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Anordnung zur Temperaturregelung in Zwei-Temperaturbereich-Kühlschränken
Die Erfindung bezieht sich auf sogenannte Zwei-Temperaturbereich-Kühlschränke; das
sind Kühlschränke mit einem Gefrierfach und einem Kühlabteil. Derartige Kühlschränke
werden zumeist mit nur einer Kältemaschine betrieben und weisen in jedem der beiden
Fächer bzw. Abteile einen Verdampfer auf, wobei diese in der Regel in Serie geschaltet
sind. Auch Tiefkühltruhen mit einem Schnellgefrierfach besitzen häufig in gleicher
Weise im Kältekreislauf in Reihe liegende Verdampfer in den verschiedenen Abteilen.
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Bei den meisten der heute auf dem Markt befindlichen Kühlschränke
der vorgenannten Art ist die Temperatur lediglich im Abteil höherer Temperatur regelbar
gestaltet durch einen einzigen Thermostaten, dessen Fühler sich am Verdampfer im
Kühlabteil befindet. Der Kältekreislauf ist dabei derart ausgelegt, daß im Kühlabteil,
also im auf höherer Temperatur zu haltenden Abteil,bej' Umgebungstemperaturen zwischen
16 C und + 320 C an der kältesten Stelle keine Temperatur unter Oo C auftritt, während
im Gefrierfach die Temperatur stets unter 180 C gehalten wird.
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Kühlschränke mit einer solchen Temperaturregelung sind stark abhängig
von der Umgetungstemperatur. So 'könnten zum Beispiel die Kühlabteil-Temperaturen
unerwünscht weit absinken, wenn man die Forderung, im Gefrierfach eine Temperatur
von -180 C einzuhalten ("3-Sterne-Rach"), unbedingt erfüllen will.
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Umgekehrt wird, wenn man mittels des Reglers die Temperatur im Kühlabteil
auf eine angemessene Temperatur einstellt, beispielsweise auf + 6° an der kältesten
Stelle, im Gefrierfach die erforderliche forderliche Mindesttemperatur von 18O Diese
Situation ergibt sich insbesondere, wenn aufgrund des Erreichens der unteren Temperaturgrenze
im Kühlabteil der Motorkompressor abgeschaltet und eine Abtauheizung am Verdampfer
des Kühlabteils eingeschaltet wird. Eine Regelung der Temperatur des Gefrierabteils
unabhängig von der des Kühlabteils ist dabei nicht möglich. Es sind aber auch Regelanordnungen
für Kühlschränke mit zwei Temperaturbereichen bekannt, bei denen jedem der beiden
Abteile unterschiedlicher Temperatur ein Thermostat zugeordnet ist.
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In vielen bekannten Fällen ist dabei jedoch die Anordnung so getroffen,
daß zwischen den beiden Thermostaten Abhängigkeiten bestehen, z.B. der Art, daß
die Kompressorein- und ausschaltung allein abhängig ist von dem Thermostaten im
Gefrierfach. In diesem Falle ist eine Temperaturregelung im Normalkühlabteil nur
während der Laufzeiten des Kompressors möglich. Eine Regelung der Temperaturen in
beiden Abteilen unabhängig voneinander ist nicht gegeben. Es sind weiterhin Anordnungen
für solche Kühlschränke bekannt, bei denen zwei Thermostate vorgesehen sind, die
völlig unabhängig voneinander den Motorkompressor steuern. Bei Kältebedarf in dem
einen oder anderen Fach läuft der Motorkompressor so lange, bis die vorgesehene
Temperatur erreicht ist. Das Wiedereinschalten desselben erfolgt durch beide Thermostate
unabhängig voneinander. bei Uberschreiten der den beiden Abteilen jeweils zugeordneten
Temperaturgrenze. Bei nicht erforderlicher Kühlung im Kühlabteil, jedoch Kältebedarf
im Gefrierabteil wird zur Vermeidung einer Unterkühlung des Kühlabteils dort eine
heizung eingeschaltet, die so lange in Betrieb bleibt, bis der.
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Thermostat des Kiihlfaches anspricht, die Heizung ab- und den Kompressor
einschaltet.
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Die Erfindung bezieht sich auf Zwei-Temperaturbereich-Schränke der
zuletzt genannten Art mit zwei in Reihe geschalteten Verdampfern und zwei den von
ihnen gekühlten Abteilen zugeordneten Thermostaten, die unabhängig voneinander den
Motorkompressor steuern. Sie hat sich die Aufgabe gestellt, einen bei derart geregelten
Kühlschränken häufig beobachteten Mangel zu beseitigen.
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Dieser besteht darin, daß beim Ausschalten des Motorkompressors zwischen
der Druck- und der Saugseite im Kältekreislauf sich eine beträchtliche Druckdifferenz
aufgebaut hat, die sich über das Drosselorgan, z.B. das Kapillarrohr, erst nach
einer Zeit von mehreren Minuten ausgleicht. Die für Haushaltkühlschränke verwendeten
Motorkompressoren haben jedoch in der Regel ein so schwaches Anlaufmoment, daß sie
erst bei Erreichen einer wesentlich niedrigeren Druckdifferenz anlaufen. Wird der
Motor vor Ablauf dieser Zeit eingeschaltet, so ist er bis zur Blockierung überlastet.
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Um diesen Mangel zu beseitigen und einen einwandfreien Regelbetrieb
zu ermöglichen, ist erfindungsgemäß in den Motorstromkreis ein zusätzliches Steuerglied
in Gestalt eines Verzögerungsgliedes eingeschaltet, dessen Ansprechzeit über der
für den Druckausgleich benötigten Zeit liegt und das jeweils beim Ansprechen eines
der Thermostate nach einer Stillstandszeit des Motorkompressors zur Wirkung gebracht
wird.
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Das Verzögerungsglied kann dabei auf elektromechanischer oder elektronischer
Basis aufgebaut sein. Soweit es sich um ein elektromechanisches System handelt,
kann dieses beispielsweise mit einem Bimetallkontakt und Heizung oder auch mit einem
elektrischen Zeitlaufwerk ausgerüstet sein. Zweckmäßiger erscheint jedoch die Verwendung
einer elektronischen Zeitgeberschaltung an sich bekannter Art.
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im folgenden wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher
erläutert.
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Dabei ist in Fig. 1 der Aufbau des Kältekreislaufes dargestellt0 Fig.
2 zeigt schematisch die Regelstromkreise und Fig. 3 die Schaltung des als elektronischer
Zeitgeber ausgebildeten Steuergliedes.
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Der in Fig. 1 dargestellte Kältekreislauf weist den für Zwei-Temperaturbereich-Schränke
üblichen Aufbau mit zwei in Reihe geschalteten Verdampfern 5a und 5b auf, wobei
der Verdampfer 5a dem Kühlabteil und der Verdampfer 5b dem Gefrierfach zugeordnet
ist.
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Der Kältekreislauf verläuft vom Motorkompressor 1 über den Kondensator
2, einen Trockner 3 und ein Kapillarrohr 4 zum Verdampfer 5a, von dort über Verdampfer
5bund über einen Sammler 7 und die Saugleitung 8 zurück zum Kompressor0 Kapillare
4 und Saugleitung 8 bilden im Bereich 9 einen Wärmeaustauscher.
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Um bei einem solchen Zwei-Temperaturbereich-Schrank auch ein Schnellgefrieren
im Gefrierfach zu ermöglichen, was durch eine Dauereinschaltung des Motorkompressors
in der bei Gefriertruhen bekannten Weise bewirkt wird, ist auch hier eine zeitweise
Überbrückung des Verdampfers in bereits vorgeschlagener Weise vorgesehen.
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Zu diesem Zwecke ist vor dem Verdampfer eine ein Magnetventil 6 enthaltende
Umgehungsleitung abgezweigt und mit dem Ausgang dieses Verdampfers wieder verbunden.
Dem Verdampfer 5a ist eine Abtauheizung 10 und ein Thermostat 11 und dem Verdampfer
5b ein Thermostat 12 zugeordnet.
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Fig. 2 zeigt schematisch die Schaltung der verschiedenen Regel glieder.
Der Thermostat 11 enthält den Ein-Aus-Schalter des Gerätes, die Kontaktanschlüsse
sind mit 1 und 3 bezeichnet, sowie das als Umschaltkontakt ausgebildete, temperaturabhag
schaltende Schaltglied für die Steuerung im Kühlabteil. er Thermostat 12 ist mit
einem einfachen Arbeitskontakt für die Steuerung des Gefrierabteils ausgerüstet.
Er kann allerdings auch auf einen festen Temperaturwert eingestellt sein.
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Mit 13 ist in diesem Schaltbild ein Dauerlaufschalter (Schnellgefrierschalter
) bezeichnet der hier mit einer optischen Anzeige ausgerüstet ist. Mit 1 schließlich
ist das zusätzliche Steuerglied bezeichnet, dessen Schaltung die Fig.3 zeigt.
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Es weist neben den elektronischen Bauelementen ein Schaltrelais A
auf, dessen Kontakt a im Stromkreis des Kompressormotors liegt.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Das Gerät läuft an,
wenn der Regler 11 des Kühlabtelis von der Stellung "O" in Richtung "kälter verstellt
wird. Im Regler wird der Kontakt 1 - 3 geschlossen, der Wechselkontakt liegt dabei
von 3 nach 2.
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Der Regler 12 für das Gefrierabteil hat seinen Kontakt beim Erstanlauf
des Kühlgerätes, also wenn dieses noch warm ist, geschlossen. Der Dauerlaufschalter
ist normalerweise offen.
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In dieser Schaltstellung wird, sobald 1 - 3 geschlossen ist, der Motorkompressor
eingeschaltet und sein Schalt spiel über die beiden Thermostate 11 und 12 gesteuert.
Während der Abkühlphase sind die beiden Verdampfer 5a und 5b hintereinander geschaltet,
wie in Fig. 1 dargestellt.
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Wird im Kühlabteil die untere Temperaturgrenze erreicht, so schaltet
der Thermostat 11 aus und bewirkt, daß der Kontakt von 3 - 2 nach 3 - 4 umschaltet.
Dadurch wird das Magnetventil 6 geöffnet und die Abtauheizung 10 am Kühlverdampfer
eingeschaltet.
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Durch das Öffnen des Magnetventils 6 wird der Kältemittelfluß direkt
demGefrierfachverdampfer 5b zugeleitet. Während dieser Phase können zwei Situationen
eintreten: Erstens kann der Regler 12 des Gefrierabteils abschalten und damit den
Motorkompressor stillsetzen oder zweitens kann der Kühlraurnthermostat 11 wieder
einschalten und damit sowohl die Heizung 10 abschalten als auch das Magnetventil
6 wieder schliessen, so daß beide Verdampfer wieder in Serie im Kältekreislauf liegen.
Die Schaltvorgänge der beiden Thermostate erfolgen demnach völlig unabhängig voneinander,
wobei die Schaltgrenzen von der ilegeleinstelltlng bzw. der Belastung der beiden
Fächer bestimmt werden, die Thermostatschaltungen sich also überschneiden können.
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liaben beide Regler 11 und 12 aus- bzw. umgeschaltet, so wird der
Stromkreis zum Motorkompressor unterbrochenO Nur dann kommt er zum Stillstand. Das
Wiedereinscljalten des Kompressors erfolgt je nachdem, in welchem Abteil ein Kältebedarf
vorliegt, durch das Sin- bzw. Umschalten eines der Regler 11 oder 12.
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Beim Ausschalten des Motorverdichters 1 hat sich zwischen der Druck-
und Saugseite im Kältekreislauf eine Druckdifferenz auf-2 gebaut, die beispielsweise
10 zip/ cm beträgt, Diese Druckdifferenz wird über das Drosselorgan (Kapillare 4
in lig. 1) allmählich abgebaut, was in einem Zeitraum von etwa 8 min.
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geschieht.
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Die in Elaushaltkiihlschränken verwendeten Motorkonlpressoren haben
jedoch in der Regel ein so schwaches Anlaufmomen-t, daß sie erst 2 bei einer Druckdifferenz
von = 0,5 Kp/crn anlaufen, was zu den obengenannten Komplikationen führen kann.
Um dies zu vermeiden, ist in den Motorstromkreis das Zeitschaltglied 14 als Zusatzsteuerglied
eingeschaltet, das so ausgelegt ist, daß beim Ansprechen eines der Thermostate im
Sinne einer Einschaltung des Kompressors dieses Wiedereinschalten um eine Zeitspanne
von ca. 10 - 2 min. verzögert wird.
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Das in Fig. 3 dargestellte Verzögerungsglied auf elektronischer Basis
ist an sich bekannt. Seine Wirkungsweise ist kurz folgende Die Schaltung weist ein
elektromagnetisches Relais A auf, dessen Kontakt a, wie aus Fig. 1 ersichtlich,
im Stromkreis des Motors liegt. Das Relais ist durch eine elektronische Schaltung
anzugverzögert gemacht. Die Transistorschaltung besteht aus einem Differentialverstärker
mit den Transistoren TR 1 und TR 2 und einem Treibertransistor TR 3, wobei die schaltzeitbestimmenden
Glieder ein hochohmig er ,derstand R und ein Elektrolytkondellsator C sind.
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Beim Anlegen einer Spannung von beispielsweise 220 V an die Anschlußpunkte
2 - 3 des Verzögerungsgliedes durch die Thermostate 11,12 oder den Dauerlaufschalter
13 schließt nach der vorbestimmten Verzögerungszeit der Kontakt a den Stromkreis
zum Motorverdichter über die Anschlußpunkte 2 - 1 nach einer Zeit von ca. 10 Minuten.
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Wird die. Spannung an den Anschlußpunkten 2 - 3 der Verzögerungsschaltung
wieder unterbrochen, so fällt Relais A 1lalIezu unverzögert ab und öffnet seinen
Kontakt as Es sind auch andere elektronische Schaltungen zur Erreichung dieser Wirkung
bekannt.
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Mit der beschriebenen Regelschaltung lassen sich sowohl aufgrund allgemeiner
Festlegungen als auch der gegebenen praktischen Erfordernisse wegen im Kühlfach
Temperaturen zwischen und + 10°C und im Gefrierfach Temperaturen zwischen -180c
und - 240 C mittels geeigneter handelsiiblicher Thermostate ohne weiteres einregeln.
Dabei wirkt sich eine Verstellung der Temperatur in einem Abteil nur unwesentlich
auf das zweite Abteil aus, d.h., die Regelung bzw. Steuerung der beiden Abteile
ist weitestgehend unabhängig voheinander.
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Das Zuaatzsteuergerät macht es möglich, einen Kombinationskühlschrank
der beschriebenen Art auch mit einer Schnellge-1'riersclialtung der bei Ruhen üblichen
Art ohne Gefährdung der Betriebssicherheit auszurüsten. Die Schnellgefrierschaltung
besteht aus einem die Thermostatkontakte in ihrer Einschaltstellung -beim Thermostat
11 in der Kontaktlage 3-2 - kurzschließenden Schalter 13, wobei der Motorkompressor
in Dauerlauf geschaltet wird.
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Die Dauerlaufstellung dieses Schalters kann, wie in Fig. 2 dargestellt,
durch eine Signalleuchte angezeigt werden.
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Erreicht infolge des Dauerlaufs des Kompressors die Temperatur im
Kühlabteil die zulässige untere Grenze, so schaltet der Regler 11 seinen Kontakt
von 3 - 2 nach 3 - 4 um, wodurch der Kühlabteilverdampfer 5a durch das Magnetventil
aus dem Kältekreislauf herausgenommen und gleichzeitig die Heizung 10 eingeschaltet
wird. Der Regler 12 dagegen bleibt wirkungslos, der Kompressor läuft weiter. Das
Kühlabteil kann demnach nie unterkühlt werden, es bleibt in dem vorgesehenen Bereich
von 0 bis +100 regelbar, während im Gefrierabteil Temperaturen von -300 C und kälter
erreicht werden können.
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