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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit wenigstens einem Kältemittelkreislauf, der zumindest einen Verdichter, zumindest einen ersten und einen dazu parallel geschalteten zweiten Verdampfer aufweist, die im Betrieb des Gerätes Kompartimente kühlen, in denen voneinander unterschiedliche Temperaturen herrschen, wobei wenigstens eine erste Leitung vorgesehen ist, durch die im Betrieb des Gerätes den Verdampfern Kältemittel zugeführt wird und wobei wenigstens eine zweite Leitung vorgesehen ist, durch im Betrieb des Gerätes Kältemittel von den Verdampfern abgeführt und direkt oder indirekt (z. B. über einen Sammler) dem Verdichter zugeführt wird, wobei in der oder den ersten Leitungen wenigstens ein Absperrelement vorgesehen ist, mittels dessen die wenigstens eine erste Leitung absperrbar ist.
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Aus dem Stand der Technik sind Kühl- bzw. Gefriergeräte bekannt, deren Kältemittelkreislauf gemäß 1 aufgebaut ist.
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Das Kältemittel wird im Verdichter 10 komprimiert und gelangt anschließend in den Verflüssiger 20, in dem es unter Wärmeabgabe verflüssigt wird.
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In Strömungsrichtung stromabwärts des Verflüssigers 20 befindet sich das Mehrwegeventil 30, das wahlweise derart geschaltet werden kann, dass das Kältemittel in Richtung des Kühlteilverdampfers 40 (Richtung A) oder in Richtung des Gefrierteilverdampfers 50 (Richtung B) oder zu beiden Verdampfern strömt. Zwischen dem Ventil 30 und dem Verdampfern 40, 50 befindet sich je ein Expansionsorgan 60, das beispielsweise in Form einer Kapillare ausgebildet ist.
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Die im Rahmen der Erfindung als erste Leitungen bezeichneten Leitungen sind mit L1 gekennzeichnet, die im Rahmen der Erfindung als zweite Leitungen bezeichneten Leitungen sind mit L2 gekennzeichnet.
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Durch die zweite Leitung L2, die die Saugleitung oder einen Teil davon darstellt, gelangt das Kältemittel von den Verdampfern 40, 50 zurück zu dem Verdichter 10, so dass sich geschlossene Kreisläufe ergeben.
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Ist im Gefrierteil keine Kälteleistung erforderlich, jedoch im Kühlteil, wird das Ventil 30 so geschaltet, dass das Kältemittel von dem Verflüssiger 20 zu dem Kühlteilverdampfer 40 strömt, nicht jedoch in den Gefrierteilverdampfer 50, da dort keine Kälteleistung erforderlich ist.
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Das Magnetventil 30 ist in Richtung A geöffnet und in Richtung B geschlossen.
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Aufgrund der tieferen Temperaturen im Gefrierteil im Vergleich zum Kühlteil sammelt sich ein Teil des Kältemittels im Gefrierteilverdampfer 50. Es gelangt dorthin über die Verbindungsstelle C, mit der die beiden Verdampferausgänge bzw. deren Auslassleitungen L2 miteinander in Verbindung stehen.
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Das dampfförmige Kältemittel kann somit von dessen Auslassseite in den Gefrierteilverdampfer 50 gelangen, kondensiert darin und gibt dabei Wärme ab, so dass ein Wärmeeintrag in das Gefrierfach erfolgt, der unerwünscht ist. Auf die Gesamteffizienz des Systems wirkt sich dies negativ aus.
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Mit zunehmender Verdichterlaufzeit sammelt sich immer mehr Kältemittel in dem Gefrierteilverdampfer 50 an. Dieses strömt dann dementsprechend nicht durch den Kältemittelkreislauf, da der Gefrierteilverdampfer 50 durch das Ventil 30 abgesperrt ist. Somit nimmt der Füllgrad des durchströmten Kühlteilverdampfers mit der Zeit ab und die Überhitzung zu. Dies ist energetisch nachteilig.
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Grundsätzlich kann eine vergleichbare Situation eintreten, wenn im Kühlteil keine Kälteleistung erforderlich ist, aber nur im Gefrierteil. In diesem Fall ermöglicht das Ventil 30 eine Durchströmung vom Verflüssiger zum Gefrierteilverdampfer 50, nicht jedoch zum Kühlteilverdampfer 40. Allerdings sammelt sich in diesem Fall weniger Kältemittel in dem nicht durchströmten Verdampfer (Kühlteilverdampfer 40) an, als in dem oben beschriebenen Fall, somit ist die negative Auswirkung auf die Gesamteffizienz geringer als in dem oben beschriebenen Fall mit einem nicht durchströmten Gefrierteilverdampfer. Dies ist auf geänderte Druck- und Temperaturverhältnisse zurückzuführen.
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Für den Fall, dass beide Verdampfer durchströmt werden, d. h. parallel betrieben werden (d. h. das Magnetventil ist in beide Richtungen A und B offen) kann es während der Laufzeit des Verdichters 10 ebenfalls zur Verlagerung von Kältemittel kommen. Dies kann zu unterschiedlichen Füllungsgraden und Überhitzungen der Verdampfer führen, was sich negativ auf die Gesamteffizienz des Systems auswirkt.
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Es gibt spezielle Verdichter, wie sie in 2 dargestellt sind. Wie dies aus 2 hervorgeht, sind zwei zweite Leitungen L2, d. h. zwei Saugleitungen vorgesehen, die nicht ineinander münden, sondern jeweils in dem Verdichter 10 enden.
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Gleiche oder funktionsgleiche Elemente sind in den Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen.
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Des Weiteren ist auf der Hochdruckseite, d. h. zwischen dem Verflüssiger 20 und den Verdampfern ein Absperrventil 12 angeordnet, das als Stoppventil ausgeführt ist und im geschlossenen Zustand beide Verdampfer von der Kältemittelzufuhr absperrt. Das Stoppventil ist nach dem Verflüssiger und vor der Verzweigungsstelle angeordnet, von der das Kältemittel zu den Verdampfern strömt. Auch in diesem Fall kann es während der Laufzeit des Verdichters 10 zur Verlagerung von Kältemittel kommen. Dies kann zu unterschiedlichen Füllungsgraden und Überhitzungen der Verdampfer führen, was sich negativ auf die Gesamteffizienz des Systems auswirkt.
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Um das beschriebene Problem der unerwünschten Ansammlung von Kältemittel in einem Verdampfer zu verhindern, besteht beispielsweise die Möglichkeit, eine tiefere Verdampfungstemperatur in dem Kühlteilverdampfer vorzusehen (z. B. eine geringere oder dieselbe Verdampfungstemperatur wie im Gefrierteilverdampfer), was sich allerdings negativ auf die Gesamteffizienz des Systems auswirkt.
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Auch ist es möglich, eine unerwünschte Ansammlung von Kältemittel in dem Gefrierteilverdampfer 50 dadurch zu verhindern, dass stromabwärts des Gefrierteilverdampfers 50 ein Absperrelement 70 eingesetzt wird, wie dies in 3 dargestellt ist. In dem zu 1 beschriebenen Betriebsmodus, in dem das Kühlteil gekühlt wird, das Gefrierteil jedoch nicht, könnte dieses Absperrelement 70, das z. B. als Ventil ausgebildet ist, geschlossen werden, so dass ein Rückströmen von Kältemittel in den Gefrierteilverdampfer 50 vermieden wird. Die Schaffung eines zusätzlichen Absperrelementes 70 oder eines Rückschlagventils ist jedoch mit Nachteilen, wie erhöhten Kosten, einem Ausfallrisiko, der notwendigen Ansteuerung, Druckverlust etc. verbunden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine unerwünschte Ansammlung von Kältemittel in einem Verdampfer auf vergleichsweise einfache Art und Weise zu verhindern.
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Diese Aufgabe wird durch ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Danach ist vorgesehen, dass das Gerät zumindest eine Steuer- oder Regelungseinheit aufweist, die ausgebildet ist, das wenigstens eine stromaufwärts der Verdampfer angeordnete Absperrelement zeitweise zu schließen, so dass durch keine der ersten Leitungen Kältemittel strömt, und die ferner ausgebildet ist, den Verdichter zu betreiben, während das Absperrelement geschlossen ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit der Gedanke zugrunde, beide bzw. alle parallel angeordneten Verdampfer einlassseitig zeitweise abzusperren, so dass kein Kältemittel durch deren Einlass in diese einströmen kann und gleichzeitig den Verdichter zu betreiben, so dass die Verdampfer vollständig oder teilweise leer gepumpt werden. Das Kältemittel wird somit aus beiden Verdampfern von der Niederdruckseite auf die Hochdruckseite befördert. Ist genug Kältemittel aus dem Gefrierteilverdampfer abgepumpt worden, kann das hochdruckseitige Ventil oder sonstige Absperrelement wieder in seine ursprüngliche Stellung gebracht werden, d. h. beispielsweise so eingestellt werden, dass nur der Kühlteilverdampfer von Kältemittel durchströmt wird.
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Durch diese Maßnahme steht im Kühlteilverdampfer wieder mehr Kältemittel zur Verfügung und die Überhitzung im Kühlteilverdampfer sinkt. Somit kann das Gerät mit einer höheren Verfampfungstemperatur im Kühlteil betrieben werden als im Gefrierteil, ohne dass die Überhitzung des Kältemittels im Kühlteilverdampfer mit zunehmender Verdichterlaufzeit zu stark ansteigt. Dies hat einen Effizienzvorteil zur Folge.
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Denkbar ist es, dass es sich bei dem Absperrelement um ein oder mehrere Magnetventile handelt. Grundsätzlich kommen auch beliebige andere Absperrorgane in Betracht, beispielsweise Stoppventile vor jedem der Verdampfer.
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Es kann genau ein Absperrelement vorgesehen sein oder auch eine Mehrzahl von Absperrelementen.
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Bei dem Ventil kann es sich um ein Stoppventil handeln, wie es beispielsweise in 2 dargestellt ist oder um ein Mehrwegeventil, wie es beispielsweise in 1 gezeigt ist.
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Vorzugsweise handelt es sich bei einem der Kompartimente um ein Gefrierteil und bei einem der Kompartimente um ein Kühlteil oder Kaltlagerfach oder um ein sonstiges Kompartiment, bei dem eine höhere Temperatur herrscht als im Gefrierteil. Denkbar ist es auch, dass beide Kompartimente als Gefrierteile oder als Kühlteile ausgeführt sind, die bei unterschiedlichen Temperaturen betrieben werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in den Verdichter genaue eine oder mehrere zweite Leitungen münden, wie dies aus den Ausführungsformen gemäß 1 und 2 ersichtlich ist. Mündet in den Verdichter nur eine zweite Leitung, stehen die Auslassleitungen der Verdichter an einem Punkt miteinander in Verbindung, wie dies aus 1 ersichtlich ist.
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Die Steuer- oder Regelungseinheit kann derart ausgebildet sein, dass sie das oder die Absperrelemente nach Ablauf einer bestimmten Zeitspanne oder in Abhängigkeit wenigstens eines anderen Parameters als der Zeit schließt. So ist es beispielsweise denkbar, dass nach Ablauf einer bestimmten Zeitspanne, in der nur der Kühlteilverdampfer durchströmt wird, davon ausgegangen wird, dass sich eine gewisse Menge an Kältemittel in dem Gefrierteilverdampfer angesammelt hat.
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Auch ist es möglich, durch die Messung eines oder mehrerer Parameter, wie beispielsweise der Verdampfertemperatur eines oder mehrerer Verdampfer oder des Drucks im Kältemittelkreislauf festzustellen, dass das oder die Absperrelemente geschlossen werden müssen, so dass das Kältemittel aus den Verdampfern abgepumpt und auf die Hochdruckseite, d. h. in einem Bereich zwischen Verdichter 10 und den Expansionsorganen gefördert wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuer- oder Regelungseinheit derart ausgebildet ist, dass diese das oder die Absperrelemente für eine bestimmte Zeitspanne oder in Abhängigkeit wenigstens eines anderen Parameters als der Zeit schließt. Bei diesem wenigstens einen anderen Parameter kann es sich um denselben Parameter handeln, in Abhängigkeit dessen die Absperrung vorgenommen wird, d. h. beispielsweise um die Verdampfertemperatur eines oder mehrerer Verdampfer und/oder um den Druck im Kältemittelkreislauf.
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Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben eines Kühl- und/oder Gefriergerätes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Absperrelement zeitweise geschlossen wird, so dass durch keine der ersten Leitungen Kältemittel strömt, wobei gleichzeitig der Verdichter betrieben wird.
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Wie bereits oben ausgeführt, kann vorgesehen sein, dass das Absperrelement nach Ablauf einer bestimmten Zeitspanne und/oder für eine bestimmte Zeitspanne oder in Abhängigkeit wenigstens eines anderen Parameters (Temperatur, Druck etc.) als der Zeitspanne geöffnet oder geschlossen wird.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
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Es zeigen:
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1: eine schematische Darstellung eines ersten Kältemittelkreislaufs gemäß dem Stand der Technik und gemäß der Erfindung,
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2: eine schematische Darstellung eines zweiten Kältemittelkreislaufs gemäß dem Stand der Technik und gemäß der Erfindung und
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3: eine schematische Darstellung eines dritten Kältemittelkreislaufs gemäß dem Stand der Technik.
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Die Kältemittelkreisläufe gemäß 1 und 2 sind aus dem Stand der Technik bekannt, können jedoch auch in einem erfindungsgemäßen Kühl- und/oder Gefriergerät zum Einsatz kommen, so dass hinsichtlich des Aufbaus der Kältemittelkreisläufe auf die obigen Erläuterungen verwiesen wird.
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Ein Unterschied zwischen einem Kühl- und/oder Gefriergerät gemäß dem Stand der Technik und einem erfindungsgemäßen Kühl- und/oder Gefriergerät besteht in der Ansteuerung des oder der stromaufwärts der Verdampfer, d. h. hochdruckseitig angeordneten Absperrelemente.
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Denkbare Ausführungsbeispiele werden im Folgenden beschrieben:
In der ersten Betriebsphase ist gemäß 1 das Ventil 30 in Richtung A, d. h. zum Kühlteilverdampfer 40 hin geöffnet und in Richtung B, d. h. zum Gefrierteilverdampfer 50 hin geschlossen.
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Sammelt sich nun mit fortlaufender Verdichterlaufzeit immer mehr Kältemittel in dem Gefrierteilverdampfer 50 an, indem dieses von dessen Auslauf, d. h. entgegen der üblichen Strömungsrichtung in diesen eintritt, steigt im Kühlteilverdampfer 40 die Überhitzung und der Füllgrad sinkt.
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Um dies zu vermeiden bzw. zu begrenzen, werden von Zeit zu Zeit, d. h. in bestimmten Zeitabständen, beide Ausgänge des Ventils 30 geschlossen, d. h. es strömt kein Kältemittel zu den Verdampfern. Während dieser Zeit läuft der Verdichter 10 weiter. Dadurch wird das Kältemittel aus beiden Verdampfern von der Niederdruckseite, d. h. von der Seite zwischen dem Expansionsorgan und dem Verdichter auf die Hochdruckseite, d. h. auf die Seite zwischen dem Verdichter und dem Ventil 30 befördert und die Verdampfer werden teilweise oder vollständig leergepumpt.
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Ist ausreichend Kältemittel aus dem Gefrierteilverdampfer 50 abgepumpt worden, wird das Ventil 30 wieder in Richtung A geöffnet, so dass der Kühlteilverdampfer 40 wieder mit Kältemittel versorgt wird. Dadurch steht dem Kühlteilverdampfer 40 wieder mehr Kältemittel zur Verfügung und die Überhitzung in diesem Verdampfer sinkt.
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Dies bringt energetische Vorteile mit sich, da das Gerät im Kühlteilverdampfer mit einer höheren Verfampfungstemperatur als im Gefrierteilverdampfer betrieben werden kann, ohne dass die Überhitzung des Kältemittels im Kühlteilverdampfer mit zunehmender Verdichterlaufzeit zu stark ansteigt.
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Eine entsprechende Vorgehensweise kann erfindungsgemäß angewandt werden, wenn im Normalbetrieb der Gefrierteilverdampfer 50 und nicht der Kühlteilverdampfer 40 mit Kältemittel beaufschlagt werden soll, d. h. das Ventil in Richtung B geöffnet ist.
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Eine entsprechende Vorgehensweise kann in einem Kältemittelkreislauf gemäß 2 vorgenommen werden.
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Um die Kältemittelverlagerung zwischen den beiden Verdampfern zu verhindern bzw. deren Auswirkungen abzumildern, wird das hochdruckseitige Magnetventil 12 von Zeit zu Zeit, d. h. in bestimmten Zeitabständen geschlossen, der Verdichter 10 in dieser Zeit jedoch weiter betrieben. Dadurch wird das Kältemittel aus beiden Verdampfern 40, 50 von der Niederdruckseite auf die Hochdruckseite befördert. Ist ausreichend Kältemittel aus beiden Verdampfern abgepumpt worden, wird das Magnetventil 12 wieder geöffnet.
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Eine entsprechend Vorgehensweise ist bei Einsatz eines Mehrwegeventils statt des Ventils 12 in 2 möglich, wie es in 1 gezeigt ist. In diesem Fall werden zum Zwecke der Entleerung der Verdampfer die beiden Ausgänge des Mehrwegeventils geschlossen, das ebenfalls als Magnetventil ausgeführt sein kann.
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Grundsätzlich ist die Erfindung nicht auf genau zwei parallel geschaltete Verdampfer beschränkt, sondern umfasst auch mehr als zwei parallel geschaltete Verdampfer.
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Auch besteht keine Beschränkung auf ein Kühlteil und ein Gefrierteil. Grundsätzlich kann es sich bei den Kompartimenten, die durch die parallel geschalteten Verdampfer gekühlt werden, um bei unterschiedlichen Temperaturen betriebene, beliebige Kompartimente handeln.
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Die Erfindung kann grundsätzlich auch bei einem Kältemittelkreislauf gemäß 3 eingesetzt werden.
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Vorzugsweise ist erfindungsgemäß jedoch vorgesehen, dass sich zwischen den Verdampferausgängen und dem Verdichter kein Absperrelement befindet.
