DE102008044289A1

DE102008044289A1 - Kältegerät mit mehreren Fächern

Info

Publication number: DE102008044289A1
Application number: DE102008044289A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Nuiding; Simon Schechinger
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2008-12-02
Filing date: 2008-12-02
Publication date: 2010-06-10
Also published as: EP2376852B1; EA201170729A1; EA017961B1; KR20110103943A; CN102239375B; CN102239375A; WO2010063551A3; WO2010063551A2; ES2467670T3; US20110219806A1; JP2012510603A; EP2376852A2

Abstract

Ein Kältegerät mit wenigstens zwei für verschiedene Lagertemperaturen ausgelegten Fächern (2, 3) hat einen verzweigten Kältemittelkreislauf, wobei ein erster Zweig (15) des Kältemittelkreislaufs über einen Verdampfer (5) des wärmeren Fachs (3) und ein zweiter Zweig (18) über einen Verdampfer (4) des kälteren Fachs (2) geführt ist. Der Verdampfer (4) des kälteren Fachs (2) umfasst zwei Leitungen (16, 19), von denen eine erste (16) im ersten Zweig (15) dem Verdampfer (5) des wärmeren Fachs (3) vorgeschaltet ist und die zweite (19) dem zweiten Zweig (18) angehört.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältegerät, insbesondere ein Haushaltskältegerät, mit wenigstens zwei für verschiedene Lagertemperaturen ausgelegten Fächern. Solche auch als Kombinationskältegeräte bezeichneten Geräte haben in der Regel ein Normalkühlfach und ein Gefrierfach; darüber hinaus kann zum Beispiel ein Null-Grad-Fach oder eine Kellerfach vorhanden sein.
Bei einfachen Geräten dieser Art sind Verdampfer, die jeweils einem der Fächer zugeordnet sind, in einem Kältemittelkreislauf in Reihe verbunden. Die Verteilung der Kühlleistung auf die Fächer ist durch die Bauart des Geräts fest vorgegeben und ist zum Beispiel abhängig von der Reihenfolge der Verdampfer im Kältemittelkreislauf und ihren relativen Größen. Wenn die Kühlleistungsverteilung dem Kältebedarf der Fächer entspricht, stellen sich brauchbare Temperaturen in mehreren Fächern ein, auch wenn eine Regelung des Kältemittelkreislaufs nur anhand der in einem der Fächer gemessenen Temperatur möglich ist. Wenn jedoch – zum Beispiel aufgrund ungewöhnlicher Umgebungstemperaturen – das Verhältnis des Kältebedarfs der Fächer sich verschiebt, so führt dies zu einer unzureichenden oder übermäßigen Kühlung eines Fachs.
Mist ist in einem Kältemittelkreislauf mit in Reihe geschalteten Verdampfern der Verdampfer des Normalkühlfachs stromaufwärts von dem des Gefrierfachs angeordnet. Kältemittel, das in einer Stillstandsphase des Kreislaufs im Verdampfer des Normalkühlfachs verdampft, verdrängt kälteres Kältemittel im Gefrierfachverdampfer nach stromabwärts, und es kommt zu unerwünschtem Wärmeeintrag in das Gefrierfach.
Um die Temperaturen von zwei oder mehr Kühlfächern in einem Kältegerät unabhängig voneinander regeln zu können, ist es erforderlich, jedem Fach einen eigenen Kältemittelkreislauf zuzuordnen, was mit erheblichen Kosten verbunden ist, oder einen verzweigten Kältemittelkreislauf zu bilden, bei dem die Verdampfer verschiedener Fächer in mehreren zueinander parallelen Zweigen des Kältemittelkreislaufs angeordnet sind und ein Ventil zum wahlweisen Beaufschlagen des einen oder anderen Zweiges mit Kältemittel vorgesehen ist.
Dieser Ansatz ist zwar kostengünstiger als getrennte Kältemittelkreise, doch treten zwischen den Zweigen Wechselwirkungen auf, die den Wirkungsgrad des Kältemittelkreises beeinträchtigen. Wenn beispielsweise der Verdampfer eines kalten Fachs wie etwa eines Gefrierfachs eine Zeit lang mit Kältemittel beaufschlagt worden ist, und das Fach eine tiefe Temperatur erreicht hat, bei der die Kältemittelzufuhr beendet wird, wird flüssiges Kältemittel lange Zeit im Verdampfer dieses Fachs gespeichert, ohne zu zirkulieren. Wenn unmittelbar nach Beendigung der Kältemittelzufuhr zu dem kalten Fach ein wärmeres Fach, etwa ein Normalkühlfach, gekühlt werden muss, dann steht hierfür nur eine geringe Menge Kältemittel zur Verfügung. Es werden nur niedrige Drücke im Kältemittelkreislauf erreicht, und der Wirkungsgrad ist gering. Er verbessert sich erst dann, wenn ein Großteil des Kältemittels im Verdampfer des kalten Fachs wieder verdampft und in den Kreislauf zurückgekehrt ist. Voraussetzung hierfür ist jedoch eine Zunahme der Temperatur im kälteren Fach, das heißt Betriebsdrücke des Kältemittels, die einen effizienten Betrieb ermöglichen, werden erst erreicht, wenn kurze Zeit danach wieder Kältebedarf im kälteren Fach besteht. Der Wirkungsgrad des Kältemittelkreislaufs ist daher während eines erheblichen Anteils seiner Betriebszeit beeinträchtigt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Kältegerät mit wenigstens zwei für verschiedene Lagertemperaturen ausgelegten Fächern zu schaffen, bei denen eine unabhängige Kühlung der Fächer bei gutem Wirkungsgrad mit einem einfach aufgebauten Kältemittelkreislauf erreichbar ist.
Die Aufgabe wird gelöst, indem bei einem Kältegerät mit wenigstens zwei Fächern und einem verzweigten Kältemittelkreislauf, von dem ein erster Zweig über einen Verdampfer des wärmeren Fachs und ein zweiter Zweig über einen Verdampfer des kälteren Fachs geführt ist, der Verdampfer des kälteren Fachs zwei Kältemittelleitungen umfasst, von denen eine erste im ersten Zweig dem Verdampfer des wärmeren Fachs vorgeschaltet ist, wohingegen die zweite Leitung dem zweiten Zweig angehört.
Dieser Aufbau ermöglicht es, den zweiten Zweig nur dann mit Kältemittel zu beaufschlagen, wenn eine Beaufschlagung des ersten Zweiges zu einer Unterkühlung des wärmeren Fachs führen würde. Zum einen reduziert dies die Häufigkeit, mit der der zweite Zweig mit Kältemittel beaufschlagt wird und infolge dessen nach Ende der Beaufschlagung flüssiges Kältemittel im Verdampfer zurückbleiben kann, zum anderen ist, da der zweite Zweig nur benutzt werden muss, wenn die Gefahr einer Unterkühlung des wärmeren Fachs besteht, die Wahrscheinlichkeit gering, dass kurze Zeit nach Beaufschlagung des zweiten Zweiges Kältebedarf im wärmeren Fach besteht und zur Beaufschlagung des ersten Zweiges nur eine suboptimale Menge an Kältemittel zur Verfügung steht.
Um die Menge des flüssigen Kältemittels, das im zweiten Zweig zurückbleiben kann, gering zu halten, ist das Volumen des zweiten Zweiges vorzugsweise kleiner gewählt als das des ersten.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Volumen des zweiten Zweigs größer gewählt ist als das des ersten Zweigs. Dadurch wird das kältere Fach deutlich schneller abgekühlt.
Insbesondere wenn das Volumen des zweiten Zweiges kleiner als das des ersten ist, kann das Problem auftreten, dass Kältemittel auf seinem Weg über den zweiten Zweig nicht vollständig verdampft. Wenn flüssiges Kältemittel zum Verdichter des Kältemittelkreises gelangt, kann dieser nicht korrekt arbeiten, und es besteht die Gefahr, dass er beschädigt wird. Daher ist zweckmäßigerweise in einem Niederdruckbereich des Kältemittelkreislaufs ein Kältemittelreservoir vorgesehen, um ggf. flüssiges Kältemittel vor Erreichen des Verdichters abzufangen.
Vorzugsweise ist das Kältemittelreservoir stromabwärts von einem Zusammenfluss der beiden Zweige angeordnet, so dass gegebenenfalls darin gesammeltes flüssiges Kältemittel auch dann verdampft und in den Kreislauf zurückgeführt werden kann, wenn Kältemittel nur im ersten, nicht aber im zweiten Zweig zirkuliert.
Zweckmäßigerweise ist das Kältemittelreservoir in ansteigender Richtung durchströmt, so dass darin gespeichertes Kältemittel nicht in flüssiger Form entweichen kann.
Die beiden Leitungen sind vorzugsweise gleichmäßig über die Fläche des Verdampfers des kälteren Fachs verteilt, um eine gleichmäßige Kühlwirkung zu erzielen, unabhängig davon, ob der Verdampfer durch im ersten oder im zweiten Zweig zirkulierendes Kältemittel gekühlt ist.
Vorzugsweise weisen beide Zweige je eine Drosselstelle auf. So kann ein Ventil zum wahlweisen Beaufschlagen der zwei Zweige mit Kältemittel in einem Hochdruckbereich des Kältemittelkreislaufs angeordnet sein, und es kann ein kompaktes und preiswertes Ventil mit kleinem Durchgangsquerschnitt verwendet werden.
Bevorzugt ist die Länge der ersten Kältemittelleitung am Verdampfer des kälteren Faches kürzer als die Länge der zweiten Kältemittelleitung oder gleichlang wie die zweite Kältemittelleitung bemessen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur.
1 ist eine schematische Darstellung eines Kältemittelkreislaufs in einem Kombinations-Kältegerät.
1 zeigt eine stark schematisierte Vorderansicht des Korpus 1 eines Kältegeräts mit einem Gefrierfach 2 und einem darüber liegenden Normalkühlfach 3. In beiden Fächern 2, 3 sind Verdampfer 4, 5 angeordnet, von denen der im Normalkühlfach (3) vorgesehene Verdampfer (5) als Plattenverdampfer ausgebildet und an der Kühlfachrückwand angeordnet ist, während der im Gefrierfach (2) angeordnete Verdampfer (4) z. B. als Lamellenverdampfer ausgebildet sein kann. Die Verdampfer 4, 5 sind in einen Kältemittelkreislauf geschaltet, der des weiteren einen Verdichter 6, einen Verflüssiger 7, ein Wegeventil 8, zwei Kapillaren 9, 10 und einen Dampfdom 11 umfasst.
Am Wegeventil 8 gabelt sich der Kältemittelkreislauf in zwei Zweige. Ein erster Zweig 15 umfasst die Kapillare 9, eine Leitung 16 auf dem Verdampfer 4 des Gefrierfachs 2 und, stromabwärts an diese anschließend, eine Leitung 17 auf dem Verdampfer 5 des Normalkühlfachs 3. Der zweite Zweig 18 umfasst die Kapillare 10 und eine Leitung 19 auf dem Verdampfer 4. An einem Punkt 20 stromaufwärts vom Dampfdom 11 treffen die zwei Zweige wieder aufeinander.
Die beiden Leitungen 16, 19 des Verdampfers 4 sind in etwa gleich lang und verlaufen im Wesentlichen nebeneinander her über die gesamte Fläche des Verdampfers 4, so dass dieser im Wesentlichen gleichmäßig gekühlt ist, egal, auf welchem der beiden Zweige 15, 18 Kältemittel zirkuliert.
Eine Steuerschaltung 12 steuert den Betrieb des Verdichters 6 und des Wegeventils 8 anhand von mittels zweier Sensoren 13, 14 in den Fächern 2, 3 erfasster Temperaturen. Für beide Fächer 2, 3 ist jeweils ein Intervall vorgegeben, in dem sich die gemessenen Temperaturen bewegen müssen. Liegt in einem der Fächer die gemessene Temperatur oberhalb des Intervalls, wird der Verdichter 6 in Gang gesetzt.
Betrachten wir zunächst den Fall, dass der Verdichter 6 eingeschaltet wird, weil die im Gefrierfach 2 gemessene Temperatur über die Obergrenze des zulässigen Intervalls ansteigt. Wenn gleichzeitig die im Normalkühlfach gemessene Temperatur innerhalb des zulässigen Intervalls liegt, wird das Wegeventil 8 angesteuert, um den Zweig 15 mit Kältemittel zu versorgen. Da das Volumen des Zweigs 18 im Vergleich zu dem des Zweiges 15 klein ist, kann zu dieser Zeit allenfalls eine geringe Menge an flüssigem Kältemittel im Zweig 18 gespeichert sein. Der Anteil des zirkulierenden Kältemittels am gesamten Inhalt des Kältemittelkreises ist daher hoch, und dementsprechend kann ein hoher Druck am Ausgang des Verdichters 6 erreicht werden, der einen Kühlbetrieb mit gutem Wirkungsgrad ermöglicht.
Eventuell bei Inbetriebnahme des Verdichters 6 in dem Dampfdom 11 gespeichertes flüssiges Kältemittel wird durch hindurchströmendes warmes, gasförmiges Kältemittel vom Verdampfer 5 erwärmt, so dass es ebenfalls verdampft und dem Kreislauf kurze Zeit nach Einschalten des Verdichters 6 zur Verfügung steht.
Da das Kältemittel durch beide Verdampfer 4, 5 zirkuliert, wird auch das Normalkühlfach 3 gekühlt. Wenn dessen Temperatur die untere Grenze seines zulässigen Intervalls erreicht, bevor dies beim Gefrierfach 2 geschieht, schaltet die Steuerschaltung 12 das Wegeventil 8 um, so dass nur noch der Gefrierfachverdampfer 4 über den Zweig 18 mit Kältemittel beaufschlagt wird. Da der Durchsatz des Verdichters 6 ausgelegt ist, um genügend Kältemittel zu liefern, damit bei Beaufschlagung des Zweiges 15 eine zum Kühlen des Normalkühlfachs 3 ausreichende Menge an flüssigem Kältemittel den Verdampfer 5 erreicht, ist leicht nachzuvollziehen, dass auf dem Weg über den Zweig 18 nicht alles Kältemittel in der Leitung 19 verdampft. Ein Restanteil an flüssigem Kältemittel, der aus dem Verdampfer 4 wieder austritt, wird im Dampfdom 11 aufgefangen, so dass er den Verdichter 6 nicht erreicht. Der Dampfdom 11 kann einfach in Form eines ansteigenden Rohrabschnitts realisiert sein, der geräumiger ist als daran anschließende Abschnitte der Kältemittelleitung, so dass gasförmiges Kältemittel, das von unten in den Dampfdom 11 eintritt, durch eventuell darin enthaltenes flüssiges Kältemittel hindurchsprudeln und an einem oberen Ende wieder austreten kann, ohne das flüssige Kältemittel mitzureißen. Der Dampfdom 11 ist thermisch isoliert angeordnet, so dass hindurchtretendes Kältemittel aus dem Verdampfer 5 die Hauptwärmequelle ist, die Verdunstungswärme für gespeichertes flüssiges Kältemittel liefert.
Es kann natürlich auch der Fall auftreten, dass die Temperatur im Normalkühlfach 3 über die obere Grenze des zulässigen Intervalls ansteigt, während die Temperatur im Gefrierfach 2 innerhalb des zulässigen Intervalls liegt. In diesem Fall ist eine Kühlung des Normalkühlfachs 3 ohne gleichzeitige Kühlung des Gefrierfachs mit dem in 1 gezeigten Kältemittelkreislauf nicht möglich. Dies führt jedoch zu keinerlei Nachteil, wenn die Verdampfer 4, 5 so dimensioniert sind, dass beim Betrieb des Zweiges 15 der auf das Normalkühlfach 3 entfallende Anteil der Kühlleistung größer ist, als dessen mittlerem Bedarf entspricht. Wenn der Verdichter 6 immer dann wieder ausgeschaltet wird, wenn die Temperatur in einem beliebigen der beiden Fächer 2, 3 die untere Grenze des zugeordneten Intervalls erreicht, kann sowohl eine ausreichende Kühlung des Normalkühlfachs 3 gewährleistet als auch eine Unterkühlung in beiden Fächern ausgeschlossen werden.
Da in Zweig 15 der Verdampfer 5 des Normalkühlfachs dem Gefrierfachverdampfer 2 nachgeschaltet ist, ist ein unerwünschter Wärmeeintrag in das Gefrierfach durch bei ausgeschaltetem Verdichter im Verdampfer 5 verdampfendes Kältemittel ausgeschlossen.

Claims

Kältegerät, insbesondere Haushaltskältegerät, mit wenigstens zwei für verschiedene Lagertemperaturen ausgelegten Fächern (2, 3) und einem verzweigten Kältemittelkreislauf, wobei ein erster Zweig (15) des Kältemittelkreislaufs über einen Verdampfer (5) des wärmeren Fachs (3) und ein zweiter Zweig (18) über einen Verdampfer (4) des kälteren Fachs (2) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (4) des kälteren Fachs (2) zwei Kältemittelleitungen (16, 19) umfasst, von denen eine erste (16) im ersten Zweig (15) dem Verdampfer (5) des wärmeren Fachs (3) vorgeschaltet ist und die zweite (19) dem zweiten Zweig (18) angehört.
Kältegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Zweig (18) ein kleineres Volumen hat als der erste Zweig (15).
Kältegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Zweig (18) ein größeres Volumen hat als der erste Zweig (15).
Kältegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der ersten Kältemittelleitung (16) am Verdampfer (4) kürzer als die Länge der zweiten Kältemittelleitung (19) oder gleichlang wie die zweite Kältemittelleitung (19) bemessen ist.
Kältegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kältemittelreservoir (11) in einem Niederdruckbereich des Kältemittelkreislaufs vorgesehen ist.
Kältegerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittelreservoir (11) stromabwärts von einem Zusammenfluss (20) der beiden Zweige (15, 18) angeordnet ist.
Kältegerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittelreservoir (11) in ansteigender Richtung durchströmt ist.
Kältegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kältemittelleitungen (16, 19) gleichmäßig über den Verdampfer (4) des kälteren Fachs (2) verteilt sind.
Kältegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Zweige (15, 18) je eine Drosselstelle (9, 10) aufweisen.