DE602004011180T2

DE602004011180T2 - Wärmepumpe

Info

Publication number: DE602004011180T2
Application number: DE602004011180T
Authority: DE
Inventors: Hak Gyun Bae; Eung Ryeol Gwangsan-gu Seo
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2004-03-23
Filing date: 2004-06-30
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2024-07-01
Also published as: EP1580496A3; CN1673653A; KR20060043709A; US20050210898A1; EP1580496B1; KR100648943B1; DE602004011180D1; EP1580496A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlgerät mit einem Kühlabteil und einem Gefrierabteil und ein Steuerungsverfahren für Selbiges.
Im Allgemeinen enthalten Kühlgeräte einen Körper, der durch eine Wand getrennte Gefrier- und Kühlabteile enthält. Separate Türen sind im Allgemeinen für das Gefrier- und das Kühlabteil vorgesehen. Ein Verdampfer und ein Ventilator sind hinter einer Wand an der Rückseite des Gefrierabteils lokalisiert, um kalte Luft zu erzeugen, die dem Gefrierfach zugeführt wird. Ein weiterer Verdampfer und ein weiterer Ventilator sind hinter einer Wand an der Rückseite des Kühlabteils angeordnet, um kalte Luft zu erzeugen, die dem Kühlabteil zugeführt wird. Folglich wird kalte Luft unabhängig dem Gefrier- und Kühlabteil zugeführt. Ein derartiges System wird „unabhängiges Kühlsystem" genannt.
Das unabhängige Kühlsystem wird verwendet, da das Gefrierabteil deutlich stärker gekühlt werden muss als das Kühlabteil. Zum Einbringen von unterschiedlichen Temperaturen in das Gefrier- und Kühlabteil müssen die Verdampfer des Gefrier- und Kühlabteils unterschiedliche Verdampfungstemperaturen aufweisen. Dazu muss die Expansion (Druckreduzierung) eines Kühlmittels an der Stromaufwärtsseite von jedem Verdampfer in einer derartigen Weise durchgeführt werden, dass die Expansionsgrade unterschiedlich sind. Demgemäß ist eine erste Expansionsvorrichtung für den Kühlabteilverdampfer und eine zweite Expansionsvorrichtung für den Gefrierabteilverdampfer vorgesehen.
EP 1 394 481 offenbart ein Kühlgerät mit einer Kanalwechselvorrichtung, die das Kühlmittel zwischen den Expansionsvorrichtungen für das Gefrier- und Kühlabteil teilt, das angepasst ist, um einen Kühlmittelfluss zu variieren, um die Geschwindigkeit und Effizienz des Kühlens für eines des ausgewählten Gefrier- und Kühlabteils zu erhöhen.
JP 2002 213626 offenbart ein Ventil zur Steuerung eines Kühlmittelflusses, für das ein erster Kühlmittelweg oder ein zweiter Kühlmittelweg kontinuierlich mit Kühlmittel versorgt werden kann.
Die unterschiedlichen Verdampfungstemperaturen der Verdampfer für das Gefrier- und Kühlabteil bedeuten unterschiedliche Kühlmitteldrücke in den Verdampfern. Ein derartiger Kühlmitteldruckunterschied bewirkt, dass das Kühlmittel durch einen der Verdampfer in einer größeren Menge strömt, sodass das Kühlmittel nicht problemlos durch den anderen Verdampfer strömen kann, wenn der Kühlmittelweg geändert wird.
Erfindungsgemäß wird ein Kühlgerät nach Anspruch 1 bereitgestellt.
Die Erfindung enthält auch ein Verfahren zur Steuerung eines Kühlgeräts nach Anspruch 4.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus den abhängigen Ansprüchen klar.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 einen Kühlmittelkreislauf von einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe darstellt;
2 ein Zeitablaufdiagramm ist, das den Betrieb des 3-Wegeventils in 1 veranschaulicht;
3 ein Blockdiagramm des Steuerungssystems der Wärmepumpe von 1 ist;
4 ein Fließdiagramm ist, das ein Verfahren zur Steuerung des 3-Wegeventils in 1 veranschaulicht; und
5 ein Fließdiagramm ist, das ein Verfahren zur Steuerung des 3-Wegeventils in 1 veranschaulicht.
Mit Bezug auf 1 wird von einem Verdichter 201 ausgetragenes Kühlmittel im Einklang mit dem Zustand des 3-Wegeventils 310 einem Kapillarrohr für das Kühlabteil 304 oder einem Kapillarrohr für das Gefrierabteil 308 zugeführt, nachdem es durch einen Kondensator 302 gelaufen ist. Wird das 3-Wegeventil 310 derart betrieben, dass ein Kühlabteilventil 310a davon geschlossen und ein Gefrierabteilventil 310b davon offen ist, wird das aus dem Kondensator 302 kommende Kühlmittel nur dem Gefrierabteilverdampfer 207 durch das Kapillarrohr für das Gefrierabteil 308 zugeführt. In diesem Fall wird das Kühlen im Gefrierabteil 220 alleine durchgeführt. Andererseits wird, wenn es nötig ist, sowohl das Kühlabteil 210 als auch das Gefrierabteil 220 zu kühlen, das 3-Wegeventil 310 betrieben, um das Kühlabteilventil 310a zu öffnen und das Gefrierabteilventil 310b zu schließen. In diesem Fall wird das aus dem Kondensator 302 kommende Kühlmittel dem Kühlabteilverdampfer 205 und dann in den Gefrierabteilverdampfer 207 über das Kapillarrohr für das Kühlabteil 304 und einem Verbindungskapillarrohr 306 zugeführt.
Der Zustand des 3-Wegeventils 310 wird durch einen Schrittmotor (nicht dargestellt) gesteuert. Das heißt, ein Strömungsweg des Kühlmittels, der mit mindestens einem vom Kühlabteilverdampfer 205 und Gefrierabteilverdampfer 207 in Verbindung steht, wird durch den Betrieb des Schrittmotors eingestellt.
Die durch die Drehung des Schrittmotors verursachte Änderung des Strömungswegs des Kühlmittels wird nun mit Bezug auf 2 beschrieben.
Mit Bezug auf 2 werden durch selektives Öffnen von einem oder dem anderen oder keinem vom Kühlabteilventil 310a und dem Gefrierabteilventil 310b unter Verwendung des Schrittmotors unterschiedliche oder keine Strömungswege des Kühlmittels aufgebaut. Beträgt die Winkelposition des Schrittmotors 34°, sind sowohl das Kühlabteilventil 310a als auch das Gefrierabteilventil 310b geschlossen, so dass kein Strömungsweg des Kühlmittels aufgebaut wird. Dreht sich der Schrittmotor weiter zu etwa 95°, ist das Gefrierabteilventil 310b geöffnet, während das Kühlabteilventil 310a noch geschlossen ist. In diesem Zustand wird ein Strömungsweg des Kühlmittels durch den Gefrierabteilverdampfer 207 über das Kapillarrohr für das Gefrierabteil 308 aufgebaut. Eine weitere Drehung des Schrittmotors zu etwa 154° öffnet auch das Kühlabteilventil 310a. Dreht sich der Schrittmotor weiter auf etwa 195°, wird das Gefrierabteilventil 310b geschlossen, während das Kühlabteilventil 310a offen bleibt. In diesem Zustand wird ein Strömungsweg des Kühlmittels nur durch den Kühlabteilverdampfer 205 über das Kapillarrohr für das Kühlabteil 304 aufgebaut. Eine weitere Drehung des Schrittmotors zu 215° schließt auch das Kühlabteilventil 310a. Infolgedessen gibt es keine Strömungswege des Kühlmittels.
Auf diese Weise wird der Aufbau eines gewünschten Strömungswegs des Kühlmittels durch Drehung des Schrittmotors bewirkt, um die Öffnungen und Schließungen des 3-Wegeventils zu steuern. Wie vorstehend beschrieben, gibt es bei einer bestimmten Winkelposition des Schrittmotors, z. B. etwa 154° im Fall von 2, einen gleichzeitigen Öffnungszustand t0, in welchem sowohl das Kühlabteilventil 310a als auch das Gefrierabteilventil 310b offen sind. In diesem Zustand t0 kann das Kühlmittel durch den Kühlabteilverdampfer 205 und den Gefrierabteilverdampfer 207 strömen. Im gleichzeitigen Öffnungszustand t0 strömt jedoch das Kühlmittel zum Gefrierabteilverdampfer 207 in einer größeren Menge, da der Druck des Gefrierabteilverdampfers 207 relativ höher ist, als derjenige des Kühlabteilverdampfers 205. Aus diesem Grund kann, wenn der Betriebsmodus des Kühlgeräts von einem Kühlmodus des Kühlabteils zu einem Kühlmodus des Gefrierabteils alleine geändert wird (d. h. die Winkelposition des Schrittmotors wird von 195° auf 95° über eine Winkelposition von etwa 154° geändert), das auf den Gefrierabteilverdampfer 207 konzentrierte Kühlmittel nicht ausreichend durch den mit dem Kühlabteilverdampfer 205 in Verbindung stehenden Strömungsweg des Kühlmittels zugeführt werden. Zum Lösen dieses Problems, in welchem der Betriebsmodus des Kühlgeräts vom Kühlabteilmodus nur zum Gefrierabteilmodus geändert wird, wird der gleichzeitige Öffnungszustand t0, der der Position von etwa 154° entspricht, für eine relativ lange Zeitdauer beibehalten. Infolgedessen sind sowohl das Kühlabteilventil 310a als auch das Gefrierabteilventil 310b für eine ausreichende Zeitdauer offen, um zu ermöglichen, dass das zum Gefrierabteilverdampfer 207 konzentrierte Kühlmittel ausreichend und problemlos durch den mit dem Kühlabteilverdampfer 205 in Verbindung stehenden Strömungsweg des Kühlmittels zugeführt wird.
Zum Erzielen eines derartigen Steuerungsvorgangs enthält das Kühlgerät das in 3 dargestellte Steuerungssystem.
Mit Bezug auf 3 sind eine Eingabeeinheit 354 und eine Temperaturerfassungseinheit 356 mit einem Eingang einer Steuerungseinheit 352 zum Steuern des Betriebs des Kühlgeräts verbunden. Die Eingabeeinheit 354 ermöglicht es dem Anwender, eine gewünschte Zielkühltemperatur, einen gewünschten Kühlmodus und andere Betriebsbedingungen einzustellen. Die Temperaturerfas sungseinheit 356 erfasst die Temperaturen des Kühlabteils 210, des Gefrierabteils 220, des Kühlabteilverdampfers 205 und des Gefrierabteilverdampfers 207 und andere Temperaturen und teilt der Steuerungseinheit 352 die erfassten Temperaturen mit. Auf der Basis der erfassten Temperaturen steuert die Steuerungseinheit 352 den Kühlvorgang des Kühlgeräts. Das 3-Wegeventil 310 ist elektrisch mit einem Ausgang der Steuerungseinheit 352 zusammen mit einem Verdichter 201 verbunden. Das 3-Wegeventil 310 und der Verdichter 201 werden durch die Steuerungseinheit 352 gesteuert, um einen Kühlmodus durchzuführen und eine durch den Anwender eingestellte Zielkühltemperatur zu erzielen. Der Betrieb der Steuerungseinheit 352 wird nun mit Bezug auf die 4 und 5 beschrieben.
Mit Bezug auf 4 mit dem durch den Schrittmotor auf die Position von 195° gedrehten 3-Wegeventil 310 ist das Kühlabteilventil 310a offen und ist das Gefrierabteilventil 310b geschlossen. In diesem Zustand wird das Kühlabteil 210 gekühlt (Schritt 402). Nach Abschluss des Kühlens des Kühlabteils 210 bestimmt die Steuerungseinheit 352, ob das Gefrierabteil 220 gekühlt werden muss oder nicht. Auf der Basis dieser Bestimmung bestimmt die Steuerungseinheit 352, ob der Strömungsweg des Kühlmittels vom Kühlabteil 210 zum Gefrierabteil 220 geändert werden muss oder nicht (Schritt 404). Ist es nötig, den Strömungsweg des Kühlmittels vom Kühlabteil 210 zum Gefrierabteil 220 zu ändern, ändert die Steuerungseinheit 352 die Winkelposition des Schrittmotors von 195° auf 154° (Schritt 406). Dieses Verfahren ist ein Zwischenverfahren, das in ein Verfahren einbezogen ist, in welchem der Schrittmotor auf 95° gedreht wird. Gemäß dem Zwischenverfahren sind sowohl das Kühlabteilventil 310a als auch das Gefrierabteilventil 310b offen. Muss der Strömungsweg des Kühlmittels vom Kühlabteil 210 zum Gefrierabteil 220 geändert werden, wird der Schrittmotor ohne Verzögerung im Zwischenverfahren auf die Position von 95° gedreht, wodurch das Kühlabteilventil 310a geschlossen ist, während nur das Gefrier abteilventil 310b offen ist, um nur das Gefrierabteil 220 zu kühlen (Schritt 408). Folglich wird die Zeit, in welcher beide Ventile 310a, 310b offen sind, während der Änderung des Strömungswegs des Kühlmittels vom Kühlabteil 210 zum Gefrierabteil 220 minimiert. Demgemäß ist es möglich, den Grad an Konzentration des Kühlmittels vom Kühlabteilverdampfer 205 zum Gefrierabteilverdampfer 207 zu reduzieren.
Mit Bezug auf 5 mit dem durch den Schrittmotor auf die Position von 95° gedrehten 3-Wegeventil 310 ist das Kühlabteilventil 310a geschlossen und das Gefrierabteilventil 310b offen. In diesem Zustand wird das Gefrierabteil 220 gekühlt (Schritt 502). Nach Abschluss des Kühlens des Gefrierabteils 220 wird bestimmt, ob das Kühlabteil 210 gekühlt werden muss oder nicht. Auf der Basis dieser Bestimmung wird dann bestimmt, ob der Strömungsweg des Kühlmittels vom Gefrierabteil 220 zum Kühlabteil 210 geändert werden muss oder nicht (Schritt 504). Ist es nötig, den Strömungsweg des Kühlmittels vom Gefrierabteil 220 zum Kühlabteil 210 zu ändern, wird die Winkelposition des Schrittmotors von 95° auf 154° geändert (Schritt 506). Dieses Verfahren ist ein Zwischenverfahren, das in ein Verfahren einbezogen ist, in welchem der Schrittmotor auf 195° gedreht ist. Gemäß dem Zwischenverfahren wird ein gleichzeitiger Öffnungszustand, in welchem sowohl das Kühlabteilventil 310a als auch das Gefrierabteilventil 310b offen ist, aufgebaut. Muss der Strömungsweg des Kühlmittels vom Gefrierabteil 220 zum Kühlabteil 210 geändert werden, wird der im Zwischenverfahren aufgebaute gleichzeitige Öffnungszustand für eine vorbestimmte Zeit (z. B. 10 Sekunden) fortgesetzt. Das heißt, sowohl das Kühlabteilventil 310a als auch das Gefrierabteilventil 310b sind für die vorbestimmte Zeit offen (Schritt 508). Da wie vorstehend beschrieben, beide Ventile 310a und 310b für die vorbestimmte Zeit während der Änderung des Strömungswegs des Kühlmittels vom Gefrierabteil 220 zum Kühlabteil 210 offen sind, kann das zu dem Gefrierabteil verdampfer 220 konzentrierte Kühlmittel ausreichend zum Kühlabteilverdampfer 210 strömen.
Wird die Änderung des Strömungswegs des Kühlmittels vom Kühlabteilverdampfer 210 zum Gefrierabteil 220 durchgeführt (d. h. wenn der Schrittmotor von 195° auf 95° gedreht wird), gibt es eine durch die mechanischen Eigenschaften des Schrittmotors und des 3-Wegeventils 310 verursachte unvermeidbare Verzögerungszeit (z. B. 3 Sekunden). Demgemäß wird die vorbestimmte Zeit, in welcher sowohl das Kühlabteilventil 310a als auch das Gefrierabteilventil 310b nach der Änderung des Strömungswegs des Kühlmittels vom Gefrierabteil 220 zum Kühlabteil 210 offen ist, länger als die unvermeidbare Verzögerungszeit (z. B. 10 Sekunden) eingestellt, um zu ermöglichen, dass das zu dem Gefrierabteilverdampfer 220 konzentrierte Kühlmittel ausreichend zum Kühlabteilverdampfer 210 strömt. Nach dem Verstreichen der vorbestimmten Zeit (10 Sekunden) wird der Schrittmotor auf 195° gedreht, wodurch das Gefrierabteilventil 310b geschlossen wird, während nur das Kühlabteilventil 310a im offenen Zustand gehalten wird. Folglich wird nur das Kühlabteil 210 gekühlt (Schritt 510).
Wie es aus der vorstehenden Beschreibung klar ist, ist es gemäß dem erfindungsgemäßen Kühlgerätsteuerungsverfahren möglich, ein problemloses Strömen des Kühlmittels durch wirksames Steuern des Wegänderungsventils durch Ändern des Strömungswegs des Kühlmittels zwischen den Verdampfern bereitzustellen.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung zu veranschaulichenden Zwecken offenbart wurden, ist es dem Fachmann klar, dass verschiedene Modifikationen, Zusätze und Substitutionen möglich sind.

Claims

Kühlgerät mit: einem Kühlabteilverdampfer (210); einem Gefrierabteilverdampfer (220); einer ersten Expansionsvorrichtung (304), die dazu angepasst ist, einen Strom eines Kühlmittels, das in den Kühlabteilverdampfer einzuleiten ist, zu expandieren; einer zweiten Expansionsvorrichtung (308), die dazu angepasst ist, einen Strom des Kühlmittels, das in den Gefrierabteilverdampfer einzuleiten ist, zu expandieren; einer Kanalwechselvorrichtung (310), die dazu angepasst ist, einen Strömungsweg des Kühlmittels zwischen der ersten Expansionsvorrichtung und der zweiten Expansionsvorrichtung zu ändern; und einer Steuereinheit (352), die dazu angepasst ist, die Kanalwechselvorrichtung zu steuern, so dass, wenn der Strömungsweg des Kühlmittels von der zweiten Expansionsvorrichtung zu der ersten Expansionsvorrichtung geändert wird, eine gleichzeitige Öffnungsstufe für einen vorher festgelegten Zeitraum aufrechterhalten wird, die bewirkt, dass das Kühlmittel sowohl in die erste Expansionsvorrichtung als auch in die zweite Expansionsvorrichtung eingeleitet wird, wobei die Kanalwechselvorrichtung ein 3-Wegeventil (310) aufweist, und die Kanalwechselvorrichtung angepasst ist, den Strömungsweg des Kühlmittels im Einklang mit der Drehung eines Schrittmotors zu ändern; dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit den Schrittmotor dreht, um zu bewirken, dass der Strömungsweg des Kühlmittels von der zweiten Expansionsvorrichtung zu der ersten Expansionsvorrichtung geändert wird, während zeitweise, für den vorher festgelegten Zeitraum, entsprechend der gleichzeitigen Öffnungsstufe, die Drehung des Schrittmotors bei einem Drehwinkel angehalten ist.
Kühlgerät nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, um die Kanalwechselvorrichtung zu steuern, wenn der Strömungsweg des Kühlmittels von der ersten Expansionsvorrichtung zu der zweiten Expansionsvorrichtung geändert wird, so dass keine Zeit bleibt, die gleichzeitige Öffnungsstufe aufrechtzuerhalten, die bewirkt, dass das Kühlmittel sowohl in die erste Expansionsvorrichtung als auch in die zweite Expansionsvorrichtung eingeleitet wird.
Kühlgerät nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, so dass der vorher festgelegte Zeitraum länger ist als ein Zeitraum, für den die gleichzeitige Öffnungsstufe, die bewirkt, dass das Kühlmittel sowohl in die erste Expansionsvorrichtung als auch in die zweite Expansionsvorrichtung eingeleitet wird, aufgrund von mechanischen Merkmalen der Kanalwechselvorrichtung aufrechterhalten wird, wenn der Strömungsweg des Kühlmittels von der ersten Expansionsvorrichtung zu der zweiten Expansionsvorrichtung geändert wird.
Verfahren zum Steuern eines Kühlgerätes einschließlich eines Kühlabteilverdampfers (210), eines Gefrierabteilverdampfers (220), einer ersten Expansionsvorrichtung (304), die dazu angepasst ist, einen Strom eines Kühlmittels, das in den Kühlabteilverdampfer einzuleiten ist, zu expandieren, einer zweiten Expansionsvorrichtung (308), die dazu angepasst ist, einen Strom des Kühlmittels, das in den Gefrierabteilverdampfer einzuleiten ist, zu expandieren, und einer Kanalwechselvorrichtung (310), die dazu angepasst ist, einen Strömungsweg des Kühlmittels zwischen entweder der ersten Expansionsvorrichtung oder der zweiten Expansionsvorrichtung zu ändern, wobei die Kanalwechselvorrichtung ein 3-Wegeventil (310) ist, und die Kanalwechselvorrichtung angepasst ist, den Strömungsweg des Kühlmittels im Einklang mit der Drehung eines Schrittmotors zu ändern, wobei das Verfahren aufweist: Steuern der Kanalwechselvorrichtung, wenn der Strömungsweg des Kühlmittels von der zweiten Expansionsvorrichtung zu der ersten Expansionsvorrichtung geändert wird, so dass eine gleichzeitige Öffnungsstufe erfolgt, die bewirkt, dass das Kühlmittel sowohl in die erste Expansionsvorrichtung als auch in die zweite Expansionsvorrichtung eingeleitet wird, wobei die gleichzeitige Öffnungsstufe für einen vorher festgelegten Zeitraum aufrechterhalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuern der Kanalwechselvorrichtung den Schritt des Drehens des Schrittmotors aufweist, um zu bewirken, dass der Strömungsweg des Kühlmittels von der zweiten Expansionsvorrichtung zu der ersten Expansionsvorrichtung geändert wird, während zeitweise für den vorher festgelegten Zeitraum, die Drehung des Schrittmotors bei einem Drehwinkel entsprechend der gleichzeitigen Öffnungsstufe angehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 4, ferner mit dem Schritt: Steuern der Kanalwechselvorrichtung, wenn der Strömungsweg des Kühlmittels von der ersten Expansionsvorrichtung zu der zweiten Expansionsvorrichtung geändert wird, so dass keine Zeit bleibt zum Aufrechterhalten der gleichzeitigen Öffnungsstufe, die bewirkt, dass das Kühlmittel sowohl in die erste Expansionsvorrichtung als auch in die zweite Expansionsvorrichtung eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei der vorher festgelegte Zeitraum länger ist als ein Zeitraum, für den die gleichzeitige Öffnungsstufe, die bewirkt, dass das Kühlmittel sowohl in die erste Expansionsvorrichtung als auch in die zweite Expansionsvorrichtung eingeleitet wird, aufgrund von mechanischen Merkmalen der Kanalwechselvorrichtung aufrechterhalten wird, wenn der Strömungsweg des Kühlmittels von der ersten Expansionsvorrichtung zu der zweiten Expansionsvorrichtung geändert wird.