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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit einem gekühlten Innenraum, der durch eine vorzugsweise horizontale Trennplatte in ein erstes und in ein zweites Kompartiment unterteilt ist, wobei im Betrieb des Gerätes in dem ersten Kompartiment eine geringere Temperatur herrscht als in dem zweiten Kompartiment, und wobei ein Kältemittelkreislauf vorgesehen ist, der einen Verdichter, einen Verflüssiger und einen Verdampfer aufweist.
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Aus dem Stand der Technik sind derartige Geräte bekannt, bei denen das erste Kompartiment durch ein sogenanntes Kaltlagerfach und das zweite Kompartiment durch ein Kühlfach gebildet werden. Die
EP 793 066 B1 offenbart ein Gerät mit einer horizontalen Trennplatte, wobei sich oberhalb der Trennplatte das Kühlfach und unterhalb der Trennplatte das Kaltlagerfach befindet. Im oberen Bereich des Kühlfachs befindet sich ein Ventilator, der Luft in einen Kühlluftkanal fördert, in dem sich ein Verdampfer befindet. Die mittels des Verdampfers gekühlte Luft strömt in das Kaltlagerfach ein, durchströmt dieses und gelangt sodann durch einen Spalt im vorderen Bereich der Trennplatte in das Kühlfach. Aus der
EP 2 896 916 B1 ist ein Kühl- und/oder Gefriergerät bekannt, bei dem der Verdampfer und ein Ventilator in einem Bereich unterhalb der horizontalen Trennplatte im Kaltlagerfach angeordnet sind.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühl- und/oder Gefriergerät der eingangs genannten Art dahingehend auszuführen, dass dieses kostengünstig herstellbar ist und bei dem die geforderte Temperatur in dem ersten Kompartiment weitgehend oder vollständig unabhängig von der Temperatur in dem zweiten Kompartiment, der Raumtemperatur oder der Wärmelast im zweiten Kompartiment eingestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Danach ist vorgesehen, dass ein erster Verdampfer zur Kühlung des ersten Kompartiments und ein zweiter Verdampfer zur Kühlung des zweiten Kompartiments vorgesehen sind, die in Reihe angeordnet sind, so dass zunächst der erste Verdampfer und nach diesem der zweite Verdampfer von Kältemittel durchströmt werden, dass ein Ventilator zur Erzeugung einer Luftströmung in dem ersten Kompartiment vorgesehen ist, und dass eine Einheit, wie z.B. eine Steuer- oder Regelungseinheit vorgesehen ist, die ausgebildet ist, in dem oder den Kompartimenten durch einen oder mehrere der folgenden Parameter Verdichtereinschaltdauer, Volumenstrom des Ventilators, Volumenstrom des Verdichters und Unterbrechung oder Freigabe des Kältemittelflusses durch die Verdampfer die Temperatur einzustellen.
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Ein Parameter, mit dem dies möglich ist, ist die Einschaltdauer des Verdichters. Da der erste Verdampfer dem zweiten Verdampfer in Strömungsrichtung des Kältemittels vorgeschaltet ist, strömt beim Einschalten des Verdichters das flüssige Kältemittel zunächst in den ersten Verdampfer, der angeordnet ist, das erste Kompartiment zu kühlen. Wie ausgeführt, handelt es sich bei dem ersten Kompartiment vorzugsweise um ein Kaltlagerfach. In dem ersten Verdampfer verdampft das Kältemittel und nimmt dabei Wärme aus dem ersten Kompartiment auf. Vorzugsweise ist der erste Ventilator dabei in Betrieb.
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Mit zunehmender Verdichterlaufzeit strömt immer mehr flüssiges Kältemittel in den zweiten Verdampfer, der angeordnet ist, das zweite Kompartiment zu kühlen, bei dem es sich vorzugsweise um ein Kühlfach handelt.
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Diese Anordnung führt dazu, dass je kürzer die Einschaltdauer des Verdichters ist, desto mehr Kälteleistung in dem ersten Kompartiment in Relation zu dem zweiten Kompartiment zur Verfügung steht. Durch die Einschaltdauer ist somit eine gezielte Steuerung der Kälteleistung in dem ersten Kompartiment relativ zu dem zweiten Kompartiment möglich.
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In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn ein Element mit einer Stoppfunktionalität vor den Verdampfern angeordnet ist, vorzugsweise vor der Kapillare, die sich zwischen dem Verflüssiger und den Verdampfern befindet. Dieses Element kann beispielsweise als Ventil ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist ein 2-Wegeventil oder ein Schrittmotorventil mit Stoppfunktion. Ist das Element bzw. das Ventil bei ausgeschaltetem Verdichter geschlossen und wird es mit oder unmittelbar vor oder nach dem Verdichterstart geöffnet, ist der Verdampfungsdruck direkt nach dem Verdichterstart gering. Dies begünstigt das Verdampfen von Kältemittel im ersten Verdampfer des ersten Kompartiments, führt also dort zu einer verstärkten Kühlung im Vergleich zur Kühlung des zweiten Kompartiments.
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Das Stoppventil oder ein sonstiges je nach dessen Stellung den Kältemittelfluss unterbindendes oder freigebendes Element kann zwischen dem Verflüssiger und einer diesem nachgeschalteten Kapillare oder zwischen der Kapillare und den dieser nachgeschalteten Verdampfern angeordnet sein.
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Ein weiterer Parameter zur Temperatureinstellung ist der Volumenstrom des ersten Ventilators. Je höher diese ist, desto mehr prozentuale Kälteleistung steht in dem ersten Kompartiment im Vergleich zu dem zweiten Kompartiment zur Verfügung. Ist der erste Ventilator ausgeschaltet oder läuft dieser mit geringem Volumenstrom, ergibt sich eine geringe prozentuale Kälteleistung in dem ersten Kompartiment. Unter einer „prozentualen Kälteleistung“ ist zu verstehen, welcher Anteil der insgesamt zur Verfügung stehenden Kälteleistung welchem der Kompartimente zukommt.
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Eine weiterer Parameter zur Temperatureinstellung ist der Volumenstrom des Verdichters. Je höher der Volumenstrom des Verdichters ist, desto tiefer ist die Verdampfertemperatur und desto mehr prozentuale Kälteleistung steht dem ersten Verdampfer im Vergleich zu dem zweiten Verdampfer zur Verfügung. Das erste Kompartiment erhält somit relativ zu dem zweiten Kompartiment eine größere Kälteleistung.
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Um eine Temperaturregelung in beiden Kompartimenten vornehmen zu können, kann vorgesehen sein, dass das Gerät einen ersten Temperaturfühler in dem ersten Kompartiment und einen zweiten Temperaturfühler in dem zweiten Kompartiment zur Messung der in den jeweiligen Kompartimenten aufweist. Durch einen Vergleich der jeweils gewünschten Temperatur, d.h. der Solltemperatur mit den gemessenen Isttemperaturen kann bestimmt werden, in welchem der Kompartimente eine Kühlanforderung besteht. In Abhängigkeit davon werden unter Zuhilfe- nahme eines oder mehrerer der genannten Parameter die Temperaturen in den Kompartimenten eingestellt.
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Ein weiterer Parameter zur Temperatureinstellung ist ein Element mit Stoppfunktion, insbesondere ein Stoppventil, das in Strömungsrichtung des Kältemittels vor den Verdampfer und vorzugsweise vor der Kapillare angeordnet ist. Der Einsatz eines solchen Stoppelementes erhöht die prozentuale Kälteleistung im ersten Kompartiment. Ist das Stoppelement bei stehendem Verdichter geschlossen, ist wie oben ausgeführt, der Verdampfungsdruck direkt nach dem Verdichterstart gering. Dies begünstigt das Verdampfen von Kältemittel im ersten Verdampfer des ersten Kompartiments, führt also dort zu einer verstärkten Kühlung in Relation zu der Kühlleistung in dem zweiten Kompartiment.
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Jeder der vorgenannten Parameter ermöglicht somit die Einstellung unterschiedlicher Temperaturen in den Kompartimenten und vorzugsweise die Einstellung einer Temperatur im ersten Kompartiment unabhängig von der Temperatur im zweiten Kompartiment, von der Raumtemperatur und von dem Wärmeeintrag in das zweite Kompartiment, z.B. durch neues zu kühlendes Gut. Der, mehrere oder alle der genannten Paramater können in eine Steuerung oder Regelung der Temperatur der Kompartimente einfließen, d.h. die Einheit kann als Steuerungs- oder Regelungseinheit ausgeführt sein oder einen Bestandteil einer Steuerungs- oder Regelungseinheit sein, die die Aufgabe hat, in einem, vorzugsweise in dem ersten Kompartiment oder in beiden Kompartimenten die gewünschten Temperaturen einzustellen.
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Die Begriffe „erster Verdampfer“ und „zweiter Verdampfer“ sind weit auszulegen. Es kann sich bei den Verdampfern um baulich getrennte Verdampfer handeln. Ebenso ist von dem Begriff „erster Verdampfer“ und „zweiter Verdampfer“ der Fall umfasst, dass es sich um einen ersten Verdampferbereich und um einen zweiten Verdampferbereich handelt, die Bestandteile eines gemeinsamen Verdampfers, insbesondere eines Rollbondverdampfers sind, und die nacheinander von Kältemittel durchströmt werden. Denkbar ist beispielsweise der Einsatz einer Platine, auf der sich eine Rohrleitung befindet, von der ein Abschnitt den ersten Verdampfer im Sinne der Erfindung und ein weiterer Abschnitt den zweiten Verdampfer im Sinne der Erfindung bildet.
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Der erste Ventilator kann in unterschiedlichen Drehrichtungen betreibbar sein. Er kann in einer ersten Drehrichtung Luft aus dem ersten Kompartiment ansaugen und diese an den Verdampfer oder Verdampferbereich blasen. Der Verdampfer befindet sich vorzugsweise im Bereich der Rückwand des gekühlten Kompartiments. Von dort gelangt die kalte Luft wieder in das Kaltlagerfach. Der erste Ventilator kann in einer zweiten Drehrichtung Luft von dem Verdampfer oder von dem Verdampferbereich ansaugen. Diese Kaltluft wird sodann in das Kaltlagerfach gefördert.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das zweite Kompartiment über eine statische Kühlung verfügt, d.h. dort keine erzwungene Konvektion mittels eines Ventilators vorliegt, oder dass in dem zweiten Kompartiment ein zweiter Ventilator angeordnet ist.
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Die Kompartimente können über eine Rückwand verfügen, wobei der erste und/oder der zweite Verdampfer an oder hinter der Rückwand angeordnet sind. Die Verdampfer können somit vor der Rückwand, d.h. freihängend angeordnet sein oder auch eingeschäumt sein, d.h. sich hinter der Rückwand befinden.
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Denkbar ist es, dass die Trennplatte sich nicht bis an die Rückwand der Kompartimente erstreckt oder dass im rückwärtigen Bereich der Trennplatte eine oder mehrere Öffnungen vorhanden sind, so dass Tauwasser von dem oberen Kompartiment in das untere Kompartiment ablaufen kann.
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Die Trennplatte kann entnehmbar im Gerät angeordnet sein. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Trennplatte fester Bestandteil des Geräts bzw. Innenbehälters ist.
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Wie ausgeführt, ist vorzugsweise vorgesehen, dass es sich bei dem ersten Kompartiment um ein Kaltlagerfach und bei dem zweiten Kompartiment um ein Kühlfach handelt. Bei einem Kaltlagerfach handelt es sich vorzugsweise um ein Kompartiment, in dem im Betrieb eine Temperatur im Bereich von 0 °C bis 3 °C herrscht. Bei einem Kühlfach handelt es sich vorzugsweise um ein Kompartiment, in dem im Betrieb eine Temperatur im Bereich von 6 °C bis 12 °C herrscht. Bei diesen Werten handelt es sich um Beispiele, die die Erfindung nicht beschränken.
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Vorzugsweise befindet sich das zweite Kompartiment oberhalb der Trennplatte und das erste Kompartiment unterhalb der Trennplatte.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn die Trennplatte (vorzugsweise mit daran angeordnetem ersten Ventilator und erstem Temperaturfühler) nachträglich, d.h. am Ende des Produktionsprozesses oder auch zu einem späteren Zeitpunkt in den gekühlten Innenraum eingesetzt werden kann. Dies ermöglicht es, zu einem vergleichsweise späten Zeitpunkt zu entscheiden, ob das Gerät ein Kaltlagerfach erhält oder nicht. Auch eine entsprechende Nachrüstung nach Abschluss der Produktion, z.B. im Handel oder beim Nutzer ist denkbar und von der Erfindung umfasst.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Kühl- und/oder Gefriergerätes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zum Zwecke der Temperatureinstellung in einem oder beiden Kompartimenten die Einschaltdauer des Verdichters und/oder der Volumenstrom des Ventilators und/oder der Volumenstrom des Verdichters und/oder die Unterbrechung oder Freigabe des Kältemittelflusses in die Verdampfer eingestellt bzw. vorgenommen wird.
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An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „ein“ und „eine“ nicht zwingend auf genau eines der Elemente verweisen, wenngleich dies eine mögliche Ausführung darstellt, sondern auch eine Mehrzahl der Elemente bezeichnen können. Ebenso schließt die Verwendung des Plurals auch das Vorhandensein des fraglichen Elementes in der Einzahl ein und umgekehrt umfasst der Singular auch mehrere der fraglichen Elemente.
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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:
- 1: eine schematische Längsschnittansicht des Aufbaus eines Gerätes gemäß der Erfindung und
- 2: eine schematische Ansicht eines Kältemittelkreislaufe eines Gerätes gemäß der Erfindung.
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1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch ein Gerät gemäß der Erfindung.
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Mit dem Bezugszeichen 1 ist das Kühlfach und mit dem Bezugszeichen 2 das Kaltlagerfach gekennzeichnet. Das Kühlfach 1 befindet sich oberhalb der entnehmbaren und einsetzbaren horizontalen Trennplatte 5 und das Kaltlagerfach 2 darunter.
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In dem Kühlfach 1 ist der Luftfühler 3 zur Erfassung der Lufttemperatur in dem Kühlfach und in dem Kaltlagerfach 2 ist der Luftfühler 4 zur Erfassung der Lufttemperatur in dem Kaltlagerfach angeordnet. Wie aus 1 ersichtlich, kann sich dieser im Deckenbereich des Kaltlagerfachs 2 an der Trennplatte 5 befinden. Die Trennplatte 5 könnte in einer alternativen Ausführungsvariante auch fester Bestandteil des Gerätes bzw. des Innenbehälters des Gerätes sein.
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Die Kühlanforderung im Kaltlagerfach 2 wird durch den Temperaturfühler 4 und die Kühlanforderung im Kühlfach 1 wird durch den Temperaturfühler 3 ermittelt.
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Im Normalbetrieb kann die Kühlung des Kühlfachs 1 und des Kaltlagerfachs 2 über eine Zeitregelung erfolgen. Die erfindungsgemäße Regelung kommt in diesem Fall in erfindungsgemäßen Geräten zusätzlich zur Anwendung.
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Hinter oder an der Rückwand des gekühlten Innenraums befinden sich zwei Verdampfer, wobei der erste Verdampfer 8 zur Kühlung des Kaltlagerfachs 2 und der zweite Verdampfer 7 zur Kühlung des Kühlfachs 1 dient.
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Die Kühlung des Kühlfachs 1 erfolgt statisch, d.h. ohne erzwungene Luftbewegung. In dem Kaltlagerfach 2 ist hingegen ein Ventilator 6 angeordnet, der eine erzwungene Luftbewegung in dem Kaltlagerfach erzeugt.
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Der Ventilator 6 ist im rückwärtigen Bereich des Kaltlagerfachs 2 angeordnet, er kann optional an der Trennplatte 5 angeordnet sein. Der Ventilator 6 kann je nach Bedarf in einer Drehrichtung betrieben werden, in der dieser Luft zu dem Verdampfer 8 hin fördert oder von diesem weg fördert. Er kann weiter mit einer geeigneten Luftführung ausgeführt sein, die so ausgestaltet ist, dass ein optimaler Wärmeübergang an dem Verdampfer 8 erfolgt.
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Beide Kompartimente 1, 2 können über je einen Tauwasserablauf verfügen (nicht dargestellt). Auch ist es denkbar, dass wie in 1 dargestellt, die Trennplatte 5 nicht ganz bis an die Rückwand des gekühlten Innenraums bzw. des Innenbehälters heranreicht und/oder im rückwärtigen Bereich Öffnungen aufweist, so dass das Tauwasser aus dem Kühlbereich von dem Verdampfer des Kühlbereichs über die Rückwand und den Verdampfer des Kaltlagerfachs in den darunter liegenden Tauwasserablauf gelangt. In diesem Fall ist eine komplette Luftabschottung bzw. Lufttrennung zwischen Kühlteil und Kaltlagerfach nicht gegeben.
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Vorteilhaft ist es, wenn der Temperaturfühler 4 des Kaltlagerfachs 2 sowie der Ventilator 6 in die Trennplatte 5 integriert sind. Dies ermöglicht es, dass die Trennplatte als Modul vormontiert und als Ganzes am Ende des Produktionsprozesses oder auch nach dem Produktionsprozess, z.B. als Nachrüstsatz, beim Nutzer eingesetzt werden kann.
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2 zeigt einen Kältemittelkreislauf des Gerätes gemäß 1.
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Nach dem Verflüssiger 2 gelangt das Kältemittel in die Kapillare 3 und wird nach dieser in den ersten Verdampfer 4, d.h. den Kaltlagerfachverdampfer eingespritzt. Nach dessen Durchströmung gelangt das Kältemittel in den Verdampfer 5 des Kühlfachs 1. Schließlich strömt das Kältemittel über die Saugleitung in den Verdichter 1 und wird von diesem wieder zu dem Verflüssiger 2 gefördert.
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Wie ausgeführt, kann es sich bei den Verdampfern 7 und 8, die in 2 die Bezugszeichen 5 und 4 tragen, um getrennte Verdampfer oder um Bestandteile eines gemeinsamen Verdampfers handeln. Dazu kann beispielsweise eine Rollbondplatine verwendet werden, auf der Kanäle angeordnet sind, in die das Kältemittel eingespritzt wird bzw. die von Kältemittel durchströmt werden. Zunächst werden die dem Kaltlagerfach zugeordneten Kanäle und sodann die dem Kühlfach zugeordneten Kanäle durchströmt. Der dazwischen liegende Bereich enthält nur eine Verbindungsleitung zwischen den beiden Verdampfern und vorzugsweise keine oder nur wenige weitere Kanäle zur Aufnahme von Kältemittel.
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Vorzugsweise befindet sich vor der Kapillare 3, d.h. zwischen Verflüssiger 2 und Kapillare 3 ein 2-Wege Ventil, das so angesteuert ist, dass es in der Verdichterstehzeit geschlossen ist, um einen Druckausgleich zwischen Hoch- und Niederdruckseite zu verhindern.
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Um in beiden Kompartimenten die jeweils gewünschten Temperaturen unabhängig voneinander zu erhalten bzw. um in dem Kaltlagerfach unabhängig von dem Kühlfach eine Temperatureinstellung vornehmen zu können, können alternativ oder kumulativ die folgenden Regelungs- bzw. Steuerungsparameter verwendet werden:
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Verdichtereinschaltdauer
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Da das Kältemittel beim Start des Verdichters zunächst in den Verdampfer des Kaltlagerfachs strömt, wird zunächst nur dieses gekühlt. Mit zunehmender Betriebsdauer des Verdichters, d.h. mit zunehmender Verdichtereinschaltdauer wird auch der Kühlteilverdampfer mit Kältemittel beauftschlagt, so dass auch dieses gekühlt wird. So ist es möglich, die Temperaturverteilung über die Verdichtereinschaltdauer, d.h. die Verdichterbetriebsdauer nach einem Verdichterstart zu steuern oder zu regeln. Wird ein Stoppventil vor dem Verdampfer eingesetzt, das in der Stehzeit des Verdichters geschlossen ist, wird in der Verdichterstehzeit ein Druckausgleich verhindert, was den Vorteil mit sich bringt, dass der Verdampfungsdruck direkt nach dem Verdampferstart niedrig ist, was das Verdampfen von Kältemittel des Kaltlagerfachs begünstigt.
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Volumenstrom des Ventilators
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Je größer der Volumenstrom des Ventilators im Kaltlagerfach ist, desto größer ist der Wärmeübergang mit dem Verdampfer des Kaltlagerfachs, was zu einer dementsprechend größeren Kälteleistung im Kaltlagerfach führt.
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Volumenstrom des Verdichters
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Mit höherem Volumenstrom des Verdichters sinkt die Verdampfungstemperatur, d.h. je mehr prozentuale Kälteleistung steht im Kaltlagerfach im Vergleich zum Kühlteil zur Verfügung.
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Stoppfunktion vor der Kapillare
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Der Einsatz eines Stoppventils, wie z.B. eines 2-Wegeventils vor der Kapillare erhöht die prozentuale Kälteleistung im Kaltlagerfach. Umgekehrt kann erreicht werden, dass sich die prozentuale Kälteleistung im Kaltlagerfach verringert, wenn das Ventil während der Stehzeit geöffnet ist. Dadurch reduziert sich nach dem Verdichterstart die prozentuale Kälteleistung im Kaltlagerfach.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Regelungsbetriebs wird im Folgenden wiedergegeben:
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Melden sowohl das Kaltlagerfach als auch als das Kühlfach Kältebedarf, wird eine lange Verdichtereinschaltdauer und einen niedrigen Volumenstrom des Ventilators im Kaltlagerfachs eingestellt.
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Meldet das Kaltlagerfach nicht aber das Kühlfach Kältebedarf, wird eine kurze Verdichtereinschaltdauer und ein hoher Volumenstrom des Ventilators im Kaltlagerfachs (optional ein erhöhter Volumenstrom des Verdichters) eingestellt.
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Meldet nicht das Kaltlagerfach, sondern nur das Kühlfach Kältebedarf, wird eine lange Verdichtereinschaltdauer eingestellt und der Ventilator des Kaltlagerfachs wird ausgeschaltet.
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Melden weder das Kaltlagerfach noch das Kühlfach Kältebedarf, wird der Verdichter abgeschaltet.
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Vorteile der Erfindung bestehen in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel darin, dass:
- • Die Temperatur kann im Kaltlagerfach z.B. im Bereich von 0 °C bis 3 °C gehalten werden kann und zwar unabhängig von der Temperatureinstellung im Kühlfach, von der Raumtemperatur und von der Wärmelast im Kühlteil
- • Die Ausführung ist kostenoptimiert
- • Ein modularer Aufbau ist möglich
- • Die Differenzierung zwischen Geräten mit und ohne Kaltlagerfach muss erst am Ende des Produktionsprozesses oder auch erst beim Kunden vorgenommen werden
- • Das Kaltlagerfach ist nachrüstbar
- • Der Energieverbrauch ist gering
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 793066 B1 [0002]
- EP 2896916 B1 [0002]
