DE4433712A1 - Kühlmöbel mit wenigstens zwei Fächern unterschiedlicher Temperatur - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlmöbel mit wenigstens zwei Fä­ chern unterschiedlicher Temperatur, deren Verdampfer zusammen mit einem Verdichter und einem Verflüssiger in einem Kälte­ kreis liegen und von dem Verdichter bei einer Signalisierung eines Kältebedarfs für die Fächer mit flüssigem Kältemittel beaufschlagt werden, wobei die zur Kälteerzeugung beitragende Kältemittelmenge steuerbar ist.

Aus der DE-OS 35 08 805 ist ein Zwei-Temperaturen-Kühlschrank bekannt, dessen thermisch voneinander getrennte Fächer unter­ schiedlicher Temperatur durch je einen Verdampfer gekühlt sind, welche in einem Kältekreis mit einem einzigen Verdichter liegen und von diesen gesteuert über als beheizbare Drosseln ausgebildete Regelorgane je nach Kälteanforderung in den Fä­ chern entweder einzeln nacheinander oder gleichzeitig mit flüssigem Kältemittel beaufschlagbar sind. Um eine ausreichen­ de Kältemittelmenge im letzteren Fall zur Verfügung zu stellen und gleichzeitig eine Kältemittelüberfüllung bei Einzelbetrieb der Verdampfer zu vermeiden, ist dem Verdichter druckseitig ein Sammler nachgeschaltet, welcher über eine sackgassenähn­ lich ausgebildete Anschlußleitung an die Druckleitung des Ver­ dichters angeschlossen ist und welchem ein Heizelement zum Austreiben des in seinem Sammelraum gespeicherten flüssigen Kältemittels zugeordnet ist. Für den Fall, daß für die Fächer Kältebedarf signalisiert ist, wird mit einem zeitlichen Vor­ lauf vor der Inbetriebnahme des Verdichters das dem Sammler zugeordnete Heizelement aktiviert, um daraufhin das gespei­ cherte flüssige Kältemittel dem Kältemittelkreislauf zuzufüh­ ren.

Ein weiteres Zwei-Temperaturen-Kühlgerät ist aus der DE-OS 40 20 537 bekannt, dessen thermisch voneinander getrennte Käl­ tefächer unterschiedlicher Temperatur in Reihenschaltung in­ nerhalb eines mit einem einzigen Verdichter ausgestatteten Kältekreis liegen und je nach Kältebedarf, gesteuert durch ab­ sperrbare Drosselorgane jedes einzeln für sich oder gemeinsam mit Kältemittel beaufschlagbar sind, wobei die Kältemittelmen­ ge auf die Füllmenge der beiden Verdampfer abgestimmt ist. Wird nur für eines der beiden Kältefächer Kältebedarf signali­ siert, so wird die im gesamten Kältekreis zur Verfügung ste­ hende Kältemittelmenge, um eine Überfüllung eines einzeln zu betreibenden Verdampfers zu vermeiden, durch eine über ein Drosselorgan absperrbare Anzapfung des Verflüssigers entspre­ chend dem Fassungsvermögen dieses Verdampfers aufgeteilt. In­ folge der Anzapfung des Verflüssigers wird nur sein vor dieser Anzapfung liegender Abschnitt von dem durch den Verdichter zwangsweise umgewälzten Kältemittel durchströmt.

Beide aus dem Stand der Technik bekanntgewordenen Kältekreise erlauben zwar eine bedarfsgemäße, auf den jeweiligen Verdamp­ fer zugeschnittene Steuerung der Kältemittelmenge, jedoch haf­ tet dem aus der DE-OS 35 08 805 bekannten System der Nachteil an, daß bei einer Kälteanforderung für beide Fächer ein ener­ gieaufwendiger zeitlicher Vorhalt zum Beheizen des Sammlers vor dem Anlauf des Verdichters notwendig ist, um das flüssige Kältemittel aus dem Sammler auszutreiben und dem Kältekreis zur Verfügung zu stellen. Die aus der DE-OS 40 20 537 bekannte Technik ist dahingehend nachteilig, daß der Verflüssiger bei einer Kälteanforderung von nur einem der Kühlfächer stets nur anteilsmäßig von Kältemittel durchströmt wird und somit seine zum Wärmeaustausch notwendige Oberfläche deutlich reduziert ist, wodurch sich die Verdichterlaufzeiten und somit der Ener­ gieverbrauch des Gerätes deutlich erhöhen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Kühlmöbel gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 Maßnahmen vorzuschla­ gen, aufgrund welcher die zur Kühlung der einzelnen Fächer op­ timale Kältemittelmenge stets bereitgestellt ist und dabei gleichzeitig die Nachteile des Standes der Technik vermieden sind.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zur Steuerung der Kältemittelmenge im Kältekreis dem Verdichter druckseitig ein zur Aufnahme von flüssigem Kältemittel dienen­ des Reservoir nachgeschaltet ist, welches durch ein Umlenkor­ gan in den Kältekreis einkoppelbar ist, wobei durch die Ein­ koppelung der durch den Verdichter hervorgerufene Kältemittel­ fluß zumindest im wesentlichen über das Reservoir geführt ist.

Durch die erfindungsgemäße Lösung ist sichergestellt, daß bei einer Kälteanforderung für alle Fächer die dafür notwendige Kältemittelmenge unmittelbar nach der Signalisierung des Käl­ tebedarfs ohne zeitlichen Vorhalt dem Kältekreis zur Verfügung steht. Ferner ist stets die gesamte Oberfläche des Verflüssi­ gers als Wärmetauschfläche beaufschlagt, so daß insb. bei un­ terfüllt betriebenem Kältekreis die Verdichterlaufzeiten und somit der Energieverbrauch des Kühlmöbels deutlich reduziert sind. Außerdem können energetisch aufwendige Heizungen zum Austreiben des Kältemittels aus dem Sammler entfallen.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Gegenstan­ des der Erfindung ist vorgesehen, daß das zur Aufnahme von flüssigem Kältemittel dienende Reservoir und das dieses in den Kältemittelkreislauf einzukoppeln vermögende Umlenkorgan dem Verflüssiger nachgeschaltet ist.

Der Vorteil einer derartigen Lösung liegt einerseits darin, daß auf aufwendige wärmedämmende Maßnahmen zur Verhinderung des Wärmeflusses vom Verdichter zum Sammler, um die Sammler­ funktion, nämlich die Kondensation des in gasförmiger Phase vorliegenden Kältemittels, sicherzustellen, weitestgehend ent­ fallen können. Andererseits liegt bei einer derartigen Ausfüh­ rungsform das Kältemittel bereits in flüssiger Phase vor und steht somit der Kälteerzeugung unmittelbar zur Verfügung.

Entsprechend einer alternativen Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung, mit welcher eine zusätzliche Möglichkeit ge­ schaffen ist, gegebenenfalls auftretenden konstruktiven Gege­ benheiten am Kühlmöbel Rechnung zu tragen, ist vorgesehen, daß das zur Aufnahme von flüssigem Kältemittel dienende Reservoir und das zu dessen Einbindung in den Kältekreis dienende Um­ lenkorgan zwischen dem Verdichter und dem Verflüssiger ange­ ordnet ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Gegen­ standes der Erfindung ist vorgesehen, daß das Umlenkorgan dem zur Aufnahme von flüssigem Kältemittel dienendem Reservoir eingangsseitig vorgeschaltet ist.

Durch eine derartige Lösung ist eine direkte Umlenkung des Kältemittels ohne Bildung von zusätzlichen, nicht zur Kälte­ mittelspeicherung vorgesehenen Sammelstellen erzielt.

Besonders einfach vorzunehmen ist eine Umlenkung des Kältemit­ telflusses durch das Umlenkorgan, wenn nach einer nächsten vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen ist, daß das Umlenkorgan als 3/2-Wegeventil ausgebildet ist.

Besonders zweckmäßig ausgebildet ist ein 3/2-Wegeventil, wenn nach einer nächsten bevorzugten Ausgestaltung des Gegen­ standes der Erfindung vorgesehen ist, daß das 3/2-Wege­ ventil als bistabiles elektrisch ansteuerbares Magnetventil ausgebildet ist.

Besonders zeitgenau und bedarfsgemäß gesteuert ist das Magnet­ ventil, wenn nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen ist, daß das elek­ trisch ansteuerbare Magnetventil durch eine elektrische Aus­ werteschaltung in Abhängigkeit der in dem Fach mit der höheren Lagertemperatur durch von einem Temperaturfühler erfaßten und von der Auswerteschaltung bewerteten Temperatur gesteuert ist.

Gemäß einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung ist vorgesehen, daß die zur Kühlung der Fächer unterschiedlicher Temperatur dienenden Verdampfer innerhalb des Kältekreises in Reihenschaltung zueinander ange­ ordnet sind und eine in Kältemittelflußrichtung fallende Käl­ teleistung aufweisen.

Entsprechend einer alternativen Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung ist vorgesehen, daß die zur Kühlung der Fächer unterschiedlicher Temperatur dienenden Verdampfer innerhalb des Kältekreises in Parallelschaltung zueinander angeordnet sind.

Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung anhand ei­ nes in der beigefügten Zeichnung vereinfacht dargestellten Drei-Temperaturen-Kühlgerätes erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Drei-Temperaturzonen aufweisendes Haushalts­ kühlgerät mit übereinander angeordneten, thermisch voneinander getrennten und durch separate Türen verschließbaren Fächern, in raumbildlicher Darstel­ lung von vorne,

Fig. 2 in schematischer Darstellung den zur Kühlung der Fächer dienenden Kältekreis mit einer für seine Re­ gelung vorgesehenen Elektronik.

In Fig. 1 ist ein Haushaltskühlgerät 10 gezeigt, an dessen wärmeisolierendem Gehäuse 11 drei um vertikale Drehachsen verschwenkbare Türen 12 bis 14 angeschlagen sind. Diese die­ nen zum Verschließen von übereinander angeordneten, durch zwei zueinander beabstandete Zwischenwände 15 und 16 erzeugte und durch diese thermisch voneinander getrennte Fächer 17 bis 19, welche unterschiedliche Lagertemperaturen aufweisen. Von den Fächern 17 bis 19 ist das obenliegende, mit der Tür 12 verschließbare Fach 17 als Normalkühlfach, das mittlere, durch die Zwischenwand 15 davon getrennte und durch die Tür 13 abdeckbare Fach 18 als Kaltlagerfach ausgebildet, während das untenliegende, durch die Zwischenwand 16 vom Kaltlager­ fach 18 thermisch getrennte Fach 19 als Gefrierfach dient und mit der Tür 14 verschließbar ist. Die in den einzelnen Fä­ chern 17 bis 19 herrschende fachspezifische Lagertemperatur wird durch einen einzigen Kältekreis 20 erzeugt und aufrech­ terhalten.

Wie insb. aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist der Kältekreis 20 zur Aufrechterhaltung der Temperatur in den einzelnen Fächern 17 bis 19 mit drei in Reihenschaltung innerhalb des Kälte­ kreises hintereinander angeordneten, mit unterschiedlicher Kälteleistung ausgestatteten Verdampfern 21 bis 23 ausgestat­ tet, wovon der die höchste Kälteleistung aufweisende Verdamp­ fer 21 dem Gefrierfach 19 zugeordnet ist und eine Einspritz­ stelle für das Kältemittel aufweist. Dem Gefrierfachverdamp­ fer 21 ist ausgangsseitig in Kältemittelflußrichtung der zur Kühlung des Kaltlagerfach 18 dienende Verdampfer 22 nach­ geschaltet, an welchen sich der dem Normalkühlfach 17 zuge­ ordnete, die geringste Kälteleistung aufweisende Verdampfer 23 anschließt. Dieser ist ausgangsseitig an die Saugseite eines Kältemittelverdichters 24 angekoppelt, welchem druck­ seitig in Kältemittelflußrichtung ein Verflüssiger 25 nachge­ schaltet ist, der beispielsweise auf der von den Türen 12 bis 14 abgewandten Rückseite des Gehäuses 11 angeordnet ist. An den Verflüssiger 25 schließt sich ausgangsseitig eine mit hy­ groskopischen Material ausgestattete Trocknerpatrone 26 an, welche dazu dient, den beim Befüllvorgang des Kältekreises entstehenden Restwassergehalt aus dem flüssigen Kältemittel zu absorbieren. Die Trocknerpatrone 26 ist ausgangsseitig mit dem Eingang eines Umlenkorganes 27 verbunden. Dieses ist im vorliegendem Fall als bistabiles 3/2-Wege-Elektromagnetventil ausgebildet, welches in seiner Schaltstellung 1 einen Strö­ mungsweg für das Kältemittel zwischen dem Ausgang der Trock­ nerpatrone 26 und dem als Einspritzstelle ausgebildeten Ein­ gang des Gefrierfachverdampfes 21 herstellt. In seiner ande­ ren Schaltstellung 0 verbindet das Elektromagnetventil 27 den Ausgang der Trocknerpatrone 26 mit dem Eingang eines zur Auf­ nahme von flüssigem Kältemittel dienenden Reservoir 28, wel­ ches ausgangsseitig mit der über die Schaltstellung 1 des Elektromagnetventils 27 ansteuerbaren, zum Gefrierfachver­ dampfer 21 führenden Kältemittelleitung verbunden ist, so daß über das Elektromagnetventil 27 das Reservoir 28 in den Käl­ temittelfluß einkoppelbar ist.

Die den Wechsel der Schaltstellungen des Elektromagnetventils 27 bedingenden Ansteuersignale werden von einer nicht im ein­ zelnen beschriebenen Auswerte- und Regelelektronik 30 er­ zeugt, und über eine Signalleitung 31 dem Elektromagnetventil 27 zugeführt. Ferner wird über die Auswerte- und Regelelek­ tronik 30 die jeweils im Normal-Kühlfach 17 bzw. im Kaltla­ gerfach 18 herrschende Lagertemperatur erfaßt, wobei dazu in beiden Fächern ein als NTC-Fühler ausgebildetes, die Lufttem­ peratur erfassenden Fühlerelement 32 vorgesehen ist, welches jeweils über eine Signalleitung 33 bzw. 34 zur Datenübertra­ gung auf die Auswerte- und Regelelektronik 30 mit dieser ver­ bunden ist. Die Auswerte- und Regelelektronik 30 dient des­ weiteren zu Ansteuerung eines die Lagerluft im Kaltlagerfach 18 umwälzenden Ventilators 35, welcher zum Zwecke einer An­ steuerung über eine Ansteuerleitung 36 mit der Auswerte- und Regelelektronik 30 verbunden ist, über welche auch der Be­ trieb des Verdichters 24 gesteuert ist, wobei hierfür eine die Auswerte- und Regelelektronik 30 mit dem Verdichter 24 verbindende Steuerleitung 37 vorgesehen ist.

Bei im Betrieb befindlichem Kühlgerät 10 ist der Betrieb des einzigen in seinem Kältekreis 20 angeordneten Verdichters 24 durch die im Kaltlagerfach 18 herrschende und von dem darin angeordneten Fühlerelement 32 erfaßte Lagertemperatur be­ stimmt, deren dazu korrespondierende Spannungssignale über die Signalleitung 34 der Auswerte- und Regelelektronik 30 zu­ geführt sind, durch welche über die Steuerleitung 37 beim Er­ reichen der Temperaturgrenzwerte für die Lagertemperatur im Kaltlagerfach 18 der Verdichter 24 aktiviert oder deakti­ viert wird. Die von dem angesteuerten Verdichter 24 im Kälte­ kreis 20 umgewälzte flüssige Kältemittelmenge wird in Abhän­ gigkeit der im Kühlfach 17 herrschenden, von dem NTC-Fühler erfaßten und über die Signalleitung 33 der Auswerte- und Re­ gelelektronik 30 übermittelten Temperatur gesteuert, wobei diese bei Unterschreitung einer vorbestimmten Temperaturgren­ ze im Kühlfach 17 das Elektromagnetventil 27 über die Signal­ leitung 31 in seine Schaltstellung 1 umgeschaltet, so daß das als Sammler für flüssiges Kältemittel dienende Reservoir 28 nicht mehr vom Kältemittel durchströmt ist. Dadurch wird das Reservoir 28 kälter als der diesem entgegen der Kältemittel­ flußrichtung vorgeschaltete Verflüssiger 25, wodurch sich flüssiges Kältemittel im Reservoir 28 ansammelt, welches hin­ sichtlich seines Fassungsvermögens wenigstens dem Flüssig­ keitsvolumen der dem Kältekreis 20 zur Temperatursteuerung der Lagerfächer zu entziehenden flüssigen Kältemittelmenge entspricht. Auf diese Weise ist der Kältekreis 20 unterfüllt betrieben, wobei eine derartige Unterfüllung sich insb. an dem an letzter Stelle der Verdampfer-Reihenschaltung liegen­ den Kühlfachverdampfer 23 bemerkbar macht, welcher aufgrund der Magnetventilstellung an flüssigem Kältemittel verarmt, so daß die Temperatur im Normalkühlfach 17 ansteigt. Überschrei­ tet die Temperatur im Normalkühlfach 17 aufgrund der in des­ sen Verdampfer 23 stattfindenden Verarmung an flüssigem Käl­ temittel die obere Temperaturgrenze so wird dies mit Hilfe des die Lagertemperatur erfassenden NTC-Fühlers 32 der Aus­ werte- und Regelelektronik 30 signalisiert, woraufhin diese das Elektromagnetventil 27 in seine Schaltstellung 0 steuert.

In dieser Schaltstellung ist das Reservoir 28 in den Kälte­ kreis 20 eingebunden und somit durchströmt so daß die darin angesammelte Menge flüssigen Kältemittels in den im Kälte­ kreis 20 gelangt und zur Kühlung der Lagerfächer 17 bis 19 des Kühlgerätes 10 zur Verfügung steht.

Entgegen dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel kann auch wie durch strichlierte Linien dargestellt, ent­ sprechend einer alternativen Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen sein, daß das als Umlenkorgan 27 dienende Elektromagnetventil samt dem durch dieses in den Kältekreis 20 einkoppelbarem Reservoir 28 dem Verflüssiger 25 vorgeschaltet ist.

Anstatt der im Kältekreis 20 in Reihenschaltung angeordneten Verdampfer (21, 22, 23) läßt sich die Erfindung auch auf par­ allel geschaltete Verdampfer anwenden, wobei zu ihrer separa­ ten Beaufschlagung mit Kältemittel eine entsprechende Be­ schaltung mit elektrisch ansteuerbaren Magnetventilen vor zu­ sehen ist.

Claims (9)

1. Kühlmöbel mit wenigstens zwei Fächern unterschiedlicher Temperatur, deren Verdampfer zusammen mit einem Verdich­ ter und einem Verflüssiger in einem Kältemittelkreislauf liegen und von dem Verdichter bei einer Signalisierung eines Kältebedarfs für die Fächer mit flüssigem Kälte­ mittel beaufschlagt werden, wobei die zur Kälteerzeugung beitragende Kältemittelmenge steuerbar ist, dadurch ge­ kennzeichnete daß zur Steuerung der Kältemittelmenge im Kältemittelskreis (20) dem Verdichter (24) druckseitig ein zur Aufnahme von flüssigem Kältemittel dienendes Re­ servoir (28) nachgeschaltet ist, welches durch ein Um­ lenkorgan (27) in den Kältemittelkreis (20) einkoppelbar ist, wobei durch die Einkoppelung der durch den Verdich­ ter (24) hervorgerufene Kältemittelfluß zumindest im we­ sentlichen über das Reservoir (28) geführt ist.

2. Kühlmöbel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Aufnahme von flüssigem Kältemittel dienende Re­ servoir (28) und das dieses in den Kältemittelkreis (20) einzukoppelnde Umlenkorgan (27) dem Verflüssiger (25) nachgeschaltet ist.

3. Kühlmöbel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Aufnahme von flüssigem Kältemittel dienende Re­ servoir (28) und das zu dessen Einbindung in den Kälte­ mittelkreis (20) dienende Umlenkorgan (27) zwischen dem Verdichter (24) und dem Verflüssiger (25) angeordnet ist.

4. Kühlmöbel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Umlenkorgan (27) dem zur Aufnahme von flüssigem Kältemittel dienenden Reservoir (28) ein­ gangsseitig vorgeschaltet ist.

5. Kühlmöbel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Umlenkorgan (27) als 3/2-Wege-Ven­ til ausgebildet ist.

6. Kühlmöbel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das 3/2-Wege-Ventil als bistabiles elektrisch ansteuerbares Magnetventil (27) ausgebildet ist.

7. Kühlmöbel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch ansteuerbare Magnetventil (27) durch eine elektrische Auswerteschaltung (30) in Abhängigkeit der in dem Fach (23) mit der höheren Lagertemperatur durch von einem Temperaturfühler (32) erfaßten und von der Auswerteschaltung (30) bewerteten Temperatur gesteuert ist.

8. Kühlmöbel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Kühlung der Flächen (17, 18, 19) unterschiedli­ cher Temperatur dienenden Verdampfer (21, 22, 23) inner­ halb des Kältekreises (20) in Reihenschaltung zueinander angeordnet sind und eine in Kältemittelflußrichtung fallende Kälteleistung aufweisen.

9. Kühlmöbel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Kühlung der Fächer (17, 18, 19) unterschiedli­ cher Temperatur dienenden Verdampfer (21, 22, 23) inner­ halb des Kältekreises in Parallelschaltung zueinander angeordnet sind.