teil derselben bilden, veranschaulichen eine Ausführungsform der Erfindung und dienen zusammen mit der vorstehenden allgemeinen Beschreibung der Erfindung und der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsform zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung.
-
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Kühlgeräts mit einer isolierenden Abdeckung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
-
2 ist eine schematische Darstellung des Kühlflüssigkeitskreislaufs, der bei dem Kühlgerät von 1 verwendet wird.
-
3 ist eine perspektivische Ansicht der isolierenden Abdeckung (in Durchsicht dargestellt) und von Klappen, die bei dem Kühlgerät von 1 verwendet werden.
-
4 ist eine perspektivische Ansicht eines Verdampfers, der bei dem Kühlgerät von 1 verwendet wird, wobei einige der Seitenplatten in Durchsicht dargestellt sind, um Innenraumelemente zu zeigen.
-
5 eine Seitensicht des Kühlgeräts von 1 im Querschnitt, wobei die Klappen in einer geschlossenen Position sind.
-
6 eine Seitensicht des Kühlgeräts von 5 im Querschnitt, wobei die Klappen in einer offenen Position sind.
-
7 ist eine schematische Darstellung der Steuerung und der Klappenantriebselemente, die bei dem Kühlgerät von 1 verwendet werden.
-
8 ist ein schematisches Ablaufdiagramm, das einen Funktionsablauf einer Steuerung veranschaulicht, die mit dem Kühlgerät von 1 verbunden ist.
-
Ausführliche Beschreibung
-
Unter Bezugnahme auf die Figuren und insbesondere auf 1 ist ein beispielhaftes Hochleistungskühlgerät 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Es versteht sich von selbst, dass, obwohl die Begriffe „Hochleistungskühlgerät” und „Kühlgerät” die gesamte Spezifikation hindurch verwendet werden, die Erfindung jede Art von Kühlgerät umfasst, einschließlich eines Kühlgeräts, das ein Gefriergerät umfasst. Das Kühlgerät von 1 umfasst einen Schrank 12 zum Lagern von Gegenständen, die Abkühlung auf Temperaturen von beispielsweise etwa –30°C oder niedriger benötigen. Der Schrank 12 umfasst ein Schrankgehäuse 14, das einen im Allgemeinen rechteckigen Querschnitt definiert, und eine Tür 16, die Zugang in einen Innenraum 8 des Schranks 12 ermöglicht. Der Schrank 12 trägt eine oder mehrere Komponenten, die zusammen einen einstufigen Kühlflluidkreislauf 20 (2) definieren, der mit der Luft innerhalb des Schranks 12 thermisch interagiert, um dessen Innenraum 18 zu kühlen. In dieser Hinsicht interagiert der Kühlflüssigkeitskreislauf 20, der im Folgenden genauer beschrieben wird, mit erwärmter Luft im Innenraum 18 und kühlt diese Luft, um eine gewünschte Kältetemperatur im Schrank 12 aufrechtzuerhalten.
-
Unter Bezugnahme auf 2 sind Einzelheiten eines beispielhaften Kühlfluidkreis-laufs 20 veranschaulicht. Der Kühlfluidkreislauf 20 umfasst der Reihe nach einen Kompressor 22, einen Kondensator 24, eine Filter-/Trockenvorrichtung 26, eine Expansionsvorrichtung 28, einen Verdampfer 30 und eine Saug-/Sammelvorrichtung 32. Jedes dieser Elemente des Kühlfluidkreislaufs 20 ist durch eine Rohr- oder Schlauchleitung 34 verbunden, die so konfiguriert ist, dass sie das Kühlmittel 36 umwälzt, das durch den Kühlfluidkreislauf 20 durchströmt. Eine Mehrzahl von Sensoren S1 bis S5 ist angeordnet, um verschiedene Bedingungen des Fluidkreislaufs 20 und/oder Eigenschaften des Kühlmittels (dargestellt durch Pfeile 36) an verschiedenen Stellen innerhalb des Fluidkreislaufs 20 zu messen. Jeder dieser Sensoren S1 bis S5 ist funktionell mit einer Steuerung 50 verbunden, auf welche durch eine Steuerschnittstelle 52 zugegriffen werden kann und welche die Steuerung des Betriebs des Fluidkreislaufs 20 ermöglicht. Es versteht sich von selbst, dass mehr oder weniger Sensoren als die in der beispielhaften Ausführungsform des Fluidkreislaufs 20 dargestellte Anzahl bereitgestellt werden können.
-
Der Kühlfluidkreislauf 20 ist so konfiguriert, dass er das Kühlmittel 36 zwischen dem Kondensator 24 und dem Verdampfer 30 zirkuliert. Im Allgemeinen wird Wärmeenergie im Kühlmittel 36 am Kondensator 24 an die Umgebungsluft außerhalb des Schranks 12 übertragen. Wärmeenergie wird aus dem Innenraum 18 des Schranks 12 abgeführt und am Verdampfer 30 auf das Kühlmittel 36 übertragen. Demnach entfernt die Zirkulation des Kühlmittels 36 durch den Fluidkreislauf 20 kontinuierlich Wärmeenergie aus dem Innenraum 18, um eine gewünschte Innentemperatur, wie beispielsweise –30°C, aufrechtzuerhalten.
-
Das Kühlmittel 36 tritt in den Kompressor 22 in einem verdampften Zustand ein und wird im Kompressor 22 zu einem Gas höheren Drucks und höherer Temperatur verdichtet. Der Fluidkreislauf 20 dieser beispielhaften Ausführungsform umfasst auch einen Ölkreislauf 54 zum Schmieren des Kompressors 22. Konkret umfasst der Ölkreislauf 54 einen Ölabscheider 56 in Fluidverbindung mit einer dem Kompressor 22 nachgelagerten Rohrleitung 34 und eine Ölrückleitung 58, welche Öl in den Kompressor 22 zurückleitet. Es versteht sich von selbst, dass der Ölkreislauf 54 in einigen Ausführungsformen des Fluidkreislaufs 20 weggelassen werden kann.
-
Bei Verlassen des Kompressors 22 strömt das verdampfte Kühlmittel 36 zum Kondensator 24. Ein Gebläse 60, das durch die Steuerschnittstelle 52 gesteuert wird, leitet Umgebungsluft über den Kondensator 24 und durch ein Filter 62, um die Übertragung von Wärme vom Kühlmittel 36 an die umliegende Umgebung zu erleichtern. Der Luftstrom durch den Kondensator 24 ist in 2 durch Pfeile dargestellt. Das Kühlmittel 36 kondensiert innerhalb des Kondensators 24 infolge dieser Wärmeübertragung. Das Flüssigphasenkühlmittel tritt dann durch die Filter-/Trockenvorrichtung 26 durch und in die Expansionsvorrichtung 28 ein. In dieser Ausführungsform ist die Expansionsvorrichtung 28 in Form eines Kapillarrohres, obwohl vorgesehen ist, dass sie stattdessen eine andere Form, wie beispielsweise und, ohne darauf beschränkt zu sein, die eines Expansionsventils (nicht dargestellt), annehmen könnte. Die Expansionsvorrichtung 28 bewirkt einen Druckabfall im Kühlmittel 36, unmittelbar bevor das Kühlmittel 36 in den Verdampfer 30 eintritt.
-
Im Verdampfer 30 nimmt das Kühlmittel 36 durch eine Mehrzahl von Verdampferkühlschlangen (in 2 nicht dargestellt) Wärme aus dem Innenraum 18 auf. Ein Verdampfergebläse 64, das durch die Steuerschnittstelle 52 gesteuert wird, treibt den Luftstrom aus dem Innenraum 18 des Schranks 12 durch die Verdampferkühlschlangen, wenn erste und zweite Klappen 66, 68 geöffnet sind. Die ersten und zweiten Klappen 66, 68 werden ebenfalls durch die Steuerschnittstelle 52 gesteuert. Die Steuerung der ersten und zweiten Klappen 66, 68 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 8 ausführlicher beschrieben. Aufgrund des gesenkten Drucks und der Wärmeübertragung aus dem Schrank 12 verdampft das Kühlmittel 36 innerhalb des Verdampfers 30. Das verdampfte Kühlmittel 36 wird dann zur Saug-/Sammelvorrichtung 32 geleitet. Die Saug-/Sammelvorrichtung 32 gibt das Kühlmittel 36 in Gasform an den Kompressor 22 weiter, während sie außerdem überschüssige Mengen des Kühlmittels 36 in flüssiger Form sammelt und es mit einer kontrollierten Rate dem Kompressor 22 zuführt.
-
Das im Kühlfluidkreislauf 20 verwendete Kühlmittel 36 kann basierend auf mehreren Faktoren gewählt werden, welche die voraussichtliche Betriebstemperatur innerhalb des Schranks 12 und den Siedepunkt sowie andere Charakteristiken des Kühlmittels 36 umfassen. Zum Beispiel umfasst in Kühlgeräten mit einer voraussichtlichen Schranktemperatur von etwa –30°C ein beispielhaftes Kühlmittel 36, das für die gegenwärtig beschriebene Ausführungsform geeignet ist, Kühlmittel, die im Handel unter den jeweiligen Bezeichnungen R404A erhältlich sind. Außerdem kann das Kühlmittel 36 in spezifischen Ausführungsformen mit einem Öl kombiniert werden, um die Schmierung des Kompressors 22 zu erleichtern. Zum Beispiel und, ohne darauf beschränkt zu sein, kann das Kühlmittel 36 mit Mobil EAL Arctic 32 Öl kombiniert werden. Es versteht sich von selbst, dass die genaue Anordnung der in den Figuren veranschaulichten Komponenten nur als Beispiel und nicht als Einschränkung gedacht ist.
-
Unter Bezugnahme auf 3 bis 6 und insbesondere 3 umfasst das Kühlgerät 10 eine isolierte Abdeckung 70, welche den Innenraum 18 des Schranks 12 in einen Verdampferabschnitt 72 und einen Kühlabschnitt 74 teilt. Die isolierte Abdeckung 70 ist mit einer oder mehreren der Oberseitenwand 76, der Seitenwände 78 (einschließlich einer Rückwand 78) und/oder der Unterseitenwand 80 verbunden, die zusammen das Schrankgehäuse 14 definieren. Genauer gesagt, ist die isolierte Abdeckung 70 mit der Oberseitenwand 76 und den Seitenwänden 78 des Schrankgehäuses 14 verbunden, um den Verdampferabschnitt 72 thermisch von der Wärmeenergie innerhalb des Innenraums 18 zu trennen, wenn diese Wärmeenergie innerhalb des Innenraums 18 des Schranks 12 zunimmt. Die isolierte Abdeckung 70 der veranschaulichten Ausführungsform umfasst einen vertikalen Plattenabschnitt 82, der sich von der Oberseitenwand 76 des Schrankgehäuses 14 nach unten erstreckt, und einen horizontalen Plattenabschnitt 84, der sich zwischen dem vertikalen Plattenabschnitt 82 und den Seitenwänden 78 des Schrankgehäuses 14 erstreckt. Der vertikale Plattenabschnitt 82 und der horizontale Plattenabschnitt 84 sind aus einer oder mehreren thermisch isolierenden Platten gebildet, wie beispielsweise der vakuumisolierten Hohlplatte 86, die in 3 dargestellt ist. Es versteht sich von selbst, dass in anderen Ausführungsformen der Erfindung andere Arten von isolierenden Platten verwendet werden können, die Platten auf Schaumbasis umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein.
-
Wie in 3 dargestellt, ist der Verdampferabschnitt 72 durch den vertikalen Plattenabschnitt 82, den horizontalen Plattenabschnitt 84, die Seitenwände 88 und die Oberseitenwand 76 als ein im Allgemeinen rechteckiger Raum definiert. Der Verdampfer 30 lagert auf einer Trennplatte 88, die im Allgemeinen mittig innerhalb des Verdampferabschnitts 72 angeordnet ist, um den Verdampferabschnitt 72 in eine Einlassseite 90 und eine Auslassseite 92 zu teilen. Die Trennplatte 88 ist in dieser Ausführungsform eine andere vakuumisolierte Platte oder isolierte Platte auf Schaumstoffbasis, obwohl es sich von selbst versteht, dass in anderen Ausführungsformen auch andere Arten von Trennplatten verwendet werden können. Der horizontale Plattenabschnitt 82 der isolierten Abdeckung 70 umfasst eine Einlassöffnung 94 auf der Einlassseite 90 der Trennplatte 88 und eine Auslassöffnung 96 auf der Auslassseite 92 der Trennplatte 88. Die erste Klappe 66 umfasst eine isolierte Platte, die so betätigt werden kann, dass sie sich dreht, um einen Fluss durch die Einlassöffnung 94 zwischen der Einlassseite 90 und dem Kühlinnenraum 18 des Schranks 12 durchzulassen oder zu sperren. Ähnlich umfasst die zweite Klappe 68 eine isolierte Platte, die so betätigt werden kann, dass sie sich dreht, um einen Fluss durch die Auslassöffnung 96 zwischen der Auslassseite 92 und dem Kühlinnenraum 18 des Schranks 12 durchzulassen oder zu sperren. Demnach können die ersten und zweiten Klappen 66, 68 so betätigt werden, dass sie einen Fluss durch den Verdampfer 30 ermöglichen.
-
Wie ebenfalls in 3 dargestellt, sind die ersten und zweiten Klappen 66, 68 mit einem Klappenantriebsmechanismus 100, wie beispielsweise jeweiligen ersten und zweiten Servomotoren 102, 104 und ersten und zweiten Antriebswellen 106, 108, funktionell verbunden. Die Steuerung und die Funktionsweise des Klappenantriebsmechanismus 100 werden im Folgenden unter Bezugnahme auf 7 ausführlicher beschrieben. Es versteht sich von selbst, dass die ersten und zweiten Antriebswellen 106, 108 in einigen Ausführungsformen durch eine herkömmliche Antriebsstange (nicht dargestellt) verbunden sein können, so dass nur ein einziger Servomotor zum Öffnen und Schließen der ersten und zweiten Klappen 66, 68 erforderlich wäre. In dieser Hinsicht werden die ersten und zweiten Klappen 66, 68 typischerweise gleichzeitig geöffnet (oder geschlossen), so dass ein Fluss durch den Verdampferabschnitt 72 und den Verdampfer 30 ermöglicht wird.
-
Unter Bezug auf 4 ist der Verdampfer 30 in weiteren Einzelheiten dargestellt. Zu diesem Zweck umfasst der erste Verdampfer 30 ein Verdampfergehäuse 110, das eine Verdampferkühlschlange 112 einschließt, die sich in schlangenartiger Weise über eine Breite des Verdampfers 30 erstreckt. Die Verdampferkühlschlange 112 ist mit der Rohrleitung 34 des Kühlflluidkreislaufs 20, die Flüssigphasenkühlmittel zur Verdampferkühlschlange 112 befördert und verdampftes und jegliches restliches Flüssigphasenkühlmittel aus der Verdampferkühlschlange 112 entfernt, funktionell verbunden. Das Verdampfergebläse 64 ist entlang des Verdampfergehäuses 110 an der Einlassseite 90 des Verdampferabschnitts 72 montiert, um einen Luftstrom durch das Verdampfergehäuse 110 und durch die Verdampferkühlschlange 112 zu treiben. Nach dem Durchströmen durch die Verdampferkühlschlange 112 tritt gekühlte Luft aus dem Verdampfergehäuse 110 aus und in die Auslassseite 92 des Verdampferabschnitts 72 ein.
-
Der Verdampfer 30 umfasst außerdem ein Enteisungsheizgerät 144 zum Entfernen von Reif, der sich auf der Verdampferkühlschlange 112 bildet, nach Bedarf oder auf einer regelmäßigen Basis. Das Enteisungsheizgerät 114 ist in 4 und 5 benachbart zur Verdampferkühlschlange 112 montiert dargestellt, aber es versteht sich von selbst, dass das Enteisungsheizgerät 114 überall innerhalb des Verdampfergehäuses 110 montiert sein kann. Das Enteisungsheizgerät 114 wird durch die Steuerung 50 und die Steuerschnittstelle 52, die zuvor unter Bezugnahme auf 2 beschrieben wurden, so betrieben, dass es die Verdampferkühlschlange 112 erwärmt und jeglichen Reif schmilzt. Das Verdampfergehäuse 110 umfasst ferner eine Auffangwanne 116, die sich unter der Verdampferkühlschlange 112 befindet und so konfiguriert ist, dass sie den geschmolzenen Reif auffängt und an einen Ort außerhalb des Kühlgeräts 10 entsorgt. In dieser Hinsicht ist die Auffangwanne 116 von einer horizontalen Ausrichtung im Allgemeinen so abgewinkelt, dass Feuchtigkeit, die von der Verdampferkühlschlange 112 abtropft, automatisch zu einem Feuchtigkeitsauslass (nicht dargestellt) fließt.
-
Unter Bezugnahme auf 5 und 6 umfasst das Kühlgerät 10 ferner ein oberes Fach 120, das sich über der Oberseitenwand 76 des Schrankgehäuses 14 befindet. Das obere Fach 120 enthält andere Elemente des Kühlfluidkreislaufs 20 als den Verdampfer 30 (z. B. den Kompressor 22, den Kondensator 24 usw.), um dadurch die meisten der Platz raubenden oder Wärme erzeugenden Komponenten aus dem Innenraum 18 des Schranks 12 zu entfernen. Diese anderen Elemente, die sich innerhalb des oberen Faches 120 befinden, sind in 5 und 6 nicht dargestellt, obwohl sie in 2 schematisch dargestellt sind. Die Rohrleitung 34 für das Kühlmittel 36 erstreckt sich durch die Oberseitenwand 76, um das Kühlmittel 40 zwischen den Komponenten im oberen Fach 120 und dem Verdampfer 30 im Schrank 12 zu befördern.
-
5 und 6 veranschaulichen zwei Betriebszustände für das Kühlgerät 10. Genauer gesagt, sind in 5 die ersten und zweiten Klappen 66, 68 geschlossen, wodurch den Verdampferabschnitt 72 thermisch vom Kühlabschnitt 74 getrennt wird. Das Verdampfergebläse 64 ist im Allgemeinen inaktiv, wenn die ersten und zweiten Klappen 66, 68 geschlossen sind, da keine Luft in den und aus dem Verdampferabschnitt 72 zirkuliert werden kann. Das Enteisungsheizgerät 114 wird nur in diesem Betriebszustand des Kühlgeräts 10 betrieben, so dass im Wesentlichen die gesamte Wärmeenergie, die durch das Enteisungsheizgerät 114 erzeugt wird, während eines Enteisungszyklus oder -Prozesses innerhalb des Verdampferabschnitts 72 bleibt. So wird die Temperaturspitze innerhalb des Kühlabschnitts 74 des Innenraums 18 während des Enteisungszyklus reduziert oder eliminiert. Dagegen sind die ersten und zweiten Klappen 66, 68 in 6 offen, so dass Luft vom Kühlabschnitt 74 zur Kühlung durch den Verdampfer 30 und die Verdampferkühlschlange 112 strömen kann. Der Luftstrom, der durch das Verdampfergebläse 64 bewegt wird, ist in 6 durch Pfeile 122 schematisch dargestellt. Demnach tritt in diesem Betriebszustand des Kühlgeräts 10 verhältnismäßig warme Luft durch die Einlassöffnung 94 in den Verdampferabschnitt 72 ein, und verhältnismäßig kühle Luft tritt durch die Auslassöffnung 96 aus dem Verdampferfach 72 aus.
-
7 stellt die Steuerungs- und Betätigungsmechanismen für die ersten und zweiten Klappen 66, 68 schematisch dar. Genauer gesagt, sind die ersten und zweiten Klappen 66, 68 mit dem Klappenantriebsmechanismus 100 verbunden, der mit der Steuerung 50 gekoppelt ist. Wie auf dem Fachgebiet bekannt ist, kann die Steuerung 50 mindestens eine zentrale Verarbeitungseinheit („CPU”) umfassen, die mit einem Speicher verbunden ist. Jede CPU ist unter Verwendung von Schaltungslogik, die auf einer/einem oder mehreren physischen, integrierten Schaltungsvorrichtungen oder Chips angeordnet ist, typischerweise in Hardware implementiert. Bei jeder CPU kann es sich um einen oder mehrere Mikroprozessoren, Mikrocontroller, Feldprogrammierbare Gate Arrays oder ASICs handeln, während der Speicher einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen dynamischen Direktzugriffsspeicher (DRAM), einen statischen Direktzugriffsspeicher (SRAM), einen Flash-Speicher und/oder ein anderes digitales Speichermedium umfassen kann und typischerweise ebenfalls unter Verwendung von Schaltungslogik implementiert ist, die auf einer/einem oder mehreren integrierten Schaltungsvorrichtungen oder Chips angeordnet ist. Entsprechend kann der Speicher so angesehen werden, dass er Speicherplatz umfasst, der an anderer Stelle im Kühlgerät 10 physisch angeordnet ist, z. B. einen Cache-Speicher in der mindestens einen CPU, sowie irgendeine beliebige Speicherkapazität, die als virtueller Speicher verwendet wird, wie z. B. gespeichert auf einer Massenspeichervorrichtung, wie beispielsweise einem Festplattenlaufwerk, einem anderen Rechensystem, einer Netzwerkspeichervorrichtung (z. B. einem Bandlaufwerk) oder einer anderen Netzwerkvorrichtung, die über mindestens ein Netzwerk durch mindestens eine Netzwerkschnittstelle mit der Steuerung 50 verbunden ist. Das Rechensystem ist in spezifischen Ausführungsformen ein Computer, ein Computersystem, eine Rechenvorrichtung, ein Server, ein Plattensubsystem oder eine programmierbare Vorrichtung, wie beispielsweise ein Mehrbenutzerrechner, ein Einzelplatzrechner, eine tragbare Computervorrichtung, eine vernetzte Vorrichtung (die einen Computer in Cluster-Konfiguration umfasst), eine mobile Telekommunikationsvorrichtung, eine Videospielkonsole (oder ein anderes Spielsystem) usw. Die Steuerung 50 umfasst mindestens eine serielle Schnittstelle zur Kommunikation mit einer externen Vorrichtung, wie beispielsweise dem Klappenantriebsmechanismus 100. Demnach funktioniert die Steuerung 50 so, dass sie den Betrieb des Klappenantriebsmechanismus 100 steuert.
-
Wie bereits erwähnt, kann es sich bei dem Klappenantriebsmechanismus 100 um einen oder mehrere Servomotoren 102, 104 handeln, die über entsprechende Antriebswellen 106, 108 mit den ersten und zweiten Klappen 66, 68 verbunden sind. Der Klappenantriebsmechanismus 100 kann in anderen Ausführungsformen jedoch auch andere Arten von Betätigungsmechanismen und -vorrichtungen umfassen. Zum Beispiel kann der Klappenantriebsmechanismus 100 hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch angetrieben werden, wie beispielsweise durch verschiedene Arten von Motoren. Der Klappenantriebsmechanismus 100 kann so konfiguriert sein, dass er die Klappen 66, 68 zwischen offenen und geschlossenen Positionen dreht, wie in der veranschaulichten Ausführungsform dargestellt, aber es versteht sich von selbst, dass der Klappenantriebsmechanismus 100 die Klappen 66, 68 alternativ auch verschieben oder anderweitig in nicht drehender Weise bewegen kann.
-
Eine beispielhafte Funktionsweise des Kühlgeräts [0038] 10 ist im Ablaufdiagramm von 8 schematisch dargestellt. In dieser Hinsicht kann die Steuerung 50 so betrieben werden, dass sie dem Kühlgerät 10 befiehlt, die Schritte des Verfahrens 200 auszuführen, das in dieser Figur dargestellt ist. Zu diesem Zweck bestimmt die Steuerung 50 bei Schritt 202, ob ein Enteisungszyklus erforderlich ist. Zum Beispiel bestimmt die Steuerung 50 bei einem zeitbasierten Enteisungszyklus bei Schritt 202, ob seit dem letzten Enteisungszyklus eine vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist. Wenn dies der Fall ist, dann startet die Steuerung 50 bei Schritt 204 den Enteisungszyklus. Wenn nicht, wartet und prüft die Steuerung 50 weiter, um festzustellen, ob die vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist. In einem Beispiel kann das Kühlgerät 10 alle sechs Stunden enteisen, in welchem Fall die vorbestimmte Zeitdauer sechs Stunden betragen würde. Alternativ kann die Steuerung 50 so betrieben werden, dass sie in Abhängigkeit von Betriebscharakteristiken, die zwischen Enteisungszyklen gemessen werden, wie im Folgenden ausführlicher beschrieben, adaptive Enteisungen vornimmt, die durch variierende Zeiträume voneinander beabstandet sind.
-
Zurück zu 8 stoppt die Steuerung 50, wenn ein Enteisungszyklus zur Entfernung von gebildetem Reif von der Verdampferkühlschlange 112 erforderlich ist, bei Schritt 204 den Kompressor 22 und das Verdampfergebläse 64. Dies stoppt den Kühlmitteldurchfluss durch den Kühlfluidkreislauf 20 und den Verdampfer 30 und stoppt auch den Luftstrom durch den Verdampfer 30. Die Steuerung 50 schließt dann bei Schritt 206 die ersten und zweiten Klappen 66, 68, um den Verdampferabschnitt 72 thermisch vom Kühlabschnitt 74 des Schranks 12 zu trennen. Wenn der Verdampferabschnitt 72 thermisch vom Rest des Schranks 12 getrennt ist, startet die Steuerung 50 bei Schritt 208 den Betrieb des Enteisungsheizgeräts 114. Das Enteisungsheizgerät 114 erwärmt den Verdampfer 30 und die Verdampferkühlschlange 112, um Reif zu schmelzen und zu bewirken, dass Feuchtigkeit zur Entfernung aus dem Verdampfer 30 auf die Auffangwanne 116 tropft. Der Betriebszustand des Kühlgeräts 10 an diesem Punkt ist in 5 dargestellt.
-
Einer der Sensoren S3, der mit dem Verdampfer 30 verbunden ist, kann so konfiguriert sein, dass er die Temperatur des Verdampfers 30 misst. Bei Schritt 210 bestimmt die Steuerung 50, ob dieser Sensor S3 eine Temperatur des Verdampfers 30 misst, die bei oder über einer ersten Zieltemperatur über dem Gefrierpunkt von Wasser (0°C) liegt. In einem Beispiel kann diese erste Zieltemperatur etwa 10°C betragen. Wenn der Verdampfer 30 nicht bei oder über dieser ersten Zieltemperatur ist, dann fährt die Steuerung 50 fort, das Enteisungsheizgerät 114 zu betreiben, um Reif von der Verdampferkühlschlange 112 zu entfernen. Wenn der Verdampfer 30 bei oder über der ersten Zieltemperatur ist, dann schaltet die Steuerung 50 bei Schritt 212 das Enteisungsheizgerät 114 aus und lässt eine festgelegte Zeitdauer zu, damit zusätzliche Feuchtigkeit von der Verdampferkühlschlange 112 in die Auffangwanne 116 tropft. Nach Ablauf dieser „Abtropfzeit” startet die Steuerung 50 bei Schritt 214 den Kompressor 22, um zu bewirken, dass wieder Kühlmittel durch den Verdampfer 30 fließt, um dadurch den Verdampferabschnitt 72 zu kühlen.
-
Bei Schritt 216 misst der Temperatursensor S3 die Temperatur des Verdampfers 30, und die Steuerung 50 bestimmt, ob diese Temperatur bei oder unter einer zweiten Zieltemperatur unter dem Gefrierpunkt von Wasser (0°C) liegt. In einem Beispiel kann diese zweite Zieltemperatur etwa –25°C betragen. Wenn der Verdampfer 30 nicht bei oder unter der zweiten Zieltemperatur ist, dann fährt die Steuerung 50 fort, den Kompressor 214 zu betreiben, um den Verdampfer 30 zu kühlen. Sobald die Steuerung 50 bestimmt, dass der Verdampfer 30 bei oder unter der zweiten Zieltemperatur ist, dann öffnet die Steuerung 50 bei Schritt 218 die ersten und zweiten Klappen 66, 68. Die Steuerung 50 startet bei Schritt 220 außerdem das Verdampfergebläse 64, um dadurch einen Luftstrom aus dem Kühlabschnitt 74 zur weiteren Kühlung durch den Verdampferabschnitt 72 und den Verdampfer 30 zu treiben. Dieser letzte Schritt des Enteisungszyklus oder Verfahrens 200 versetzt das Kühlgerät 10 in den Betriebszustand zurück, der in 6 dargestellt ist und welcher der normale Kühlbetriebszustand ist. Aufgrund der isolierten Abdeckung 70 verursacht der Enteisungszyklus keine signifikante Temperaturspitze innerhalb des Kühlinnenraums 18 des Schranks 12, und das Kühlgerät 10 ist daher vorteilhaft gegenüber herkömmlichen Kühlgerätekonstruktionen.
-
Wie zuvor kurz erwähnt, ist der Enteisungszyklus in einer alternativen Ausführungsform ein adaptiver Enteisungszyklus, der bei Schritt 202 des Verfahrens 200 selektiv ausgelöst wird. Bei diesem adaptiven Enteisungszyklus werden der Zeitraum zwischen Enteisungszyklen und die Zeitdauer der Enteisungszyklen basierend auf einer Mehrzahl von Betriebsparametern modifiziert, die von der Steuerung 50 überwacht werden. Zum Beispiel kann der herkömmliche zeitbasierte Enteisungszyklus das Enteisungsheizgerät 114 alle sechs Stunden für 10 Minuten betreiben. Dagegen kann der adaptive Enteisungszyklus die tatsächliche Temperatur, die im Schrank 12 aufrechterhalten wird, sowie die Anzahl von Türöffnungen und die Gesamtzeit des Offenstehens der Tür überwachen. Diese und andere Faktoren werden berücksichtigt, um zu bestimmen, wie lange der Zeitraum vor dem Start des nächsten Enteisungszyklus sein sollte und wie lange außerdem das Enteisungsheizgerät 114 im nächsten Enteisungszyklus betrieben werden sollte. In dieser Hinsicht kann dann, wenn die Tür des Schranks 12 während eines sechsstündigen Zeitraums nicht oft geöffnet wird und der Verdampfer 30 wenig Probleme bei der Aufrechterhaltung der gewünschten Temperatur innerhalb des Kühlabschnitts 74 hat, der nächste Enteisungszyklus um eine zusätzliche Anzahl von Stunden verzögert und/oder in der Dauer verkürzt werden. Demnach ist der adaptive Enteisungszyklus hoch effizient, da die Verdampferkühlschlange 112 nur enteist wird, wenn der Zyklus notwendig wird. Außerdem stellt der adaptive Enteisungszyklus das Kühlgerät 10 unter einer Vielzahl von Umgebungsbedingungen automatisch für einen korrekten und effizienten Betrieb ein.
-
Obwohl die vorliegende Erfindung durch eine Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht wurde und obwohl diese Ausführungsform einigermaßen im Detail beschrieben wurde, ist es nicht die Absicht des Anmelders, den Schutzumfang der angehängten Ansprüche auf solche Details zu beschränken oder in irgendeiner Weise einzuschränken. Zusätzliche Vorteile und Modifikationen sind für Fachleute leicht zu erkennen. Die Erfindung ist daher in ihren allgemeineren Aspekten weder auf die spezifischen Details noch auf die repräsentative Vorrichtung und das repräsentative Verfahren oder das veranschaulichende Beispiel, die dargestellt bzw. beschrieben wurden, beschränkt. Demgemäß können Abweichungen von diesen Details vorgenommen werden, ohne vom Gedanken oder Schutzumfang des allgemeinen erfinderischen Konzepts des Anmelders abzuweichen.
