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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältegerät, insbesondere ein Haushaltskältegerät mit wenigstens zwei in einem Kältemittelkreislauf parallel angeordneten Verdampfern.
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Kältegeräte mit mehreren Verdampfern zum Kühlen von auf unterschiedlichen Betriebstemperaturen zu haltenden Kühlfächern sind in vielen verschiedenen Formen bekannt. Eine verbreitete, einfache Bauform ist das Einkreis-Kältegerät, bei dem zwei Verdampfer untereinander in Reihe verbunden sind. Ein solches Kältegerät ist z.B. aus
WO 2000/014459 A1 bekannt. Das gesamte in einem Verflüssiger erzeugte flüssige Kältemittel durchläuft den stromaufwärts gelegenen Verdampfer, so dass dem von diesem Verdampfer gekühlten Fach, in der Regel das Fach mit der niedrigeren Betriebstemperatur, ein Großteil der Kühlleistung des Verdichters zur Verfügung steht und nur ein Rest, entsprechend dem im stromaufwärtigen Verdampfer nicht verdampften Teil des Kältemittels, für den nachgeordneten Verdampfer des wärmeren Fachs übrig bleibt. Die Verdampfungsdrücke unterscheiden sich in beiden Verdampfern allenfalls geringfügig, und folglich siedet das Kältemittel auch in beiden Verdampfern bei nahezu gleicher Temperatur. Diese muss niedriger sein als die Betriebstemperatur des kälteren Fachs. Der Dampfdruck ist daher für eine energieeffiziente Kühlung des Fachs mit der höheren Betriebstemperatur immer suboptimal niedrig.
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Ein Haushaltskältegerät mit zwei parallel in einem Kältemittelkreislauf angeordneten Verdampfern ist aus
US 2011/0146303 A1 bekannt. Der Kältemittelkreislauf verzweigt auf die zwei Verdampfer an einem Magnetventil, das die beiden Verdampfer im Wechsel mit Kältemittel beaufschlagt. Von den Verdampfern ausgehende Saugleitungen treffen an einer Einmündungsstelle aufeinander und erstrecken sich von dort gemeinsam zu einem Sauganschluss des Verdichters. Während einer der beiden Verdampfer über das Magnetventil mit Kältemittel versorgt wird, steht im anderen Verdampfer das Kältemittel still, und der sich im Verdampfer einstellende Druck ist derselbe, der auch an der Einmündungsstelle herrscht. Dieser Druck kann nicht höher sein als der Dampfdruck im kälteren der beiden Verdampfer, da anderenfalls Kältemitteldampf in diesem Verdampfer auskondensieren würde. Daher ist es auch bei diesem Kältegerät nicht möglich, den Verdampfer des Fachs mit der höheren Betriebstemperatur energieeffizient bei einem höheren Verdampfungsdruck zu betreiben.
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Es wäre zwar grundsätzlich möglich, Rückschlagventile zwischen den Ausgängen der Verdampfer und der Einmündungsstelle anzuordnen, um auf diese Weise einen höheren Verdampfungsdruck im Verdampfer des wärmeren Fachs einstellen und gleichzeitig einen Zufluss von Kältemitteldampf und dessen Kondensation im Verdampfer des kälteren Fachs verhindern zu können. Derartige Rückschlagventile verursachen jedoch zusätzliche Kosten und bewirken einerseits einen nicht vernachlässigbaren Druckabfall, der wiederum die Effizienz der Kälteerzeugung beeinträchtigt. Die Rückschlagventile weisen nur eine begrenzte Lebensdauer auf. Wenn das Rückschlagventil undicht wird, kommt es zur Kondensation von Kältemittel im Verdampfer des kälteren Fachs und damit zu einem starken Wärmeeintrag. Wenn der Verdichterbetrieb in für Einkreis-Kältegeräte üblicher Weise nur über einen Temperaturfühler am wärmeren Fach gesteuert ist, dann kann die Solltemperatur im kälteren Fach nicht gehalten werden, und der Inhalt verdirbt. Wenn der Verdichter auch über einen Temperaturfühler am kälteren Fach gesteuert ist, kann zwar die Solltemperatur gehalten werden, aber der Energieverbrauch des Geräts ist deutlich erhöht und verursacht dem Benutzer, wenn der Fehler unbemerkt bleibt, erhebliche Mehrkosten.
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Aufgabe der Erfindung ist, ein Kältegerät zu schaffen, das auf einfache und dauerhaft zuverlässige Weise ermöglicht, unterschiedliche Verdampfungsdrücke in den Verdampfern des Kältegeräts einzustellen.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem bei einem Kältegerät, insbesondere einem Haushaltskältegerät, mit wenigstens zwei in einem Kältemittelkreislauf parallel angeordneten Verdampfern, einem Verdichter, einer ersten Saugleitung, die einen ersten der Verdampfer mit einem Sauganschluss des Verdichters verbindet und einer zweiten Saugleitung, die den zweiten Verdampfer mit einer Einmündungsstelle an der ersten Saugleitung verbindet, die erste Saugleitung an der Einmündungsstelle einen Engpass aufweist. Der Engpass bewirkt eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des aus dem ersten Verdampfer herrührenden Kältemitteldampfs beim Passieren der Engstelle und dadurch eine Druckabsenkung an der Einmündungsstelle, wodurch sich im zweiten Verdampfer ein niedrigerer Druck darstellt als im ersten.
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Einer ersten Ausgestaltung der Erfindung zufolge umfasst die erste Saugleitung einen ersten Leitungsabschnitt, an dessen stromabwärtigem Ende der Engpass als eine Düse ausgebildet ist, und einen zweiten Leitungsabschnitt, in den die Düse hineinragt.
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Um eine deutliche Druckabsenkung im zweiten Verdampfer bei geringem Dampfstrom auf der ersten Saugleitung zu erreichen, erstreckt sich ein stromabwärtiger Abschnitt der zweiten Saugleitung vorzugsweise ringförmig um die Düse herum.
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Einer zweiten Ausgestaltung zufolge kreuzt die zweite Saugleitung eine Außenseite der ersten Saugleitung an einer Durchstichstelle, und ein stromabwärtiger Endabschnitt der zweiten Saugleitung erstreckt sich innerhalb der ersten Saugleitung. Indem der stromabwärtige Endabschnitt den freien Querschnitt der ersten Saugleitung reduziert, erzeugt er den zum Beschleunigen des vom ersten Verdampfer herrührenden Dampfstroms benötigten Engpass.
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Um den Druck im zweiten Verdampfer wirksam abzusenken, erstreckt sich der Engpass vorzugsweise ringförmig um den stromabwärtigen Endabschnitt der zweiten Saugleitung herum.
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Diese Ausgestaltung ist besonders einfach realisierbar, da der Querschnitt keiner der Saugleitungen verändert werden muss, sondern insbesondere die Außenwand der ersten Saugleitung in einem stromaufwärts an den Engpass angrenzenden Abschnitt, in Höhe des Engpasses selbst und auch in einem stromabwärts an den Engpass angrenzenden Abschnitt einen gleichen Querschnitt haben kann.
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Einer dritten Ausgestaltung zufolge hat eine Außenwand der ersten Saugleitung in Höhe des Engpasses einen engeren Querschnitt als in einem stromaufwärts an den Engpass angrenzenden Abschnitt und einem stromabwärts an den Engpass angrenzenden Abschnitt. Die Einmündungsstelle kann dann einfach als eine Öffnung der Außenwand in Höhe des Engpasses ausgebildet sein.
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Die Effektivität der Absaugung von Kältemittel aus dem zweiten Verdampfer kann dadurch verbessert werden, dass die erste und die zweite Saugleitung an der Einmündungsstelle unter einem spitzen Winkel aufeinandertreffen.
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Den beiden Verdampfern sind vorzugsweise Drosselstellen mit unterschiedlichen Leitwerten vorgeschaltet. Auf diese Weise können unterschiedliche Verdampfungsdrücke in beiden Verdampfern eingestellt werden, ohne dass der Volumendurchsatz des Verdichters steuerbar sein muss.
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Den Verdampfern und ggf. ihren Drosselstellen ist vorzugsweise ferner ein Wegeventil zum selektiven Beaufschlagen eines der Verdampfer mit Kältemittel vorgeschaltet.
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Das Wegeventil sollte vorzugsweise auch einen vollständig gesperrten Zustand aufweisen, um einen Druckunterschied zwischen Verflüssiger und Verdampfern auch während einer Stillstandsphase des Verdichters aufrechterhalten zu können.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Aus dieser Beschreibung und den Figuren gehen auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt. Es zeigen:
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1 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Kältegeräts;
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2 eine Einmündungsstelle und deren Umgebung gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung;
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3 eine Einmündungsstelle und deren Umgebung gemäß einer zweiten Ausgestaltung; und
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4 eine Einmündungsstelle und deren Umgebung gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung.
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1 zeigt schematisch ein Kältegerät, insbesondere ein Haushaltskältegerät, mit einem wärmeisolierenden Gehäuse 1, das zwei Kühlfächer 2, 3 mit unterschiedlichen Betriebstemperaturen wie etwa ein Normalkühlfach, ein Frischkühlfach oder ein Gefrierfach aufweist. Im Folgenden werden die beiden Fächer entsprechend dem Verhältnis ihrer Betriebstemperaturen als warmes Fach 2 und kaltes Fach 3 bezeichnet, wobei, wenn das warme Fach 2 ein Normalkühlfach ist, das kalte Fach 3 ein Frischkühlfach oder Gefrierfach sein kann bzw., wenn das kalte Fach ein Gefrierfach ist, das warme Fach auch ein Frischkühlfach sein kann.
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Den Fächern 2, 3 ist jeweils ein Verdampfer 4 bzw. 5 zugeordnet. Eine erste Saugleitung 6 erstreckt sich von einem Auslass des Verdampfers 4 des warmen Fachs 2 zu einem Sauganschluss eines Verdichters 8. Eine von einem Auslass des Verdampfers 5 ausgehende zweite Saugleitung 7 trifft an einer Einmündungsstelle 9 auf die erste Saugleitung 6.
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Ein Druckanschluss des Verdichters 8 ist in üblicher Weise mit einem Verflüssiger 10 verbunden, und eine vom Verflüssiger 10 ausgehende Leitung 11 gabelt sich an einer Verzweigungsstelle, um die Verdampfer 4, 5 über Drosselstellen 13, 14, in der Regel in Form von Kapillarleitungen, zu versorgen.
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Die Verzweigungsstelle ist hier durch ein Wegeventil 12 gebildet, das drei Schaltzustände einnehmen kann, einen vollständig geschlossenen, einen, in dem die Leitung 11 zum Verdampfer 4 geschlossen und zum Verdampfer 5 offen ist, und einen, in dem die Leitung 11 zum Verdampfer 4 offen und zum Verdampfer 5 geschlossen ist.
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Anstelle des Wegeventils 12 könnten auch eine einfache Leitungsverzweigung und jeweils ein Absperrventil im zum Verdampfer 4 führenden Zweig der Leitung 11 und im zum Verdampfer 5 führenden Zweig der Leitung 11 vorgesehen sein.
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In einer Stillstandsphase des Verdichters 8 ist die Leitung 11 vollständig gesperrt, um einen Druckausgleich zwischen dem Verflüssiger 10 und den Verdampfern 4, 5 zu unterbinden.
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Der Leitwert der Drosselstelle 14 ist niedriger als der der Drosselstelle 13, so dass der Massenstrom des Kältemittels, wenn die Leitung 11 zum Verdampfer 4 des warmen Fachs 2 offen ist, größer ist, als wenn die Leitung 11 zum Verdampfer 5 des kalten Fachs 3 offen ist. So stellt sich im Verdampfer 5, wenn dieser mit Kältemittel versorgt wird, ein niedrigerer Verdampfungsdruck ein als im Verdampfer 4, wenn letzterer mit Kältemittel versorgt wird.
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2 zeigt einen Längsschnitt durch die Saugleitungen 6, 7 in der Umgebung der Einmündungsstelle 9 gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung.
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Ein erster Leitungsabschnitt 15 der ersten Saugleitung 6 ist an einem stromabwärtigen Ende gestaucht, um einen Engpass in Form einer Düse 16 zu bilden. Stromaufwärts von der Düse 16 hat der erste Leitungsabschnitt 15 einen konstanten Innendurchmesser.
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Ein zweiter Leitungsabschnitt 17 der ersten Saugleitung 6 erstreckt sich in geradliniger Verlängerung des ersten Leitungsabschnitts 15. Er hat einen aufgeweiteten Einlassabschnitt 18, in den die Düse 16 eingeschoben ist und der entlang einer umlaufenden Naht 19 am ersten Leitungsabschnitt 15 verlötet ist. Ein an den Einlassabschnitt 18 anschließender Abschnitt 20 hat denselben Durchmesser wie der erste Leitungsabschnitt 15 vor der Düse 16.
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Die zweite Saugleitung 7 trifft aus seitlicher Richtung auf den Einlassabschnitt 18. Der Einlassabschnitt 18 begrenzt einen ringförmigen Hohlraum rings um die Düse 16, der einen stromabwärtigen Endabschnitt 21 der zweiten Saugleitung bildet, unmittelbar bevor die Dampfströme der beiden Verdampfer 4, 5 an der hier durch den Auslass der Düse 16 gebildeten Einmündungsstelle 9 aufeinandertreffen und sich vermischen. Wie von einer Wasserstrahlpumpe her bekannt, erzeugt der aus der Düse 16 austretende Strom einen niedrigen Druck an der Einmündungsstelle 9 und hält so den Verdampfer 5 auf einem niedrigeren Druck als den Verdampfer 4.
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Die Geometrie der Einmündungsstelle 9 und ihrer Umgebung und die Leitwerte der Drosselstellen 13, 14 sind so aneinander angepasst, dass der Druck, der sich im Verdampfer 5 einstellt, während dieser mit Kältemittel beaufschlagt wird, und der Druck, der sich bei Beaufschlagung des Verdampfers 4 im Verdampfer 5 einstellt, im Wesentlichen gleich sind.
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Wenn die Beaufschlagung des Verdampfers 4 mit Kältemittel beendet wird, kann vorgesehen werden, dass zunächst die Leitung 11 vollständig gesperrt wird und erst kurz danach der Verdichter 8 ausgeschaltet wird, um vor dem Stillstand des Verdichters 8 eventuelle Reste von flüssigem Kältemittel aus dem Verdampfer 4 zu beseitigen, die anderenfalls während des Stillstands des Verdichters 8 verdampfen und im Verdampfer 5 auskondensieren könnten
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3 zeigt eine besonders einfache und preiswert realisierbare Ausgestaltung der Einmündungsstelle 9. Die erste Saugleitung 6 ist hier als zylindrisches Rohr ausgeführt, an dem ein Engpass 25 gebildet ist, indem die hakenförmig gebogene zweite Saugleitung 7 durch eine an einer Durchtrittstelle 30 in eine Außenwand 24 der ersten Saugleitung 6 geschnittene oder gestochene Öffnung in letztere eingeschoben und dicht an der Außenwand 24 verlötet ist. Ein Endabschnitt 23 der zweiten Saugleitung 7 verläuft in etwa koaxial innerhalb der ersten Saugleitung 6 und gliedert diese in einen Engpass 25, dessen freier Querschnitt durch den sich darin erstreckenden Endabschnitt 23 reduziert ist, und Abschnitte 26, 27 stromaufwärts bzw. stromabwärts vom Engpass 25 mit nicht eingeengtem Querschnitt. Die Einmündungsstelle 9 ist durch eine Austrittsöffnung 31 am stromabwärtigen Ende des Endabschnitts 23 gebildet. Die Querschnittsverengung am Engpass 25 erzwingt auch hier eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des vom Verdampfer 4 herrührenden Kältemittelstroms und dadurch eine Druckabsenkung an der Einmündungsstelle 9 und im mit ihr verbundenen Verdampfer 5,
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Einen alternativen Aufbau zeigt die 4. Hier umfasst die erste Saugleitung 6 einen stromaufwärtigen Abschnitt 26 mit einem gleichbleibenden freien Durchmesser von z.B. 6 mm, einen stromabwärtigen Abschnitt 27 mit demselben Durchmesser und einen dazwischen liegenden Engpass 25, dessen freier Durchmesser auf einer Länge von ca. 1 cm auf ca. 1 mm reduziert ist. Die Abschnitte 26, 27 sind mit dem Engpass 25 über trichterartige Übergänge 28, 29 verbunden, deren Durchmesser sich in Strömungsrichtung kontinuierlich ändert. Um Stau und Turbulenzen an den Übergängen 28, 29 zu minimieren, sollte die Durchmesseränderung nicht zu abrupt sein, d.h. der Einstellwinkel α eines die Außenwand 24 am Übergang 28 oder 29 berührenden Kegels sollte nicht größer als 40° sein.
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Eine Einmündungsstelle 9, an der die zweite Saugleitung 7 mit der ersten Saugleitung 6 zusammentrifft, ist hier durch eine im Engpass 25 in die Außenwand 24 geschnittene Öffnung 32 gebildet, an der das stromabwärtige Ende der zweiten Saugleitung 7 verlötet ist. Die Saugleitungen 6, 7 stoßen an der Einmündungsstelle 9 unter einem spitzen Winkel β zusammen, um ein Hineinstauen des Kältemittelstroms der ersten Saugleitung 6 in die zweite Saugleitung 7 hinein auszuschließen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- warmes Fach
- 3
- kaltes Fach
- 4
- Verdampfer
- 5
- Verdampfer
- 6
- erste Saugleitung
- 7
- zweite Saugleitung
- 8
- Verdichter
- 9
- Einmündungsstelle
- 10
- Verflüssiger
- 11
- Leitung
- 12
- Wegeventil
- 13
- Drosselstelle
- 14
- Drosselstelle
- 15
- erster Leitungsabschnitt
- 16
- Düse
- 17
- zweiter Leitungsabschnitt
- 18
- Einlassabschnitt
- 19
- Naht
- 20
- Abschnitt
- 21
- Endabschnitt
- 22
- Engpass
- 23
- Endabschnitt
- 24
- Außenwand
- 25
- Engpass
- 26
- Abschnitt
- 27
- Abschnitt
- 28
- Übergang
- 29
- Übergang
- 30
- Durchtrittsstelle
- 31
- Austrittsöffnung
- 32
- Öffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2000/014459 A1 [0002]
- US 2011/0146303 A1 [0003]
