DE102012020111A1

DE102012020111A1 - Hochleistungskühlgerät mit zwei verdampfern

Info

Publication number: DE102012020111A1
Application number: DE102012020111A
Authority: DE
Inventors: Ralph HEGEDUS; Robert Bruker
Original assignee: Thermo Fisher Scientific Asheville LLC
Current assignee: Thermo Fisher Scientific Asheville LLC
Priority date: 2011-10-19
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2013-04-25
Also published as: GB201218364D0; GB2496949A; CN103062969A; US20130098076A1

Abstract

Ein Hochleistungskühlgerät (10) umfasst einen Schrank (12) mit einem einheitlichen Kühlinnenraum (18) und einen Kühlfluidkreislauf (20), der erste und zweite Verdampfer (32, 34) aufweist, die sich innerhalb des Schranks (12) befinden und durch jeweilige erste und zweite Verdampferabdeckungen (76, 78) vom Kühlinnenraum (18) getrennt sind. Das Kühlgerät (10) umfasst außerdem eine erste Klappe (66), die den Durchfluss zwischen dem ersten Verdampfer (32) und dem Kühlinnenraum (18) steuert, und eine zweite Klappe (68), die den Durchfluss zwischen dem zweiten Verdampfer (34) und dem Kühlinnenraum (18) steuert. Eine Steuerung (50) weist das Kühlgerät (10) an, ein Dreiwegeventil (28) im Kühlfluidkreislauf (20) so zu betätigen, dass es Kühlmittel nur zu einem der Verdampfer (32, 34) leitet, wenn der andere eine Enteisung erfordert. Beide Verdampfer (32, 34) können verwendet werden, um Wärme während eines anfänglichen Kühlens oder unmittelbar nach dem Öffnen des Schranks (12) aus dem einheitlichen Kühlinnenraum (18) abzuführen.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 19. Oktober 2011 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/548,800 (anhängig), deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen wird.
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Kühlgeräte oder Gefriergeräte und insbesondere Kühlsysteme zur Verwendung mit Hochleistungs-Blutbankkühlgeräten oder -Plasmagefriergeräten.
Hintergrund der Erfindung
Kühlsysteme zur Verwendung mit Laborkühl- und -gefriergeräten von der Art, die als „Hochleistungskühlgeräte” bekannt sind und die verwendet werden, um ihre Innenlagerräume auf verhältnismäßig niedrige Temperaturen abzukühlen, wie beispielsweise etwa –30°C oder niedriger, sind bekannt. Diese Hochleistungskühlgeräte werden in einem Beispiel zum Lagern von Blut und/oder Plasma verwendet.
Bekannte Kühlsysteme dieser Art umfassen einen einzigen Kreislauf, der ein Kühlmittel umwälzt. Das System überträgt Energie (d. h. Wärme) vom Kühlmittel durch einen Kondensator an die umliegende Umgebung, und das System überträgt Wärmeenergie aus dem Kühlraum (z. B. einem Schrankinnenraum) durch einen Verdampfer auf das Kühlmittel. Das Kühlmittel wird so ausgewählt, dass es bei einer ausgewählten Temperatur nahe der gewünschten Temperatur für den Kühlraum verdampft und kondensiert, derart dass das Kühlsystem den Kühlraum während des Betriebs nahe der ausgewählten Temperatur halten kann.
Ein allgemeines Problem bei bekannten Kühlsystemen ist, dass der Verdampfer Kühlschlangen umfasst, die dazu neigen, entlang der Außenfläche Reif zu bilden und anzusammeln, wenn Feuchtigkeit innerhalb des Kühlraums vorhanden ist. Wenn sich genug Reif ansammelt, wird die Fähigkeit des Verdampfers, Wärme aus dem Kühlraum abzuführen, nachteilig beeinflusst. Folglich benötigen bekannte Kühlsysteme einen Enteisungszyklus, bei dem die Verdampferkühlschlangen erwärmt werden, um den Reif zu entfernen. Bei diesem Enteisungszyklus kann es sich um eine manuelle oder eine automatische Enteisung handeln, aber beide Arten von Enteisungszyklen sind aus mehreren Gründen unerwünscht.
Bei einem manuellen Enteisungszyklus werden alle im Schrank gelagerten Produkte entfernt, und der Kühlraum wird der Umgebung ausgesetzt gelassen, um die Verdampferkühlschlangen zu erwärmen und den Reif zu schmelzen. Dieser Zyklus ist unerwünscht, da die im Schrank gelagerten Produkte für die Dauer des Enteisungszyklus in einem alternativen Kühlgerät gelagert werden müssen und da außerdem der Schmelzprozess eine erhebliche Menge Feuchtigkeit erzeugen kann, die aus dem Schrank entfernt werden muss. Bei einem automatischen Enteisungszyklus werden die Verdampferkühlschlangen durch eine lokale Heizeinheit oder einen Heißgasstrom rasch erwärmt, um den Reif zu entfernen, der durch eine Wanne aufgefangen und aus dem Kühlraum abgeleitet wird. Der Kühlraum erfährt während dieses automatischen Enteisungszyklus zwangsläufig eine Temperaturspitze, welche die im Schrank gelagerten Produkte gefährden kann.
Es besteht daher ein Bedarf an einem Kühlgerät, das eine Temperaturspitze innerhalb des Kühlraums während eines Enteisungszyklus im Wesentlichen minimiert oder eliminiert.
Zusammenfassung der Erfindung
In einer Ausführungsform umfasst ein Kühlgerät einen Schrank mit einem einheitlichen Kühlinnenraum und einen Kühlfluidkreislauf zum Umwälzen eines Kühlmittels. Der Kühlfluidkreislauf umfasst einen Kompressor, einen Kondensator, eine Expansionsvorrichtung, einen ersten Verdampfer, der sich innerhalb des Schranks befindet, einen zweiten Verdampfer, der sich innerhalb des Schranks befindet, und ein Dreiwegeventil, das eine selektive Kommunikation des Kühlmittels durch einen oder beide der ersten und zweiten Verdampfer ermöglicht. Der erste Verdampfer umfasst eine erste Verdampferkühlschlange, ein erstes Verdampfergebläse, das einen Luftstrom durch die erste Verdampferkühlschlange erzeugt, und eine erste Verdampferabdeckung, die ein erstes Verdampferfach vom Kühlinnenraum trennt. Der zweite Verdampfer umfasst eine zweite Verdampferkühlschlange, ein zweites Verdampfergebläse, das einen Luftstrom durch die zweite Verdampferkühlschlange erzeugt, und eine zweite Verdampferabdeckung, die ein zweites Verdampferfach vom Kühlinnenraum trennt. Das Kühlgerät umfasst außerdem mindestens eine erste Klappe, die sich öffnet, um Luftumwälzung durch die erste Verdampferabdeckung aus dem Kühlinnenraum durch den ersten Verdampfer zu ermöglichen. Das Kühlgerät umfasst außerdem mindestens eine zweite Klappe, die sich öffnet, um eine Luftzirkulation durch die zweite Verdampferabdeckung aus dem Kühlinnenraum durch den zweiten Verdampfer zu ermöglichen. Das Dreiwegeventil leitet das Kühlmittel nur in einen der Verdampfer, wenn der andere Verdampfer eine Enteisung erfordert.
Das Kühlgerät umfasst ferner eine Steuerung, die so betrieben werden kann, dass sie dem Kühlgerät befiehlt, eine Reihe von Schritten auszuführen, die einen Enteisungszyklus definieren, wenn der erste Verdampfer eine Enteisung erfordert. In dieser Hinsicht umfasst der erste Verdampfer ein erstes Enteisungsheizgerät. Die Reihe von Schritten umfasst das Leiten von Kühlmittel mit dem Dreiwegeventil nur durch den zweiten Verdampfer, Abführen von Wärme aus dem Kühlinnenraum mit dem zweiten Verdampfer, Stoppen des Betriebs des ersten Verdampfergebläses, Schließen der mindestens einen ersten Klappe, um den ersten Verdampfer vom Kühlinnenraum zu trennen, und Starten des Betriebs des ersten Enteisungsheizgeräts. Die Steuerung kann auch so betrieben werden, dass sie dem Kühlgerät befiehlt, eine zweite Reihe von Schritten auszuführen, wenn der zweite Verdampfer eine Enteisung erfordert. Die zweite Reihe von Schritten umfasst das Leiten von Kühlmittel mit dem Dreiwegeventil nur durch den ersten Verdampfer, Abführen von Wärme aus dem Kühlinnenraum mit dem ersten Verdampfer, Stoppen des Betriebs des zweiten Verdampfergebläses, Schließen der mindestens einen zweiten Klappe, um den zweiten Verdampfer vom Kühlinnenraum zu trennen, und Starten des Betriebs des zweiten Enteisungsheizgeräts. Während der Zeiträume des anfänglichen Kühlens oder unmittelbar nach dem Öffnen des Schranks kann die Steuerung das Dreiwegeventil anweisen, Kühlmittel zu beiden Verdampfern zu leiten, so dass beide Verdampfer gleichzeitig Wärme aus dem Kühlinnenraum abführen können.
In einem Aspekt umfasst die mindestens eine erste Klappe zwei erste Klappenabschnitte, von welchen einer einen Luftstrom aus dem Kühlinnenraum in den ersten Verdampfer ermöglicht, wenn geöffnet, und von welchen der andere einen Luftstrom vom ersten Verdampfer in den Kühlinnenraum ermöglicht, wenn geöffnet. Außerdem umfasst die mindestens eine zweite Klappe zwei zweite Klappenabschnitte, von welchen einer einen Luftstrom aus dem Kühlinnenraum in den zweiten Verdampfer ermöglicht, wenn geöffnet, und von welchen der andere einen Luftstrom vom zweiten Verdampfer in den Kühlinnenraum ermöglicht, wenn geöffnet.
In einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren zum Betreiben eines Kühlgeräts bereitgestellt, wobei das Kühlgerät einen Schrank mit einem einheitlichen Kühlinnenraum und einen Kühlfluidkreislauf umfasst. Der Kühlfluidkreislauf umfasst einen Kompressor, einen Kondensator, einen ersten Verdampfer, der sich innerhalb des Schranks befindet und ein erstes Verdampfergebläse und ein erstes Enteisungsheizgerät aufweist, einen zweiten Verdampfer, der sich innerhalb des Schranks befindet und ein zweites Verdampfergebläse und ein zweites Enteisungsheizgerät aufweist, und ein Dreiwegeventil, das eine selektive Kommunikation eines Kühlmittels zwischen dem Kompressor/Kondensator und einem oder beiden der Verdampfer ermöglicht. Das Kühlgerät umfasst außerdem erste und zweite Klappen, die so konfiguriert sind, dass sie die ersten bzw. zweiten Verdampfer vom Kühlinnenraum trennen. Wenn der erste Verdampfer eine Enteisung erfordert, umfasst das Verfahren das Leiten von Kühlmittel mit dem Dreiwegeventil nur durch den zweiten Verdampfer, Abführen von Wärme aus dem Kühlinnenraum mit dem zweiten Verdampfer, Stoppen des Betriebs des ersten Verdampfergebläses, Schließen der mindestens einen Klappe, um den ersten Verdampfer vom Kühlinnenraum zu trennen, und Starten des Betriebs des ersten Enteisungsheizgeräts.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die beiliegenden Zeichnungen, die in diese Spezifikation aufgenommen sind und einen Teil derselben bilden, veranschaulichen eine Ausführungsform der Erfindung und dienen zusammen mit der vorstehenden allgemeinen Beschreibung der Erfindung und der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsform zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung.
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Kühlgeräts mit zwei Verdampfern gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
2 ist eine schematische Darstellung des Kühlfluidkreislaufs, der bei dem Kühlgerät von 1 verwendet wird.
3 ist eine perspektivische Ansicht einer Verdampferabdeckung (in Durchsicht dargestellt) und von Klappen, die bei dem Kühlgerät von 1 verwendet werden.
4 ist eine perspektivische Ansicht eines der Verdampfer, die bei dem Kühlgerät von 1 verwendet werden, wobei einige der Seitenplatten in Durchsicht dargestellt sind, um Innenraumelemente zu zeigen.
5 eine Draufsicht des Kühlgeräts von 1 im Querschnitt entlang der Linie 5-5, wobei die Klappen in einer geschlossenen Position sind.
6A eine Seitensicht des Kühlgeräts von 5 im Querschnitt entlang der Linie 6A-6A, wobei die Klappen in einer geschlossenen Position sind.
6B eine Seitensicht des Kühlgeräts von 5 im Querschnitt entlang der Linie 6A-6A, wobei die Klappen in einer offenen Position sind.
7A eine Seitensicht des Kühlgeräts von 5 im Querschnitt entlang der Linie 7A-7A, wobei die Klappen in einer geschlossenen Position sind.
7B eine Seitensicht des Kühlgeräts von 5 im Querschnitt entlang der Linie 7A-7A, wobei die Klappen in einer offenen Position sind.
8 ist eine schematische Darstellung der Steuerung und der Klappenantriebselemente, die bei dem Kühlgerät von 1 verwendet werden.
9 ist ein schematisches Ablaufdiagramm, das einen Funktionsablauf einer Steuerung veranschaulicht, die mit dem Kühlgerät von 1 verbunden ist.
Ausführliche Beschreibung
Unter Bezugnahme auf die Figuren und insbesondere auf 1 ist ein beispielhaftes Hochleistungskühlgerät 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Es versteht sich von selbst, dass, obwohl die Begriffe „Hochleistungskühlgerät” und „Kühlgerät” die gesamte Beschreibung hindurch verwendet werden, die Erfindung jede Art von Kühlgerät umfasst, einschließlich eines Kühlgeräts, das ein Gefriergerät umfasst. Das Kühlgerät von 1 umfasst einen Schrank 12 zum Lagern von Produkten, die eine Abkühlung auf Temperaturen von beispielsweise etwa –30°C oder niedriger benötigen. Der Schrank 12 umfasst ein Schrankgehäuse 14, das einen im Allgemeinen rechteckigen Querschnitt definiert, und eine Tür 16, die einen Zugang in einen Innenraum 18 des Schranks 12 ermöglicht. Der Schrank 12 trägt eine oder mehrere Komponenten, die zusammen einen einstufigen Kühlfluidkreislauf 20 (2) definieren, der mit der Luft innerhalb des Schranks 12 thermisch interagiert, um den Innenraum 18 desselben zu kühlen. In dieser Hinsicht interagiert der Kühlfluidkreislauf 20, der im Folgenden genauer beschrieben wird, mit erwärmter Luft im Innenraum 18 und kühlt diese Luft, um eine gewünschte kalte Temperatur im Schrank 12 aufrechtzuerhalten.
Unter Bezugnahme auf 2 sind Einzelheiten des beispielhaften Kühlfluidkreislaufs 20 veranschaulicht. Der Kühlfluidkreislauf 20 umfasst der Reihe nach einen Kompressor 22, einen Kondensator 24, eine Filter-/Trockenvorrichtung 26, ein Dreiwegeventil 28, eine Expansionsvorrichtung 30, einen ersten Verdampfer 32 und parallel einen zweiten Verdampfer 34 sowie eine Saug-/Sammelvorrichtung 36. Jedes dieser Elemente des Kühlfluidkreislaufs 20 ist durch eine Rohr- oder Schlauchleitung 38 verbunden, die so konfiguriert ist, dass sie das Kühlmittel 40 zirkuliert, das durch den Kühlfluidkreislauf 20 strömt. Eine Mehrzahl von Sensoren S₁ bis S₇ ist angeordnet, um verschiedene Bedingungen des Flüssigkeitskreislaufs 20 und/oder Eigenschaften des Kühlmittels (dargestellt durch Pfeile 40) an verschiedenen Stellen innerhalb des Flüssigkeitskreislaufs 20 zu messen. Jeder dieser Sensoren S₁ bis S₇ ist funktionell mit einer Steuerung 50 verbunden, auf welche durch eine Steuerschnittstelle 52 zugegriffen werden kann und welche die Steuerung des Betriebs des Flüssigkeitskreislaufs 20 ermöglicht. Es versteht sich von selbst, dass mehr oder weniger Sensoren als die in der beispielhaften Ausführungsform des Flüssigkeitskreislaufs 20 dargestellte Anzahl bereitgestellt werden können.
Der Kühlfluidkreislauf 20 ist so konfiguriert, dass er das Kühlmittel 40 zwischen dem Kondensator 24 und den ersten und zweiten Verdampfern 32, 24 zirkuliert. Im Allgemeinen wird Wärmeenergie im Kühlmittel 40 am Kondensator 24 an die Umgebungsluft außerhalb des Schranks 12 übertragen. Wärmeenergie wird aus dem Innenraum 18 des Schranks 12 abgeführt und an den ersten und zweiten Verdampfern 32, 34 auf das Kühlmittel 40 übertragen. Demnach führt die Zirkulation des Kühlmittels 40 durch den Flüssigkeitskreislauf 20 kontinuierlich Wärmeenergie aus dem Innenraum 18 ab, um eine gewünschte Innentemperatur, wie beispielsweise –30°C, aufrechtzuerhalten.
Das Kühlmittel 40 tritt in den Kompressor 22 in einem verdampften Zustand ein und wird im Kompressor 22 zu einem Gas höheren Drucks und höherer Temperatur verdichtet. Der Flüssigkeitskreislauf 20 dieser beispielhaften Ausführungsform umfasst außerdem einen Ölkreislauf 54 zum Schmieren des Kompressors 22. Konkret umfasst der Ölkreislauf 54 einen Ölabscheider 56 in Fluidverbindung mit einer dem Kompressor 22 nachgelagerten Rohrleitung 38 und eine Ölrückleitung 58, welche Öl in den Kompressor 22 zurückleitet. Es versteht sich von selbst, dass der Ölkreislauf 54 in einigen Ausführungsformen des Flüssigkeitskreislaufs 20 weggelassen werden kann.
Bei Verlassen des Kompressors 22 strömt das verdampfte Kühlmittel 40 zum Kondensator 24. Ein Gebläse 60, das durch die Steuerschnittstelle 52 gesteuert wird, leitet Umgebungsluft über den Kondensator 24 und durch ein Filter 62, um die Übertragung von Wärme vom ersten Kühlmittel 40 an die umliegende Umgebung zu erleichtern. Der Luftstrom durch den Kondensator 24 ist in 2 durch Pfeile dargestellt. Das Kühlmittel 40 kondensiert innerhalb des Kondensators 24 infolge dieser Wärmeübertragung. Das Flüssigphasenkühlmittel 40 tritt dann durch die Filter-/Trockenvorrichtung 26 und das Dreiwegeventil 28 hindurch und dann in die Expansionsvorrichtung 30 ein. In dieser Ausführungsform ist die Expansionsvorrichtung 30 in der Form eines ersten Kapillarrohrs 30a, das zum ersten Verdampfer 32 führt, und eines zweiten Kapillarrohrs 30b, das zum zweiten Verdampfer 34 führt, obwohl vorgesehen ist, dass sie stattdessen eine andere Form, wie beispielsweise und, ohne darauf beschränkt zu sein, die von entsprechenden Expansionsventilen (nicht dargestellt), annehmen könnte. Außerdem könnte die Expansionsvorrichtung 30 in anderen Ausführungsformen innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung alternativ dem Dreiwegeventil 28 vorgelagert angeordnet sein. Die Expansionsvorrichtung 30 bewirkt einen Druckabfall im Kühlmittel 40, unmittelbar bevor das Kühlmittel 40 in die ersten und zweiten Verdampfer 32, 34 eintritt.
In jedem der ersten und zweiten Verdampfer 32, 34 nimmt das Kühlmittel 40 durch eine Mehrzahl von Verdampferkühlschlangen (in 2 nicht dargestellt) Wärme aus dem Innenraum 18 auf. Ein erstes Verdampfergebläse 64, das durch die Steuerschnittstelle 52 gesteuert wird, treibt den Luftstrom aus dem Innenraum 18 des Schranks 12 durch die Verdampferkühlschlangen des ersten Verdampfers 32, wenn erste und zweite Klappen 66, 68 geöffnet sind. Ähnlich treibt ein zweites Verdampfergebläse 70, das durch die Steuerschnittstelle 52 gesteuert wird, den Luftstrom aus dem Innenraum 18 des Schranks 12 durch die Verdampferkühlschlangen des zweiten Verdampfers 34, wenn dritte und vierte Klappen 72, 74 geöffnet sind. Die ersten, zweiten, dritten und vierten Klappen 66, 68, 72, 74 werden ebenfalls durch die Steuerschnittstelle 52 gesteuert, welche im Folgenden unter Bezugnahme auf 9 genauer beschrieben wird. Aufgrund des gesenkten Drucks und der Wärmeübertragung aus dem Schrank 12 verdampft das Kühlmittel 40 innerhalb der ersten und zweiten Verdampfer 32, 34. Das verdampfte Kühlmittel 40 wird dann zur Saug-/Sammelvorrichtung 36 geleitet. Die Saug-/Sammelvorrichtung 36 gibt das Kühlmittel 40 in Gasform an den Kompressor 22 weiter, während sie außerdem überschüssige Mengen des Kühlmittels 40 in flüssiger Form sammelt und es mit einer kontrollierten Rate dem Kompressor 22 zuführt.
Das im Kühlfluidkreislauf 20 verwendete Kühlmittel 40 kann basierend auf mehreren Faktoren gewählt werden, welche die voraussichtliche Betriebstemperatur innerhalb des Schranks 12 und den Siedepunkt sowie andere Charakteristiken des Kühlmittels 40 umfassen. Zum Beispiel umfasst in Kühlgeräten mit einer voraussichtlichen Schranktemperatur von etwa –30°C ein beispielhaftes Kühlmittel 40, das für die gegenwärtig beschriebene Ausführungsform geeignet ist, Kühlmittel, die im Handel unter den jeweiligen Bezeichnungen R404A erhältlich sind. Außerdem kann das Kühlmittel 40 in spezifischen Ausführungsformen mit einem Öl kombiniert werden, um die Schmierung des Kompressors 22 zu erleichtern. Zum Beispiel und, ohne darauf beschränkt zu sein, kann das Kühlmittel 40 mit Mobil EAL Arctic 32 Öl kombiniert werden. Es versteht sich von selbst, dass die genaue Anordnung der in den Figuren veranschaulichten Komponenten nur als Beispiel und nicht als Einschränkung gedacht ist.
Unter Bezugnahme auf 3 bis 7B und insbesondere 3 umfasst das Kühlgerät 10 eine isolierte Abdeckung, die durch eine erste Verdampferabdeckung 76 und eine zweite Verdampferabdeckung 78 definiert ist, die zusammen den Innenraum 18 des Schranks 12 in ein erstes Verdampferfach 80, ein zweites Verdampferfach 82 und einen Kühlinnenraumabschnitt 84 teilen. Die ersten und zweiten Verdampferabdeckungen 76, 78 sind mit einer oder mehreren der Oberseitenwand 86, der Seitenwände 88 (einschließlich einer Rückwand 88) und/oder der Unterseitenwand 90 verbunden, die zusammen das Schrankgehäuse 14 definieren. Genauer gesagt, ist die erste Verdampferabdeckung 76 mit der Oberseitenwand 86 und den Seitenwänden 88 des Schrankgehäuses 14 verbunden, um die Verdampferfächer 80, 82 thermisch von der Wärmeenergie innerhalb des Innenraums 18 zu trennen, wenn diese Wärmeenergie innerhalb des Innenraums 18 des Schranks 12 zunimmt. Die erste Verdampferabdeckung 76 umfasst einen vertikalen Plattenabschnitt 76a, der sich von der Oberseitenwand 86 des Schrankgehäuses 14 nach unten erstreckt, und einen horizontalen Plattenabschnitt 76b, der sich zwischen dem vertikalen Plattenabschnitt 76a und den Seitenwänden 88 des Schrankgehäuses 14 erstreckt. Ähnlich umfasst die zweite Verdampferabdeckung 78 einen vertikalen Plattenabschnitt 78a, der sich von der Oberseitenwand 86 nach unten erstreckt, und einen horizontalen Plattenabschnitt 78b, der sich zwischen dem vertikalen Plattenabschnitt 78a und den Seitenwänden 88 erstreckt. Die vertikalen Plattenabschnitte 76a, 78a und die horizontalen Plattenabschnitte 76b, 78b sind aus einer oder mehreren thermisch isolierenden Platten gebildet, wie beispielsweise einer vakuumisolierten Hohlplatte (dargestellt in 4). Es versteht sich von selbst, dass in anderen Ausführungsformen der Erfindung andere Arten von isolierten Platten verwendet werden können, die Platten auf Schaumstoffbasis umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein.
Wie in 3 dargestellt, ist das erste Verdampferfach 80 durch den entsprechenden vertikalen Plattenabschnitt 76a, den horizontalen Plattenabschnitt 76b, die Seitenwände 88, die Oberseitenwand 86 und eine isolierte Trennwand 92, die sich zwischen dem ersten Verdampferfach 80 und dem zweiten Verdampferfach 82 befindet, als ein im Allgemeinen geradliniger Raum definiert. Der erste Verdampfer 32 lagert auf einer ersten Unterteilungsplatte 94, die im Allgemeinen mittig innerhalb des ersten Verdampferfachs 80 angeordnet ist, um das erste Verdampferfach 80 in eine Einlassseite 96 und eine Auslassseite 98 zu teilen.
Ähnlich ist das zweite Verdampferfach 82 durch den entsprechenden vertikalen Plattenabschnitt 78a, den horizontalen Plattenabschnitt 78b, die Seitenwände 88, die Oberseitenwand 86 und die isolierte Trennwand 92 als ein im Allgemeinen rechteckiger Raum definiert. Der zweite Verdampfer 34 lagert auf einer zweiten Unterteilungsplatte 100, die im Allgemeinen mittig innerhalb des zweiten Verdampferfachs 82 angeordnet ist, um das zweite Verdampferfach 82 in eine Einlassseite 102 und eine Auslassseite 104 zu teilen. Die Trennwand 92 und jede der ersten und zweiten Unterteilungsplatten 94, 100 sind in dieser Ausführungsform aus einer vakuumisolierten Platte oder einer isolierten Platte auf Schaumstoffbasis gebildet, obwohl es sich von selbst versteht, dass in anderen Ausführungsformen auch andere Arten von isolierten Platten verwendet werden können.
Der horizontale Plattenabschnitt 76b der ersten Verdampferabdeckung 76 umfasst eine Einlassöffnung 106 auf der Einlassseite 96 der ersten Unterteilungsplatte 94 und eine Auslassöffnung 108 auf der Auslassseite 98 der ersten Unterteilungsplatte 94. Die erste Klappe 66 umfasst eine isolierte Platte, die so betätigt werden kann, dass sie sich dreht, um einen Fluss durch die Einlassöffnung 106 zwischen der Einlassseite 96 und dem Kühlinnenraum 18 des Schranks 12 zu öffnen oder zu schließen. Ähnlich umfasst die zweite Klappe 68 eine isolierte Platte, die so betätigt werden kann, dass sie sich dreht, um einen Fluss durch die Auslassöffnung 108 zwischen der Auslassseite 98 und dem Kühlinnenraum 18 des Schranks 12 zu öffnen oder zu schließen. Demnach können die ersten und zweiten Klappen 66, 68 als jeweilige Abschnitte einer ersten Klappenanordnung betätigt werden, um einen Fluss durch den ersten Verdampfer 32 zu ermöglichen.
Der horizontale Plattenabschnitt 78b der zweiten Verdampferabdeckung 78 umfasst ebenfalls eine Einlassöffnung 110 auf der Einlassseite 102 der zweiten Unterteilungsplatte 100 und eine Auslassöffnung 112 auf der Auslassseite 104 der zweiten Unterteilungsplatte 100. Die dritte Klappe 72 umfasst eine isolierte Platte, die so betätigt werden kann, dass sie sich dreht, um einen Fluss durch die Einlassöffnung 110 zwischen der Einlassseite 102 und dem Kühlinnenraum 18 des Schranks 12 durchzulassen oder zu sperren. Ähnlich umfasst die vierte Klappe 74 eine isolierte Platte, die so betätigt werden kann, dass sie sich dreht, um einen Fluss durch die Auslassöffnung 112 zwischen der Auslassseite 104 und dem Kühlinnenraum 18 des Schranks 12 durchzulassen oder zu sperren. Zu diesem Zweck können die zweiten und vierten Klappen 72, 74 als jeweilige Abschnitte einer zweiten Klappenanordnung betätigt werden, um einen Fluss durch den zweiten Verdampfer 34 zu ermöglichen.
Wie außerdem in 3 dargestellt, sind die ersten und zweiten Klappen 66, 68 mit einem ersten Klappenantriebsmechanismus 120, wie beispielsweise jeweiligen ersten und zweiten Servomotoren 122, 124 und ersten und zweiten Antriebswellen 126, 128, funktionell verbunden. Die Steuerung und die Funktionsweise des ersten Klappenantriebsmechanismus 120 werden im Folgenden unter Bezugnahme auf 8 ausführlicher beschrieben. Es versteht sich von selbst, dass die ersten und zweiten Antriebswellen 126, 128 in einigen Ausführungsformen durch eine herkömmliche Antriebsstange (nicht dargestellt) verbunden sein können, so dass nur ein einziger Servomotor zum Öffnen und Schließen der ersten und zweiten Klappen 66, 68 erforderlich wäre. In dieser Hinsicht werden die ersten und zweiten Klappen 66, 68 typischerweise gleichzeitig geöffnet (oder geschlossen), so dass ein Fluss durch das erste Verdampferfach 80 und den ersten Verdampfer 32 ermöglicht wird.
Ähnlich sind die dritten und vierten Klappen 72, 74 mit einem zweiten Klappenantriebsmechanismus 130, wie beispielsweise jeweiligen dritten und vierten Servomotoren 132, 134 und dritten und vierten Antriebswellen 136, 138, funktionell verbunden. Die Steuerung und die Funktionsweise des zweiten Klappenantriebsmechanismus 130 werden im Folgenden unter Bezugnahme auf 8 ausführlicher beschrieben. Es versteht sich von selbst, dass die dritten und vierten Antriebswellen 136, 138 in einigen Ausführungsformen durch eine herkömmliche Antriebsstange (nicht dargestellt) verbunden sein können, so dass nur ein einziger Servomotor zum Öffnen und Schließen der dritten und vierten Klappen 72, 74 erforderlich wäre. In dieser Hinsicht werden die dritten und vierten Klappen 72, 74 typischerweise gleichzeitig geöffnet (oder geschlossen), so dass einen Fluss durch das zweite Verdampferfach 82 und den zweiten Verdampfer 34 ermöglicht wird.
Unter Bezug auf 4 sind die ersten und zweiten Verdampfer 32, 34 in weiteren Einzelheiten dargestellt. Zu diesem Zweck umfasst der erste Verdampfer 32 ein erstes Verdampfergehäuse 140, das eine erste Verdampferkühlschlange 142 einschließt, die sich in schlangenartiger Weise über eine Breite des ersten Verdampfers 32 erstreckt. Die erste Verdampferkühlschlange 142 ist mit der Rohrleitung 38 des Kühlfluidkreislaufs 20, die Flüssigphasenkühlmittel zur ersten Verdampferkühlschlange 142 befördert und verdampftes und restliches Flüssigphasenkühlmittel aus der ersten Verdampferkühlschlange 142 entfernt, funktionell verbunden. Das erste Verdampfergebläse 64 ist entlang des ersten Verdampfergehäuses 140 an der Einlassseite 96 des Verdampferfachs 80 montiert, um einen Luftstrom durch das erste Verdampfergehäuse 140 und durch die erste Verdampferkühlschlange 142 zu treiben. Nach dem Durchströmen durch die erste Verdampferkühlschlange 142 tritt gekühlte Luft aus dem ersten Verdampfergehäuse 140 aus und in die Auslassseite 98 des ersten Verdampferfachs 80 ein.
Der erste Verdampfer 32 umfasst außerdem ein erstes Enteisungsheizgerät 144 zum Entfernen von Reif, der sich auf der ersten Verdampferkühlschlange 142 bildet, nach Bedarf oder auf einer regelmäßigen Basis. Das erste Enteisungsheizgerät 144 ist in 4 und 6A bis 7B benachbart zur ersten Verdampferkühlschlange 142 montiert dargestellt, aber es versteht sich von selbst, dass das erste Enteisungsheizgerät 144 überall innerhalb des ersten Verdampfergehäuses 140 montiert sein kann. Das erste Enteisungsheizgerät 144 wird durch die Steuerung 50 und die Steuerschnittstelle 52, die zuvor unter Bezugnahme auf 2 beschrieben wurden, so betrieben, dass es die erste Verdampferkühlschlange 142 erwärmt und jeglichen Reif schmilzt. Das erste Verdampfergehäuse 140 umfasst ferner eine erste Auffangwanne 146, die sich unter der ersten Verdampferkühlschlange 142 befindet und so konfiguriert ist, dass sie den geschmolzenen Reif auffängt und an einen Ort außerhalb des Kühlgeräts 10 entsorgt. In dieser Hinsicht ist die erste Auffangwanne 146 von einer horizontalen Ausrichtung im Allgemeinen so abgewinkelt, dass Feuchtigkeit, die von der ersten Verdampferkühlschlange 142 abtropft, automatisch zu einem Feuchtigkeitsauslass (nicht dargestellt) fließt.
Ähnlich umfasst der zweite Verdampfer 34 ein zweites Verdampfergehäuse 150, das eine zweite Verdampferkühlschlange 152 einschließt, die sich in schlangenartiger Weise über eine Breite des zweiten Verdampfers 34 erstreckt. Die zweite Verdampferkühlschlange 152 ist mit der Rohrleitung 38 des Kühlfluidkreislaufs 20, die Flüssigphasenkühlmittel zur zweiten Verdampferkühlschlange 152 befördert und verdampftes und restliches Flüssigphasenkühlmittel aus der zweiten Verdampferkühlschlange 152 entfernt, funktionell verbunden. Das zweite Verdampfergebläse 70 ist entlang des zweiten Verdampfergehäuses 150 montiert und erzeugt einen Luftstrom von der Einlassseite 102 des zweiten Verdampferfachs 82 durch die zweite Verdampferkühlschlange 152 und zur Auslassseite 104 des zweiten Verdampferfachs 82. Der zweite Verdampfer 34 umfasst außerdem ein zweites Enteisungsheizgerät 154 zum Entfernen von Reif, der sich auf der zweiten Verdampferkühlschlange 52 bildet, nach Bedarf oder auf einer regelmäßigen Basis und eine zweite Auffangwanne 156, die sich unter der zweiten Verdampferkühlschlange 152 befindet und so konfiguriert ist, dass sie geschmolzenen Reif auffängt und an einen Ort außerhalb des Kühlgeräts 10 entsorgt. Der zweite Verdampfer 34 ist im Aufbau im Allgemeinen identisch mit dem ersten Verdampfer 32, so dass eine genauere Erläuterung nicht notwendig ist.
Wie in 5 dargestellt, sind die ersten und zweiten Verdampferfächer 80, 82 in dieser Ausführungsform des Kühlgeräts rückwärts von der Tür 16 beabstandet. 5 veranschaulicht außerdem deutlicher, wie die Trennwand 92 und die ersten und zweiten Unterteilungsplatten 940, 100 die ersten und zweiten Verdampferfächer 80, 82 teilen. Die ersten und zweiten Verdampfer 32, 34 sind in 4 und 5 in der im Allgemeinen gleichen Ausrichtung dargestellt. Es versteht sich von selbst, dass die Ausrichtung eines oder beider der Verdampfer in anderen Ausführungsformen innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung 32, 34 umgekehrt oder anderweitig modifiziert sein könnte.
Unter Bezugnahme auf 6A bis 7B umfasst das Kühlgerät 10 ferner ein oberes Fach 160, das sich über der Oberseitenwand 86 des Schrankgehäuses 14 befindet. Das obere Fach 160 enthält andere Elemente des Kühlfluidkreislaufs 20 als die Verdampfer 32, 34 (z. B. den Kompressor 22, den Kondensator 24 usw.), um dadurch die meisten der Platz raubenden oder Wärme erzeugenden Komponenten aus dem Innenraum 18 des Schranks 12 zu entfernen. Diese anderen Elemente, die sich innerhalb des oberen Faches 160 befinden, sind in 6A bis 7B nicht dargestellt, obwohl sie in 2 schematisch dargestellt sind. Die Rohrleitung 38 für das Kühlmittel 40 erstreckt sich durch die Oberseitenwand 86, um Kühlmittel 40 zwischen den Komponenten im oberen Fach 160 und den ersten und zweiten Verdampfers 32, 34 im Schrank 12 zu befördern.
6A bis 7B veranschaulichen außerdem mehrere Betriebszustände für das Kühlgerät 10. Genauer gesagt, sind in 6A die ersten und zweiten Klappen 66, 68 geschlossen, wodurch das erste Verdampferfach 80 thermisch vom Kühlabschnitt 84 getrennt wird. Das erste Verdampfergebläse 64 ist im Allgemeinen inaktiv, wenn die ersten und zweiten Klappen 66, 68 geschlossen sind, da keine Luft in das und aus dem ersten Verdampferfach 80 zirkuliert werden kann. Das erste Enteisungsheizgerät 144 wird nur in diesem Betriebszustand des Kühlgeräts 10 betrieben, so dass im Wesentlichen die gesamte Wärmeenergie, die durch das erste Enteisungsheizgerät 144 erzeugt wird, während eines Enteisungszyklus oder -prozesses innerhalb des ersten Verdampferfachs 80 bleibt. Zu diesem Zweck wird die Temperaturspitze innerhalb des Kühlabschnitts 84 des Innenraums 18 während des Enteisungszyklus reduziert oder eliminiert. Dagegen sind die ersten und zweiten Klappen in 6B offen, so dass Luft aus dem Kühlabschnitt 84 zur Kühlung durch den ersten Verdampfer 32 und die erste Verdampferkühlschlange 142 strömen kann. Der Luftstrom, der durch das erste Verdampfergebläse 64 angetrieben wird, ist in 6B durch Pfeile 162 schematisch dargestellt. Demnach tritt in diesem Betriebszustand des Kühlgeräts 10 verhältnismäßig warme Luft durch die erste Einlassöffnung 106 in das erste Verdampferfach 80 ein, und verhältnismäßig kühle Luft tritt durch die erste Auslassöffnung 108 aus dem ersten Verdampferfach 80 aus.
Ähnlich sind in 7A die dritten und vierten Klappen 72, 74 geschlossen, wodurch das zweite Verdampferfach 82 thermisch vom Kühlabschnitt 84 getrennt wird. Das zweite Verdampfergebläse 70 ist im Allgemeinen inaktiv, wenn die dritten und vierten Klappen 72, 74 geschlossen sind, da keine Luft in das und aus dem zweiten Verdampferfach 82 zirkuliert werden kann. Das zweite Enteisungsheizgerät 154 wird nur in diesem Betriebszustand des Kühlgeräts 10 betrieben, so dass im Wesentlichen die gesamte Wärmeenergie, die durch das zweite Enteisungsheizgerät 154 erzeugt wird, während eines Enteisungszyklus oder -prozesses innerhalb des zweiten Verdampferfachs 82 bleibt. Zu diesem Zweck wird die Temperaturspitze innerhalb des Kühlabschnitts 84 des Innenraums 18 während des Enteisungszyklus reduziert oder eliminiert. Dagegen sind die dritten und vierten Klappen 72, 74 in 7B offen, so dass Luft aus dem Kühlabschnitt 84 zur Kühlung durch den zweiten Verdampfer 34 und die zweite Verdampferkühlschlange 152 strömen kann. Der Luftstrom, der durch das zweite Verdampfergebläse 70 angetrieben wird, ist in 7B durch Pfeile 164 schematisch dargestellt. Demnach tritt in diesem Betriebszustand des Kühlgeräts 10 verhältnismäßig warme Luft durch die zweite Einlassöffnung 110 in das zweite Verdampferfach 82 ein, und verhältnismäßig kühle Luft tritt durch die zweite Auslassöffnung 112 aus dem zweiten Verdampferfach 82 aus.
8 stellt die Steuerungs- und Betätigungsmechanismen für die ersten, zweiten, dritten und vierten Klappen 66, 68, 72, 74 schematisch dar. Genauer gesagt, sind die Klappen 66, 68, 72, 74 mit den entsprechenden ersten und zweiten Klappenantriebsmechanismen 120, 130 verbunden, welche mit der Steuerung 50 gekoppelt sind. Wie auf dem Fachgebiet bekannt ist, kann die Steuerung 50 mindestens eine zentrale Verarbeitungseinheit („CPU”) umfassen, die mit einem Speicher verbunden ist. Jede CPU ist unter Verwendung von Schaltungslogik, die auf einer/einem oder mehreren physischen, integrierten Schaltungsvorrichtungen oder Chips angeordnet ist, typischerweise in Hardware implementiert. Bei jeder CPU kann es sich um einen oder mehrere Mikroprozessoren, Mikrocontroller, Feld-programmierbare Gate Arrays oder ASICs handeln, während der Speicher einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen dynamischen Direktzugriffsspeicher (DRAM), einen statischen Direktzugriffsspeicher (SRAM), einen Flash-Speicher und/oder ein anderes digitales Speichermedium umfassen kann und typischerweise ebenfalls unter Verwendung von Schaltungslogik implementiert ist, die auf einer/einem oder mehreren integrierten Schaltungsvorrichtungen oder Chips angeordnet ist. Entsprechend kann der Speicher so betrachtet werden, dass er Speicherplatz umfasst, der an anderer Stelle im Kühlgerät 10 physisch angeordnet ist, z. B. einen Cache-Speicher in der mindestens einen CPU, sowie eine beliebige Speicherkapazität, die als virtueller Speicher verwendet wird, wie z. B. gespeichert auf einer Massenspeichervorrichtung, wie beispielsweise einem Festplattenlaufwerk, einem anderen Rechensystem, einer Netzwerkspeichervorrichtung (z. B. einem Bandlaufwerk) oder einer anderen Netzwerkvorrichtung, die über mindestens ein Netzwerk durch mindestens eine Netzwerkschnittstelle mit der Steuerung 50 verbunden ist. Das Rechensystem ist in spezifischen Ausführungsformen ein Computer, ein Computersystem, eine Rechenvorrichtung, ein Server, ein Plattensubsystem oder eine programmierbare Vorrichtung, wie beispielsweise ein Mehrbenutzerrechner, ein Einzelplatzrechner, eine tragbare Rechenvorrichtung, eine vernetzte Vorrichtung (einschließlich eines Computers in Cluster-Konfiguration), eine mobile Telekommunikationsvorrichtung, eine Videospielkonsole (oder ein anderes Spielsystem) usw. Die Steuerung 50 umfasst mindestens eine serielle Schnittstelle zur seriellen Kommunikation mit einer externen Vorrichtung, wie beispielsweise dem Klappenantriebsmechanismus 120, 130. Demnach funktioniert die Steuerung 50 so, dass sie den Betrieb des Klappenantriebsmechanismus 120, 130 steuert.
Wie bereits erwähnt, können die Klappenantriebsmechanismen 120, 130 einen oder mehrere Servomotoren 122, 124, 132, 134 umfassen, die über entsprechende Antriebswellen 126, 128, 136, 138 mit den Klappen 66, 68, 72, 74 verbunden sind. Die Klappenantriebsmechanismen 120, 130 können in anderen Ausführungsformen jedoch auch andere Arten von Betätigungsmechanismen und -vorrichtungen umfassen. Zum Beispiel können die Klappenantriebsmechanismen 120, 130 hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch angetrieben werden, wie beispielsweise durch verschiedene Typen von Motoren. Die Klappenantriebsmechanismen 120, 130 können so konfiguriert sein, dass sie die Klappen 66, 68, 72, 74 zwischen offenen und geschlossenen Positionen drehen, wie in der veranschaulichten Ausführungsform dargestellt, aber es versteht sich von selbst, dass die Klappenantriebsmechanismen 120, 130 die Klappen 66, 68, 72, 78 alternativ auch verschieben oder anderweitig in nicht drehender Weise bewegen können.
Eine beispielhafte Funktionsweise des Kühlgeräts 10 ist im Ablaufdiagramm von 9 schematisch dargestellt. In dieser Hinsicht kann die Steuerung 50 so betrieben werden, dass sie dem Kühlgerät 10 befiehlt, die Schritte des Verfahrens 200 auszuführen, das in dieser Figur dargestellt ist. Zu diesem Zweck bestimmt die Steuerung 50 bei Schritt 202, ob ein Enteisungszyklus für den ersten Verdampfer 32 erforderlich ist. Zum Beispiel bestimmt die Steuerung 50 bei einem zeitbasierten Enteisungszyklus bei Schritt 202, ob seit dem letzten Enteisungszyklus des ersten Verdampfers 32 eine vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist. Wenn dies der Fall ist, dann startet die Steuerung 50 bei Schritt 204 den Enteisungszyklus für den ersten Verdampfer 32. Wenn nicht, begibt sich die Steuerung 50 zu Schritt 218, um zu prüfen, ob der zweite Verdampfer 34 einen Enteisungszyklus erfordert, wie im Folgenden ausführlicher beschrieben. In einem Beispiel kann das Kühlgerät 10 alle sechs Stunden enteisen, in welchem Fall die vorbestimmte Zeitdauer sechs Stunden betragen würde. Alternativ kann die Steuerung 50 so betrieben werden, dass sie in Abhängigkeit von Betriebscharakteristiken, die zwischen Enteisungszyklen gemessen werden, wie im Folgenden ausführlicher beschrieben, adaptive Enteisungen vornimmt, die durch variierende Zeiträume voneinander beabstandet sind.
Zurück zu 9 betätigt die Steuerung 50, wenn ein Enteisungszyklus zur Entfernung von gebildetem Reif von der ersten Verdampferkühlschlange 142 erforderlich ist, bei Schritt 204 das Dreiwegeventil 28, um das Kühlmittel 40 nur zum zweiten Verdampfer 34 zu leiten. In dieser Hinsicht setzt die Steuerung 50 den Betrieb des zweiten Verdampfers 34 bei Schritt 206 fort, um den Innenraum 18 des Schranks 12 zu kühlen, während der erste Verdampfer 32 entfrostet wird. Als Nächstes stoppt die Steuerung 50 bei Schritt 208 den Betrieb des ersten Verdampfergebläses 64. Die Steuerung 50 schließt dann bei Schritt 210 die ersten und zweiten Klappen 66, 68 (d. h. die erste Klappenanordnung), um das erste Verdampferfach 80 thermisch vom Kühlabschnitt 84 des Schranks 12 zu trennen. Diese Schritte stoppen den Kühlmitteldurchfluss durch den ersten Verdampfer 32 und stoppen auch den Luftstrom durch den ersten Verdampfer 32. Wenn das erste Verdampferfach 80 thermisch vom Rest des Schranks 12 getrennt ist, startet die Steuerung 50 bei Schritt 212 den Betrieb des ersten Enteisungsheizgeräts 144. Das erste Enteisungsheizgerät 144 erwärmt den ersten Verdampfer 32 und die erste Verdampferkühlschlange 142, um Reif zu schmelzen und zu bewirken, dass Feuchtigkeit zur Entfernung aus dem ersten Verdampfer 32 auf die erste Auffangwanne 146 tropft. Der Betriebszustand des Kühlgeräts 10 an diesem Punkt ist in 6A dargestellt.
Einer der Sensoren S₃, der mit dem ersten Verdampfer 32 verbunden ist, kann so konfiguriert sein, dass er die Temperatur des ersten Verdampfers 32 misst. Sobald die Steuerung 50 bestimmt, dass der erste Verdampfer 32 für eine Zeit, die zum Schmelzen von Reif ausreicht, der sich auf der ersten Verdampferkühlschlange 142 gebildet hat, auf eine erste Zieltemperatur über dem Gefrierpunkt von Wasser (0°C) erwärmt wurde, stoppt die Steuerung 50 bei Schritt 214 das erste Enteisungsheizgerät 144 und lässt eine festgelegte Dauer von „Abtropfzeit” zu, in welcher zusätzliche Feuchtigkeit von der ersten Verdampferkühlschlange 142 in die erste Auffangwanne 146 tropft. In einem Beispiel kann diese Zieltemperatur etwa 10°C betragen. Nach Ablauf dieser „Abtropfzeit” leitet die Steuerung 50 bei Schritt 216 das Kühlmittel 40 mit dem Dreiwegeventil 28 wieder durch beide der ersten und zweiten Verdampfer 32, 34, um dadurch das erste Verdampferfach 80 zu kühlen. Wie in 6B normalerweise dargestellt, kann der erste Verdampfer 32 dann durch Öffnen der ersten und zweiten Klappen 66, 68 und Starten des ersten Verdampfergebläses 64 verwendet werden. Aufgrund der ersten Verdampferabdeckung 76 verursacht der Enteisungszyklus keine signifikante Temperaturspitze innerhalb des Kühlinnenraums 18 des Schranks 12, und das Kühlgerät 10 ist daher vorteilhaft gegenüber herkömmlichen Kühlgerätekonstruktionen.
Zurück zu Schritt 218 bestimmt die Steuerung 50, ob ein Enteisungszyklus für den zweiten Verdampfer 34 erforderlich ist. Zum Beispiel bestimmt die Steuerung bei einem zeitbasierten Enteisungszyklus bei Schritt 218, ob seit dem letzten Enteisungszyklus des zweiten Verdampfers 34 eine vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist. Wenn dies der Fall ist, dann startet die Steuerung 50 bei Schritt 220 den Enteisungszyklus für den zweiten Verdampfer 34. Wenn nicht, kehrt die Steuerung 50 zu Schritt 202 zurück und fährt fort, zu warten und periodisch zu prüfen, um festzustellen, ob die vorbestimmte Zeitdauer entweder für den ersten Verdampfer 32 oder den zweiten Verdampfer 34 verstrichen ist. Wie bereits zuvor in Bezug auf einen zeitbasierten Enteisungszyklus beschrieben, kann das Kühlgerät 10 jeden Verdampfer 32, 34 alle sechs Stunden enteisen, in welchem Fall die vorbestimmte Zeitdauer sechs Stunden betragen würde. Alternativ kann die Steuerung 50 so betrieben werden, dass sie in Abhängigkeit von Betriebscharakteristiken, die zwischen Enteisungszyklen gemessen werden, adaptive Enteisungen vornimmt, die durch variierende Zeiträume voneinander beabstandet sind.
Wenn ein Enteisungszyklus zur Entfernung von gebildetem Reif von der zweiten Verdampferkühlschlange 152 erforderlich ist, betätigt die Steuerung 50 bei Schritt 220 das Dreiwegeventil 28, um das Kühlmittel 40 nur zum ersten Verdampfer 32 zu leiten. In dieser Hinsicht setzt die Steuerung 50 den Betrieb des ersten Verdampfers 32 bei Schritt 222 fort, um den Innenraum 18 des Schranks 12 weiter zu kühlen, während der zweite Verdampfer 34 entfrostet wird. Als Nächstes stoppt die Steuerung 50 bei Schritt 224 den Betrieb des zweiten Verdampfergebläses 70. Die Steuerung 50 schließt dann bei Schritt 226 die dritten und vierten Klappen 72, 74 (d. h. die zweite Klappenanordnung), um das zweite Verdampferfach 82 thermisch vom Kühlabschnitt 84 des Schranks 12 zu trennen. Diese Schritte stoppen den Kühlmitteldurchfluss durch den zweiten Verdampfer 34 und stoppen auch den Luftstrom durch den zweiten Verdampfer 34. Wenn das zweite Verdampferfach 82 thermisch vom Rest des Schranks 12 getrennt ist, startet die Steuerung 50 bei Schritt 228 den Betrieb des zweiten Enteisungsheizgeräts 154. Das zweite Enteisungsheizgerät 154 erwärmt den zweiten Verdampfer 34 und die zweite Verdampferkühlschlange 152, um Reif zu schmelzen und zu bewirken, dass Feuchtigkeit zur Entfernung aus dem zweiten Verdampfer 34 auf die zweite Auffangwanne 156 tropft. Der Betriebszustand des Kühlgeräts 10 an diesem Punkt ist in 7A dargestellt.
Einer der Sensoren S₇, der mit dem zweiten Verdampfer 34 verbunden ist, kann so konfiguriert sein, dass er die Temperatur des zweiten Verdampfers 34 misst. Sobald die Steuerung 50 bestimmt, dass der zweite Verdampfer 34 für eine Zeit, die zum Schmelzen von Reif ausreicht, der sich auf der zweiten Verdampferkühlschlange 152 gebildet hat, auf eine erste Zieltemperatur über dem Gefrierpunkt von Wasser (0°C) erwärmt wurde, stoppt die Steuerung 50 daher bei Schritt 230 das zweite Enteisungsheizgerät 154 und lässt eine festgelegte Dauer von „Abtropfzeit” zu, in welcher zusätzliche Feuchtigkeit der zweiten Verdampferkühlschlange 152 in die zweite Auffangwanne 156 tropft. In einem Beispiel kann diese Zieltemperatur etwa 10°C betragen. Nach Ablauf dieser „Abtropfzeit” leitet die Steuerung 50 das Kühlmittel 40 mit dem Dreiwegeventil 28 bei Schritt 232 wieder durch beide der ersten und zweiten Verdampfer 32, 34, um dadurch das zweite Verdampferfach 82 zu kühlen. Wie in 7B normalerweise dargestellt, kann der zweite Verdampfer 34 dann durch Öffnen der dritten und vierten Klappen 72, 74 und Starten des zweiten Verdampfergebläses 70 verwendet werden. Aufgrund der zweiten Verdampferabdeckung 78 verursacht der Enteisungszyklus keine signifikante Temperaturspitze innerhalb des Kühlinnenraums 18 des Schranks 12.
Außerdem ist die Anordnung mit zwei Verdampfern 32, 34 auch während eines anfänglichen Kühlens des Schranks 12 oder unmittelbar nach dem Öffnen der Tür 16 vorteilhaft. In dieser Hinsicht kann die Steuerung 50 außerdem so betrieben werden, dass sie dem Kühlgerät 10 befiehlt, unter diesen Umständen einen verstärkten Kühlzyklus durchzuführen. Bei diesem verstärkten Kühlzyklus weist die Steuerung 50 das Dreiwegeventil 28 an, das Kühlmittel 40 durch beide der ersten und zweiten Verdampfer 32, 34 zu leiten. Die Steuerung 50 löst außerdem das Öffnen der ersten, zweiten, dritten und vierten Klappen 66, 68, 72, 74 aus, derart dass Wärme durch beide Verdampfer 32, 34 gleichzeitig aus dem Kühlinnenraum 18 des Schranks 12 abgeführt wird. Dieser Prozess setzt den Kühlinnenraum 18 bei anfänglichem Starten des Kühlgeräts 10 oder unmittelbar nach dem Öffnen der Tür 16 vorteilhaft und schnell auf die vorgesehene Kühllagerungstemperatur zurück.
Wie zuvor kurz erwähnt, ist der Enteisungszyklus in einer alternativen Ausführungsform ein adaptiver Enteisungszyklus, der bei Schritt 202 und 218 des Verfahrens 200 selektiv ausgelöst wird. Bei diesem adaptiven Enteisungszyklus werden der Zeitraum zwischen Enteisungszyklen und die Zeitdauer der Enteisungszyklen basierend auf einer Mehrzahl von Betriebsparametern modifiziert, die von der Steuerung 50 überwacht werden. Zum Beispiel kann der herkömmliche zeitbasierte Enteisungszyklus die ersten und zweiten Enteisungsheizgeräte 144, 154 (nicht gleichzeitig) alle sechs Stunden für 10 Minuten betreiben. Dagegen kann der adaptive Enteisungszyklus die tatsächliche Temperatur, die im Schrank 12 aufrechterhalten wird, sowie die Anzahl von Türöffnungen und die Gesamtzeit des Offenstehens der Tür 16 überwachen. Diese und andere Faktoren werden berücksichtigt, um zu bestimmen, wie lange der Zeitraum vor dem Start des nächsten Enteisungszyklus sein sollte und wie lange außerdem die ersten und zweiten Enteisungsheizgeräte 144, 154 im nächsten Enteisungszyklus betrieben werden sollten. In dieser Hinsicht kann dann, wenn die Tür 16 des Schranks 12 während eines sechsstündigen Zeitraums nicht oft geöffnet wird und die ersten und/oder zweiten Verdampfer 32, 34 wenig Probleme bei der Aufrechterhaltung der gewünschten Temperatur innerhalb des Kühlabschnitts 84 haben, der nächste Enteisungszyklus um eine zusätzliche Anzahl von Stunden verzögert und/oder in der Dauer verkürzt werden. Demnach ist der adaptive Enteisungszyklus hoch effizient, da die ersten und zweiten Verdampferkühlschlangen 142, 152 nur enteist werden, wenn der Zyklus notwendig wird. Außerdem stellt der adaptive Enteisungszyklus das Kühlgerät 10 unter einer Vielzahl von Umgebungsbedingungen automatisch für einen korrekten und effizienten Betrieb ein.
Obwohl die vorliegende Erfindung durch eine Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht wurde und obwohl diese Ausführungsform einigermaßen im Detail beschrieben wurde, ist es nicht die Absicht des Anmelders, den Schutzumfang der angehängten Ansprüche auf solche Details zu beschränken oder in irgendeiner Weise einzuschränken. Zusätzliche Vorteile und Modifikationen sind für Fachleute leicht zu erkennen. Die Erfindung ist daher in ihren allgemeineren Aspekten weder auf die spezifischen Details noch auf die repräsentative Vorrichtung und das repräsentative Verfahren oder das veranschaulichende Beispiel, die dargestellt bzw. beschrieben wurden, beschränkt. Demgemäß können Abweichungen von diesen Details vorgenommen werden, ohne vom Gedanken oder Schutzumfang des allgemeinen erfinderischen Konzepts des Anmelders abzuweichen.

Claims

Kühlgerät, umfassend: einen Schrank mit einem einheitlichen Kühlinnenraum; einen Kühlfluidkreislauf zum Zirkulieren eines Kühlmittels, wobei der Kühlfluidkreislauf einen Kompressor, einen Kondensator eine Expansionsvorrichtung, einen ersten Verdampfer, der sich innerhalb des Schranks befindet, einen zweiten Verdampfer, der sich innerhalb des Schranks befindet, und ein Dreiwegeventil, das eine selektive Kommunikation des Kühlmittels durch einen oder beide der ersten und zweiten Verdampfer ermöglicht; wobei der erste Verdampfer eine erste Verdampferkühlschlange, ein erstes Verdampfergebläse, das einen Luftstrom durch die erste Verdampferkühlschlange erzeugt, und eine erste Verdampferabdeckung umfasst, die ein erstes Verdampferfach vom Kühlinnenraum trennt; der zweite Verdampfer eine zweite Verdampferkühlschlange, ein zweites Verdampfergebläse, das einen Luftstrom durch die zweite Verdampferkühlschlange erzeugt, und eine zweite Verdampferabdeckung umfasst, die ein zweites Verdampferfach vom Kühlinnenraum trennt; mindestens eine erste Klappe, die sich öffnen kann, um eine Luftzirkulation durch die erste Verdampferabdeckung aus dem Kühlinnenraum durch den ersten Verdampfer zu ermöglichen; und mindestens eine zweite Klappe, die sich öffnen kann, um eine Luftzirkulation durch die zweite Verdampferabdeckung aus dem Kühlinnenraum durch den zweiten Verdampfer zu ermöglichen, wobei das Dreiwegeventil Kühlmittel nur in einen der ersten und zweiten Verdampfer leitet, wenn der andere Verdampfer eine Enteisung erfordert.
Kühlgerät nach Anspruch 1, wobei der erste Verdampfer ein erstes Enteisungsheizgerät umfasst, und das Kühlgerät ferner umfasst: eine Steuerung, die so betrieben werden kann, dass sie dem Kühlgerät befiehlt, die folgenden Schritte auszuführen, wenn der erste Verdampfer eine Enteisung erfordert: Leiten von Kühlmittel mit dem Dreiwegeventil nur durch den zweiten Verdampfer; Abführen von Wärme aus dem Kühlinnenraum mit dem zweiten Verdampfer; Stoppen des Betriebs des ersten Verdampfergebläses; Schließen der mindestens einen ersten Klappe, um den ersten Verdampfer vom Kühlinnenraum zu trennen; und Starten des Betriebs des ersten Enteisungsheizgeräts.
Kühlgerät nach Anspruch 2, wobei der zweite Verdampfer ein zweites Enteisungsheizgerät umfasst, und die Steuerung ferner so betrieben werden kann, dass sie dem Kühlgerät befiehlt, die folgenden Schritte auszuführen, wenn der zweite Verdampfer eine Enteisung erfordert: Leiten von Kühlmittel mit dem Dreiwegeventil nur durch den ersten Verdampfer; Abführen von Wärme aus dem Kühlinnenraum mit dem ersten Verdampfer; Stoppen des Betriebs des zweiten Verdampfergebläses; Schließen der mindestens einen zweiten Klappe, um den zweiten Verdampfer vom Kühlinnenraum zu trennen; und Starten des Betriebs des zweiten Enteisungsheizgeräts.
Kühlgerät nach Anspruch 3, wobei die Steuerung ferner so betrieben werden kann, dass sie dem Kühlgerät befiehlt, während eines anfänglichen Kühlens des Kühlinnenraums oder unmittelbar nach dem Öffnen des Schranks die folgenden Schritte auszuführen: Leiten von Kühlmittel mit dem Dreiwegeventil durch beide der ersten und zweiten Verdampfer; und gleichzeitiges Abführen von Wärme aus dem Kühlinnenraum mit beiden dem ersten und zweiten Verdampfer.
Kühlgerät nach Anspruch 3, wobei die Steuerung so betrieben werden kann, dass sie eine Zeitdauer zwischen Enteisungszyklen modifiziert und eine Zeitdauer des Betriebs des ersten oder zweiten Enteisungsheizgeräts während eines Enteisungszyklus basierend auf mindestens einem messbaren Betriebsparameter modifiziert.
Kühlgerät nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Steuerung, die so betrieben werden kann, dass sie dem Kühlgerät befiehlt, während eines anfänglichen Kühlens des Kühlinnenraums oder unmittelbar nach dem Öffnen des Schranks die folgenden Schritte auszuführen: Leiten von Kühlmittel mit dem Dreiwegeventil durch beide der ersten und zweiten Verdampfer; und gleichzeitiges Abführen von Wärme aus dem Kühlinnenraum mit beiden der ersten und zweiten Verdampfer.
Kühlgerät nach Anspruch 1, wobei die Expansionsvorrichtung mindestens eines von einem Kapillarrohr oder einem Ventil umfasst.
Kühlgerät nach Anspruch 7, wobei die Expansionsvorrichtung ein erstes Kapillarrohr, das zwischen dem Dreiwegeventil und dem ersten Verdampfer angeordnet ist, und ein zweites Kapillarrohr umfasst, das zwischen dem Dreiwegeventil und dem zweiten Verdampfer angeordnet ist.
Kühlgerät nach Anspruch 1, wobei der Kühlfluidkreislauf eine Sammelvorrichtung umfasst, die funktionell mit den ersten und zweiten Verdampfern und dem Kompressor verbunden ist.
Kühlgerät nach Anspruch 1, wobei der Kühlfluidkreislauf ferner eine Filter-/Trockenvorrichtung umfasst, die funktionell mit dem Kondensator und der Expansionsvorrichtung verbunden ist.
Kühlgerät nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine erste Klappe zwei erste Klappenabschnitte umfasst, wobei einer der ersten Klappenabschnitte in einer offenen Position einen Luftstrom aus dem Kühlinnenraum in den ersten Verdampfer ermöglicht, und der andere Klappenabschnitt in einer offenen Position einen Luftstrom aus dem ersten Verdampfer in den Kühlinnenraum ermöglicht.
Kühlgerät nach Anspruch 11, wobei die mindestens eine zweite Klappe zwei Klappenabschnitte umfasst, wobei einer der zweiten Klappenabschnitte in einer offenen Position einen Luftstrom aus dem Kühlinnenraum in den zweiten Verdampfer ermöglicht, und der andere Klappenabschnitt in einer offenen Position einen Luftstrom aus dem zweiten Verdampfer in den Kühlinnenraum ermöglicht.
Kühlgerät nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Verdampferfächer benachbart und durch eine Trennwand getrennt sind.
Kühlgerät nach Anspruch 1, wobei jede der ersten und zweiten Verdampferabdeckungen eine Mehrzahl von isolierten Platten umfasst.
Verfahren zum Betreiben eines Kühlgeräts, umfassend einen Schrank mit einem einheitlichen Kühlinnenraum; einen Kühlfluidkreislauf, umfassend einen Kompressor, einen Kondensator, einen ersten Verdampfer, der sich innerhalb des Schranks befindet und ein erstes Verdampfergebläse und ein erstes Enteisungsheizgerät aufweist, einen zweiten Verdampfer, der sich innerhalb des Schranks befindet und ein zweites Verdampfergebläse und ein zweites Enteisungsheizgerät aufweist, und ein Dreiwegeventil, das eine selektive Kommunikation eines Kühlmittel zwischen dem Kompressor/Kondensator und einem oder beiden der ersten und zweiten Verdampfer ermöglicht; mindestens eine erste Klappe, die so konfiguriert ist, dass sie den ersten Verdampfer vom Kühlinnenraum trennt; und mindestens eine zweite Klappe, die so konfiguriert ist, dass sie den zweiten Verdampfer vom Kühlinnenraum trennt, und wobei das Verfahren umfasst: wenn der erste Verdampfer eine Enteisung erfordert, Leiten von Kühlmittel mit dem Dreiwegeventil nur durch den zweiten Verdampfer; Abführen von Wärme aus dem Kühlinnenraum mit dem zweiten Verdampfer; Stoppen des Betriebs des ersten Verdampfergebläses; Schließen der mindestens einen erst Klappe, um den ersten Verdampfer vom Kühlinnenraum zu trennen; und Starten des Betriebs des ersten Enteisungsheizgeräts.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend: wenn der weite Verdampfer eine Enteisung erfordert, Leiten von Kühlmittel mit dem Dreiwegeventil nur durch den ersten Verdampfer; Abführen von Wärme aus dem Kühlinnenraum mit dem ersten Verdampfer; Stoppen des Betriebs des zweiten Verdampfergebläses; Schließen der mindestens einen zweiten Klappe, um den zweiten Verdampfer vom Kühlinnenraum zu trennen; und Starten des Betriebs des zweiten Enteisungsheizgeräts.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend: Leiten während eines anfänglichen Kühlens des Kühlinnenraums oder unmittelbar nach dem Öffnen des Schranks von Kühlmittel mit dem Dreiwegeventil durch beide der ersten und zweiten Verdampfer; und gleichzeitiges Abführen von Wärme aus dem Kühlinnenraum mit beiden der ersten und zweiten Verdampfer.