EP3084323B1 - Kältegerät mit mehreren kältefächern - Google Patents

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EP3084323B1
EP3084323B1 EP14812547.9A EP14812547A EP3084323B1 EP 3084323 B1 EP3084323 B1 EP 3084323B1 EP 14812547 A EP14812547 A EP 14812547A EP 3084323 B1 EP3084323 B1 EP 3084323B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
refrigeration
evaporator
expansion valve
temperature
refrigeration device
Prior art date
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Active
Application number
EP14812547.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP3084323A1 (de
Inventor
Astrid Klingshirn
Niels Liengaard
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BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Hausgeraete GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by BSH Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Hausgeraete GmbH
Priority to PL14812547T priority Critical patent/PL3084323T3/pl
Publication of EP3084323A1 publication Critical patent/EP3084323A1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D11/00—Self-contained movable devices, e.g. domestic refrigerators
    • F25D11/02—Self-contained movable devices, e.g. domestic refrigerators with cooling compartments at different temperatures
    • F25D11/022—Self-contained movable devices, e.g. domestic refrigerators with cooling compartments at different temperatures with two or more evaporators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/30—Expansion means; Dispositions thereof
    • F25B41/31—Expansion valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/30—Expansion means; Dispositions thereof
    • F25B41/39—Dispositions with two or more expansion means arranged in series, i.e. multi-stage expansion, on a refrigerant line leading to the same evaporator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D2700/00—Means for sensing or measuring; Sensors therefor
    • F25D2700/12—Sensors measuring the inside temperature

Definitions

  • the present invention relates to a refrigeration device having a plurality of refrigeration compartments for storing refrigerated goods at different temperatures.
  • the publication EP 1 344 997 A1 shows a refrigeration device comprising a first cooling compartment, a second cooling compartment and a third cooling compartment.
  • the first cooling compartment has a first evaporator.
  • the second cooling compartment has a second evaporator.
  • the third cooling compartment has a third evaporator. Between the first evaporator and the second evaporator, a first valve is connected. Between the second evaporator and the third evaporator, a second valve is connected. An inlet of the first evaporator does not have its own valve.
  • the publication JP 2001 133 112 shows analogous to the above-mentioned published patent application EP 1 344 997 A1 a refrigeration unit with three refrigerators, each with its own evaporator. Again, the first evaporator at its inlet no expansion valve.
  • the publication JP 2001 108 319 shows a refrigerator with two refrigerators.
  • the publication JP 2001 153 477 shows a refrigerator with two refrigerators.
  • Some special appliances such as wine cabinets, work with larger temperature ranges.
  • the temperature ranges include, for example, 5-22 ° C in up to three temperature zones.
  • These special devices are controlled by adjusting the operating time of each evaporator.
  • Other devices have flaps in an air duct that are gradually opened to reach individual temperature controlled zones. In these devices, however, there is only one evaporator with a fixed evaporation temperature.
  • a refrigeration device having a first refrigeration compartment for storing refrigerated goods at a first temperature, which comprises a first evaporator with a first controllable expansion valve at the refrigerant inlet of the first evaporator, and a second refrigeration compartment for storing refrigerated goods at a second temperature comprising a second evaporator with a second controllable expansion valve at the refrigerant inlet of the second evaporator, characterized in that a refrigerant outlet of the first evaporator is connected to the second controllable expansion valve at the refrigerant inlet of the second evaporator.
  • a refrigeration appliance is understood in particular to mean a household refrigerating appliance, that is to say a refrigeration appliance that is used for housekeeping in households or in the gastronomy sector is used, and in particular serves to store food and / or drinks at certain temperatures, such as a refrigerator, a freezer, a fridge-freezer, a freezer or a wine fridge.
  • the refrigeration device comprises a control unit for controlling the expansion valves.
  • the expansion valves can be centrally controlled by a control unit.
  • control unit has a non-volatile memory for storing a control program.
  • control unit is designed to control the first and the second expansion valve such that a refrigerant flow through the first evaporator remains constant.
  • control unit is designed to control the first and the second expansion valve such that a flow through the first expansion valve is increased when a flow through the second expansion valve is reduced.
  • control unit is designed to control the first and the second expansion valve in such a way that a flow through the first expansion valve is reduced when a flow through the second expansion valve is increased.
  • the first temperature is higher than the second temperature.
  • the second refrigeration compartment is a freezer compartment for storing refrigerated goods at a temperature below 0 ° C.
  • the refrigeration device includes a variable speed compressor. As a result, for example, the technical advantage is achieved that the cooling capacity of the refrigerator can be changed.
  • control unit is designed to control the speed of the compressor based on a predetermined cooling capacity.
  • the first refrigeration compartment comprises a first temperature sensor and the second refrigeration compartment comprises a second temperature sensor.
  • control unit is designed to control the first expansion valve and the second expansion valve on the basis of a first temperature measurement value of the first temperature sensor and a second temperature measurement value of the second temperature sensor.
  • the first or second expansion valve is infinitely adjustable.
  • the technical advantage is achieved that a fine and accurate adjustment of the temperatures is achieved.
  • the first or second expansion valve comprises a screw device with linear stroke to regulate the flow of refrigerant.
  • the refrigeration device comprises a third refrigeration compartment for storing refrigerated goods at a third temperature comprising a third evaporator with a third controllable expansion valve at the refrigerant inlet of the third evaporator and a refrigerant outlet of the second evaporator is connected to the third controllable expansion valve on Refrigerant inlet of the third evaporator connected.
  • Fig. 1 shows a schematic view of a refrigerator 100 with a first refrigeration compartment 101-1 for storing refrigerated goods at a first temperature, for example, a refrigerated compartment, and a second refrigerating compartment 101-2 for storing refrigerated goods at a second temperature, such as a freezer.
  • a first refrigeration compartment 101-1 for storing refrigerated goods at a first temperature
  • a second refrigerating compartment 101-2 for storing refrigerated goods at a second temperature, such as a freezer.
  • the refrigeration device 100 is used for example for cooling food and includes a refrigerant circuit with an evaporator, a compressor, a condenser and a throttle body.
  • the evaporator is a heat exchanger in which after expansion the liquid refrigerant is absorbed by heat absorption from the medium to be cooled, i. the air inside the refrigerator, is evaporated.
  • the compressor or compressor is a mechanically operated component that draws refrigerant vapor from the evaporator and expels it at a higher pressure to the condenser.
  • the condenser is a heat exchanger in which after compression, the evaporated refrigerant by heat transfer to an outer cooling medium, ie the Ambient air, is liquefied.
  • the throttle body is a device for the continuous reduction of the pressure by cross-sectional constriction.
  • the refrigerant is a fluid used for heat transfer in the cryogenic system which absorbs heat at low temperatures and low pressure of the fluid and releases heat at higher temperature and higher pressure of the fluid, usually including changes in state of the fluid.
  • Fig. 2 shows a view of a refrigerant circuit 119 with a plurality of evaporators 103-1, 103-2, ..., 103-n.
  • the first evaporator 103-1 is arranged in a first refrigeration compartment 101-1 of the refrigeration appliance 100
  • the second evaporator 103-2 is arranged in a second refrigeration compartment 101-2 of the refrigeration appliance 100
  • the third evaporator 103-n is arranged in a third refrigeration compartment 101-1. 3 of the refrigeration device arranged.
  • Each of the evaporators includes, in front of each of its refrigerant inlets 107-1, 107-2, ... 107-n, an expansion valve 105-1, 105, -2, ..., 105-n.
  • the evaporators 103-1, 103-2, ..., 103-n are connected in series.
  • a refrigerant outlet 109-1 of the first evaporator 103-1 is connected to the second controllable expansion valve 105-2 at the refrigerant inlet 107-2 of the second evaporator (103-2).
  • a refrigerant outlet 109-2 of the second evaporator 103-2 is connected to the third controllable expansion valve 105-n at the refrigerant inlet 107-n of the third evaporator 103-n.
  • the expansion valves 105-1, 105-2,..., 105-n are controllable by a control unit 115.
  • a control of the expansion valve 105-1, 105-2, ..., 105-n the cross-section and thus the pressure drop through the expansion valve 105-1, 105-2, ..., 105-n is controlled according to a suitable reference variable , In this case, a throttling of the refrigerant flow and a pressure drop take place.
  • the reference variable may be, for example, the pressure in the associated evaporator 103-1, 103-2,..., 103-n or the temperature in the respective refrigeration compartment 101-1, 101-2,..., 101-n.
  • the temperature in the cold compartments 101-1, 101-2, ..., 101-n is detected by respective temperature sensors 117-1, 117-2, ..., 117-3.
  • the temperature of the refrigerators 101-1, 101-2, ..., 101-n is adjustable via a customer and allows a wide range of temperatures in the respective refrigerators 101-1, 101-2, ..., 101-n
  • a freezer compartment -18 ° C in a refrigerator compartment 5 ° C
  • a VitaFresh compartment 0 ° C in a wine storage compartment 12 ° C
  • a storage compartment - 2 ... + 20 ° C in a basement storage compartment +8 ... + 14 ° C
  • a pressure ratio between the individual evaporators 103-1, 103-2, ..., 103-n in the refrigerant circuit 119 is maintained in the control of the expansion valves 105-1, 105-2, ..., 105-n.
  • the pressure between the expansion valves 105-1, 105-2, ..., 105n is at a level proportional to the throttle ratio is.
  • the total throttling in the system is P 0 -P n , where P 0 is the refrigerant pressure before the first evaporator 103-1 and P n is the refrigerant pressure after the nth evaporator 103-n.
  • the expansion valve 105-1 generates a pressure drop of P 0 -P 1 , where P 1 is the refrigerant pressure after the first evaporator 103-1.
  • the expansion valve 105-2 generates a pressure drop of P 1 -P 2 , where P 2 is the refrigerant pressure after the second evaporator 103-2.
  • the total throttling from a condenser 111 to the second evaporator 103-2 is P 0 -P 2 , ie (P 0 -P 1 ) + (P 1 P 2 ).
  • the first expansion valve 105-1 can be opened by an amount while the second expansion valve 105-2 is closed by the same amount, so that the total throttling P 0 -P 2 remains the same.
  • a higher refrigerant pressure prevails in the evaporator 103-1.
  • the evaporator 103-1 has a higher evaporation temperature and the compartment temperature increases.
  • the subsequent evaporator 103-2 experiences no difference in the refrigerant pressure. In the same way, the evaporator 103-2 can be adjusted.
  • the temperatures of the evaporators 103-1, 103-2, ..., 103-n are not directly related to the ambient temperature.
  • the first evaporator 103-1 may reach a temperature close to the condensing temperature.
  • the condensing temperature is approx. 15 ° C.
  • the refrigerating compartment 101-1 can be heated. If the refrigeration device 100 is placed in a garage or on a balcony, a freezing of refrigerated goods can be prevented.
  • the refrigerators 101-1, 101-2, ... 101-n become colder in turn.
  • the evaporator 103-1 is thus the warmest and the evaporator 103-n is the coldest.
  • the compressor 113 When the compressor 113 has a minimum speed, a minimum refrigeration capacity is generated.
  • the last cold compartment 101-3 having the lowest temperature takes the rest Cooling capacity on. It may happen that in the last cold compartment 101-3, the temperature is lower than initially set. However, the quality of frozen chilled goods is not adversely affected by an even lower temperature.
  • the compressor 113 In order to keep the temperatures in the refrigerators 101-1, 101-2, ... 101-n constant, the compressor 113 is in continuous operation. In the case of defrosting of an evaporator 103-1, 103-2,..., 103-n, the evaporation temperature may be temporarily set above the freezing point. However, this is rarely necessary since, because of the continuous operation of the compressor 113, the temperature difference between the evaporators 103-1, 103-2,..., 103-n and the respective refrigeration compartments 101-1, 101-2,... 101 -n is low. Therefore, under standard conditions, it is not necessary to defrost the respective evaporator 103-1, 103-2,..., 103-n, since it has a temperature above 0 ° C.
  • the compressor 113 has a speed control, so that different sized cooling capacities and low temperatures are adjustable. High cooling capacities at low temperatures are achieved at high speeds.
  • the customer has the opportunity to efficiently regulate the temperature of one or more cold storage compartments 101-1, 101-2, ... 101-n according to his needs. Since this control is performed via the refrigeration cycle 119, this is more efficient than comparable solutions with electric heating. By opening temperature ranges above 14 ° C, new storage options for the customer can be tapped, such as the targeted ripening of fruit and vegetables or the storage of bread.
  • the respective temperatures in the individual cold compartments 101-1, 101-2,..., 101-n of the refrigeration device 100 are easily and independently controllable, so that freezer compartment temperatures below -18 ° C. and temperatures above ambient temperature can be achieved simultaneously that for this purpose an electric heater is used.
  • the individual refrigeration compartments 101-1, 101-2,..., 101-n can be regulated without affecting the temperatures in the other refrigeration compartments 101-1, 101-2,..., 101-n.
  • the temperatures in the refrigeration compartments 101-1, 101-2, ..., 101-n are at a very stable level.
  • the series-connected evaporators 103-1, 103-2, ..., 103-n achieve an exact temperature control with a significantly reduced fluctuation.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältegerät mit mehreren Kältefächern zum Lagern von Kühlgut bei unterschiedlichen Temperaturen.
  • Die Offenlegungsschrift EP 1 344 997 A1 zeigt ein Kältegerät umfassend ein erstes Kühlfach, ein zweites Kühlfach und ein drittes Kühlfach. Das erste Kühlfach weist einen ersten Verdampfer auf. Das zweite Kühlfach weist einen zweiten Verdampfer auf. Das dritte Kühlfach weist einen dritten Verdampfer auf. Zwischen dem ersten Verdampfer und dem zweiten Verdampfer ist ein erstes Ventil geschaltet. Zwischen dem zweiten Verdampfer und dem dritten Verdampfer ist ein zweites Ventil geschaltet. Ein Einlass des ersten Verdampfers weist kein eigenes Ventil auf.
  • Die Offenlegungsschrift JP 2001 133 112 zeigt analog zur vorstehend bezeichneten Offenlegungsschrift EP 1 344 997 A1 ein Kältegerät mit drei Kühlfächern mit jeweils einem eigenen Verdampfer. Auch hier weist der erste Verdampfer an seinem Einlass kein Expansionsventil auf.
  • Die Offenlegungsschrift JP 2001 108 319 zeigt ein Kältegerät mit zwei Kühlfächern.
  • Die Offenlegungsschrift JP 2001 153 477 zeigt ein Kältegerät mit zwei Kühlfächern.
  • In Kältegeräten können Spezialfächer, wie beispielsweise Auftaufächer oder Warmhaltefächer vorgesehen sein, die bis zu 60°C einstellbar sind. Die Temperaturen über Umgebungstemperatur werden mit elektrischen Heizungen realisiert. Ohne Heizung sind die Temperaturen in einzelnen Kältefächern nur begrenzt regelbar. Durch Einstellen einer Verdichterlaufzeit lassen sich Temperaturunterschiede von +/- 3K erzeugen.
  • Einige Spezialgeräte, wie Weinschränke, arbeiten mit größeren Temperaturspannen. Die Temperaturspannen umfassen beispielsweise 5-22°C in bis zu drei Temperaturzonen. Diese Spezialgeräte werden durch ein Einstellen der Betriebszeit des jeweiligen Verdampfers geregelt. Andere Geräte weisen Klappen in einem Luftkanal auf, die graduell geöffnet werden, um einzelne temperaturkontrollierte Zonen zu erreichen. In diesen Geräten gibt es allerdings nur einen Verdampfer mit einer festen Verdampfungstemperatur.
  • Es ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, ein Kältegerät anzugeben, bei dem die einzelnen Temperaturen in mehreren Kältefächern effizient gesteuert werden können.
  • Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand mit den Merkmalen nach dem unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Figuren, der Beschreibung und der abhängigen Ansprüche.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Kältegerät mit einem ersten Kältefach zum Lagern von Kühlgut bei einer ersten Temperatur, das einen ersten Verdampfer mit einem ersten steuerbaren Expansionsventil am Kältemitteleinlass des ersten Verdampfers umfasst, und einem zweiten Kältefach zum Lagern von Kühlgut bei einer zweiten Temperatur, das einen zweiten Verdampfer mit einem zweiten steuerbaren Expansionsventil am Kältemitteleinlass des zweiten Verdampfers umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kältemittelauslass des ersten Verdampfers mit dem zweiten steuerbaren Expansionsventil am Kältemitteleinlass des zweiten Verdampfers verbunden ist.
  • Unter einem Kältegerät wird insbesondere ein Haushaltskältegerät verstanden, also ein Kältegerät, das zur Haushaltsführung in Haushalten oder im Gastronomiebereich eingesetzt wird, und insbesondere dazu dient Lebensmittel und/oder Getränke bei bestimmten Temperaturen zu lagern, wie beispielsweise ein Kühlschrank, ein Gefrierschrank, eine Kühlgefrierkombination, eine Gefriertruhe oder ein Weinkühlschrank.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes umfasst das Kältegerät eine Steuereinheit zum Steuern der Expansionsventile. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Expansionsventile zentral von einer Steuereinheit angesteuert werden können.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes weist die Steuereinheit einen nicht-flüchtigen Speicher zum Speichern eines Steuerprogramms auf. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass das Steuerprogramm bei Bedarf aktualisiert werden kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist die Steuereinheit ausgebildet, das erste und das zweite Expansionsventil derart zu steuern, dass ein Kältemittelfluss durch den ersten Verdampfer konstant bleibt. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Temperatur im ersten Kältefach geändert werden kann, ohne dass die Temperatur im zweiten Kältefach beeinflusst wird.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist die Steuereinheit ausgebildet, das erste und das zweite Expansionsventil derart zu steuern, dass ein Durchfluss durch das erste Expansionsventil erhöht wird, wenn ein Durchfluss durch das zweite Expansionsventil vermindert wird. Dadurch wird beispielsweise ebenfalls der technische Vorteil erreicht, dass die Temperatur im ersten Kältefach geändert werden kann, ohne dass die Temperatur im zweiten Kältefach beeinflusst wird.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist die Steuereinheit ausgebildet, das erste und das zweite Expansionsventil derart zu steuern, dass ein Durchfluss durch das erste Expansionsventil vermindert wird, wenn ein Durchfluss durch das zweite Expansionsventil erhöht wird. Dadurch wird beispielsweise ebenfalls der technische Vorteil erreicht, dass die Temperatur im ersten Kältefach geändert werden kann, ohne dass die Temperatur im zweiten Kältefach beeinflusst wird.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist die erste Temperatur höher als die zweite Temperatur. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Temperaturen der Kältefächer der Reihe nach ausgehend von der höchsten Temperatur eingestellt werden können.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist das zweite Kältefach ein Gefrierfach zum Lagern von Kühlgut bei einer Temperatur unter 0°C. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass überschüssige Kälteleistung in dem Gefrierfach aufgenommen werden kann.
  • Das Kältegerät umfasst einen Kompressor mit regelbarer Drehzahl. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Kälteleistung des Kältegerätes verändert werden kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist die Steuereinheit ausgebildet, die Drehzahl des Kompressors auf Basis einer vorgegebenen Kälteleistung zu steuern. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Kälteleistung des Kältegerätes durch die Steuereinheit für die Expansionsventile steuerbar ist.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes umfasst das erste Kältefach einen ersten Temperatursensor und das zweite Kältefach einen zweiten Temperatursensor. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine Rückkopplungsschleife für die Temperatur entsteht.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist die Steuereinheit ausgebildet, das erste Expansionsventil und das zweite Expansionsventil auf Basis eines ersten Temperaturmesswertes von dem ersten Temperatursensor und eines zweiten Temperaturmesswertes von dem zweiten Temperatursensor zu steuern. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Temperatur in den Kältefächern in Abhängigkeit einer gemessenen Temperatur geregelt werden kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist das erste oder zweite Expansionsventil stufenlos einstellbar. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine feine und genaue Einstellung der Temperaturen erreicht wird.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes umfasst das erste oder zweite Expansionsventil eine Schraubeneinrichtung mit linearem Hub, um den Kältemittelstrom zu regulieren. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass auf einfache Weise ein Proportionalventil mit stufenlos steuerbarem Durchfluss realisiert wird.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes umfasst das Kältegerät ein drittes Kältefach zum Lagern von Kühlgut bei einer dritten Temperatur, das einen dritten Verdampfer mit einem dritten steuerbaren Expansionsventil am Kältemitteleinlass des dritten Verdampfers umfasst und ein Kältemittelauslass des zweiten Verdampfers ist mit dem dritten steuerbaren Expansionsventil am Kältemitteleinlass des dritten Verdampfers verbunden. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Temperatur in einer Vielzahl von Kältefächern geregelt werden kann.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Ansicht eines Kältegerätes; und
    Fig. 2
    eine Ansicht eines Kältemittelkreislaufes mit mehreren Verdampfern.
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kältegerätes 100 mit einem ersten Kältefach 101-1 zum Lagern von Kühlgut bei einer ersten Temperatur, beispielsweise ein Kühlfach, und einem zweiten Kältefach 101-2 zum Lagern von Kühlgut bei einer zweiten Temperatur, beispielsweise ein Gefrierfach.
  • Das Kältegerät 100 dient beispielsweise zur Kühlung von Lebensmitteln und umfasst einen Kältemittelkreislauf mit einem Verdampfer, einem Verdichter, einem Verflüssiger und einem Drosselorgan. Der Verdampfer ist ein Wärmeaustauscher, in dem nach der Expansion das flüssige Kältemittel durch Wärmeaufnahme von dem zu kühlenden Medium, d.h. der Luft im Inneren des Kältegerätes, verdampft wird.
  • Der Verdichter oder Kompressor ist ein mechanisch betriebenes Bauteil, das Kältemitteldampf vom Verdampfer absaugt und bei einem höheren Druck zum Verflüssiger ausstößt. Der Verflüssiger ist ein Wärmeaustauscher, in dem nach der Kompression das verdampfte Kältemittel durch Wärmeabgabe an ein äußeres Kühlmedium, d.h. die Umgebungsluft, verflüssigt wird. Das Drosselorgan ist eine Vorrichtung zur ständigen Verminderung des Druckes durch Querschnittsverengung.
  • Das Kältemittel ist ein Fluid, das für die Wärmeübertragung in dem kälteerzeugenden System verwendet wird, das bei niedrigen Temperaturen und niedrigem Druck des Fluides Wärme aufnimmt und bei höherer Temperatur und höherem Druck des Fluides Wärme abgibt, wobei üblicherweise Zustandsänderungen des Fluides inbegriffen sind.
  • Fig. 2 zeigt eine Ansicht eines Kältemittelkreislaufes 119 mit mehreren Verdampfern 103-1, 103-2, ..., 103-n. Der erste Verdampfer 103-1 ist in einem ersten Kältefach 101-1 des Kältegerätes 100 angeordnet, der zweite Verdampfer 103-2 ist in einem zweiten Kältefach 101-2 des Kältegerätes 100 angeordnet und der dritte Verdampfer 103-n in einem dritten Kältefach 101-3 des Kältegerätes angeordnet. Jeder der Verdampfer umfasst jeweils vor dessen Kältemitteleinlass 107-1, 107-2, ...107-n ein Expansionsventil 105-1, 105,-2, ..., 105-n. Die Verdampfer 103-1, 103-2, ..., 103-n sind in Reihe miteinander verbunden. Dabei ein Kältemittelauslass 109-1 des ersten Verdampfers 103-1 mit dem zweiten steuerbaren Expansionsventil 105-2 am Kältemitteleinlass 107-2 des zweiten Verdampfers (103-2) verbunden. Ein Kältemittelauslass 109-2 des zweiten Verdampfers 103-2 ist mit dem dritten steuerbaren Expansionsventil 105-n am Kältemitteleinlass 107-n des dritten Verdampfers 103-n verbunden.
  • Die Expansionsventile 105-1, 105-2, ..., 105-n sind von einer Steuereinheit 115 steuerbar. Bei einer Steuerung des Expansionsventils 105-1, 105-2, ..., 105-n wird der Querschnitt und damit der Druckabfall durch das Expansionsventil 105-1, 105-2, ..., 105-n nach einer geeigneten Führungsgröße geregelt. Dabei finden eine Drosselung des Kältemittelstroms und ein Druckabfall statt. Die Führungsgröße kann beispielsweise der Druck im zugeordneten Verdampfer 103-1, 103-2, ..., 103-n oder die Temperatur im jeweiligen Kältefach 101-1, 101-2, ..., 101-n sein. Die Temperatur in den Kältefächern 101-1, 101-2, ..., 101-n wird von jeweiligen Temperatursensoren 117-1, 117-2, ..., 117-3 erfasst.
  • Die Temperatur der Kältefächer 101-1, 101-2, ..., 101-n ist über einen Kunden einstellbar und ermöglicht eine große Spanne von Temperaturen in den jeweiligen Kältefächern 101-1, 101-2, ..., 101-n abzudecken, beispielsweise in einem Gefrierfach -18°C, in einem Kühlfach 5°C, in einem VitaFresh-Fach 0°C, in einem Weinlagerfach 12°C, in einem Auftaufach - 2...+20°C, in einem Kellerlagerfach +8...+14°C und in einem Reifefach +8...+25°C.
  • Ein Druckverhältnis zwischen den einzelnen Verdampfern 103-1, 103-2, ..., 103-n in dem Kältemittelkreislauf 119 wird bei der Steuerung der Expansionsventile 105-1, 105-2, ..., 105-n aufrechterhalten. Wenn dies durch mehrere Expansionsventile 105-1, 105-2, ..., 105-n geschieht, befindet sich der Druck zwischen den Expansionsventilen 105-1, 105-2, ..., 105 n auf einem Niveau, das proportional zu dem Drosselverhältnis ist.
  • Die gesamte Drosselung im System beträgt P0-Pn, wobei P0 der Kältemitteldruck vor dem ersten Verdampfer 103-1 und Pn der Kältemitteldruck nach dem n-ten Verdampfer 103-n ist. Das Expansionsventil 105-1 erzeugt einen Druckabfall von P0-P1, wobei P1 der Kältemitteldruck nach dem ersten Verdampfer 103-1 ist. Das Expansionsventil 105-2 erzeugt einen Druckabfall von P1-P2, wobei P2 der Kältemitteldruck nach dem zweiten Verdampfer 103-2 ist. Die Gesamtdrosselung von einem Verflüssiger 111 zu dem zweiten Verdampfer 103-2 beträgt P0-P2, d.h. (P0-P1)+(P1P2).
  • Da die Expansionsventile 105-1, 105-2, ..., 105-n einzeln regelbar sind, kann das erste Expansionsventil 105-1 um einen Betrag geöffnet werden, während das zweite Expansionsventil 105-2 mit dem gleichen Betrag geschlossen wird, so dass die Gesamtdrosselung P0-P2 gleich bleibt. Allerdings herrsch in diesem Fall in dem Verdampfer 103-1 ein höherer Kältemitteldruck. Dadurch weist der Verdampfer 103-1 eine höhere Verdampfungstemperatur auf und die Fachtemperatur steigt. Der nachfolgende Verdampfer 103-2 erfährt keinen Unterschied im Kältemitteldruck. In gleicher Weise kann der Verdampfer 103-2 eingestellt werden.
  • Die Temperaturen der Verdampfer 103-1, 103-2, ..., 103-n sind nicht direkt an die Umgebungstemperatur gebunden. Wenn beispielsweise das Expansionsventil 105-1 voll geöffnet wird, kann der erste Verdampfer 103-1 eine Temperatur erreichen, der nahe an der Verflüssigungstemperatur ist. Bei einer Umgebungstemperatur von 0°C liegt die Verflüssigungstemperatur bei ca. 15°C. Dadurch kann das Kältefach 101-1 erwärmt werden. Falls das Kältegerät 100 in einer Garage oder auf einem Balkon aufgestellt ist, kann ein Einfrieren von Kühlgut verhindert werden. Die Kältefächer 101-1, 101-2, ...101-n werden der Reihe nach immer kälter. Der Verdampfer 103-1 ist damit der Wärmste und der Verdampfer 103-n ist der Kälteste.
  • Wenn der Verdichter 113 eine Mindestdrehzahl aufweist, wird eine Mindestkälteleistung erzeugt. Wenn in den ersten Kältefächern 101-1 und 101-2 hohe Temperaturen eingestellt sind, nimmt das letzte Kältefach 101-3 mit der niedrigsten Temperatur die restliche Kälteleistung auf. Dabei kann es vorkommen, dass im letzten Kältefach 101-3 die Temperatur niedriger als zunächst eingestellt ist. Die Qualität von gefrorenem Kühlgut wird jedoch durch eine noch niedrigere Temperatur nicht negativ beeinflusst.
  • Um die Temperaturen in den Kältefächern 101-1, 101-2, ...101-n konstant zu halten, ist der Verdichter 113 in einem Dauerbetrieb. Bei eine Entfrostung eines Verdampfers 103-1, 103-2, ..., 103-n kann die Verdampfungstemperatur kurzzeitig über dem Gefrierpunkt eingestellt werden. Dies ist aber nur selten erforderlich, da wegen des Dauerbetriebes des Verdichters 113 der Temperaturunterschied zwischen den Verdampfern 103-1, 103-2, ..., 103-n und den jeweiligen Kältefächern 101-1, 101-2, ...101-n niedrig ist. Daher ist es unter Normbedingungen nicht erforderlich, den jeweiligen Verdampfer 103-1, 103-2, ..., 103-n abzutauen, da dieser eine Temperatur von über 0°C aufweist.
  • Der Verdichter 113 weist eine Drehzahlregelung auf, damit verschieden große Kälteleistungen und tiefe Temperaturen einstellbar sind. Hohe Kälteleistungen bei tiefen Temperaturen werden mit hohen Drehzahlen erreicht.
  • Der Kunde bekommt die Möglichkeit, die Temperatur eines oder mehrerer Kältefächer 101-1, 101-2, ...101-n entsprechend seinen Bedürfnissen effizient zu regeln. Da diese Regelung über den Kältekreislauf 119 durchgeführt wird, ist diese effizienter als vergleichbare Lösungen mit elektrischer Heizung. Durch das Erschließen von Temperaturbereichen vom über 14°C können neue Lageroptionen für den Kunden erschlossen werden, wie beispielsweise das gezielte Nachreifen von Obst und Gemüse oder die Lagerung von Brot. Die jeweiligen Temperaturen in den einzelnen Kältefächern 101-1, 101-2, ..., 101-n des Kältegeräts 100 sind einfach und unabhängig voneinander regelbar, so dass gleichzeitig Gefrierfachtemperaturen unter -18°C und Temperaturen über Umgebungstemperatur erreicht werden können, ohne dass hierzu eine elektrische Heizung verwendet wird. Die einzelnen Kältefächern 101-1, 101-2, ..., 101-n können geregelt werden, ohne dass die Temperaturen in den übrigen Kältefächern 101-1, 101-2, ..., 101-n beeinflusst werden. Zudem halten sich die Temperaturen in den Kältefächern 101-1, 101-2, ..., 101-n auf einem äußerst stabilen Niveau.
  • Durch die in Serie geschalteten Verdampfer 103-1, 103-2, ..., 103-n wird eine exakte Temperaturkontrolle mit deutlich reduzierter Schwankung erreicht. Dadurch ergeben sich beispielsweise für eingelagertes Kühlgut Vorteile. Bei frischem Obst und Gemüse findet ein verringerter Frischmasseverlust statt, da Transpirationsprozesse minimiert werden und die Atmungsaktivität reduziert ist. In verpackten Produkten, insbesondere MAP- Packungen, findet eine verringerte Kondensatbildung statt, so dass sich die Lebensmittelsicherheit erhöht. Zudem wird eine Verbesserung des sensorischen Produkterhalts erreicht. Bei der Gefrierlagerung werden eine Reduktion der Rekristallisation, ein besserer Texturerhalt und verringerte Tropfsaftverluste erzielt. Zudem kann eine konstante Kühlfachtemperatur von 5°C unabhängig von der Umgebungstemperatur gewährleistet werden, beispielsweise bei Umgebungstemperaturen von unter 5°C. Dadurch kann der Kunde das Kältegerät 100 entsprechend seinen Bedürfnissen benutzen.
  • Alle in Verbindung mit einzelnen Ausführungsformen der Erfindung erläuterten und gezeigten Merkmale können in unterschiedlicher Kombination in dem erfindungsgemäßen Gegenstand vorgesehen sein, um gleichzeitig deren vorteilhafte Wirkungen zu realisieren.
  • Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die Ansprüche gegeben und wird durch die in der Beschreibung erläuterten oder den Figuren gezeigten Merkmale nicht beschränkt.
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 100
    Kältegerät
    101
    Kältefach
    103
    Verdampfer
    105
    Expansionsventil
    107
    Kältemitteleinlass
    109
    Kältemittelauslass
    111
    Verflüssiger
    113
    Kompressors
    115
    Steuereinheit
    117
    Temperatursensor
    119
    Kältemittelkreislauf

Claims (14)

  1. Kältegerät (100) mit einem ersten Kältefach (101-1) zum Lagern von Kühlgut bei einer ersten Temperatur, das einen ersten Verdampfer (103-1) mit einem ersten steuerbaren Expansionsventil (105-1) am Kältemitteleinlass (107-1) des ersten Verdampfers (103-2) umfasst, und einem zweiten Kältefach (101-2) zum Lagern von Kühlgut bei einer zweiten Temperatur, das einen zweiten Verdampfer (103-1) mit einem zweiten steuerbaren Expansionsventil (105-2) am Kältemitteleinlass (107-2) des zweiten Verdampfers (103-2) umfasst, wobei ein Kältemittelauslass (109-1) des ersten Verdampfers (103-1) mit dem zweiten steuerbaren Expansionsventil (105-2) am Kältemitteleinlass (107-2) des zweiten Verdampfers (103-2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältegerät (100) einen Kompressor (113) mit regelbarer Drehzahl umfasst, wobei der Kompressor (113) in einem Dauerbetrieb ist, um die Temperaturen in den Kältefächern (101-1, 101-2) konstant zu halten.
  2. Kältegerät (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältegerät (100) eine Steuereinheit (115) zum Steuern der Expansionsventile (105-1, 105-2) umfasst.
  3. Kältegerät (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (115) einen nicht-flüchtigen Speicher zum Speichern eines Steuerprogramms aufweist.
  4. Kältegerät (100) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (115) ausgebildet ist, das erste und das zweite Expansionsventil (105-1, 105-2) derart zu steuern, dass ein Kältemittelfluss durch den ersten Verdampfer (103-1) konstant bleibt.
  5. Kältegerät (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (115) ausgebildet ist, das erste und das zweite Expansionsventil (105-1, 105-2) derart zu steuern, dass ein Durchfluss durch das erste Expansionsventil (105-1) erhöht wird, wenn ein Durchfluss durch das zweite Expansionsventil (105-2) vermindert wird.
  6. Kältegerät (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (115) ausgebildet ist, das erste und das zweite Expansionsventil (105-1, 105-2) derart zu steuern, dass ein Durchfluss durch das erste Expansionsventil (105-1) vermindert wird, wenn ein Durchfluss durch das zweite Expansionsventil (105-2) erhöht wird.
  7. Kältegerät (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Temperatur höher als die zweite Temperatur ist.
  8. Kältegerät (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kältefach (101-2) ein Gefrierfach zum Lagern von Kühlgut bei einer Temperatur unter 0°C ist.
  9. Kältegerät (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (115) ausgebildet ist, die Drehzahl des Kompressors (113) auf Basis einer vorgegebenen Kälteleistung zu steuern.
  10. Kältegerät (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kältefach (101-1) einen ersten Temperatursensor (117-1) und das zweite Kältefach (101-2) einen zweiten Temperatursensor (117-2) umfasst.
  11. Kältegerät (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (115) ausgebildet ist, das erste Expansionsventil (105-1) und das zweite Expansionsventil (105-2) auf Basis eines ersten Temperaturmesswertes von dem ersten Temperatursensor (117-1) und eines zweiten Temperaturmesswertes von dem zweiten Temperatursensor (117-2) zu steuern.
  12. Kältegerät (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste oder zweite Expansionsventil (105-1, 105-2) stufenlos einstellbar ist.
  13. Kältegerät (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste oder zweite Expansionsventil (105-1, 105-2) eine Schraubeneinrichtung mit linearem Hub umfasst, um den Kältemittelstrom zu regulieren.
  14. Kältegerät (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältegerät (100) ein drittes Kältefach zum Lagern von Kühlgut bei einer dritten Temperatur umfasst, das einen dritten Verdampfer (103-n) mit einem dritten steuerbaren Expansionsventil (105-n) am Kältemitteleinlass (107-n) des dritten Verdampfers (103-2) umfasst und ein Kältemittelauslass (109-2) des zweiten Verdampfers (103-2) mit dem dritten steuerbaren Expansionsventil (105-n) am Kältemitteleinlass (107-n) des dritten Verdampfers (103-n) verbunden ist.
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