DE69120376T2

DE69120376T2 - Cooling system

Info

Publication number: DE69120376T2
Application number: DE1991620376
Authority: DE
Inventors: Leroy John Herbst; Heinz Nmn Jaster
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1990-11-09
Filing date: 1991-11-05
Publication date: 1997-02-06
Anticipated expiration: 2011-11-06
Also published as: JP3321192B2; DE69120376D1; EP0485147A1; EP0485147B1; JPH04288454A

Description

Field of the invention

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Kühlsysteme und betrifft im besonderen Anordnungen zur Wärmeübertragung für Kühlsysteme mit mehreren Verdampfern und einer Verdichtereinheit.The present invention relates generally to refrigeration systems and, more particularly, to heat transfer arrangements for refrigeration systems having multiple evaporators and a compressor unit.

Related prior art

In einem typischen Kühlsystem zirkuliert das Kältemittel kontinuierlich in einem geschlossenen Kreislauf (circuit) Der Begriff "Kreislauf", wie er hier benutzt wird, bezieht sich auf eine physikalische Einrichtung, wogegen der Begriff "Zyklus", wie er hier benutzt wird, sich auf die Arbeitsweise eines Kreislaufs bezieht, z.B. Kühlzyklen in einein Kühlkreislauf. Der Begriff "Kältemittel", wie er hier benutzt wird, bezieht sich auf ein Kältemittel in flüssiger, dampfförmiger und/oder gasförmiger Form. Die Komponenten des geschlossenen Kreislaufs veranlassen, daß das Kältemittel Temperatur-/Druckänderungen ausgesetzt wird. Die Temperatur-/Druckschänderungen des Kältemittels resultieren in einer Energieübertragung. Typische Komponenten eines Kühlsystems enthalten beispielsweise Verdichter, Kondensoren, Verdampfer, Steuerventile und verbindende Rohrleitungen. Einzelheiten mit Hinblick auf einige bekannte Kühlsysteme finden sich im Standard Handbook for Mechanical Engineers von Baumeister et al., McGraw Hill Book Company, 8. Auflage, 1979, beginnend auf Seite 19-6.In a typical refrigeration system, the refrigerant circulates continuously in a closed circuit. The term "circuit" as used herein refers to a physical device, whereas the term "cycle" as used herein refers to the operation of a circuit, e.g., cooling cycles in a refrigeration circuit. The term "refrigerant" as used herein refers to a refrigerant in liquid, vapor and/or gaseous form. The components of the closed circuit cause the refrigerant to be subjected to temperature/pressure changes. The temperature/pressure changes of the refrigerant result in energy transfer. Typical components of a refrigeration system include, for example, compressors, condensers, evaporators, control valves and connecting piping. Details regarding some common cooling systems can be found in the Standard Handbook for Mechanical Engineers by Baumeister et al., McGraw Hill Book Company, 8th Edition, 1979, beginning on pages 19-6.

Der Energiewirkungsgrad ist ein wichtiger Faktor bei der Ausführung von Kühlsystemen. Insbesondere gilt, daß ein ideales Kühlsystem eine ideale Kühlwirkung liefert. In der Praxis leistet ein tatsächliches Kühlsystem eine tatsächliche Kühlwirkung, die geringer ist als die ideale Kühlwirkung. Die tatsächlich bereitgestellte Kühlwirkung variiert von System zu System.Energy efficiency is an important factor in the design of cooling systems. In particular, an ideal cooling system provides an ideal cooling effect. In practice, an actual cooling system provides an actual cooling effect that is less than the ideal cooling effect. The actual cooling effect provided varies from system to system.

Ein erhöhter energetischer Wirkungsgrad wird üblicherweise erreicht durch Verwendung teurerer und wirkungsvollerer Kühlsystemkomponenten, durch Hinzufügen von extra vorgesehener Isolation in der Nachbarschaft des zu kühlenden Be reichs oder durch andere kostenaufwendige Zusatzmaßnahmen. Die Erhöhung des energetischen Wirkungsgrads eines Kühlsystems resultiert daher gewöhnlich in einer Zunahme der Kosten des Systems. Es ist natürlich wünschenswert, den Wirkungsgrad eines Kühlsystems zu erhöhen und dabei jede Zunahme hinsichtlich der Kosten des Systems möglichst gering zu halten.Increased energy efficiency is usually achieved by using more expensive and more effective cooling system components, by adding extra insulation in the vicinity of the area to be cooled, or by other costly additional measures. Increasing the energy efficiency of a cooling system therefore usually results in an increase in the cost of the system. It is of course desirable to increase the efficiency of a cooling system while minimizing any increase in the cost of the system.

Bei einigen Anlagen, die Kühlsysteme verwenden, muß mehr als ein Bereich gekühlt werden und mindestens ein Bereich erfordert mehr Kühlung als ein anderer Bereich. Ein Beispiel für solch eine Anlage ist ein typischer Haushaltskühlschrank, der ein Gefrierfach und ein Frischkostfach enthält. Das Gefrierfach wird typischerweise zwischen -23ºC (-10 Fahrenheit (F)) und -9ºC (+ 15ºF) gehalten, und das Frischkostfach wird vorzugsweise zwischen 0,5ºC und 8ºC (+33ºF und +47ºF) gehalten.In some installations that use refrigeration systems, more than one area must be cooled and at least one area requires more cooling than another area. An example of such an installation is a typical household refrigerator that contains a freezer compartment and a fresh food compartment. The freezer compartment is typically maintained between -23ºC (-10 Fahrenheit (F)) and -9ºC (+15ºF), and the fresh food compartment is preferably maintained between 0.5ºC and 8ºC (+33ºF and +47ºF).

Um diese Temperaturanforderungen zu erfüllen, enthält ein typisches Kühlsystem einen Verdichter, der mit einem in dem Haushaltskühlschrank angeordneten Verdampfer verbunden ist. Die Ausdrücke "gekoppelt" und "verbunden" werden in diesem Zusammenhang als austauschbar verwendet. Wenn zwei Komponenten gekoppelt oder verbunden sind, bedeutet dies, daß die Komponenten direkt oder indirekt in irgendeiner Weise in Kältemittel-Strömungsrelation verbunden sind. Ein weiteres Bauteil oder weitere Bauteile können zwischen derart gekoppelten oder verbundenen Komponenten liegen. Beispielsweise gilt, daß, selbst wenn andere Bauteile, z.B. ein Drucksensor oder eine Expansionseinrichtung in der Verbindung zwischen dem Verdichter und dem Verdampfer eingekoppelt oder verbunden sind, der Verdichter und der Verdampfer immer noch miteinander gekoppelt oder verbunden sind.To meet these temperature requirements, a typical refrigeration system includes a compressor coupled to an evaporator located in the household refrigerator. The terms "coupled" and "connected" are used interchangeably in this context. When two components are coupled or connected, it means that the components are directly or indirectly connected in some way in refrigerant flow relation. Another component or components may be located between such coupled or connected components. For example, even if other components, e.g. a pressure sensor or expansion device, are coupled or connected in the connection between the compressor and the evaporator, the compressor and the evaporator are still coupled or connected to each other.

Erneut zurückkommend auf das Kühlsystem für einen typischen Haushaltskühlschrank wird der Verdampfer so betrieben, daß er auf ungefähr -23ºC (-10ºF) gehalten wird (ein tatsächlicher Bereich von ungefähr -34ºC bis -18ºC (-30ºF bis 0ºF) wird typischerweise verwendet) und daß ein Luftstrom über die Verdampfer-Rohrschlangen geblasen wird. Die Strömung der Verdampfer-gekühlten Luft wird beispielsweise über Stege gesteuert. Ein erster Anteil der Verdampfer-gekühlten Luft wird auf das Gefrierfach gerichtet und ein zweiter Anteil der Verdampfer-gekühlten Luft wird auf das Frischkostfach geleitet. Um ein Frischkostfach anstatt unter Verwendung von Verdampfer-gekühlter Luft von einem bei -23ºC (-10ºF) betriebenen Verdampfer zu kühlen, ist es möglich, einen Verdampfer zu verwenden, der beispielsweise bei -4ºC (+25ºF) (oder in einem Bereich von etwa -9ºC bis 0ºC (+15ºF bis +32ºF)) arbeitet. Das typische in Haushaltskühlgeräten benutzte Kühlsystem erzeugt seinen Kühleffekt, indem es einen Verdampfer bei einer Temperatur betreibt, die für das Gefrierfach in Frage kommt, die aber niedriger ist als sie für das Frischkostfach sein muß.Returning again to the cooling system for a typical domestic refrigerator, the evaporator is operated to maintain it at approximately -23ºC (-10ºF) (an actual range of approximately -34ºC to -18ºC (-30ºF to 0ºF) is typically used) and to blow a stream of air over the evaporator coils. The flow of evaporator-cooled air is controlled, for example, by means of slats. A first portion of the evaporator-cooled air is directed to the freezer compartment and a second portion of the evaporator-cooled air is directed to the fresh food compartment. To cool a fresh food compartment using evaporator-cooled air from an evaporator operating at -23ºC (-10ºF), it is possible to use an evaporator operating at, for example, -4ºC (+25ºF) (or in a range of about -9ºC to 0ºC (+15ºF to +32ºF)). The typical refrigeration system used in domestic refrigerators produces its cooling effect by operating an evaporator at a temperature that is suitable for the freezer compartment, but lower than it needs to be for the fresh food compartment.

Es ist wohl bekannt, daß die zur Aufrechterhaltung einer Verdampfertemperatur von -23ºC (-10ºF) erforderliche Energie größer ist als die Energie, die erforderlich ist, um in einem Kühlschrank einen Verdampfer auf -4ºC (+25ºF) zu halten. Der typische Haushaltskühlschrank verbraucht deshalb mehr Energie, als zum Kühlen des Frischkostfachs notwendig ist. Ein Verbrauch von mehr Energie, als notwendig ist, resultiert in einem verminderten energetischen Wirkungsgrad.It is well known that the energy required to maintain an evaporator temperature of -23ºC (-10ºF) is greater than the energy required to maintain an evaporator at -4ºC (+25ºF) in a refrigerator. The typical household refrigerator therefore consumes more energy than is necessary to cool the fresh food compartment. Consuming more energy than is necessary results in reduced energy efficiency.

Das Beispiel des oben herangezogenen Haushaltskühlschranks wird lediglich zum Zwecke der Veranschaulichung herangezogen. Viele andere Anlagen als Haushaltskühlgeräte verwenden Kühlsysteme, die einen Verdampfer enthalten, der bei einer Temperatur unterhalb einer Temperatur arbeitet, bei der der Verdampfer tatsächlich betrieben werden muß.The example of the domestic refrigerator used above is used for illustrative purposes only. Many appliances other than domestic refrigerators use refrigeration systems that include an evaporator that operates at a temperature below a temperature at which the evaporator must actually operate.

Kühlsysteme, die den Energieverbrauch verringern, sind in den gemeinsam zugeordneten US-A-4 910 972 und US-A-4 918 942 beschrieben. Die patentierten Systeme verwenden mindestens zwei Verdampfer sowie mehrere Verdichter oder einen Verdichter mit mehreren Stufen. Beispielsweise arbeitet in einem dualen, d.h. zwei, Verdampferkreislauf für Haushaltskühlgeräte ein erster Verdampfer bei -4ºC (+25ºF) und ein zweiter Verdampfer arbeitet bei -23ºC (-10ºF). Die von dem ersten Verdampfer gekühlte Luft wird für das Frischkostfach verwendet, und durch den zweiten Verdampfer gekühlte Luft wird für das Gefrierfach benutzt. Der Einsatz eines Kühlsystems mit zwei Verdampfern in einem Haushaltskühlgerät resultiert in einem erhöhten Energie-Wirkungsgrad. Energie wird gespart durch Betreiben des ersten Verdampfers bei der für das Frischkostfach erforderlichen Temperatur (z.B. bei -4ºC (+25ºF)) anstatt des Betreibens eines Verdampfers für das Frischkostfach bei -23ºC (-10ºF). Weitere Merkmale der patentierten Systeme ermöglichen darüber hinaus erhöhte energetische Wirkungsgrade.Refrigeration systems that reduce energy consumption are described in commonly assigned US-A-4,910,972 and US-A-4,918,942. The patented systems use at least two evaporators and multiple compressors or a compressor with multiple stages. For example, in a dual, i.e. two, evaporator circuit for a household refrigerator, a first evaporator operates at -4ºC (+25ºF) and a second evaporator operates at -23ºC (-10ºF). Air cooled by the first evaporator is used for the fresh food compartment, and air cooled by the second evaporator is used for the freezer compartment. The use of a dual evaporator refrigeration system in a household refrigerator results in increased energy efficiency. Energy is saved by operating the first evaporator at the required temperature for the fresh food compartment (e.g. at -4ºC (+25ºF)) instead of operating a fresh food compartment evaporator at -23ºC (-10ºF). Additional features of the patented systems also enable increased energy efficiencies.

Um die mehreren Verdampfer in den in US-A-4 910 972 und US- A-4 918 942 beschriebenen Kühlsystemen in der oben beschriebenen Weise zu betreiben, werden mehrere Verdichter oder ein Verdichter mit mehreren Stufen benutzt. Die Verwendung von mehreren Verdichtern oder der Einsatz eines Verdichters mit mehreren Stufen resultiert in einer Erhöhung der Kosten für das Kühlsystem über die zumindest anfänglichen Kosten von Kühlsystemen mit einem Verdampfer und einem Verdichter mit einer einzelnen Stufe.To operate the multiple evaporators in the refrigeration systems described in US-A-4,910,972 and US-A-4,918,942 in the manner described above, multiple compressors or a multi-stage compressor are used. The use of multiple compressors or a multi-stage compressor results in an increase in the cost of the refrigeration system above at least the initial cost of refrigeration systems with an evaporator and a single stage compressor.

Die GB-A-639 691 zeigt ein Kühlsystem mit zwei Verdampfern und einer Strömungssteuerung, die abwechselnd jeden einen der Verdampfer mit dem Kompressor verbindet.GB-A-639 691 shows a refrigeration system with two evaporators and a flow control that alternately connects each of the evaporators to the compressor.

Das in der gleichzeitig anhängigen EP-A-0 485 146 (veröffentlicht am 13. Mai 1992) beschriebene Kühlsystem bietet einen erhöhten erzielten energetischen Wirkungsgrad, indem es mehrere verdampfer verwendet, und minimiert - wenn nicht eliminiert - die mit einem Einsatz von mehreren Verdichtern oder einem Verdichter mit mehreren Stufen verbundene Kostenzunahme. Insbesondere weist in einer Ausführungsform das in EP-A-0485 146 beschriebene Kühlsystem eine Kältemittel-Strömungssteuereinheit sowie eine Verdichtereinheit auf. In der beispielhaften Ausführungsform ist die Verdichtereinheit ein Einzelstufen-Verdichter. Die Kältemittel-Strömungssteuereinheit ist an mehrere Eingangsleitungen angeschlossen. Jede Leitung in den veranschaulichenden Ausführungsformen weist ein darin befindliches Kältemittel auf, und jedes entsprechende Kältemittel steht unter einem entsprechenden Druck. Beispielsweise ist ein erster Eingang für die Steuereinheit ein Kältemittel unter hohem Druck und ein zweiter Eingang für die Steuereinheit ist ein Kältemittel unter einem niedrigen Druck. Der Auslaß der Kältemittel-Strömungssteuereinheit ist mit dem Einlaß der Verdichtereinheit verbunden.The cooling system described in the co-pending EP-A-0 485 146 (published on 13 May 1992) offers an increased achieved energy efficiency by using multiple evaporators and minimises - if not eliminated - the cost increase associated with using multiple compressors or a compressor with multiple stages. In particular, in one embodiment, the refrigeration system described in EP-A-0 485 146 comprises a refrigerant flow control unit and a compressor unit. In the exemplary embodiment, the compressor unit is a single stage compressor. The refrigerant flow control unit is connected to a plurality of input lines. Each line in the illustrative embodiments has a refrigerant therein and each respective refrigerant is at a respective pressure. For example, a first input to the control unit is a refrigerant at high pressure and a second input to the control unit is a refrigerant at low pressure. The outlet of the refrigerant flow control unit is connected to the inlet of the compressor unit.

Im Betrieb werden die jeweiligen Kältemittel, wie oben beschrieben, an die Steuereinheit angelegt und die Steuereinheit bewirkt, daß jedes jeweilige Kältemittel abwechselnd zur Verdichtereinheit fließt. Die Zeitsteuerung für die Kältemittelströmung, d.h. die Länge der Zeit, in der jedem eingegebenen Kältemittel erlaubt ist, zur Verdichtereinheit zu strömen, wird entsprechend einer direkt zeitgesteuerten Basis bestimmt oder nach Maßgabe meßbarer physikalischer Eigenschaften, wie z.B. die jeweiligen Drucke, Temperaturen, Dichten und/oder Strömungsgeschwindigkeiten der entsprechenden Kältemittel.In operation, the respective refrigerants are applied to the control unit as described above and the control unit causes each respective refrigerant to flow to the compressor unit in turn. The timing for the refrigerant flow, i.e. the length of time each input refrigerant is allowed to flow to the compressor unit, is determined according to a directly timed basis or in accordance with measurable physical properties such as the respective pressures, temperatures, densities and/or flow velocities of the respective refrigerants.

Wenn in einer Ausführungsform des (Kühl-)Kreislaufs der Gefrierverdampfer thermische Belastungen antrifft, die beispielsweise erheblich unter der Bemessungsbelastung liegen, wird vom Gefrierverdampfer etwas unverdampftes flüssiges Kältemittel abgegeben. Die mögliche Kühlkapazität des Gefrierverdampfers wird daher unter diesen Bedingungen vermindert, wobei jedoch der Betrag der von dem Verdichter erforderten Arbeit im wesentlichen davon nicht beeinflußt wird.If, in one embodiment of the (refrigeration) circuit, the freezer evaporator encounters thermal loads which are, for example, significantly below the design load, some unevaporated liquid refrigerant is released from the freezer evaporator. The possible cooling capacity of the freezer evaporator is therefore reduced under these conditions, but the amount of cooling energy released by the compressor required work is essentially unaffected.

Etwas von der verlorenen Kühlkapazität wird zurückgewonnen, indem man die mit dem Auslaß des Gefrierverdampfers verbundene Leitung, d.h. die Ansaugleitung, in eine Wärmeübertragungsanordnung mit der an den Auslaß des Kondensors angeschlossenen Leitung bringt. Als Ergebnis der Wärmeübertragungsanordnung wird aus dem Kondensor austretendes flüssiges Kältemittel weiter abgekühlt, was die Enthalpie des Kältemittels vor der Expansion im Frischkostverdampfer herabsetzt. Diese Wärmeübertragung verschiebt wirksam die Rückgewinnung der spezifischen Kühlkapazität, d.h. [(Massendurchfluß) x (Enthalpie-Änderung)], vom Gefrierverdampfer zum Frischkostverdampfer.Some of the lost cooling capacity is recovered by placing the line connected to the outlet of the freeze evaporator, i.e. the suction line, in a heat transfer arrangement with the line connected to the outlet of the condenser. As a result of the heat transfer arrangement, liquid refrigerant exiting the condenser is further cooled, which lowers the enthalpy of the refrigerant prior to expansion in the fresh food evaporator. This heat transfer effectively shifts the recovery of specific cooling capacity, i.e. [(mass flow rate) x (enthalpy change)], from the freeze evaporator to the fresh food evaporator.

Es ist jedoch wohl bekannt, daß die für eine Masseströmung zum Gefrierverdampfer erforderliche mechanische Energie größer ist als die zum Bewirken einer Masseströmung zum Frischkostverdampfer erforderliche Energie, d.h. es ist mehr mechanische Energie zum Betreiben eines Verdampfers bei einer niedrigeren Temperatur erforderlich. Obwohl die oben beschriebene Wärmeübertragung eine Rückgewinnung von Kühlkapazität bietet, wäre es höchst wünschenswert, wenn wenigstens etwas von der Rückgewinnung der Kühlkapazität an den Gefrierverdampfer ginge, wodurch die zum Betrieb des Gefrierverdampfers erforderliche mechanische Energie herabgesetzt wird.However, it is well known that the mechanical energy required to effect mass flow to the freeze evaporator is greater than the energy required to effect mass flow to the fresh food evaporator, i.e., more mechanical energy is required to operate an evaporator at a lower temperature. Although the heat transfer described above provides recovery of refrigeration capacity, it would be highly desirable if at least some of the recovery of refrigeration capacity went to the freeze evaporator, thereby reducing the mechanical energy required to operate the freeze evaporator.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Energiewirkungsgrad eines Kühlsystems zu verbessern, das eine einzige Verdichtereinheit enthält, die direkt oder indirekt mit mehreren Verdampfern gekoppelt ist.It is an object of the present invention to improve the energy efficiency of a refrigeration system comprising a single compressor unit coupled directly or indirectly to several evaporators.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Rückgewinnung von Kühlkapazität in einem Verdampfer zu erzielen, der bei einer niedrigen Temperatur in einem Kühlsystem arbeitet.Another object of the present invention is to achieve recovery of cooling capacity in an evaporator operating at a low temperature in a refrigeration system.

Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die zum Betreiben eines Kühlsystems mit mehreren Verdampfern erforderliche mechanische Energie zu verringern.Yet another object of the present invention is to reduce the mechanical energy required to operate a refrigeration system having multiple evaporators.

US-A-4 918 942 beschreibt eine Kühleinrichtung entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die vorliegende Erfindung ist charakterisiert durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale.US-A-4 918 942 describes a cooling device according to the preamble of claim 1. The present invention is characterized by the features listed in the characterizing part of claim 1.

Es wird angenommen, daß die vorliegende Erfindung ihren größten Nutzen in Kühlsystemen mit mehr als einem Verdampfer aufweist, z.B. in einem Kühlsystem mit einem Frischkostverdampfer sowie einem Gefrierverdampfer. Insbesondere sieht eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vor, ein Kapillar-Rohrchen, das mit dem Einlaß des Gefrierverdampfers verbunden ist, in einer Wärmeübertragungsrelation mit der Ansaugleitung des Gefrierverdampfers anzuordnen, z.B. einer Leitung, die zwischen den Auslaß des Gefrierverdampfers und den Einlaß der Verdichtereinheit angeschlossen ist.It is believed that the present invention will have its greatest utility in refrigeration systems having more than one evaporator, e.g., in a refrigeration system having a fresh food evaporator and a freezer evaporator. In particular, one embodiment of the present invention provides for arranging a capillary tube connected to the inlet of the freezer evaporator in heat transfer relation with the suction line of the freezer evaporator, e.g., a line connected between the outlet of the freezer evaporator and the inlet of the compressor unit.

Ein zur Veranschaulichung herangezogenes Kühlsystem mit mehreren Verdampfern enthält einen mit dem Auslaß einer Verdichtereinheit gekoppelten Kondensor. Bei dieser Ausführung ist die Verdichtereinheit ein Einstufen-Verdichter. Ein erster Verdampfer ist über ein erstes Expansionsgerät so angekoppelt, daß er das von dem Kondensor abgegebene Kältemittel aufnimmt. Der Auslaß des ersten Verdampfers ist mit einem phasenseparator gekoppelt, der den Kältemittelausgang von dem ersten Verdampfer in Flüssigkeit und Dampf trennt. Ein Dampfauslaß des Phasenseparators ist mit einem ersten Einlaß einer Kältemittel-Strömungssteuereinheit verbunden. Der Auslaß der Kältemittel-Strömungssteuereinheit ist mit dem Einlaß der Verdichtereinheit gekoppelt. Ein Flüssigkeitsauslaß von dem Phasenseparator ist mit einem zweiten Expansionsgerät verbunden. In der beispielhaften Ausführungsform ist das zweite Expansionsgerät ein Kapillar-Röhrchen. Der Auslaß des Kapillar-Röhrchens ist mit dem Einlaß eines zweiten Verdampfers gekoppelt. Der Auslaß des zweiten Verdampfers ist mit einem zweiten der Kältemittel- Strömungssteuereinheit gekoppelt.An illustrative refrigeration system having multiple evaporators includes a condenser coupled to the outlet of a compressor unit. In this embodiment, the compressor unit is a single stage compressor. A first evaporator is coupled through a first expansion device to receive the refrigerant discharged from the condenser. The outlet of the first evaporator is coupled to a phase separator that separates the refrigerant output from the first evaporator into liquid and vapor. A vapor outlet of the phase separator is connected to a first inlet of a refrigerant flow control device. The outlet of the refrigerant flow control device is coupled to the inlet of the compressor unit. A liquid outlet from the phase separator is connected to a second expansion device. In the exemplary embodiment, the second expansion device is a capillary tube. The outlet of the capillary tube is connected to the Inlet of a second evaporator. The outlet of the second evaporator is coupled to a second of the refrigerant flow control unit.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das mit dem Einlaß des zweiten Verdampfers gekoppelte Kapillar-Röhrchen in einer Wärmeübertragungsrelation mit der Leitung angeordnet, d.h. mit der Ansaugleitung des zweiten Verdampfers, die den Auslaß des zweiten Verdampfers mit dem zweiten Einlaß der Kältemittel-Strömungssteuereinheit verbindet. Das Kapillar-Röhrchen sowie die Ansaugleitung des zweiten Verdampfers sind vorzugsweise in einer Gegenstrom- Wärmeaustauschanordnung angeordnet, wobei das in dem Kapillar-Röhrchen fließende Kältemittel in einer entgegengesetzten Richtung zur Strömung des Kältemittels in der Ansaugleitung des zweiten Verdampfers fließt.According to an embodiment of the present invention, the capillary tube coupled to the inlet of the second evaporator is arranged in a heat transfer relation with the conduit, i.e. with the suction conduit of the second evaporator, which connects the outlet of the second evaporator to the second inlet of the refrigerant flow control unit. The capillary tube as well as the suction conduit of the second evaporator are preferably arranged in a countercurrent heat exchange arrangement, wherein the refrigerant flowing in the capillary tube flows in an opposite direction to the flow of the refrigerant in the suction conduit of the second evaporator.

Im Betrieb gestattet die Kältemittel-Strömungssteuereinheit dem an ihren ersten und zweiten Einlässen empfangenen Kältemittel, abwechselnd in die Verdichtereinheit zu strömen. Die Verdichtereinheit verdichtet jede Kältemittelströmung auf denselben Druck. Das Kältemittel oder zumindest Teile des Kältemittels zirkulieren durch das Kühlsystem, um die Energieübertragung zustande zu bringen. Beispielsweise arbeitet der erste Verdampfer zwischen -9ºC (+15ºF) und 0ºC (+32ºF), um das Frischkostfach auf Werte zwischen 0,5ºC (+33ºF) und 8ºC (+47ºF) zu kühlen. Der zweite Verdampfer arbeitet zwischen -34ºC (-30ºF) und -18ºC (0ºF), um das Gefrierfach auf Werte zwischen -23ºC (-10ºF) und -9ºC (+15ºF) zu kühlen.In operation, the refrigerant flow control unit allows the refrigerant received at its first and second inlets to flow alternately into the compressor unit. The compressor unit compresses each refrigerant flow to the same pressure. The refrigerant, or at least portions of the refrigerant, circulate through the refrigeration system to accomplish the energy transfer. For example, the first evaporator operates between -9ºC (+15ºF) and 0ºC (+32ºF) to cool the fresh food compartment to between 0.5ºC (+33ºF) and 8ºC (+47ºF). The second evaporator operates between -34ºC (-30ºF) and -18ºC (0ºF) to cool the freezer compartment to values between -23ºC (-10ºF) and -9ºC (+15ºF).

Die Wärmetauscherkonfiguration zwischen dem Kapillar-Röhrchen und der Ansaugleitung des zweiten Verdampfers bietet eine spezifische Zunahme oder Rückgewinnung der Kühlkapazität im zweiten Verdampfer. Der Begriff "spezifisch" bedeutet "pro Einheit der Massendurchflußrate". Die spezifische Zunahme der Kühlkapazität im zweiten Verdampfer sorgt weiterhin dafür, daß weniger mechanische Energie zum Betreiben des zweiten Verdampfers bei niedrigen Temperaturen erfordert wird.The heat exchanger configuration between the capillary tube and the suction line of the second evaporator provides a specific increase or recovery of the cooling capacity in the second evaporator. The term "specific" means "per unit of mass flow rate". The specific increase of the cooling capacity in the second evaporator also ensures that less mechanical energy is required to operate of the second evaporator at low temperatures.

Short description of the drawings

Diese und weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung zusammen mit weiteren Merkmalen und Vorteilen werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung deutlich werden, wenn man sie zusammen mit den beigefügten Zeichnungen liest, von denen zeigen:These and other objects of the present invention, together with other features and advantages, will become apparent from the following detailed description when read in conjunction with the accompanying drawings in which:

Figur 1 eine erste Ausführungsform eines Kühlsystems mit einer ersten Ausführung der vorliegenden Wärmetauscherkonfiguration;Figure 1 shows a first embodiment of a cooling system with a first embodiment of the present heat exchanger configuration;

Figur 2 in größerem Detail den in der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform des Kühlsystems benutzten Akkumulator;Figure 2 shows in greater detail the accumulator used in the embodiment of the cooling system shown in Figure 1;

Figur 3 in größerem Detail eine Ausführungsform der Kälte mittel-Strömungssteuereinheit, wie sie in der Figur 1 gezeigten Ausführung des Kühlsystems benutzt wird;Figure 3 shows in greater detail an embodiment of the refrigerant flow control unit as used in the embodiment of the cooling system shown in Figure 1;

Figuren 4A bzw. 4B Temperatur-Enthalpie-Diagramme für einen Kühlkreislauf, der nicht die vorliegende Wärmetauscherkonfiguration enthält bzw. für den in Figur 1 gezeigten Kühlkreislauf, der die vorliegende Wärmetauscherkonfiguration enthält;Figures 4A and 4B show temperature-enthalpy diagrams for a cooling circuit that does not contain the present heat exchanger configuration and for the cooling circuit shown in Figure 1 that contains the present heat exchanger configuration;

Figur 5 eine Blockdarstellung eines Haushaltskühlschranks undFigure 5 a block diagram of a household refrigerator and

Figur 6 eine zweite Ausführung eines Kühlsystems, das eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Wärmetauscherkonfiguration enthält.Figure 6 shows a second embodiment of a cooling system incorporating a second embodiment of the present heat exchanger configuration.

Figur 7 zeigt ein weiters Kühlsystem, welches jedoch nicht gemäß der Erfindung ausgestaltet ist.Figure 7 shows another cooling system, which however is not designed according to the invention.

Detailed description of the drawings

Es wird angenommen, daß die vorliegende Erfindung, wie sie hier beschrieben wird, ihren größten Nutzen in Kühlsystemen aufweist und insbesondere in Haushaltskühl/-gefrierschränken Die vorliegende Erfindung ist jedoch auch von Nutzen bei anderen Kühlanwendungen, z.B. bei Mehrfach- Klimaanlageneinheiten. Der Begriff Kühlsysteme, wie er hier benutzt wird, bezieht sich deshalb nicht nur auf Kühlschränke/Gefrierschränke, sondern auch auf viele andere Arten von Kühlanwendungen.It is believed that the present invention as described herein will have its greatest utility in refrigeration systems, and in particular in domestic refrigerators/freezers. However, the present invention will also have utility in other refrigeration applications, such as multiple air conditioning units. The term refrigeration systems as used herein therefore refers not only to refrigerators/freezers, but also to many other types of refrigeration applications.

In Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel 100 eines Kühlsystems gezeigt. Das System 100 enthält eine Verdichtereinheit 102, die mit einem Kondensor 104 gekoppelt ist. Ein erstes Kapillar-Röhrchen 106 ist mit dem Auslaß des Kondensors 104 verbunden. Vorzugsweise ist ein Filter/Trockner 105, auf dem Fachgebiet als "Pickle" bekannt, in dem Strömungspfad des Kältemittels zwischen dem Kondensor 104 und dem Kapillar-Röhrchen 106 angeordnet. Das Pickle 105 filtert aus dem Kältemittel Teilchen aus und absorbiert Feuchtigkeit. Ein erster Verdampfer 108 ist als mit dem Auslaß des ersten Kapillar-Röhrchens 106 gekoppelt dargestellt. Der Auslaß des ersten Verdampfers 108 ist mit dem Einlaß eines Phasenseparators 110 verbunden. Der Phasenseparator 110 enthält einen Schirm 112, der benachbart zum Einlaß des Phasenseparators angeordnet ist, sowie einen Dampfbereich 114 und einen Flüssigkeitsbereich 116. Der Dampfbereich 114 des Phasenseparators ist als ein erster Eingang mit einer Kältemittel-Strömungssteuereinheit 118 verbunden. Eine Leitung 120 erstreckt sich vom Dampfbereich 114 des Phasenseparators zur Steuereinheit 118, und die Leitung 120 ist im Phasenseparator 110 so angeordnet, daß in den Dampfbereich 114 des Phasenseparators eintretendes flüssiges Kältemittel durch den Dampfbereich 114 hindurchgeht und nicht in das offene Ende der Leitung 120 eintreten kann. Der Auslaß des Flüssigkeitsbereichs 116 des Phasenseparators ist mit einem zweiten Kapillar-Röhrchen 122 gekoppelt. Ein zweiter Verdampfer 124 ist mit dem Auslaß des zweiten Kapillar-Röhrchens 122 verbunden, und der Auslaß des zweiten Verdampfers 124 ist als ein zweiter Eingang mit der Kältemittel-Strömungssteuereinheit 118 verbunden.In Figure 1, a first embodiment 100 of a refrigeration system is shown. The system 100 includes a compressor unit 102 coupled to a condenser 104. A first capillary tube 106 is connected to the outlet of the condenser 104. Preferably, a filter/drier 105, known in the art as a "pickle," is disposed in the flow path of the refrigerant between the condenser 104 and the capillary tube 106. The pickle 105 filters particles from the refrigerant and absorbs moisture. A first evaporator 108 is shown coupled to the outlet of the first capillary tube 106. The outlet of the first evaporator 108 is connected to the inlet of a phase separator 110. The phase separator 110 includes a screen 112 disposed adjacent the inlet of the phase separator, a vapor region 114 and a liquid region 116. The vapor region 114 of the phase separator is connected as a first input to a refrigerant flow control unit 118. A conduit 120 extends from the vapor region 114 of the phase separator to the control unit 118, and the conduit 120 is disposed in the phase separator 110 such that liquid refrigerant entering the vapor region 114 of the phase separator passes through the vapor region 114 and cannot enter the open end of the conduit 120. The outlet of the liquid region 116 of the phase separator is coupled to a second capillary tube 122. A second evaporator 124 is coupled to the outlet of the second capillary tube 122, and the outlet of the second evaporator 124 is connected as a second inlet to the refrigerant flow control unit 118.

Der Auslaß der Kältemittel-Strömungssteuereinheit 118 ist mit der Verdichtereinheit 102 gekoppelt. Ein Thermostat 126, der einen Stromfluß von einer mit "SPG.EING." 128 bezeichneten externen Stromquelle erhält, ist an die Verdichtereinheit 102 angeschlossen. Wird Kühlung angefordert, sorgt das Ausgangssignal des Thermostats für die Aktivierung der Verdichtereinheit 102. Der Thermostat 126 ist typischerweise im Gefrierfach (bzw. -kammer) des Kühlschranks angebracht. Die Verdichtereinheit 102 arbeitet nur dann, wenn der Thermostat 126 einen Kühlbedarf angibt. Die Konfiguration der Steuereinheit 118 legt, wie nachfolgend beschrieben, die Strömung durch die jeweiligen Verdampfer fest.The outlet of the refrigerant flow control unit 118 is coupled to the compressor unit 102. A thermostat 126, which receives power from an external power source labeled "POWER IN" 128, is connected to the compressor unit 102. When cooling is requested, the output of the thermostat activates the compressor unit 102. The thermostat 126 is typically located in the freezer compartment (or chamber) of the refrigerator. The compressor unit 102 operates only when the thermostat 126 indicates a cooling demand. The configuration of the control unit 118 determines the flow through the respective evaporators, as described below.

Die in Figur gezeigten Verdampfer 108 und 124 sind vorzugsweise Stiftrippenverdampfer (spine fin evaporators) die auf dem Fachgebiet wohlbekannt sind, und die Verdichtereinheit 102 ist vorzugsweise ein Kompressor vom Rotationstyp. Die Verdampfer 108 und 124 sind beispielsweise im Frischkostfach bzw. im Gefrierfach eines Haushaltskühl schranks angeordnet. Die Verdampfer 108 und 124 sind vorzugsweise so positioniert, daß die Schwerkraft etwaige überschüssige Kältemittelflüssigkeit aus den Verdampfern abführt.The evaporators 108 and 124 shown in Figure 1 are preferably spine fin evaporators, which are well known in the art, and the compressor unit 102 is preferably a rotary type compressor. The evaporators 108 and 124 are located, for example, in the fresh food compartment and freezer compartment of a household refrigerator, respectively. The evaporators 108 and 124 are preferably positioned so that gravity removes any excess refrigerant liquid from the evaporators.

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist speziell gerichtet auf die Wärmetauscherkonfiguration, wie sie als ein Ausführungsbeispiel gezeigt ist zwischen dem zweiten Kapillar-Röhrchen 122 und der Leitung 130, d.h. der Ansaugleitung des zweiten Verdampfers 124. Das zweite Kapillar-Röhr chen 122 ist in einer Gegenstrom-Wärmeübertragungsanordnung mit der Leitung 130 angeordnet. Insbesondere befindet sioh das zweite Kapillar-Röhrchen 122 in thermischem Kontakt mit der Leitung 130. Der thermische Kontakt wird beispielsweise erreicht durch seitliches Zusammenlöten des äußeren Teils des Kapillar-Röhrchens 122 mit einem Teilbereich der Leitung 130. Das Kapillar-Röhrchen 122 ist dargestellt als um die Leitung 130 herumgewickelt, und zwar als schematische Darstellung der Wärmeübertragungsbeziehung. Wie zuvor beschrieben, erfolgt die Wärmeübertragung in einer Gegenstromanordnung, d.h. das in dem Kapillar-Röhrchen 122 strömende Kältemittel fließt in einer Richtung, die entgegengesetzt zur Strömung des Kältemittels in der Leitung 130 erfolgt. Wie aus dem Stand der Technik wohl bekannt ist, nimmt die Wirksamkeit des Wärmeaustausches zu, wenn man für den Wärmeaustausch eine Gegenstromanordnung benutzt statt einer Wärmetauschanordnung, bei der die Ströme in derselben Richtung fließen. Weitere Einzelheiten bezüglich der mit der vorliegenden Wärmeübertragungskonfiguration erzielten Vorteile ergeben sich mit Hinblick auf die Figuren 4A und B. Es wird in Betracht bezogen, daß das Kapillar-Röhrchen 122 in einem anderen (nicht dargestellten) Ausführungsbeispiel so angeordnet ist, daß die Strme durch das Kapillar-Röhrchen 122 sowie durch die Leitung 130 in derselben Richtung fließen.The subject matter of the present invention is specifically directed to the heat exchanger configuration, as shown as an embodiment, between the second capillary tube 122 and the line 130, ie the suction line of the second evaporator 124. The second capillary tube 122 is arranged in a countercurrent heat transfer arrangement with the line 130. In particular, the second capillary tube 122 is in thermal contact with the line 130. The thermal contact is, for example, accomplished by side-brazing the outer portion of capillary tube 122 to a portion of conduit 130. Capillary tube 122 is shown wrapped around conduit 130 as a schematic representation of the heat transfer relationship. As previously described, heat transfer occurs in a countercurrent arrangement, that is, the refrigerant flowing in capillary tube 122 flows in a direction opposite to the flow of refrigerant in conduit 130. As is well known in the art, heat exchange efficiency increases when a countercurrent arrangement is used for heat exchange rather than a heat exchange arrangement in which the flows flow in the same direction. Further details regarding the advantages achieved with the present heat transfer configuration will be apparent with reference to Figures 4A and B. It is contemplated that in another embodiment (not shown) the capillary tube 122 may be arranged such that the currents through the capillary tube 122 and through the conduit 130 flow in the same direction.

Das erste Kapillar-Röhrchen 106 ist in einer Gegenstromanordnung für den Wärmeaustausch mit den Leitungen 120 und 130 angeordnet. Der thermische Kontakt wird beispielsweise erreicht durch seitliches Zusammenlöten des äußeren Teils des Kapillar-Röhrchens 106 mit einem Teilbereich der Außenseite der Leitungen 120 und 130. Das Kapillar-Röhrchen 106 ist dargestellt als um die Leitungen 120 und 130 herumge wickelt, und zwar als eine schematische Darstellung der Wärmeübertragungsbeziehung. Die Wärmeübertragung erfolgt in einer Gegenstromanordnung, d.h. das in dem Kapillar-Röhrchen 106 strömende Kältemittel fließt in einer Richtung, die entgegengesetzt zur Strömung des Kältemittels in den Leitungen 120 und 130 erfolgt.The first capillary tube 106 is arranged in a counter-flow arrangement for heat exchange with the conduits 120 and 130. Thermal contact is achieved, for example, by side-brazing the outer portion of the capillary tube 106 to a portion of the outside of the conduits 120 and 130. The capillary tube 106 is shown wrapped around the conduits 120 and 130 as a schematic representation of the heat transfer relationship. Heat transfer occurs in a counter-flow arrangement, i.e., the refrigerant flowing in the capillary tube 106 flows in a direction opposite to the flow of the refrigerant in the conduits 120 and 130.

Zusätzlich zu den oben aufgeführten Bauteilen enthält das System 100 einen Akkumulator 134. Der Akkumulator 134 ist am Ausgang des zweiten Verdampfers 124 und innerhalb des Gefrierfachs angeordnet. Ein Drucksensor 138 ist ebenfalls in Figur 1 dargestellt. Der Drucksensor 138 ist an einer Stelle angebracht, daß der ein Signal erzeugt, welches repräsentativ ist für den Druck des Kältemittels, das in der Leitung 120 sowie zwischen der Wärmetauscheranordnung mit dem Kapillar-Röhrchen 106 und der Leitung 120 und der Steuereinheit 118 fließt. Das Ausgangssignal von dem Drucksensor 138 wird zur Steuerung des Betriebs der Steuereinheit 118 benutzt, wie nachfolgend beschrieben.In addition to the components listed above, the system 100 includes an accumulator 134. The accumulator 134 is at the outlet of the second evaporator 124 and within the freezer compartment. A pressure sensor 138 is also shown in Figure 1. The pressure sensor 138 is mounted at a location that produces a signal representative of the pressure of the refrigerant flowing in the line 120 and between the heat exchanger assembly with the capillary tube 106 and the line 120 and the control unit 118. The output signal from the pressure sensor 138 is used to control the operation of the control unit 118 as described below.

Nunmehr Bezug nehmend auf Figur 2 ist eine detailliertere Darstellung des Akkumulators 134 gezeigt. Der Akkumulator 134 nimmt vom zweiten Verdampfer 124 abgegebenes Kältemittel auf und liefert über die Steuereinheit 118 dampfförmiges Kältemittel an die Verdichtereinheit 102. Eine kleine Ablaßöffnung (bleeder hole) 136 in der internen Transportleitung ist vorgesehen, um ein Stocken von Schmiermittel zu verhindern, wenn sich die Zyklusbedingungen ändern, z.B. wenn überhitzter Dampf von dem zweiten Verdampfer 124 abgegeben wird.Referring now to Figure 2, a more detailed illustration of the accumulator 134 is shown. The accumulator 134 receives refrigerant discharged from the second evaporator 124 and supplies vaporous refrigerant to the compressor unit 102 via the control unit 118. A small bleeder hole 136 in the internal transport line is provided to prevent lubricant blockage when cycle conditions change, e.g., when superheated vapor is discharged from the second evaporator 124.

Wenn der zweite Verdampfer 124 bei geringeren als den spezifizierten Temperaturen betrieben wird, z.B. aufgrund einer verminderten thermischen Belastung oder beispielsweise aufgrund der Einstellung des Fachthermostats, wird etwas Flüssigkeit vom zweiten Verdampfer 124 abgegeben. Der Akkumulator 134 verhindert einen Verlust an Kühlkapazität, der aus einem Verdampfen von Flüssigkeit vom zweiten Verdampfer 124 in der Leitung 130 resultieren würde. Insbesondere wird in dem Akkumulator 134 vom zweiten Verdampfer 124 stammende Flüssigkeit gespeichert. Vom zweiten Verdampfer 124 abgegebener Dampf gelangt durch die Leitung 130. Wenn das vom zweiten Verdampfer 124 strömende Kältemittel überhizt wird, wird das im Akkumulator 134 gespeicherte flüssige Kältemittel in dem Akkumulator 134 verdampft und gelangt durch die Leitung 130. Auf diese Weise ermöglicht der Akkumulator 134 das Vermeiden eines Verlustes an Kühlkapazität des zweiten Verdampfers 124.When the second evaporator 124 is operated at temperatures lower than the specified temperatures, e.g. due to a reduced thermal load or, for example, due to the setting of the compartment thermostat, some liquid is discharged from the second evaporator 124. The accumulator 134 prevents a loss of cooling capacity that would result from evaporation of liquid from the second evaporator 124 in the line 130. In particular, liquid from the second evaporator 124 is stored in the accumulator 134. Vapor discharged from the second evaporator 124 passes through the line 130. When the refrigerant flowing from the second evaporator 124 is superheated, the liquid refrigerant stored in the accumulator 134 is vaporized in the accumulator 134 and passes through the line 130. In this way, the accumulator enables 134 avoiding a loss of cooling capacity of the second evaporator 124.

Die Strömungssteuereinheit 118 ist schematisch in größerem Detail in Figur 3 gezeigt. Die zwei Eingangsleitungen 120 und 130 sind integral mit der Steuereinheit 118 gebildet. Die Ausgangsleitung 132 ist ebenfalls als einstückig mit der Steuereinheit 118 gebildet gezeigt. Anstatt daß die Eingangsleitungen 120 und 130 sowie die Ausgangsleitung 132 einstückig mit der Einheit 118 geformt werden, sind in einem anderen (nicht gezeigten) Ausführungsbeispiel diese Leitungen mit Einlässen bzw. Auslässen der Einheit 118 z.B. durch Schweißen, Löten, mechanische Kupplungen usw. verbunden. Die Steuereinheit 118 enthält ein steuerbares Ventil 140, das ein von einer Magnetspule betriebenes Ventil enthält. Ein von einer Magnetspule gesteuertes Ventil ist beispielsweise erhältlich von ISI Fluid Power Inc., Fraser, Michigan. Das Ventil von ISI Fluid Power Inc. wird modifiziert, indem man die Gehäusedichtungen entfernt und das Gehäuse für die Benutzung mit Kältemitteln hermetisch abdichtet. Das steuerbare Ventil 140 wird zur Steuerung der Fluid-Strömung durch die Eingangsleitung 120 benutzt, die typischerweise ein Kältemittel mit höherem Druck transportiert als die Leitung 130. Ein Sperrventil 142 ist innerhalb der Eingangsleitung 130 angeordnet. Das Sperrventil 142 enthält eine Kugel 144, einen Sitz 140 sowie einen Käfig 148.The flow control unit 118 is shown schematically in more detail in Figure 3. The two input lines 120 and 130 are formed integrally with the control unit 118. The output line 132 is also shown as being formed integrally with the control unit 118. Instead of the input lines 120 and 130 and the output line 132 being formed integrally with the unit 118, in another embodiment (not shown) these lines are connected to inlets and outlets of the unit 118, respectively, e.g., by welding, soldering, mechanical couplings, etc. The control unit 118 includes a controllable valve 140 which includes a solenoid operated valve. A solenoid controlled valve is available, for example, from ISI Fluid Power Inc., Fraser, Michigan. The ISI Fluid Power Inc. valve is modified by removing the housing gaskets and hermetically sealing the housing for use with refrigerants. The controllable valve 140 is used to control the flow of fluid through the inlet line 120, which typically carries a higher pressure refrigerant than line 130. A check valve 142 is disposed within the inlet line 130. The check valve 142 includes a ball 144, a seat 140 and a cage 148.

Im Betrieb wird die Zeitsteuerung zum Öffnen und Schließen des steuerbaren Ventus 140 über den Drucksensor 138 (vgl. Figur 1) vorgesehen. Die zeitgesteuerte Leistungsabgabe des Drucksensors 138 für die Magnetspule des steuerbaren Ventils 140 wird bestimmt von dem Druck des Kältemittels in der Leitung 120. Wird das Ventil 140 geschlossen, zwingt das Kältemittel mit dem niedrigen Druck in der Leitung 130 das Sperrventil 142 dazu zu öffnen, und das Kältemittel mit dem niedrigen Druck strömt von der Leitung 130 zur Ausgangsleitung 132. Dieser Zustand wird hier als Zustand 1 bezeichnet. Wenn das Ventil 140 öffnet und dadurch dem Kältemittel die Durchströmung erlaubt, bewirkt das Kältemittel mit dem hohen Druck von der Leitung 120, daß das Sperrventil 142 schließt und geschlossen bleibt, solange das Kältemittel mit dem hohen Druck von der Leitung 120 zur Ausgangsleitung 132 fließt. Dieser Zustand wird hier als Zustand 2 bezeichnet.In operation, the timing for opening and closing the controllable valve 140 is provided by the pressure sensor 138 (see Figure 1). The timed power output of the pressure sensor 138 for the solenoid of the controllable valve 140 is determined by the pressure of the refrigerant in the line 120. When the valve 140 is closed, the low pressure refrigerant in the line 130 forces the shut-off valve 142 to open and the low pressure refrigerant flows from the line 130 to the outlet line 132. This state is referred to here as state 1. When the valve 140 opens, thereby allowing the refrigerant to flow through, the high pressure refrigerant from the line 120 causes the shut-off valve 142 to close and remain closed as long as the high pressure refrigerant flows from the line 120 to the outlet line 132. This condition is referred to herein as Condition 2.

Im einzelnen und beim Betrieb mit beispielsweise dem Kältemittel R-12 (Dichlordifluormethan) befindet sich Kältemittel bei etwa 1,4 kg/cm (20 psia - pounds per square inch absolute) in der Leitung 130 und Kältemittel bei etwa 2,8 kg/cm (40 psia) ist in der Leitung 120 vorhanden. Der Einlaßdruck an der Verdichtereinheit 102 beträgt etwa 1,4 kg/cm (20 psia), wenn sich die Steuereinheit 118 im Zustand 1 befindet. Wenn die Steuereinheit 118 Im Zustand 2. ist, beträgt der Druck am Einlaß der Verdichtereinheit etwa 40 psia.Specifically, and operating with, for example, the refrigerant R-12 (dichlorodifluoromethane), refrigerant at about 1.4 kg/cm (20 psia - pounds per square inch absolute) is present in line 130 and refrigerant at about 2.8 kg/cm (40 psia) is present in line 120. The inlet pressure to the compressor unit 102 is about 1.4 kg/cm (20 psia) when the control unit 118 is in state 1. When the control unit 118 is in state 2, the pressure at the inlet to the compressor unit is about 40 psia.

Der Druckschalter 138 wird zur Steuerung des besonderen Zustands oder der Konfiguration der Steuereinheit 118 verwendet. Beispielsweise wird man bevorzugt das Kältemittel im ersten Verdampfer 108 auf etwa 1ºC (+34ºF) halten, ein Temperaturbereich von ungefähr -3ºC (+26ºF) bis 2ºC (+36ºF) ist ein geeigneter Bereich für die Temperatur des Kältemittels in dem ersten Verdampfer 108. Durch Abfühlen des Drucks des Kältemittels in der Leitung 120 nahe bei der Strömungssteuereinheit 118, wie durch die Position des Drucksensors 118 in Figur 1 veranschaulicht, besteht eine Eins-zu-Eins-Entsprechung zwischen dem abgefühlten Druck und der Temperatur des Kältemittels in dem ersten Verdampfer 108. Wenn der vom Drucksensor 138 abgefühlte Druck anzeigt, daß die Temperatur des Kältemittels im ersten Verdampfer über 2ºC (+36ºF) liegt, aktiviert das Ausgangssignal des Drucksensors die Steuereinheit 118, z.B. durch Aktivierung des steuerbaren Ventils 140, derart, daß eine Strömungsverbindung zwischen der Leitung 120 und der Leitung 132 hergestellt wird, d.h. es besteht der Zustand 2.The pressure switch 138 is used to control the particular state or configuration of the control unit 118. For example, it is preferred to maintain the refrigerant in the first evaporator 108 at about 1ºC (+34ºF), a temperature range of about -3ºC (+26ºF) to 2ºC (+36ºF) is a suitable range for the temperature of the refrigerant in the first evaporator 108. By sensing the pressure of the refrigerant in the line 120 near the flow control unit 118, as illustrated by the position of the pressure sensor 118 in Figure 1, there is a one-to-one correspondence between the sensed pressure and the temperature of the refrigerant in the first evaporator 108. When the pressure sensed by the pressure sensor 138 indicates that the temperature of the refrigerant in the first evaporator is above 2ºC (+36ºF), the output signal of the pressure sensor, the control unit 118, e.g. by activating the controllable valve 140, such that a flow connection is established between the line 120 and the line 132, i.e. state 2 exists.

Obwohl zwischen den Leitungen 120 und 132 eine Strömungsverbindung hergestellt ist, wird Kältemittel nur dann durch den ersten Verdampfer 108 angezogen werden, wenn der Thermostat 126 einen Bedarf für Kühlung im Gefrierfach festgestellt hat und dabei die Verdichtereinheit 102 aktiviert. Wenn es beispielsweise vorgezogen wird, die Lufttemperatur im Gefrierfach auf ungefähr -18ºC (0ºF) zu halten, stellt ein Temperaturbereich von -19ºC (-2ºF) bis -17ºC (+2ºF) einen typischen Bereich für die Lufttemperatur des Gefrierfachs dar. Liegt die Luf ttemperatur des Gefrierfachs oberhalb von -19ºC (+2ºF), sorgt der Thermostat 126 dafür, daß Energie an die Verdichtereinheit 102 zugeführt wird. Im Anschluß an die Aktivierung der Verdichtereinheit 102 schaltet der Thermostat 126 die Energiezufuhr zur Verdichtereinheit 102 ab, sobald die Lufttemperatur des Gefrierfachs unter -19ºC (-2ºF) liegt. Wenn die Verdichtereinheit 102 nicht eingeschaltet ist, wird ungeachtet der Konfiguration der Steuereinheit 118 im wesentlichen keine Kühlwirkung für das Frischkostfach und das Gefrierfach bereitgestellt.Although fluid communication is established between lines 120 and 132, refrigerant will only be drawn through first evaporator 108 when thermostat 126 has sensed a need for refrigeration in the freezer compartment and thereby activates compressor unit 102. For example, if it is preferred to maintain the freezer compartment air temperature at approximately -18ºC (0ºF), a typical freezer compartment air temperature range would be -19ºC (-2ºF) to -17ºC (+2ºF). If the freezer compartment air temperature is above -19ºC (+2ºF), thermostat 126 will provide energy to compressor unit 102. Following activation of the compressor unit 102, the thermostat 126 turns off the power to the compressor unit 102 when the freezer compartment air temperature is below -19ºC (-2ºF). When the compressor unit 102 is not energized, regardless of the configuration of the control unit 118, substantially no cooling effect is provided to the fresh food compartment and freezer compartment.

Wenn die Temperatur des Kältemittels in der Leitung 120 über 2ºC (+36ºF) und die Temperatur des Gefrierfachs über -17ºC (+2ºF) liegt, befindet sich die Steuereinheit 118 im Zustand 2 und die Verdichtereinheit 102 wird aktiviert. Sobald die Temperatur des Kältemittels im Verdampfer 108 des Frischkostfachs auf unter -3ºC (+26ºF) gebracht ist, veranlaßt der Drucksensor 138 die Steuereinheit 118, in den Zustand 1 überzugehen. Kältemittel wird dann durch den Gefrierverdampfer 124 so lange gezogen, bis die Temperatur des Gefrierfachs unterhalb von -19ºC (-2ºF) liegt. Selbst wenn sich die Steuereinheit 118 im Zustand 1 befindet, wird durch den Verdampfer 108 für Frischkost Kältemittel hindurchbewegt, allerdings mit einer geringeren Geschwindig keit als das im Zustand 2 der Steuereinheit 118 der Fall ist. Damit durch den Gefrierverdampfer 124 Kältemittel hindurchbewegt wird, muß die Temperatur des Kältemittels in der Leitung 120 unter 2ºC (+36ºF) liegen, und die Temperatur des Gefrierfachs muß über -17ºC (+2ºF) liegen.When the temperature of the refrigerant in line 120 is above 2ºC (+36ºF) and the temperature of the freezer compartment is above -17ºC (+2ºF), the controller 118 is in state 2 and the compressor unit 102 is activated. Once the temperature of the refrigerant in the fresh food compartment evaporator 108 is brought below -3ºC (+26ºF), the pressure sensor 138 causes the controller 118 to transition to state 1. Refrigerant is then drawn through the freezer evaporator 124 until the temperature of the freezer compartment is below -19ºC (-2ºF). Even when the controller 118 is in state 1, refrigerant is moved through the fresh food evaporator 108, but at a slower rate than is the case when the controller 118 is in state 2. In order for refrigerant to pass through the freezer evaporator 124, the temperature of the refrigerant in line 120 must be below 2ºC (+36ºF) and the freezer compartment temperature must be above -17ºC (+2ºF).

Das oben dargestellte und beschriebene System 100 wurde ausgeführt in einem General Electric Company Haushaltskühlschrank Modell Nr. TBX25Z mit einem General Electric Company Nr. 800 Rotationstyp-Kompressor. Für den zyklischen Betrieb der Verdichtereinheit wurde die Einschaltperiode mit 22,7 Minuten und die Ausschaltperiode mit 33,5 Minuten (40,4 % Einschaltzeit) ermittelt. Entsprechende (nicht gezeigte) Verdampfergebläse wurden dabei vorgesehen, um Luft über die jeweiligen Verdampferschlangen zu blasen. Jedes Gebläse war über den Thermostat 126 mit der Versorgungsspannung verbunden, und wenn der Thermostat 126 die Verdichtereinheit 102 aktivierte, wurden ebenfalls beide Gebläse eingeschaltet und bliesen Luft über ihren jeweiligen Verdampfer 108 und 124.The system 100 shown and described above was implemented in a General Electric Company Model No. TBX25Z home refrigerator with a General Electric Company No. 800 rotary type compressor. For cyclic operation of the compressor unit, the on period was determined to be 22.7 minutes and the off period was determined to be 33.5 minutes (40.4% on time). Appropriate evaporator fans (not shown) were provided to blow air over the respective evaporator coils. Each fan was connected to the supply voltage through thermostat 126 and when thermostat 126 activated compressor unit 102, both fans were also turned on and blew air over their respective evaporators 108 and 124.

Die Figuren 4A bzw. 4B zeigen Temperatur-Enthalpie-Diagramme. Das Diagramm in Figur 4A ist für einen Kühlkreislauf ähnlich dem in Figur 1 gezeigten Kühlkreislauf 100, bei dem jedoch das Kapillar-Röhrchen 122 und die Leitung 130 nicht in einer Wärmeübertragungskonfiguration angeordnet sind. Das Diagramm in Figur 4B ist für den in Figur 1 dargestellten Kühlkreislauf, der in der gezeigten Weise eine Ausführungsform der vorliegenden Wärmeübertragungskonfiguration enthält, d.h. das Kapillar-Röhrchen 122 und die Leitung 130 sind in einer Wärmeübertragungskonfiguration angeordnet.Figures 4A and 4B show temperature-enthalpy diagrams. The diagram in Figure 4A is for a cooling circuit similar to the cooling circuit 100 shown in Figure 1, but in which the capillary tube 122 and the conduit 130 are not arranged in a heat transfer configuration. The diagram in Figure 4B is for the cooling circuit shown in Figure 1, which contains an embodiment of the present heat transfer configuration as shown, i.e. the capillary tube 122 and the conduit 130 are arranged in a heat transfer configuration.

Im einzelnen und unter Bezugnahme auf Figur 4A entspricht die x-Achse der Enthalpie (h) und die y-Achse entspricht der Temperatur (T). Nochmals, der in Figur 4A analysierte Kreislauf (circuit) entspricht dem in Figur 1 gezeigten Kreislauf mit der Ausnahme, daß das Kapillar-Röhrchen 122 und die Leitung 130, d.h. die Ansaugleitung des Gefrierverdampfers, nicht in einer Wärmeübertragungsrelation angeordnet sind. Auf der y-Achse ist die Lufttemperatur TFL des Frischkostverdampfers und die Lufttemperatur TGL des Gefrierverdampfers angegeben. Der Punkt 1 im Diagramm illustriert den Zustand des Kältemittels am Ausgang des Kondensors 104. Punkt 2 veranschaulicht den Zustand des Kältemit tels noch innerhalb des Kapillar-Röhrchens 106 jedoch am Ende des thermischen Kontakts mit den Leitungen 120 und 130. Punkt 3 zeigt den Zustand des Kältemittels zwischen dem Auslaß des Kapillar-Röhrchens 106 und dem Einlaß des ersten Verdampfers 106. Punkt 4 zeigt den Zustand des Kältemittels am Auslaß des ersten Verdampfers 106. Punkt 5 veranschaulicht den Zustand des Kältemittels am Auslaß des Dampfbereichs 414 des Phasenseparators. Punkt 6 zeigt den Zuständ des Kältemittels am Auslaß des Flüssigkeitsbereichs 116 des Phasenseparators. Punkt 7 zeigt den Zustand des Kältemittels am Auslaß des Kapillar-Röhrchens 122 (erneut gilt für dieses Ausführungsbeispiel, daß das Kapillar-Röhrchen 122 nicht in einer Wärmeübertragungsrelation mit der Leitung 130 steht). Punkt 8 stellt den Zustand des Kältemittels am Auslaß des Akkumulators 134 dar. Punkt 9 zeigt den Zustand des Kältemittels in der Leitung 130 am Ende des thermischen Kontakts mit dem Kapillar-Röhrchen 106. Punkt stellt den Zustand des Kältemittels von der Leitung 130 am Einlaß zur Kompressionskammer der Verdichtereinheit 102 dar. Punkt 11 zeigt den Zustand des Kältemittels von der Leitung 130 am Auslaß der Kompressionskammer der Verdichtereinheit 102. Punkt 12 zeigt den Zustand des Kältemittels von der Leitung 130 am Auslaß der Kompressionsmotorkammer der Verdichtereinheit 102. Punkt 13 veranschaulicht den Zu Das Temperatur-Enthalpie-Diagramm von Figur 4A ist zur Erleichterung des Verständnisses für die von der vorliegenden Erfindung erzielten thermodynamischen Vorteile vorgesehen Insbesondere veranschaulicht ein Vergleich der Diagramme in den Figuren 4A und 4B die spezifische Zunahme oder Rückgewinnung von Kühlkapazität im Gefrierverdampfer, wie sie durch die vorliegende Erfindung erreicht wird.In particular, and with reference to Figure 4A, the x-axis corresponds to the enthalpy (h) and the y-axis corresponds to the temperature (T). Again, the circuit analyzed in Figure 4A corresponds to the circuit shown in Figure 1, except that the capillary tube 122 and the line 130, ie the suction line of the freeze evaporator, are not arranged in a heat transfer relation. On the y-axis is the air temperature TFL of the fresh food evaporator and the air temperature TGL of the freezer evaporator. Point 1 in the diagram illustrates the state of the refrigerant at the outlet of the condenser 104. Point 2 illustrates the state of the refrigerant still within the capillary tube 106 but at the end of the thermal contact with the lines 120 and 130. Point 3 shows the state of the refrigerant between the outlet of the capillary tube 106 and the inlet of the first evaporator 106. Point 4 shows the state of the refrigerant at the outlet of the first evaporator 106. Point 5 illustrates the state of the refrigerant at the outlet of the vapor region 414 of the phase separator. Point 6 shows the state of the refrigerant at the outlet of the liquid region 116 of the phase separator. Point 7 shows the state of the refrigerant at the outlet of the capillary tube 122 (again, for this embodiment, the capillary tube 122 is not in heat transfer relation with the line 130). Point 8 represents the state of the refrigerant at the outlet of the accumulator 134. Point 9 shows the state of the refrigerant in the line 130 at the end of thermal contact with the capillary tube 106. Point 11 shows the state of the refrigerant from the line 130 at the inlet to the compression chamber of the compressor unit 102. Point 12 shows the state of the refrigerant from the line 130 at the outlet of the compression motor chamber of the compressor unit 102. Point 13 illustrates the The temperature-enthalpy diagram of Figure 4A is provided to facilitate understanding of the thermodynamic advantages achieved by the present invention. In particular, a comparison of the diagrams in Figures 4A and 4B illustrates the specific increase or recovery of refrigeration capacity in the freeze evaporator as achieved by the present invention.

Mehr im einzelnen entspricht der in Figur 4B analysierte Kreislauf (circuit) dem in Figur 1 gezeigten Kreislauf, der, wie dargestellt, eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält, d.h. die Wärmeübertragungskonfiguration des Kapillar-Röhrchens 122 und der Leitung 130. Die in Figur 4A angegebenen Punkte und entsprechenden Ziffern sind in Figur 4B aufgeführt, um einen Vergleich der thermodynamischen Charakteristiken zu ermöglichen. Auf der y-Achse sind die Lufttemperatur TFL im Frischkostverdampfer sowie die Lufttemperatur TGL im Gefrierverdampfer angegeben. Der Punkt im Diagramm illustriert den Zustand des Kältemittels am Ausgang des Kondensors 104. Punkt 2 veranschaulicht den Zustand des Kältemittels innerhalb des Kapillar-Röhrchens 106 am Ende des thermischen Kontakts mit den Leitungen 120 und 130. Punkt 3 zeigt den Zustand des Kältemittels zwischen dem Auslaß des Kapillar-Röhrchens 106 und dem Einlaß des ersten Verdampfers 106. Punkt 4 zeigt den Zustand des Kältemittels am Auslaß des ersten Verdampfers 106. Punkt 5 veranschaulicht den Zustand des Kältemittels am Auslaß des Dampfbereichs 114 des Phasenseparators. Punkt 6 zeigt den Zustand des Kältemittels am Auslaß des Flüssigkeitsbereichs 116 des Phasenseparators.More specifically, the circuit analyzed in Figure 4B corresponds to the circuit shown in Figure 1, which, as shown, includes an embodiment of the present invention, i.e., the heat transfer configuration of the capillary tube 122 and the conduit 130. The points and corresponding numbers indicated in Figure 4A are shown in Figure 4B to allow a comparison of the thermodynamic characteristics. On the y-axis, the air temperature TFL in the fresh food evaporator and the air temperature TGL in the freeze evaporator are indicated. The point in the diagram illustrates the state of the refrigerant at the outlet of the condenser 104. Point 2 illustrates the state of the refrigerant within the capillary tube 106 at the end of thermal contact with the lines 120 and 130. Point 3 shows the state of the refrigerant between the outlet of the capillary tube 106 and the inlet of the first evaporator 106. Point 4 shows the state of the refrigerant at the outlet of the first evaporator 106. Point 5 illustrates the state of the refrigerant at the outlet of the vapor region 114 of the phase separator. Point 6 shows the state of the refrigerant at the outlet of the liquid region 116 of the phase separator.

Punkt 7' zeigt den Zustand des Kältemittels am Auslaß des Kapillar-Röhrchens 122 (man beachte, daß bei diesem Beispiel das Kapillar-Röhrchen in einer Wärmeübertragungsrelation mit der Leitung 130 steht). Punkt 8 stellt den Zustand des Kältemittels am Auslaß des Akkumulators 134 dar. Punkt 9' zeigt den Zustand des Kältemittels in der Leitung 130 am Ende des thermischen Kontakts mit dem Kapillar-Röhrchen 106. Punkt 10; illustriert den Zustand des Kältemittels von der Leitung 130 am Einlaß der Kompressionskammer der Verdichtereinheit 102. Punkt 11' zeigt den Zustand des Kältemittels von der Leitung 130 am Auslaß der Kompressionskam mer der Verdichtereinheit 102. Punkt 12' stellt den Zustand des Kältemittels von der Leitung 130 am Auslaß der Kompressionsmotorkammer der Verdichtereinheit 102 dar. Punkt 13 veranschaulicht den Zustand des Kältemittels in der Leitung 120 am Ende des thermischen Kontakts mit dem Kapillar-Röhrchen 106. Punkt 14 stellt den Zustand des Kältemittels von der Leitung 120 am Einlaß der Kompressionskammer der Verdichtereinheit 102 dar. Punkt 15 zeigt den Zustand des Kältemittels von der Leitung 120 am Auslaß der Kompressionskammer der Verdichtereinheit 102. Punkt 16 zeigt den Zustand des Kältemittels von der Leitung 120 am Auslaß der Kompressionsmotorkammer der Verdichtereinheit 102.Point 7' shows the state of the refrigerant at the outlet of the capillary tube 122 (note that in this example the capillary tube is in a heat transfer relationship with the line 130). Point 8 represents the state of the refrigerant at the outlet of the accumulator 134. Point 9' shows the state of the refrigerant in the line 130 at the end of thermal contact with the capillary tube. 106. Item 10; illustrates the state of the refrigerant from the line 130 at the inlet of the compression chamber of the compressor unit 102. Point 11' shows the state of the refrigerant from the line 130 at the outlet of the compression chamber of the compressor unit 102. Point 12' shows the state of the refrigerant from the line 130 at the outlet of the compression motor chamber of the compressor unit 102. Point 13 illustrates the state of the refrigerant in the line 120 at the end of the thermal contact with the capillary tube 106. Point 14 shows the state of the refrigerant from the line 120 at the inlet of the compression chamber of the compressor unit 102. Point 15 shows the state of the refrigerant from the line 120 at the outlet of the compression chamber of the compressor unit 102. Point 16 shows the state of the refrigerant from the line 120 at the outlet of the compression motor chamber of the compressor unit 102.

Die vorliegende Wärmeübertragungskonfiguration stellt eine spezifische Kühlkapazitätszunahme im Gefrierverdampfer 124 bereit. Die Zunahme der spezifischen Kühlkapazität resultiert in einer Abnahme für den Betrag der mechanischen Energie, die zum Kühlen des Gefrierverdampfers erforderlich ist. Die in der Praxis tatsächlich resultierende Zunahme der Kühlkapazität hängt natürlich ab von der tatsächlichen Massendurchflußrate (mass flow rate) durch den Gefrierverdampfer. Insbesondere und unter Bezugnahme auf Figur 4A sind die Massendurchflußraten m wie folgt bezeichnet:The present heat transfer configuration provides a specific cooling capacity increase in the freeze evaporator 124. The increase in specific cooling capacity results in a decrease in the amount of mechanical energy required to cool the freeze evaporator. The actual resulting increase in cooling capacity in practice will of course depend on the actual mass flow rate through the freeze evaporator. In particular, and with reference to Figure 4A, the mass flow rates m are denoted as follows:

mT = gesamte (totale) Massendurchflußrate;mT = total mass flow rate;

mL = Massendurchflußrate durch den Gefrierverdampfer 124; undmL = mass flow rate through the freeze evaporator 124; and

mH = Massendurchflußrate durch den Frischkostverdampfer 108.mH = mass flow rate through the fresh food evaporator 108.

Dann gilt für das System nach Figur 4AThen the following applies to the system according to Figure 4A

(mT)(Δha) = mL(h&sub9; - h&sub8;) + mH(h&sub1;&sub3; - h&sub5;), mit Δha = h&sub1; - h&sub2;. (1)(mT)(Δha) = mL(h�9 - h₈) + mH(h₁₃ - h₅), with Δha = h₁ - h2;. (1)

Die Enthalpie (h) ist jeweiligen Massendurchflußraten zugeordnet, um eine spezifische Kühlkapazität zu liefern. Die Gleichung 1 besagt, daß die Änderung der Enthalpie (Δha) des Kältemittels vom Eingang bis zum Ausgang des Kapillar- Röhrchens 106, welche Enthalpieänderung (Δha) aus der Wärmeübertragung zwischen dem Kapillar-Röhrchen 106 und den Leitungen 120 und 130 resultiert, der Änderung der Enthalpie des Kältemittels in den Leitungen 120 und 130 vom Anfang bis zum Ende des thermischen Kontakts mit dem Kapillar-Röhrchen 106 gleicht. Als ein Ergebnis der Wärmeübertragung ist die Rückgewinnung der spezifischen Kühlkapazität im Frischkostverdampfer 108 gleich [(mH) (Δha)] Es gibt keine Rückgewinnung von spezifischer Kühlkapazität im Gefrierverdampfer 124 als Ergebnis der Wärmeübertragung mit dem Kapillar-Röhrchen 106.The enthalpy (h) is associated with respective mass flow rates to provide a specific cooling capacity. Equation 1 states that the change in enthalpy (Δha) of the refrigerant from the inlet to the outlet of the capillary tube 106, which enthalpy change (Δha) results from the heat transfer between the capillary tube 106 and the lines 120 and 130, is equal to the change in enthalpy of the refrigerant in the lines 120 and 130 from the beginning to the end of thermal contact with the capillary tube 106. As a result of heat transfer, the recovery of specific cooling capacity in the fresh food evaporator 108 is equal to [(mH) (Δha)]. There is no recovery of specific cooling capacity in the freeze evaporator 124 as a result of heat transfer with the capillary tube 106.

Wenn, wie in Figur 4B gezeigt, die Wärmeübertragung nach der vorliegenden Erfindung benutzt wird, dann wird die Gleichung 1 zu:When heat transfer according to the present invention is used as shown in Figure 4B, then Equation 1 becomes:

(mT) (Δha) = mL(h&sub9;'-h&sub8;) + mH(h&sub1;&sub3;-h&sub5;), mit Δhb = (h&sub9;'-h&sub8;). (2)(mT) (Δha) = mL(h�9;'-h₈) + mH(h₁₃-h₅), with Δhb = (h�9;'-h₈). (2)

Wenn QL gleich der dem Gefrierfach zugeführten Kühlung ist, dann gilt ohne die vorliegende Wärmeübertragungskonfiguration, d.h. für das Diagramm nach Figur 4A:If QL is equal to the cooling supplied to the freezer compartment, then without the existing heat transfer configuration, i.e. for the diagram in Figure 4A:

QL = mL(h&sub8; - h&sub7;). (3)QL = mL(h₈ - h₇). (3)

Mit der vorliegenden Wärmeübertragungskonfiguration beträgt jedoch die Kühlungszufuhr QL' für das Gefrierfach, wie in Figur 4ZB dargestellt:However, with the present heat transfer configuration, the cooling supply QL' for the freezer compartment is as shown in Figure 4ZB:

QL' = mL(h&sub8; - h&sub7;'). (4)QL' = mL(h�8 - h�7'). (4)

Die vorliegende Erfindung liefert daher eine Zunahme in der spezifischen Kühlkapazität des Gefrierverdampfers 124 durch Hinzufügen von mL(h&sub7; - h&sub7;'). Die tatsächliche Zunahme der Kühlkapazität hängt natürlich ab von der Massendurchflußrate des durch den Gefrierverdampfer 124 strömenden Kältemittels. Die Zunahme der Kühlkapazität sorgt weiterhin dafür, daß weniger mechanische Energie zum Kühlen des Gefrierfachs erfordert wird. Insbesondere wird die zur Erfüllung der Kühlanforderung des Gefrierfachs erforderliche Betriebszeit der Verdichtereinheit reduziert, da die von den Gefrierverdampfer 124 gelieferte Kühlung während des Betriebs erhöht wird.The present invention therefore provides an increase in the specific cooling capacity of the freeze evaporator 124 by adding mL(h₇ - h₇'). The actual increase in cooling capacity will of course depend on the mass flow rate of the refrigerant flowing through the freeze evaporator 124. The increase in cooling capacity further provides that less mechanical energy is required to cool the freezer compartment. In particular, the operating time of the compressor unit required to meet the cooling demand of the freezer compartment is reduced because the cooling provided by the freezer evaporators 124 is increased during operation.

Figur 5 ist eine Blockdarstellung zur Veranschaulichung eines Haushaltskühlschranks 200 mit einer isolierten Wand 202, die ein Frischkostfach 204 sowie ein Gefrierfach 206 bildet. Figur 5 ist lediglich zum Zwecke der Veranschaulichung vorgesehen und insbesondere, um eine Einrichtung zu zeigen, die im wesentlichen separate Fächer aufweist, die eine Kühlung bei unterschiedlichen Temperaturen erfordern. In dem Haushaltskühlschrank werden das Frischkostfach 204 und das Gefrierfach 206 typischerweise bei etwa 0,5ºC (+33ºF) bis 8ºC (+47ºF) bzw. -23ºC (-10ºF) bis -9ºC (+25ºF) gehalten.Figure 5 is a block diagram illustrating a domestic refrigerator 200 having an insulated wall 202 defining a fresh food compartment 204 and a freezer compartment 206. Figure 5 is intended for purposes of illustration only and in particular to show an apparatus having substantially separate compartments requiring refrigeration at different temperatures. In the domestic refrigerator, the fresh food compartment 204 and the freezer compartment 206 are typically maintained at about 0.5ºC (+33ºF) to 8ºC (+47ºF) and -23ºC (-10ºF) to -9ºC (+25ºF), respectively.

Ein erster Verdampfer 208 ist als im Frischkostfach 204 angeordnet gezeigt und ein zweiter Verdampfer 210 ist als im Gefrierfach 206 angeordnet dargestellt. Die vorliegende Erfindung ist nicht beschränkt auf die physikalische Position der Verdampfer, und die in Figur 5 gezeigte Lage der Verdampfer dient lediglich zum Zwecke der Veranschaulichung und um das Verständnis zu erleichtern. Es ist daran gedacht, daß die Verdampfer 208 und 210 irgendwo in dem Haushaltskühlschrank oder selbst außerhalb des Kühlschranks angeordnet werden könnten, und daß die Verdampfer-gekühlte Luft von jedem entsprechenden Verdampfer über Leitungen, Stege oder dergleichen auf die entsprechenden Fächer gerichtet wird.A first evaporator 208 is shown as being located in the fresh food compartment 204 and a second evaporator 210 is shown as being located in the freezer compartment 206. The present invention is not limited to the physical location of the evaporators, and the location of the evaporators shown in Figure 5 is for purposes of illustration and to facilitate understanding only. It is contemplated that the evaporators 208 and 210 could be located anywhere in the home refrigerator or even outside the refrigerator and that the evaporator-cooled air from each respective evaporator is directed to the respective compartments via ducts, ridges or the like.

Die ersten und zweiten Verdampfer 208 und 210 werden von einer Verdichtereinheit 212 und einem Kondensor 214 betrieben, die in einem Verdichter/Kondensorfach 216 angeordnet sind. Ein Temperaturfühler 218, wie z.B. der in Figur 1 gezeigte Thermostat 126, ist im Gefrierfach 206 angebracht.The first and second evaporators 208 and 210 are operated by a compressor unit 212 and a condenser 214, which are arranged in a compressor/condenser compartment 216. A temperature sensor 218, such as the thermostat 126 shown in Figure 1, is mounted in the freezer compartment 206.

Der Fühler 218 ist natürlich vorzugsweise vom Benutzer ein stellbar, so daß ein Systembenutzer eine Temperatur oder einen Temperaturbereich auswählt, bei dem der Kompressor aktiviert und/oder ausgeschaltet werden soll. Der erste Verdampfer 208 wird typischerweise zwischen etwa -9ºC (+15ºF) bis etwa 0ºC (+32ºF) betrieben und der zweite Verdampfer 210 wird typischerweise bei etwa -34ºC (-30ºF) bis etwa -18ºC (0ºF) betrieben, um das Frischkostfach 204 zwischen etwa 0,5ºC (+33ºF) bis 8ºC (+47ºF) bzw. das Gefrierfach 206 zwischen etwa -23ºC (-10ºF) bis -9ºC (+15ºF) zu halten.The sensor 218 is, of course, preferably user adjustable so that a system user selects a temperature or temperature range at which the compressor is to be activated and/or deactivated. The first evaporator 208 is typically operated between about -9ºC (+15ºF) to about 0ºC (+32ºF) and the second evaporator 210 is typically operated at about -34ºC (-30ºF) to about -18ºC (0ºF) to maintain the fresh food compartment 204 between about 0.5ºC (+33ºF) to 8ºC (+47ºF) and the freezer compartment 206 between about -23ºC (-10ºF) to -9ºC (+15ºF), respectively.

Figur 6 veranschaulicht eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der mehr als zwei Verdampfer verwendet werden. Mehr als zwei Verdampfer bieten in manchen Zusammenhängen noch weitere Leistungsfähigkeiten. Beispielsweise ist es in einigen Zusammenhängen erwünscht, einen Haushaltskühlschrank mit einem dritten Verdampfer auszustatten, um ausgewählte Dinge in einem separaten Fach schnell abzukühlen oder einzufrieren.Figure 6 illustrates a second embodiment of the present invention using more than two evaporators. More than two evaporators provide additional capabilities in some contexts. For example, in some contexts it is desirable to provide a household refrigerator with a third evaporator to quickly cool or freeze selected items in a separate compartment.

Im einzelnen enthält die Ausführungsform 300 eine mit einem Kondensor 304 gekoppelte Verdichtereinheit 302. Der Auslaß des Kondensors 304 ist mit einem ersten Expansionsventil 306 verbunden, dessen Auslaß mit einem ersten Verdampfer 308 verbunden ist. Der Auslaß des ersten Verdampfers 308 ist mit dem Einlaß eines ersten Phasenseparators 310 gekoppelt. Der erste Phasenseparator 310 enthält einen Schirm 312, einen Dampfbereich 314 und einen Flüssigkeitsbereich 316. Der Dampfbereich 314 des Phasenseparators ist als ein erster Eingang an eine Kältemittel-Strömungssteuereinheit 318 angeschlossen. Im einzelnen erstreckt sich eine Leitung 320 vom Dampfbereich 314 des ersten Phasenseparators auf die Steuereinheit 318, und die Leitung 320 ist im Phasense parator 310 so angeordnet, daß in den Dampfbereich 314 des Phasenseparators eintretendes flüssiges Kältemittel durch den Dampfbereich 314 hindurchgeht und nicht in das offene Ende der Leitung 320 eintreten kann. Der Auslaß des Flüssigkeitsbereichs 316 des ersten Phasenseparators ist mit einem ersten Kapillar-Röhrchen 322 gekoppelt. Eine zweiter Verdampfer 324 ist mit dem Auslaß des ersten Kapillar-Röhrchens 322 verbunden, und der Auslaß des zweiten Verdampfers 324 ist mit dem Einlaß eines zweiten Phasenseparators 326 gekoppelt. Der zweite Phasenseparator 326 enthält einen Schirm 328, einen Dampfbereich 330 und einen Flüssigkeitsbereich 332. Der Dampfbereich 330 des Phasenseparators ist als ein zweiter Eingang mit der Kältemittel-Strömungssteuereinheit 318 verbunden. Im einzelnen erstreckt sich eine Leitung 334 vom Dampfbereich 330 des zweiten Phasenseparators auf die Steuereinheit 318, und die Leitung 334 ist im Phasenseparator 326 so angeordnet, daß in den Dampfbereich 330 des Phasenseparators eintretendes flüssiges Kältemittel durch den Dampfbereich 330 hindurchtritt und nicht in das offene Ende der Leitung 334 eintreten kann. Der Auslaß des Flüssigkeitsbereichs 332 des zweiten Phasenseparators ist mit einem zweiten Kapillar-Röhrchen 336 gekoppelt. Ein dritter Verdampfer 338 ist mit dem Auslaß des zweiten Kapillar-Röhrchens 336 gekoppelt, und der Auslaß des dritten Verdampfers 338 ist als ein dritter Eingang mit der Kältemittel-Strömungssteuereinheit 318 verbunden.Specifically, embodiment 300 includes a compressor unit 302 coupled to a condenser 304. The outlet of condenser 304 is connected to a first expansion valve 306, the outlet of which is connected to a first evaporator 308. The outlet of first evaporator 308 is coupled to the inlet of a first phase separator 310. First phase separator 310 includes a screen 312, a vapor region 314, and a liquid region 316. Vapor region 314 of the phase separator is connected as a first input to a refrigerant flow control unit 318. In particular, a line 320 extends from the vapor region 314 of the first phase separator to the control unit 318, and the line 320 is arranged in the phase separator 310 so that liquid refrigerant entering the vapor region 314 of the phase separator passes through the vapor region 314 and cannot enter the open end of the line 320. The outlet of the liquid region 316 of the first phase separator is coupled to a first capillary tube 322. A second evaporator 324 is connected to the outlet of the first capillary tube 322, and the outlet of the second evaporator 324 is coupled to the inlet of a second phase separator 326. The second phase separator 326 includes a screen 328, a vapor region 330, and a liquid region 332. The vapor region 330 of the phase separator is connected as a second inlet to the refrigerant flow control unit 318. More specifically, a conduit 334 extends from the vapor region 330 of the second phase separator to the control unit 318, and the conduit 334 is positioned in the phase separator 326 such that liquid refrigerant entering the vapor region 330 of the phase separator passes through the vapor region 330 and cannot enter the open end of the conduit 334. The outlet of the liquid region 332 of the second phase separator is coupled to a second capillary tube 336. A third evaporator 338 is coupled to the outlet of the second capillary tube 336, and the outlet of the third evaporator 338 is connected as a third inlet to the refrigerant flow control unit 318.

Erste und zweite Sensoren 340 und 342 werden beispielsweise zum Feststellen der physikalischen Eigenschaften der ersten und zweiten Verdampfer 308 bzw. 324 benutzt, oder um physikalische Eigenschaften des durch die entsprechenden Verdampfer strömenden Kältemittels festzustellen. Die Sensoren 340 und 342 sind beispielsweise solche vom Typ der Temperatur-, Druck-, Strömungsraten- und/oder Dichtesensoren. Entsprechende Drucksensoren werden beispielsweise irgendwo entlang der Längenausdehnung der Verdampfer 308 und 324 angeschlossen, z.B. bei den entsprechenden Verdampferauslässen. Entsprechende Temperatursensoren werden vorzugsweise an einer Stelle entlang der Längsausdehnung jeweiliger Verdampfer plaziert, an der Zwei-Phasen-Kältemittel fließt. Die ersten und zweiten Sensoren 340 und 342 sind mit einem Timer 344 gekoppelt. Der Timer 344 ist ein variabler Timer.First and second sensors 340 and 342 are used, for example, to determine physical properties of the first and second evaporators 308 and 324, respectively, or to determine physical properties of the refrigerant flowing through the respective evaporators. The sensors 340 and 342 are, for example, of the type of temperature, pressure, flow rate and/or density sensors. For example, corresponding pressure sensors are connected anywhere along the length of the evaporators 308 and 324, e.g., at the respective evaporator outlets. Corresponding temperature sensors are preferably placed at a location along the length of respective evaporators where two-phase refrigerant flows. The first and second sensors 340 and 342 are coupled to a timer 344. The timer 344 is a variable timer.

Anstelle des Timers 344 kann ein Sensorschalter verwendet werden. Weiterhin kann ein fester Timer zum Betreiben der Steuereinheit 318 benutzt werden. Mit dem festen Timer sind natürlich die Sensoren 340 und 342 nicht nötig. Die Sensoren 340 und 342 sind vorzugsweise vom Benutzer einstellbar.Instead of the timer 344, a sensor switch can be used. Furthermore, a fixed timer can be used to operate the control unit 318. With the fixed timer, the sensors 340 and 342 are of course not necessary. The sensors 340 and 342 are preferably adjustable by the user.

Die in Figur 6 gezeigte Steuereinheit 318 weist erste und zweite steuerbare Ventile 346 und 348 auf. Im einzelnen handelt es sich bei den Ventilen 346 und 348 vorzugsweise um Ein-/Aus-Magnetventile, die auf dem Fachgebiet wohlbekannt sind. Die Steuereinheit 318 enthält weiter ein Sperrventil 350. Die ersten und zweiten steuerbaren Ventile 346 und 348 erhalten als Eingänge Kältemittel, das durch die Leitungen 320 bzw. 334 strömt. Die Leitung 352, die mit dem dritten Verdampfer verbunden ist, liefert den Kältemitteleingang für das Sperrventil 350.The control unit 318 shown in Figure 6 includes first and second controllable valves 346 and 348. In particular, the valves 346 and 348 are preferably on/off solenoid valves well known in the art. The control unit 318 further includes a check valve 350. The first and second controllable valves 346 and 348 receive as inputs refrigerant flowing through lines 320 and 334, respectively. Line 352, which is connected to the third evaporator, provides the refrigerant input for the check valve 350.

Im Betrieb öffnet jedes Ventil der Steuereinheit 318 abwechselnd, um dem Kältemittel zu erlauben, durch die jewei ligen Verdampfer zur Verdichtereinheit 302 zu fließen. Ist beispielsweise das erste Ventil 346 offen und das Ventil 348 geschlossen, fließt Kältemittel durch den ersten Verdampfer 308 zum Phasenseparator 310 und über die Leitung 320 zur Verdichtereinheit 302. Zu diesem Zeitpunkt fließt kein Kältemittel durch den zweiten oder dritten Verdampfer 324 und 338.In operation, each valve of the control unit 318 opens in turn to allow refrigerant to flow through the respective evaporators to the compressor unit 302. For example, if the first valve 346 is open and the valve 348 is closed, refrigerant flows through the first evaporator 308 to the phase separator 310 and via line 320 to the compressor unit 302. At this time, no refrigerant flows through the second or third evaporators 324 and 338.

In ähnlicher Weise strömt bei geschlossenem ersten Ventil 346 und bei geöffnetem zweiten Ventil 348 Kältemittel vom Flüssigkeitsbereich 314 des Phasenseparators 310 durch das Expansionsgerät 322 sowie durch den zweiten Verdampfer 324 zum Phasenseparator 326 und über die Leitung 334 zur Verdichtereinheit 302. Zu dieser Zeit fließt kein dampfförmiges Kältemittel vom ersten Phasenseparator 310 oder vom dritten Verdampfer 338 zur Verdichtereinheit 302. Zu diesem Zeitpunkt fließt Kältemittel durch den ersten Verdampfer 308 vom Kondensor 304.Similarly, with the first valve 346 closed and the second valve 348 open, refrigerant flows from the liquid section 314 of the phase separator 310, through the expander 322, through the second evaporator 324, to the phase separator 326, and via line 334 to the compressor unit 302. At this time, no vapor refrigerant flows from the first phase separator 310 or the third evaporator 338 to the compressor unit 302. At this time, refrigerant flows through the first evaporator 308 from the condenser 304.

Wenn beide Ventile 346 und 348 geschlossen sind, öffnet automatisch das dritte Ventil 350 und flüssiges Kältemittel fließt vom Flüssigkeitsbereich 332 des zweiten Phasenseparators durch das Expansionsgerät 336 sowie durch den drit ten Verdampfer 338 zur Verdichtereinheit 302. Zu diesem Zeitpunkt fließt ebenfalls Kältemittel durch den ersten Verdampfer 308 sowie durch den zweiten Verdampfer 324.When both valves 346 and 348 are closed, the third valve 350 automatically opens and liquid refrigerant flows from the liquid region 332 of the second phase separator through the expansion device 336 and through the third evaporator 338 to the compressor unit 302. At this time, refrigerant also flows through the first evaporator 308 and through the second evaporator 324.

Relativ zueinander strömt Kältemittel mit einem höheren Druck durch die Leitung 320, Kältemittel mit einem mittleren Druck strömt durch die Leitung 334 und Kältemittel mit einem geringeren Druck strömt durch die Leitung 350. Der Timer 344 steuert das Tastverhältnis der Steuereinheit 318. Das speziell gewählte Tastverhältnis hängt natürlich von den gewünschten Betriebsparametern jedes Verdampfers ab. Es wird klar sein, daß der Timer 344 die Ventile 346 und 348 so steuert, daß sie abwechselnd offen oder beide geschlossen sind, sie sind jedoch nicht gleichzeitig offen. Normalerweise wird natürlich ein (nicht gezeigter) Thermostat zur Steuerung der Aktivierung der Verdichtereinheit 302 vorgesehen sein.Relative to each other, refrigerant at a higher pressure flows through line 320, refrigerant at an intermediate pressure flows through line 334, and refrigerant at a lower pressure flows through line 350. The timer 344 controls the duty cycle of the control unit 318. The particular duty cycle chosen will, of course, depend on the desired operating parameters of each evaporator. It will be understood that the timer 344 controls the valves 346 and 348 to be alternately open or both closed, but they are not open simultaneously. Normally, of course, a thermostat (not shown) will be provided to control the activation of the compressor unit 302.

Der erste Verdampfer 308 arbeitet bei einer Temperatur, die höher ist als die Betriebstemperaturen des zweiten und dritten Verdampfers 310 und 338. Der dritte Verdampfer 338 arbeitet bei einer niedrigeren Temperatur als die Arbeitstemperaturen des ersten und zweiten Verdampfers 310 und 326. Der zweite Verdampfer 310 arbeitet bei einer Temperatur, die zwischen den Betriebstemperaturen des ersten und dritten Verdampfers 308 und 338 liegt.The first evaporator 308 operates at a temperature that is higher than the operating temperatures of the second and third evaporators 310 and 338. The third evaporator 338 operates at a lower temperature than the operating temperatures of the first and second evaporators 310 and 326. The second evaporator 310 operates at a temperature that is between the operating temperatures of the first and third evaporators 308 and 338.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Leitung 352, d.h. die Ansaugleitung des dritten Verdampfers 338, in einer Gegenstrom-Wärmeübertragungsanordnung mit dem zweiten Kapillar-Röhrchen 336 und mit dem ersten Kapillar-Röhrchen 322 angeordnet. Diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liefert eine Rückgewinnung von spezifischer Kühlkapazttät im dritten Verdampfer 338 in einer ähnlichen Weise, um spezifische Kühlkapazität zurückzugewinnen, wie das mit Bezug auf das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde. In der Ausführungsform nach Figur 6 wird jedoch zusätzliche spezifische Kühlkapazität potentiell dadurch zurückgewonnen, daß man die Leitung 352 in einer Gegenstrom-Wärmeübertragungsanordnung sowohl mit dem ersten Kapillar-Röhrchen 322 als auch mit dem zweiten Kapillar-Röhrchen 336 anordnet.According to the present invention, the line 352, ie the suction line of the third evaporator 338, is arranged in a countercurrent heat transfer arrangement with the second capillary tube 336 and with the first capillary tube 322. This embodiment of the present invention provides recovery of specific cooling capacity in the third evaporator 338 in a similar manner, to recover specific cooling capacity as described with respect to the embodiment of the present invention shown in Figure 1. However, in the embodiment of Figure 6, additional specific cooling capacity is potentially recovered by placing the conduit 352 in a countercurrent heat transfer arrangement with both the first capillary tube 322 and the second capillary tube 336.

Figur 7 stellt ein Kühlsystem 400 dar, das nicht gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist. In Figur 7 enthält das Kühlsystem 400 eine erste Verdichtereinheit 402 und eine zweite Verdichtereinheit 404, wobei der Auslaß der ersten Verdichtereinheit 402 mit dem Einlaß der zweiten Verdichtereinheit 404 verbunden ist. Ein erstes Kapillar-Röhrchen 406 ist an den Auslaß der zweiten Verdichtereinheit 404 gekoppelt, und der Auslaß des ersten Kapillar-Röhrchens 406 ist mit dem Einlaß eines ersten Expansionsgeräts 408 gekoppelt. Der Auslaß des ersten Expansionsgeräts 408 ist mit dem Einlaß des ersten Verdampfers 410 verbunden, und der Auslaß des ersten Verdampfers 410 ist mit dem Einlaß eines Phasenseparators 412 gekoppelt. Der Phasenseparator 412 enthält einen benachbart zum Einlaß des Phasenseparators angeordneten Schirm 414, einen Dampfberelch 416 sowie einen Flüssigkeitsbereich 418. Der Auslaß des Dampfbereichs 416 ist mit der Leitung 420 verbunden, die zwischen der ersten Verdichtereinheit 402 und der zweiten Verdichtereinheit 404 angeordnet ist und diese miteinander verbindet. Der Flüssigkeitsbereich 418 ist mit einem zweiten Kapillar Röhrchen 422 verbunden. Der Auslaß des zweiten Kapillar- Röhrchens 422 ist mit dem Einlaß eines zweiten Verdampfers 424 verbunden. Der Auslaß des zweiten Verdampfers 424 ist mit einem Akkumulator 426 verbunden, und der Auslaß des Akkumulators 426 ist über die Leitung 428 mit dem Einlaß der ersten Verdichtereinheit 402 verbunden. Der Akkumulator 426 arbeitet in gleicher Weise wie der Betrieb des in Figur gezeigten Akkumulators 134. Im einzelnen ist der Akkumulator 426 identisch mit dem in größerem Detail in Figur 2 gezeigten Akkumulator 134. Vom zweiten Verdampfer 424 abgegebenes flüssiges Kältemittel wird im Akkumulator 426 gespeichert, bis das flüssige Kältemittel verdampft ist, z.B. durch vom zweiten Verdampfer 124 abgegebenes überhitztes Kältemittel.Figure 7 illustrates a refrigeration system 400 not constructed in accordance with the present invention. In Figure 7, the refrigeration system 400 includes a first compressor unit 402 and a second compressor unit 404, with the outlet of the first compressor unit 402 connected to the inlet of the second compressor unit 404. A first capillary tube 406 is coupled to the outlet of the second compressor unit 404, and the outlet of the first capillary tube 406 is coupled to the inlet of a first expansion device 408. The outlet of the first expansion device 408 is connected to the inlet of the first evaporator 410, and the outlet of the first evaporator 410 is coupled to the inlet of a phase separator 412. The phase separator 412 includes a screen 414 disposed adjacent the inlet of the phase separator, a vapor region 416, and a liquid region 418. The outlet of the vapor region 416 is connected to line 420 disposed between and interconnecting the first compressor unit 402 and the second compressor unit 404. The liquid region 418 is connected to a second capillary tube 422. The outlet of the second capillary tube 422 is connected to the inlet of a second evaporator 424. The outlet of the second evaporator 424 is connected to an accumulator 426, and the outlet of the accumulator 426 is connected to the inlet of the first compressor unit 402 via line 428. The accumulator 426 operates in the same manner as the operation of the accumulator 134 shown in Figure 2. In detail, the accumulator 426 is identical to the one shown in greater detail in Figure 2 shown accumulator 134. Liquid refrigerant discharged from the second evaporator 424 is stored in the accumulator 426 until the liquid refrigerant is evaporated, e.g. by superheated refrigerant discharged from the second evaporator 124.

Dieses Kühlsystem bietet eine Rückgewinnung von spezifischer Kühlkapazität im zweiten Verdampfer 424 in einer Weise, die ähnlich ist zu der Rückgewinnung von spezifischer Kühlkapazität, wie sie unter Bezugnahme auf das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde. Insbesondere wird durch die Anordnung der Leitung 428 in einer Gegenstrom-Wärmeübertragungsanordnung mit dem Kapillar-Röhrchen 424 eine Rückgewinnung von spezifischer Kühlkapazität im zweiten Verdampfer 424 erzielt. Die Ausführungsform 400 in Figur 7 dient in erster Linie zur Veranschaulichung eines Kühlkreislaufs mit mehreren Kompressoren oder einem Kompressor mit mehreren Stufen.This refrigeration system provides recovery of specific cooling capacity in the second evaporator 424 in a manner similar to the recovery of specific cooling capacity described with reference to the embodiment of the present invention shown in Figure 1. In particular, by arranging the conduit 428 in a countercurrent heat transfer arrangement with the capillary tube 424, recovery of specific cooling capacity in the second evaporator 424 is achieved. The embodiment 400 in Figure 7 is primarily intended to illustrate a refrigeration cycle with multiple compressors or a compressor with multiple stages.

Man kann daran denken, daß bei einigen Kühlsystemen nicht die gesamte Energieleistungsfähigkeit sowie Kostenreduzierungen, die durch die vorliegende Erfindung bereitgestellten, unbedingt notwendig sind. Im Ergebnis können andere versuchen, die Erfindung, wie sie hier beschrieben wird, zu modifizieren, wobei derartige Modifikationen einen unterschiedlichen Wirkungsgrad resultieren und/oder erhöhte Kosten gegenüber den beschriebenen Ausführungsformen zur Folge haben. Beispielsweise können mehrere Verdichter oder ein Verdichter mit mehreren Stufen oder irgendeine Kombination davon zusammen mit den Kältemittel-Strömungssteuermitteln verwendet werden. Derartige Modifikationen sind möglich, werden in Betracht gezogen und liegen im Schutzumfang der beigefügten Ansprüche. Weiterhin gilt, daß, obwohl die vorliegende Erfindung hier manchmal mit Bezugnahme auf einen Haushaltskühlschrank beschrieben wurde, sie jedoch nicht auf eine Anwendung mit und/oder in einem Haushaltskühlschrank beschränkt ist.It should be appreciated that some refrigeration systems may not require all of the energy efficiency and cost reductions provided by the present invention. As a result, others may seek to modify the invention as described herein, such modifications resulting in different efficiencies and/or increased costs over the described embodiments. For example, multiple compressors or a multiple stage compressor or any combination thereof may be used in conjunction with the refrigerant flow control means. Such modifications are possible, are contemplated, and are within the scope of the appended claims. Furthermore, while the present invention has sometimes been described herein with reference to a household refrigerator, it is not limited to application with and/or in a household refrigerator.

Claims

1. Cooling device containing:

a compressor;

a plurality of evaporators, one of the evaporators being arranged to operate at a lower temperature than the operating temperature of another of the evaporators;

a first conduit connected to the inlet of said one evaporator; and

a second conduit connected to the outlet of the one evaporator, the second conduit being at least partially disposed in a first heat transfer relation to the first conduit, characterized by:

a flow controller connected to receive at least a portion of the refrigerant discharged from each of the evaporators, the flow controller being repeatedly operable to alternately connect each of the evaporators at a time in exclusive refrigerant flow relation to the compressor;

wherein the flow controller comprises a controllable valve disposed in the line connecting the controller to the higher temperature evaporator and a check valve disposed in the line connecting the controller to the lower temperature evaporator.

2. Cooling device according to claim 1, wherein:

a condenser is connected to receive refrigerant discharged from the compressor;

the plurality of evaporators include a first evaporator connected to receive at least a portion of the refrigerant discharged from the condenser, and

a second evaporator connected to receive at least a portion of the refrigerant discharged from the first evaporator,

the second line connects the outlet of the second evaporator with the flow control and

a third line is provided which connects the condenser with the inlet of the first evaporator.

3. Cooling device according to claim 1 or 2, wherein the first heat transfer arrangement is a counterflow heat transfer arrangement.

4. A cooling device according to claim 1, 2 or 3, wherein the second conduit comprises an accumulator arranged in the refrigerant flow path between the one evaporator and the first heat transfer arrangement.

5. Cooling device according to one of claims 1 to 4, wherein the first conduit comprises a capillary tube which forms at least a part of the first heat transfer arrangement.

6. Cooling device according to one of claims 1 to 5, further comprising a third line connected to the inlet of a further evaporator, the second line being at least partially arranged in a second heat transfer arrangement with the third line.

7. A cooling device according to claim 6, wherein the second heat transfer arrangement is a counterflow heat transfer arrangement.

8. Cooling device according to claim 6, wherein the third conduit comprises a capillary tube forming at least a part of the second heat transfer arrangement.