DE19510268B4

DE19510268B4 - Kühlgerät mit einem Normalkühlraum und einem Tiefkühlfach und Kühlverfahren

Info

Publication number: DE19510268B4
Application number: DE1995110268
Authority: DE
Inventors: Wilfried King
Original assignee: Liebherr Hausgeraete Ochsenhausen GmbH
Current assignee: LIEBHERR-HAUSGERAETE OCHSENHAUSEN GMBH, 88416 OCHSE
Priority date: 1995-03-21
Filing date: 1995-03-21
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2015-03-22
Also published as: DE19510268A1

Abstract

Kühlgerät mit
– einem Normalkühlraum,
– einem Tiefkühlfach,
– einem Verdampfer mit zwei in Reihe geschalteten Verdampferabschnitten, und
– einem Kompressor mit einer Steuereinrichtung,
wobei derjenige Verdampferabschnitt, in den der Kompressor das Kältemittel einleitet, dem Tiefkühlfach zugeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Steuereinheit derart ausgestaltet ist, daß sie den Kompressor jeweils nur so kurze Zeit einschaltet, daß nur der dem Tiefkühlfach zugeordnete Verdampferabschnitt mit Kältemittel gespeist wird, und die relative Einschaltdauer des Kompressors, die dem Verhältnis der Summe der Einschaltzeiten zu einer diese Summe enthaltenen Gesamtzeit entspricht, auf die mindest erforderliche Kälteleistung des Tiefkühlfaches abgestimmt wird.

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 Kompressor 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 Umgebungstemperaturen (+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 Thermostaten 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 Einfachheit 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 Tiefkühlfach 28 K beträgt.

Noch kritischer werden die Verhältnisse bei 5°C Umgebungstemperatur, 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 Normalkühlraum 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 Normalkühlraums, also mindestens über 0°C, ansteigen. Üblich sind Einschaltwerte des Thermostaten von 3° bis 5°C. Dies bedeutet, daß in dem Fall, in dem der Einschaltwert des Thermostaten beispielsweise 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 erwärmen, 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 Kompressors zu gering ist, um die für das Tiefkühlfach erforderliche Kälteleistung zu erbringen.

Um ein ordnungsgemäßes Funktionieren des Kühlgeräts zu gewährleisten, wenn die Umgebungstemperaturen nicht im normalen Bereich von 16° bis 32°C, sondern auch wesentlich darunter, beispielsweise im Bereich von 0° bis 10°C liegen, ist es bekannt, eine Heizeinrichtung im Normalkühlraum oder hinter der Wandung des Normalkühlraums anzuordnen, die dem Normalkühlraum Wärme zuführt, wenn aufgrund der zu geringen Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Normalkühlraums und der Umgebungstemperatur eine die Soll-Temperatur im Tiefkühlfach gewährleistende, relative Einschaltdauer 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 Kühlgeräten möglichst gering zu halten. Übliche Kühlgeräte mit einer Heizung des Normalkühlraums verschlechtern aber die Energiebilanz, da dem Normalkühlraum zugeführte Wärme über das Verdampfersystem wieder abgeführt werden muß.

US 4,292,813 beschreibt ein Kühlgerät, bei dem die Laufzeit des Kompressors in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur bestimmt wird. DE 40 20 537 A1 schreibt eine Kühl-Gefrier-Kombination mit unterschiedlichen Verdampferteilsystemen, die je nach gewünschtem Kühlmodus durch Schaltung entsprechender Ventile in Betrieb genommen bzw. deaktiviert werden können.

Ein Kühlgerät mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 ist aus DE 39 04 216 A1 bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Kühlgerät und ein verbessertes Kühlverfahren anzugeben, bei dem sich die Mindesttemperatur im Tiefkühlfach auch dann auf einfache Weise aufrecht erhalten läßt, wenn die Umgebungstemperatur unter die Normaltemperatur, also unter 16°C absinkt.

Diese Aufgabe wird mit einem Kühlgerät mit den Merkmalen des Anspruches 1 und einem Kühlverfahren mit den Merkmalen des Anspruches 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Kühlgerät der gattungsgemäßen Art dadurch gelöst, daß die Steuereinrichtung den Kompressor jeweils nur über eine so kurze Zeitdauer einschaltet, daß im wesentlichen nur der dem Tiefkühlfach zugeordnete Verdampferabschnitt 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 Kompressor in den Verdampfer bzw. das Verdampfersystem eingespritzte Kältemittel im wesentlichen bereits vollständig in dem dem Tiefkühlfach zugeordneten Verdampferabschnitt verdampft. Verdampft das in einem Einschaltungsintervall des Kompressors eingespritzte Kältemittel im wesentlichen vollständig in dem dem Tiefkühlfach 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 individuelle Kühlgerät empirisch durch Versuche ermitteln. Erforderlichenfalls 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 Oberfläche des dem Normalkühlraum zugeordneten Verdampferabschnitts über 0°C ansteigt, so daß ein vollständiges Abtauen dieses Verdampferabschnitts gewährleistet ist.

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

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

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist daher vorgesehen, daß in dem Normalkühlraum, vorzugsweise an dem Verdampferabschnitt, ein Temperaturfühler eines Thermostaten angeordnet ist, der den Kompressor einschaltet, wenn die Normalkühlraumtemperatur bzw. die Temperatur des Verdampferabschnitts über eine vorbe stimmte, über 0°C liegende Temperatur angestiegen ist. Kühlgeräte 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 Einschaltfrequenz bei kürzeren Laufzeiten des Kompressors in der Weise, daß die Gesamtenergiebilanz verbessert wird.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, 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 Steuerung der Einschaltung des Kompressors nicht mehr über den Thermostaten, sondern über eine eigene Steuerung, beispielsweise eine Mikrocomputer-Steuerung, bei der die Werte für die Einschaltzeiten 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 vorgesehen, 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 sicherstellen lassen, daß die Mindesttemperatur im Tiefkühlfach eingehalten wird oder die Temperatur im Normalkühlraum zu stark absinkt, kann zur Sicherheit eine Heizung für den Normalkühlraum vorgesehen sein, die eingeschaltet wird, wenn sich die relative Einschaltdauer 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 angeordnet 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 Temperaturen 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 eingehalten werden können. Dadurch läßt sich die Energiebilanz des erfindungsgemäßen Kühlgeräts gegenüber bekannten Kühlgeräten wesentlich verbessern.

Claims

Kühlgerät mit – einem Normalkühlraum, – einem Tiefkühlfach, – einem Verdampfer mit zwei in Reihe geschalteten Verdampferabschnitten, und – einem Kompressor mit einer Steuereinrichtung, wobei derjenige Verdampferabschnitt, in den der Kompressor das Kältemittel einleitet, dem Tiefkühlfach zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit derart ausgestaltet ist, daß sie den Kompressor jeweils nur so kurze Zeit einschaltet, daß nur der dem Tiefkühlfach zugeordnete Verdampferabschnitt mit Kältemittel gespeist wird, und die relative Einschaltdauer des Kompressors, die dem Verhältnis der Summe der Einschaltzeiten zu einer diese Summe enthaltenen Gesamtzeit entspricht, auf die mindest erforderliche Kälteleistung des Tiefkühlfaches abgestimmt wird.
Kühlgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Normalkühlraum ein Temperaturfühler eines Thermostaten angeordnet ist, der den Kompressor einschaltet, wenn die Normalkühlraumtemperatur und/oder die Temperatur des Verdampferabschnittes über eine vorbestimmte, über 0°C liegende Temperatur ansteigt.
Kühlgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler am Verdampferabschnitt des Normalkühlraumes angeordnet ist.
Kühlgerät nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung derart ausgestaltet ist, 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.
Kühlgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung derart ausgestaltet ist, daß die Länge der Einschaltzeiten des Kompressors und damit die Schaltfrequenz gesteuert werden.
Kühlgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein Thermostat mit einem die Umgebungstemperatur erfassenden Temperaturfühler zur Steuerung der relativen Einschaltdauer.
Kühlgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch ein Thermostat mit einem die Temperatur des Tiefkühlfaches erfassenden Temperaturfühler.
Kühlgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Heizung für den Nomalkühlraum, die eingeschaltet wird, wenn sich die relative Einschaltdauer gegenüber dem Normalbetrieb erhöht.
Kühlgerät nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein dem Normalkühlraum zugeordnetes Thermostat, das die Heizung ein- und ausschaltet.
Kühlgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung aus einem elektrischen Widerstandsdraht besteht, der auf der dem Normalkühlraum zugeordneten Verdampferplatine angeordnet ist.
Kühlgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß den einzelnen einstellbaren Temperaturen des Normalkühlraums (Regelstufen) jeweils eine bestimmte relative Einschaltdauer zugeordnet ist.
Kühlgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung derart ausgestaltet ist, daß die Kompressorlauf- und stillstandszeiten so aufeinander abgestimmt sind, daß die Mindesttemperatur des Tiefkühlfaches und die eingestellte Temperatur des Normalkühlraums eingehalten werden.
Kühlverfahren für ein Kühlgerät mit einem Normalkühlraum und einem Tiefkühlfach mit jeweils einem Verdampferabschnitt eines Verdampfers, wobei die Verdampferabschnitte in Reihe geschaltet sind und der Verdampferabschnitt, in den der Kompressor das Kältemittel einleitet, dem Tiefkühlfach zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor jeweils nur über eine so kurze Zeitdauer eingeschaltet wird, daß nur der dem Tiefkühlfach zugeordnete Verdampferabschnitt mit verdampfendem Kältemittel gespeist wird, und die relative Einschaltdauer des Kompressors, die dem Verhältnis der Summe der Einschaltzeiten zu einer diese Summe enthaltenen Gesamtzeit entspricht, auf die mindest erforderliche Kälteleistung des Tiefkühlfachs abgestimmt wird.
Kühlverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor eingeschaltet wird, wenn die Normalkühlraumtemperatur und/oder die Temperatur des Verdampferabschnittes über eine vorbestimmte, über 0°C liegende Temperatur ansteigt.
Kühlverfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, 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.
Kühlverfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Einschaltzeiten des Kompressors und damit die Schaltfrequenz gesteuert werden.
Kühlverfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, bei dem die Steuerung der relativen Einschaltdauer mit Hilfe eines Thermostats mit einem die Umgebungstemperatur erfassenden Temperaturfühler durchgeführt wird.
Kühlverfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, bei dem die relative Einschaltdauer mit Hilfe eines Thermostats mit einem die Temperatur des Tiefkühlfachs erfassenden Temperaturfühler gesteuert wird.
Kühlverfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Normalkühlraum geheizt wird, wenn sich die relative Einschaltdauer gegenüber dem Normalbetrieb erhöht.
Kühlverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressorlauf- und stillstandszeiten so aufeinander abgestimmt und gesteuert werden, daß die Mindesttemperatur des Tiefkühlfachs und die eingestellte Temperatur des Normalkühlfachs eingehalten werden.