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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit einem Kältemittelkreislauf, der eine Kältemittelleitung umfasst und in dem ein Verflüssiger und ein stromabwärts des Verflüssigers befindlicher Verdampfer angeordnet ist, wobei stromaufwärts des Verdampfers zumindest eine Expansionseinheit angeordnet ist, in der das Kältemittel bei Durchströmung entspannt wird.
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Herkömmliche Kältemittelkreisläufe bekannter Kühl- bzw. Gefriergeräte umfassen einen Verflüssiger, einen Verdampfer sowie eine zwischen Verflüssiger und Verdampfer angeordnete Expansionseinheit in Form einer Kapillare. Nach dem Durchströmen des Verdampfers gelangt das Kältemittel zum Kompressor, wird dort verdichtet und mittels des Kompressors wieder in den Verflüssiger gefördert.
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Entlang der Kapillare wird das Kältemittel über eine Länge von mehreren Metern vom Hoch- auf den Niederdruck des Systems und damit vom Flüssigkeits- in das Zweiphasengebiet des Kältemittels entspannt.
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Über diese sich mehrere Meter erstreckende Kapillare, die sich stromabwärts des Verflüssigers und stromaufwärts des Verdampfers erstreckt, kann mithilfe eines inneren Wärmeübertragers ein thermischer Austausch mit der Saugleitung des Verdichters erfolgen, sodass es zu einer besseren Kälteleistung des Verdichters kommt.
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Darüber hinaus ist bei herkömmlichen Kühlmittelkreisläufen ein Filtertrockner stromaufwärts der Kapillare angeordnet, um das Kältemittel zu Entfeuchten und Fremdpartikel, die zu einer Verstopfung der stromabwärts angeordneten Kapillare führen könnten, herauszufiltern.
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Darüber hinaus hat sich in letzter Zeit auch herausgestellt, dass es für den Kältemittelkreislauf von Vorteil sein kann, wenn anstelle einer Kapillare eine Expansionseinheit Verwendung findet, dessen Besonderheit ist, dass die Entspannung des Kältemittels auf einer Strecke von wenigen Millimetern von Hochauf Niederdruck erfolgt, sodass umfangreiche Anpassungen an dem bisherigen Aufbau eines Kühl- und/oder Gefriergeräts erforderlich sind. Zum Einsatz kommt dabei beispielsweise ein poröses oder ein elektronisches Expansionselement.
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Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung einen neuartigen Filtertrockner vorzusehen, der insbesondere in Verbindung mit einem quasi punktförmigen Expansionselement auf ressourcenschonende Art und Weise in den Kühlmittelkreislauf integrierbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Danach ist vorgesehen, dass der stromaufwärts zur Expansionseinheit angeordnete Filtertrockner und die Expansionseinheit direkt aneinander angrenzen.
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Die Erfindung betrifft demnach ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit einem Kältemittelkreislauf, wobei der Kältemittelkreislauf eine Kältemittelleitung zum Führen eines Kältemittels, einen Verdichter zum Verdichten des Kältemittels, einen Verflüssiger zum Verflüssigen des Kältemittels, einen Filtertrockner zum Filtern und Entfeuchten des Kältemittels, eine Expansionseinheit zum Entspannen des Kältemittels, und einen Verdampfer zum Verdampfen des Kältemittels umfasst. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Filtertrockner und die Expansionseinheit direkt aneinander angrenzen, wobei der Filtertrockner stromaufwärts zur Expansionseinheit angeordnet ist.
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Gegenüber dem Stand der Technik ist dabei neu, dass der Filtertrockner unmittelbar vor der Expansionseinheit angeordnet ist, wodurch sich Vereinfachungen beim Herstellen des Kühlmittelkreislaufs ergeben.
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So kann durch das direkte Angrenzen des Filtertrockners an die Expansionseinheit beispielsweise eine Vormontage des Filtertrockners an der Expansionseinheit erfolgen, bevor die beiden zusammenmontierten Bauteile in den Kühlmittelkreislauf, insbesondere in das Innere der Kühlmittelleitung installiert werden. So wird aus dem aus dem Stand der Technik üblichen zwei Installationsschritten (ein Installationsschritt für den Filtertrockner und ein weiterer für das Anbinden der Expansionseinheit) lediglich ein gemeinsamer Installationsschritt.
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Nach einer optionalen Modifikation der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Filtertrockner vollständig in die Kältemittelleitung integriert ist, vorzugsweise derart, dass der Filtertrockner von der Kältemittelleitung umgeben ist.
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Nach dieser Modifikation wird der Filtertrockner in das Innere der Kältemittelleitung, beispielsweise ein Kältemittelleitungsrohr, eingeschoben oder dort installiert. Vorteilhaft hieran ist, dass es für das Installieren des Filtertrockners keinen separaten Lötvorgang mehr benötigt, was zu einer effizienteren Montage des Kühlmittelkreislaufs bzw. des Kühl- und/oder Gefriergeräts führt. Herkömmlicherweise war es nämlich üblich, den Filtertrockner an seinen beiden Enden jeweils mit der Kältemittelleitung zu verlöten.
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Nach einer weiteren Fortbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Filtertrockner die Außenform eines Stabs aufweist und in das Innere der Kältemittelleitung einschiebbar ist. Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung des Filtertrockners in einer Stabform, da dann ein Einschieben in eine rohrförmige Kältemittelleitung möglich ist.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass die Expansionseinheit in dem Inneren der Kältemittelleitung angeordnet ist und vorzugsweise dazu dient, den Filtertrockner zu fixieren. Ist auch die Expansionseinheit dazu ausgelegt, in das Innere der Kältemittelleitung eingeschoben bzw. dort installiert zu werden, kann dieser Umstand dazu genutzt werden, den Filtertrockner in der Kältemittelleitung zu fixieren. Schlägt der Filtertrockner beispielsweise an einem Anschlag der Kältemittelleitung an (beispielsweise ein radial nach innen abstehender Kragen der Kältemittelleitung), so kann eine Fixierung des Filtertrockners an dem anderen Ende mithilfe der Expansionseinheit erfolgen. Es ist daher möglich, dass nach einem Kontaktieren der Expansionseinheit mit dem Filtertrockner, eine Befestigung der Expansionseinheit an der Kältemittelleitung auch für eine Fixierung des Filtertrockners sorgt.
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Nach einer weiteren optionalen Fortbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Filtertrockner durch eine Kugelschüttung in die Kältemittelleitung eingebracht ist, wobei vorzugsweise ein Fixiereinsatz zum Fixieren der Kugelschüttung an der zur Expansionseinheit abgewandten Seite des Filtertrockners in der Kältemittelleitung vorgesehen ist.
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Der Fixiereinsatz ist in der Kältemittelleitung mindestens zu einer Seite hin fixiert, beispielsweise durch eine sich nach innen erstreckende Nut der Kältemittelleitung.
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Eine Kugelschüttung ist eine bevorzugte Form zur Umsetzung des Filtertrockners, da diese besonders leicht zu erzeugen ist und auf einfache Art und Weise in den Kältemittelkreislauf eingebracht werden kann. Um zu verhindern, dass die Kugelschüttung sich im Inneren der Kältemittelleitung bewegt, ist ein Fixiereinsatz, beispielsweise in Form eines Gitters, deren Gitterabstände ein Durchtreten von Kugeln der Kugelschüttung nicht zulassen, vorzusehen. Das Anordnen des Fixiereinsatzes allein kann jedoch noch nicht für eine feste Position der Kugelschüttung in der Kältemittelleitung sorgen. Hierfür wird nach dem Einbringen der Kugelschüttung die Expansionseinheit genutzt, um die Kugelschüttung zwischen dem Fixiereinsatz und der Expansionseinheit zu fixieren. Ist beispielsweise die Expansionseinheit durch einen porösen Körper verwirklicht, dient der poröse Körper, genau wie der Fixiereinsatz am anderen Ende der Schüttung, dazu, die Kugeln der Kugelschüttung an einem vorbestimmten Ort entlang der Kältemittelleitung zu halten. So ist zum Erzeugen des Filtertrockners kein Löten erforderlich, da nach dem Einbringen des Fixiereinsatzes lediglich das Aufnehmen der Kugelschüttung in die Kältemittelleitung und das Fixieren durch das Einsetzen der Expansionseinheit in das Innere der Kältemittelleitung notwendig ist. Selbst verständlich kann dabei vorgesehen sein, dass es zum Befestigen der Expansionseinheit einen weiteren Befestigungsschritt gibt, wobei dieser jedoch optional ist. Es ist ebenso vorstellbar, dass die Expansionseinheit, beispielsweise ein poröser Körper, ein geringes Übermaß gegenüber dem Innendurchmesser der Kältemittelleitung aufweist, sodass bereits das Eindrücken des porösen Körpers für eine ausreichende Befestigung in der Kältemittelleitung sorgt.
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Demnach kann also nach der Erfindung vorgesehen sein, dass die Expansionseinheit in der Kältemittelleitung so angeordnet ist, dass eine zwischen dem Fixiereinsatz und der Expansionseinheit angeordnete Kugelschüttung ortsfest in der Kältemittelleitung geklemmt ist. Ein Verrutschen des Filtertrockners bei einem Transport des Kühl- und/oder Gefriergeräts kann demnach auf einfache Art und Weise verhindert werden.
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Nach einer weiteren optionalen Modifikation der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Expansionseinheit dazu ausgelegt ist, eine quasi punktförmige Expansion des Kältemittels von Hoch- auf Niederdruck über eine Länge von weniger als 5 cm, vorzugsweise weniger als 3 cm und bevorzugterweise weniger als 1 cm durchzuführen, wobei die Expansionseinheit vorzugsweise ein elektronisches Expansionsventil, ein poröses Expansionselement, welches einen porösen Körper umfasst oder aus diesem besteht, ein thermostatisches Expansionsventil oder ein Orifice Tube ist.
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Ferner kann nach einer von der Erfindung umfassten Variante vorgesehen sein, dass die Expansionseinheit ein für Kältemittel durchlässiger poröser Körper ist oder einen solchen umfasst, wobei vorzugsweise der als Expansionseinheit wirkende poröse Körper im Inneren der Kältemittelleitung angeordnet ist.
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Nach einer weiteren optionalen Modifikation der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Kältemittelkreislauf ferner einen inneren Wärmeübertrager zum Wärmeaustausch zwischen einer Hochdruckseite und einer Saugleitung des Kältemittelkreislaufs umfasst.
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Ferner kann dabei vorgesehen sein, dass der Filtertrockner und die Expansionseinheit stromabwärts des inneren Wärmeübertragers und stromaufwärts des Verdampfers angeordnet sind, vorzugsweise wobei die Expansionseinheit im Eingangsbereich des Verdampfers, insbesondere direkt am Eingang des Verdampfers, angeordnet ist. Die Anordnungsposition zwischen dem inneren Wärmeübertrager und dem Verdampfer sorgt für eine besonders geringe Geräuschentwicklung beim Expandieren des Kältemittels durch die Expansionseinheit.
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Nach einer weiteren optionalen Modifikation der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Filtertrockner oder die Kältemittelleitung auf Höhe des Filtertrockners einen Stutzen zum Evakuieren des Kühlmittelkreislaufs aufweist. Der Stutzen kann dazu dienen, die Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs während dem Herstellungsverfahren schnell zu evakuieren. Dieses sogenannte „zweiseitige Evakuieren“ kann im Rahmen von routinemäßig zu erfolgenden Prüfungen im Zuge der Herstellung zu Geschwindigkeitsvorteilen führen, da die Evakuierung an zwei Punkten erfolgt.
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Nach der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass die Expansionseinheit in die Kältemittelleitung, vorzugsweise ein Rohr, eingepresst ist, wobei vorzugsweise die als poröser Körper ausgebildete Expansionseinheit wie auch die Kältemittelleitung eine zylindrische Form aufweisen, der poröse Körper eine zylindrische Form und die Kältemittelleitung eine konische Form aufweist oder der poröse Körper wie auch die Kältemittelleitung eine konische Form aufweisen.
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Wenn die Kältemittelrohrleitung genau wie auch das poröse Medium bzw. der poröse Körper selbst eine zylindrische Form aufweist ist es von Vorteil für einen dichtenden Einpressvorgang, wenn der poröse Körper ein geringes Übermaß aufweist. Um den Einpressvorgang zu erleichtern, kann es ferner von Vorteil sein, wenn der poröse Körper eine Einführ- bzw. Zentrierschräge besitzt, um das Einpressen des porösen Körpers in die Kältemittelrohrleitung zu vereinfachen. Beispielsweise kann der poröse Körper an einem seiner Enden abgerundet oder mit einer Fase am Kantenbereich versehen sein.
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Wenn der poröse Körper eine zylindrische Form und das Rohr eine konische Form aufweist, zentriert sich der poröse Körper aufgrund der konischen Rohrform von selbst. Die vorstehenden Ausgestaltungen von dem porösen Körper wie auch dem Kältemittelrohr tritt beispielsweise in dem Verbindungsrohr zwischen den inneren Wärmeübertrageraustritt und dem Verdampfereintritt auf, bei dem das Verbindungsrohr seinen Querschnitt langsam aufweitet.
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Wenn der poröse Körper genau wie das Kältemittelrohr eine konische Form aufweist, hat dies gegenüber den vorstehend diskutierten Ausgestaltungen den Vorteil, dass auf der radialen Mantelfläche des porösen Körpers eine gleichförmigere Flächenpressung auftritt.
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Nach einer weiteren optionalen Modifikation der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kältemittelleitung auf die Expansionseinheit gepresst ist, wobei vorzugsweise die als poröser Körper ausgebildete Expansionseinheit wie auch die Kältemittelleitung, bspw. in Form eines Rohrs, eine zylindrische Form aufweisen, der poröse Körper in einer Stützhülse angeordnet ist, deren Länge diejenige des porösen Körpers übersteigt und im Bereich der überschießenden Länge an eine die Stützhülse umschließenden Wand des Rohrs von innen angepresst ist oder der poröse Körper an einer seiner Außenumfangsflächen ein Gewinde aufweist, das mit einem entsprechenden an Innenumfang der Kühlmittelleitung angeordneten Gegengewinde in Verbindung bringbar ist.
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Wenn also das Kältemittelleitungsrohr auf die Expansionseinheit gepresst ist und die Expansionseinheit, beispielsweise in Form eines porösen Körpers, genau wie das Rohr zylindrisch ausgeformt ist, kann die poröse Expansionseinheit mit ausreichend Spiel in das Rohr eingelegt werden, sodass das Rohr von außen an den porösen Körper angepresst und mit diesem formschlüssig verbunden ist.
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Demnach kann nach der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die als poröser Körper ausgebildete Expansionseinheit eine im Wesentlichen zylindrische Form aufweist, an seiner Außenumfangsfläche ein Gewinde besitzt und an einer seiner beiden Stirnseiten eine Kerbe zum Einschrauben des porösen Körpers aufweist.
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Nach einer weiteren optionalen Fortbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Kältemittelkreislauf so ausgestaltet ist, dass das Kältemittel von einem Verdichter verdichtet wird, danach durch einen Verflüssiger strömt, bevor es durch das Expansionselement geführt und anschließend nach einem Durchströmen des Verdampfers zurück zur Saugseite des Verdichters geführt 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 Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung ersichtlich. Dabei zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Kältem ittelkreislaufs,
- 2: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kältem ittelkreislaufs,
- 3: eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung von Filtertrockner und Expansionseinheit, und
- 4: eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung von Filtertrockner und Expansionseinheit.
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1 zeigt einen herkömmlichen Kältemittelkreislauf 1, bei dem eine Kältemittelleitung 2 einen Verdichter 3, einen Verflüssiger 4 und einen Verdampfer 7 verbindet. Der Verdampfer 7 führt das Kältemittel dann an die Saugseite des Verdichters 3. Zwischen dem Verflüssiger 4 und dem Verdampfer 7 ist zudem eine Expansionseinheit 6 (im vorliegenden Fall eine Kapillare) vorgesehen. Darüber hinaus gibt es einen inneren Wärmeübertrager 5, bei dem ein vom Verdampfer 7 stromabwärtiger Teil der Kältemittelleitung 2 (also der Saugleitung) mit der Hochdruckseite in einer wärmetauschenden Verbindung steht.
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Die Vorteile einer solchen inneren Wärmeübertragung liegen in einer dadurch erreichbaren verbesserten Kälteleistung des Verdampfers.
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Zudem ist zwischen dem Verflüssiger 4 und der Kapillare 6 ein Filtertrockner 8 angeordnet, der dazu dient, das Kältemittel zu Entfeuchten und Partikel herauszufiltern, die zu einer Verstopfung der anschließenden Kapillare 6 führen könnten.
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Herkömmlicherweise handelt es sich bei dem in 1 dargestellten Filtertrockner 8 um ein Bauteil, das zwischen zwei Enden der Kühlmittelleitung 2 verlötet werden muss.
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2 zeigt einen erfindungsgemäßen Kältemittelkreislauf 1, bei dem eine Kältemittelleitung 2 einen Verdichter 3, einen Verflüssiger 4 und einen Verdampfer 7 verbindet. Der Verdampfer 7 führt das Kältemittel dann an die Saugseite des Verdichters 3. Darüber hinaus kann ein innerer Wärmeübertrager 5 vorgesehen sein, bei dem ein vom Verdampfer 7 stromabwärtiger Teil der Kältemittelleitung 2 (also der Saugleitung) mit der Hochdruckseite in einer wärmetauschenden Verbindung steht.
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Die Anordnung der Expansionseinheit 6, die nach der Erfindung unter anderem durch einen porösen Körper oder ein elektronisches Expansionselement gebildet sein kann, kann dabei vorteilhafterweise zwischen Verflüssiger 4 und Verdampfer 7 stromabwärts des inneren Wärmeübertragers 5 vorgesehen sein. Durch die Anordnungsposition des Expansionselements stromabwärts des inneren Wärmeübertragers entsteht ein besonders geringes Geräuschniveau beim Expandieren des Kältemittels.
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Nach der Erfindung ist dabei vorgesehen, dass der Filtertrockner 8 stromaufwärts zur Expansionseinheit 6 angeordnet ist und unmittelbar der Expansionseinheit 8 vorgelagert ist. Durch die unmittelbar vorgelagerte Anordnung des Filtertrockners 8 vor der Expansionseinheit 6 ergeben sich Vorteile in Bezug auf die Herstellung des Kühlmittelkreislaufs 1.
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3 zeigt dabei eine erste Ausführungsform zur Umsetzung des Filtertrockners 8, wobei dieser in Strömungsrichtung des Kältemittels gesehen unmittelbar stromaufwärts der Expansionseinheit 6 angeordnet ist. Darüber hinaus erkennt man in der Darstellung, dass sowohl der Filtertrockner 8 wie auch die Expansionseinheit 6 in das Innere der Kältemittelleitung 2 integriert sind. Die Kältemittelleitung 2 kann dabei eine Rohrform aufweisen, sodass sich eine etwa zylindrische Form des Filtertrockners 8 wie auch der Expansionseinheit 6 anbietet. Durch die Integration kann gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten System mit einem herkömmlichen Filtertrockner eine Lötstelle eingespart werden. Schließlich ist es nach der Erfindung nicht mehr erforderlich, den Filtertrockner 8 an ein Ende der Kühlmittelleitung 2 anzulöten. Durch das Einschieben des Filtertrockners 8 und der Expansionseinheit 6 ist der Vorgang des Anordnens dieser beiden Bauteile zudem schneller und ohne teure Gerätschaften zu verwirklichen.
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Abweichend zu der Darstellung in 3 ist es aber nach der Erfindung auch möglich, dass der Filtertrockner 8 bzw. die Kühlmittelleitung 2 im Bereich der Aufnahme des Filtertrockners 8 einen Stutzen aufweist, um ein zweiseitiges Evakuieren des Kältemittelkreislaufs 1 zu ermöglichen.
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Als besonders vorteilhafte Anordnungsposition in dem Kältemittelkreislauf 1 hat sich dabei der Bereich stromabwärts eines optional vorsehbaren inneren Wärmeübertragers 5 bis hin zum Eingang des Verdampfers 7 hervorgetan. Ordnet man die Expansionseinheit 6 in diesem Bereich an, so ergibt sich ein besonders geringes Geräuschniveau beim Expandieren des Kältemittels von Hoch- auf Niederdruck
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4 zeigt dabei eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Idee. Dabei ist der Filtertrockner 8 durch eine Kugelschüttung verwirklicht, die zwischen einem Fixiereinsatz 9 und der Expansionseinheit 6 gehalten ist. Der Fixiereinsatz 9 kann dabei eine plattenartige Grundform aufweisen die durch mehrere miteinander in Verbindung stehende Streben verkörpert ist. Die Streben des Fixiereinsatzes 9 bilden dabei Öffnungen, durch welche eine Kugel der Kugelschüttung 8 nicht hindurchtreten kann. Dadurch blockiert der Fixiereinsatz 9 die Kugelschüttung 8, sodass die Schüttung 8 an einem definierten Ort im Inneren der Kältemittelleitung 1 (beispielsweise einem Kältemittelleitungsrohr) angeordnet werden kann. Um nun auch die dem Fixiereinsatz 9 abgewandte Seite der Kugelschüttung 8 festzulegen, wird die Expansionseinheit 6, die beispielsweise durch einen porösen Körper ausgeführt sein kann, in das Innere der Kältemittelleitung 2 eingeschoben und mit der Kältemittelleitung 2 arretiert. Durch den (mindestens zu einer Seite der Kühlmittelleitung hin) ortsfest gegenüber der Kältemittelleitung 2 angeordneten Fixiereinsatz 9 und die ebenfalls (mindestens zu einer Seite der Kühlmittelleitung hin) ortsfest gegenüber der Kältemittelleitung 2 angeordnete Expansionseinheit 6 kann zwischen diesen beiden Bauteilen eine Kugelschüttung 8 geklemmt werden, sodass auch bei einem Transport eines erfindungsgemäßen Kühl- und/oder Gefriergeräts der in Form der Kugelschüttung vorhandene Filtertrockner an dem dafür vorgesehenen Ort in der Kühlmittelleitung 2 bleibt.
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Verwendet man für die Expansionseinheit 6 einen porösen Körper, so kann der poröse Körper selbst die Filterfunktion übernehmen, sodass der Filtertrockner 8 dann lediglich das Trocknen des Kältemittels übernehmen muss. Verwendet man hingegen als Expansionseinheit 6 ein elektronisches Expansionsventil muss der Filtertrockner 8 darüber hinaus auch die Filterfunktion übernehmen, sodass eine entsprechende Granularität bei der Kugelschüttung gewählt werden sollte oder ein zusätzlicher Filter vorzusehen ist.
