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B e s c h r e i b u n g zu der Patentanmeldung betreffend K ü h l
g e r ä t Priorität vom 27. Sept. 1968, Nr. 69455, Japan 4. Nov. 1968, Nr. 79954,
Japan 4. Nov. 1968, Nr. 95433, Japan 4. Nov. 1968, Nr. 95436, Japan Die Erfindung
bezieht sich auf ein Kühlgerät, insbesondere auf ein solches mit mindestens mehreren
Kühlfächern zur Aufbewahrung verderblicher Nahrungsmittel bei niedrigen Temperaturen,
oder mit mindestens einem Kühlfach und einem Gefrierfach, in dem Nahrungsmittel
im gefrorenen Zustand aufbewahrt werden.
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Generell sind Kühlgeräte so gebaut, dass ein Kühlmittel darin durch
einen Kompressor und einen Kondensator verflüssigt und beim Passieren von Verdampfern
in den gasförmigen Zustand überführt wird, somit die Wärme den Kühl- und Gefrierfächern
in
Form von Verdampfungswärme entzieht und in diesen Fächern niedrigere Temperaturen
erzeugt.
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Da es gewöhnlich erforderlich ist das Kühlfach auf einer Temperatur
von etwa +5° C und das Gefrierfach bei etwa -20°C zu halten, sind die Fächer mit
getrennten Verdampfern ausgerüstet. Bei einer solchen Anordnung stellt die unterschiedliche
Eindringungsgeschwindigkeit der Wärme in die Kühl- und die Gefrierfächer im Sommer
und Winter ein Problem dai.
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Beträgt z.B. die mittlere Temperatur im Sommer 30° C und die im Winter
10° C, so liegt der Temperaturunterschied zwischen dem Innern des auf -20° C gehaltenen
Gefrierfachs und der das Kühlgerät umgebenden Atmosphärs im Sommer bei 50° C und
im Winter bei 30° C. Somit beträgt das Verhältnis der Wärmemenge, die im Sommer
von aussen in das Gefrierfach eindringt, zu der, die im Winter eindringt, etwa 1:30/50.
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Andererseite liegt, das Verhältnis der Wärmemenge, die im Sommer von
der umgebenden Atmosphäre in das Kühlfach eindringt, zu der, die im Winter eindringt,
bei 1: 5 .
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25 Dies bedeutet, dass die in das Küihlfach eintretende Wärmemenge
ziemlich stark von der Temperatur der umgebenden Atmosphäre abhängt, während das
Eindringen der Wärme in das Gefrierfach während des Jahres nur wenig schwankt;.
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Um nun die Temperaturen innerhalb der Gefrier- und Kühlfächer trotz
Temperaturschwankungen der umgebenden Atmosphäre auf konstanten Werten zu halten,
ist es erforderlich, an diesen Fächern einzeln Temperatur-Fühleranordnungen vorzusehen
und den Durchsatz des den Verdampfern zugeführten Kühlmittels in Abhängigkeit von
dem Ausgangssignal dieser Fühleranordnungen zu regeln.
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Herkömmlicherweise wurde die Regulierung des Durchsatzes durch Verwendung
magnetischer Ventile bewerkstelligt, die teuer sind und leicht zu Schwierigkeiten
des Mechanismus führen.
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Bei einem Kühlgarät mit Gefrier- und Kühlfächern ist es ausserdam
häufig erfo@@erlich, die Zufubr des Kühlmittels für das Kühlfach zu @uterbrechen,
um d@s @n den Innenwänden dieses Fachs an@@sammelte Fis @bzutauen, wäh@end das Kühlmittel
für das Gefrierfach weiterhin zugeführt wird, um die Nahrungsmittel @@ ih@e@ gefroron@n
Zu@tand zu erhalten. In einem solches Fall ist eine unsbhängige Regelung des Kühlmittel-Durchsat@es
für die jeweiligen Verdampfer erforderlich. Bei Kü@lgeräten mit mehreren Kühlfächern,
die mit getrennten Turen num unabhängigen Öffnen und Schliessen versehen sind, ist
ferner eine unabhängige Regelung der Temperatur in jedem Fach nötig.
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Um die vorstehenden Erfordernisse zu erfüllen, hat man gewöhnlich,
wie
oben erwähnt, unter grossem wirtschaftlichen Nachteil magnetische Ventile eingebaut.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher vornehmlich, ein Kühlgerät zu schaften,
ber dem die Temperaturen in dem Kühlfach und dem Gefrierfach bzw. in einer Vielzahl
von Kühlfächern unabhängig und äusserst einfach geregelt werden können. Das Kühlgerät
soll dabei so gebaut seinS dass die Temperaturregelung über die Regelung des Kühlmittel-Durchsatzes
durch billige und zwangsläufig wirkende Mittel und nicht durch Magnetventile oder
ähnliche teure Steuermittel erfolgt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemässe Kühlgerät mit
einem Tank zur vorübergehenden Aufnahme des verflüssigten, Kühlmittels. mit Kapillarröhren
zur Zuführung des Kühlmittels von dem Tank zu den in den einzelnen Kühl- und Gefrierfächern
getrennt angeordneten Verdampfern sowie mit Heizwicklungen ausgerüstet, die derart
um Teile der Kapillarröhren herumgewickelt sind, dass die Flussgeschwindigkeit des
den einzelnen Verdampfern zugeführten Kühlmittels durch Steuerung des durch die
Heizwicklungen Sliessenden Stroms geregelt werden kann, Wird die Kapillarröhre teilweise
erhitzt, so wird eine Teilmenge des hindurchfliessenden Kühlmittels verdampft, so
dass der Durchsatz des Kühlmittels auf einen Bruchteil- der Menge im normalen Zustand
herabgesetzt werden kann.
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Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen
beschrieben. In den Zeichnungen zeigen Fig, 1 eine schematische Darstellung zur
Erläuterung der Grundkonzeption der vorliegenden Erfindung; Fig. 2 eine schematische
Darstellung einer Ausführungsform der. Erfindung; Fig. 3 ein Schaltbild der elektrischen
Schaltung für die in Fig, 2 gezeigte Ausführungsform; Fig. 4 eine schematische Darstellung
einer weiteren Aus führungsform der Erfindung; Fig. 5 ein Schaltbild der elektrischen
Schaltung für die Ausführungsform nach Fi. 4; und Fig. 6 und 7 schematische Darstellungen
weiterer Ausführungsformen der Erfindung.
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In Fig. 1 ist ein generell mit 1 bezeichneter Kühlbehälter gezeigt,
der in mindestens zwei unabhängige Fächer mit jeweils einem eigenen Verdampfer unterteilt
ist. Gelegentlich ist einer der Verdampfer dem Kühlfach und der andere dem Gefrierfach
zugeordnet. In anderen Fällen sind die Verdempfer jeweils an getrennten Kühlfächern
angeordnet. Ein Kompressor
2 wird von einem Elektromotor angetrieben
und dient dazu, das aus den Verdampfern in den Kühlbehälter l fliessende Kühlmittel
zu komprimieren. Ein Kondensor kondensiert das komprimierte Kühlmittel und verflüssigt
es somit. Das verflüssigte Kühlmittel wird dann in einen Tank 4 eingeführt.
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Dieser Tank dient als vorübergehende Speichereinrichtung zum Ausgleich
der von dem Kondensor 3 den Kapillarröhren 5 und 6 zugeführten Kühlmittelmengen.
Als Tankeinrichtung 4 kann dabei die Leitung verwendet werden, deren Durchmesser
grösser als üblich ist0 Um die Einlassabschnitte der Kapillarröhren 5 und 6 sind
Heizwicklungen 7 und 8 gewickelt, mit denen eine allerdings nicht gezeigte - Energiequelle
zur Zuführung eines elektrischen Stroms verbunden ist. Das Kühlmittel aus den Kapillarröhren
5 und 6 wird den getrennten Verdampfern des Kühlbehälters l zugeführt, wo es über
die Verdampfungswärme die Temperatur in den einzelnen Fächern (d.h. in den Kühl-
und Gefrierfächern) herabsetzt.
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Generell-hängt der Durchsatz eines durch eine Kapillarröhre fliessenden
Kühlmittels von dem Innendurchmesser und der Länge der Röhre sowie von dem Drucicunterschied
zwischen ihrem Einlass und ihrem Auslass ab. Sind Innendurchmesser, Lange und Druckunterschied
der Kapillarröhre konstant, so hängt der.Durchsatz des hindurchfliessenden Kühlmittels
weitgehend davon ab, ob-es sich im flüssigen oder im gasförmigen oder in einem gemischten
Zustand befindet. Da das Kühlmittel im-gesförmigen Zu-stand ein weit grösseres Volumen
pro Gewicht seinheit
als im verflüssigten Zustand einnimmt, benötigt
es im ersteren Zustand eine ausserordentlich viel höhere Geschwindigkeit bei gleichem
Durchsatz und unter den gleichen Bedingungen wie im letzteren Zustand. Eine derartig
hohe Durchflussgeschwindigkeit verursacht einen starken Anstieg des Reibungswiderstands
in der Kapillarröhre, so dass das gasförmige Kühlmittel mit minimalem Durchsatz
fliesst, wenn die Druckdifferenz zwischen Einlass und Auslass unverändert bleibt.
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In flüssiger Form wird der Druck des durch eine Kapillarröhre fliessenden
Kühlmittels aufgrund des Reibungsverlustes renduziert. Vermindert sich nun der Druck
des Kühlmittels unter den bei seiner Temperatur bestehenden Sättigungsdruck, so
verdampft ein Teil dieses flüssigen Kühlmittels. Die Menge dieses verdampfte@ Kühlmittels
nimmt zu, indem sich der Strom dem Auslass der Kapillaerröhre nähert.
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Befindet sich das Kühlmittel am Einlass der betreffenden Kapillarröhre
im @nterkühlten Zustand, so wird der Verdampfungspunkt näher an den Auslass verschoben,
und der Durchsatz des Kühlmittels nähert sich in diesem Zustand dem Durchsatz des
flüssigen Kühlmittels über die gesamte Länge der Kapillarröhre.
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Befindet sich das Kühlmittel am Einlass einer Kapillarröhre im gesättigten
flüssigen Zustand, so tritt die Verdampfung
an einem näher am Einless
der Röhre liegenden Punkt ein, so dass gasförmiges Kühlmittel in einem Gewichtsverhältnis
von 20 bis 40 % in den flüssigen Kühlmittelstrom gemischt wird. Der Durchsatz der
Mischung beträgt etwe des Vier- bis Sechsfache des Durchsatzes von verdampftem Kühlmittel
über die gesamte Länge der Kapillarröhre.
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Ist das gasförmige Kühlmittel-bereits am Einlass einer Kspillarröhre
beigemischt, so erhöht sich entsprechend das Verhältnis zwischen der verdampften
und der flüssigen Komponente innerhalb des Rohrs,und der Durchsatz nähert sich dem
des verdampften Kühlmittels über die gesamte Länge der Kapillarröhre0 Bei dem Külilzyklus
eines Haushaltskühlschrankes befindet sich das Kühlmittel am Einlass der jeweiligen
Kapillarröhre in fast gesättigtem flüssigen Zustand. Der Durchsatz des durch die
Kapillarröhre fliessenden Kühlmittels beträgt daher das Vier- bis Sechsfache des
Durchsatzes des Kühlmittels im verdampften Zustand über die Länge der Röhre, wie
dies vorstehend beschrieben wurde.
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Fliesst nun elektrischer Strom durch die Heizwicklungen um die Einlassabschnitte
der Kapillarröhren 5 und 6 des in Fig. 1 gezeigten Geräts und erwärmt er dabei diese
Abschnitte, so wird das flüssige Kühlmittel teilweise verdampft, so dass die Menge
des durch die Kapillarröhren fliessenden Kühlmit- -tels entsprechend verringert
werden kann. Wird die Wärmemenge
etwas (beispielsweise um etwa
10 Watt bei einem Kühlschrank mit einem Fassungsvermögen von 100 Liter) erhöht,
so liegt das Kühlmittel am Einlass der Kapillarröhre zum grössten Teil im verdampften
Zustand vor, wodurch der Durchsetz des Kühlmittels durch diese Röhren auf ein Viertel
bis ein Sechstel des üblichen Durchsatzes verringert werden kann.
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Dies bedeutet, dass bei dem erfindungsgemässen Gerät der Durchsatz
durch die ILapillarröhren 5 und 6 durch Steuerung des durch die Heizwicklungen 7
und 8 fliessenden Stroms reguliert werden kinn, und dass damit die Kühlmittelmengen,
die den (nicht gezeigten) Verdampfern des Kühlbehälter 1 zugeführt werden sollen,
variiert werden, um somit die Temperaturen im Kühlfach uni im Gefrierfach frei und
unabhängig voneinander zu regeln.
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Die Möglichkeit einer unabhängigen Temperaturänderung in dem Kühl-
und dem Gefrierfach nach der beschriebenen Art und Weise ist ausserordentlich nützlich,
wenn des eine Fach abgetaut und gleichzeitig das andere Fach gekühlt werden soll.
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Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Kühlgerätes, das mit
einer derartigen Abtaueinrichtung versehen ist.
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In dieser Fi, bezeichnet 11 ein Gefrierfach bzw. einen Gefrierkostraum
mit einem Verdampfer 9, dem'von einer Kapillarröhre 6 Kühlmittel zugeführt wird,
um das Fe,ch gewöhnlich bei einer Temperatur von -200 C zu halten. Bei 12 ist ein
Kühlfach angegeben, in dem ein Verdampfer 10 so angeordnet ist, der
mit
dem Kühlmittel aus einer Kapillarröhre 5 gespeist tnrd, um dieses Kühlfach bei einer
Temperatur von +5° G zu halten.
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Das Kühlmittel wird nach dem Durchtritt durch den Verdampfer 10 dem
Verdampfer 9 zugeführt und dient zur Kühlung des Gefrierfachs 11. Um die Kapillarröhren
5 und 6 sind an den nshe den Einlässen für das Kühlmittel gelegenen. Abschnitten
Heizwicklungen 7 und 8 derart gewickelt, dass sie diese Röhrenabschnitte aufheizen
können.und somit den Durchsstz des den Verdampfern 10 bzw. 9 zugeführten Kühlmittels
regeln.
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Anhand von Fig. 3 soll nun ein Bespiel eines Hauptstromkreises für
den oben erläuterten Kühlzyklus beschrieben werden.
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In der Fig. bezeichnet 14 eine Motorwicklung für den Kompressor 2
und 15 die Kontakte für eine (nicht gezeigte) Temperatursteuereinheit, die dazu
dienen, den Stromkreis zu schliessen, wenn die Temperatur in dem Kühl- oder dem
Gefrierfoch über einem bestimmten Wert liegt, bzw. den Stromkreis zu öffnen, wenn
die Temperatur unter dem Wert liegt.
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Beim normalen Betrieb des Kühlgerätes ist ein Abtauschalter 16 an
einem Kontakt A angeschlossen. Soll das Kühlfach 10 ebgetaut werden, so wird der
Schalter in Abhängigkeit von einem manuell oder automatisch erzeugten Abtausignal
auf einen Kontakt B umgelegt.
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Ist der Schalter an den Kontakt A angeschlossen1 wo fliesst Strom
aus der Stromquelle 20 in die Heizwicklung 8, wodurch die Menge des durch die Kapillorröhre
6 fliessenden
Kühlmittels beschränkt wird. Ist umgekehrt der Schalter
16 an den Kontakt B angeschlossen, so fliesst ein Strom in die Heizwicklung 7, begrenzt
damit den Kühlmittelstrom durch die Kapillarröhre 5 und führt gleichzeitig einen
Strom durch ein Abtau-Heizgerät 17, das dem Verdampfer 10 für das Kühlfach zugeordnet
ist. Im folgenden soll die Arbeitsweise des in Fig. 2 und 3 gezeigten Gerates erläutert
werden. Beim normalen Betrieb des KühlgerStes ist der Schalter 16 an den Kontakt
A angeschlossen, daher wird die Kapillarröhre 6 erwärmt, und der Durchsatz an Kühlmittel
durch diese Röhre wird suf einem sehr niedrigen Wert gehalten. Das Kühlmittel fliesst
aus dem Tank 4 durch die Kapillarröhre 5 in die Verdampfer 1G und 9 des Kühlfachs
12 bzw. des Gefrierfochs 11, erzeugt dadurch in den beiden Fächern die gewünschten
niedrigen Temperaturen und behält diese bei.
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Zum Abtauen des Kühlfachs 12 wird der Schalter 16 von Hand oder automatisch
auf den Kontakt 13 umgelegt. Infolgedessen wird die Kapillarröhre 5 erwärmt und
der Durchsatz an Kühlmittel durch diese Röhre auf einen äusserst niedrigen Wert
reduziert Währenddessen wird das Kühlmittel dem Verdampfer 9 des Gefrierfaches durch
die Röhre 6 zugeführt, um dies weiterhin zu -kühlen. Mit dem Umschalten des Schalters
auf den Kontakt B fliesst ein Strom durch das Abtau-Heizgerät 17, das dem IM5hlfach
zugeordnet ist, 80 dass dies vorübergehend zum Abtauen erwärmt wird.
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Erfindungsgemäss lässt sich somit ein-Abtauen des Kühlfachs
ausserordentlich
einfach erreichen, während gleichzeitig das Gefrierfach weiterhin gekühlt wird.
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In Fig. 4-ist eine weitere Ausführungsform ier Erfindung gezeigt,
-bei der ein einzelner Kompressor unabhängige Temperetursteuerung mehrerer Kühltächer
gestattet. Wie gezeigt, sind Verdampfer 101, 102 und 103 ind Kühltächern 121, 122
bzw. 123 angeordnet, und das Kühlmittel wird diesen Verdampfern über Kapillarröhren
51, 52 bzw. 53 zugeführt Die Kühlfächer 1-21 bis 123 sind mit getrennten Türen a,usgerüstet,
so dass das Öffnen einer Tür kein Eindringen von Wärme von aussen in eines der anderen
Kühlfächer verursacht.
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Der Hauptstromkreis für dieses Gerät entspricht in seinem Aufbau beispielsweise
der Darstellung in Fig. 5. Gemäss dem Schaltbild werden Schalter 161 bits 163 entweder
automatisch durch in den Kühlfächern 121 bis 123 angeordnete (nicht gezeigte) Wärmefühler
oder von Hand betätigt. Jeder Schalter wird an den Kontakt A angelegt, wenn die
Temperatur in dem betreffenden Kühifach über einem bestimmten Wert liegt, oder an
einen Kontakt 3, wenn diese bestimmte Temperatur noch nicht erreicht ist.
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tiberschreitet beispielsweise die Temperatur in dem betreffenden Kühlfach
den gewünschten Wert, so wird der Schalter 161 auf den Kontakt A geschaltet, und
durch die Heizwicklung 71 fliesst kein Strom. Dementsprechend wird das Kühlmittel
dem
Verdampfer 101 über die Kapillarröhre 51 zugeführt und khhlt
das Kühltach 121.
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Ist die Temperatur des Kübifachs 121 auf einen Wert unter der bestimmten
Temperatur abgesunken, so wird der Schalter 161 auf den Kontakt B geschaltet, und
der Strom aus der Stromguelle 20 wird der Heizwicklung 71 zugeführt. Infolgedessen
wird die Kapillarröhre 51 teilweise erwärmt, so dass die dem Verdampfer 101 zugeführte
Kühlmittelmenge erheblich vermindert wird. Auf diese Weise wird die Temperatur in
dem Kühlflach auf dem vorbestimmten Werft gehalten.
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Solange einer der Schalter 161 bis 163 an den zugehörigen Kontakt
A angeschlossen ist, fliesst der Strom durch die Motorwicklung 14, und der Kompressor
2 uird in Tätigkeit gehalten. Sind jedoch sämtliche Schalter 161 bis 163 an ihre
Kontakte B angeschlossen, so fliesst kein Strom mehr durch die Motorwicklung 14,
und die Kompressortätigkeit hört auf.
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Gensuer gesagt, wird, da die aus den Kapillarröhren 51 bis 53 austretenden
Kühlmittelmengen in diesem Zeitpunkt ausserordentlich gering sind, die Tätigkeit
des Verflüssigans des Kühlmittels zeitweise unterbrochen und die Gesamtmenge des
dem Tank 4 zugefährten flüssigen Kühlmittels begrenzt.
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Die Verwendung der erfindungsgemässen Mittel zur Steuerung des Kühlmitteldurchsatzes
ermöglicht es auf einfache Weise, ein Külilgerät vorzusehen, bei dem die Temperaturen
der Kühlfächer
auf konstanten und für Jede Jahreszeit - ob Sommer
oder Winter - gehalten werden können.
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Während das Gefrierfach bei einem konventionellen Haushalt-Kühlschrank,
wie bereits beschrieben, von der Temperatur der umgebenden Atmosphäre wenig beeinflusst
wird, wird des Kühlfach leicht durch Schwankungen der Umgebungstemperatur beeinflusst.
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Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die diesen
Nachteil beseitigen soll. Bei dieser AusSührungsform tritt das Kühlmittel aus der-Kapillarröhre
6 durch den Verdampfer 9 des Gefrierfachs 11 und dann durch einen Verdämpfer 101
eines Kühlfaches 12 in einen Kompressor 2 ein.
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Aus einer Kapillarröhre 5 wird andererseits das Kühlmittel direkt
einem Verdampfer 102 eines Kühlfachs 12 zugeleitet und dann in den Kompressor 2
eingeführt. In diesem Fall ist die Heizwicklung nur um die Kapillarröhre 5 gewickelt.
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Im Sommer wird der Heizwicklung kein Strom zugeführt, im Winter fliesst
Jedoch Strom durch sie. Dies bedeutet, dass das Kühlmittel im Sommer beiden Verdampfern
101 und 102 zugeführt wird, so dass das Kühlfach 12 entsprechend gekühlt wird. Im
Winter wird die Kapillarröhre 5 geheizt, weshalb die durch sie hindurchtretende
kühlmittelmenge ausserordentlich stark reduziert wird, dadurch wird dos Kühlfach
eusschliesslich durch das durch den Verdampfer 9 allein hindurchtretende
Kühlmittel
gekühlt, so dass übermässige Kühlung vermieden wird.
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In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel werden zwar zwei Verdampfer
für das Kühlfach verwendet, die gleiche Kühlwirkung kann jedoch bei einem ähnlichen
Kühlgerät auch durch Verwendun von zwei Verdampfern für das Gefrierfach erzielt
werden Ein Beispiel für eine solche Bauweise ist in Bi.7 dargestellt Dieses Gerät
ist so gebaut, dass das Kühlmittel aus einer Kapillarröhre 6 einen Verdampfer 91
eines Gefrierfachs und dann einen Verdampfer 10 eines Kühlfachs 12 passiert und
in einen Kompressor 2 eintritts Aus einer Kapillarröhre 5 tritt das Kühlmittel andererseits
durch einen Verdampfer 92 des Gefrierfachs 11 in den Kompressor 2.
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Wie gezeigt, ist die Kapillarröhre 6 an den Boden eines Tanks 4 angeschlossen
und teilweise von einer Heizwicklung 8 umgeben. Die andore Kapillarröhre 5 verläuft
innerhalb des Tanks 4 nach oben.
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Normalerweise wird des Kühlmittel aus der mit dem Tankboden verbundenen
Röhre 6 in die Verdampfer 91 und 10 eingeführt, um in dem Gefrierfach 11- bzw. dem
Kühlfech 12 niedrige Temperaturen zu erzeugen. Fällt die Temperatur in dem Kühlfach
12 unter den bestimmten Wert, so fliesst ein Strom durch die
Heizwicklung
8 und erhitzt die -Kapillarröhre 6 teilweise.
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'Die aus dieser Röhre austretende Kühlmittelmenge wird dadurch ausserordentlich
gering. Dementsprechend nimmt das flüssige Kühlmittel in dem Tank 4 allmählich zu,
bis'es in die Kapillarröhre 5 hinein überfliesst. In diesem Zustand wird flüssiges
Kühlmittel dem Verdampfer 92 zugeführt, und das Gefrierfach 11 wird kontinuierlich
gekühlt, während das Kühlfach 12 nur durch die vernachlässigbare Kühlmittelmenge
gekühlt wird, wodurch verhindert wird, dass das Fach 12 unterkühlt wird.
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Patentansprüche