Gebiet der Erfindung
[0001] Die Erfindung betrifft ein Kühlgerät mit mehreren Temperaturzonen sowie ein Verfahren
zu dessen Betrieb gemäss Oberbegriff der Hauptansprüche.
Hintergrund
[0002] US 2009/0188262 beschreibt ein Kühlgerät, dessen Kühlraum in mehrere Temperaturzonen mit unterschiedlichen
Solltemperaturen unterteilt ist. Es ist ein Kühlluftkanal vorgesehen, in welchem Luft
aus der obersten Temperaturzone angesogen wird. Die Luft wird dem Verdampfer entlang
geführt und über mehrere Verbindungsöffnungen zurück in die Temperaturzonen geleitet.
An den Verbindungsöffnungen sind Luftklappen vorgesehen, die individuell gesteuert
werden. Durch geeignete Steuerung dieser Luftklappen wir die Temperatur in den Temperaturzonen
geregelt.
[0003] WO2006049354 zeigt ein Kühlgerät mit einem rückseitig angeordneten Luftkanal, in welchem ein Verdampfer
angeordnet ist.
[0004] US1642015 und
WO9510742 zeigen ein Kühlgerät, bei welchem das Kältemittel innerhalb des Verdampfers von unten
nach oben strömt.
[0005] EP2988077 offenbart ein Kühlgerät, bei welchem ein Ventil am Eingang des Verdampfers in Abhängigkeit
gemessener Temperaturen und Drücken gesteuert wird.
Darstellung der Erfindung
[0006] Es stellt sich die Aufgabe, ein Kühlgerät dieser Art bzw. ein Verfahren zu dessen
Steuerung mit verbesserter Temperaturregelung bereitzustellen.
[0007] Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
[0008] Demgemäss umfasst das Kühlgerät zumindest die folgenden Elemente:
- Einen Nutzraum: Dieser dient der Lagerung des Kühlguts. Dabei kann es sich insbesondere
um Lebensmittel handeln. Es können jedoch auch andere Objekte gekühlt werden, wie
z.B. Medikamente, medizinische Proben, Chemikalien usw.
- Eine Wärmepumpe: Diese umfasst in an sich bekannter Weise zumindest einen ersten Verdampfer,
einen Verflüssiger und einen Kompressor. Mit dem Kompressor wird ein Kühlmedium durch
den Verflüssiger und den ersten Verdampfer gefördert. Beim ersten Verdampfer kann
es sich um den einzigen Verdampfer handeln, oder es kann zusätzlich noch mindestens
ein zweiter Verdampfer vorgesehen sein.
- Einen Kühlluftkanal: Der Kühlluftkanal ist über mindestens eine Ansaugöffnung und
mehrere Rückblasöffnungen mit dem Nutzraum verbunden. Die Rückblasöffnungen sind der
Kühlstrecke entlang an verschiedenen, vertikal voneinander beabstandeten Positionen
angeordnet.
- Einen Lüfter: Der Lüfter dient dazu, Luft im Kühlluftkanal von der Ansaugöffnung zu
den Rückblasöffnungen zu fördern. Dadurch wird Luft vom Kühlraum zum ersten Verdampfer
und wieder zurück gefördert, um so den Kühlraum zu kühlen.
- Eine Steuerung: Die Steuerung ist dazu ausgestaltet, in den unterschiedlichen Temperaturzonen
unterschiedliche Solltemperaturen aufrecht zu erhalten.
[0009] Weiter ist der Kompressor dazu ausgestaltet, das Kühlmedium von unten nach oben durch
den ersten Verdampfer zu fördern. Bei dieser Flussrichtung des Kühlmediums befindet
sich in einem unteren Bereich des ersten Verdampfers deutlich mehr flüssiges Kühlmedium
als im oberen Bereich. Da das flüssige Kühlmedium beim Verdampfen seiner Umgebung
mehr Wärme entzieht als das bereits verdampfte Medium, führt dies zu einem relativ
starken, vertikalen Temperaturgradienten im ersten Verdampfer. Entsprechend wird die
Luft, welche durch die verschiedenen Rückblasöffnungen strömt, unterschiedlich stark
gekühlt.
[0010] Die Steuerung des Geräts ist dazu ausgestaltet, die Menge von flüssigem Medium im
ersten Verdampfer abhängig von den Solltemperaturen und den tatsächlichen Temperaturen
in den Temperaturzonen zu steuern.
[0011] Da die Obergrenze des flüssigen Kühlmediums im ersten Verdampfer (und somit der Bereich
mit starker Kühlung) von der Menge von flüssigem Medium abhängig ist, kann auf diese
Weise gesteuert werden, wie stark die Luft, welche durch die unterschiedlich hoch
angeordneten Rückblasöffnungen strömt, gekühlt wird.
[0012] Insbesondere kann die Steuerung dazu ausgestaltet sein, die Obergrenze des flüssigen
Kühlmediums im ersten Verdampfer abhängig von den Solltemperaturen und den tatsächlichen
Temperaturen in den Temperaturzonen oberhalb oder unterhalb mindestens einer ersten
Rückblasöffnung einzustellen. Liegt diese Obergrenze unterhalb dieser ersten Rückblasöffnung,
so wird die durch diese erste Rückblasöffnung geförderte Luft weniger gekühlt als
wenn die Obergrenze oberhalb der ersten Rückblasöffnung liegt.
[0013] Mit Vorteil ist unterhalb (d.h. tiefer als) der ersten Rückblasöffnung mindestens
eine zweite Rückblasöffnung vorgesehen. In diesem Falle ergeben sich zwischen der
ersten und der zweiten Rückblasöffnung abhängig von der Obergrenze des flüssigen Kältemediums
starke Unterschiede in der Kühlleistung, welche für eine individuelle Regelung der
Kühlleistung im Bereich der beiden Rückblasöffnungen genutzt werden können.
[0014] Eine besonders gute Regelung kann erreicht werden, wenn die Steuerung auch die Förderleistung
des Lüfters abhängig von den Solltemperaturen und den tatsächlichen Temperaturen steuert.
Indem die Förderleistung z.B. relativ hoch gewählt wird, kann die Austrittstemperatur
an den Rückblasöffnungen erhöht werden, und zwar insbesondere an den Rückblasöffnungen,
die tiefer als die Obergrenze des flüssigen Kühlmediums liegen.
[0015] Ebenfalls ein guter Steuerparameter ist die Förderleistung des Kompressors. Demgemäss
kann die Steuerung dazu ausgestaltet sein, die Förderleistung des Kompressors abhängig
von den Solltemperaturen und den tatsächlichen Temperaturen in den Temperaturzonen
zu steuern.
[0016] Mit der vorliegenden Technik ist es möglich, die Temperaturen bei den Rückblasöffnungen
zu kontrollieren, ohne das bei den Rückblasöffnungen gesteuerte Verschlussmittel,
wie z.B. Luftklappen, angeordnet sind. Die Erfindung kann allerdings auch in Kombination
mit solchen gesteuerten Verschlussmitteln bei den Rückblasöffnungen eingesetzt werden,
in welchem Falle die Temperaturen noch besser und/oder mit höherer Effizienz geregelt
werden können.
[0017] Weiter können zwischen dem Verflüssiger und dem ersten Verdampfer mindestens zwei
Drosseln angeordnet sein, und es kann ein Umschaltventil vorgesehen werden, um das
Flussverhältnis von Kühlmedium zwischen den beiden Drosseln zu variieren. Mit anderen
Worten kann also das Verhältnis der Flüsse durch die beiden Drosseln mit dem Umschaltventil
variiert werden. Beispielsweise kann das Umschaltventil das Kühlmedium entweder durch
die eine oder die andere Drossel führen, oder das Verhältnis kann auch variabel eingestellt
werden. In beiden Fällen kann die Steuerung dazu ausgestaltet sein, die Menge von
flüssigem Medium im ersten Verdampfer zumindest über das Umschaltventil zu steuern.
[0018] In einer Ausführung kann nebst dem ersten Verdampfer zumindest ein zweiter Verdampfer
vorgesehen sein. Die erste der Drosseln führt Kühlmedium vom Kompressor am zweiten
Verdampfer vorbei zum ersten Verdampfer. Die zweite der Drosseln führt Kühlmedium
vom Kompressor zum zweiten Verdampfer. In diesem Fall kann über das Umschaltventil
mehr oder weniger Kühlmedium durch den zweiten Verdampfer geführt werden, wodurch
die Menge an flüssigem Kühlmedium sowie die Verdampfungstemperatur im ersten Verdampfer
variiert werden kann. Insbesondere kann sich durch Überhitzung des Kältemittels im
ersten Verdampfer eine höhere resultierende Lufttemperatur einstellen.
[0019] Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Kühlgeräts. Dabei
wird die Menge von flüssigem Kühlmedium im ersten Verdampfer abhängig von den Solltemperaturen
und den tatsächlichen Temperaturen in den Temperaturzonen gesteuert.
[0020] Weiter kann auch die Förderleistung des Kompressors und/oder die Förderleistung des
Lüfters abhängig von den Solltemperaturen und den tatsächlichen Temperaturen in den
Temperaturzonen gesteuert werden.
[0021] Beim Kühlgerät handelt es sich mit Vorteil um einen Kühlschrank und/oder um ein Gefriergerät,
insbesondere um ein Haushaltsgerät. Es kann sich jedoch auch um ein Kühlgerät für
andere Anwendungen handeln, z.B. um ein Kühlgerät für Medikamente oder für anderes
Kühlgut.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0022] Weitere Ausgestaltungen, Vorteile und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus
den abhängigen Ansprüchen und aus der nun folgenden Beschreibung anhand der Figuren.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht eines Teils eines Kühlgeräts (Türe nicht dargestellt),
Fig. 2 einen Ausschnitt des Kühlgeräts gemäss Fig. 1 von vorne,
Fig. 3 eine Ansicht des Rückwandelements von schräg vorne,
Fig. 4 das Rückwandelement von Fig. 3 ohne Deckplatte,
Fig. 5 die Deckplatte des Rückwandelements von Fig. 3,
Fig. 6 das Rückwandelement von Fig. 3 von schräg von hinten,
Fig. 7 eine Schnittansicht durch das Rückwandelement von Fig. 6,
Fig. 8 die Schnittansicht von Fig. 7 von der Schnittseite her,
Fig. 9 ein etwas vereinfacht dargestelltes Detail von Fig. 8,
Fig. 10 einen etwas vereinfacht dargestellten Schnitt durch das Rückwandelement und
die Hinterwand des Geräts,
Fig. 11 eine schematische Darstellung einiger der im vorliegenden Falle relevantesten
Komponenten des Kühlgeräts,
Fig. 12 eine schematische Ansicht des Nutzraums mit eingezeichneten Luftströmen von
vorne,
Fig. 13 den Nutzraum von Fig. 12 von der Seite.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Definitionen:
[0023] Die Begriffe "hinten", "Rückseite", "vorne", "Vorderseite" sind so definiert, dass
sich die Türe des Kühlgeräts vorne, d.h. auf der Vorderseite befindet, während die
hinten am Gerät angeordnete Rückseite die der Türe gegenüber liegende Geräteseite
bezeichnet.
[0024] Begriffe wie "oben", "unten", "horizontal" und "vertikal" beziehen sich auf die bestimmungsgemässe
Orientierung des Geräts, bei welcher die Türe vertikal verläuft.
[0025] Ein "Isolationsmaterial" ist ein Körper mit einer Wärmeleitfähigkeit von weniger
als 0.1 W/mK, insbesondere von weniger als 0.05 W/mK. Beim Vakuum-Isolationspanelen
kann der Wert sogar unter 0.01 W/mK liegen, z.B. bei 0.003 - 0.006 W/mK.
Übersicht:
[0026] Fig. 1 und 2 zeigen als Beispiel eines Kühlgeräts einen Kühlschrank, wobei die Türe
nicht gezeigt ist. Der Kühlschrank besitzt ein Gehäuse 1, in dessen Innern ein Nutzraum
2 zur Aufnahme von zu lagernden Lebensmitteln angeordnet ist. In einem Schnitt in
vertikaler Richtung besitzt der Nutzraum 2 ungefähr rechteckigen Querschnitt.
[0027] An der Rückwand 2a des Nutzraums ist ein Rückwandelement 3 angeordnet, welches in
Fig. 2 mit fettem Umriss hervorgehoben ist.
[0028] Der Nutzraum ist in der vorliegenden Ausführung in zwei Temperaturzonen 2a, 2b unterteilt.
Zwischen den beiden Temperaturzonen 2a, 2b ist eine Zwischenwand 11 angeordnet, welche
z.B. die Form eines Tablars oder Schubladendeckels haben kann. Die Zwischenwand 11
ist so ausgestaltet, dass sie einen Luftaustausch zwischen den beiden Temperaturzonen
2a, 2b zulässt.
[0029] Die Zwischenwand kann ein Isolationsmaterial aufweisen.
[0030] Den Temperaturzonen 2a, 2b sind unterschiedlichen Solltemperaturen zugeordnet. Mit
Vorteil steigen die Solltemperaturen von unten nach oben an, d.h. der untersten Temperaturzone
2a ist die tiefste Solltemperatur zugeordnet.
Rückwandelement:
[0031] Das Rückwandelement 3 ist in Fig. 3 - 7 von vorne und hinten und in Fig. 8 in einem
vertikalen Schnitt dargestellt.
[0032] Es hat einen im Wesentlichen rechteckigen Umriss und hat Plattenform. Es besitzt
einen Formkörper 4 aus einem Isolationsmaterial, z.B. aus expandiertem Polystyrol.
[0033] Auf der Vorderseite des Formkörpers 4 ist eine Deckplatte 5 befestigt. Sie besteht
aus einem Material höherer Festigkeit als der Formkörper 4. Vorzugsweise besteht sie
aus Kunststoff.
[0034] Für einen optimalen Schutz erstreckt sich die Deckplatte 5 vorderseitig bevorzugt
über das ganze Wandelement 3 oder zumindest über den ganzen Formkörper 4.
[0035] Vorzugsweise besitzt das Rückwandelement 3 einen ersten Abschnitt 3a (vgl. Fig. 7,
8) und einen zweiten Abschnitt 3b. Im Abschnitt 3a ist der Lüfter 10 angeordnet. In
diesem Abschnitt 3a ist das Rückwandelement 3 in der Richtung von vorne nach hinten
dicker als im zweiten Abschnitt 3b. Damit wird dem Umstand Rechnung getragen, dass
im Abschnitt 3a die beiden Teile 6a, 6b des Kühlluftkanals überlappen, während im
Abschnitt 3b dies nicht der Fall ist. Durch diese Ausgestaltung nimmt das Rückwandelement
3 weniger Volumen ein.
[0036] Die genaue Ausgestaltung des Rückwandelements 3 ist im vorliegenden Fall allerdings
von untergeordneter Bedeutung. Es kann z.B. auch eine einfachere Plattenform besitzen.
Kühlluftkanal:
[0037] Im oder am Rückwandelement 3 (oder an anderer Stelle im Gerät) kann ein Kühlluftkanal
6 ausgeformt sein. Er dient dazu, Kühlluft an einem Verdampfer vorbei zu führen. Ein
beispielhafter Aufbau des Kühlluftkanals wird im Folgenden genauer beschrieben.
[0038] In der dargestellten Ausführung ist ein erster Teil 6a des Kühlluftkanals an der
Vorderseite des Formkörpers 4 ausgestaltet, und zwar zwischen dem Formkörper 4 und
der Deckplatte 5. Dieser erste Teil ist am besten aus Fig. 4 und 10 ersichtlich.
[0039] Beispielsweise besitzt der Kühlluftkanal mehrere Ansaugöffnungen 7a - 7i. Davon münden
z.B. vier Ansaugöffnungen 7a - 7d an den seitlichen Kanten 8a, 8b des Rückwandelements
3, insbesondere im oberen Viertel der seitlichen Kanten 8a, 8b, und die übrigen an
der Oberkante 8c.
[0040] Die Ansaugöffnungen 7a - 7i bilden Kanalabschnitte, welche zwischen Vertiefungen
9a, 9b, 9c... im Formkörper 3 und der Deckplatte 5 ausgeformt sind und die zu einem
Lüfter 10 führen.
[0041] Der Lüfter 10 ist im vorliegenden Beispiel bei einer sich von vorne nach hinten durch
den Formkörper erstreckenden Öffnung 12 angeordnet und in Fig. 9 im Detail dargestellt.
[0042] Der gezeigte Lüfter 10 besitzt einen starren Rahmen 14, in welchem ein Lüfterrad
15 und dessen Antrieb angeordnet sind. Der Rahmen 14 kann über ein Dämpfelement 16
am Formkörper 4 befestigt sein.
[0043] Das Dämpfelement 16 kann seinerseits in geeigneter Weise am Formkörper 4 befestigt
sein. Hierzu ist, wie am besten in Zusammenschau von Fig. 6, 7 und 9 ersichtlich,
in der vorliegenden Ausführung ein Halterahmen 18 vorgesehen. Das Dämpfelement 16
ist zwischen einem Absatz 20 des Formkörpers 4 und dem Halterahmen 18 eingeklemmt.
[0044] Der Halterahmen 18 ist in einer Vertiefung des Formkörpers 4 eingesetzt und vorzugsweise
dort in Hinterschneidungen 24 eingeschnappt, so dass er nur unter Verformung entnommen
werden kann.
[0045] Weiter besitzt der Halterahmen 18 nach hinten ragende Vorsprünge 26, welche bei bestimmungsgemässer
Montage des Rückwandelements 3 gegen die Vorderseite der Hinterwand 30 abgestützt
werden, die sich hinter dem Rückwandelement 3 befindet und ein Gegenlager 32 bildet.
[0046] Hinten an der Öffnung 10 schliesst der zweite Teil 6b des Kühlluftkanals an, vgl.
Fig. 6, 9, 10.
[0047] Hierzu besitzt der Formkörper 4 auf seiner Rückseite eine oder mehrere Ausnehmungen
34, welche den vorderseitigen Bereich des Teils 6b des Kühlluftkanals bildet bzw.
bilden.
[0048] Wie am besten aus Fig. 6 ersichtlich, erstreckt sich die Ausnehmung 34 vom Bereich
des Lüfters 10 gegen unten, und zwar bis an das untere Ende des Formkörpers 4.
[0049] Der Formköper 4 kann in einer Ausführung zumindest zwei seitliche Begrenzungen 36
für die Ausnehmung 34 bilden, welche die Hinterwand 30 im montierten Zustand des Wandelements
3 berühren und so den Kühlluftkanal seitlich begrenzen.
[0050] Eine oder vorzugsweise beide dieser Begrenzungen 36 weist bzw. weisen zurückversetzte
Bereiche auf, welche die Hinterwand nicht berühren und die mehrere seitlich angeordnete,
erste Rückblasöffnungen 38a - 38m des Kühlluftkanals an den Seitenkanten 8a, 8b des
Rückwandelements 3 bilden.
[0051] Die ersten Rückblasöffnungen 38a - 38m führen in die erste Temperaturzone 2a.
[0052] Weiter bildet die Rückwand seitlich angeordnete, zweite Rückblasöffnungen 38n. Diese
führen in die zweite Temperaturzone 2b.
[0053] Weiter bildet der gezeigte Formkörper 4 eine obere Begrenzung 39a der Ausnehmung
34, welche die Hinterwand 30 im montierten Zustand des Wandelements 3 berührt. Mit
Vorteil schliesst diese den zweiten Teil 6b des Kühlluftkanals nach oben ganz ab.
[0054] Zudem bildet der gezeigte Formkörper 4 eine untere Begrenzung 39b der Ausnehmung
34. In der dargestellten Ausführung weist die untere Begrenzung 39b einen oder mehrere
zurückversetzte Bereiche auf, welcher bzw. welche die Hinterwand 30 nicht berührt
und so einen oder mehrere untere, zweite Rückblasöffnungen 43 für den Kühlluftkanal
an der Unterkante 8d des Rückwandelements 3 bildet bzw. bilden.
[0055] Auch die unteren zweiten Rückblasöffnungen 43 führen in die zweite Temperaturzone
2b.
[0056] Weiter kann der Formkörper 4 Abstandshalter 37 bilden, welche die Ausnehmung 34 gegen
die Rückwand abstützen. Zudem können solche Abstandshalter 37 auch als Luftführungselemente
eingesetzt werden.
[0057] Wie am besten aus Fig. 7 ersichtlich, ist die Ausnehmung 34 mit Vorteil nicht überall
gleich tief. Insbesondere besitzt sie einen oberen, tieferen Bereich 34a und einen
unteren, weniger tiefen Bereich 34b. Durch diese Ausgestaltung kann der Luftfluss
im Kühlluftkanal den Anforderungen entsprechend in ein gewünschtes Verhältnis gebracht
werden.
[0058] Wie aus Fig. 10 ersichtlich, ist in der Hinterwand 30 des Kühlgeräts der Verdampfer
40 einer Wärmepumpe angeordnet. Er ist thermisch mit einer Wandplatte 42 verbunden,
welche die Innenseite der Hinterwand 30 bildet, d.h. die zum Nutzraum 2 hin gerichtete
Seite.
[0059] Die Ausgestaltung der Wärmepumpe wird weiter unten genauer beschrieben. Wie daraus
ersichtlich, besitzt die vorliegende Ausführung des Kühlgeräts zwei Verdampfer, weshalb
der Verdampfer 40 weiter unten teilweise als "erster Verdampfer 40" bezeichnet wird.
Dabei werden Begriffe "erster" und "zweiter" Verdampfer lediglich zur Aufzählung verwendet
und beschreiben nicht die Durchflussreihenfolge der Verdampfer. Vorzugsweise fliesst
das Kältemedium zunächst durch den zweiten und danach durch den ersten Verdampfer.
[0060] Hinter dem Verdampfer 40, d.h. nach aussen hin, ist ein Isolationselement 44, insbesondere
ein Vakuum-Isolationspanel, angeordnet.
[0061] Der Bereich des Kühlluftkanals 6a, 6b, der mit dem Verdampfer 40 in Kontakt steht,
wird als Kühlstrecke 13 bezeichnet.
[0062] Die Rückblasöffnungen 38a - 38n und 43 sind der Kühlstrecke 13 entlang an verschiedenen,
vertikal voneinander beabstandeten Positionen angeordnet.
[0063] Im Betrieb fördert der Lüfter 10 die Luft von vorne nach hinten, d.h. er saugt die
Luft durch die Ansaugöffnungen 7a - 7i an, fördert sie durch den ersten Teil 6a des
Kühlluftkanals, durch die Öffnung 12, durch den zweiten Teil 6b des Kühlluftkanals
und zu den Rückblasöffnungen 38a - 38n und 43.
[0064] Beispiele für entsprechende Luftströmungen sind gestrichelt in Fig. 4 und 6 eingezeichnet.
[0065] Dabei wird die Luft bei ihrem Durchlauf durch den zweiten Teil 6b des Kühlluftkanals
vom Verdampfer 40 gekühlt.
[0066] In der gezeigten Ausführung läuft die Luft im Wesentlichen von oben nach unten durch
den Kühlluftkanal und streicht von oben nach unten am Kühlelement bzw. Verdampfer
40 vorbei.
[0067] In der gezeigten Ausführung ist das Kühlelement (d.h. der Verdampfer 40) hinter der
Wandplatte 42 angeordnet. Er kann jedoch auch im Kühlluftkanal selbst angeordnet und
z.B. beidseitig von Kühlluft umströmt sein.
[0068] Die genaue Ausgestaltung des Verdampfers ist im vorliegenden Zusammenhang von untergeordneter
Bedeutung. Er kann beispielsweise eingeschäumt oder frei im Luftstrom angeordnet sein.
Es kann sich z.B. um einen Rohr-, Rollbond- oder um einen Lamellen-Wärmetauscher handeln.
[0069] Da im vorliegenden Beispiel die Luft an der Kanten 8a - 8d des Rückwandelements 3
ein- und austritt, sind in diesem Bereich Spalten bzw. Abstände zu den angrenzenden
Bauteilen des Nutzraums 2 vorzusehen, zumindest im Bereich der Ansaug- und Rückblasöffnungen.
Kühlbetrieb:
[0070] Im Folgenden wird der Kühlbetrieb des Geräts genauer beschrieben.
[0071] Zunächst wird hierzu auf Fig. 11 verwiesen, welche die wichtigsten Komponenten des
Kühlsystems des Geräts zeigt.
[0072] Das Kühlgerät besitzt eine Wärmepumpe mit einem Kompressor 50, einem Verflüssiger
52, ein Umschaltventil 54, mehreren Drosseln 56a, 56b (welche im vorliegenden Fall
als Kapillaren ausgestaltet sind), dem ersten Verdampfer 40 und einen zweiten Verdampfer
58.
[0073] Die Komponenten des Kühlgeräts werden von einer Steuerung 60 gesteuert. Diese kann
auch mit Sensoren kommunizieren, welche den aktuellen Zustand des Geräts messen, wie
z.B. einem ersten Temperatursensor 62a zum Messen der Temperatur in der ersten Temperaturzone
2a und einem zweiten Temperatursensor 62b zum Messen der Temperatur in der zweiten
Temperaturzone 2b.
[0074] Der Kompressor 50 besitzt eine variable Drehzahl, d.h. er kann von der Steuerung
60 mit mehreren, unterschiedlichen Drehzahlen > 0 betrieben werden.
[0075] Er fördert das Kühlmedium zum Verflüssiger 52, wo es unter Wärmeabgabe auskondensiert.
Sodann strömt das flüssige Kühlmedium zum Umschaltventil 54.
[0076] Das Umschaltventil 54 wird von der Steuerung 60 gesteuert. In der vorliegenden Ausführung
kann damit der Strom der Kühlflüssigkeit zwischen den Drosseln bzw. Kapillaren 56a,
56b umgeschaltet werden.
[0077] Die erste Kapillare 56a führt vom Umschaltventil 54 zum Eingang des bereits beschriebenen
ersten Verdampfers 40. Die zweite Kapillare 56b führt vom Umschaltventil 54 zum Eingang
des zweiten Verdampfers 58.
[0078] Der zweite Verdampfer 58 ist in der vorliegenden Ausführung einem Gefrierfach 64
zugeordnet. Dieses ist thermisch vom Nutzraum 2 getrennt und es wird in der Regel
mit einer tieferen Temperatur betrieben als der Nutzraum 2, z.B. bei einer Solltemperatur
von -25°C bis - 10°C.
[0079] Vorzugsweise findet zwischen dem Gefrierfach 64 und dem Nutzraum 2 kein Gasaustausch
statt.
[0080] Mit dem Umschaltventil 54 kann das Kühlgerät, je nach Art des Umschaltventils 54,
in zumindest zwei Betriebsmodi betrieben werden.
[0081] In einem ersten Betriebsmodus ist das Umschaltventil 54 so eingestellt, dass das
Kühlmedium durch die zweite Kapillare 56b fliesst. Somit durchläuft es zunächst den
zweiten Verdampfer 58, wo es (je nach Temperaturverhältnissen) zumindest schon teilweise
verdampfen kann. Dann gelangt es über eine Verbindungsleitung 66 zum ersten Verdampfer
40.
[0082] Im zweiten Betriebsmodus ist das Umschaltventil 54 so eingestellt, dass das Kühlmedium
durch die erste Kapillare 56a fliesst. Somit umgeht es also den zweiten Verdampfer
58 und tritt direkt in den ersten Verdampfer 40 ein.
[0083] In beiden Betriebsmodi tritt das Kühlmedium von unten in den zweiten Verdampfer 40
ein. Die flüssige Phase des Kühlmediums wird sich somit im untersten Bereich des Verdampfers
40 ansammeln. Die Obergrenze des flüssigen Kühlmediums ist in Fig. 11 beispielsweise
unter Bezugsziffer 68 eingezeichnet.
[0084] Wie eingangs diskutiert, ist die Kühlwirkung des ersten Verdampfers 40 unterhalb
dieser Obergrenze 68 stärker als oberhalb.
[0085] Vom ersten Verdampfer 40 gelangt das Kühlmedium über eine Rückflussleitung 70 zurück
zum Kompressor 50.
[0086] Die Rückflussleitung 70 kann über einen Wärmetauscher 72 mit den Drosseln bzw. Kapillaren
56a, 56b gekoppelt sein. Dadurch wird die Effizienz des Geräts verbessert.
[0087] Das Grundprinzip der Funktionsweise des Geräts wird schematisch anhand Fig. 12 und
13 illustriert. Diese Figuren zeigen den Nutzraum 2 mit der ersten und der zweiten
Temperaturzone 2a, 2b. Weiter werden das Rückwandelement 3 sowie der erste Verdampfer
40 dargestellt.
[0088] Der Kühlluftkanal wird generell mit der Bezugsziffer 6 bezeichnet. Der Lüfter ist
nicht dargestellt.
[0089] Die Kühlluft, die durch die Ansaugöffnungen in den Kühlluftkanal 6a, 6b und von dort
durch die Rückblasöffnungen 37a - 38n, 43 zurück in den Nutzraum 2 fliesst, ist mit
Pfeilen illustriert.
[0090] Wie ersichtlich, wird die Kühlluft aus der ersten Temperaturzone 2a angesogen (Pfeile
72a). Sie fliesst durch den Kühlluftkanal 6 nach unten. Insbesondere läuft sie von
oben nach unten durch die Kühlstrecke 13 am ersten Verdampfer 40 entlang.
[0091] Die Kühlluft tritt an verschiedenen vertikalen Positionen in die Rückblasöffnungen
38a - 38n, 43.
[0092] Wenn sie durch eine der oberen Rückblasöffnungen tritt (Rückblasöffnungen 38a - 38m
im obigen Beispiel, Pfeile 72b), so fliesst sie in die erste Temperaturzone 2a. Wenn
sie durch eine der unteren Rückblasöffnungen tritt (Rückblasöffnungen 38n und 43,
Pfeile 72c), so tritt sie in die zweite Temperaturzone 2b.
[0093] Von der zweiten Temperaturzone 2b wird die Luft durch eine oder mehrere Lücken oder
Öffnungen 74 im Bereich der Zwischenwand 11 nach oben in die erste Temperaturzone
2a gefördert.
[0094] Die Kühlwirkung des ersten Verdampfers 40 hängt davon ab, wo die Obergrenze 68 des
flüssigen Kühlmediums liegt.
[0095] Liegt diese Obergrenze 68 relativ hoch (wie in Fig. 12 unter Bezugsziffer 68a dargestellt),
so wird mindestens ein Teil der Kühlluft gekühlt, bevor sie durch die oberen ("ersten")
Rückblasöffnungen 38a - 38m in die erste Temperaturzone 2a zurückfliesst. Es kann
also eine relativ starke Kühlung der ersten Temperaturzone 2a erreicht werden.
[0096] Liegt die Obergrenze 68 des flüssigen Kühlmediums relativ tief (wie in Fig. 12 unter
Bezugsziffer 68b dargestellt), insbesondere unterhalb aller "ersten" Rückblasöffnungen
38a - 38m, so wird primär nur die Luft gekühlt, welche durch die unteren ("zweiten")
Rückblasöffnungen 38n, 43 fliesst.
[0097] Die Steuerung 60 kann die Position der Obergrenze 68 in verschiedener Weise beeinflussen.
Zwei mögliche Stellwerte sind die Folgenden:
- Sind der zweite Verdampfer 58 sowie ein Umschaltventil 54 vorgesehen, so ist bei ansonsten
gleichen Betriebsparametern die Obergrenze 68 tiefer, wenn das Kühlmedium zuerst durch
den zweiten Verdampfer 58 und erst dann durch den ersten Verdampfer 40 geführt wird,
als wenn es direkt vom Umschaltventil 54 zum ersten Verdampfer 40 geführt wird.
- Die Obergrenze 68 kann auch (selbst wenn kein Umschaltventil vorgesehen ist) durch
die Förderleistung des Kompressors 50 beeinflusst werden. Wenn eine hohe Förderleistung
gewählt wird, liegt die Obergrenze 68 höher, als wenn eine tiefere Förderleistung
gewählt wird.
[0098] Ein weiterer wichtiger Betriebsparameter des Kühlgeräts ist die Förderleistung des
Lüfters 10.
[0099] Ist diese sehr hoch, so findet kaum ein Wärmetausch zwischen dem Verdampfer 40 und
der Luft statt, und die Luft, welche aus den Rückblasöffnungen 38a - 38n sowie 43
in die Temperaturzonen 2a, 2b fliesst, hat im Wesentlichen dieselbe Temperatur wie
die Luft, welche angesogen wird, d.h. die Temperatur T1 der ersten Temperaturzone
2a. Ist die Temperatur T2 der zweiten Temperaturzone 2b tiefer als T1, so wird die
zweite Temperaturzone 2b erwärmt.
[0100] Ist die Förderleistung des Lüfters 10 geringer, so verweilt die Luft länger in der
Kühlstrecke 13 und wird vom Verdampfer 40 merklich abgekühlt. Dadurch können, je nach
Position der Obergrenze 68 der flüssigen Phase im Verdampfer 40, die untere oder beide
Temperaturzonen 2a, 2b abgekühlt werden.
[0101] Ist die Förderleistung des Lüfters 10 sehr gering, so wird die Luft zwar stark abgekühlt,
aber deren Kühlleistung ist aufgrund des kleinen Volumenstroms gering.
[0102] Im Folgenden wird die Temperaturregelung der Temperaturen in den beiden Temperaturzonen
2a, 2b anhand von Beispielen illustriert. Dabei bezeichnen T1 und T2 die momentanen
Temperaturen in der ersten bzw. zweiten Temperaturzone 2a, 2b und Tisoll bzw. T2soll
deren Solltemperaturen. Weiter wird als "hoher Flüssigkeitsstand" im Verdampfer 40
ein Zustand bezeichnet, bei welchem die Obergrenze 68 des flüssigen Kühlmediums im
Verdampfer 40 oberhalb zumindest der untersten ersten Rückblasöffnung 38m liegt, vorzugsweise
oberhalb mindestens der Hälfte der ersten Rückblasöffnungen 38a - 38n, insbesondere
oberhalb aller der ersten Rückblasöffnungen 38a - 38n. Als "tiefer Flüssigkeitstand"
im Verdampfer 40 wird ein Zustand bezeichnet, bei welchem die Obergrenze 68 des flüssigen
Kühlmediums im Verdampfer 40 unter der untersten ersten Rückblasöffnung 38m liegt,
insbesondere aber oberhalb eines Teils, vorzugsweise aller zweiten Rückblasöffnungen
38n, 43. Mögliche Massnahmen zur Beeinflussung der Obergrenze 68 sind oben beschrieben.
[0103] Ist T1 < Tisoll und T2 < T2soll: Die Steuerung 60 steuert das Gerät so, dass sich
im Verdampfer 40 höchstens der tiefe Flüssigkeitsstand einstellt, um die Kühlleistung
zu reduzieren. Mit Vorteil wird die Obergrenze 68 so tief eingestellt, dass zumindest
ein Teil der zweiten Rückblasöffnungen 38n, 43 oberhalb der Obergrenze 68 liegen.
Zusätzlich kann die Steuerung 60 die Förderleistung des Lüfters 10 mindestens zeitweise
erhöhen. Beide Massnahmen reduzieren die Abkühlung der Luft im Kühlluftkanal 6.
[0104] Ist T1 < Tisoll und T2 > T2soll: Die Steuerung 60 steuert das Gerät so, dass sich
im Verdampfer 40 der tiefe Flüssigkeitsstand einstellt, so dass in erster Linie nur
die in die zweite Temperaturzone 2b fliessende Luft gekühlt wird. Gleichzeitig kann
die Förderleistung des Lüfters nötigenfalls mindestens zeitweise reduziert werden,
um die Luft, die in die zweite Temperaturzone 2b eintritt, stark zu kühlen.
[0105] Ist T1 > Tisoll und T2 < T2soll: Die Steuerung 60 steuert das Gerät so, dass sich
im Verdampfer 40 der hohe Flüssigkeitsstand einstellt, so dass auch die in die erste
Temperaturzone 2a fliessende Luft gekühlt wird. Gleichzeitig wird vorzugsweise die
Förderleistung des Lüfters mindestens zeitweise so gross gewählt, dass die Luft im
Luftkanal 6a, 6b keine Zeit hat, sich stark abzukühlen, so dass deren Temperatur bei
Durchtritt durch die zweiten Rückblasöffnungen 38n, 43 eine Temperatur grösser als
T2soll hat. Gleichzeitig hat sie aber mit Vorteil eine Temperatur kleiner Tisoll,
so dass sie zur Kühlung der ersten Temperaturzone 2a beiträgt,
[0106] Ist T1 > Tisoll und T2 > T2soll: Die Steuerung 60 steuert das Gerät so, dass sich
im Verdampfer 40 der hohe Flüssigkeitsstand einstellt, so dass auch die in die erste
Temperaturzone 2a fliessende Luft gekühlt wird. Gleichzeitig wird die Förderleistung
des Lüfters mindestens zeitweise so gering gewählt, dass die Luft im Luftkanal genügend
Zeit hat, sich so stark abzukühlen, so dass deren Temperatur bei Durchtritt durch
die zweiten Rückblasöffnungen 38n, 43 eine Temperatur kleiner als T2soll hat, und
dass deren Temperatur bei Durchtritt durch zumindest einen Teil der ersten Rückblasöffnungen
38a - 38m eine Temperatur kleiner als Tisoll hat.
[0107] Diese Art der Regelung funktioniert für T2soll < Tisoll in relativ weiten Bereichen.
[0108] Eine weitere Stellgrösse ist die Drehzahl bzw. Förderleistung des Kompressors 50.
Durch eine Erhöhung der Drehzahl können die Kühlleistung erhöht und gleichzeitig die
Verdampfungstemperatur reduziert werden. Umgekehrt können durch eine Reduktion der
Drehzahl die Kühlleistung reduziert und die Verdampfungstemperatur erhöht werden.
Bemerkungen:
[0109] Mit Vorteil ist die erste Temperaturzone 2a ein Kühlfach mit einer Solltemperatur
Tisoll zwischen 0° und 10°C, insbesondere zwischen 2 und 7°C.
[0110] Die zweite Temperaturzone 2b ist ein Kaltlagerfach mit einer Solltemperatur T2soll
zwischen -2° und 3°C, insbesondere zwischen 0° und 3°C.
[0111] Mit Vorteil beträgt die Differenz Tisoll - T2soll höchstens 10°C, insbesondere höchstens
5°C, z.B. um die Kondensatbildung in den kalten Bereichen gering zu halten.
[0112] Die Förderleistung des Lüfters 10 sollte in einem zur Durchführung der obigen Massnahmen
ausreichendem Bereich steuerbar sein. Für einen Kühlschrank mit einem Nutzraum 2 von
200 Litern hat sich eine Förderleistung im Bereich von 10 bis 30 m
3/h z.B. als zweckmässig erwiesen. Andere Förderleistungen sind denkbar. Sie hängen
u.a. von der Grösse des Nutzraums 2 sowie den Betriebsparametern der Wärmepumpe ab
und können experimentell oder rechnerisch ermittelt werden.
[0113] Im obigen Beispiel sind zwei Temperaturzonen 2a, 2b vorgesehen. Es können jedoch
auch mehr als zwei Temperaturzonen vorgesehen sein.
[0114] Mit Vorteil sind die Temperaturzonen übereinander angeordnet und/oder durch horizontale
Trennwände 11 voneinander abgetrennt.
[0115] Die mindestens eine Ansaugöffnung 7a - 7i ist höher als die Rückblasöffnungen 38a
- 38n, 43 angeordnet, bzw. mit dem Lüfter 10 wird die Luft von oben nach unten durch
die Kühlstrecke 13 geführt, so dass der starke Temperaturgradient im Verdampfer 40
in effizienter Weise zur Steuerung der Temperaturen eingesetzt werden kann.
[0116] In der gezeigten Ausführung mündet mindestens eine der Ansaugöffnungen 7a - 7i in
der ersten Temperaturzone 2a. Mit Vorteil münden alle Ansaugöffnungen 7a - 7i in der
ersten Temperaturzone. Denkbar ist allerdings, dass mindestens eine Ansaugöffnung
auch in der zweiten Temperaturzone 2b mündet.
[0117] Im Bereich der Temperaturzonen 2a, 2b wird mit dem Lüfter 10 die Luft mit Vorteil
von unten nach oben gefördert, d.h. die Luft tritt von der unteren, zweiten Temperaturzone
2b in die obere, erste Temperaturzone 2a.
[0118] In den obigen Beispielen ist ein Kühlschrank dargestellt. Das Kühlgerät kann jedoch
z.B. auch als Tiefkühlgerät oder Weinkühler oder für anderes Kühlgut ausgestaltet
sein, und/oder es kann sich um ein Kombinationsgerät mit mehreren Kühlzonen für unterschiedliche
Temperaturen handeln.
[0119] Der Kühlluftkanal kann auch mindestens teilweise oder vollständig an anderer Stelle
im Gerät angeordnet sein, z.B. in einer Seitenwand.
[0120] Das Gefrierfach 64 ist, wie erwähnt, optional.
[0121] Während in der vorliegenden Anmeldung bevorzugte Ausführungen der Erfindung beschrieben
sind, ist klar darauf hinzuweisen, dass die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist
und in auch anderer Weise innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche ausgeführt
werden kann.
1. Kühlgerät mit
einem Nutzraum (2) mit unterschiedlichen Temperaturzonen (2a, 2b),
einer Wärmepumpe (50, 52, 56a, 56b, 40, 58) umfassend einen Kompressor (50) zum Fördern
eines Kühlmediums, einen Verflüssiger (52) und mindestens einen ersten Verdampfer
(40),
einem Kühlluftkanal (6a, 6b), welcher über mindestens eine Ansaugöffnung (7a - 7i)
und mehrere Rückblasöffnungen (38a - 38n, 43) mit dem Nutzraum (2) verbunden ist,
wobei der erste Verdampfer (40) entlang einer Kühlstrecke (13) des Kühlluftkanals
(6a, 6b) angeordnet ist und wobei die Rückblasöffnungen (38a - 38n, 43) der Kühlstrecke
(13) entlang an verschiedenen, vertikal voneinander beabstandeten Positionen angeordnet
sind,
einem Lüfter (10), um Luft im Kühlluftkanal (6a, 6b) von der Ansaugöffnung (7a - 7i)
zu den Rückblasöffnungen (38a - 38n, 43) zu fördern und
einer Steuerung (60), welche dazu ausgestaltet ist, in den unterschiedlichen Temperaturzonen
(2a, 2b) unterschiedliche Solltemperaturen aufrecht zu erhalten,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (50) dazu ausgestaltet ist, das Kühlmedium von unten nach oben dem
ersten Verdampfer (40) entlang zu fördern und
dass die Steuerung (60) dazu ausgestaltet ist, eine Menge von flüssigem Medium im
ersten Verdampfer (40) abhängig von den Solltemperaturen und von tatsächlichen Temperaturen
in den Temperaturzonen (2a, 2b) zu steuern.
2. Kühlgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Steuerung (60) dazu ausgestaltet
ist, eine Obergrenze (68) von flüssigem Kühlmedium im ersten Verdampfer (40) abhängig
von den Solltemperaturen und den tatsächlichen Temperaturen in den Temperaturzonen
(2a, 2b) oberhalb oder unterhalb mindestens einer ersten Rückblasöffnung (38a - 38m)
einzustellen.
3. Kühlgerät nach Anspruch 2, wobei eine zweite Rückblasöffnung (38n, 43) tiefer als
die erste Rückblasöffnung (38a - 38m) angeordnet ist.
4. Kühlgerät nach einem der Ansprüche 2 oder 3 mit einer ersten Temperaturzone (2a) und
einer zweiten Temperaturzone (2b), wobei die erste Rückblasöffnung (38a - 38m) in
die erste Temperaturzone (2a) mündet und die zweite Rückblasöffnung (38n, 43) in die
zweite Temperaturzone (2b) mündet.
5. Kühlgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Steuerung (60) dazu ausgestaltet
ist, eine Förderleistung des Lüfters (10) abhängig von den Solltemperaturen und den
tatsächlichen Temperaturen in den Temperaturzonen (2a, 2b) zu steuern.
6. Kühlgerät nach den Ansprüchen 4 und 5, wobei die Steuerung (60) dazu ausgestaltet
ist, abhängig von der Temperatur T1 in der ersten Temperaturzone (2a), der Solltemperatur
Tisoll in der ersten Temperaturzone (2a), der Temperatur T2 in der zweiten Temperaturzone
(2b) und der Solltemperatur T2soll in der zweiten Temperaturzone (2b) das Kühlgerät
derart zu steuern, dass
bei T1 < Tisoll und T2 < T2soll sich im Verdampfer (40) höchstens ein tiefer Flüssigkeitsstand
einstellt, und insbesondere dass die Förderleistung des Lüfters (10) mindestens zeitweise
erhöht wird, und/oder
bei T1 < Tisoll und T2 > T2soll sich im Verdampfer (40) ein tiefer Flüssigkeitsstand
einstellt, und insbesondere dass die Förderleistung des Lüfters (10) mindestens zeitweise
reduziert wird, und/oder
bei T1 > Tisoll und T2 < T2soll sich im Verdampfer (40) ein hoher Flüssigkeitsstand
einstellt, und insbesondere dass die Förderleistung des Lüfters (10) mindestens zeitweise
so gross ist, dass durch die zweite Rückblasöffnung (38n, 43) fliessende Luft eine
Temperatur grösser T2soll hat, und/oder
bei T1 > Tisoll und T2 > T2soll sich im Verdampfer (40) der hohe Flüssigkeitsstand
einstellt, und insbesondere dass die Förderleistung des Lüfters (10) mindestens zeitweise
so gering ist, dass durch die zweite Rückblasöffnung (38n, 43) fliessende Luft eine
Temperatur kleiner T2soll und durch die erste Rückblasöffnung (38a - 38m) eine Temperatur
kleiner als Tisoll hat,
wobei der "hohe Flüssigkeitsstand" einen Zustand beschreibt, in welchem eine Obergrenze
(68) von flüssigem Kühlmedium im ersten Verdampfer (40) oberhalb zumindest einer untersten
ersten Rückblasöffnung (38m) liegt, vorzugsweise oberhalb mindestens einer Hälfte
der ersten Rückblasöffnungen (38a - 38m), insbesondere oberhalb aller der ersten Rückblasöffnungen
(38a - 38m), und
wobei der "tiefe Flüssigkeitsstand" einen Zustand beschreibt, bei welchem die Obergrenze
(68) des flüssigen Kühlmediums im ersten Verdampfer (40) unter der untersten ersten
Rückblasöffnung (38m) liegt, insbesondere aber oberhalb eines Teils, vorzugsweise
aller zweiten Rückblasöffnungen (38n, 43), und
wobei T2soll < Tisoll.
7. Kühlgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei den Rückblasöffnungen (38a
- 38n, 43) keine gesteuerten Verschlussmittel zugeordnet sind.
8. Kühlgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Verflüssiger
(52) und dem ersten Verdampfer (40) mindestens zwei Drosseln (56a, 56b) angeordnet
sind, und wobei ein Umschaltventil (54) vorgesehen ist, um einen relativen Fluss zwischen
den beiden Drosseln (56a, 56b) zu variieren, und
wobei die Steuerung (60) dazu ausgestaltet ist, die Menge von flüssigem Medium im
ersten Verdampfer (40) zumindest über das Umschaltventil (54) zu steuern.
9. Kühlgerät nach Anspruch 8, wobei mindestens ein zweiter Verdampfer (58) vorgesehen
ist, und wobei eine erste der Drosseln Kühlmedium vom Kompressor (50) am zweiten Verdampfer
(58) vorbei zum ersten Verdampfer (40) führt und eine zweite der Drosseln Kühlmedium
vom Kompressor (50) zum zweiten Verdampfer (58) führt,
und insbesondere wobei das Kühlgerät zusätzlich zum Nutzraum (2) ein Gefrierfach (64)
aufweist, und wobei der zweite Verdampfer (58) dem Gefrierfach (64) zugeordnet ist.
10. Kühlgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Steuerung (60) dazu ausgestaltet
ist, eine Förderleistung des Kompressors (50) abhängig von den Solltemperaturen und
von tatsächlichen Temperaturen in den Temperaturzonen (2a, 2b) zu steuern.
11. Kühlgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Ansaugöffnung (7a - 7i)
höher als die Rückblasöffnungen (38a - 38n, 43) angeordnet ist, und insbesondere wobei
die Ansaugöffnung (7a - 7i) über dem ersten Verdampfer (40) angeordnet ist.
12. Kühlgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mit dem Lüfter (10) Luft von
unten nach oben durch die Temperaturzonen (2a, 2b) förderbar ist.
13. Verfahren zum Betrieb des Kühlgeräts nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
die Menge von flüssigem Kühlmedium im ersten Verdampfer (40) abhängig von den Solltemperaturen
und den tatsächlichen Temperaturen in den Temperaturzonen gesteuert wird,
und insbesondere wobei eine Förderleistung des Kompressors (50) und/oder eine Förderleistung
des Lüfters (10) abhängig von den Solltemperaturen und den tatsächlichen Temperaturen
in den Temperaturzonen (2a, 2b) gesteuert wird.
1. Cooling device with
a useable space (2) with different temperature zones (2a, 2b),
a heat pump (50, 52, 56a, 56b, 40, 58) comprising a compressor (50) for conveying
a coolant, a condenser (52) and at least a first evaporator (40),
a cooling air duct (6a, 6b), which is connected to the useable space (2) via at least
one suction opening (7a - 7i) and a plurality of blow-back openings (38a - 38n, 43),
wherein the first evaporator (40) is arranged along a cooling section (13) of the
cooling air duct (6a, 6b) and wherein the blow-back openings (38a - 38n, 43) are arranged
along the cooling section (13) at different, vertically spaced-apart positions,
a fan (10) for conveying air in the cooling air duct (6a, 6b) from the suction opening
(7a - 7i) to the blow-back openings (38a - 38n, 43), and
a control unit (60) which is adapted to maintain different set temperatures in the
different temperature zones (2a, 2b),
characterised in that the compressor (50) is adapted to convey the coolant from bottom to top along the
first evaporator (40) and
in that the control unit (60) is adapted to control a quantity of liquid medium in the first
evaporator (40) as a function of the set temperatures and of actual temperatures in
the temperature zones (2a, 2b).
2. Cooling device according to one of the preceding claims, wherein the control unit
(60) is adapted to set an upper limit (68) of liquid coolant in the first evaporator
(40) depending on the set temperatures and the actual temperatures in the temperature
zones (2a, 2b) above or below at least one first blow-back opening (38a - 38m).
3. Cooling device according to claim 2,
wherein a second blow-back opening (38n, 43) is arranged lower than the first blow-back
opening (38a - 38m).
4. Cooling device according to one of the claims 2 or 3 with a first temperature zone
(2a) and a second temperature zone (2b), wherein the first blow-back opening (38a
- 38m) opens into the first temperature zone (2a) and the second blow-back opening
(38n, 43) opens into the second temperature zone (2b).
5. Cooling device according to one of the preceding claims, wherein the control unit
(60) is adapted to control a delivery rate of the fan (10) depending on the set temperatures
and the actual temperatures in the temperature zones (2a, 2b).
6. Cooling device according to claims 4 and 5, wherein the control unit (60) is adapted
to control the cooling device as a function of the temperature T1 in the first temperature
zone (2a), the set temperature T1set in the first temperature zone (2a), the temperature
T2 in the second temperature zone (2b) and the set temperature T2set in the second
temperature zone (2b) in such a way that
at T1 < T1set and T2 < T2set, at most a low liquid level is set in the evaporator
(40), and in particular that the delivery rate of the fan (10) is increased at least
temporarily, and/or
at T1 < T1set and T2 > T2set a low liquid level is set in the evaporator (40), and
in particular that the delivery rate of the fan (10) is at least temporarily reduced,
and/or
at T1 > T1set and T2 < T2set, a high liquid level is established in the evaporator
(40), and in particular that the flow rate of the fan (10) is at least temporarily
so high that the air flowing through the second blow-back opening (38n, 43) has a
temperature greater than T2set, and/or
at T1 > T1set and T2 > T2set, the high liquid level is set in the evaporator (40),
and in particular that the delivery rate of the fan (10) is at least temporarily so
low that air flowing through the second blow-back opening (38n, 43) has a temperature
lower than T2set and through the first blow-back opening (38a - 38m) has a temperature
lower than T1set,
wherein the "high liquid level" describes a state in which an upper limit (68) of
liquid coolant in the first evaporator (40) is above at least one lowermost first
blow-back opening (38m), preferably above at least one half of the first blow-back
openings (38a - 38m), in particular above all of the first blow-back openings (38a
- 38m), and
wherein the "low liquid level" describes a state in which the upper limit (68) of
the liquid coolant in the first evaporator (40) is below the lowest first blow-back
opening (38m), but in particular above a part, preferably all, of the second blow-back
openings (38n, 43), and
wherein T2set < T1set.
7. Cooling device according to one of the preceding claims, wherein no controlled closure
means are associated with the blow-back openings (38a - 38n, 43).
8. Cooling device according to one of the preceding claims, wherein at least two throttles
(56a, 56b) are arranged between the condenser (52) and the first evaporator (40),
and wherein a changeover valve (54) is provided to vary a relative flow between the
two throttles (56a, 56b), and
wherein the control unit (60) is adapted to control the amount of liquid medium in
the first evaporator (40) at least via the changeover valve (54).
9. Cooling device according to claim 8,
wherein at least a second evaporator (58) is provided, and wherein a first of the
throttles guides coolant from the compressor (50) past the second evaporator (58)
to the first evaporator (40) and a second of the throttles guides coolant from the
compressor (50) to the second evaporator (58),
and in particular wherein the cooling device has a freezer compartment (64) in addition
to the usable space (2), and wherein the second evaporator (58) is associated with
the freezer compartment (64).
10. Cooling device according to one of the preceding claims, wherein the control unit
(60) is adapted to control a delivery rate of the compressor (50) as a function of
the set temperatures and of actual temperatures in the temperature zones (2a, 2b).
11. Cooling device according to one of the preceding claims, wherein the suction opening
(7a - 7i) is arranged higher than the blow-back openings (38a - 38n, 43), and in particular
wherein the suction opening (7a - 7i) is arranged above the first evaporator (40).
12. Cooling device according to one of the preceding claims, wherein air can be conveyed
by the fan (10) from bottom to top through the temperature zones (2a, 2b).
13. Method for operating the cooling device according to one of the preceding claims,
wherein the amount of liquid coolant in the first evaporator (40) is controlled as
a function of the set temperatures and the actual temperatures in the temperature
zones,
and in particular wherein a delivery rate of the compressor (50) and/or a delivery
rate of the fan (10) is controlled as a function of the set temperatures and the actual
temperatures in the temperature zones (2a, 2b) .
1. Dispositif de refroidissement avec
un espace utilisable (2) avec des différentes zones de température (2a, 2b),
une pompe à chaleur (50, 52, 56a, 56b, 40, 58) comprenant un compresseur (50) pour
le transport d'un liquide de refroidissement, un condenseur (52) et au moins un premier
évaporateur (40),
un conduit d'air de refroidissement (6a, 6b), qui est relié à l'espace utilisable
(2) par au moins une ouverture d'aspiration (7a - 7i) et plusieurs ouvertures de soufflage
(38a - 38n, 43), dans lequel le premier évaporateur (40) est disposé le long d'une
section de refroidissement (13) du conduit d'air de refroidissement (6a, 6b) et dans
lequel les ouvertures de soufflage (38a - 38n, 43) sont disposées le long de la section
de refroidissement (13) à différentes positions verticales espacées les unes des autres,
un ventilateur (10) pour transporter de l'air dans le conduit d'air de refroidissement
(6a, 6b) à partir de l'ouverture d'aspiration (7a - 7i) jusqu'aux ouvertures de soufflage
(38a - 38n, 43), et
une unité de commande (60) adaptée pour maintenir différentes températures de consigne
dans les différentes zones de température (2a, 2b),
caractérisé en ce que le compresseur (50) est adapté pour transporter le liquide de refroidissement de
bas en haut le long du premier évaporateur (40) et
en ce que l'unité de commande (60) est adaptée pour contrôler une quantité de fluide liquide
dans le premier évaporateur (40) en fonction des températures de consigne et des températures
réelles dans les zones de température (2a, 2b).
2. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications précédentes, dans lequel
l'unité de commande (60) est adaptée pour fixer une limite supérieure (68) de liquide
de refroidissement dans le premier évaporateur (40) en fonction des températures de
consigne et des températures réelles dans les zones de température (2a, 2b) au-dessus
ou au-dessous d'au moins une première ouverture de soufflage (38a - 38m).
3. Dispositif de refroidissement selon la revendication 2, dans lequel une deuxième ouverture
de soufflage (38n, 43) est plus basse que la première ouverture de soufflage (38a
- 38m).
4. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications 2 ou 3 avec une première
zone de température (2a) et une deuxième zone de température (2b), dans lequel la
première ouverture de soufflage (38a - 38m) débouche dans la première zone de température
(2a) et la deuxième ouverture de soufflage (38n, 43) débouche dans la deuxième zone
de température (2b).
5. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications précédentes, dans lequel
l'unité de commande (60) est adaptée pour commander un débit du ventilateur (10) en
fonction des températures de consigne et des températures réelles dans les zones de
température (2a, 2b).
6. Dispositif de refroidissement selon les revendications 4 et 5, dans lequel l'unité
de commande (60) est adaptée pour commander le dispositif de refroidissement en fonction
de la température T1 dans la première zone de température (2a), de la température
de consigne T1set dans la première zone de température (2a), de la température T2
dans la deuxième zone de température (2b) et de la température de consigne T2set dans
la deuxième zone de température (2b) de telle sorte que
à T1 < T1set et T2 < T2set, l'évaporateur (40) présente tout au plus un faible niveau
de liquide et, en particulier, le débit du ventilateur (10) est réduit au moins temporairement,
et/ou
à T1 < T1set et T2 > T2set, un faible niveau de liquide est établi dans l'évaporateur
(40), et en particulier le débit du ventilateur (10) est réduit au moins temporairement,
et/ou
à T1 > T1set et T2 < T2set, un niveau élevé de liquide est établi dans l'évaporateur
(40), et en particulier le débit du ventilateur (10) est au moins temporairement si
élevé que l'air circulant à travers la deuxième ouverture de soufflage (38n, 43) a
une température supérieure à T2set, et/ou
à T1 > T1set et T2 > T2set, le niveau élevé de liquide est fixé dans l'évaporateur
(40), et en particulier le débit du ventilateur (10) est au moins temporairement si
faible que l'air passant par la deuxième ouverture de soufflage (38n, 43) a une température
inférieure à T2set et par la première ouverture de soufflage (38a - 38m) a une température
inférieure à T1set,
dans lequel le "niveau élevé de liquide" décrit un état dans lequel une limite supérieure
(68) de liquide de refroidissement dans le premier évaporateur (40) est au-dessus
d'au moins une première ouverture de soufflage (38m) la plus basse, de préférence
au-dessus d'au moins la moitié des premières ouvertures de soufflage (38a - 38m),
en particulier au-dessus de toutes les premières ouvertures de soufflage (38a - 38m),
et
dans lequel le "faible niveau de liquide" décrit un état dans lequel la limite supérieure
(68) du liquide de réfroidissement dans le premier évaporateur (40) est inférieure
à la première ouverture de soufflage la plus basse (38m), mais en particulier au-dessus
d'une partie, de préférence de la totalité, des deuxièmes ouvertures de soufflage
(38n, 43), et
dans lequel T2set < T1set.
7. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications précédentes, dans lequel
aucun moyen de fermeture contrôlé n'est associé aux ouvertures de soufflage (38a -
38n, 43).
8. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications précédentes, dans lequel
au moins deux étranglements (56a, 56b) sont disposés entre le condenseur (52) et le
premier évaporateur (40), et dans lequel une vanne de commutation (54) est prévue
pour faire varier un débit relatif entre les deux étranglements (56a, 56b), et
dans lequel l'unité de commande (60) est adaptée pour contrôler la quantité de fluide
liquide dans le premier évaporateur (40) au moins par l'intermédiaire de la vanne
de commutation (54).
9. Dispositif de refroidissement selon la revendication 8, dans lequel au moins un deuxième
évaporateur (58) est fourni, et dans lequel un premier des étranglements guide le
liquide de refroidissement du compresseur (50) au-delà du deuxième évaporateur (58)
vers le premier évaporateur (40) et un deuxième des étranglements guide le liquide
de refroidissement du compresseur (50) vers le deuxième évaporateur (58),
et en particulier dans lequel le dispositif de refroidissement comporte un compartiment
de congélation (64) en plus de l'espace utilisable (2), et dans lequel le deuxième
évaporateur (58) est associé au compartiment de congélation (64).
10. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications précédentes, dans lequel
l'unité de commande (60) est adaptée pour contrôler un débit du compresseur (50) en
fonction des températures de consigne et des températures réelles dans les zones de
température (2a, 2b).
11. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications précédentes, dans lequel
l'ouverture d'aspiration (7a - 7i) est disposée plus haut que les ouvertures de soufflage
(38a - 38n, 43), et en particulier dans lequel l'ouverture d'aspiration (7a - 7i)
est disposée au-dessus du premier évaporateur (40).
12. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications précédentes, dans lequel
l'air peut être transporté par le ventilateur (10) de bas en haut à travers les zones
de température (2a, 2b).
13. Procédé de fonctionnement du dispositif de refroidissement selon l'une des revendications
précédentes, dans lequel la quantité de liquide de refroidissement dans le premier
évaporateur (40) est contrôlée en fonction des températures de consigne et des températures
réelles dans les zones de température,
et en particulier dans lequel un débit du compresseur (50) et/ou un débit du ventilateur
(10) est contrôlé en fonction des températures de consigne et des températures réelles
dans les zones de température (2a, 2b) .