DE19843484A1 - Einkreiskältesystem - Google Patents

Abstract

Bei einem Einkreiskältesystem mit einem wahlweise anhand von Umlenkmitteln in seinen Kältekreislauf schaltbaren Reservoir zur Aufnahme von Kältemitteln und wenigstens zwei Verdampfern, von denen der in der Reihenschaltung nachgeordnete Verdampfer bei einer Beaufschlagung des Reservoirs mit flüssigem Kältemittel zumindest weitestgehend frei von flüssigem Kältemittel bleibt, weist der in Reihenschaltung vorgelagerte Verdampfer eine Kältemittelkanalanordnung auf, welche zumindest weitestgehend mit zum Puffern von flüssigen Kältemitteln dienenden Sammelmitteln ausgestattet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Einkreiskältesystem mit einem wahlweise anhand von Umlenk­ mitteln in seinen Kältekreislauf schaltbaren Reservoir zur Aufnahme von Kältemittel und wenigstens zwei Verdampfern, von denen der in der Reihenschaltung nachgeordnete Verdampfer hinsichtlich seiner Temperatur durch den Kältemittelentzug anhand des Re­ servoirs gesteuert ist.

Bei einem bekannten Mehrtemperaturenkühlschrank mit in einem Einkreiskältesystem liegenden Gefrierfach, einem Frischkühlfach und einem Normalkühlfach ist auf der Druckseite seines Verdichters ein durch ein Magnetventil in den Kältemittelkreislauf schaltbarer Sammler vorgesehen. Dieser dient dazu, in Abhängigkeit der Stellung eines im Kühlfach angeordneten Temperaturreglers dem Kältekreislauf unterschiedliche Men­ gen flüssigen Kältemittels zu entziehen. Befindet sich der Temperaturregler in seiner Reglerstellung "Warm" so ist dem Kältekreislauf gerade soviel Kältemittel entzogen, daß der am Ende der Reihenschaltung der Verdampfer liegende Normalkühlfachverdampfer nicht mehr mit flüssigem Kältemittel beaufschlagt ist, während der im Kältekreislauf un­ mittelbar vor ihm liegende Frischkühlfachverdampfer mit der zu seiner bestimmungsge­ mäßen Kühlung ausreichenden Menge flüssigen Kältemittels durchströmt ist. Um eine derartige gezielte Verarmung des Kühlfachverdampfers an flüssigem Kältemittel herbei­ führen zu können, ist eine eng tolerierte Füllmenge des Kältesystems mit flüssigem Käl­ temittel erforderlich, wobei eine funktionsbedingt in sehr engen Toleranzgrenzen vorge­ schriebene Kältemittelmenge beim Befüllen des Kältekreislaufes eine sehr enge soge­ nannte Füllbreite bedingt, wodurch der Befüllvorgang des Kältekreislaufes hinsichtlich der Füllmenge nicht nur einer sehr genauen Überwachung, sondern auch einer sehr feinen Dosierung bedarf. Die Folge davon ist, daß der Befüllungsvorgang zeitaufwendig und kostenträchtig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Einkreiskältesystem gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruches 1 mit einfachen konstruktiven Maßnahmen, insbesondere hinsicht­ lich der durch minimale und die maximale Kältemittelfüllmenge bestimmte Füllbreite zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der in Reihenschaltung vorgelagerte Verdampfer eine Kältemittelkanalanordnung aufweist, welche zumindest weitestgehend mit zum Puffern von flüssigem Kältemittel dienenden Sammelmitteln aus­ gestattet ist.

Durch die Einbringung von Sammelmitteln in die Kältemittelkanalanordnung des vorgela­ gerten Verdampfers ist in diesem ein Stauraum für flüssiges Kältemittel geschaffen, wo­ durch sich das flüssige Kältemittel für den Fall, daß der nachgelagerte Verdampfer tem­ peraturbedingt aus dem Kältekreislauf ausgekoppelt ist, in dem ersteren Verdampfer ab­ lagern kann, so daß zumindest weitestgehend sichergestellt ist, daß der letztere Ver­ dampfer nicht in ungewollter Weise mit flüssigem Kältemittel beaufschlagt ist. Durch diese Puffermaßnahme im vorgeschalteten Verdampfer sind die Füllgrenzen des Ver­ dampfersystems mit flüssigem Kältemittel, nämlich die für die bestimmungsgemäße Kältefunktion erforderliche Mindestfüllmenge sowie die maximal mögliche Füllmenge deutlich weiter voneinander beabstandet, wodurch sich die Füllbreite des Kältegerätes wesentlich erhöht, so daß die Befüllung des Verdampfersystems im Fertigungsdurchlauf einer Kältegerätegroßserienfertigung in einem wesentlichen weiteren Toleranzfeld und somit in einer deutlich verkürzten Befüllungszeit erfolgen kann.

Mit besonders einfachen, konstruktiven Mitteln kann die Füllbreite des zu befüllenden Verdampfersystems noch gesteigert werden, wenn nach einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen ist, daß die Sammelmittel aus einer Kombination von wenigstens einem Kältemittelsammler und einem hinsichtlich sei­ nes Fassungsvolumens gegenüber einem Einfachkanal vergrößerten Kanalabschnitt ge­ bildet sind.

Eine erhebliche Stauraumvergrößerung zum Zwecke einer Ausweitung der Füllgrenzen des Verdampfersystems und somit einer Steigerung der Füllbreite des letzteren ergibt sich, wenn nach einer nächsten vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfin­ dung vorgesehen ist, daß der Kältemittelsammler und der vergrößerte Kanalabschnitt in Reihenschaltung hintereinander angeordnet sind, wobei der Kältemittelsammler dem ver­ größerten Kanalabschnitt in Fließrichtung des zwangsweise umgewälzten Kältemittels nachgelagert ist. Ferner bewirkt die Nachlagerung des Kältemittelsammlers, daß das flüssige Kältemittel im vorgelagerten Verdampfer zumindest weitestgehend zurückgehal­ ten und ein Transport des flüssigen Kältemittels durch ein sogenanntes "Mitreißen" in den nachgeordneten Verdampfer unterbunden ist.

Gemäß einer nächsten bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung ist vorgesehen, daß dem Kältemittelsammler in Fließrichtung des zwangsweise umge­ wälzten Kältemittels ein weiterer, in einen Kältemittelverbindungskanal zum nachgeordne­ ten Verdampfer eingebrachter, hinsichtlich seines Fassungsvolumens vergrößerter Ka­ nalabschnitt nachgeschaltet ist.

Durch eine derartige Maßnahme ist nicht nur ein weiterer Pufferraum geschaffen, son­ dern zusätzlich auch noch besonders sichergestellt, daß beim Betrieb des Kältemittelver­ dichters das flüssige Kältemittel deutlich weniger stark mitgerissen wird und somit eine ungewollte Kühlung des einen gewissen Zeitabschnitt aus dem Kältekreislauf ausgeblen­ deten Verdampfer sichergestellt ist.

Nach einer nächsten bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung ist vorgesehen, daß sich der vergrößerte Kanalabschnitt des Kältemittelverbindungskanals zumindest in den Anfangsbereich des nachgeordneten Verdampfers erstreckt.

Durch diese Maßnahme in Verbindung mit den am vorgelagerten Verdampfer vorge­ nommenen Maßnahmen, nämlich der Schaffung eines Kältemittelsammlers und die eines vergrößerten Kanalabschnittes ist eine besonders effektive Stauraumvergrößerung zur Pufferung von flüssigem Kältemittel geschaffen, wodurch sich die Füllbreite des Ver­ dampfersystems mit flüssigem Kältemittel besonders deutlich erhöhen läßt. Ferner ist für jeden der beiden Verdampfer eine zumindest weitestgehend über deren Fläche gleichmä­ ßige Kälteübertragung geschaffen.

In der Großserie besonders fertigungsfreundlich herstellen lassen sich die Verdampfer, wenn nach einer nächsten vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen ist, daß die Verdampfer durch Platinenabschnitte einer nach dem Roll-Bond- oder nach dem Z-Bond-Verfahren hergestellten Verdampferplatine gebildet sind.

Besonders zweckmäßig ausbildbar ist ein Kühlgerät mit Verdampfern, wenn nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen ist, daß die Verdampfer eine unterschiedliche Kälteleistung aufweisen, wobei der nach­ geordnete Verdampfer geringerer Kälteleistung als Kühlfachverdampfer und der andere als Frischkühlverdampfer ausgebildet ist.

Gemäß einer letzten bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung ist vorgesehen, daß die Verdampferplatine drei als Verdampfer dienende Platinenabschnitte umfaßt, von denen der in Reihenschaltung voraneilende als Gefrierfachverdampfer, der unmittelbar nachfolgende als Frischkühlverdampfer und der diesem nachgelagerte als Kühlfachverdampfer ausgebildet ist.

In Verbindung mit den Kältemittelpuffermaßnahmen innerhalb des dem Kühlfachver­ dampfer vorgelagerten Frischkühlfachverdampfers läßt sich nicht nur die Füllbreite des Verdampfersystems mit flüssigem Kältemittel zumindest auf den doppelten Wert gegen­ über der herkömmlichen Verdampfersysteme steigern, sondern auch sicherstellen, daß der Kühlfachverdampfer für den Fall, daß das Reservoir zur Aufnahme von flüssigem Kältemittel innerhalb des Kältekreislaufes geschaltet ist, nicht mit flüssigem Kältemittel beaufschlagt und somit bestimmungsgemäß nicht gekühlt ist. Gleichzeitig ist die Käl­ temittelmenge aber geeignet, am Gefrierfachverdampfer die volle Kälteleistung zu erhal­ ten.

Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung anhand eines in der beigefügten Zeichnung vereinfacht dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.

Die einzige Figur zeigt eine in ein Einkreiskältesystem eingebundene Verdampferplatine mit drei Verdampfern, von denen der in der Reihenschaltung der Verdampfer zwischen den beiden Verdampfern angeordnete Frischkühlfachverdampfer mit Sammelmitteln zur Pufferung von Kältemittel ausgestattet ist.

In der einzigen Figur ist in vereinfachter schematischer Darstellung ein Einkreiskältesy­ stem 10 gezeigt, welches einen Verdichter 11 und einen Verflüssiger 12 aufweist, an dessen Ausgang ein zur Aufnahme von flüssigem Kältemittel dienendes Reservoir 13 vorgesehen ist, welches über ein von einer nicht gezeigten Steuerelektronik angesteuer­ ten Drei-/Zweiwegemagnetventil 14 in den Kältekreislauf schaltbar ist. Dem Magnetventil 14 ist an seiner Ausgangsseite ein Trockner 15 nachgeordnet, welchem wiederum eine als Kapillarrohr ausgebildete Drossel 16 nachgelagert ist. Das Kapillarrohr 16 ist einem zu einer einstückigen Verdampferplatine 17 gehörende Platinenabschnitt 18 zugeführt, wel­ cher in seiner Einbaulage als u-förmig abgewinkelter Gefrierfachverdampfer ausgebildet ist, in dessen durch einen seiner Schenkel gebildeten Decke das Kapillarrohr 16 verprägt ist und als Einspritzstelle 19 dient. An die Einspritzstelle 19 schließt sich ein über die Flä­ che des Platinenabschnitts 18 geführter Kältemittelkanal 20 an, welcher als sogenannter Einfachkanal aus der Decke des Gefrierfachverdampfers herausgeführt und über einen an die Verdampferplatine 17 mitangeformten Verbindungssteg 21 als Einfachkanal einem als Frischkühlfachverdampfer ausgebildeten Platinenabschnitts 22 zugeführt ist, welcher kältetechnisch dem als Gefrierfachverdampfer ausgebildeten Platinenabschnitt 18 nachgeordnet ist. Der als Einfachkanal dem Platinenabschnitt 22 zugeführte Kältemit­ telkanal 20 weist innerhalb des Platinenabschnitts 22 einen im Hinblick auf den Quer­ schnitt des Einfachkanals mit deutlich vergrößertem Kanalquerschnitt ausgestatteten Ka­ nalabschnitt 23 auf, welchem ein über einen Einfachkanalabschnitt angebundener Käl­ temittelsammler 24 nachgeschaltet ist, welcher zusammen mit dem vergrößertem Kanal­ abschnitt 23 als Puffer für flüssiges Kältemittel innerhalb des Platinenabschnitts 22 dient. Durch den ausgangsseitig am Platinenabschnitt 22 angeordneten Kältemittelsammler 24, insbesondere durch dessen sackähnlichen Aufbau, wird zugleich zumindest weitestge­ hend sichergestellt, daß flüssiges Kältemittel beim Betrieb des Kältemittelverdichters 11 innerhalb des Platinenabschnitts 22 zurückgehalten ist. Dem Kältemittelsammler 24 ist ausgangsseitig ein ebenfalls in seinem Querschnitt vergrößerter Kanalabschnitt 25 des Kältemittelkanals 20 nachgelagert, welcher zumindest zu einem bestimmten Teil seiner Länge innerhalb des Verbindungssteges 21 angeordnet ist und welcher auf seiner dem Kältemittelsammler 24 zugewandten Zuflußseite einen als Doppelkanal 26 ausgebildeten Kanalteil aufweist, welcher ausschließlich auf dem Verbindungssteg 21 vorgesehen ist. Der Doppelkanal 26 ist in einem ähnlich dem vergrößerten Kanalabschnitt 23 ausgebil­ deten Kanalteil 27 des Kanalabschnittes 25 zusammengeführt, wobei der Kanalteil 27 über einen Teil seiner Länge innerhalb des Verbindungssteges 21 angeordnet ist, wäh­ rend sein überwiegender Längenabschnitt innerhalb eines dem Platinenabschnitt 22 käl­ tetechnisch nachgelagerten, als Kühlfachverdampfer dienenden Platinenabschnitt 28 vor­ gesehen ist. Im Anschluß an den Kanalteil 27 innerhalb des Platinenabschnitts 28 ist der Kältemittelkanal 20 wiederum als Einfachkanal weitergeführt und über den Verbindungs­ steg 21 auf den Platinenabschnitt 18 zurückgeführt, wo er in dessen Deckenabschnitt an einer Absaugstelle 29 mündet.

Neben der beispielsweise im Roll-Bond- oder Z-Bond-Verfahren hergestellten Verdamp­ ferplatine 17 ist die Erfindung auch auf einzelne Verdampferplatinen anwendbar.

Claims (8)

1. Einkreiskältesystem mit einem wahlweise-anhand von Umlenkmitteln- in sei­ nen Kältekreislauf schaltbaren Reservoir zur Aufnahme von Kältemitteln und wenigstens zwei Verdampfern, von denen der in der Reihenschaltung nach­ geordnete Verdampfer hinsichtlich seiner Temperatur durch den Kältemittel­ entzug anhand des Reservoirs gesteuert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der in Reihenschaltung vorgelagerte Verdampfer (22) eine Kältemittelka­ nalanordnung aufweist, welche zumindest weitestgehend mit zum Puffern von flüssigem Kältemittel dienenden Sammelmitteln (23; 24) ausgestattet ist.

2. Einkreiskältesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelmittel (23, 24) aus einer Kombination wenigstens eines Kältemittel­ sammlers (24) und eines hinsichtlich seines Fassungsvolumens gegenüber einem Einfachkanal vergrößerten Kanalabschnitt (23) gebildet sind.

3. Einkreiskältesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kältemittelsammler (24) und der vergrößerte Kanalabschnitt (23) in Reihen­ schaltung hintereinander angeordnet sind, wobei der Kältemittelsammler (24) im vergrößerten Kanalabschnitt (23) in Fließrichtung des zwangsweise-umge­ wälzten Kältemittels nachgelagert ist.

4. Einkreiskältesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Kältemittelsammler (24) in Fließrichtung des zwangsweise umgewälzten Kältemittels ein weiterer in einen Kältemittelverbindungskanal zum nachgeordneten Verdampfer (28) eingebrachter, hinsichtlich seines Fas­ sungsvolumens vergrößerter Kanalabschnitt (25) nachgeschaltet ist.

5. Einkreiskältesystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich der vergrößerte Kanalabschnitt (25) des Kältemittelverbindungskanals zumin­ dest in den Anfangsbereich des nachgeordneten Verdampfers (28) erstreckt.

6. Einkreiskältesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verdampfer eine unterschiedliche Kälteleistung aufweisen, wobei der nachgeordnete Verdampfer (28) geringerer Kälteleistung als Kühl­ fachverdampfer und der andere mit den Sammelmitteln (23, 24) ausgestattete Verdampfer (22) als Frischkühlfachverdampfer ausgebildet ist.

7. Einkreiskältesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verdampfer durch Platinenabschnitte (22, 28) einer nach dem Roll-Bond- oder nach dem Z-Bond-Verfahren hergestellten Verdampfer­ platine (17) gebildet sind.

8. Einkreiskältesystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampferplatine (17) drei als Verdampfer dienende Platinenabschnitte (18, 28) umfaßt, an denen der in Reihenschaltung voraneilende als Gefrier­ fachverdampfer (18) der unmittelbar nachfolgende, mit den Sammelmitteln (23, 24) versehene als Frischkühlfachverdampfer (22) und der diesem nach­ gelagerte Verdampfer als Kühlfachverdampfer (28) ausgebildet ist.