EP2426434A1 - Kühlmöbel mit wenigstens zwei thermisch voneinander getrennten Fächern - Google Patents

Kühlmöbel mit wenigstens zwei thermisch voneinander getrennten Fächern Download PDF

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EP2426434A1
EP2426434A1 EP11190861A EP11190861A EP2426434A1 EP 2426434 A1 EP2426434 A1 EP 2426434A1 EP 11190861 A EP11190861 A EP 11190861A EP 11190861 A EP11190861 A EP 11190861A EP 2426434 A1 EP2426434 A1 EP 2426434A1
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EP
European Patent Office
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expansion valve
refrigerant
evaporator
compartments
refrigeration
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11190861A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Bauer
Matthias Mrzyglod
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Publication of EP2426434A1 publication Critical patent/EP2426434A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F25B5/00—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity
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Definitions

  • the invention relates to a refrigerator with at least two thermally separated compartments, the evaporator are together with a compressor and a condenser in a refrigerant circuit and are acted upon by the compressor at a signaling of a refrigeration demand in the subjects with liquid refrigerant, wherein the contribution to refrigeration refrigerant amount is controllable. Furthermore, the invention relates to a method suitable for operating this refrigerated appliance.
  • German Auslegeschrift DE 23 50 998 described a refrigeration cabinet with single circuit, which is designed inexpensively with only a single entry point for the refrigerant in the evaporator.
  • a freezer compartment and a normal refrigeration compartment each evaporator are assigned, which are connected in series in the refrigeration cycle.
  • this series connection of the evaporator has the disadvantage that the dimensioning of the individual evaporator must be made according to the refrigeration demand existing in the individual subjects, or the temperature requirements given there. Consequently, the design of the evaporators can not be optimized with regard to a desired energy efficiency, since for this purpose the evaporators would have to be designed as large as possible.
  • the temperature of the individual compartments can not be adjusted independently of each other, since in such refrigeration units with cooling required in a downstream in the refrigerant flow compartment also takes place in the upstream of this compartment subjects cooling.
  • cooling furniture in the refrigerant circuit in front of a branch leading to the evaporators, a reservoir for the intermediate storage of liquid refrigerant. From this it is possible to introduce additional refrigerant into the refrigerant circuit in a targeted manner by heating the reservoir in the event of an increased demand for refrigerant, in particular during simultaneous operation of both evaporators.
  • the refrigerant to be introduced into the evaporator is withdrawn from the condenser according to its needs for one or simultaneously at several sampling points.
  • variable amount of refrigerant energy-consuming storage means or inefficiently used condenser can be used.
  • the parallel arrangement of several evaporators due to the dual design of the injection system (valve, throttle capillary, injection point) leads to significant additional costs compared to single circuits.
  • the object of the invention is to find a cost-effective refrigerated cabinets with at least two thermally separated compartments and a suitable method for operating this cabinet in which a subject specific temperature control using only a single common refrigeration cycle and given a uniform, modular production of evaporator components is possible ,
  • each of these compartments is associated with an evaporator.
  • an expansion valve and these evaporators are connected in series in a refrigerant circuit.
  • at least two states with different non-vanishing flow coefficients can be set on the expansion valve.
  • the invention is thus based on a targeted change in the flow coefficient of an expansion valve in the refrigerant circuit of a refrigerated cabinet.
  • the refrigerant flow through the evaporator of the refrigerator can be changed specifically.
  • this causes a change in the ratio of liquid to gaseous refrigerant in the individual evaporators, and thus a change in the cooling capacity available in the evaporators.
  • the advantages of the invention are particularly useful in multi-zone refrigeration appliances, in which individual subjects such as freezer compartment, normal refrigeration compartment, basement compartment and / or 0 ° compartment to be individually supplied and actively controlled.
  • the expansion valve In order to enable a targeted control or regulation of the refrigerant flow through the evaporator, it is conceivable on the one hand to design the expansion valve such that its flow coefficient is infinitely adjustable. On the other hand, it is also very possible to carry out the expansion valve with switchable discrete flow coefficients. Such a discrete switchability is particularly useful in embodiments of refrigerated furniture, which have a few thermally separated compartments.
  • thermoly separated compartments of the refrigerator temperature sensor are connected to an evaluation circuit for signaling a refrigeration demand in the individual compartments, this evaluation circuit forming part of a temperature control. If this temperature control is signaled via one of the temperature sensor in at least one of the compartments of the refrigerator furniture cooling demand, through which the flow coefficient of the expansion valve is adjusted so that the refrigerant flowing through it is preferably evaporated in the compartment in which the refrigeration demand was detected.
  • a refrigerator with at least two thermally separated compartments can be provided, each of the compartments is associated with an evaporator, in which an expansion valve and these evaporators are connected in series in a flow of refrigerant through the refrigerant circuit.
  • At the expansion valve at least two states with different non-vanishing flow coefficients are adjustable.
  • a refrigeration unit comprises at least two compartments that are thermally separated from each other, wherein each of the compartments is associated with an evaporator in which an expansion valve and these evaporators are connected in series in a refrigerant circuit through which refrigerant flows, wherein at least two states with different non-vanishing flow coefficients are connected to the expansion valve are adjustable.
  • the flow coefficient of the expansion valve is infinitely adjustable.
  • the expansion valve is switchable between discrete values of the flow coefficient.
  • the expansion valve comprises two parallel line sections and a blocking member for shutting off one of the two line sections in one of the two states.
  • a third state is further adjustable on the expansion valve, in which it is impermeable to the refrigerant.
  • the evaporators are formed on a common carrier.
  • a reservoir located downstream of the condenser, which serves to receive or temporarily store liquid refrigerant, is located in the refrigeration circuit.
  • the thermally separated compartments each have a temperature sensor associated with them, these temperature sensors are connected to an evaluation circuit for signaling a refrigeration demand, which forms part of a temperature control.
  • a method for operating a refrigerated cabinet with at least two thermally separated compartments, in particular according to the aforementioned aspect and / or one of the aforementioned embodiments, in which refrigeration demand is detected in the compartments of the refrigerated cabinet and the supply of refrigeration characterized in that the control of the refrigerant supply by adjusting at least two states with different non-vanishing flow coefficients in a controllable expansion valve, wherein the state is selected thereafter, in Which of the subjects the cooling requirement is detected.
  • a high flow coefficient of the expansion valve is set and a low flow coefficient of the expansion valve is set when refrigerant demand is detected in a compartment whose evaporator is close to the expansion valve.
  • the expansion valve when there is no refrigeration requirement in any of the compartments of the refrigerated cabinet, the expansion valve is kept closed.
  • a refrigeration unit was used with only two subjects to simplify the presentation.
  • the invention is not limited to such an embodiment, but can be transferred by expert action thereof on cooling furniture with any number of subjects.
  • the Fig. 1 shows a refrigerated cabinet 20, which has two compartments 21, 21 ', which are to be regulated to different temperatures. Each of the compartments 21, 21 'is associated with an evaporator 2, 2'. These evaporators 2, 2 'lie in a refrigerant circuit 1 through which refrigerant flows in series behind a compressor 3, a condenser 4 and an expansion valve 5.
  • Each of the compartments 21, 21 ' is associated with a temperature sensor 12, 12'.
  • These temperature sensors 12, 12 ' are connected to an evaluation circuit 11 for signaling a refrigeration demand, which forms part of a temperature control 10.
  • the temperature control 10 switches on the compressor 3 via a control line 14 when refrigeration demand is detected in one of the compartments, and off again when no more refrigeration demand is detected.
  • the temperature control controls 10 in the signaling of a refrigeration demand in at least one compartment 12, 12 'via a control line 13, the expansion valve 5 to adjust depending on the detected refrigeration demand whose flow coefficients.
  • the temperature control 10 at the expansion valve 5 will enter one of two discrete non-zero values of the flow coefficient, namely a low refrigeration requirement in the compartment 21' and a high value Refrigeration demand in compartment 21.
  • the passage coefficient of the expansion valve 5 is set small by the temperature control 10, more refrigerant is extracted by the compressor 3 from the evaporators 2, 2 ', as is introduced via the expansion valve 5 in the evaporator 2, 2'.
  • the pressure in the evaporators is low, the evaporation temperature accordingly low. In this way, the refrigerant evaporates only in the vicinity of its exit point from the expansion valve 5, in the evaporator 2 ', and essentially only the compartment 21' is cooled.
  • the passage coefficient of the expansion valve 5 is made large by the temperature control 10. Since less refrigerant is sucked through the compressor 3, as is introduced via the expansion valve 5 in the evaporator 2, 2 ', the pressure in the evaporator and, accordingly, the boiling point of the refrigerant increases. If it is higher than the temperature of the compartment 21 ', the refrigerant passes through the evaporator 2' without evaporating, and first evaporates in the evaporator 2 of the warmer compartment 21. In this way, substantially only the compartment 21 'is cooled.
  • a mean transmission coefficient can be selected if there is a simultaneous need for refrigeration in both compartments 21, 21 '. Then in each case a part of the refrigerant evaporates in the evaporator 21 'and the rest in the evaporator 21st
  • the same average transmission coefficient can be selected if the compartment 21 'has an unusually high refrigeration demand, for example during rapid freezing of newly stored refrigerated goods.
  • a refrigerator has three or more fans cooled by series-connected evaporators, and an expansion valve upstream of the evaporators in a refrigerant circuit is switchable between at least as many values of the transmission coefficient as there are compartments.
  • the values are each chosen such that, when one of these values is set, the evaporation of the refrigerant takes place predominantly in an evaporator assigned to this value.
  • the value of the passage coefficient assigned to an evaporator is the higher the further downstream the associated evaporator lies in the refrigerant circuit.
  • an expansion valve with continuously variable transmission coefficient can be used. Particularly simple and sufficient for most applications are expansion valves where only a small number of discrete values of the transmission coefficient are adjustable.
  • Fig. 2 Three possible embodiments of this suitable expansion valve 5 are shown. All embodiments are the same splitting (for example by means of T-piece) of the main line 31 of the refrigerant circuit at the entrance to the expansion valve 5 in two parallel conduit paths. After this splitting, these two conduction paths are fed to a blocking member 30.
  • This locking member 30, z. B. a directional control valve has a first switching stage, in which both conduction paths are shut off, a second switching stage, in which one of the two conduction paths open and the other is shut off, and a third switching stage, in which the other conduction path is open, wherein the a conduction path in this third switching stage may be open or disabled.
  • a capillary tube 34 At the exit of the locking member 30 is a capillary tube 34, which opens in a conventional manner directly into the evaporator 21 '.
  • expansion valve 5 When in the Fig. 2a ) outlined above exemplary embodiment of the expansion valve 5 include the above-mentioned parallel guided conduction paths upstream of the inputs of the locking member 30 capillary tubes 32, 33 of different length and the same cross-section. Depending on the switching stage of the blocking member 30, the refrigerant flows through the capillary tube 32, the capillary tube 33 or through both parallel, resulting in each case different flow coefficients of the expansion valve 5.
  • a multi-stage controllable expansion valve is not on in the Fig. 2 limited embodiments shown.
  • orifices can be used in an otherwise spacious refrigerant line.
  • More than two non-zero values of the flow coefficient can be realized by providing a four-position directional control valve corresponding to the four possible combinations of "open” and “locked” of the two branches, or by making the main line 31 in the expansion valve 5 more than two parallel, individually switchable line branches is split.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kühlmöbel (20) mit wenigstens zwei thermisch voneinander getrennten Fächern (21, 21'), wobei jedem der Fächer (21, 21') ein Verdampfer (2, 2') zugeordnet ist, bei welchem ein Expansionsventil und diese Verdampfer (2, 2') in einem von Kältemittel durchströmten Kältekreis (1) hintereinander geschaltet sind. Expansionsventil ist zwischen wenigstens so vielen nichtverschwindenden Werten eines Durchflusskoeffizienten umschaltbar ist wie Fächer vorhanden sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kühlmöbel mit wenigstens zwei thermisch voneinander getrennten Fächern, deren Verdampfer zusammen mit einem Verdichter und einem Verflüssiger in einem Kältekreis liegen und von dem Verdichter bei einer Signalisierung eines Kältebedarfs in den Fächern mit flüssigem Kältemittel beaufschlagt werden, wobei die zur Kälteerzeugung beitragende Kältemenge steuerbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein zum Betrieb dieses Kühlmöbels geeignetes Verfahren.
  • Zur Regelung unterschiedlicher Fächer eines Kühlmöbels auf unterschiedliche Temperaturniveaus sind unterschiedlichste Ausgestaltungen von Kühlmöbeln bekannt.
  • So wird beispielsweise in der deutschen Auslegeschrift DE 23 50 998 ein Kühlmöbel mit Einfachkreislauf beschrieben, welches kostengünstig mit lediglich einer einzigen Eintrittstelle für das Kältemittel in die Verdampfer ausgestaltet ist. Hierbei sind einem Tiefkühlfach und einem Normalkühlfach jeweils Verdampfer zugeordnet, welche im Kältekreislauf hintereinander geschaltet sind. Diese Hintereinanderschaltung der Verdampfer hat jedoch den Nachteil, dass die Dimensionierung der einzelnen Verdampfer entsprechend des in den einzelnen Fächern bestehenden Kältebedarfs, beziehungsweise den dort gegebenen Temperaturanforderungen, erfolgen muss. Folglich lassen sich die Verdampfer in ihrer Gestaltung nicht hinsichtlich einer erwünschten Energieeffizienz optimieren, da hierzu die Verdampfer möglichst großflächig ausgelegt werden müssten. Auch ist es von besonderem Nachteil, dass sich die Temperatur der einzelnen Fächer nicht unabhängig voneinander einstellen lässt, da bei derartigen Kühlmöbeln bei benötigter Kühlung in einem im Kältemittelstrom abwärtsliegenden Fach gleichzeitig auch eine Kühlung in den bezüglich dieses Fachs stromaufwärts liegenden Fächern erfolgt.
  • Um bei Kühlmöbeln mit mehreren Kühlfächern diese möglichst unabhängig voneinander kühlen zu können, wird vorgeschlagen, den einzelnen Kühlfächern individuell ansteuerbare Kühlkreisläufe zuzuordnen. Derartige Kühlmöbel werden beispielsweise in den deutschen Offenlegungsschriften DE 35 08 805 A1 oder DE 40 20 537 A1 beschrieben. Dabei sind die den einzelnen Kühlfächern zugeordneten Verdampfer in einem Kältemittelkreis miteinander parallelgeschaltet. Die Eintrittstellen des Kältemittels in diese Verdampfer weisen absperrbare Drosselventile auf. Diese Drosselventile werden von einer Temperaturregelung individuell angesteuert und hierdurch dann geöffnet, wenn in dem jeweiligen Kühlfach ein Kältebedarf festgestellt wird. Bei dem in der DE 35 08 805 A1 beschriebenen Kühlmöbel ist im Kältemittelkreis vor einer zu den Verdampfern führenden Verzweigung ein Reservoir zur Zwischenspeicherung von flüssigem Kältemittel vorgesehen. Hieraus kann bei erhöhtem Kältemittelbedarf, insbesondere bei gleichzeitigem Betrieb beider Verdampfer, gezielt durch Beheizung des Reservoirs zusätzliches Kältemittel in den Kältemittelkreis eingebracht werden. Bei dem in der DE 40 20 537 A1 beschriebenen Kühlmöbel wird das in die Verdampfer einzubringende Kältemittel entsprechend dessen Bedarf an einer bzw. gleichzeitig an mehreren Entnahmestellen dem Verflüssiger entzogen. Nachteilig wirkt sich bei diesem Stand der Technik aus, dass zum Zweck der Steuerung der aus der Zu- bzw. Abschaltung der einzelnen Verdampfer resultierenden, variablen Menge an Kältemittel energieverbrauchende Speichermittel oder aber ineffizient genutzte Verflüssiger verwendet werden. Auch führt die parallele Anordnung von mehreren Verdampfern auf Grund der zweifachen Auslegung des Einspritzsystems (Ventil, Drosselkapillare, Einspritzstelle) zu deutlichen Mehrkosten gegenüber Einfachkreisläufen.
  • Ein Einfachkreislauf, der gegenüber den obigen Systemen kostengünstig und energieeffizient realisierbar ist und trotzdem die einzelnen Kühlfächer des Kühlmöbels weitgehend individuell in ihrer Temperatur regelbar gestaltet, wird in der deutschen Offenlegungsschrift DE 44 33 712 A1 beschrieben. Hierbei liegen im dem Kältekreislauf mehrere Verdampfer in Reihe, welchen entlang der Strömungsrichtung des Kältemittels einem Gefrierfach, einem Kaltlagerfach und einem Normalkühlfach zugeordnet sind. Um die einzelnen Fächer des Kühlmöbels individuell zu kühlen, wird die Menge der in die Kette von Verdampfern eingebrachten Kältemenge gezielt gesteuert. Dann, wenn nur der an erster Stelle hinter dem Verflüssiger liegende Verdampfer des Gefrierfachs gekühlt werden soll, wird dem Kühlkreislauf Kältemittel entzogen und in einem Reservoir zwischengespeichert. Dies führt in der Verdampferkette zu einer Verarmung an Kältemittel, so dass in dem nachgeordneten Verdampfer des Normalkühlfachs keine Kühlung mehr erfolgt. Soll aber nun dieses Normalkühlfach gekühlt werden, so wird der vom Verflüssiger kommende Kältemittelstrom durch Umlenkung des Kühlkreislaufes durch das Reservoir geführt, so dass hierdurch aus diesem eine erhöhte Menge von Kältemittel in die Verdampfer einfließt. Durch diesen mittels eines Magnetventils gesteuerten Umlenkmechanismus im Kältekreislauf kann mit minimalem Energieaufwand die Menge an zur Verfügung stehendem Kältemittel gesteuert werden und im gleichen Zuge der Verflüssiger auch bei geringem Bedarf an Kältemittel dieses ungehindert zur Einlagerung im Reservoir erzeugen und zwischenspeichern. Auch hier führt die geschaltete Kältemittelleitung durch das Reservoir bzw. an diesem vorbei zu erhöhten Mehrkosten bei der Fertigung des Kühlmöbels.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein kostengünstiges Kühlmöbel mit wenigstens zwei thermisch voneinander getrennten Fächern sowie ein zum Betrieb dieses Kühlmöbels geeignetes Verfahren zu finden, bei welchem eine fachspezifische Temperaturregelung unter Verwendung nur eines einzigen gemeinsamen Kältekreislaufs gegeben und eine einheitliche, modulare Fertigung der Verdampferkomponenten ermöglicht ist.
  • Die Aufgabe wird durch ein Kühlmöbel und ein zum Betrieb dieses Kühlmöbels geeignetes Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung werden durch die Unteransprüche beschrieben.
  • Bei dem Kühlmöbel mit wenigstens zwei thermisch voneinander getrennten Fächern ist jedem dieser Fächer ein Verdampfer zugeordnet. Hierbei sind ein Expansionsventil und diese Verdampfer in einem Kältemittelkreis hintereinander geschaltet. In erfinderischer Weise sind hierbei an dem Expansionsventil wenigstens zwei Zustände mit unterschiedlichen nichtverschwindenden Durchflusskoeffizienten einstellbar.
  • Die Erfindung beruht somit auf einer gezielten Veränderung des Durchflusskoeffizienten eines Expansionsventils im Kältemittelkreis eines Kühlmöbels. Hiermit lässt sich der Kältemittelstrom durch die Verdampfer des Kühlmöbels gezielt verändern. In einem Kühlmöbel mit Einfachkreislauf bewirkt dies eine Veränderung des Verhältnisses von flüssigem zu gasförmigem Kältemittel in den einzelnen Verdampfern und somit eine Veränderung der in den Verdampfern verfügbaren Kühlleistung.
  • Aus der so erreichten Variabilität der Kühlleistung ergibt sich, dass die Abmessungen der einzelnen Verdampfer nicht mehr, wie bisher bei Kühlmöbeln mit in Reihe verbundenen Verdampfern üblich, durch das erwartete Verhältnis der in den einzelnen Fächern benötigten Kühlleistungen bestimmt ist. Die Verdampfer können daher im Hinblick auf optimale Energieeffizienz großformatig bemessen werden.
  • Die Vorteile der Erfindung kommen insbesondere bei Mehrzonenkühlgeräten zum Tragen, bei denen einzelnen Fächer wie etwa Gefrierfach, Normalkühlfach, Kellerfach und/oder 0°-Fach individuell versorgt und aktiv geregelt werden sollen.
  • Da sich die Verdampfer des Kühlmöbels durch die Erfindung unabhängig vom Kältebedarf in den einzelnen Fächern frei gestalten/dimensionieren lassen, eröffnet sich gewinnbringend das Potential, Mehrzonenkühlmöbel herzustellen, deren Komponenten (insbesondere Verdampfer) einheitlich (modular) in großer Stückzahl verwendet werden können und hierbei die Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Kühlmöbel hinsichtlich Energieeffizienz und Regelbarkeit der Fächer eröffnet.
  • Es ist bei der Fertigung der Verdampfer für die einzelnen Kühlfächer des Kühlmöbels dabei nicht notwendig, diese als einzelne, individuelle Komponenten zu fertigen und zur Montage am Kühlmöbel zur Verfügung zu stellen. Es ist vielmehr besonders vorteilhaft, die einzelnen Verdampfer auf einem gemeinsamen Träger auszubilden und so ein schnell und kostengünstig verbaubares Verdampfermodul zu schaffen.
  • Um eine gezielte Steuerung bzw. Regelung des Kältemittelflusses durch die Verdampfer zu ermöglichen, ist es zum einen denkbar das Expansionsventil so auszugestalten, dass sein Durchflusskoeffizient stufenlos einstellbar ist. Zum anderen ist es sehr wohl auch möglich, das Expansionsventil mit umschaltbaren diskreten Durchflusskoeffizienten auszuführen. Eine derartig diskrete Umschaltbarkeit bietet sich insbesondere bei Ausgestaltungen von Kühlmöbeln an, welche wenige thermisch voneinander getrennte Fächer aufweisen.
  • Um die Temperatur in dem Kühlmöbel besonders vorteilhaft regeln zu können, ist es möglich, den thermisch voneinander getrennten Fächern des Kühlmöbels Temperaturfühler zuzuordnen. Dabei stehen diese Temperaturfühler mit einer Auswerteschaltung zur Signalisierung eines Kältebedarfs in den einzelnen Fächern in Verbindung, wobei diese Auswerteschaltung einen Teil einer Temperaturregelung bildet. Wenn dieser Temperaturregelung über einen der Temperaturfühler in wenigstens einem der Fächer des Kühlmöbels ein Kältebedarf signalisiert wird, wird durch diese der Durchflusskoeffizient des Expansionsventils so eingestellt, dass das hindurchströmende Kältemittel bevorzugt in demjenigen Fach verdampft, in dem der Kältebedarf erfasst wurde.
  • So kann ein Kühlmöbel mit wenigstens zwei thermisch voneinander getrennten Fächern bereitgestellt werden, wobei jedem der Fächer ein Verdampfer zugeordnet ist, bei welchem ein Expansionsventil und diese Verdampfer in einem von Kältemittel durchströmten Kältekreis hintereinander geschaltet sind. An dem Expansionsventil sind wenigstens zwei Zustände mit unterschiedlichen nichtverschwindenden Durchflusskoeffizienten einstellbar.
  • Gemäß einem Aspekt umfasst ein Kühlmöbel wenigstens zwei thermisch voneinander getrennten Fächer, wobei jedem der Fächer ein Verdampfer zugeordnet ist, bei welchem ein Expansionsventil und diese Verdampfer in einem von Kältemittel durchströmten Kältekreis hintereinander geschaltet sind, wobei an dem Expansionsventil wenigstens zwei Zustände mit unterschiedlichen nichtverschwindenden Durchflusskoeffizienten einstellbar sind.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist der Durchflusskoeffizient des Expansionsventils stufenlos einstellbar.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist das Expansionsventil zwischen diskreten Werten des Durchflusskoeffizienten umschaltbar.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Expansionsventil zwei parallele Leitungsabschnitte und ein Sperrglied zum Absperren eines der zwei Leitungsabschnitte in einem der zwei Zustände.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist an dem Expansionsventil ferner ein dritter Zustand einstellbar, in dem es für das Kältemittel undurchlässig ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform sind die Verdampfer auf einem gemeinsamen Träger ausgebildet.
  • Gemäß einer Ausführungsform befindet sich im Kältekreis ein dem Verflüssiger nachgeordnetes Reservoir, das der Aufnahme bzw. Zwischenspeicherung von flüssigem Kältemittel dient.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist den thermisch voneinander getrennten Fächern jeweils ein Temperaturfühler zugeordnet, wobei diese Temperaturfühler mit einer Auswerteschaltung zur Signalisierung eines Kältebedarfs in Verbindung stehen, welche einen Teil einer Temperaturregelung bildet.
  • Gemäß einem Aspekt wird zum Betrieb eines Kühlmöbels mit wenigstens zwei thermisch voneinander getrennten Fächern, insbesondere nach dem vorgenannten Aspekt und/oder einer der vorstehend genannten Ausführungsformen, ein Verfahren herangezogen, bei welchem Kältebedarf in den Fächern des Kühlmöbels erfasst wird und die Versorgung von zur Kälteerzeugung den Fächern zugeordneten und in Reihe verbundenen Verdampfern mit flüssigem Kältemittel in Abhängigkeit von dem Kältebedarf gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Kältemittelversorgung durch Einstellen wenigstens zweier Zustände mit unterschiedlichen nichtverschwindenden Durchflusskoeffizienten in einem steuerbaren Expansionsventil erfolgt, wobei der Zustand danach gewählt wird, in welchem der Fächer der Kältebedarf erfasst wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird bei Erfassung von Kältebedarf in einem Fach, dessen Verdampfer weit von dem Expansionsventil entfernt ist, ein hoher Durchflusskoeffizient des Expansionsventils eingestellt und bei Erfassung von Kältebedarf in einem Fach, dessen Verdampfer nah am Expansionsventil liegt, ein niedriger Durchflusskoeffizient des Expansionsventils eingestellt.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird dann, wenn in keinem der Fächer des Kühlmöbels ein Kältebedarf besteht, das Expansionsventil geschlossen gehalten.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
    • Fig. 1
    ein Kühlmöbel mit einem Expansionsventil gemäß der vorliegenden Erfindung,
    Fig. 2
    mögliche Ausgestaltungen eines in dem Kühlmöbel einsetzbaren, dreistufig schaltbaren Expansionsventils.
  • Bei dem in der Fig.1 beispielhaft aufgezeigten Ausführungsbeispiel wurde zur Vereinfachung der Darstellung ein Kühlmöbel mit nur zwei Fächern herangezogen. Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf eine derartige Ausgestaltungsform, sondern lässt sich durch fachmännisches Handeln hiervon ausgehend auf Kühlmöbel mit einer beliebigen Anzahl Fächern übertragen.
  • Die Fig. 1 zeigt ein Kühlmöbel 20, welches zwei Fächer21, 21' aufweist, welche auf unterschiedliche Temperatur zu regeln sind. Jedem der Fächer 21, 21' ist ein Verdampfer 2, 2' zugeordnet. Diese Verdampfer 2, 2' liegen in einem von Kältemittel durchströmten Kältemittelkreis 1 in Reihe hinter einem Verdichter 3, einem Verflüssiger 4 und einem Expansionsventil 5.
  • Jedem der Fächer 21, 21' ist ein Temperaturfühler 12, 12' zugeordnet. Diese Temperaturfühler 12, 12' stehen mit einer Auswerteschaltung 11 zur Signalisierung eines Kältebedarfs in Verbindung, welche einen Teil einer Temperaturregelung 10 bildet. In an sich bekannter Weise schaltet die Temperaturregelung 10 über eine Steuerleitung 14 den Verdichter 3 ein, wenn in einem der Fächer Kältebedarf erfasst wird, und wieder aus, wenn kein Kältebedarf mehr erfasst wird. Zusätzlich steuert die Temperaturregelung 10 bei der Signalisierung eines Kältebedarfs in wenigstens einem Fach 12, 12' über eine Steuerleitung 13 das Expansionsventil 5 an, um in Abhängigkeit vom erfassten Kältebedarf dessen Durchflusskoeffizienten einzustellen.
  • Solange in keinem der Fächer 21, 21' ein Kältebedarf besteht und folglich der Verdichter 3 ausgeschaltet ist, wird das Expansionsventil 5 durch die Temperaturregelung 10 geschlossen gehalten. Durch die hierdurch bewirkte Verhinderung des Druckausgleichs zwischen Verflüssiger 4 und Verdampfer 5 während der Standzeit des Verdichters 3 lässt sich je nach Auslegung des Kältemittelkreises eine Energieersparnis von rund 3%-10% erzielen.
  • Um bei großem Kältebedarf kurzfristig eine größere Menge flüssiges Kältemittel in die Verdampfer 2, 2' einbringen zu können, ist es von Vorteil, in den Kältekreis 1 ein dem Verflüssiger 4 nachgeordnetes Reservoir 6 einzubringen, das der Aufnahme von flüssigem Kältemittel dient. Hieraus kann bei Bedarf, beispielweise durch Erwärmung des Reservoirs 6, kurzfristig zusätzliches Kältemittel in den Kühlkreislauf eingebracht werden.
  • Wenn in einem der Fächer 21, 21' Kältebedarf erfasst wird, stellt einer einfachen Ausgestaltung zufolge die Temperaturregelung 10 am Expansionsventil 5 einen von zwei diskreten nichtverschwindenden Werten des Durchflusskoeffizienten ein, und zwar einen niedrigen Wert bei Kältebedarf im Fach 21' und einen hohen Wert bei Kältebedarf im Fach 21.
  • Wenn der Durchlasskoeffizient des Expansionsventils 5 durch die Temperaturregelung 10 klein eingestellt ist, wird durch den Verdichter 3 aus den Verdampfern 2, 2' mehr Kältemittel abgesaugt, als über das Expansionsventil 5 in die Verdampfer 2, 2' eingebracht wird. Der Druck in den Verdampfern ist niedrig, die Verdampfungstemperatur dementsprechend tief. Auf diese Weise verdampft das Kältemittel nur in der Nähe seiner Austrittstelle aus dem Expansionsventil 5, im Verdampfer 2', und es wird im Wesentlichen nur das Fach 21' gekühlt.
  • Wenn der Kältebedarf in dem von dem Expansionsventil 5 entlang des Strömungsweges des Kältemittels weiter entfernten Verdampfer 2 besteht, wird der Durchlasskoeffizient des Expansionsventils 5 durch die Temperaturregelung 10 groß gewählt. Da durch den Verdichter 3 weniger Kältemittel abgesaugt wird, als über das Expansionsventil 5 in die Verdampfer 2, 2' eingebracht wird, steigt der Druck in den Verdampfern und dementsprechend auch der Siedepunkt des Kältemittels. Wenn er höher ist als die Temperatur des Fachs 21', durchläuft das Kältemittel den Verdampfer 2', ohne zu verdampfen, und verdampft erst im Verdampfer 2 des wärmeren Fachs 21. Auf diese Weise wird im Wesentlichen nur das Fach 21' gekühlt.
  • Ein mittlerer Durchlasskoeffizient kann gewählt werden, wenn in beiden Fächern 21, 21' gleichzeitig Kältebedarf besteht. Dann verdampft jeweils ein Teil des Kältemittels im Verdampfer 21' und der Rest im Verdampfer 21.
  • Derselbe mittlere Durchlasskoeffizient kann gewählt werden, wenn das Fach 21' einen ungewöhnlich hohen Kältebedarf hat, etwa beim Schnellfrosten von neu eingelagertem Kühlgut.
  • Einer nicht gezeichneten Ausgestaltung zufolge hat ein Kühlmöbel drei oder mehr durch in Reihe verbundene Verdampfer gekühlte Fächer, und ein den Verdampfern in einem Kältemittelkreis vorgelagertes Expansionsventil ist zwischen wenigstens so vielen Werten des Durchlasskoeffizienten umschaltbar, wie Fächer vorhanden sind. Die Werte sind jeweils so gewählt, dass bei Einstellung eines dieser Werte die Verdampfung des Kältemittels überwiegend in einem diesem Wert zugeordneten Verdampfer stattfindet. Der einem Verdampfer zugeordnete Wert des Durchlasskoeffizienten ist um so höher, je weiter stromabwärts der zugeordnete Verdampfer im Kältemittelkreis liegt.
  • Um die benötigten verschiedenen Werte des Durchlasskoeffizienten einzustellen, kann ein Expansionsventil mit stufenlos steuerbarem Durchlasskoeffizienten verwendet werden. Besonders einfach und für die meisten Anwendungen ausreichend sind Expansionsventile, bei denen nur eine kleine Zahl von diskreten Werten des Durchlasskoeffizienten einstellbar sind.
  • In dem Fall des in Fig. 1 skizzierten Kühlmöbels 20, welches nur über zwei zu kühlende Fächer21, 21' verfügt, genügt es, wenn zwei verschiedene nichtverschwindende Durchlasskoeffizienten des Expansionsventils 5 einstellbar sind. Auf diese Weise lässt sich gewinnbringend eine sehr kostengünstige Temperaturregelung realisieren.
  • In der Fig. 2 werden drei mögliche Ausgestaltungen hierfür geeigneten Expansionsventils 5 aufgezeigt. Allen Ausführungsformen gleich ist die Aufspaltung (beispielsweise mittels T-Stück) der Hauptleitung 31 des Kältemittelkreises am Eingang zum Expansionsventil 5 in zwei parallele Leitungspfade. Nach dieser Aufspaltung werden diese beiden Leitungspfade einen Sperrglied 30 zugeführt. Dieses Sperrglied 30, z. B. ein Wegeventil, verfügt über eine erste Schaltstufe, in der beide Leitungspfade abgesperrt sind, eine zweite Schaltstufe, in der einer der beiden Leitungspfade offen und der andere abgesperrt ist, und eine dritte Schaltstufe, in der der andere Leitungspfad offen ist, wobei der eine Leitungspfad in dieser dritten Schaltstufe offen oder gesperrt sein kann. Am Ausgang des Sperrglieds 30 befindet sich ein Kapillarrohr 34, das in an sich bekannter Weise unmittelbar in den Verdampfer 21' mündet.
  • Bei der in der Fig. 2a) skizzierten beispielhaften Ausgestaltung des Expansionsventils 5 umfassen die oben erwähnten parallel geführten Leitungspfade den Eingängen des Sperrglieds 30 vorgeschaltete Kapillarrohre 32, 33 von unterschiedlicher Länge und gleichem Querschnitt. Je nach Schaltstufe des Sperrglieds 30 fließt das Kältemittel durch das Kapillarrohr 32, das Kapillarrohr 33 oder durch beide parallel, woraus sich jeweils unterschiedliche Durchflusskoeffizienten des Expansionsventils 5 ergeben.
  • Der gleiche Effekt wird bei der in der Fig. 2b) skizzierten Ausgestaltung des Expansionsventils 5 durch Verwendung von Kapillarrohren 42, 43 mit unterschiedlichen Querschnitten.
  • Bei dem in der Fig. 2c) skizzierten Expansionsventil ist auf nur einem der beiden Leitungszweige ein Kapillarrohr 52 vorgesehen; der andere Leitungszweig 53 weist aufgrund von geringer Länge oder großem Querschnitt keinen wesentlichen Strömungswiderstand auf. Schaltet das Sperrglied 30 seinen Durchgang auf den Leitungszweig 53, so entspricht dies einem direkten Durchschalten der Hauptleitung 31 auf das am Ausgang des Sperrgliedes30 befindliche Kapillarrohr 34. Der Leitungszweig 53 bildet somit einen Bypass um das Kapillarrohr 52.
  • Selbstverständlich ist die Ausgestaltung eines mehrstufig steuerbaren Expansionsventils nicht auf die in der Fig. 2 aufgezeigten Ausführungsformen beschränkt. Anstelle der Kapillarrohre können Blenden in einer ansonsten geräumigen Kältemittelleitung eingesetzt werden. Mehr als zwei nichtverschwindende Werte des Durchflusskoeffizienten sind realisierbar, indem ein Wegeventil mit vier Stellungen, entsprechend den vier möglichen Kombinationen von "Offen" und "Gesperrt" der zwei Leitungszweige vorgesehen wird, oder indem die Hauptleitung 31 im Expansionsventil 5 in mehr als zwei parallele, einzeln schaltbare Leitungszweige aufgespalten wird.

Claims (12)

  1. Kühlmöbel (20) mit wenigstens zwei thermisch voneinander getrennten Fächern (21, 21'), wobei jedem der Fächer (21, 21') ein Verdampfer (2, 2') zugeordnet ist, bei welchem ein Expansionsventil und diese Verdampfer (2, 2') in einem von Kältemittel durchströmten Kältekreis (1) hintereinander geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Expansionsventil (5) zwischen wenigstens so vielen nichtverschwindenden Werten eines Durchflusskoeffizienten umschaltbar ist wie Fächer vorhanden sind.
  2. Kühlmöbel nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte jeweils so gewählt sind, dass bei Einstellung eines dieser Werte die Verdampfung des Kältemittels überwiegend in einem diesem Wert zugeordneten Verdampfer stattfindet.
  3. Kühlmöbel nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der einem Verdampfer zugeordnete Wert des Durchlasskoeffizienten um so höher ist, je weiter stromabwärts der zugeordnete Verdampfer im Kältemittelkreis liegt.
  4. Kühlmöbel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Expansionsventil (5) zwischen diskreten Werten des Durchflusskoeffizienten umschaltbar ist.
  5. Kühlmöbel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Expansionsventil zwei parallele Leitungsabschnitte (32, 33, 42, 43, 52, 53) und ein Sperrglied (30) zum Absperren eines der zwei Leitungsabschnitte in einem der zwei Zustände umfasst.
  6. Kühlmöbel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Expansionsventil (5) ein Zustand einstellbar ist, in dem es für das Kältemittel undurchlässig ist.
  7. Kühlmöbel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfer (2,2') auf einem gemeinsamen Träger ausgebildet sind.
  8. Kühlmöbel nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Kältekreis (1) ein dem Verflüssiger (4) nachgeordnetes Reservoir (6) befindet, das der Aufnahme bzw. Zwischenspeicherung von flüssigem Kältemittel dient.
  9. Kühlmöbel nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den thermisch voneinander getrennten Fächern jeweils ein Temperaturfühler (12, 12') zugeordnet ist, wobei diese Temperaturfühler (12, 12') mit einer Auswerteschaltung (11) zur Signalisierung eines Kältebedarfs in Verbindung stehen, welche einen Teil einer Temperaturregelung (10) bildet.
  10. Verfahren zum Betrieb eines Kühlmöbels(20) mit wenigstens zwei thermisch voneinander getrennten Fächern (21, 21') nach einem der Patentansprüche 1 bis 9, bei welchem Kältebedarf in den Fächern (21, 21') des Kühlmöbels (20) erfasst wird und die Versorgung von zur Kälteerzeugung den Fächern (21, 21') zugeordneten und in Reihe verbundenen Verdampfern (2,2') mit flüssigem Kältemittel in Abhängigkeit von dem Kältebedarf gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung der Kältemittelversorgung das Expansionsventil (5) zwischen wenigstens so vielen nichtverschwindenden Werten eines Durchflusskoeffizienten umschaltbar ist wie Fächer vorhanden sind.
  11. Verfahren nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erfassung von Kältebedarf in einem Fach, dessen Verdampfer weit von dem Expansionsventil entfernt ist, ein hoher Durchflusskoeffizient des Expansionsventils (5) eingestellt wird und bei Erfassung von Kältebedarf in einem Fach, dessen Verdampfer nah am Expansionsventil (5) liegt, ein niedriger Durchflusskoeffizient des Expansionsventils (5) eingestellt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn in keinem der Fächer (21, 21') des Kühlmöbels (20) ein Kältebedarf besteht, das Expansionsventil (5) geschlossen gehalten wird.
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