DE19510268A1 - Kühlgerät mit einem Normalkühlraum und einem Tiefkühlfach - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlgerät mit einem Normalkühlraum und einem Tiefkühlfach, dessen Verdampfer aus zwei in Reihe geschalteten Verdampferabschnitten besteht, von denen der Abschnitt, in den der mit einer Steuereinrichtung versehene Kom­ pressor das Kältemittel einleitet, dem Tiefkühlfach zugeordnet ist.

Bei üblichen Kühlgeräten mit einem Normalkühlraum und einem Ein- Stern-, Zwei-Sterne-, Drei-Sterne- oder Vier-Sterne-Tiefkühlfach sind das zusammenhängende Verdampfersystem und die Isolation des Geräts grundsätzlich so ausgelegt, daß bei normalen Umgebungstem­ peraturen (+16° bis +32°C) das Tiefkühlfach bei bestimmten Stellungen des die Temperatur in dem Normalkühlraum regelnden Thermostaten mindestens -18°C (Drei-Sterne- und Gefrierfach), -12°C (Zwei-Sterne-Fach) und -6°C (Ein-Stern-Fach) einhält, während der Normalkühlraum entsprechend der Stellung des Thermo­ staten Temperaturen zwischen 0°C und +5°C aufweisen darf. Bei beispielsweise 25°C Umgebungstemperatur und einer Temperatur von 5°C des Normalkühlraums bedeutet dies eine Temperaturdifferenz von der Umgebungstemperatur zum Normalkühlraum oder -kühlfach von 20 K und beispielsweise zum Drei-Sterne-Tiefkühlfach von 43 K. Aufgrund dieser Werte ist die Stärke der Isolation um das Drei-Sterne-Tiefkühlfach des Kühlgeräts herum grundsätzlich dop­ pelt so dick wie um den Normalkühlraum.

Probleme bei der Einhaltung der Mindesttemperatur von -18°C im Tiefkühlfach (im folgenden wird unter "Tiefkühlfach" der Einfach­ heit halber immer ein Drei-Sterne-Fach verstanden) ergeben sich bei tieferen Umgebungstemperaturen, da-beispielsweise bei 10°C Umgebungstemperatur die Differenz der Umgebungstemperatur zur Temperatur des Normalkühlraums mit 5°C nur noch 5 K und zum Tief­ kühlfach 28 K beträgt.

Noch kritischer werden die Verhältnisse bei 5°C Umgebungstempera­ tur, da bei dieser die Temperaturdifferenz zum Normalkühlraum mit beispielsweise 5°C 0 K und zum Tiefkühlfach noch 23 K beträgt. Das heißt, bei dieser Umgebungstemperatur hat der Normalkühlraum keinen Kältebedarf mehr, dieser besteht aber noch immer für das Tiefkühlfach.

Die übliche Steuerung eines Kühlgeräts mit Tiefkühlfach erfolgt durch einen Thermostaten, dessen Temperaturfühler sich im Normal­ kühlraum und vorzugsweise an der Verdampferplatine befindet. Die Einschaltwerte dieses Thermostaten sind so ausgelegt, daß der Verdampfer bzw. der Verdampferabschnitt für den Normalkühlraum in jeder Ausschaltphase des Kompressors abtaut. Hierzu muß die Temperatur an der Oberfläche des Verdampfers des Normalkühl­ raums, also mindestens über 0°C, ansteigen. Üblich sind Ein­ schaltwerte des Thermostaten von 3° bis 5°C. Dies bedeutet, daß in dem Fall, in dem der Einschaltwert des Thermostaten beispiels­ weise bei 5°C liegt, bei einem Absinken der Umgebungstemperatur unter 5°C der Thermostat überhaupt nicht mehr einschaltet, so daß zwangsläufig die Temperatur im Tiefkühlfach ansteigt. Das Gut in dem Tiefkühlfach kann sich daher bis zum Auftauen erwär­ men, so daß das Kühlgerät nicht mehr voll funktionsfähig ist.

Auch bei Umgebungstemperaturen über 5°C bis etwa 9°C bestehen noch erhebliche Probleme, die erforderliche Mindesttemperatur im Tiefkühlfach einzuhalten, da die relative Einschaltdauer des Kom­ pressors zu gering ist, um die für das Verdampferfach erforderli­ che Kälteleistung zu erbringen.

Um ein ordnungsgemäßes Funktionieren des Kühlgeräts zu gewährlei­ sten, wenn die Umgebungstemperaturen nicht im normalen Bereich von 16° bis 32°C, sondern auch wesentlich darunter, beispielswei­ se im Bereich von 0° bis 10°C liegen, ist es bekannt, eine Heiz­ einrichtung im Normalkühlraum oder hinter der Wandung des Normal­ kühlraums anzuordnen, die dem Normalkühlraum Wärme zuführt, wenn aufgrund der zu geringen Temperaturdifferenz zwischen der Tempe­ ratur des Normalkühlraums und der Umgebungstemperatur eine die Soll-Temperatur im Tiefkühlfach gewährleistende, relative Ein­ schaltdauer des Kompressors nicht mehr gegeben ist. Durch die Heizeinrichtung wird dem Normalkühlraum oder dem Kühlfach bei niedrigen Umgebungstemperaturen Wärme zugeführt, was zu einer höheren relativen Einschaltdauer des Kompressors führt. Dies ist wiederum eine Voraussetzung dafür, daß die Mindesttemperatur im Tiefkühlfach aufrechterhalten wird. Die Heizeinrichtung kann sichtbar im Normalkühlraum, beispielsweise an den Seiten des Kühlgutbehälters, oder aber auch unsichtbar hinter der Wand des Normalkühlraums eingeschäumt sein.

Mit dem gestiegenen Umweltbewußtsein und auch aus ökonomischen Gründen ist es ein Bestreben, den Energieverbrauch von Kühlgerä­ ten möglichst gering zu halten. Übliche Kühlgeräte mit einer Heizung des Normalkühlraums verschlechtern aber die Energiebi­ lanz, da dem Normalkühlraum zugeführte Wärme über das Verdampfer­ system wieder abgeführt werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Kühlgerät der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei dem sich die Mindesttemperatur im Tiefkühlfach allein aufgrund der Steuerung des Kompressors auch dann aufrechterhalten läßt, wenn die Umgebungstemperatur unter die Normaltemperatur, also unter 16°C, absinkt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Kühlgerät der gat­ tungsgemäßen Art dadurch gelöst, daß die Steuereinrichtung den Kompressor jeweils nur über eine so kurze Zeitdauer einschaltet, daß im wesentlichen nur der dem Tiefkühlfach zugeordnete Verdamp­ ferabschnitt mit verdampfendem Kältemittel gespeist wird, und daß die relative Einschaltdauer des Kompressors (Verhältnis der Summe der Einschaltzeiten zu einer diese Summe enthaltenden Gesamtzeit) auf die mindestens erforderliche Kälteleistung des Tiefkühlfachs ausgelegt wird.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß im wesentlichen nur dem Tiefkühlfach Kälte zugeführt wird, wenn das durch den Kom­ pressor in den Verdampfer bzw. das Verdampfersystem einge­ spritzte Kältemittel im wesentlichen bereits vollständig in dem dem Tiefkühlfach zugeordneten Verdampferabschnitt verdampft. Ver­ dampft das in einem Einschaltungsintervall des Kompressors einge­ spritzte Kältemittel im wesentlichen vollständig in dem dem Tief­ kühlfach zugeordneten Verdampferabschnitt, tritt in den dem Normalkühlraum zugeordneten Verdampferabschnitt im wesentlichen nur überhitzter Dampf des Kältemittels ein, der grundsätzlich eine ausreichende Kühlung des Normalkühlraums bewirkt:
Die optimale Kühlmittelmenge, die bei jedem Einschaltzyklus in das Verdampfersystem eingespritzt wird, läßt sich für jedes indi­ viduelle Kühlgerät empirisch durch Versuche ermitteln. Erforder­ lichenfalls kann in jedem Einschaltzyklus des Kompressors auch eine größere Menge Kühlmittel eingespritzt werden, so daß ein geringer Teil des Kühlmittels auch noch in dem dem Normalkühl­ raum zugeordneten Verdampferabschnitt verdampft. In jedem Falle ist die Einstellung jedoch so zu wählen, daß dann während der Stillstandszeiten des Kompressors die Temperatur auf der Ober­ fläche des dem Normalkühlraum zugeordneten Verdampferabschnitts über 0°C ansteigt, so daß ein vollständiges Abtauen dieses Ver­ dampferabschnitts gewährleistet ist.

Im Idealfall lassen sich nach der erfindungsgemäßen Lehre die bei jedem Einschaltzyklus in das Verdampfersystem eingespritzte Kühlmittelmenge und die Ausschaltintervalle zwischen den Ein­ schaltzeiten des Kompressors so steuern, daß die erforderliche Mindesttemperatur im Tiefkühlfach und die eingestellte Tempera­ tur im Normalkühlraum aufrechterhalten werden. Um die erfindungs­ gemäße Steuerung des Kühlgeräts verwirklichen zu können, müssen auch die Größen der Abschnitte des Verdampfers entsprechend auf­ einander abgestimmt sein. Dabei besteht zweckmäßigerweise der Verdampfer in bekannter Weise aus zwei Verdampferabschnitten, die Teile einer gemeinsamen Platine sind, wobei der Verdampferab­ schnitt des Normalkühlraums derart abgebogen ist, daß er durch einen Steg mit dem Verdampferabschnitt des Tiefkühlfachs verbun­ den ist. Die bekannten Verdampferplatinen sind mit geprägten Käl­ temittelkanälen versehen.

Der vorstehend beschriebene Idealfall wird sich nicht in allen Fällen verwirklichen lassen, so daß zusätzliche Maßnahmen erfor­ derlich sein können, um bei einem Absinken der Umgebungstempera­ tur die Mindesttemperatur im Tiefkühlfach aufrecht zu erhalten.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist daher vorgesehen, daß in dem Normalkühlraum, vorzugsweise an dem Verdampferab­ schnitt, ein Temperaturfühler eines Thermostaten angeordnet ist, der den Kompressor einschaltet, wenn die Normalkühlraumtempera­ tur bzw. die Temperatur des Verdampferabschnitts über eine vorbe­ stimmte, über 0°C liegende Temperatur angestiegen ist. Kühlgerä­ te mit derartigen, den Kompressor einschaltenden Thermostaten sind bekannt. Bei dem erfindungsgemäßen Kühlgerät führt die Anordnung des bekannten Thermostaten jedoch bereits bei einer Normaltemperatur von 16° bis 32°C zu einer Steigerung der Ein­ schaltfrequenz bei kürzeren Laufzeiten des Kompressors in der Weise, daß die Gesamtenergiebilanz verbessert wird.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgese­ hen, daß die Intervalle des Stillstands des Kompressors verkürzt werden, wenn die relative Einschaltdauer unter einen Wert absinkt, der für ein Absinken der Umgebungstemperatur unter die Normaltemperatur typisch ist. In diesem Fall erfolgt die Steue­ rung der Einschaltung des Kompressors nicht mehr über den Thermo­ staten, sondern über eine eigene Steuerung, beispielsweise eine Mikrocomputer-Steuerung, bei der die Werte für die Einschaltzei­ ten und die Einschaltdauer aus einer Tabelle, beispielsweise einer Halbleiter-Speichermatrix, ausgelesen werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß auch die Länge der Einschaltzeiten des Kompressors steuerbar ist. Durch die Steuerung der Intervalle, während der der Kompressor arbeitet, läßt sich die in jedem Einschaltzyklus eingespritzte Kühlmittelmenge steuern, so daß die Verteilung der Kälteleistung auf die beiden Verdampferabschnitte gesteuert und aufeinander abgestimmt werden kann.

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß ein Thermostat mit einem die Umgebungstemperatur erfassenden Temperaturfühler die relative Einschaltdauer des Kompressors steuert. Die zu der jeweiligen Umgebungstemperatur gehörende relative Einschaltdauer kann wieder in einer Matrix oder einer Tabelle gespeichert sein. Zusätzlich kann natürlich auch die Ein­ schaltfrequenz, und damit die jeweilige Dauer der Laufzeiten des Kompressors gesteuert werden.

Nach einer anderen Ausführungsform ist ein Thermostat vorgese­ hen, dessen Temperaturfühler im Tiefkühlfach angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform werden die relative Einschaltdauer bzw. die Intervalle der Lauf- und Stillstandszeiten des Kompressors durch die Temperatur im Tiefkühlfach gesteuert.

Durch die erfindungsgemäße Steuerung der Einschalt- und/oder der Ausschaltzeiten des Kompressors läßt sich eine energiesparende Steuerung über weite Temperaturbereiche sicherstellen. Sollte sich jedoch mit der erfindungsgemäßen Steuerung nicht sicherstel­ len lassen, daß die Mindesttemperatur im Tiefkühlfach eingehal­ ten wird oder die Temperatur im Normalkühlraum zu stark absinkt, kann zur Sicherheit eine Heizung für den Normalkühlraum vorgese­ hen sein, die eingeschaltet wird, wenn sich die relative Ein­ schaltdauer gegenüber dem Normalbetrieb erhöht.

Die Heizung kann von einem dem Normalkühlraum zugeordneten Thermostat ein- und ausgeschaltet werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Heizung aus einem elektrischen Heizwiderstandsdraht besteht, der auf der dem Normalkühlraum zugeordneten Verdampferplatine ange­ ordnet ist. Der Widerstandsdraht, der nur eine Heizleistung von wenigen Watt zu erbringen braucht, steht zweckmäßigerweise in wärmeleitender Verbindung mit der Verdampferplatine, so daß sich die in diese eingeleitete Wärme gleichmäßig und für den Benutzer unmerklich verteilt.

Zweckmäßigerweise ist jeweils den einzelnen einstellbaren Tempe­ raturen des Normalkühlraums (Regelstufen) eine bestimmte relati­ ve Einschaltdauer zugeordnet.

Es sei wiederholt, daß sich im Idealfall die Kompressorlauf- und Stillstandszeiten so aufeinander abstimmen und steuern lassen, daß die Mindesttemperatur im Tiefkühlfach und die eingestellte Temperatur des Normalkühlraums ohne zusätzliche Mittel eingehal­ ten werden können. Dadurch läßt sich die Energiebilanz des erfin­ dungsgemäßen Kühlgeräts gegenüber bekannten Kühlgeräten wesent­ lich verbessern.

Claims (11)

1. Kühlgerät mit einem Normalkühlraum und einem Tiefkühlfach, dessen Verdampfer aus zwei in Reihe geschalteten Verdampfer­ abschnitten besteht, von denen der Abschnitt, in den der mit einer Steuereinrichtung versehene Kompressor das Kältemittel einleitet, dem Tiefkühlfach zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung den Kompressor jeweils nur über eine so kurze Zeitdauer einschaltet, daß im wesentlichen nur der dem Tiefkühlfach zugeordnete Verdampferabschnitt mit ver­ dampfendem Kältemittel gespeist wird, und daß die relative Einschaltdauer des Kompressors auf die mindesterforderliche Kälteleistung des Tiefkühlfachs abgestimmt wird.

2. Kühlgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Normalkühlraum, vorzugsweise an dessen Verdampferab­ schnitt, ein Temperaturfühler eines Thermostaten angeordnet ist, der den Kompressor einschaltet, wenn die Normalkühlraum­ temperatur bzw. die Temperatur des Verdampferabschnitts über eine vorbestimmte, über 0°C liegende Temperatur ansteigt.

3. Kühlgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Intervalle des Stillstands des Kompressors verkürzt werden, wenn die relative Einschaltdauer unter einen Wert absinkt, der für ein Absinken der Umgebungstemperatur unter die Normaltemperatur typisch ist.

4. Kühlgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Länge der Einschaltzeiten des Kompressors und damit die Schaltfrequenz gesteuert werden.

5. Kühlgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Thermostat mit einem die Umgebungstempera­ tur erfassenden Temperaturfühler vorgesehen ist, der die relative Einschaltdauer steuert.

6. Kühlgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Thermostat mit einem die Temperatur des Tiefkühlfachs erfassenden Temperaturfühler vorgesehen ist.

7. Kühlgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Heizung für den Normalkühlraum vorgesehen ist, die eingeschaltet wird, wenn sich die relative Ein­ schaltdauer gegenüber dem Normalbetrieb erhöht.

8. Kühlgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Heizung von einem dem Normalkühlraum zuge­ ordneten Thermostat ein- und ausgeschaltet wird.

9. Kühlgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Heizung aus einem elektrischen Widerstands­ draht besteht, der auf der dem Normalkühlraum zugeordneten Verdampferplatine angeordnet ist.

10. Kühlgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß den einzelnen einstellbaren Temperaturen des Normalkühlraums (Regelstufen) jeweils eine bestimmte relati­ ve Einschaltdauer zugeordnet ist.

11. Kühlgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressorlauf- und stillstandszeiten so aufeinander abge­ stimmt und gesteuert werden, daß die Mindesttemperatur des Tiefkühlfachs und die eingestellte Temperatur des Normalkühl­ raums ohne zusätzliche Mittel eingehalten werden.