(19)
(11)EP 3 447 410 B1

(12)EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT

(45)Hinweis auf die Patenterteilung:
01.12.2021  Patentblatt  2021/48

(21)Anmeldenummer: 18190003.6

(22)Anmeldetag:  21.08.2018
(51)Internationale Patentklassifikation (IPC): 
F25D 17/06(2006.01)
(52)Gemeinsame Patentklassifikation (CPC) :
F25D 17/06

(54)

KÜHL- UND/ODER GEFRIERGERÄT MIT VENTILATOR

REFRIGERATION AND/OR FREEZER DEVICE WITH VENTILATOR

APPAREIL DE RÉFRIGÉRATION ET/OU DE REFROIDISSEMENT DOTÉ D'UN VENTILATEUR


(84)Benannte Vertragsstaaten:
AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

(30)Priorität: 21.08.2017 DE 102017119090
21.11.2017 DE 102017127471

(43)Veröffentlichungstag der Anmeldung:
27.02.2019  Patentblatt  2019/09

(73)Patentinhaber: Liebherr-Hausgeräte Ochsenhausen GmbH
88416 Ochsenhausen (DE)

(72)Erfinder:
  • Friedmann, Volker
    88400 Biberach (DE)
  • Schick, Michael
    88471 Baustetten (DE)

(74)Vertreter: Herrmann, Uwe 
Lorenz Seidler Gossel Rechtsanwälte Patentanwälte Partnerschaft mbB Widenmayerstraße 23
80538 München
80538 München (DE)


(56)Entgegenhaltungen: : 
EP-A1- 2 653 807
DE-A1- 3 706 152
DE-U1-202008 000 757
WO-A1-2012/112057
DE-A1-102007 025 727
US-A1- 2010 094 466
  
      
    Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen).


    Beschreibung


    [0001] Die Erfindung betrifft ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit einem Kältemittelkreislauf, umfassend wenigstens einen Verdampfer und wenigstens einen Verflüssiger, sowie mit wenigstens einem Ventilator zur gezielten Belüftung eines Gerätebereichs oder eine Gerätekomponente.

    [0002] Ventilatoren werden innerhalb moderner Kühl- und/oder Gefriergeräte bspw. zur Verbesserung des Wärmeübergangs bei Verflüssigern oder Verdampfern des Kühlmittelkreislaufs verbaut. Hinsichtlich des Gesamtenergiebedarfs des Kühl- und/oder Gefriergerätes darf der Energieverbrauch der verbauten Ventilatoren natürlich nicht die durch den optimierten Wärmeübergang gewonnene Energieersparnis übersteigen. Die Ventilatorgröße und die gefahrene konstante Ventilatordrehzahl werden daher in Abhängigkeit dieser Voraussetzung vorab festgelegt.

    [0003] Das Betreiben der Ventilatoren mit konstanter Spannung bzw. Drehzahl hat allerdings den Nachteil, dass insbesondere bei sehr effizienten Geräten und bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen, wie sie zum Beispiel bei der Messung des Energieverbrauchs nach dem Global Standard vorgesehen sind, nicht die optimale Energieeffizienz des Gesamtgerätes erreicht werden kann.

    [0004] Die Dokumente WO 2012/112057 A1, US 2010/094466 A1, DE 10 2007 025727 A1, EP 2 653 807 A1 und DE 37 06 152 A1 offenbaren Kühlgeräte mit einem Ventilator zur gezielten Belüftung eines Gerätebereichs oder einer Gerätekomponente.

    [0005] Die vorliegende Anmeldung setzt sich daher zum Ziel, ein gattungsgemäßes Kühl- und/der Gefriergerät hinsichtlich seiner erzielbaren Energieeffizienz zu verbessern.

    [0006] Zur Aufgabenlösung wird ein Kühl- und/oder Gefriergerät gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Kühl- und/oder Gefriergerätes sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

    [0007] Erfindungsgemäß wird für ein gattungsgemäßes Kühl- und/oder Gefriergerät vorgeschlagen, dieses mit wenigstens einem Regelungsmodul auszustatten, das eine Drehzahl- und/oder Betriebsspannungsregelung des wenigstens einen Ventilators ermöglicht. Das Regelungsmodul umfasst einen implementierten Regelkreis mit der Betriebsspannung/Drehzahl des Ventilators als Regelgröße. Vorstellbar ist es ebenfalls, dass die Einflussgröße unmittelbaren Einfluss auf die Sollgröße des Regelkreises hat, d.h. die Soll-Drehzahl bzw. Soll-Spannung des Ventilators wird in Abhängigkeit der Einflussgröße festgelegt. Unabhängig davon nimmt die Einflussgröße Einfluss auf die tatsächlich eingestellte Drehzahl, mit der der Ventilator letztendlich betrieben wird. Ein oder mehrere Einflussgrößen beschreiben vorzugsweise aktuelle Betriebsbedingungen des Kältemittelkreislaufs. Gegenüber herkömmlichen Kühl- und/oder Gefriergeräten, deren Ventilatoren mit konstanter Drehzahl betrieben werden, wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ein energieeffizienterer Betrieb ermöglicht. Die implementierte Regelung stellt sicher, dass der Ventilator stets mit der optimalen Drehzahl in Abhängigkeit der aktuell vorliegenden Betriebsbedingungen des Kältemittelkreislaufs gefahren wird. Zu jedem Zeitpunkt bzw. für jede Umgebungsbedingung liegt daher eine optimale Effizienz des Gesamtgerätes vor.

    [0008] Es wird darauf hingewiesen, dass sich das erfindungsgemäße Regelungsmodul klar von einer einfachen Ein/Aus-Steuerung eines Ventilators innerhalb eines konventionellen Kühl- und/oder Gefriergerätes unterscheidet. Durch den implementierten Regelkreis kann der Ventilator mit unterschiedlichen Drehzahlen innerhalb einer Drehzahlspanne gefahren werden.

    [0009] Das Regelungsmodul kann eine einzige oder auch mehrere Einflussgrößen parallel berücksichtigen. Denkbar ist es ebenfalls, dass das Regelungsmodul eine Vielzahl an Einflussgrößen für die Regelung berücksichtigen kann, allerdings situationsabhängig lediglich ein oder mehrere Einflussgrößen aus der verfügbaren Vielzahl auswählt und für die Regelung tatsächlich berücksichtigt.

    [0010] Ein oder mehrere geregelte Ventilatoren können beispielsweise im Bereich der Wärmeübertrager vorgesehen sein, d.h. idealerweise ist ein Ventilator im Bereich des Verdampfers und ein weiterer Ventilator im Bereich des Verflüssigers angeordnet. Durch die Belüftung der genannten Komponenten wird der Wärmeübergang gefördert.

    [0011] Zudem kann ein geregelter Ventilator im Kühlraum des Kühl- und/oder Gefriergerätes angeordnet sein, um dort für eine bessere Luftzirkulation und Temperaturverteilung zu sorgen. Durch die Abhängigkeit der Ventilatordrehzahl von den Betriebsbedingungen des Kältekreislaufs lassen sich die Ventilatoren energieeffizienter betreiben indem diese stets auf die situationsabhängig optimale Drehzahl eingestellt werden. Dies vergrößert zudem den Gestaltungsfreiraum bei der Auslegung des Kältekreislaufs, denn durch die optimierte Wärmeübertragung können Durchflüsse oder Füllmengen mit größerem Spielraum festgelegt werden. Zum Beispiel muss bei einer Raumtemperatur von 16°C die Drehzahl des Sockelventilators, der zur Belüftung des Verflüssigers dient, gesenkt werden, um diesen nicht zu stark abzukühlen. Dort würde sich ansonsten Kältemittel sammeln und die Druckdifferenz zum Verdampfer könnte absinken, sodass auch der Massestrom zu stark absinkt.

    [0012] Erfindungsgemäß berücksichtigt das Regelungsmodul als Einflussgröße die aktuelle Verdampfertemperatur und/oder eine Abweichung zwischen Soll- und Ist-Temperatur des Verdampfers. Ebenfalls kann als weitere Einflussgröße die aktuelle Verflüssigertemperatur und/oder eine Abweichung zwischen Ist- und Soll-Temperatur des Verflüssigers berücksichtigt werden. Im Endeffekt lässt sich dadurch die Verdampfer- und

    [0013] Verflüssigertemperatur durch die Regelung der Ventilatordrehzahl beeinflussen und gezielt regeln. Denkbar ist es ebenfalls, wenigstens einen Ventilator in Abhängigkeit der Drehzahl eines wenigstens weiteren Ventilators zu regeln. Darüber hinaus ist es vorstellbar, als weitere Einflussgröße für das Regelungsmodul die Stellung von einem oder mehreren Kältemittelventilen zu berücksichtigen. Als Beispiel sei die Berücksichtigung der Ventilstellung eines Stoppventils, eines Zwei- bzw. Dreiwegeventils oder auch des Expansionsventils des Kältemittelkreislaufs genannt.

    [0014] Wie bereits vorangehend erläutert ist es möglich, lediglich eine oder mehrere Einflussgrößen aus einer Vielzahl verfügbarer Einflussgrößen auszuwählen und für die Regelung zu berücksichtigen. Die Auswahl kann automatisiert durch das Regelungsmodul erfolgen, bspw. wird stets diejenige Einflussgröße für die Regelung berücksichtigt, die die größten Auswirkungen auf den durch den geregelten Ventilator zu belüftenden Bereich bzw. die zu belüftende Komponente zeigt. Die Regelung der Spannung bzw. Drehzahl kann während der Laufzeit jedoch auch in Abhängigkeit mehrerer bzw. aller verfügbaren Einflussgrößen erfolgen.

    [0015] Erfindungsgemäß wird eine logarithmische und/oder ein polynombasierte Funktion und/oder Exponentialfunktion als Übertragungsfunktion verwendet.

    [0016] An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe "ein" und "eine" nicht zwingend auf genau eines der Elemente verweisen, wenngleich dies eine mögliche Ausführung darstellt, sondern auch eine Mehrzahl der Elemente bezeichnen können. Ebenso schließt die Verwendung des Plurals auch das Vorhandensein des fraglichen Elementes in der Einzahl ein und umgekehrt umfasst der Singular auch mehrere der fraglichen Elemente.

    [0017] Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben werden.

    [0018] Als Ausführungsbeispiel wird ein Kühl- und/oder Gefriergerät beschrieben, mit einem entsprechenden Kühlmittelkreislauf. Das Gerät ist zusätzlich mit einem Ventilator im Bereich des Verdampfers sowie einem gesondertem Ventilator im Bereich des Verflüssigers ausgestattet. Beide Ventilatoren werden durch ein spezielles Regelungsmodul der Gerätesteuerung auf eine gewünschte Soll-Drehzahl geregelt, um den Wärmeübergang an den jeweils belüfteten Bauteilen zu fördern. Die Soll-Drehzahl wird dabei in Abhängigkeit der aktuellen Betriebsbedingungen des Kältemittelkreislaufs variabel eingestellt, um für jede Situation und Umgebungsbedingung sicherzustellen, dass der Ventilator mit einer optimalen Drehzahl betrieben wird. Hierbei ist darauf zu achten, dass die Energiebilanz zwischen erforderlicher Antriebsenergie des Ventilators und Energiegewinn durch die Belüftung optimal ist. Darüber hinaus soll durch die Regelung sichergestellt werden, dass der Ventilator keinen negativen Einfluss auf die Effizienz sonstiger Komponenten des Kühlmittelkreislaufs hat.

    [0019] Für die Regelung des dem Verflüssiger zugeordneten Ventilators ist beispielsweise vorgesehen, als Eingangsgrößen für dessen Drehzahlregelung die aktuelle Umgebungstemperatur sowie die derzeit gefahrene Kompressordrehzahl zu berücksichtigen. Hierdurch lässt sich eine gezielte Beeinflussung und auch Regelung der Verflüssigungstemperatur innerhalb des Verflüssigers erreichen. In diesem Sinne kann ebenfalls die aktuelle Ist- und Solltemperatur des Verflüssigers für die Regelung der Ventilatordrehzahl als Einflussgröße berücksichtigt werden. Allgemein lässt sich hierdurch generell eine Steuerung der Kältemittelverteilung innerhalb des Kältemittelkreislaufs erzielen bzw. die Verflüssigungs- und/oder Verdampfungs- und/oder Saugleitungstemperatur gezielt steuern.

    [0020] Das Kühl- und/oder Gefriergerät ist ergänzend mit einem innerhalb des Kühlraumes angeordneten Ventilator ausgestattet, der für eine bessere Luftzirkulation und Temperaturverteilung innerhalb des Kühlraumes sorgt. Die Drehzahlregelung dieses Ventilators berücksichtigt als Einflussgrößen die Kompressordrehzahl als auch die aktuelle Thermostateinstellung zur Regulierung der Innenraumtemperatur. Ebenfalls lässt sich die gemessene Innentemperatur als auch deren Abweichung von der eingestellten Solltemperatur berücksichtigen. Durch die laufende Regelung der Ventilatordrehzahl kann eine bessere Kälteleistung insbesondere bei tieferen Temperatureinstellungen erreicht werden. Zudem wird dadurch eine gleichmäßige kalte Temperaturverteilung im Kühlraum insbesondere bei tieferen Temperatureinstellungen erzielt.


    Ansprüche

    1. Kühl- und/oder Gefriergerät mit

    einem Kältemittelkreislauf, umfassend einen Verdampfer und einen Verflüssiger, sowie

    einem Ventilator im Bereich des Verdampfers zur gezielten Belüftung eines Gerätebereichs oder einer Gerätekomponente, wobei

    ein Regelungsmodul zur Regelung der Drehzahl und/oder Betriebsspannung des Ventilators in Abhängigkeit von mindestens einer Einflussgröße vorgesehen ist, und

    das Regelungsmodul als Einflussgröße die aktuelle Verdampfertemperatur und/oder eine Abweichung zwischen Ist- Verdampfertemperatur und Soll-Verdampfertemperatur berücksichtigt,

    dadurch gekennzeichnet, dass
    die verwendete Übertragungsfunktion des Regelungsmoduls eine logarithmische oder Polynom- oder Exponentialfunktion ist.
     
    2. Kühl- und/oder Gefriergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelungsmodul als weitere Einflussgröße die aktuelle Verflüssigertemperatur und/oder eine Abweichung zwischen Ist-Verflüssigertemperatur und Soll-Verflüssigertemperatur berücksichtigt.
     
    3. Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelungsmodul zur Spannungs- bzw. Drehzahlregelung des Ventilators während der Betriebslaufzeit die Einflussgröße mit der größten Auswirkung auf den Betriebszustand der durch den geregelten Ventilator belüfteten Komponente berücksichtigt.
     
    4. Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelungsmodul zur Spannungs-/Drehzahlregelung des Ventilators während der Betriebslaufzeit mehrere Einflussgrößen berücksichtigt.
     
    5. Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der geregelte Ventilator im oder am Verdampfer zur dessen Belüftung angeordnet ist.
     
    6. Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Ventilator im oder am Verflüssiger zu dessen Belüftung und/oder im Kühlraum zu dessen Belüftung angeordnet ist.
     


    Claims

    1. A refrigerating unit and/or a freezer unit having

    a refrigerant circuit comprising an evaporator and a condenser; and

    a fan in the region of the evaporator for the direct ventilation of a unit area or of a unit component,

    wherein

    a regulation module is provided for regulating the speed and/or operating voltage of the fan in dependence on at least one influencing value;

    and

    the regulation module takes account of the current evaporator temperature and/or of a difference between the actual evaporator temperature and the desired evaporator temperature as the influencing value,

    characterized in that
    the used transfer function of the regulation module is a logarithmic or polynomial, or exponential function.
     
    2. A refrigerator unit and/or a freezer unit in accordance with claim 1, characterized in that the regulation module takes account of the current condenser temperature and/or of a difference between the actual condenser temperature and the desired condenser temperature as a further influencing value.
     
    3. A refrigerator unit and/or a freezer unit in accordance with one of the preceding claims, characterized in that the regulation module takes account of the influencing value having the greatest effect on the operating state of the component ventilated by the regulated fan for the voltage or speed regulation of the fan during the operating time.
     
    4. A refrigerator unit and/or a freezer unit in accordance with one of the preceding claims 1 to 2, characterized in that the regulation module takes account of a plurality of influencing values for the voltage/speed regulation of the fan during the operating time.
     
    5. A refrigerator unit and/or a freezer unit in accordance with one of the preceding claims, characterized in that the regulated fan is arranged in or at the evaporator for its ventilation.
     
    6. A refrigerator unit and/or a freezer unit in accordance with one of the preceding claims, characterized in that a further fan is arranged in or at the condenser for its ventilation and/ in the refrigeration space for its ventilation.
     


    Revendications

    1. Appareil de réfrigération et/ou de congélation comprenant

    un circuit de fluide frigorigène, comprenant un évaporateur et un condenseur, ainsi que

    un ventilateur dans la zone de l'évaporateur pour la ventilation ciblée d'une zone d'appareil ou d'un composant d'appareil, dans lequel

    un module de régulation est prévu pour la régulation de la vitesse de rotation et/ou de la tension de fonctionnement du ventilateur en fonction d'au moins une grandeur d'influence, et

    le module de régulation prend en compte, comme grandeur d'influence, la température actuelle de l'évaporateur et/ou un écart entre la température réelle de l'évaporateur et la température de consigne de l'évaporateur,

    caractérisé en ce que
    la fonction de transfert utilisée du module de régulation est une fonction logarithmique ou polynomiale ou exponentielle.
     
    2. Appareil de réfrigération et/ou de congélation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module de régulation prend en compte, comme autre grandeur d'influence, la température actuelle du condenseur et/ou un écart entre la température réelle du condenseur et la température de consigne du condenseur.
     
    3. Appareil de réfrigération et/ou de congélation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module de régulation prend en compte, pour la régulation de la tension ou de la vitesse de rotation du ventilateur pendant la durée de fonctionnement, la grandeur d'influence ayant la plus grande répercussion sur l'état de fonctionnement du composant ventilé par le ventilateur régulé.
     
    4. Appareil de réfrigération et/ou de congélation selon l'une des revendications précédentes 1 à 2, caractérisé en ce que le module de régulation prend en compte plusieurs grandeurs d'influence pour la régulation de la tension/de la vitesse de rotation du ventilateur pendant la durée de fonctionnement.
     
    5. Appareil de réfrigération et/ou de congélation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ventilateur régulé est disposé dans ou sur l'évaporateur pour la ventilation de celui-ci.
     
    6. Appareil de réfrigération et/ou de congélation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un autre ventilateur est disposé dans ou sur le condenseur pour la ventilation de celui-ci et/ou dans l'espace de réfrigération pour la ventilation de celui-ci.
     






    Angeführte Verweise

    IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE DOKUMENTE



    Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde ausschließlich zur Information des Lesers aufgenommen und ist nicht Bestandteil des europäischen Patentdokumentes. Sie wurde mit größter Sorgfalt zusammengestellt; das EPA übernimmt jedoch keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

    In der Beschreibung aufgeführte Patentdokumente