DE10252072A1

DE10252072A1 - Mehrfachtemperatur-Kühlsystem mit Kühlplatte

Info

Publication number: DE10252072A1
Application number: DE10252072A
Authority: DE
Inventors: John Elliott Waldschmidt; William Leo Waldschmidt
Original assignee: Thermo King Corp
Current assignee: Thermo King Corp
Priority date: 2001-11-08
Filing date: 2002-11-08
Publication date: 2003-06-18
Also published as: JP2003148851A; US6543245B1

Abstract

Es ist ein System und ein Verfahren zum Beibehalten mehrerer Temperaturen unter Verwendung eines einzelnen Kühlsystems offenbart. Ein einzelnes Kühlsystem umfasst einen Kompressor, ein Reservoir, einen Kondensator und damit verknüpfte Leitungen, die selektiv an eine von mehreren Verdampfeinheiten gekoppelt sind. Jede Verdampfeinheit besitzt ein Einlassventil, ein Expansionsventil und einen Verdampfer. Ein Sensor zeigt einem Mikroprozessor an, dass einer der mehreren Verdampfer ein Abkühlen erfordert, wodurch ein Kühlzyklus in Gang gesetzt wird. Der Kompressor wird eingeschaltet und das Verdampfeinlassventil öffnet, wodurch Kältemittel durch die Verdampfeinheit strömen kann. Am Schluss des Kühlzyklus schließt sich das Verdampfeinlassventil, während der Kompressor weiterarbeitet, um ein Entfernen oder Ableiten des Kältemittels aus dem Verdampfer vor dem Abkühlen eines weiteren Verdampfbereichs zu ermöglichen. Am Schluss des Ableitens wird der Kompressor abgeschaltet.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft Kühlsysteme, in denen eutektische Kühlplatten verwendet werden, und betrifft insbesondere Mehrfachtemperatur-Kühlsysteme unter Verwendung eutektischer Kühlplatten in einem Kühltransportsystem.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Konventionelle Kühleinheiten für die Verwendung in Transportfahrzeugen, in denen mehrere Temperaturen erforderlich sind, sind typischerweise in einer von zwei Arten ausgeführt. Zum einen können zwei unabhängige Kühlsysteme verwendet werden. Dies erfordert zwei Kompressoren, zwei Steuerungssysteme, zwei Reservoire und zwei Kältemittelvorräte. Zum zweiten kann ein einzelnes Kühlsystem mit Mehrtemperaturzonen, die in Reihe verbunden sind, verwendet werden, wodurch beide Zonen gleichzeitig gekühlt werden können.
Bei diesen beiden Ausführungsarten gibt es vielerlei Probleme. Wenn zwei separate Kühlsysteme verwendet werden, ist doppelt so viel Kältemittel erforderlich. Kältemittel kann teuer sein und es ist daher wünschenswert, das gesamte benötigte Kältemittel auf ein Minimum zu reduzieren. Ferner steigert die Anwendung zweier Systeme die Gesamtkosten des Systems, da doppelte Ausstattung, etwa Kompressoren, Reservoire und Kondensoren erforderlich sind. Ferner steigt die zusätzliche Wartung und die Gefahr des Kältemittelverlusts bei Mehrfachsystemen an.
Wenn die Reihenanordnung angewendet wird, erfordert das System vermutlich einen größeren Kompressor aufgrund der größeren Leitungen und des damit verbundenen Druckabfalls. Wenn ferner lediglich eine Zone eine Kühlung erfordert, werden dennoch beide gekühlt, wodurch die Belastung für das System unnötigerweise gesteigert wird. Es ist daher vorteilhaft, zwei oder mehr Bereiche zu kühlen, wobei ein einzelnes Kühlsystem mit mehreren Verdampfern verwendet wird, wobei gleichzeitig das Problem des unnötigen Kühlens eines Bereichs, wenn lediglich der andere Bereich eine Kühlung erfordert, vermieden wird.

ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG

Diese Erfindung stellt ein Mehrfachtemperatur-Kühlsystem bereit, mit einer einzelnen Kühleinheit mit einem Kompressor, einem Kondensor, einem Reservoir, mehreren Ventilen und Leitungen, die wahlweise an einen von mindestens zwei Verdampfern und Expansionselementen gekoppelt sind.
Die Ventile sind so ausgestaltet, dass das Kältemittel zu den Verdampfern geliefert werden kann, um jeden Verdampfer unabhängig vom anderen Verdampfer zu kühlen. Nach ausreichender Kühlung (beispielsweise wenn eine entsprechende Kühlplatte gefroren ist) wird das Kältemittel von dem Verdampfer herausgepumpt (d. h. von diesem weggeleitet), um das Kältemittel bei Bedarf für andere Verdampfer bereit zu stellen. Genauer gesagt, wenn ein Verdampfer eine Kühlung erfordert, sind die Ventile so konfiguriert, dass das Kühlsystem an diesen Verdampfer gekoppelt ist, wodurch ein Kältemittelstrom von dem Reservoir zu dem Verdampfer ermöglicht wird. Wenn eine ausreichende Kühlung erreicht ist, werden die Ventile wieder so gestellt, dass der Kompressor Kältemittel von dem Verdampfer abziehen bzw. ableiten kann. Der Kompressor läuft, bis ein vorbestimmter Druck in dem Verdampfer erreicht ist. Zu diesem Zeitpunkt wird der Kompressor ausgeschaltet und die Ventile werden so konfiguriert, dass eine Strömung vermieden wird. Eine Mikroprozessorsteuerung ist so programmiert, um die Ventile und den Kompressor so anzusteuern, um damit den gewünschten Kühlzustand innerhalb der Mehrfachtemperaturzonen aufrecht zu erhalten.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Ansicht der Kühleinheit, die auf einem Überlandtransportfahrzeug installiert ist;
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Mehrfachtemperatur-Kühlplatte;
Fig. 3 ist ein Flussdiagramm, das die Arbeitsweise einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Das in Fig. 2 schematisch gezeigte Kühlsystem 10 umfasst einen Kompressor 20, einen Kondensor 30, Leitungen 40, ein Reservoir 50 und mehrere Ventile. Jede Verdampfereinheit 60, 65 des dargestellten Kühlsystems umfasst ein Expansionssystem 70, 75, einen Verdampfer 80, 85 und eine eutektische Kühlplatte 90, 95. Obwohl Fig. 2 zwei Verdampfereinheiten 60, 65 zeigt, ist es selbstverständlich, dass eine beliebige Anzahl an Einheiten auf unterschiedlichen Temperaturen unter Anwendung dieses Systems verwendbar ist. Die einzige Begrenzung für die Anzahl der zu kühlenden Einheiten ist die Größe des Anhängers oder des Raumes, in dem das System installiert ist. Ferner ist die Verwendung einer Kühlplatte nicht erforderlich. Es kann ein Verdampfer ohne eine angrenzende Kühlplatte verwendet werden, um direkt die Luft innerhalb des Kühlbereiches mit oder ohne Mitwirkung von Verdampfergebläsen direkt zu kühlen.
In dieser Beschreibung wird der Begriff "Kühleinheit" verwendet, um die typischen Komponenten eines Kühlsystems ohne einen Verdampfer und ein Expansionsventil zu beschreiben. Daher enthält typischerweise eine Kühleinheit 110 einen Kompressor 20, einen Kondensor 30, ein Reservoir 50 und die dazu notwendigen Ventile und Leitungen. Damit die Kühleinheit 110 kühlen kann, ist diese mit mehreren Verdampfereinheiten 60, 65 verbunden. Sofern dies nicht anders dargestellt wird, wird angenommen, dass die Verdampfereinheit 60, 65 ein Expansionselement 70, 75 an ihrem Kältemitteleinlass aufweist, um die Strömung und den Druck des Kältemittels in dem Verdampfer 80, 85 zu steuern. Der Begriff Kältemittel kann eine beliebige übliche Substanz bezeichnen, die zum Zwecke des Kühlens verwendet wird. Zu Kältemittel gehören beispielsweise Ammoniak, R-12, Freon, etc.
Gemäß Fig. 2 umfasst das System eine Kühleinheit 110, eine erste Verdampfereinheit 60 und eine zweite Verdampfereinheit 65. Es wird dabei angenommen, dass jeder Verdampferbereich 80, 85 auf unterschiedlichen Temperaturen gehalten wird. Beispielsweise könnte der erste Verdampfer 80 bei 0°F und der zweite Verdampfer 85 könnte bei 45°F gehalten werden. Des Weiteren könnten die Temperaturen umgekehrt sein, d. h., der erste Verdampfer 80 könnte bei 45°F und der zweite Verdampfer 85 könnte bei 0°F gehalten werden. Es ist nicht zwingend, dass der erste Verdampfer 80 wärmer oder kälter als der zweite Verdampfer 85 ist. Ferner sind die zuvor genannten Temperaturen lediglich anschaulicher Natur und es könnte eine beliebige Temperatur aufrecht erhalten werden. Obwohl hier betrachtet wird, dass die Verdampfer 80, 85 auf unterschiedlichen Temperaturen gehalten werden, ist es möglich, das System so zu konfigurieren, dass die Verdampfer 80, 85 auf der gleichen Temperatur bleiben. Dies kann zum Transportieren großer Lasten, die lediglich eine einzige Temperatur erfordern, vorteilhaft sein.
Der erste und der zweite Verdampfer 80, 85 sind in der dargestellten Ausführungsform nahe an eutektischen Kühlplatten 90, 95 angeordnet, um die Temperatur innerhalb jeder Einheit aufrecht zu erhalten. Die dargestellten Verdampfer 80, 85 stellen eine Reihe von Röhren dar, die in den Kühlplatten 90, 95 in Vertiefungen in diesen Kühlplatten 90, 95, oder in der Nähe der Kühlplatten 90, 95 angeordnet sind, um zu ermöglichen, dass die Verdampfer 80, 85 Wärme aus den Kühlplatten 90, 95 abführen, wodurch wiederum eine Kühlung des Kühlraumes 120 erreicht wird. Die eutektischen Kühlplatten 90, 95 sind Behälter, die mit einem Material gefüllt sind, etwa einer wässrigen Lösung mit Natriumchlorid (NaCl). Der Verdampfer 80, 85 kühlt die eutektischen Kühlplatten 90, 95 bis diese gefroren sind, wodurch es möglich ist, die Temperatur innerhalb des Kühlraumes 120 beizubehalten, wenn die gefrorene Mischung schmilzt. Typischerweise sind die eutektischen Kühlplatten 90, 95 unterkühlt, d. h., auf eine Temperatur unterhalb ihres eigentlichen Gefrierpunktes gekühlt. In einem standardmäßigen System sind 10°F bis 15°F an Unterkühlung vorteilhaft. Es können viele Materialien verwendet werden, um die eutektischen Kühlplatten 90, 95 zu füllen, um damit einen großen Bereich an aufrecht zu erhaltenden Gefriertemperaturen zu ermöglichen. Die Verwendung eutektischer Kühlplatten 90, 95 sowie die Wahl spezieller Materialien für eutektische Kühlplatten, die verfügbar sind, ist auf dem Gebiet der Kühlung gut bekannt.
Es wird nunmehr wieder auf die schematische Darstellung der in Fig. 2 gezeigten bevorzugten Ausführungsform verwiesen, wobei die Kühleinheit 110 ein Reservoir 50, eine Kondensoreinheit 30 und einen Kompressor 20 aufweist. Der Kompressor 20 zeigt eine herkömmliche Ausgestaltung, die auf dem Gebiet von Kühlsystemen üblich ist. In der dargestellten Ausführungsform wird ein hermetisch dichter Rollenkompressor 20 verwendet. Der Kompressor 20 wird von einem programmierten Mikroprozessor 130 gesteuert, der in der Technik gebräuchlich ist. Wenn ein Betrieb des Kompressors erwünscht ist, sendet der Mikroprozessor 130 ein Signal, das ein Aktivieren des Kompressors 20 bewirkt. Während des Betriebs nimmt der Kompressoreinlass Kältemitteldampf auf, der durch einen der Verdampferbereiche 60, 65 geströmt ist. Der Kompressor 20 erhöht den Kältemitteldruck, das dann den Kompressor verlässt und zu der Kondensoreinheit 30 strömt. Die dargestellte Kondensoreinheit 30 ist ein standardmäßiger Kondensor, der auf dem Gebiet der Kühlung gebräuchlich ist, und der diverse Röhren und ein Lüfterelement aufweist, um überschüssige Wärme abzuführen. Das Kältemittel strömt durch die Kondensoreinheit 30, in der es gekühlt und zu Flüssigkeit kondensiert. Die Luftzirkulationsvorrichtung umfasst typischerweise ein oder mehrere Lüfter, die in der Lage sind, ausreichend Luft über die Röhren zu bewegen, um die gewünschte Wärmemenge aus dem Kältemittel zu extrahieren. Bei einem sich bewegenden Fahrzeug kann der Kondensor jedoch in einfacher Weise dem Luftstrom ausgesetzt sein, so dass ein ausreichender Wärmeaustausch möglich ist. Das flüssige Kältemittel strömt dann zu einem Reservoir 50, in dem es für den weiteren Bedarf aufbewahrt wird. Wiederum ist das Reservoir 50, wie der Kompressor 20 und die Kondensoreinheit 30 eine auf dem Gebiet der Kühlung gebräuchliche Komponente.
Obwohl in der bevorzugten Ausführungsform ein Mikroprozessor 130 zur Steuerung des Kühlsystems verwendet ist, ist in einer weiteren Ausführungsform, die in Fig. 4 gezeigt ist, kein Mikroprozessor erforderlich. In dieser Ausführungsform registrieren Temperaturschalter 270, 275 die Kühlplattentemperatur, und schalten den Kompressor 20 bei Bedarf für jede Kühlplatte 90, 95 ein und aus. Beispielsweise schaltet ein Temperaturschalter 270 in der ersten Verdampfereinheit 60 beim Erfühlen einer hohen Temperatur den Kompressor 20 ein und öffnet das Einlassventil 70. Wenn eine ausreichende Kühlung erreicht ist, schließt der Schalter 270 das Einlassventil 70. Der Kompressor 20 läuft weiter bis ein Niedrigdruckschalter 280 auf der Einlasseite des Kompressors anzeigt, dass ein ausreichendes Ableiten von Kältemittel stattgefunden hat. Der Schalter schaltet dann den Kondensor 20 aus.
Damit eine einzelne Kühleinheit 110 eine ausreichende Kühlung für mehrere Verdampfereinheiten 60, 65 bereit stellen kann, muss die Kühleinheit 110 mit mindestens einer der mehr als zwei verfügbaren Verdampfereinheiten 60, 65 verbunden sein. In der bevorzugten Ausführungsform besitzt jede Verdampfereinheit 60, 65 ein Einlassventil 140, 145, das von dem Mikroprozessor 130 gesteuert ist. Ein Auslassrückschlagventil 150, 155 kann am Ausgang jedes Verdampfers 80, 85 eingesetzt werden, um ein Rückströmen in diesen Verdampfer 80, 85 zu vermeiden, während ein anderer Verdampfer 80, 85 gekühlt wird. Alternativ kann ein Rückschlagventil in dem Kompressor 20 verwendet werden, um eine Strömung in dem Kompressor 20 in der umgekehrten Richtung zu vermeiden, wenn der Kompressor 20 nicht arbeitet. Eine noch weitere Alternative wäre, einen Kompressor 20 zu wählen, der keinen Rückstrom zulässt, wenn er nicht arbeitet. Die Einlassventile 140, 145 sind mit dem Auslass der Kühleinheit 110 in paralleler Weise verbunden, so dass ein Strömen des Kältemittels durch jeden der Verdampfer 80, 85, der ein offenes Einlassventil 140, 145 aufweist, möglich ist. Die Auslassrückschlagventile 150, 155 sind, wenn sie verwendet werden, so angeordnet, um ein Herausströmen aus dem Verdampfer 80, 85 zurück zu dem Kompressor 20 zu ermöglichen, aber ein Strömen in der entgegengesetzten Richtung zu verhindern. Der Mikroprozessor 130 ist so programmiert, um ein einzelnes Einlassventil 140, 145 in Reaktion auf die Anforderung für ein Kühlen zu öffnen. In einer Ausführungsform mit einigen Verdampfereinheiten 60, 65 kann der Mikroprozessor 130 so programmiert sein, um einen Anteil der Ventile 140, 145 zu öffnen, um einige Verdampfereinheiten 60, 65 gleichzeitig zu kühlen. Jede Verdampfereinheit 60, 65 der bevorzugten Ausführungsform umfasst zwei Ventile: ein Einlassventil 140, 145 und ein Expansionselement- oder Expansionsventil 70, 75. Andere Ausführungsformen umfassen ein drittes Auslassrückschlagventil 150, 155.
Ein Expansionsventil 70, 75 ist auf der Einlasseite jedes Verdampfers 80, 85 angeordnet. Das Expansionsventil 70, 75 kann ein Ventil mit einer veränderlichen Öffnung sein, die von dem Mikroprozessor 130 gesteuert wird, oder kann ein Ventil mit einer festen Öffnung sein. In einer Ausführungsform dient das Einlassventil 140, 145 ferner als ein Expansionselement, so dass keine zusätzliche Komponente diesbezüglich notwendig ist. Ferner kann das Expansionsventil 70, 75 eine einfache Röhre sein, die einen justierbaren Strömungswiderstand erzeugt. Das flüssige Kältemittel auf der Einlasseite des Ventils steht unter hohem Druck, während die Auslasseite des Ventils unter geringem Druck steht. Das Kältemittel strömt durch das Ventil 70, 75 zu dem Gebiet mit geringem Druck, in dem es verdampft und abkühlt.
Das Einlassventil 140, 145 in der bevorzugten Ausführungsform ist ein elektromagnetisches Ventil für Fluidleitungen. Es können jedoch Rückschlagventile oder andere Ventile, die der Mikroprozessor 130 steuern kann, verwendet werden. Das Einlassventil 140, 145 trennt in geschlossenem Zustand den Einlass des Verdampfers 80, 85 ab und verhindert ein Strömen des Kältemittels in die Verdampfereinheit 60, 65.
Das Auslassventil 150, 155 wird, wenn dieses vorgesehen ist, verwendet, um ein Zurückströmen des Kältemitteldampfes in den Verdampfer 80, 85 (beispielsweise aus einem Verdampferauslass in einen anderen Verdampferauslass) zu verhindern. Es kann ein mit Elektromagnet betriebenes Ventil verwendet werden, wobei jedoch auch ein einfaches Rückschlagventil angewendet werden kann. Das Rückschlagventil ist so orientiert, dass das Kältemittel den Verdampfer 80, 85 verlassen und in Richtung des Kompressors 20 strömen kann, wobei jedoch ein Strömen in Richtung des Verdampfers 80, 85 verhindert wird. Während des Betriebs des Kompressors weist das Ventil auf der Kompressorseite einen geringeren Druck als auf der Verdampferseite auf, wodurch das Ventil öffnen kann. Wenn der Kompressor 20 abgeschaltet wird, schließt das Ventil 150, 155, wodurch ein Rückstrom von Kältemittel verhindert wird. In einer weiteren Ausführungsform sind die Auslassrückschlagventile 150, 155 als ein Rückschlagventil in dem Kompressor 20 oder in der benachbarten Kompressorleitung kombiniert. Das Rückschlagventil verhindert das Strömen des Kältemittels, wenn der Kompressor 20 nicht arbeitet. In einer noch weiteren Ausführungsform verhindert der Kompressor 20 selbst das Rückströmen des Kältemittels und es ist kein Ventil erforderlich.
Für Beschreibungszwecke wird der Kühlzyklus einer einzelnen Verdampfereinheit erläutert. Es ist selbstverständlich, dass der folgende Ablauf für eine beliebige Verdampfereinheit 60, 65 in dem System oder für mehrere Einheiten gleichzeitig in einem System mit mehreren Verdampfereinheiten 60, 65 stattfinden kann.
Entsprechend Fig. 3 wird ein Kühlzyklus durch den Mikroprozessor 130 in Reaktion auf ein Signal von einem Zeitgeber oder Sensor 160, 170, 175 in Gang gesetzt. In der bevorzugten Ausführungsform wird ein Zeitgeber 160 verwendet, um periodische Kühlzyklen in Gang zu setzen. Der Zeitgeber 160 verwendet eine manuell vorher festgelegte Zeitdauer oder eine variable Zeitdauer, die auf der Grundlage einer Vielzahl von Eingaben, etwa der gewünschten Temperatur und der Umgebungslufttemperatur, verändert wird. In anderen Ausführungsformen umfasst das System einen oder mehrere Temperatursensoren 170, 175, die die Temperatur des Laderaums 120 oder der Kühlplatte 90, 95 überwachen und ein Signal an den Mikroprozessor 130 senden, wenn eine Kühlung erforderlich ist. Der Mikroprozessor 130 bewertet das Signal und ist so programmiert, um einen Kühlzyklus in Gang zu setzen, wenn das Signal einen gewissen vorprogrammierten Wert erreicht. Es können viele unterschiedliche Sensoren verwendet werden, um zu detektieren, dass ein Kühlen erforderlich ist, einschließlich von Drucksensoren und Temperatursensoren. Beispielsweise könnte ein Thermoelement verwendet werden, um die Temperatur der Kühlplatte 90, 95 direkt zu messen. Wenn der gemessene Wert (beispielsweise Temperatur oder Druck) einen vorprogrammierten Wert erreicht, setzt der Mikroprozessor 130 einen Kühlzyklus in Gang.
Auf das Initiieren eines Kühlzyklus wird der Kompressor 20 hin eingeschaltet. Das Einschalten des Kompressors 20 vor dem Öffnen von Einlassventilen 140, 145 stellt sicher, dass der Kompressor anläuft, ohne dass flüssiges Kältemittel in den Kompressoreinlass eintritt. Das Einlassventil 140 der Verdampfereinheit 60 wird geöffnet, um ein Einströmen des Kältemittels zu ermöglichen. Das flüssige Kältemittel verlässt das Reservoir 50 und strömt durch das Einlassventil 140 zu dem Expansionsventil 70. Das Expansionsventil 70 steuert den Kältemittelstrom, erzeugt einen großen Druckabfall, wodurch ein Verdampfen des Kältemittels bewirkt wird. Der Kältemitteldampf strömt in den Verdampferbereich 60, in dem diesem Wärme von der Kühlplatte 90 entzogen wird. Der Dampf strömt dann durch das Auslassventil 150, falls dies vorhanden ist, zurück zu dem Kompressor 20.
In der bevorzugten Ausführungsform wird ein Druckschalter 180 verwendet, um anzuzeigen, dass der Kühlzyklus abgeschlossen ist. Der Druck wird auf der Einlasseite des Kompressors gemessen, und je geringer der Druck ist, umso kälter ist die Kühlplatte 90. Wenn der Druck einen vorbestimmten Pegel erreicht, sendet der Druckschalter 180 ein Signal an den Mikroprozessor 130, worauf hin der Kühlzyklus beendet wird. In einer weiteren Ausführungsform steuert ein Zeitgeber 160 die Dauer des Kühlzyklus, wobei eine manuell festgelegte Zeitdauer oder eine veränderliche Zeitdauer verwendet wird. Die veränderliche Zeitdauer hängt von einer Vielzahl von Eingaben ab, etwa der gewünschten Gefriertemperatur, der Umgebungslufttemperatur und der Temperatur des Laderaums. In einer noch weiteren Ausführungsform wird ein Temperatursensor 170 verwendet, um die Temperatur der Kühlplatte 90 zu messen. Wenn die Kühlplatte 90 gefriert, bleibt die Temperatur konstant, wobei jedoch hier angenommen wird, dass eine Unterkühlung erwünscht ist. Daher beendet der Temperatursensor 170 den Kühlzyklus, wenn ein vorbestimmter Betrag der Unterkühlung eintritt. Nach dem Kühlzyklus schließt der Mikroprozessor 130 das Einlassventil 140, wodurch das Ableiten in Gang gesetzt wird.
Während des Ableitens ist das Einlassventil 140 geschlossen, um ein Eindringen von Kältemittel in die Verdampfereinheit 60 zu verhindern. Der Kompressor 20 arbeitet jedoch weiter, um Kältemittel von dem Verdampfer 60 abzuleiten. Wenn eine ausreichende Zeitdauer verstrichen ist, oder der Sensor 180 einen ausreichenden Druckabfall detektiert, wird der Kompressor 20 ausgeschaltet und eventuell vorhandene Auslassventile 10 werden geschlossen, um einen Rückstrom des Kältemittels zu verhindern.
Der Ableitvorgang ermöglicht es, dass das Kühlsystem 10 eine geringere Menge an Kältemittel benötigt, als dies ansonsten erforderlich wäre. Ein Großteil des Kältemittels, das in dem Kühlvorgang verwendet wird, wird von dem Verdampfer 80, 85 abgezogen und in dem Reservoir 50 gespeichert. Das System benötigt nunmehr lediglich ausreichend Kältemittel, um einen Verdampfer 80, 85 im Falle der dargestellten Ausführungsform zu kühlen. In einer weiteren Ausführungsform mit diversen Kühlplatten 90, 95 wird lediglich Kältemittel in ausreichendem Maße benötigt, um einen Teil der Verdampfer 80, 85 zu kühlen. Ferner ermöglicht das Anwenden des Ableitens in Verbindung mit einer begrenzten Anzahl an Verdampfern 80, 85, die gleichzeitig gekühlt werden können, eine kleinere Kühleinheit. Beispielsweise braucht in der Ausführungsform aus Fig. 2 lediglich ein Verdampfer 80, 85 während einer gegebenen Zeit gekühlt werden. Dies ermöglicht es, dass der Kompressor 20, der Kondensor 30, das Reservoir 50 und die damit verknüpften Leitungen nur so ausreichend groß bemessen werden, um einen einzelnen Verdampfer 80, 85 zu versorgen. Die geringere Größe hat eine effizientere Kühleinheit und geringere Anforderungen hinsichtlich des benötigten Platzes zur Folge.
Nach dem Kühlzyklus für einen Verdampfer 80, 85 könnte der Kühlzyklus für andere Verdampfereinheiten 60, 65 automatisch in Gang gesetzt werden. In einer Ausführungsform kann jede beliebige Verdampfereinheit 60, 65 einen Kühlzyklus bewirken. Sobald die Verdampfereinheiten 60, 65 initialisiert sind, werden diese in einer vorgewählten Reihenfolge gekühlt. In einer weiteren Ausführungsform wird lediglich die Verdampfereinheit 60, 65 gekühlt, die einen Bedarf für eine Kühlung anzeigt. In einer noch weiteren Ausführungsform werden die Kühlzyklen auf der Grundlage eines Zeitgebers 160initiiert. Der Zeitgeber 160 ist so voreingestellt, um einen Kühlzyklus nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer in Gang zu setzen. Die bestimmte Zeitdauer kann festgesetzt werden oder kann eine Funktion vieler Variablen einschließlich der Umgebungslufttemperatur sein.
Der Mikroprozessor 130 wird verwendet, um die Ventile so zu betätigen, dass eine beliebige Kühlplatte 90, 95 selektiv gekühlt werden kann, der entsprechende Verdampfer 80, 85 selektiv heruntergefahren werden und das System abgeschaltet werden kann. Es kann ein standardmäßiger vorprogrammierter Mikroprozessor für diesen Zweck verwendet werden. Der Mikroprozessor 130 empfängt Signale von dem Verdampfersensor 170, 175 oder den Zeitgebern 160 und konfiguriert auf der Grundlage dieser Eingabe die Ventile zum selektiven Kühlen einer oder mehrerer Verdampfereinheiten 60, 65 und schaltet wahlweise den Kompressor 20 ein oder aus. In der bevorzugten Ausführungsform wird ein Zeitgeber 160 verwendet, um zu bestimmen, wenn ein Kühlzyklus erforderlich ist, wenn der Zyklus abgeschlossen ist und wenn das Ableiten abgeschlossen ist. In einer weiteren Ausführungsform detektiert ein Drucksensor 180 einen Anstieg des Druckes innerhalb des nicht arbeitenden Verdampfers 80, 85, wenn sich die Kühlplatte 90, 95 aufwärmt. An einem vorprogrammierten Punkt setzt der Mikroprozessor 130 einen Kühlzyklus in Gang, kühlt die Kühlplatte 90, 95 und schließt das Einlassventil 140, 145, so dass der Vorgang des Ableitens beendet werden kann. In einer noch weiteren Ausführungsform wird die Kühlplattentemperatur überwacht. Wenn sich die Kühlplatte 90, 95 aufwärmt, steigt deren Temperatur an bis diese den Gefrierpunkt der Kühlplatte erreicht, wobei sich die Temperatur dann stabilisiert. Der Mikroprozessor 130 ist so programmiert, um einen Kühlzyklus in Gang zu setzen, wenn die Temperatur der Kühlplatte 90, 95 einen vorbestimmten Wert erreicht. Alternativ ist der Mikroprozessor 130 so programmiert, um einen Kühlzyklus in Gang zu setzen, wenn keine Temperaturänderung detektiert wird, was andeutet, dass die Kühlplatte 90, 95 schmilzt. Nach in Gang setzen des Kühlzyklus setzt sich dieser fort, bis die gewünschte Kühlplattentemperatur erreicht ist.
Obwohl spezielle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben und gezeigt worden sind, werden für den Fachmann alternative Ausführungsformen ersichtlich und diese liegen innerhalb des angestrebten Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.
Somit ist die vorliegende Erfindung lediglich durch die folgenden Patentansprüche beschränkt.

Figurenbeschreibung

Fig. 2

160 Zeitgeber
130 Mikroprozessor
Fig. 3 1 Eingangssignal
2 erfordert Kühlplatte #1 eine Kühlung?
3 erfordert Kühlplatte #2 eine Kühlung?
4 erfordert Verdampfer #1 eine Kühlung?
5 Einlassventil des Verdampfers #2 geschlossen halten
6 Einlassventil des Verdampfers #1 geschlossen halten
7 Einschalten des Kompressors
8 Öffnen des Einlassventils des Verdampfers #1
8a Öffnen des Einlassventils des Verdampfers #2
9 Kühlzyklus abgeschlossen?
10 Beibehalten aller Ventilpositionen
11 Schließen aller Einlassventile
12 Ableitung abgeschlossen?
13 benötigt ein weiterer Verdampfer eine Kühlung?
14 Abschalten des Kompressors
15 könnte ein Signal von einem Drucksensor, einem Temperatursensor oder einem Zeitgeber sein
16 JA
17 NEIN
18 JA, Verdampfer #1
19 JA, Verdampfer #2

Claims

1. Mehrfachtemperatur-Kühlsystem mit:
einer Kühleinheit mit:
einem Kompressor;
einem Kondensor; und
einem Reservoir;
mehreren Verdampfereinheiten, die mit der Kühleinheit verbunden sind, wobei jede Verdampfereinheit mit dem Kompressor gekoppelt ist und
ein Einlassventil;
ein Expansionselement; und
einen Verdampfer aufweist; und,
einem Mikroprozessor, der so programmiert ist, um selektiv den Kompressor ein- oder auszuschalten und um selektiv mindestens ein Einlassventil zu öffnen, während die restlichen Einlassventile in der geschlossenen Position gehalten werden.

2. Mehrfachtemperatur-Kühlsystem nach Anspruch 1, wobei jedes Einlassventil ein elektromagnetisch betriebenes Ventil ist.

3. Mehrfachtemperatur-Kühlsystem nach Anspruch 1, das ferner mehrere Temperatursensoren aufweist, die thermisch mit jeder der mehreren Kühlplatten zum Erfassen der Kühlplattentemperatur gekoppelt sind.

4. Mehrfachtemperatur-Kühlsystem nach Anspruch 3, wobei die mehreren Temperatursensoren mit dem Mikroprozessor verbunden sind, um periodisch einen Kühlzyklus in Gang zu setzen.

5. Mehrfachtemperatur-Kühlsystem nach Anspruch 1, das ferner eine Zeitgebereinrichtung mit einer Zykluszeit aufweist, wobei die Einrichtung mit dem Mikroprozessor verbunden ist, um periodisch einen Kühlzyklus in Gang zu setzen.

6. Mehrfachtemperatur-Kühlsystem nach Anspruch 5, das ferner einen Umgebungsluft-Temperatursensor aufweist, der mit dem Mikroprozessor verbunden ist, um die Zeitgebereinrichtungszykluszeit in Reaktion auf die Umgebungslufttemperatur zu variieren.

7. Mehrfachtemperatur-Kühlsystem nach Anspruch 1, das ferner mindestens einen Drucksensor umfasst, der mit den mehreren Verdampfern und mit dem Mikroprozessor verbunden ist, um einen Kühlzyklus zu beenden.

8. Mehrfachtemperatur-Kühlsystem nach Anspruch 1, das ferner mehrere Kühlplatten aufweist, die thermisch mit den mehreren Verdampfereinheiten gekoppelt sind.

9. Mehrfachtemperatur-Kühlsystem nach Anspruch 1, wobei das Expansionselement und das Einlassventil ein elektromagnetisches Ventil sind.

10. Mehrfachtemperatur-Kühlsystem nach Anspruch 1, wobei jede der mehreren Verdampfereinheiten ferner ein Auslassventil aufweist.

11. Mehrfachtemperatur-Kühlsystem mit:
einem Kompressor;
einem ersten Einlassventil;
einem zweiten Einlassventil, wobei das erste und das zweite Einlassventil mit dem Kompressor verbunden sind;
einem ersten Verdampfer, der mit dem ersten Einlassventil verbunden ist;
einem zweiten Verdampfer, der mit dem zweiten Einlassventil verbunden ist; und
einem Mikroprozessor, der programmiert ist, das erste Einlassventil oder das zweite Einlassventil in Reaktion auf ein Signal zu öffnen.

12. Mehrfachtemperatur-Kühlsystem nach Anspruch 11, wobei das erste und das zweite Einlassventil elektromagnetisch betriebene Ventile aufweisen.

13. Mehrfachtemperatur-Kühlsystem nach Anspruch 11, das ferner ein erstes Auslassventil und ein zweites Auslassventil aufweist.

14. Mehrfachtemperatur-Kühlsystem nach Anspruch 13, wobei das erste und das zweite Auslassventil Rückschlagventile sind.

15. Mehrfachtemperatur-Kühlsystem nach Anspruch 11, das ferner eine erste Kühlplatte, die thermisch mit dem ersten Verdampfer gekoppelt ist, und eine zweite Kühlplatte, die thermisch mit dem zweiten Verdampfer gekoppelt ist, aufweist.

16. Verfahren zum Betreiben eines Mehrfachtemperatur-Kühlsystems mit einem Kompressor, einem Kältemittel, einem ersten Verdampfer und einem zweiten Verdampfer, wobei das Verfahren umfasst:
Betreiben des Kompressors so, dass das Kältemittel komprimiert wird;
Zuführen des komprimierten Kältemittels von dem Kompressor zu dem ersten Verdampfer;
Ableiten von Kältemittel aus dem ersten Verdampfer; und
Zuführen von komprimiertem Kältemittel von dem Kompressor zu dem zweiten Verdampfer.

17. Verfahren nach Anspruch 16, das ferner umfasst: Ableiten von Kältemittel von dem zweiten Verdampfer.

18. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das System ferner ein erstes Einlassventil, das einen Zulauf zu dem ersten Verdampfer steuert, und ein zweites Einlassventil, das einen Zulauf zu dem zweiten Verdampfer steuert, aufweist, und wobei Zuführen von Kältemittel zu dem ersten Verdampfer Öffnen des ersten Einlassventils einschließt, und wobei Zuführen von Kältemittel zu dem zweiten Verdampfer, Öffnen des zweiten Einlassventils umfasst.

19. Verfahren nach Anspruch 16, das ferner umfasst: Programmieren eines Mikroprozessors, um selektiv den Kompressor ein- oder auszuschalten.

20. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das System ferner ein erstes Auslassventil, das einen Austritt aus dem ersten Verdampfer steuert, umfasst und wobei das Verfahren ferner das Schließen des ersten Auslassventils nach dem Schritt des Ableitens umfasst.

21. Mehrfachtemperatur-Kühlsystem mit:
einer Kühleinheit mit:
einem Kompressor;
einem Niedrigdruckschalter;
einem Kondensor; und
einem Reservoir;
mehreren Verdampfereinheiten, die mit der Kühleinheit gekoppelt sind, wobei jede Verdampfereinheit mit dem Kompressor gekoppelt ist und
ein Einlassventil;
einen Temperaturschalter;
ein Expansionselement; und
einen Verdampfer aufweist;
wobei,
einer der mehreren Temperaturschalter den Kompressor einschaltet und selektiv mindestens ein Einlassventil öffnet, während der Rest der Einlassventile in der geschlossenen Position gehalten wird, und wobei der Niedrigdruckschalter ein Ausschalten des Kompressors bewirkt.