Lufttemperaturgeregeltes Kältegerät
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältegerät mit einem wärmeisolierenden Gehäuse, einem Verdampfer und zwei von dem Gehäuse umgebenen, von dem einen Verdampfer auf unterschiedliche Solltemperatur gekühlten Räumen.
Bekannte Kältegeräte dieser Art sind z.B. Kühlschränke mit innen liegendem Eisfach, dessen Wände großenteils durch den Verdampfer gebildet sind. Da in dieses Eisfach nur über einen geringen Teil seiner Oberfläche Wärme von außen eindringen kann, erreicht es deutlich tiefere Lagertemperaturen als der Hauptkühlraum eines solchen Kältegerätes, der den Verdampfer auf einen großen Teil seiner Oberfläche außen umgibt.
Herkömmlicherweise wird die Temperatur beider Räume eines solchen Kältegeräts mit
Hilfe eines Temperatursensors geregelt, der am Verdampfer sefBst angeordnet ist und dessen Temperatur erfasst. Da zum Betrieb des Eisfachs der Verdampfer Temperaturen unter 0°C erreichen muss, bildet sich bei längerem Betrieb des Kältegeräts auf der c Oberfläche des Verdampfers eine Schicht aus Reif bzw. Eis. Diese Schicht bewirkt eine thermische Isolierung des Verdampfers gegenüber dem Hauptkühlfach des Kältegeräts mit der Folge, dass mit zunehmender Vereisung der Verdampfer immer weniger Wärme aufnimmt. Infolgedessen sind nur kurze Betriebszeiten einer den Verdampfer mit flüssigem Kältemittel versorgenden Quelle wie etwa eines Verdichters erforderlich, um die von dem Sensor erfasste Temperatur in einem vorgegebenen Sollbereich zu halten. Die mit zunehmender Vereisung nachlassende Kühlleistung des Verdampfers führt jedoch dazu, dass die Temperaturen in den Kühlräumen des Kältegeräts immer höher werden. Das Kältegerät kann seine Funktion nicht mehr richtig wahrnehmen, und es besteht die Gefahr, dass darin gelagerte Lebensmittel vorzeitig verderben. Wenn ein Benutzer diese Situation erkennt und gleichzeitig feststellt, dass der Verdichter kaum jemals arbeitet, so kann er leicht zu der irrigen Annahme kommen, dass das Kältegerät defekt sei.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Kältegerät der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei dem eine zunehmende Vereisung des Verdampfers nicht zu einem unerwünschten Anstieg der Innenraumtemperaturen führen kann, und dessen
Arbeitsweise bei übermäßiger Vereisung einen Benutzer nicht dazu veranlaßt, einen
Defekt anzunehmen, sondern ihm intuitiv klar werden läßt, dass ein Abtauen notwendig ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Kältegerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Indem ein erster Temperatursensor dieses Kältegeräts so angeordnet wird, dass er die Lufttemperatur des wärmeren der zwei gekühlten Räume des Kältegeräts erfasst, ist ausgeschlossen, dass eine übermäßige Vereisung des Verdampfers zu einem unerwünschten Anstieg der Temperatur in diesem Raum führen kann. Statt dessen werden in Folge der Vereisung die zum Aufrechterhalten der Solltemperatur in dem vom Sensor überwachten Raum notwendigen Betriebsphasen der Kältemittelquelle immer länger. Der Benutzer kann somit gegebenenfalls hören, dass das Kältegerät arbeitet, und zu keinen falschen Schlüssen über dessen Funktionsfähigkeit gelangen.
Vorzugsweise verfügt das Kältegerät über einen zweiten Temperatursensor zum Erfassen einer Temperatur des Verdampfers oder des kälteren der zwei Räume. Dieser zweite Temperatursensor wird jedoch nicht wie herkömmlicherweise am Verdampfer angeordnete Temperatursensoren dazu eingesetzt, die Verdampfertemperatur ständig in einem Sollbereich zu halten, sondern er dient im wesentlichen als Vorsichtsmaßnahme, um Fehlsteuerungen zu vermeiden, die sich bei alleiniger Verwendung des ersten Temperatursensors bei ungewöhnlich niedrigen Umgebungstemperaturen oder bei einer sehr schwachen eingestellten Kühlung ergeben könnten. Wenn nämlich eine schwache Kühlung eingestellt ist oder die Temperatur der Umgebung, in der das Kältegerät aufgestellt ist, nur geringfügig über der Solltemperatur des wärmeren Innenraums liegt, so führt dies zu extrem kurzen Betriebsphasen der Kältemittelquelle, die unzureichend sein können, um die Temperatur in dem kälteren der zwei Räume auf einem ausreichend niedrigen Wert zu halten. Um dieses Problem zu vermeiden, ist vorgesehen, dass die Steuereinheit, die den Betrieb der Kältemittelquelle steuert, eingerichtet ist, einen ersten Betriebsmodus oder Normalbetriebsmodus einzunehmen, so lange die von dem zweiten Temperatursensor erfasste Temperatur des Verdampfers oder des kälteren Raumes unterhalb einer vorgegebenen Schwelle liegt, und in dem ersten Betriebsmodus den Betrieb der Quelle derart zu steuern, dass die von dem ersten Temperatursensor erfasste Temperatur des wärmeren Raumes in einem Sollbereich bleibt. Wenn jedoch die von dem zweiten Temperatursensor erfasste Temperatur eine erste vorgegebene Schwelle
überschreitet, ist vorgesehen, dass die Steuereinheit vom ersten Betriebsmodus in einen zweiten Betriebsmodus oder Notkühlmodus wechselt, wobei sie die mittlere Leistung der Quelle im zweiten Betriebsmodus auf einen höheren Wert regelt als im ersten. Vorzugsweise betreibt die Steuereinheit die Quelle im zweiten Betriebsmodus kontinuierlich.
Wenn die vom zweiten Temperatursensor erfasste Temperatur eine unter der ersten liegende zweite vorgegebene Schwelle unterschreitet, wechselt die Steuereinheit vom zweiten Betriebsmodus zurück in den ersten.
Um den Verdampfer im Bedarfsfalle abzutauen, ist es bei einer einfachen Ausgestaltung des Kältegerätes selbstverständlich ausreichend, dieses auszuschalten und nach vollständigem Abtauen wieder einzuschalten. Einer bevorzugten Ausgestaltung zufolge jedoch verfügt die Steuereinheit über einen von einem Benutzer einstellbaren dritten Betriebsmodus oder Abtaumodus, in dem sie die Quelle nicht betreibt. Wenn das Kältegerät eine Heizeinrichtung zum Beheizen des Verdampfers aufweist, kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, in diesem dritten Betriebsmodus die Heizeinrichtung zu betreiben, um das Abtauen zu beschleunigen.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit ferner eingerichtet, von dem dritten Betriebsmodus selbsttätig in den ersten oder zweiten Betriebsmodus zu wechseln, wenn die von dem zweiten Temperatursensor erfasste Temperatur eine dritte Schwelle überschreitet, die ein vollständiges Abtauen des Verdampfers anzeigt. Bei dieser Ausgestaltung genügt es somit zum Abtauen des Verdampfers, dass der Benutzer der Steuereinheit einen diesbezüglichen Befehl gibt; nach erfolgtem Abtauen kehrt die Steuereinheit ohne weiteres Zutun des Benutzers zum normalen Kühlbetrieb zurück.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Kältegerätes, an dem die vorliegende Erfindung anwendbar ist;
Fig. 2 eine Schemazeichnung, die diverse Funktionselemente des Kältegerätes zeigt; und
Fig. 3A bis 3C den zeitlichen Verlauf der von den Temperatursensoren des Kältegeräts erfassten Temperaturen und der Betriebsphasen des Verdichters des Kältegerätes.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Kühlschranks als Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, mit geöffneter Tür 1. Das wärmeisolierende Gehäuse 2 des Kühlschranks umschließt einen Innenraum, der unterteilt ist in ein Normalkühlfach 3 und ein Eisfach 4. Das in etwa quaderförmige Eisfach 4 ist in einer oberen Ecke des Innenraums angeordnet. Es hat an seiner der Tür 1 zugewandten Stirnseite eine verschließbare, in der Fig. halb geöffnet gezeigte Klappe 5. Die vier an diese Stirnseite angrenzenden Wände der Quaderform sind durch einen Verdampfer 6 gebildet, auf dessen Außenfläche Leitungen 7 für ein Kältemittel erkennbar sind.
Unterhalb des Eisfachs 4 ist eine flache Schale 8 nach vorn herausziehbar montiert. Sie erstreckt sich über die gesamte Grundfläche des Eisfachs 4 und dient zum Auffangen von Tauwasser, das beim Abtauen des Verdampfers 6 von diesem herunter tropft.
Verschiedene Funktionselemente des Kühlschranks sind in der Schemazeichnung der Fig. 2 dargestellt. Man erkennt das Gehäuse 2, die hier geschlossen dargestellte Tür 1 sowie im Innern des Gehäuses das Normalkühlfach 3 und das vom Verdampfer 6 umgebene Eisfach 4. Eine Saugleitung 9 für verdampftes Kältemittel erstreckt sich vom Verdampfer 6 zu einem Verdichter 10. Eine vom Verdichter 10 ausgehende Druckleitung 11 für verdichtetes Kältemittel durchläuft einen an der Rückseite des Gehäuses 2 montierten Verflüssiger 12, bevor sie den Verdampfer 6 erreicht.
Eine Steuereinheit 13 zum Steuern des Betriebs des Verdichters 10 ist mit an einer Frontblende 14 des Gehäuses 2 montierten Bedien- und Anzeigeelementen 15 bzw. 16 sowie mit zwei Temperatursensoren 17, 18 verbunden, von denen der erste, 17, im Innern des Normalkühlfachs 3 oder an einer Wand desselben beabstandet vom Verdampfer 6 montiert ist, um die im Normalkühlfach 3 vorherrschende Lufttemperatur zu erfassen. Der
zweite Temperatursensor 18 ist am Verdampfer 6 montiert und erfasst dessen Temperatur.
Die Steuereinheit 13 verfügt über drei Betriebsmodi. In einem ersten Betriebsmodus schaltet sie den Verdichter 10 in Abhängigkeit von der vom Temperatursensor 17 erfassten Temperatur TN ein und aus, um diese Temperatur TN in einem vorgegebenen Toleranzbereich um einen Zielwert zu halten, der durch einen Benutzer an einem der Bedienelemente 15 eingestellt ist.
Fig. 3A zeigt den Verlauf der von dem Temperatursensor 17 erfassten Temperatur TN des Normalkühlfachs 3 als Funktion der Zeit t. Jeweils wenn die Temperatur TN am oberen Rand des Toleranzbereichs liegt, schaltet die Steuereinheit 13 den Verdichter 10 ein und hält ihn so lange in Betrieb, bis die Temperatur TN die untere Grenze des Toleranzbereichs erreicht. Die entsprechenden Betriebsphasen des Verdichters 10 sind in Fig. 3B dargestellt.
Im Laufe der Zeit bildet sich durch beim Öffnen und Schließen der Tür 1 eindringende Feuchtigkeit oder durch vom gelagerten Kühlgut verdampfendes Wasser eine Eisschicht auf dem Verdampfer 6, die diesen zunehmend vom Normalkühlfach 3 isoliert. Die Geschwindigkeit der Abkühlung in den Betriebsphasen des Verdichters 10 wird daher im Laufe der Zeit immer geringer und die Dauer der Betriebsphasen des Verdichters 10 nimmt zu. Eine unerwünschte Erwärmung des Kühlguts im Normalkühlfach 3 ist hierdurch ausgeschlossen.
Da im Eisfach 4 die Eisschicht am Verdampfer 6 im allgemeinen langsamer wächst als im Normalkühlfach 3 führt die zunehmende Dauer der Betriebsphasen des Verdichters 10 zu dem in Fig. 3C gezeigten Verlauf der Eisfachtemperatur TE. Diese weist ein mit zunehmender Dauer der Verdichterbetriebsphasen eine fallende Tendenz auf, die für die Haltbarkeit der im Eisfach gelagerten Lebensmittel unschädlich ist.
Je niedriger die Temperatur der Umgebung ist, in der das Kältegerät aufgestellt ist, um so langsamer ist der Anstieg der Temperatur TN in den Phasen des Nichtbetriebs des Verdichters, und um so größer ist der Zeitabstand zwischen zwei seiner Betriebsphasen. Dies kann, wenn die Steuereinheit 13 lediglich über den Temperatursensor 17 zum
Messen der Lufttemperatur im Normalkühlfach verfügt, dazu führen, dass bei ausreichender Kühlung des Normalkühlfachs 3 das Eisfach 4 unerwünscht warm wird. Um dies zu vermeiden, ist der zweite Temperatursensor 18 vorgesehen. Fig. 2 zeigt den zweiten Temperatursensor 18 am Verdampfer 6 montiert. Streng genommen kann bei dieser Platzierung des zweiten Sensors 18 die von ihm erfasste Temperatur von der im Eisfach 4 herrschenden Temperatur TE abweichen. Diese Abweichung ist jedoch gering, da der Verdampfer 6 einen Großteil der Oberfläche des Eisfachs 4 bildet, und der Wärmefluss über Vorder- und Rückseite des Eisfachs im Vergleich zu dem über seine vier vom Verdampfer gebildeten Wände klein ist. Alternativ könnte der zweite Sensor 18 auch beabstandet vom Verdampfer 6 im Eisfach 4 platziert sein, um dessen Temperatur TE zu erfassen.
Wenn der zweite Temperatursensor 18 eine Temperatur oberhalb einer kritischen ersten Schwelle von z.B. -5°C an die Steuereinheit 13 meldet, so wechselt diese in einen zweiten Betriebsmodus, in welchem der Verdichter 10 unabhängig von der vom Temperatursensor 17 erfassten Temperatur TN kontinuierlich betrieben wird. Erst wenn die Verdampfertemperatur eine zweite Schwelle von z.B. -10°C unterschritten hat und somit eine ausreichende Kühlung des Eisfachs gewährleistet ist, kehrt die Steuereinheit in den ersten Betriebsmodus zurück.
Der Einfachheit halber können diese zwei Schwellen vom Hersteller des Kältegeräts fest vorgegeben sein. Für den Benutzer besteht im allgemeinen keine Notwendigkeit, sie selber vorgeben zu können. Es kann jedoch sinnvoll sein, wenn die Steuereinheit 13 dem Benutzer die Möglichkeit bietet, den zweiten Betriebsmodus völlig zu sperren. Dadurch kann Energie gespart werden, wenn das Eisfach leer ist und infolgedessen Temperaturen über der ersten Schwelle annehmen darf, ohne dass dies zur Schädigung von Kühlgut führen kann.
Die Steuereinheit 13 ist ferner durch Betätigen eines entsprechenden Bedienelementes 15 in einen dritten Betriebsmodus, einen Abtau-Betriebsmodus, versetzbar. Dieser Betriebsmodus kann einfach darin bestehen, dass die Steuereinheit den Verdichter ausgeschaltet läßt, bei ausgeschaltetem Verdichter aber die vom Temperatursensor 18 erfasste Temperatur überwacht und bei Erreichen einer positiven Celsiustemperatur, die
auf eine vollständige Abtauung des Verdampfers 6 hinweist, in den ersten oder zweiten Betriebsmodus zurückkehrt.
Zur Beschleunigung des Abtauvorgangs kann der Verdampfer 6 mit einer (nicht dargestellten) Heizeinrichtung ausgerüstet sein, die von der Steuereinheit 13 betrieben wird, so lange sich diese in ihrem dritten Betriebsmodus befindet.
Um den Kühlschrank abzutauen, genügt es somit für einen Benutzer, einmal ein entsprechendes Bedienelement 15 zu betätigen, um den Abtauvorgang auszulösen. Nach Beendigung des Abtauens nimmt der Kühlschrank den normalen Kühlbetrieb automatisch wieder auf. Der Benutzer muss lediglich noch zu einem ihm genehmen späteren Zeitpunkt das in der Schale 8 gesammelte Tauwasser beseitigen.