DE19781873B4

DE19781873B4 - Kühlkreislauf mit in Reihe geschalteten Verdampfern und einem verstellbaren Kompressor

Info

Publication number: DE19781873B4
Application number: DE19781873A
Authority: DE
Inventors: Nicholas R. van der Athens Walt; Reuven Z. Athens Unger
Original assignee: Sunpower Inc
Current assignee: Sunpower Inc
Priority date: 1996-07-19
Filing date: 1997-07-02
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2017-07-03
Also published as: GB9900187D0; KR20000067923A; BR9710742A; US5715693A; WO1998003825A1; US6038874A; GB2330651A; KR100548669B1; DE19781873T1; AU3583497A; GB2330651B

Abstract

Wämepumpenanordnung zur Übertragung von Wärme von wenigstens zwei Massen mit niedrigerer Temperatur, von denen eine niedriger ist als die andere, auf eine weitere Masse mit höherer Temperatur, umfassend einen nach dem Dampf-Kompressions-Kreisprozess betriebenen Kühlkreislauf mit einem in dem Kreislauf enthaltenen Kältemittel, und mit folgenden Elementen:
a) einer Baugruppe (12,42) mit Kompressor (12) und Antriebsmotor (42), die hinsichtlich ihrer Durchflußrate verstellbar ist und über einen Kältemittelzulauf (34) und einen Kältemittelablauf (10) mit dem Kühlkreislauf strömungsmäßig kommuniziert;
b) wenigstens zwei Verdampfern (22,26), von denen ein erster (22) in thermischem Kontakt zu einer ersten Masse von niedrigster Temperatur steht und ein zweiter (26) in thermischem Kontakt zu einer zweiten Masse steht, deren Temperatur zwischen den Temperaturniveaus der Massen mit der niedrigsten und der höheren Temperatur liegt, wobei der erste Verdampfer (22) mit seinem Zulauf derart angeschlossen ist, dass er das vom Kompressor (12) verdichtete Kältemittel aufnimmt, wobei der zweite Verdampfer...

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Wärmepumpenanordnung zur Übertragung von Wärme gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Kühl-Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruchs 8.
Ein herkömmliches Kühl-Gefrier-Gerät hat zwei Fächer, eines zum Kühlen von Nahrungsmitteln zwecks Frischhaltung und ein anderes zum Eingefrieren von Lebensmitteln. Die zwei Fächer werden auf zwei stark unterschiedlichen Temperaturniveaus gehalten, typischerweise –20° für das Gefrierfach und +3° für das Kühlfach. Diesen beiden Fächern wird Wärme entzogen und an die Umgebung abgegeben. Ein solches Kühlgerät verwendet meistens einen Rankine-Kühlkreislauf, der in den Vereinigten Staaten besser als Dampf-Kompressions-Kreisprozeß bekannt ist.
Der übliche Rankine-Kühlkreislauf hat einen einzigen Verdampfer in thermischem Kontakt mit der Luft in dem Gefrierfach. Dem Kühlfach zum Frischhalten von Nahrungsmitteln wird Wärme entzogen, indem Luft zwischen dem Kühlfach und dem kälteren Gefrierfach zirkuliert.
Ein Nachteil dieses Systems ist, daß die gesamte Wärme, welche entweder dem Kühlfach oder dem Gefrierfach entzogen werden soll, bei der jeweils niedrigeren Gefriertemperatur aufgenommen werden muß. Demzufolge muß selbst die Wärme aus dem Kühlfach über den größeren, thermischen Hub von der Gefrierfachtemperatur bis zu der Umgebungstemperatur gepumpt werden. Der Wirkungsgrad und Energieverbrauch eines Kühlsystems kann deutlich verbessert werden, wenn die dem Kühlfach zu entziehende Wärme direkt von diesem bei der Temperatur zum Frischhalten von Nahrungsmitteln aufgenommen und auf das Temperaturniveau der Umgebung angehoben wird.
Im Rahmen von Kühlschränken sind ebenfalls zwei Kompressoren verwendet worden, jeweils einer für die beiden Verdampfer, um durch Auslegung und Betrieb jedes Kompressors bei dem maximalen Wirkungsgrad des Verdampfers, den er mit Kältemittel speist, einen höheren Wirkungsgrad zu erreichen. Jedoch erhöht eine derartige Verdopplung der Kompressoren die Kosten und das Volumen, welches von dem Kühlaggregat eingenommen wird, wodurch andererseits der gekühlte Raum verringert wird.
Einige Kühlsysteme, wie sie beispielsweise in US 5,465,591 beschrieben sind, verwenden einen einzelnen Kompressor, der das Kältemittel abwechselnd dem einen oder dem anderen Verdampfer zuleitet, niemals jedoch gleichzeitig beiden. Da die im bekannten Stand der Technik verwendeten Kompressoren bei einer einzigen, konstanten Pump- oder Förderrate betrieben werden, sind derartige Systeme mit zwei Verdampfern uneffektiv, weil sie in der Kühlbetriebsart zum Frischhalten von Nahrungsmitteln eine viel zu große Leistung aufweisen. Weniger Arbeit ist erforderlich, um Wärme von dem höheren Temperaturniveau in dem Kühlfach zum Frischhalten von Nahrungsmitteln abzufördern, weil die Dichte des am Auslaß des Kühlfachverdampfers abzusaugenden Dampfes größer ist.
Fachleute haben darüber hinaus Verdampfer bereits in Reihe geschalten, so daß ein oder mehrere Verdampfer wenigstens einen Teil des Kältemittelausstoßes eines anderen Verdampfers aufnehmen. Auf eine derartige Anordnung bezieht sich bspw. auf US 5,228,308 .
Demzufolge wurden im Stand der Technik Kühlkreisläufe konstruiert, bei denen ein oder mehrere, herkömmliche Kältemittel-Kompressoren mit in Reihe oder parallel geschaltenen Verdampfern verbunden sind.
US 5 156 005 beschreibt die Steuerung des Versatzes eines Stirling-Kühleinrichtung, wobei die Spannung des Antriebsmotors mittels Pulsweitenmodulation beeinflußt wird. Dies erfolgt in Abhängigkeit von der Temperatur.
In US 5 342 176 ist für einen Kompressor mit Freikolben ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Kolbenstellung bezüglich eines Zylinderkopfes beschrieben. Diese Messung kann zur Steuerung der Durchflußrate der Masse verwendet werden, welche mittels des Kompressors in Reaktion auf Kühlanforderungen durchgepumpt wird. Auch in US 5 496 153 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Position eines Freikolbens in einem Kompressor offenbart, das einen Positionssensor innerhalb des Kompressors nicht benötigt.
Gemäß US 5 247 806 besteht eine Multisystem-Klimaanlage aus einer externen Baueinheit mit einem Kompressor und einer Mehrzahl interner Baueinheiten, welche jeweils in einem Raum installiert sind und einen Wärmetauscher mit Expansionsventil aufweisen. Ein Öffnungsgrad des Expansionsventils wird nicht nur auf der Basis der Überhitzung des Kompressors, sondern auch der Raum-Temperaturdifferenz gesteuert. Die Rotationsgeschwindigkeit des Kompressors wird auf der Basis nicht nur der Lastkapazität des Raumes, sondern auch der Temperaturdifferenz des Raumes gesteuert. Ferner wird in dieser Vorveröffentlichung, ebenso wie in US 5 465 591 , vorgeschlagen, an einem gemeinsamen Kompressor eine Mehrzahl von Verdampfern einzig parallel anzuschließen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Kühlsystemen mit mehreren Fächern den Wirkungsgrad zu verbessern, um die ständig wachsenden Energiekosten zu senken und den Umweltschutz zu verbessern. Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 angegebene Wärmepumpenanordnung und das im Patentanspruch 8 angegebene Kühlverfahren vorgeschlagen. Optionale, vorteilhafte Ausführungsarten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung verwendet einen verstellbaren Kompressor in einem Rankine-Kühlkreislauf mit wenigstens zwei Verdampfern zum Kühlen von mindestens zwei Massen. Die Durchflußrate des durch den Kompressor strömenden Kältemittels wird in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur der beiden Massen verstellt, um eine Kühlleistung zur Verfügung zu stellen, die maßgeschneidert für den Kühlbedarf der beiden Massen ist und deshalb den Energieverbrauch des Kühlsystems minimiert.
Insbesondere kombiniert die Erfindung einen linearen Kompressor mit einem frei beweglichen Kolben mit einem Rankine-Kühlkreislauf, wobei der Linearkompressor von einem elektromagnetischen Linearmotor angetrieben wird, der an einem Motorsteuerschaltkreis angeschlossen ist, welcher in der Lage ist, eine veränderbare Betriebsspannung an den Anker des Antriebsmotors anzulegen, um die Durchflußrate des Kältemittels durch den Kompressor in Abhängigkeit von dem Kühlbedarf der beiden gekühlten Fächer, in denen sich die Verdampfer befinden, zu verstellen. Es kann nicht nur die Durchflußrate des Kältemittels verstellt werden, bspw. durch Veränderung der Förderleistung des Linearkompressors mit einem freien Kolben, sondern vorzugsweise sind darüber hinaus auch die beiden Verdampfer in Reihe schaltbar. Demzufolge kann der Kältemittelfluß entweder ausschließlich entlang eines Strömungspfades geleitet werden, der sich durch den Verdampfer in dem Frischhaltefach erstreckt, oder alternativ hierzu kann das Kältemittel entlang eines Pfades geleitet werden, der sich zuerst durch den Verdampfer des Gefrierfachs und sodann durch den Verdampfer des Frischhaltefachs erstreckt. Wenn ausschließlich der Kühlfach-Verdampfer mit Kältemittel versorgt wird, kann die Massendurchflußrate des Kältemittels geregelt werden, um gerade eben dem Kühlbedarf des Frischhaltefachs zu entsprechen. Wenn die Verdampfer in Reihe geschalten werden, kann die Durchflußrate des Kältemittels derart geregelt werden, daß entweder hauptsächlich das Gefrierfach gekühlt wird, oder daß alternativ dazu sowohl das Gefrierfach als auch das Frischhaltefach gekühlt werden. Infolgedessen kann sowohl der Strömungspfad wie auch die Durchflußrate, mit welcher das Kältemittel von dem Kompressor gefördert wird, kontrolliert beeinflußt werden, um den Wirkungsgrad einer Wärmepumpenanordnung nach der vorliegenden Erfindung zu optimieren.
Weitere Merkmale, Einzelheiten, Wirkungen und Vorteile auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in:
1 ein Blockschaltbild der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung eines Linearkompressors;
3 ein Blockschaltbild eines Regelungsschaltkreises zur Steuerung der Pumpleistung des Linearkompressors mit frei beweglichem Kolben und der Ventile des Kühlkreises bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
4 eine Wahrheitstabelle für den Betrieb des Steuerschaltkreises nach 3; sowie
5 eine graphische Darstellung der Beziehungen zwischen der Durchflußrate des Kältemittels und der Kühlrate beim Betrieb der erfindungsgemäßen Anordnung bei der Serienschaltung.
Bei der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, welche in der Zeichnung widergegeben ist, wird aus Gründen der Klarheit eine spezielle Terminologie verwendet. Dies soll jedoch nicht dahingehend ausgelegt werden, daß die Erfindung auf die solchermaßen ausgewählten, speziellen Begriffe beschränkt ist, sondern jeder spezielle Begriff soll alle technischen Äquivalente einschließen, welche in einer ähnlichen Form betrieben werden, um einem ähnlichen Zweck zu dienen. Beispielsweise wird das Wort „verbunden" oder ein dazu äquivalenter Begriff oft verwendet. Damit soll jedoch die Anordnung nicht auf eine direkte Verbindung begrenzt werden, sondern auch Kopplungen über andere Schaltkreiselemente umfassen, wenn solche Kopplungen von Fachleuten als äquivalent erkannt werden. Weiterhin werden Schaltkreise beschrieben, welche auf wohlbekannte Art auf elektronische Signale einwirken. Fachleute werden jedoch erkennen, daß es viele – und in der Zukunft möglicherweise weitere – andere Schaltkreise gibt, welche als äquivalent einzustufen sind, da sie dieselben Wirkungen auf die Signale haben. Weiterhin werden Fachleute erkennen, daß es im Rahmen der bekannten Gesetze der Boole'schen Logik möglich ist, Logikpegel und -funktionen zu invertieren, um identische oder äquivalente Resultate zu erhalten.
1 enthält ein Blockschaltbild des bevorzugten Rankine-Kühlkreislaufs der Erfindung. Ein Rankine-Kühl-Kreislauf enthält gewöhnlich eine Expansionsöffnung oder Kapillarröhre, einen Verdampfer, Verbindungsleitungen, Steuerventile, einen Kondensator, einen Kompressor und Wärmetauscher. 1 zeigt auch einen Antriebsmotor für den Kompressor und einen Steuerschaltkreis für den Motor und für Ventile, jeweils in Form eines Schaltungsblocks und ausführlicher dargestellt in 2 und 3 sowie in einem Patent, welches im folgenden durch Bezugnahme in den Offenbarungsgehalt dieser Erfindung eingebunden werden soll. Es gibt keine Vermischung der Luft innerhalb des Frischhaltefachs mit der Luft in dem Gefrierfach.
Der Auslaß 10 des Linearkompressors 12 mit frei beweglichem Kolben ist in üblicher Form mit einem Kondensator 14 verbunden. Der Ablauf des Kondensators ist mit den Eingangsanschlüssen von zwei steuerbaren Ventilen verbunden, vorzugsweise einem Magnetventil 16 für das Frischhaltefach und einem Magnetventil 18 für das Gefrierfach. Der Ausgangsanschluß des Magnetventils 18 ist über eine Kapillarröhre 20 mit dem Einlaß eines Gefrierfach-Verdampfers 22 verbunden, der in thermischem Kontakt mit dem Gefrierfach 23 niedrigerer Temperatur steht. Das Magnetventil 16 ist über eine Kapillarröhre 24 mit dem Zulauf des Kühlflach-Verdampfers 26 verbunden, der in thermischem Kontakt mit dem auf vergleichsweise höherer Temperatur befindlichen Frischhaltefach 27 steht. Jedes der beiden Fächer 23 und 27 enthält eine Masse, welche gekühlt werden soll und sowohl die enthaltene Luft wie auch die eingelagerten Lebensmittel umfaßt. Die Kapillarröhren 20 und 24 sind thermisch miteinander gekoppelt im Rahmen eines Wärmetauscher 28, der darüber hinaus eine dritte Wärmetauscherleitung 30 aufweist. Anstelle der Kapillarröhren können Expansionsventile verwendet werden, wie dies allgemein bekannt ist. Die Wärmetauscherleitung 30 ist in einer Verbindung zwischen dem Auslaß 32 des Kühlfach-Verdampfers 26 und dem Ansaugeingang 34 des Kompressors 12 eingefügt, um den Saugleitungspfad zu bilden.
Der Ausgang 36 des Verdampfers 22 ist über ein Rückschlagventil 38 mit dem Einlaß 40 des Kühlfach-Verdampfers 26 verbunden. Das Rückschlagventil ist derart orientiert, daß ein Kältemittelfluß von dem Gefrierfach-Verdampfer 22 zu dem Kühlfach-Verdampfer 26 möglich ist.
Der Linearkompressor 12 mit dem frei beweglichen Kolben wird von einem Kompressorantriebsmotor 42 angetrieben. Der Kompressor 12 wie auch sein Antriebsmotor 42 werden im folgenden unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Der Kompressorantriebsmotor 42 wie auch die Magnetventile 16 und 18 werden von einem Motor- und Ventilsteuerschaltkreis 44 gesteuert. Die Ausgangswerte des Steuerschaltkreises 44 werden bestimmt durch die Eingangssignale von einem Gefrierfach-Temperatursensor 46, der in dem Gefrierfach 23 angeordnet ist, einem Temperatursensor 48 in dem Kühlfach 27, und den eingestellten Temperatursollwerten 50 und 52, jeweils einem für jedes Fach. Die Eingangs-Temperatursollwerte können dem Steuerschaltkreis 44 manuell eingegeben werden mittels eines von vielen bekannten Eingabebauteilen, bspw. Tasten oder Potentiometer. Natürlich wird ständig elektrische Energie an einem Leistungseingang 53 zugeführt und in durch den Steuerschaltkreis 44 steuerbarer Form an den Motor 42 angelegt.
Während des Betriebs kann das von einem Kompressor 12 verdichtete Kältemittel entlang von zwei unterschiedlichen Fluidströmungspfaden geleitet werden, was durch den Zustand der Magnetventile 16 und 18 festgelegt wird. In einer Betriebsart ist das Magnetventil 18 geschlossen und das Magnetventil 16 geöffnet, so daß das Kältemittel durch die Kapillarröhre 24 geleitet wird, die derart dimensioniert ist, um bei einer ausreichend niedrigen Temperatur unterhalb der Temperatur des Kühlfachs eine Verdampfung herbeizuführen und somit dem Kühlfach 27 Wärme zu entziehen. Das Kältemittel verdampft in dem Kühlfach- Verdampfer 26 und wird zu dem Kompressor zurückgeleitet über den Wärmetauscher 28 in der Saugleitung zu dem Sauganschluß 34 des Kompressors 12. Das Einweg-Rückschlagventil 38 verhindert, daß sich während dieser reinen Kühlfach-Betriebsart Kältemittel in dem Gefrierfach-Verdampfer 22 ansammeln kann.
In der zweiten Betriebsart ist das Magnetventil 16 geschlossen und das Magnetventil 18 geöffnet. Nun fließt das kondensierte Kältemittel durch beide Verdampfer. Das Kältemittel wird durch die Kapillarröhre 22 geleitet, die derart dimensioniert ist, daß bei einer Temperatur ausreichend niedrig unterhalb der Temperatur des Gefrierfachs eine Verdampfung stattfindet, damit dem Gefrierfach 23 Wärme entzogen werden kann. Das Kältemittel verdampft in dem Gefrierfach-Verdampfer, wobei diesem Wärme entzogen wird, und fließt sodann nacheinander durch das Einwegventil und durch den Kühlfach-Verdampfer 26, wobei dem Kühlfach Wärme entzogen und das Kältemittel durch die Kühlfachtemperatur überhitzt wird. Das in diesem seriellen Pfad fließende Kältemittel wird sodann zu dem Kompressor zurückgeleitet über den Rücklaufpfad und in den Sauganschluß 34 des Kompressors 12.
Die Durchflußrate des durch den Kompressor gepumpten Kältemittels ist eine Funktion der Pumpenförderleistung, der Dichte des Kältemittels und der Frequenz des Kompressors, d.h. der Anzahl von Pumpzyklen pro Zeiteinheit. Die Massendurchflußrate des Kältemittels ist der kritische Parameter, da sie mit der Menge des einem Verdampfer zugeführten und in diesem verdampften Kältemittels korrespondiert und somit dem Betrag der von dem Kältemittel aufgenommenen Wärme festlegt. Die Massendurchflußrate des Kältemittels wird üblicherweise durch Veränderung des Fördervolumens oder der Frequenz eines Kompressors oder beider dieser Größen beeinflußt. Man sollte sich jedoch vor Augen führen, daß die Pumpenförderleistung nicht allein die Massendurchflußrate bestimmt, da die Massendurchflußrate auch eine Funktion der Dichte des Kältemittels ist. Demzufolge wird eine vorgegebene oder eingestellte Förderleistung bei Kältemitteln unterschiedlicher Dichten zu unterschiedlichen Massendurchflußraten führen. Da der Dampfdruck des Kältemittels exponentiell als Funktion der Temperatur ansteigt, ist das Kältemittel beim Verlassen des Kühlfach-Verdampfers deutlich dichter als das den Gefrierfach-Verdampfer verlassende Kältemittel. Obwohl die Massendurchflußrate durch Veränderung der Förderleistung verstellt werden kann, sollte der Konstruktionsingenieur daher berücksichtigen, daß die Massendurchflußrate und die Volumendurchflußrate (d. h. die Förderleistung) nicht identisch sind. Somit ist die Massendurchflußrate des Kältemittels eine Funktion von vielen Variablen innerhalb des Kühlsystems und nicht eine feste Eigenschaft des Kompressors selbst. Mit Eigenschaften des Kompressors sind dessen Kompressionsverhältnis und Förderleistung gemeint.
Da die Durchflußrate durch den Kompressor 12 verstellt und demzufolge kontrolliert von dem Steuerschaltkreis 44 verändert werden kann, kann die Durchflußrate und somit die Kühlrate für beide Strömungspfade als Reaktion auf den Kühlbedarf verändert werden. Dies schließt ein, daß bei der Betriebsart mit seriellem Strömungspfad durch beide Verdampfer die Durchflußrate auf einen Wert eingestellt werden kann, der ausreichend niedrig ist, so daß nur dampfförmiges Kältemittel von dem Gefrierfach-Verdampfer 22 zu dem Kühlfach-Verdampfer 26 gelangt, oder alternativ dazu kann eine höhere Durchflußrate eingestellt werden, so daß flüssiges Kältemittel am Zulauf 40 in den Kühlfach-Verdampfer 26 eintritt, um auf diesem Weg einen erheblichen, zusätzlichen Kühleffekt in dem Kühlfach 27 hervorzurufen.
Diese Betriebsart ist in der Grafik nach 5 wiedergegeben. Bei Durchflußraten des Kältemittels unterhalb der Durchflußrate A wird das Gefrierfach durch Verdampfung des flüssigen Kältemittels gekühlt, und das Kühlfach wird durch Heizen des Dampfes von der Gefrierfachtemperatur auf die Kühlfachtemperatur gekühlt, d.h. durch Überhitzung. Die Verdampfung des Kältemittels wird innerhalb des Gefrierfach-Vedampfers abgeschlossen und ausschließlich Dampf gelangt zu dem Kühlfach-Verdampfer.
Bei Durchflußraten oberhalb der Durchflußrate A wird die Verdampfung des Kältemittels nicht in dem Gefrierfach-Verdampfer abgeschlossen. Ein Teil des den Gefrierfach-Verdampfer verlassenden Kältemittels ist flüssig und verdampft in dem Kühlfach-Verdampfer. Somit ist der Kühleffekt in dem Kühlfach das Ergebnis einer Verdampfung und Überhitzung. Der Kühleffekt in dem Gefrierfach- Verdampfer steigt mit weiter anwachsender Durchflußrate nicht mehr an, weil der Gefrierfach-Verdampfer gesättigt ist. Jedoch erhöht sich oberhalb der Durchflußrate A der Kühleffekt in dem Frischhaltefach mit ansteigender Durchflußrate als Folge der kombinierten Wirkung einer zunehmenden Verdampfung und Überhitzung des Kältemittels.
Bei der Durchflußrate B ist der Kühlfach-Verdampfer ebenfalls mit flüssigem Kältemittel gesättigt. Ein weiteres Anheben der Durchflußrate erhöht die Verdampfung nicht, sondern erhöht nur die Durchflußrate der Flüssigkeit an dem Ablauf des Kühlfach-Verdampfers ohne weitere Erhöhung der Kühlungswirkung. Der Kühleffekt dieser Flüssigkeit wird in Form einer Abkühlung der Saugleitung und/oder des Kompressors vergeudet.
Wenn somit die Verdampfer in Serie geschalten sind, so wird der Kühleffekt in dem Frischhaltefach überwiegend bei Durchflußmengen zwischen der Durchflußrate A und der Durchflußrate B gesteuert, und in diesem Bereich ist die Gefrierfachkühlung bei einem Maximum. Diese Betriebsart ist, bei Durchflußraten oberhalb der Durchflußrate A (unzulänglich), weil der gesamte, durch Verdampfung hervorgerufene Kühleffekt innerhalb des Kühlfachs bei Gefrierfachtemperatur stattfindet. Eine Kühlung nach dieser Betriebsart bei Durchflußraten zwischen A und B ist zweckmäßig, wenn eine maximale Kühlung in dem Gefrierfach notwendig ist zugleich mit einem erheblichen Kühlbedarf innerhalb des Frischhaltefachs. Wenn in dem Frischhaltefach ein relativ geringer Kühlbedarf zum Halten der dortigen Temperatur benötigt wird, kann die Durchflußrate unterhalb der Flußrate A liegen. Wenn jedoch eine Kühlung des Gefrierfachs nicht notwendig ist, sondern nur ein erheblicher Kühlbedarf in dem Frischhaltefach, kann das Kältemittel ausschließlich durch den Kühfach-Verdampfer geleitet werden.
Ein Linearkompressor ist insbesondere geeignet zur Verwendung in dem obigen Kühlkreislauf, weil sein Saugvolumen (d.h. sein Fördervolumen) während des Betriebs auf einfachem Weg gesteuert verändert werden kann. Dies ermöglicht die Einstellung der Massendurchflußrate des Kältemittels, um den Anforderungen der aktuellen Betriebsart zu genügen. Wenn von der seriellen Gefrierfach- Betriebsart zu der reinen Kühlfach-Betriebsart umgeschalten wird, muß das Saugvolumen des Kompressors herabgesetzt werden, da die Dichte des anzusaugenden Dampfes viel höher ist und anderenfalls zu einer übermäßigen Massendurchflußrate führen würde, die wiederum die Wärmetauscher überlasten und den Wirkungsgrad des Kreislaufs beeinträchtigen könnte. Wie im vorliegenden beschrieben wird, stellt das Regelungssystem die Durchflußrate durch den Kompressor ein und schaltet zwischen der Gefrierfach-Betriebsart und der reinen Kühlfach-Betriebsart hin und her, um die gewünschten Temperaturen in den beiden Fächern aufrechtzuerhalten. Wenn kein Bedarf zur Kühlung eines Faches besteht, ist das Magnetventil 16 offen und das Magnetventil 18 geschlossen.
Während der Rankine-Kühlkreislauf anhand eines typischen Haushaltskühlschranks mit Gefrierfach beschrieben wurde, sind die Grundgedanken der Erfindung auch auf andere Rankine-Kühlkreisläufe anwendbar, bei denen verschiedene Massen gemeinsam zu kühlen sind. So können diese Prinzipien bspw. im Rahmen einer Klimaanlage Verwendung finden, bei der zwei oder mehrere unterschiedliche Orte auf unterschiedliche Temperaturen gekühlt werden sollen, oder bei einer Kombination aus Kühlanlage und begehbarem Kühlhaus, wie auch bei anderen Rankine-Kühlkreislaufsystemen mit mehreren Verdampfern.
Ein Linearkompressor ist ein Kompressor von der Kolbenbauart mit positiver Förderleistung, bei welchem der Kolben direkt von einem Linearmotor angetrieben wird, anstelle von einem an einer Mechanik angekuppelten Rotationsmotor wie bei dem herkömmlichen, oszillierenden Kompressor. Die oszillierende Masse des Kolbens und des Motors muß mit einer Kombination von mechanischen Federn und Gasfedern in oder nahe einem resonanten Zustand verbracht werden, um sehr große Motorblindströme zu vermeiden, welche ansonsten erforderlich wären und sowohl den Motorwirkungsgrad als auch dessen Größe nachteilig beeinflussen würden. Bei einem Linearkompressor wird die Kolbenbewegung nicht durch die Geometrie des Antriebsmechanismus definiert wie bei einem herkömmlichen, oszillierenden Kompressor. Sowohl die Amplitude wie auch die Mittenposition der Kolbenbewegung können sich ändern und werden durch auf den Kolben einwirkende mechanische Kräfte, elektromagnetische Kräfte und Druckkräfte bestimmt. Dies kann einen Nachteil bedeuten, da die Kolbenbewegung nicht vordefiniert ist und einen Mechanismus zur Steuerung der Kolbenposition notwendig macht oder reichlichen mechanischen Spielraum erfordert, insbesondere wenn zerbrechliche Teile miteinander kollidieren könnten. Der Linearkompressor ist jedoch universeller, da die Kolbenbewegung kontinuierlich beeinflußt werden kann, um ein optimales Betriebsverhalten zu erreichen.
Bei Anwendungen mit hohen Druckverhältnissen wie bspw. Gefrierfächern ist ein Mechanismus zur Steuerung der Position des Kolbens am oberen Totpunkt (OT) notwendig, um den Totraum zu minimieren. Dies wird erreicht durch Einstellung des Effektivwertes der Kompressorspannung mit einem einfachen, auf der Basis eines Triacs aufgebauten, wellenzerhackenden Schaltkreises, der die OT-Position des Kolbens in einer Rückkopplungsschleife verwendet. Ein derartiger Schaltkreis ist in dem US-Patent 5,156,005 von Redlich dargestellt und wird hiermit durch Bezugnahme in den Offenbarungsgehalt mit eingebunden. Zwei Arten von Meßelementen für die Kolbenposition sind verwendet worden. Das erste ist der Motor selbst, der verwendet werden kann, um die Kolbenposition zu ermitteln. Das zweite ist ein einfach aufgebauter, induktiver Aufnehmer. Beide haben ein zufriedenstellendes Betriebsverhalten an den Tag gelegt. Diese Steuerelemente bieten die Möglichkeit einer echten Leistungsverstellung, da die Mittel zur Veränderung der Kolbenamplitude in dem Steuerungs-/Antriebsbaustein eingebaut sind.
Linearkompressoren haben drei einheitliche, auf den Wirkungsgrad bezogene Merkmale. Das erste ist, das es keine seitlichen Druckbeanspruchungen des Kolbens gibt, da alle Antriebskräfte entlang der Bewegungslinie wirken, wodurch sich die Lagerbelastungen erheblich reduzieren und die Verwendung von Gaslagerungen oder Öl mit niedriger Viskosität möglich wird. Dies resultiert in extrem niedrigen Reibungsverlusten im Verhältnis zu anderen Kompressorbauarten. Das zweite Merkmal ist, daß Permanentmagnetmotoren mit einem Wirkungsgrad von mehr als 90% auf einfachem Weg realisiert werden können. Schließlich kann eine Leistungsverstellung in der oben beschriebenen Art erzielt werden.
In Verbindung mit Linearkompressoren verwendeten Antriebsmotoren wohnt eine Leistungsverstellungsmöglichkeit inne. Durch Verstellung der Kolbenposition am oberen Totpunkt kann die Leistung gesteuert werden. Dieser Mechanismus zur Leistungsverstellung erhöht das Auftreten von Gashystereseverlusten.
Jedoch muß man berücksichtigen, daß die Last und demzufolge der Temperaturabfall in den Wärmetauschern reduziert wird, wenn die Leistung herabgesetzt wird. Dies führt zu einer Reduzierung des Kompressionsverhältnisses zusammen mit der Leistung, welche den erhöhten Totraum kompensiert und dazu führt, daß sich die Gashystereseverluste in dem Kompressor nicht signifikant verändern. Strömungs- und Leckverluste werden ebenfalls reduziert.
Obwohl hinsichtlich ihrer Durchflußrate verstellbare Linearkompressoren im Stand der Technik bekannt sind, ist in 2 ein derartiger Kompressor wiedergegeben. 2 zeigt eine Baugruppe, welche sowohl einen Linearkompressor mit einem frei beweglichen Kolben als auch seinen damit integrierten Antriebsmotor umfaßt. Der Linearkompressor weist Ein- und Auslaßventile auf, welche üblicherweise als Einwegrückschlagventile realisiert sind, wie sie allgemein bei Kompressoren Verwendung finden, darüber hinaus einen Zylinder, einen Kolben und eine Anschlußstange. Ein Linearmotor umfaßt eine Ankerwicklung, an die eine Wechselspannung angelegt wird, wie auch Magneten, welche mit dem Kolben verbunden sind und durch den sich zeitlich ändernden Strom in dem Anker und das daraus resultierende, zeitveränderliche Magnetfeld zu einer oszillierenden Bewegung angetrieben werden. Die gesamte Baugruppe ist hinsichtlich ihrer Massen und Federkonstanten derart ausgelegt, daß sich am oder nahe der Frequenz der angelegten Spannung ein resonantes Verhalten ergibt, um den Betriebswirkungsgrad zu maximieren.
Der Linearkompressor mit dem frei beweglichen Kolben und der damit gemäß 2 integrierte Motor haben einen Zylinder 60, welcher sich nach außen erstreckt, um gleichzeitig ein tragendes Gehäuse 62 zu bilden. Ein Kolben 64 ist innerhalb des Zylinders 60 linearbeweglich aufgenommen und mit einem umgebenden, magnetischen Ring 66 verbunden. Ein Saugdämpfer 68 und eine die üblichen Ein- und Auslaßventile aufweisende Ventilbaugruppe 70 ist an dem Kopfende 72 des Zylinders 60 befestigt. Kältemittel wird von dem Saugdämpfer 68 in den Kompressionsraum 74 gesaugt und komprimiert und durch die Auslaßleitung 76 ausgestoßen. Eine umgebende Spule bildet einen Anker 78, der innerhalb einer herkömmlichen, geblechten Umgebung 80 mit einem magnetischem Pfad niedriger Reluktanz aufgenommen ist, bestehend aus den äußeren Blechen 82 und inneren Blechen 84. Der Kolben wird von einer ebenen Feder 86 getragen, mit einer Federkonstanten, welche zusammen mit den Massen des Kolbens 64 und der daran festgelegten Strukturen bei der Betriebsfrequenz der an dem Anker 78 angelegten, gesteuerten Wechselstromquelle ein resonantes Verhalten erzeugt. Die Spannung der an dem Anker 78 angelegten elektrischen Leistung wird durch den Motor- und Ventilsteuerschaltkreis 44, der in 1 zu sehen ist, verändert. Eine größere Spannung erhöht den Kolbenhub, während eine Verminderung der Spannung den Kolbenhub reduziert, und demzufolge einen entsprechenden Effekt auf die Kompressordurchflußrate hat.
Die Durchflußrate durch den Kompressor kann auch durch eine „pneumatische" Steuertechnik beeinflußt werden, wobei der Motor ständig bei einem konstanten, vorgegebenen Hub betrieben wird, aber die mittlere Position des Kolbens verändert wird, um das tatsächliche Kompressionsverhältnis und dadurch die Durchflußrate zu verändern. Dies kann erreicht werden unter Verwendung der die Endposition begrenzenden Konzepte und Gerätschaften, wie sie in der parallelen US-Patentanmeldung Nr. 08/265,790 beschrieben sind, für welche Anmeldung bereits die Erteilungsgebühr entrichtet worden ist und deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung mit eingebunden wird. 9 dieser Patentanmeldung zeigt eine Baueinheit aus einem Kompressor und einem Linearmotor, die sehr ähnlich zu derjenigen in 2 der vorliegenden Anmeldung ist. Die Begrenzung für die Endposition ist durch einen axial verschiebbaren Anschlag einstellbar, bspw. in der Zylinderwand. Die Position des Begrenzungselements legt die Endposition fest, und demzufolge beeinflußt die axiale Verschiebung der Position des Begrenzungselements die Mittenposition des Kolbens und verändert damit das Kompressionsverhältnis des Kompressors.
Die Mittenposition kann auch durch Messung der Position des Kompressorkolbens am oberen Totpunkt (OT) verändert werden, wie dies in dem US-Patent 5,496,153 gezeigt ist, das hiermit durch Bezugnahme in den Offenbarungsgehalt mit eingebunden wird, und eine gesteuerte Veränderung des Kompressionsverhältnisses und damit der Durchflußrate erlaubt.
3 zeigt einen Steuerschaltkreis für den Einsatz bei erfindungsgemäßen Anordnungen. Dieser verwendet herkömmliche Rückkopplungsregelungsprinzipien, wobei ein Temperatursollwertsignal algebraisch von einem gemessenen Temperaturistwertsignal subtrahiert wird, um ein Signal für den auszuregelnden Fehler zur Verfügung zu stellen, welches verstärkt wird und die Förderleistung des Kompressors steuert. Wie aus 3 ersichtlich ist, so ist der Sollwerteingang 50 für die Temperatur des Kühlfachs und der Sollwerteingang 52 für die Temperatur des Gefrierfachs jeweils mit einem der Summierungsanschlüsse 102 und 104 verbunden, wie auch die Eingangssignale für die Temperaturistwerte von dem Sensor 46 für die Gefrierfachtemperatur und dem Sensor 48 für die Kühlfachtemperatur. Das Fehlersignal, welches der Differenz zwischen der am Eingang 50 voreingestellten Kühlfachtemperatur und der an dem Temperatursensor 48 tatsächlich gemessenen Kühlfachtemperatur entspricht, wird über einen Widerstand R1 eines Additionsschaltkreises an den Eingang eines Verstärkerschaltkreises 106 gelegt. Die Differenz zwischen dem Gefrierfach-Temperatursollwert am Eingang 52 und dem gemessenen Gefrierfach-Temperaturistwert des Sensors 46 in dem Gefrierfach wird über den Widerstand R2 des zweiten Additionsschaltkreises an den Verstärkers 106 gelegt. Der Ausgang des Verstärkers 106 hat eine Größe, welche proportional zu der gewünschten Pumpendurchflußrate ist. Dieser Ausgang des Verstärkers 106 wird einer Steuerschaltung für die Kompressorförderleistung zugeführt, wie sie bspw. in dem oben erwähnten Patent 5,156,005 von Redlich dargestellt ist, und welche die Amplitude des Antriebsmotors und demzufolge die Durchflußrate durch den Kompressor kontrolliert.
Ein Logikschaltkreis wird verwendet, um die Magnetventile 16 und 18 zu steuern, wie 1 zeigt. Ein Komparator 111 ist an das Signal des Sensors 46 für die Gefrierfachtemperatur angeschlossen wie auch an das Signal des Sollwerteingangs 52 für die Gefrierfachtemperatur, um an seinem Ausgang eine logische Eins zu erzeugen, wenn die gemessene Temperatur den Sollwert übersteigt und demzufolge beim Gefrierfach ein Kühlbedarf vorliegt, während eine logische Null ausgegeben wird, wenn dies nicht der Fall ist. Der Ausgang des Komparators 111 ist mit einem Logikdekodierschaltkreis 114 verbunden, der eine von dem Komparator 111 ausgegebene logische Null oder logische Eins in Spannungen umwandelt, welche an die Magnetventile 16 und 18 angelegt werden, um diese gemäß der Schaltkreislogik zu öffnen und zu schließen. Eine Diode 116 ist zwischen dem Eingang des Widerstands R2 und dem Ausgang des Komparators 111 angeschlossen, um den Ausgang des Summierpunktes 104 pegelmäßig abzuklemmen, wenn der Ausgang des Komparators 111 eine logische Null aufweist.
4 enthält eine Wahrheitstabelle, welche die Betriebsart des Schaltkreises nach 3 veranschaulicht. Wie diese Wahrheitstabelle zeigt, entspricht eine „0" unter der Überschrift „Gefrierfach" dem Fall, daß aus diesem Fach kein Kühlbedarf vorliegt, was dann eintritt, wenn die gemessene Temperatur dieses Fachs niedriger oder gleich dem eingestellten Temperatursollwert ist. Eine „1 " zeigt das Vorliegen eines Kühlbedarfs an, weil die Temperatur des Fachs den Temperatursollwert übersteigt.
Wenn das Gefrierfach keinen Bedarf zeigt, liefert der Komparator 111 an seinem Ausgang eine logische Null und der Logikdekodierschaltkreis 114 öffnet das Ventil 16 und schließt das Ventil 18. Bei einer logischen Null am Ausgang des Komparators 111 klemmt die Diode 116 den Widerstand R2 an den Pegel der logischen Null fest, so daß nur das Fehlersignal des Kühlfachs über den Rückkopplungsregelschaltkreis die Massendurchflußrate durch den Kompressor bestimmt.
Wenn das Gefrierfach einen Kühlbedarf anzeigt, liefert der Ausgang des Komparators 111 eine logische Eins und der Logikdekodierschaltkreis 114 schließt das Ventil 16 und öffnet das Ventil 18. Die von dem Komparator 111 abgegebene, logische Eins löst den Eingang R2, so daß das Fehlersignal von dem auf das Gefrierfach bezogenen Teil des Rückkopplungsregelungssystems mit dem Kühlfach-Fehlersignal summiert werden kann, damit der Kompressor mit einer erhöhten Durchflußrate entsprechend der Summe des Kühlbedarfs der beiden Fächer angetrieben wird.
Für die Fachleute dürfte ersichtlich sein, daß alternativ ein Steuerschaltkreis Verwendung finden kann, der auf einfachem Wege mit ausgewählten und festgelegten Pumpenförderleistungen realisiert ist, welche jeder der beiden in 4 dargestellten Betriebsarten zugeordnet sind. Eine anspruchsvollere Steuerung kann durch Verwendung eines Computers und einer entsprechenden Software erreicht werden, um das gewünschte Ausgangssignal für die Durchflußrate gemäß bekannten Regelalgorithmen in Abhängigkeit von der Veränderung der Temperaturdifferenzen zwischen den Temperatursollwerten der Fächer und den gemessenen Temperaturistwerten für das betreffende Fach zu bestimmen.
Zusätzliche Temperatursensoren können weitere Temperaturen erfassen, bspw. ein Notfalltemperaturniveau. Dies würde zwei weitere Eingänge für den Logikdekodierschaltkreis 114 schaffen, so daß insgesamt 16 verschiedene Kombinationen und Betriebsbedingungen für das Kühlsystem zur Verfügung stünden.
Für Fachleute dürfte weiterhin ersichtlich sein, daß andere Arten von Kraftmaschinen oder Motoren verwendet werden können, um einen Linearkompressor in einer Art anzutreiben, welche eine Veränderung der Massendurchflußrate durch den Kompressor erlaubt. Hierunter fällt eine Stirling-Maschine, eine Dampfmaschine oder eine linear arbeitende Verbrennungsmaschine oder auch ein Rotationsmotor mit einer verstellbaren Kopplung, obwohl all diese nicht annähernd die Vorteile der beschriebenen Anordnungen bieten dürften.
Weiterhin kann die Massendurchflußrate des Kältemittels mit anderen Kompressoren als Linearkompressoren verändert werden, obwohl Linearkompressoren am geeignetsten eingestuft werden. Beispielsweise kann ein elektronisch kommutierter Motor, manchmal auch als bürstenloser Gleichstrommotor bezeichnet, angekoppelt werden, um einen herkömmlichen Kompressor von der Kurbelbauart anzutreiben. Die Geschwindigkeit eines derartigen Motors ist variabel, was eine Verstellung der Durchflußrate des Kältemittels durch Steuerung der Drehgeschwindigkeit des Motors erlaubt.
Als Ergebnis zeigt sich, daß die vorliegende Erfindung eine maßgeschneiderte Durchflußrate des Kältemittels durch den Kompressor und durch die Strömungspfade des Kühlkreislaufs zur Verfügung stellt, um den Kühlbedarf in beiden Fächern präzise zu erfüllen.
Während gewisse, bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Einzelnen beschrieben worden sind, soll dennoch darauf hingewiesen werden, daß verschiedene Modifikationen möglich sind, ohne den Erfindungsgedanken oder den durch die folgenden Ansprüche festgelegten Schutzbereich zu verlassen.

Claims

Wämepumpenanordnung zur Übertragung von Wärme von wenigstens zwei Massen mit niedrigerer Temperatur, von denen eine niedriger ist als die andere, auf eine weitere Masse mit höherer Temperatur, umfassend einen nach dem Dampf-Kompressions-Kreisprozess betriebenen Kühlkreislauf mit einem in dem Kreislauf enthaltenen Kältemittel, und mit folgenden Elementen: a) einer Baugruppe (12,42) mit Kompressor (12) und Antriebsmotor (42), die hinsichtlich ihrer Durchflußrate verstellbar ist und über einen Kältemittelzulauf (34) und einen Kältemittelablauf (10) mit dem Kühlkreislauf strömungsmäßig kommuniziert; b) wenigstens zwei Verdampfern (22,26), von denen ein erster (22) in thermischem Kontakt zu einer ersten Masse von niedrigster Temperatur steht und ein zweiter (26) in thermischem Kontakt zu einer zweiten Masse steht, deren Temperatur zwischen den Temperaturniveaus der Massen mit der niedrigsten und der höheren Temperatur liegt, wobei der erste Verdampfer (22) mit seinem Zulauf derart angeschlossen ist, dass er das vom Kompressor (12) verdichtete Kältemittel aufnimmt, wobei der zweite Verdampfer (26) mit seinem Zulauf (40) über ein Ventil (16) derart anschließbar ist, dass er das vom Kompressor (12) verdichtete Kältemittel aufnimmt, und dessen Ablauf (32) als Rücklaufleitung für das Kältemittel an den Kompressor (12) angeschlossen ist, so dass das Kältemittel einmal nur durch den zweiten Verdampfer (26) strömt, wobei sodann eine Strömung des Kältemittels durch den ersten Verdampfer (22) blockiert ist; sowie c) einem Steuerschaltkreis (44) dadurch gekennzeichnet, dass d) der erste Verdampfer (22) mit seinem Ablauf (36) an den Zulauf (40) des zweiten Verdampfers (26) angeschlossen ist, so dass das Kältemittel ein andermal nacheinander sowohl durch den ersten (22) als auch durch den zweiten Verdampfer (26) strömt; e) und dass der Steuerschaltkreis (44) an Meßwertaufnehmern (46,48) zum Sensieren der Temperaturen der Massen und an die Kompressor- Antriebsmotor-Baugruppe (12,42) angeschlossen ist, um die Durchflußrate in Abhängigkeit von den sensierten Temperaturen zu verstellen.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (12) ein Linearkompressor mit einem frei beweglichen Kolben (64) und der Motor (42) ein elektromagnetischer Linearmotor mit einer Ankerwicklung (78) ist, wobei der Steuerschaltkreis (44) ein Motorsteuerschaltkreis ist mit einem elektrischen Leistungseingang (53) und einem an die Ankerwicklung angeschlossenen, elektrischen Leistungsausgang, um zur Verstellung der Durchflußrate des Kältemittels durch den Kompressor (12) eine variable Antriebsspannung an die Ankerwicklung anzulegen.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschaltkreis (44) eine Rückkopplungsregelschleife enthält, welche die Durchflußrate des Kältemittels proportional zu der Summe aus den Differenzen zwischen einer gemessenen Temperatur der ersten Masse und einem eingestellten Temperatursollwert für die erste Masse einerseits und zwischen einer gemessenen Temperatur der zweiten Masse und einem eingestellten Temperatursollwert für die zweite Masse andererseits verstellt.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verdampfer (22) mit seinem Zulauf über ein Ventil (18) derart anschließbar ist, dass er das vom Kompressor verdichtete Kältemittel aufnimmt. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluß vom Ablauf (36) des ersten Verdampers (22) zum Zulauf (40) des zweiten Verdampfers (26) ein Rückschlagventil (38) aufweist.
Anordnung nach nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a) der erste Verdampfer (22) ein Gefrierfach-Verdampfer ist und mit einem Zulauf an einen Ablauf eines Kondensators (14) und über den Kondensator (14) mit dem Ablauf (10) des Kompressors (12) gekoppelt ist; und b) der zweite Verdampfer (26) ein Kühlfach-Verdampfer (26) ist und mit einem Zulauf (40) über ein betätigbares Ventil (16) an den Ablauf des Kondensators (14) und über ein Rückschlagventil (38) an einen Ablauf (36) des Gefrierfach-Verdampfers (26) gekoppelt ist, wobei das Rückschlagventil (38) derart orientiert ist, dass eine Strömung des Kältemittels von dem Gefrierfach-Verdampfer (22) zu dem Kühlfach-Verdampfer (26) möglich ist, und wobei der Kühlfach-Verdampfer (26) mit einem Ablauf (32) an den Zulauf (34) des Kompressors (12) gekoppelt ist.
Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschaltkreis (44) einen Temperatursensor (48) zum Messen der Temperatur in dem Kühlfach (27) für das Frischhalten von Nahrungsmitteln, einen Temperatursensor (46) zum Messen der Temperatur in dem Gefrierfach (23) und ein rückgekoppeltes Regelsystem aufweist, welches die Durchflußrate des Kältemittels proportional zu der Summe aus den Differenzen zwischen einer gemessenen Temperatur in dem Gefrierfach (23) und einem eingestellten Temperatursollwert für das Gefrierfach einerseits und zwischen einer gemessenen Temperatur in dem Kühlfach (27) für das Frischhalten von Nahrungsmitteln und einem eingestellten Temperatursollwert für das Kühlfach (27) andererseits verstellt.
Verfahren zum Kühlen einer Mehrzahl von Massen auf unterschiedliche Temperaturniveaus, mit folgenden Merkmalen: a) im Rahmen eines nach dem Rankine-Prozess betriebenen Kühlkreislaufs wird komprimiertes Kältemittel durch eine Mehrzahl von Verdampfern (22,26) gepumpt, wobei zu jeder Masse wenigstens ein Verdampfer (22,26) in thermischem Kontakt steht; b) die Durchflußrate des Kältemittels wird verstellt, um eine Durchflußrate zu erhalten, welche den Betriebswirkungsgrad optimiert; dadurch gekennzeichnet, dass c) die Strömung zu bestimmten Zeiten einem seriellen Pfad durch einen ersten Verdampfer (22), der in thermischem Kontakt mit der Masse auf niedrigerem Temperaturniveau steht, und von dem ersten Verdampfer (22) durch einen zweiten Verdampfer (26), der in thermischem Kontakt mit einer Masse auf höherem Temperaturniveau steht, nachgeführt wird; und d) die Strömung zu bestimmten Zeiten einem Pfad folgt durch einen Verdampfer (26), der in thermischem Kontakt mit einer der Massen steht, während die Strömung durch einen Verdampfer (22) blockiert ist, der in thermischem Kontakt mit einer anderen Masse steht. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflußrate auf einen derartigen Wert eingestellt wird, bei welchem etwa das gesamte, in den zweiten Verdampfer (26) eintretende Kältemittel Dampf ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflußrate auf einen derartigen Wert eingestellt wird, bei welchem flüssiges Kältemittel von dem ersten Verdampfer (22) zu dem zweiten Verdampfer (26) fließt, um in dem zweiten Verdampfer (26) Wärme aufzunehmen.
Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: a) zeitweise verläuft die Strömung des Kältemittels durch den zweiten Verdampfer (26), während eine Strömung durch den ersten Verdampfer (22) blockiert ist; b) zeitweise verläuft die Strömung des Kältemittels entlang des seriellen Pfades (22,26), und die Durchflußrate wird auf einen derartigen Wert eingestellt, bei welchem etwa das gesamte, in den zweiten Verdampfer (26) eintretende Kältemittel Dampf ist; c) zeitweise verläuft die Strömung des Kältemittels entlang des seriellen Pfades (22,26), und die Durchflußrate wird auf einen derartigen Wert eingestellt, bei welchem flüssiges Kältemittel von dem ersten Verdampfer (22) zu dem zweiten Verdampfer (26) fließt, um in dem zweiten Verdampfer (26) Wärme aufzunehmen.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflußrate des Kältemittels auf den niedrigsten Wert eingestellt wird, wenn das Kältemittel nur zu dem Verdampfer (26) geleitet wird, der in thermischem Kontakt zu der Masse mit der höheren Temperatur steht.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflußrate des Kältemittels auf den höchsten Wert eingestellt wird, wenn das Kältemittel seriell durch beide Verdampfer (22,26) geleitet wird,
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflußrate des Kältemittels als ansteigende Funktion des Kühlbedarfs der Massen verstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlbedarf eine ansteigende Funktion der Summe aus den Differenzen zwischen einem gemessenen Temperaturwert jeder Masse und einem Temperatursollwert für die betreffende Masse ist.