DE102019129294A1

DE102019129294A1 - Kühl- und/oder Gefriergerät

Info

Publication number: DE102019129294A1
Application number: DE102019129294.8A
Authority: DE
Inventors: Thomas Gindele
Original assignee: Liebherr Hausgeraete Ochsenhausen GmbH
Current assignee: Liebherr Hausgeraete Ochsenhausen GmbH
Priority date: 2019-10-30
Filing date: 2019-10-30
Publication date: 2021-05-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein mit einem Kühlteil, einem Gefrierteil und einem Kältemittelkreislauf, wobei eine Bypass-Leitung zur Umgehung des Kühlteil-Verdampfers an vorhanden ist und die Möglichkeit einer Abtauung des Gefrierteil-Verdampfers ohne die Notwendigkeit einer elektrischen Abtauheizung verwirklicht ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Kühl- und/oder Gefriergeräts.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit einem Kältemittelkreislauf, dessen Leitungssystem in einer einfachen Weise eine Abtauung ohne die Notwendigkeit einer elektrischen Abtauheizung ermöglicht.
Das sich aufgrund der Luftfeuchtigkeit am Verdampfer im Innenraum eines Kühl- und/oder Gefriergeräts mit einem Kältemittelkreislauf anlagernde Wasser kann im Verlauf des Kühlbetriebs gefrieren, was zu einem fortlaufenden Vereisen des Verdampfers führen kann. Um Effizienzverluste durch ein solches Vereisen zu vermeiden, können regelmäßig Abtauzyklen vorgesehen sein, in denen die Temperatur an der Oberfläche des Verdampfers durch eine Abtauheizung oder das Einleiten von warmem Kältemittel auf eine Temperatur oberhalb des Gefrierpunktes gehoben wird, sodass das Eis schmilzt und als Tauwasser vom Verdampfer abfließt. Das Tauwasser wird dann typischerweise in einer unterhalb des Verdampfers angeordneten Tauwasserrinne aufgefangen und anhand einer Tauwasserleitung aus dem Geräteinnenraum in eine außerhalb des Geräteinnenraums angeordnete Tauwasserschale geleitet, wo es verdunsten kann. Das Problem der Vereisung tritt insbesondere an Gefrierteil-Verdampfern auf.
Die Temperaturerhöhung des Verdampfers während eines Abtaubetriebs wird im Haushaltsbereich oft anhand einer elektrischen Abtauheizung durchgeführt, bei der es sich um eine elektrische Widerstandsheizung handelt. Bekannt ist aber auch eine Abtauung mit Kältemittelumwälzung und Kreislaufumkehr, wie es beispielsweise in der DE 10 2011 084 897 A1 offenbart wird. Die dort beschriebene Lösung ist allerdings komplex und erfordert eine Mehrzahl an Zuleitungen, insgesamt mindestens fünf Umschaltventile sowie zusätzliche Luftklappen, um Luft vom Kühlteil ins Gefrierteil und vom Gefrierteil ins Kühlteil leiten zu können.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Konzept zur möglichst energieeffizienten Abtauung eines Verdampfers aufzufinden, das gegenüber dem Stand der Technik mit weniger Bauteilen auskommt.
Vor diesem Hintergrund betrifft die Erfindung ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit einem Kühlteil, dessen Solltemperatur im Betrieb bei über 0°C liegt, mit einem Gefrierteil, dessen Solltemperatur im Betrieb bei unter 0°C liegt, und mit einem Kältemittelkreislauf, der eine Kältemittelleitung, einen Kompressor, einen Verflüssiger, eine erste Drossel in Form einer Kapillare oder eines durchflussgeregelten Mikroexpansionsventils, einen Kühlteil-Verdampfer zur Kühlung des Kühlteils und einen Gefrierteil-Verdampfer zur Kühlung des Gefrierteils umfasst, wobei die Kältemittelleitung einen Verbindungsabschnitt zwischen dem Ausgang des Gefrierteil-Verdampfers und dem Eingang des Kühlteil-Verdampfers umfasst, sodass der Gefrierteil-Verdampfer und der Kühlteil-Verdampfer in zumindest einer Leitungsalternative in Serie geschaltet sind, und wobei das Gerät eine Steuereinheit aufweist, die mit den steuerbaren Elementen des Kältemittelkreislaufs signalverbunden ist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine dritte Bypass-Leitung zur Umgehung des Kühlteil-Verdampfers an einer dritten Abzweigung vom Verbindungsabschnitt abzweigt, wobei an der dritten Abzweigung ein drittes Umschaltventil angeordnet ist, welches einen Kältemittelstrom wahlweise zum Kühlteil-Verdampfer oder durch die dritte Bypass-Leitung lenken kann, und dass zumindest in dem Fall, in dem es sich bei der ersten Drossel um eine Kapillare handelt, eine erste Bypass-Leitung zur Umgehung der ersten Drossel vorhanden ist, die an einer ersten Abzweigung vor oder nach dem Verflüssiger von der Kältemittelleitung abzweigt und vor dem Gefrierteil-Verdampfer wieder in die Kältemittelleitung einmündet.
Anhand dieser Anordnung wird erfindungsgemäß eine Abtauung wenigstens des Gefrierteil-Verdampfers und gegebenenfalls zusätzlich auch des Kühlteil-Verdampfers ermöglicht, ohne dass die Ausstattung des Gefrierteil-Verdampfers beziehungsweise gegebenenfalls auch des Kühlteil-Verdampfers mit einer elektrischen Abtauheizung erforderlich wäre. Entsprechend ist in einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen, dass das Gerät am Gefrierteil-Verdampfer und/oder am Kühlteil-Verdampfer keine elektrische Abtauheizung aufweist.
Die Steuereinheit kann direkt oder über Zwischenschaltung weiterer Bauteile mit den steuerbaren Elementen des Kältemittelkreislaufs signalverbunden sein. Es kann sich um eine räumlich kompakte Einheit oder um eine Anzahl von räumlich getrennten Modulen handeln, die gemeinsam eine Steuereinheit bilden.
Durchflussgeregelte Mikroexpansionsventile sind aus der WO 2018/104391 A1 bekannt. Das dort vorgestellte Mikroexpansionsventil, das sich für einen Einsatz im Rahmen der hier beschriebenen Erfindung eignet, kann an Stelle einer Kapillare als Drosselorgan in ein Kühl- und/oder Gefriergerät eingebaut werden.
Das durchflussgeregelte Mikroexpansionsventil kann in einer Stellung über einen kleinen Durchflussquerschnitt und in einer anderen Stellung über einen großen Durchflussquerschnitt verfügen. Bei kleinem Durchflussquerschnitt ist der Druckabfall über dem Ventil groß und der Durchfluss gering. Es kommt zu einer maßgeblichen Entspannung und folglich zu einer maßgeblichen Verdampfung des Kältemittels in einem nach dem Ventil angeordneten Verdampfer. Bei großem Durchflussquerschnitt ist der Druckabfall über dem Ventil klein und der Durchfluss groß. Es kommt zu einer nur geringfügigen Entspannung und folglich zu allenfalls wenig Verdampfung des noch warmen Kältemittels in einem nach dem Ventil angeordneten Verdampfer. Im breitesten Sinne sind die relativen Angaben des kleinen und großen Durchflussquerschnitts so zu verstehen, dass ein kleiner Durchflussquerschnitt unterhalb der Mitte zwischen dem maximal und dem minimal am Ventil einstellbaren Durchflussquerschnitt liegt, und ein großer Durchflussquerschnitt oberhalb der Mitte. Vorzugsweise korrespondiert ein großer Durchflussquerschnitt zum größten Durchflussquerschnitt, der am Ventil eingestellt werden kann, oder beträgt mindestens 80% und vorzugsweise mindestens 90% dieses größten einstellbaren Durchflussquerschnitts. Ein kleiner Durchflussquerschnitt korrespondiert vorzugsweise zum kleinsten Durchflussquerschnitt, der am Ventil eingestellt werden kann, oder beträgt maximal 20% und vorzugsweise maximal 10% des größten am Ventil einstellbaren Durchflussquerschnitts.
In einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Bypass-Leitung zwischen Verflüssiger und erster Drossel von der Kältemittelleitung abzweigt und zwischen der ersten Drossel und dem Gefrierteil-Verdampfer wieder in die Kältemittelleitung einmündet, und wobei an der ersten Abzweigung ein erstes Umschaltventil angeordnet ist, welches einen Kältemittelstrom wahlweise zur ersten Drossel oder durch die erste Bypass-Leitung lenken kann, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, es sich bei der ersten Drossel um eine Kapillare handelt.
Alternativ kann in einer anderen Variante der Erfindung vorgesehen sein, dass es sich bei der ersten Drossel um ein durchflussgeregeltes Mikroexpansionsventil handelt und dass keine erste Bypass-Leitung zur Umgehung der Drossel vorhanden ist.
In einer wiederum anderen Variante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass es sich bei der ersten Drossel um ein durchflussgeregeltes Mikroexpansionsventil handelt und eine erste Bypass-Leitung zur Umgehung der ersten Drossel vorhanden ist, wobei die erste Bypass-Leitung entweder zwischen der ersten Drossel und dem Gefrierteil-Verdampfer wieder in die Kältemittelleitung einmündet oder wobei das durchflussgeregelte Mikroexpansionsventil der ersten Drossel zwei Eingänge hat und die erste Bypass-Leitung in einen der Eingänge mündet.
Durch den Einsatz eines durchflussgeregelten Mikroexpansionsventils, wie es in den vorstehend beschriebenen Varianten der Erfindung vorgesehen ist, kann die Abtaufunktion zusätzlich vereinfacht werden, was zu einer verbesserten Leistung bei geringerem Ressourcenverbrauch führt.
In einer Ausführungsform ist dem Kühlteil-Verdampfer eine dritte Drossel vorgeschaltet, die am Verbindungsabschnitt angeordnet ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass die dritte Drossel nach der dritten Abzweigung am Verbindungsabschnitt angeordnet ist, wobei hier vorzugsweise vorgesehen ist, dass es sich bei der dritten Drossel um eine Kapillare handelt. Alternativ kann vorgesehen sein, dass an der dritten Abzweigung ein durchflussgeregeltes Mikroexpansionsventil angeordnet ist, welches die Funktionen des dritten Umschaltventils und der dritten Drossel vereint.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist eine zweite Bypass-Leitung zur Umgehung des Gefrierteil-Verdampfers vorhanden, die an einer zweiten Abzweigung vor dem Gefrierteil-Verdampfer von der Kältemittelleitung abzweigt und vor dem Kühlteil-Verdampfer, nämlich am Verbindungsabschnitt nach der dritten Abzweigung und, sofern vorhanden, vorzugsweise auch nach der dritten Drossel wieder in die Kältemittelleitung einmündet. An der zweiten Abzweigung ist dabei ein zweites Umschaltventil angeordnet, welches einen Kältemittelstrom wahlweise zum Gefrierteil-Verdampfer oder durch die zweite Bypass-Leitung lenken kann. An der zweiten Abzweigung kann insbesondere ein durchflussgeregeltes Mikroexpansionsventil angeordnet sein, welches die Funktionen des zweiten Umschaltventils und der ersten Drossel vereint und welches zwei Ausgänge hat, wobei die zweite Bypass-Leitung von einem der Ausgänge abzweigt.
Bevorzugt ist, dass die Steuereinheit ausgebildet ist, in einem Normalbetriebsmodus des Geräts das Mikroexpansionsventil der ersten Drossel auf einen kleinen Durchfluss zu regeln oder das erste Umschaltventil so zu schalten, dass die Kapillare der ersten Drossel mit Kältemittel durchströmt und die erste Bypass-Leitung geschlossen ist. Bei kleinem Durchflussquerschnitt ist der Druckabfall über dem Ventil groß und der Durchfluss gering. Es kommt zu einer maßgeblichen Entspannung und folglich zu einer maßgeblichen Verdampfung des Kältemittels in einem nach dem Ventil angeordneten Verdampfer. Der Verdampfer wird gekühlt
Beispielsweise kann die Steuereinheit dabei ausgebildet sein, in dem Normalbetriebsmodus des Geräts das zweite Umschaltventil zumindest zweitweise so zu schalten, dass der Gefrierteil-Verdampfer mit Kältemittel durchströmt wird und die zweite Bypass-Leitung geschlossen ist. So erfolgt eine Verdampfung des Kältemittels im Gefrierteil-Verdampfer.
Auch kann die Steuereinheit dabei ausgebildet sein, in dem Normalbetriebsmodus des Geräts das dritte Umschaltventil zumindest zweitweise so zu schalten, dass der Kühlteil-Verdampfer mit Kältemittel durchströmt wird und die dritte Bypass-Leitung geschlossen ist. So erfolgt eine Verdampfung des Kältemittels auch im Kühlteil-Verdampfer.
Weiterhin kann die Steuereinheit dabei ausgebildet sein, in dem Normalbetriebsmodus des Geräts das dritte Umschaltventil zumindest zweitweise so zu schalten, dass die dritte Bypass-Leitung mit Kältemittel durchströmt und der Kühlteil-Verdampfer umgangen wird. So erfolgt eine Verdampfung des Kältemittels nur im Gefrierteil-Verdampfer.
Bezogen auf die beiden letztgenannten Varianten der Erfindung kann vorgesehen sein, dass bei Schaltung des dritten Umschaltventils so, dass der Kühlteil-Verdampfer mit Kältemittel durchströmt wird und die dritte Bypass-Leitung geschlossen ist, am Mikroexpansionsventil der ersten Drossel einen höheren Durchfluss einzustellen als bei Schaltung des dritten Umschaltventils so, dass die dritte Bypass-Leitung mit Kältemittel durchströmt und der Kühlteil-Verdampfer umgangen wird. So wird sichergestellt, dass auch im Falle einer Beaufschlagung beider Verdampfer mit Kältemittel noch ausreichend Kältemittel im nachgeschalteten Kühlteil-Verdampfer verdampft und diesen Verdampfer kühlt, und dass nicht alles Kältemittel bereits im vorgeschalteten Gefrierteil-Verdampfer verdampft wird.
Die Steuereinheit kann auch ausgebildet sein, in dem Normalbetriebsmodus des Geräts das zweite Umschaltventil zumindest zweitweise so zu schalten, dass die zweite Bypass-Leitung mit Kältemittel durchströmt und der Gefrierteil-Verdampfer umgangen wird. So erfolgt eine Verdampfung des Kältemittels nur im Kühlteil-Verdampfer.
Bevorzugt ist auch, dass die Steuereinheit ausgebildet ist, in einem Abtaubetriebsmodus des Geräts das Mikroexpansionsventil der ersten Drossel auf einen großen Durchfluss zu regeln oder das erste Umschaltventil so zu schalten, dass die Kapillare der ersten Drossel umgangen und die erste Bypass-Leitung mit Kältemittel durchströmt wird. Bei großem Durchflussquerschnitt ist der Druckabfall über dem Ventil klein und der Durchfluss groß. Es kommt zu einer nur geringfügigen Entspannung und folglich zu allenfalls wenig Verdampfung des noch warmen Kältemittels in einem nach dem Ventil angeordneten Verdampfer. Der Verdampfer wird abgetaut.
Beispielsweise kann die Steuereinheit dabei ausgebildet sein, in dem Abtaubetriebsmodus des Geräts das zweite Umschaltventil zumindest zweitweise so zu schalten, dass der Gefrierteil-Verdampfer mit Kältemittel durchströmt wird und die zweite Bypass-Leitung geschlossen ist. So erfolgt eine Abtauung des Gefrierteil-Verdampfers.
Auch kann die Steuereinheit dabei ausgebildet sein, in dem Abtaubetriebsmodus des Geräts das dritte Umschaltventil zumindest zweitweise so zu schalten, dass der Kühlteil-Verdampfer mit Kältemittel durchströmt wird und die dritte Bypass-Leitung geschlossen ist. So erfolgt eine Abtauung auch des Kühlteil-Verdampfers.
Weiterhin kann die Steuereinheit dabei ausgebildet sein, in dem Abtaubetriebsmodus des Geräts das dritte Umschaltventil zumindest zweitweise so zu schalten, dass die dritte Bypass-Leitung mit Kältemittel durchströmt und der Kühlteil-Verdampfer umgangen wird. So erfolgt eine Abtauung nur des Gefrierteil-Verdampfers.
Zudem kann die Steuereinheit dabei ausgebildet sein, in dem Abtaubetriebsmodus des Geräts das zweite Umschaltventil zumindest zweitweise so zu schalten, dass die zweite Bypass-Leitung mit Kältemittel durchströmt und der Gefrierteil-Verdampfer umgangen wird. So erfolgt eine Abtauung nur des Kühlteil-Verdampfers.
Die Erfindung betrifft vor dem eingangs genannten Hintergrund weiterhin ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Kühl- und/oder Gefriergeräts, wobei die steuerbaren Elemente des Kältemittelkreislaufs so angesteuert werden, dass ein Normalbetriebsmodus oder ein Abtaubetriebsmodus in einer Weise verwirklicht ist, wie es in einer oder mehreren der vorstehend beschriebenen Varianten vorgesehen ist.
Zusammenfassend ist im Rahmen der Erfindung ein Konzept verwirklicht, wobei während eines Abtaubetriebsmodus in mindestens einem Verdampfer, vorzugsweise dem Gefrierteil-Verdampfer Kältemittel kondensiert und im anderen Verdampfer, vorzugsweise dem Kühlteil-Verdampfer, wieder verdampft.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend anhand der Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen. In den Figuren zeigen:

1: eine Darstellung eines Kältemittelkreislaufs eines Kühl- und/oder Gefriergeräts gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2: eine Darstellung eines Kältemittelkreislaufs eines Kühl- und/oder Gefriergeräts gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3: eine Darstellung eines Kältemittelkreislaufs eines Kühl- und/oder Gefriergeräts gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4: eine Darstellung eines Kältemittelkreislaufs eines Kühl- und/oder Gefriergeräts gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
5: eine Darstellung eines Kältemittelkreislaufs eines Kühl- und/oder Gefriergeräts gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung.
1 zeigt schematisch einen Kältemittelkreislauf 100 eines erfindungsgemäßen Kühl- und/oder Gefriergeräts gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.

Der Kältemittelkreislauf 100 umfasst der eine Kältemittelleitung 190, einen Kompressor 191, einen Verflüssiger 192, einen Trockner 193, eine erste Drossel 101 in Form einer Kapillare 101a, einen Gefrierteil-Verdampfer 140 zur Kühlung eines Gefrierteils des Geräts und einen Kühlteil-Verdampfer 150 zur Kühlung eines Kühlteils des Geräts.
Zwischen dem Ausgang des Gefrierteil-Verdampfers 140 und dem Eingang des Kühlteil-Verdampfers 150 umfasst die Kältemittelleitung 190 einen Verbindungsabschnitt 145, um den Gefrierteil-Verdampfer 140 und den Kühlteil-Verdampfer 150 in zumindest einer Leitungsalternative, wie es nachfolgend noch näher beschrieben wird, in Serie zu schalten.
Vom Verbindungsabschnitt 145 zweigt an einer dritten Abzweigung 133 eine dritte Bypass-Leitung 113 zur Umgehung des Kühlteil-Verdampfers 150 ab. An dieser dritten Abzweigung 133 ist ein drittes Umschaltventil 123 angeordnet, welches einen Kältemittelstrom wahlweise zum Kühlteil-Verdampfer 150 oder durch die dritte Bypass-Leitung 113 lenken kann.
Weiterhin ist am Verbindungsabschnitt 145 eine dritte Drossel 103 in Form einer Kapillare 103a vorhanden, die zwischen der dritten Abzweigung 133 und dem Kühlteil-Verdampfer 150 angeordnet und so dem Kühlteil-Verdampfer 150 vorgeschaltet ist.
An einer ersten Abzweigung 131 nach dem Verflüssiger 192 zweigt eine erste Bypass-Leitung 111 zur Umgehung der Kapillare 101a von der Kältemittelleitung 190 ab. diese erste Bypass-Leitung 111 mündet vor dem Gefrierteil-Verdampfer 140 wieder in die Kältemittelleitung ein. An der ersten Abzweigung 131 ist ein erstes Umschaltventil 121 angeordnet, welches einen Kältemittelstrom wahlweise zur Kapillare 101a oder durch die erste Bypass-Leitung 111 lenken kann.
Anhand einer in der Figur nicht dargestellten Steuereinheit, die zumindest mit den Ventilen 121 und 123 in Signalverbindung steht, kann in einem Normalbetriebsmoduls des Geräts das erste Umschaltventil 121 so gestellt werden, dass der Kältemittelstrom durch die erste Kapillare 101a und den Gefrierteil-Verdampfer 140 strömt. So wird der Gefrierteil-Verdampfer 140 gekühlt. Das dritte Umschaltventil 123 kann dabei so gestellt werden, dass der Kältemittelstrom auch durch die dritte Kapillare 103a und den Kühlteil-Verdampfer 150 strömt, sodass auch der Kühlteil-Verdampfer 150 gekühlt wird. Alternativ kann das dritte Umschaltventil 123 dabei so gestellt werden, dass der Kältemittelstrom durch die dritte Bypass-Leitung 113 strömt, sodass nur der Gefrierteil-Verdampfer 140, nicht aber der Kühlteil-Verdampfer 150 gekühlt wird.
In einem Abtaubetriebsmodus des Geräts kann das erste Umschaltventil 121 so gestellt werden, dass der Kältemittelstrom durch die erste Bypass-Leitung 111 und von dort ohne Druckabfall an einer Drossel mit hohem Druck und hoher Temperatur direkt in den Gefrierteil-Verdampfer 140 strömt. So wird der Gefrierteil-Verdampfer 140 abgetaut. Das dritte Umschaltventil 123 kann dabei so gestellt werden, dass der Kältemittelstrom sodann durch die dritte Kapillare 103a und den Kühlteil-Verdampfer 150 strömt, sodass der Kühlteil-Verdampfer 150 gekühlt wird, während der Gefrierteil-Verdampfer 140 abgetaut wird. Alternativ kann das dritte Umschaltventil 123 aber auch so gestellt werden, dass der Kältemittelstrom durch die dritte Bypass-Leitung 113 strömt, sodass der Gefrierteil-Verdampfer 140 abgetaut und der Kühlteil-Verdampfer 150 weder gekühlt nach abgetaut wird.
2 zeigt schematisch einen Kältemittelkreislauf 100 eines erfindungsgemäßen Kühl- und/oder Gefriergeräts gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Der Kältemittelkreislauf 100 des Ausführungsbeispiels gemäß 2 unterscheidet sich vom Kältemittelkreislauf des Ausführungsbeispiels gemäß 1 dadurch, dass als erste Drossel 101 an Stelle einer Kapillare ein durchflussgeregeltes Mikroexpansionsventil 101b mit zwei Eingängen zum Einsatz kommt. Die erste Abzweigung 131 zur ersten Bypass-Leitung 111 befindet sich vor dem Verflüssiger 192 und es fehlt an einem ersten Umschaltventil an dieser ersten Abzweigung 131. Die erste Bypass-Leitung 111 mündet in einen der Eingänge des durchflussgeregelten Mikroexpansionsventils 101b, die Hauptleitung 190 in den anderen.
Die wiederum nicht dargestellte Steuereinheit, die in dieser Variante zumindest mit den Ventilen 101b und 123 in Signalverbindung steht, kann in einem Normalbetriebsmoduls des Geräts das durchflussgeregelte Mikroexpansionsventil 101b auf einen kleinen Durchflussquerschnitt einstellen, sodass der Kältemittelstrom nach starkem Druckabfall am Ventil 101b in den Gefrierteil-Verdampfer 140 expandiert und den Gefrierteil-Verdampfer 140 kühlt. Das dritte Umschaltventil 123 kann dabei so gestellt werden, dass der Kältemittelstrom auch durch die dritte Kapillare 103a und den Kühlteil-Verdampfer 150 strömt, sodass auch der Kühlteil-Verdampfer 150 gekühlt wird. Alternativ kann das dritte Umschaltventil 123 dabei so gestellt werden, dass der Kältemittelstrom durch die dritte Bypass-Leitung 113 strömt, sodass nur der Gefrierteil-Verdampfer 140, nicht aber der Kühlteil-Verdampfer 150 gekühlt wird.
Da das durchflussgeregelte Mikroexpansionsventil 101b auf unterschiedliche Masseströme eingestellt werden kann, kann bei Schaltung des dritten Umschaltventils 123 so, dass der Kühlteil-Verdampfer 150 mit Kältemittel durchströmt wird, am Mikroexpansionsventil 101b ein relativ höherer Durchfluss eingestellt werden, als bei Schaltung des dritten Umschaltventils 123 so, dass der Kühlteil-Verdampfer 150 umgangen wird. So wird auch im Falle einer Beaufschlagung beider seriell geschalteten Verdampfer 140 und 150 mit Kältemittel noch ausreichend Kältemittel im nachgeschalteten Kühlteil-Verdampfer 150 verdampft.
In einem Abtaubetriebsmodus des Geräts kann das durchflussgeregelte Mikroexpansionsventil 101b auf einen großen Durchflussquerschnitt gestellt werden, sodass der Kältemittelstrom nach allenfalls geringem Druckabfall am Ventil 101b mit hohem Druck und hoher Temperatur direkt in den Gefrierteil-Verdampfer 140 strömt. So wird der Gefrierteil-Verdampfer 140 abgetaut. Der Verflüssiger 192 wird dabei vorzugsweise anhand der ersten Bypass-Leitung 111 umgangen, um einen inneren Wärmetausch zu vermeiden. Das dritte Umschaltventil 123 kann dabei so gestellt werden, dass der Kältemittelstrom sodann durch die dritte Kapillare 103a und den Kühlteil-Verdampfer 150 strömt, sodass der Kühlteil-Verdampfer 150 gekühlt wird, während der Gefrierteil-Verdampfer 140 abgetaut wird. Alternativ kann das dritte Umschaltventil 123 aber auch so gestellt werden, dass der Kältemittelstrom durch die dritte Bypass-Leitung 113 strömt, sodass der Gefrierteil-Verdampfer 140 abgetaut und der Kühlteil-Verdampfer 150 weder gekühlt nach abgetaut wird.
3 zeigt schematisch einen Kältemittelkreislauf 100 eines erfindungsgemäßen Kühl- und/oder Gefriergeräts gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
Das dritte Ausführungsbeispiel gemäß 3 unterscheidet sich vom zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 2 lediglich dadurch, dass die erste Bypass-Leitung 111 fehlt und das durchflussgeregelte Mikroexpansionsventil 101b lediglich einen Eingang aufweist, in den die Hauptleitung mündet. Dieser apparativ einfachere Aufbau ermöglicht keine Umgehung des Verflüssigers 192 zur Vermeidung eines inneren Wärmetauschs.
Ansonsten kann für die Beschreibung des dritten Ausführungsbeispiels gemäß 3 auf die Beschreibung des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß 2 verwiesen werden, wobei die nicht dargestellte Steuereinheit in dieser Variante wiederum zumindest mit den Ventilen 101b und 123 in Signalverbindung steht.
4 zeigt schematisch einen Kältemittelkreislauf 100 eines erfindungsgemäßen Kühl- und/oder Gefriergeräts gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
Das vierte Ausführungsbeispiel gemäß 4 unterscheidet sich vom zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 2 lediglich dadurch, dass ein drittes durchflussgeregeltes Mikroexpansionsventil 103b an der dritten Abzweigung 133 vorliegt, welches die Funktion des dritten Umschaltventils 123 sowie der hier fehlenden dritten Kapillare übernimmt.
Da auch das durchflussgeregelte Mikroexpansionsventil 103b auf unterschiedliche Masseströme eingestellt werden kann, können im Normalbetriebsmodus des Geräts die Anteile des Kältemittels, die im Gefrierteil-Verdampfer 140 und im Kühlteil-Verdampfer 150 verdampfen, und mithin die relativen Kälteleistungen, relativ zueinander eingestellt werden. Im Abtaubetriebsmodus des Geräts kann der Druckabfall des in den Kühlteil-Verdampfer 150 gelangenden Kältemittels frei eingestellt werden, sodass es dort zu einer Kühlung oder Abtauung kommen kann.
Ansonsten kann auch für die Beschreibung des vierten Ausführungsbeispiels gemäß 4 auf die Beschreibung des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß 2 verwiesen werden, wobei die nicht dargestellte Steuereinheit in dieser Variante zumindest mit den Ventilen 101 b und 103b in Signalverbindung steht.
5 zeigt letztlich schematisch einen Kältemittelkreislauf 100 eines erfindungsgemäßen Kühl- und/oder Gefriergeräts gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel.
Dieses grundsätzlich auf dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß 3 beruhende Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von allen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen dadurch, dass eine zweite Bypass-Leitung 112 zur Umgehung des Gefrierteil-Verdampfers 140 vorhanden ist, die an einer zweiten Abzweigung 132 vor dem Gefrierteil-Verdampfer 140 von der Kältemittelleitung 190 abzweigt und vor dem Kühlteil-Verdampfer 150, nämlich am Verbindungsabschnitt 145 nach der dritten Abzweigung 133 und auch nach der dritten Kapillare 103a wieder in die Kältemittelleitung 190 einmündet. Das erste durchflussgeregelte Mikroexpansionsventil 101a ist in diesem Ausführungsbeispiel mit zwei Ausgängen ausgestattet, von denen einer in die zweite Bypass-Leitung 112 mündet. Es vereint in Doppelfunktion die Funktionen eines zweiten Umschaltventils 122, welches einen Kältemittelstrom wahlweise zum Gefrierteil-Verdampfer oder durch die zweite Bypass-Leitung lenken kann, und der ersten Drossel 101.
Im fünften Ausführungsbeispiel gemäß 5 ist daher die Option einer Parallelschaltung von Gefrierteil-Verdampfer 140 und Kühlteil-Verdampfer 150 gegeben.
Die nicht dargestellte Steuereinheit, die in dieser Variante wiederum zumindest mit den Ventilen 101b und 123 in Signalverbindung steht, kann in einem Normalbetriebsmoduls des Geräts das durchflussgeregelte Mikroexpansionsventil 101b auf einen kleinen Durchflussquerschnitt und eine Beaufschlagung des Gefrierteil-Verdampfers 140 einstellen, sodass der Kältemittelstrom nach starkem Druckabfall am Ventil 101b in den Gefrierteil-Verdampfer 140 expandiert und den Gefrierteil-Verdampfer 140 kühlt. Das dritte Umschaltventil 123 kann dabei so gestellt werden, dass der Kältemittelstrom auch durch die dritte Kapillare 103a und den Kühlteil-Verdampfer 150 strömt, sodass auch der Kühlteil-Verdampfer 150 gekühlt wird. Alternativ kann das dritte Umschaltventil 123 dabei so gestellt werden, dass der Kältemittelstrom durch die dritte Bypass-Leitung 113 strömt, sodass nur der Gefrierteil-Verdampfer 140, nicht aber der Kühlteil-Verdampfer 150 gekühlt wird. Das durchflussgeregelte Mikroexpansionsventil 101b kann aber, abgesehen von der Einstellung des kleinen Durchflussquerschnitts, auch auf eine Umgehung des Gefrierteil-Verdampfers 140 und eine direkte Beaufschlagung des Kühlteil-Verdampfers 150 via der zweiten Bypass-Leitung 112 eingestellt werden, sodass der Kältemittelstrom nach starkem Druckabfall am Ventil 101b direkt in den Kühlteil-Verdampfer 150 expandiert und nur den Kühlteil-Verdampfer 150 kühlt.
Da das durchflussgeregelte Mikroexpansionsventil 101b auf unterschiedliche Masseströme eingestellt werden kann, kann bei Schaltung des dritten Umschaltventils 123 so, dass zunächst der Gefrierteil-Verdampfer 140 und danach der Kühlteil-Verdampfer 150 mit Kältemittel durchströmt wird, am Mikroexpansionsventil 101b ein relativ höherer Durchfluss eingestellt werden, als bei Schaltung des dritten Umschaltventils 123 so, dass der Kühlteil-Verdampfer 150 umgangen wird. So wird auch im Falle einer Beaufschlagung beider seriell geschalteten Verdampfer 140 und 150 mit Kältemittel noch ausreichend Kältemittel im nachgeschalteten Kühlteil-Verdampfer 150 verdampft.
In einem Abtaubetriebsmodus des Geräts kann das durchflussgeregelte Mikroexpansionsventil 101b auf einen großen Durchflussquerschnitt und Beaufschlagung des Gefrierteil-Verdampfers 140 gestellt werden, sodass der Kältemittelstrom nach allenfalls geringem Druckabfall am Ventil 101b mit hohem Druck und hoher Temperatur direkt in den Gefrierteil-Verdampfer 140 strömt. So wird der Gefrierteil-Verdampfer 140 abgetaut. Das dritte Umschaltventil 123 kann dabei so gestellt werden, dass der Kältemittelstrom sodann durch die dritte Kapillare 103a und den Kühlteil-Verdampfer 150 strömt, sodass der Kühlteil-Verdampfer 150 gekühlt wird, während der Gefrierteil-Verdampfer 140 abgetaut wird. Alternativ kann das dritte Umschaltventil 123 aber auch so gestellt werden, dass der Kältemittelstrom durch die dritte Bypass-Leitung 113 strömt, sodass der Gefrierteil-Verdampfer 140 abgetaut und der Kühlteil-Verdampfer 150 weder gekühlt nach abgetaut wird. Das durchflussgeregelte Mikroexpansionsventil 101b kann aber, abgesehen von der Einstellung des großen Durchflussquerschnitts, auch auf eine Umgehung des Gefrierteil-Verdampfers 140 und eine direkte Beaufschlagung des Kühlteil-Verdampfers 150 via der zweiten Bypass-Leitung 112 eingestellt werden, sodass der Kältemittelstrom nach allenfalls geringem Druckabfall am Ventil 101b mit hohem Druck und hoher Temperatur direkt in den Kühlteil-Verdampfer 150 strömt und nur den Kühlteil-Verdampfer 150 abtaut.
Falls der Verflüssiger 192 zwangsbelüftet ist, ist es in allen vorstehend beschriebenen Varianten vorteilhaft, den entsprechenden Lüfter während des Abtaubetriebsmodus abzuschalten.
Die erfindungsgemäßen Anordnungen kommen mit maximal drei Umschaltventilen und maximal zwei Bypass-Leitungen aus.
Grundsätzlich kann in allen gezeigten Fällen ein Umschaltventil mit einer oder mehreren Kapillaren immer durch ein durchflussgeregeltes Mikroexpansionsventil ersetzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011084897 A1 [0003]
WO 2018/104391 A1 [0009]

Claims

Kühl- und/oder Gefriergerät mit einem Kühlteil, dessen Solltemperatur im Betrieb bei über 0°C liegt, mit einem Gefrierteil, dessen Solltemperatur im Betrieb bei unter 0°C liegt, und mit einem Kältemittelkreislauf, der eine Kältemittelleitung, einen Kompressor, einen Verflüssiger, eine erste Drossel in Form einer Kapillare oder eines durchflussgeregelten Mikroexpansionsventils, einen Kühlteil-Verdampfer zur Kühlung des Kühlteils und einen Gefrierteil-Verdampfer zur Kühlung des Gefrierteils umfasst, wobei die Kältemittelleitung einen Verbindungsabschnitt zwischen dem Ausgang des Gefrierteil-Verdampfers und dem Eingang des Kühlteil-Verdampfers umfasst, sodass der Gefrierteil-Verdampfer und der Kühlteil-Verdampfer in zumindest einer Leitungsalternative in Serie geschaltet sind, und wobei das Gerät eine Steuereinheit aufweist, die mit den steuerbaren Elementen des Kältemittelkreislaufs signalverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Bypass-Leitung zur Umgehung des Kühlteil-Verdampfers an einer dritten Abzweigung vom Verbindungsabschnitt abzweigt, wobei an der dritten Abzweigung ein drittes Umschaltventil angeordnet ist, welches einen Kältemittelstrom wahlweise zum Kühlteil-Verdampfer oder durch die dritte Bypass-Leitung lenken kann, und dass zumindest in dem Fall, in dem es sich bei der ersten Drossel um eine Kapillare handelt, eine erste Bypass-Leitung zur Umgehung der ersten Drossel vorhanden ist, die an einer ersten Abzweigung vor oder nach dem Verflüssiger von der Kältemittelleitung abzweigt und vor dem Gefrierteil-Verdampfer wieder in die Kältemittelleitung einmündet.
Kühl- und/oder Gefriergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bypass-Leitung zwischen Verflüssiger und erster Drossel von der Kältemittelleitung abzweigt und zwischen der ersten Drossel und dem Gefrierteil-Verdampfer wieder in die Kältemittelleitung einmündet, und wobei an der ersten Abzweigung ein erstes Umschaltventil angeordnet ist, welches einen Kältemittelstrom wahlweise zur ersten Drossel oder durch die erste Bypass-Leitung lenken kann, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, es sich bei der ersten Drossel um eine Kapillare handelt.
Kühl- und/oder Gefriergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der ersten Drossel um ein durchflussgeregeltes Mikroexpansionsventil handelt und dass keine erste Bypass-Leitung zur Umgehung der Drossel vorhanden ist.
Kühl- und/oder Gefriergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der ersten Drossel um ein durchflussgeregeltes Mikroexpansionsventil handelt und eine erste Bypass-Leitung zur Umgehung der ersten Drossel vorhanden ist, wobei die erste Bypass-Leitung entweder zwischen der ersten Drossel und dem Gefrierteil-Verdampfer wieder in die Kältemittelleitung einmündet oder wobei das durchflussgeregelte Mikroexpansionsventil der ersten Drossel zwei Eingänge hat und die erste Bypass-Leitung in einen der Eingänge mündet.
Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kühlteil-Verdampfer eine dritte Drossel vorgeschaltet ist, die am Verbindungsabschnitt angeordnet ist.
Kühl- und/oder Gefriergerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Drossel nach der dritten Abzweigung am Verbindungsabschnitt angeordnet ist, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass es sich bei der dritten Drossel um eine Kapillare handelt.
Kühl- und/oder Gefriergerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der dritten Abzweigung ein durchflussgeregeltes Mikroexpansionsventil angeordnet ist, welches die Funktionen des dritten Umschaltventils und der dritten Drossel vereint.
Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Bypass-Leitung zur Umgehung des Gefrierteil-Verdampfers vorhanden ist, die an einer zweiten Abzweigung vor dem Gefrierteil-Verdampfer von der Kältemittelleitung abzweigt und vor dem Kühlteil-Verdampfer, nämlich am Verbindungsabschnitt nach der dritten Abzweigung und, sofern vorhanden, vorzugsweise auch nach der dritten Drossel wieder in die Kältemittelleitung einmündet, wobei an der zweiten Abzweigung ein zweites Umschaltventil angeordnet ist, welches einen Kältemittelstrom wahlweise zum Gefrierteil-Verdampfer oder durch die zweite Bypass-Leitung lenken kann.
Kühl- und/oder Gefriergerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der zweiten Abzweigung ein durchflussgeregeltes Mikroexpansionsventil angeordnet ist, welches die Funktionen des zweiten Umschaltventils und der ersten Drossel vereint und welches zwei Ausgänge hat, wobei die zweite Bypass-Leitung von einem der Ausgänge abzweigt.
Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit ausgebildet ist, in einem Normalbetriebsmodus des Geräts das Mikroexpansionsventil der ersten Drossel auf einen kleinen Durchfluss zu regeln oder das erste Umschaltventil so zu schalten, dass die Kapillare der ersten Drossel mit Kältemittel durchströmt und die erste Bypass-Leitung geschlossen ist.
Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der Ansprüche 8 oder 9 sowie Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit ausgebildet ist, in dem Normalbetriebsmodus des Geräts das zweite Umschaltventil zumindest zweitweise so zu schalten, dass der Gefrierteil-Verdampfer mit Kältemittel durchströmt wird und die zweite Bypass-Leitung geschlossen ist.
Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit ausgebildet ist, in dem Normalbetriebsmodus des Geräts das dritte Umschaltventil zumindest zweitweise so zu schalten, dass der Kühlteil-Verdampfer mit Kältemittel durchströmt wird und die dritte Bypass-Leitung geschlossen ist.
Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit ausgebildet ist, in dem Normalbetriebsmodus des Geräts das dritte Umschaltventil zumindest zweitweise so zu schalten, dass die dritte Bypass-Leitung mit Kältemittel durchströmt und der Kühlteil-Verdampfer umgangen wird.
Kühl- und/oder Gefriergerät nach Ansprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit ausgebildet ist, bei Schaltung des dritten Umschaltventils gemäß Anspruch 12 am Mikroexpansionsventil der ersten Drossel einen höheren Durchfluss einzustellen als bei Schaltung des dritten Umschaltventils gemäß Anspruch 13.
Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der Ansprüche 8 oder 9 sowie einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit ausgebildet ist, in dem Normalbetriebsmodus des Geräts das zweite Umschaltventil zumindest zweitweise so zu schalten, dass die zweite Bypass-Leitung mit Kältemittel durchströmt und der Gefrierteil-Verdampfer umgangen wird.
Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit ausgebildet ist, in einem Abtaubetriebsmodus des Geräts das Mikroexpansionsventil der ersten Drossel auf einen großen Durchfluss zu regeln oder das erste Umschaltventil so zu schalten, dass die Kapillare der ersten Drossel umgangen und die erste Bypass-Leitung mit Kältemittel durchströmt wird.
Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der Ansprüche 8 oder 9 sowie Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit ausgebildet ist, in dem Abtaubetriebsmodus des Geräts das zweite Umschaltventil zumindest zweitweise so zu schalten, dass der Gefrierteil-Verdampfer mit Kältemittel durchströmt wird und die zweite Bypass-Leitung geschlossen ist.
Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit ausgebildet ist, in dem Abtaubetriebsmodus des Geräts das dritte Umschaltventil zumindest zweitweise so zu schalten, dass der Kühlteil-Verdampfer mit Kältemittel durchströmt wird und die dritte Bypass-Leitung geschlossen ist.
Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit ausgebildet ist, in dem Abtaubetriebsmodus des Geräts das dritte Umschaltventil zumindest zweitweise so zu schalten, dass die dritte Bypass-Leitung mit Kältemittel durchströmt und der Kühlteil-Verdampfer umgangen wird.
Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der Ansprüche 8 oder 9 sowie einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit ausgebildet ist, in dem Abtaubetriebsmodus des Geräts das zweite Umschaltventil zumindest zweitweise so zu schalten, dass die zweite Bypass-Leitung mit Kältemittel durchströmt und der Gefrierteil-Verdampfer umgangen wird.
Verfahren zum Betrieb eines Kühl- und/oder Gefriergeräts nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die steuerbaren Elemente des Kältemittelkreislaufs so angesteuert werden, dass ein Normalbetriebsmodus oder ein Abtaubetriebsmodus mit den Merkmalen eines oder mehrerer der Ansprüche 10 bis 20 verwirklicht ist.