DE10053420A1 - Evaporator and refrigerator for a zeotropic mixture of refrigerants - Google Patents

Evaporator and refrigerator for a zeotropic mixture of refrigerants

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Abstract

A refrigeratory (1) for a zeotropic refrigerating agent mixture which can be used in a refrigerating device consisting of at least two refrigerating zones maintained at different temperatures, comprising two elements (2,4) placed behind each other in a refrigerating agent circuit, one being upstream (2) and the other downstream (4), in addition to a refrigerating agent collector (5). The refrigerating agent collector (5) is placed in thermal contact with the downstream element (4).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verdampfer zum Einsatz in einem Kältegerät sowie ein Kältegerät, die für den Betrieb mit einem zeotropen Kältegemisch geeignet sind.The present invention relates to an evaporator for use in a refrigerator and a refrigeration device that are suitable for operation with a zeotropic cold mixture.

Gemische werden als zeotrop bezeichnet, wenn sich ihre Siedetemperatur im Laufe eines Verdampfungsvorgangs in Abhängigkeit von den sich ändernden Anteilsverhältnissen der verschiedenen Komponenten im Gemisch ändert. Ein zeotropes Gemisch, das als Kältemittel eingesetzt wird, ist z. B. ein Gemisch aus Propan und Isobutan.Mixtures are referred to as zeotropic if their boiling point changes over the course of a Evaporation process depending on the changing proportions of the different components in the mixture changes. A zeotropic mixture Refrigerant is used, for. B. a mixture of propane and isobutane.

Ein solches Gemisch ist bereits in einem Eintemperatur-Kältegerät eingesetzt worden.Such a mixture has already been used in a single-temperature refrigerator.

Bei der Verwendung zeotroper Gemische in Kältegeräten mit wenigstens zwei auf verschiedenen Temperaturen gehaltenen Kältezonen ergeben sich Probleme mit der Struktur der in einem solchen Kältegerät einsetzbaren Verdampfer.When using zeotropic mixtures in refrigerators with at least two problems with the different temperature zones arise Structure of the evaporators that can be used in such a refrigerator.

Um diese Probleme deutlich zu machen, zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Verdampfers 1' für ein Kältegerät mit zwei Kältezonen. Der Verdampfer 1' umfasst zwei in einem Kältemittelkreislauf in Reihe geschaltete plattenartige Elemente, ein vorgeschaltetes Element 2, in das über eine Druckleitung 3 von einem (nicht gezeigten) Kompressor kommendes Kältemittel eingespeist wird, und ein nachgeschaltetes Element 4, in den das Kältemittel eintritt, nachdem es mäanderartig verlaufende Leitungen des vorgeschalteten Elements 2 durchlaufen hat. Diese zwei Elemente 2, 4 bilden jeweils Verdampferplatinen eines Gefrierfachs und eines Kühlfachs eines kombinierten Haushalts-Kältegerätes.In order to make these problems clear, FIG. 1 shows a schematic illustration of a conventional evaporator 1 'for a refrigeration device with two refrigeration zones. The evaporator 1 'comprises two plate-like elements connected in series in a refrigerant circuit, an upstream element 2 , into which refrigerant coming from a compressor (not shown) is fed via a pressure line 3 , and a downstream element 4 , into which the refrigerant enters, after it has run through meandering lines of the upstream element 2 . These two elements 2 , 4 each form evaporator boards of a freezer compartment and a refrigerator compartment of a combined household refrigerator.

Ein Kältemittelsammelbehälter 5 ist im Kältemittelkreislauf so angeordnet, dass er von aus dem austretenden Kältemittel durchströmt wird. Der Sammelbehälter 5 dient dazu, bei intermittierendem Betrieb des Kältegeräts das Kältemittel in der Stillstandszeit des Kompressors zu sammeln. Dazu muss er im kältesten Bereich des Kältemittelkreislaufs angeordnet sein. Dieser kälteste Bereich ist das vorgeschaltete Element 2 bzw. die Gefrierfachplatine. Deshalb ist der Sammelbehälter 5 in das vorgeschaltete Element 2 integriert.A refrigerant collecting container 5 is arranged in the refrigerant circuit in such a way that the refrigerant escaping flows through it. The collecting container 5 serves to collect the refrigerant when the compressor is idle when the refrigeration device is operating intermittently. To do this, it must be located in the coldest area of the refrigerant circuit. This coldest area is the upstream element 2 or the freezer compartment board. Therefore, the collecting container 5 is integrated in the upstream element 2 .

Eine solche Konstruktion eignet sich nicht für den Einsatz mit zeotropen Gemischen. Wenn nämlich die höher siedende Komponente des Gemischs in dem Sammelbehälter 5 kondensiert, so stellt sich im Bereich des Sammelbehälters 5 eine unerwünscht hohe Temperatur ein, die höher liegen kann als die vorgesehene Betriebstemperatur des Gefrierfaches.Such a construction is not suitable for use with zeotropic mixtures. Namely, if the higher-boiling component of the mixture is condensed in the storage container 5, it turns in the region of the collecting container 5 an undesirably high temperature, which may be higher than the intended operating temperature of the freezer compartment.

Dies macht den Verdampfer ungeeignet für den Einsatz mit zeotropen Kältemittelgemischen.This makes the vaporizer unsuitable for use with zeotropic Refrigerant mixtures.

Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Kältegerät mit wenigstens zwei Kältezonen auf verschiedenen Temperaturen und einen Kältemittelverdampfer für ein solches Kältegerät anzugeben, die für den Betrieb mit zeotropen Kältemittelgemischen geeignet sind.The object of the invention is therefore to provide a refrigerator with at least two cold zones different temperatures and a refrigerant evaporator for such a refrigerator to be specified which are suitable for operation with zeotropic refrigerant mixtures.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Verdampfer mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bei diesem Verdampfer steht der Kältemittel-Sammelbehälter in thermischem Kontakt mit dem nachgeschalteten Element. Er erreicht dadurch nicht so tiefe Temperaturen wie der Sammelbehälter des Verdampfers aus Fig. 1, und er ist auch nicht notwendigerweise der kälteste Punkt des Kältemittelkreislaufs. Dies ist jedoch in Folge der Zeotropie des Gemischs unschädlich: Eine Kondensation kann im Kältemittel-Sammelbehälter des erfindungsgemäßen Verdampfers bereits auftreten, wenn lediglich die Siedetemperatur einer der zwei Komponenten des Gemisches unterschritten ist.The object is achieved by an evaporator with the features of claim 1. In this evaporator, the refrigerant collecting container is in thermal contact with the downstream element. As a result, it does not reach temperatures as low as the evaporator reservoir of Fig. 1, and it is not necessarily the coldest point in the refrigerant cycle. However, this is harmless as a result of the zeotropy of the mixture: condensation can already occur in the refrigerant collecting container of the evaporator according to the invention if only the boiling temperature of one of the two components of the mixture is below.

Der Kältemittel-Sammelbehälter ist vorzugsweise dem nachgeschalteten Element des Verdampfers nachgeschaltet, d. h. Kältemittel, das den Verdampfer erreicht, hat zuvor bereits an den zwei hintereinander liegenden Elementen des Kältemittelkreislaufs Wärme aufgenommen.The refrigerant reservoir is preferably the downstream element of the Evaporator downstream, d. H. Refrigerant that reaches the evaporator has previously heat already on the two consecutive elements of the refrigerant circuit added.

Vorzugsweise sind beide Elemente in einem gemeinsamen plattenartigen Träger ausgebildet. Um eine zu große Wärmeübertragung zwischen den zwei Elementen zu vermeiden, sind diese zweckmäßigerweise durch einen in dem Träger gebildeten Ausschnitt thermisch gegeneinander abgegrenzt. Both elements are preferably in a common plate-like carrier educated. Too much heat transfer between the two elements to avoid, these are expediently formed by one in the carrier Section thermally delimited from each other.  

In Folge der Variabilität des Siedepunkts des zeotropen Gemischs können relativ hohe Temperaturdifferenzen zwischen dem entspannten Kältemittel am Einlass des vorgeschalteten Elements und dem Kältemittel am Auslass des nachgeschalteten Elements auftreten. Um eine unerwünschte Erwärmung des Kältemittels am Einlass durch den Auslass zu vermeiden, ist daher nach einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das nachgeschaltete Element einen von einem Einlassausschluss des vorgeschalteten Elements beabstandeten Auslassanschluss für das Kältemittel aufweist.As a result of the variability of the boiling point of the zeotropic mixture, it can be relatively high Temperature differences between the relaxed refrigerant at the inlet of the upstream element and the refrigerant at the outlet of the downstream Elements occur. To prevent undesirable heating of the refrigerant at the inlet Avoiding the outlet is therefore provided according to an embodiment of the invention, that the downstream element is one of an inlet exclusion of the upstream element has spaced outlet connection for the refrigerant.

Bei einer zweiten Ausgestaltung ist wie bei dem Verdampfer der Fig. 1 vorgesehen, dass Einlass- und Auslassanschluss für das Kältemittel gemeinsam an dem vorgeschalteten Element angeordnet sind. In diesem Fall erstreckt sich eine notwendige Auslass- Kältemittelleitung vom nachgeschalteten Element zum Auslassanschluss vorzugsweise entlang eines Randbereichs des vorgeschalteten Elements, um den Wärmeaustausch der Auslass-Kältemittelleitung mit frisch zugeführtem Kältemittel möglichst gering zu halten.In a second embodiment, as in the evaporator of FIG. 1, it is provided that the inlet and outlet connections for the refrigerant are arranged together on the upstream element. In this case, a necessary outlet refrigerant line extends from the downstream element to the outlet connection, preferably along an edge region of the upstream element, in order to keep the heat exchange of the outlet refrigerant line with freshly supplied refrigerant as low as possible.

Zum gleichen Zweck kann die Auslass-Kältemittelleitung gegen den Hauptteil des vorgeschalteten Elements durch einen in den Träger gebildeten Ausschnitt thermisch abgegrenzt sein.For the same purpose, the outlet refrigerant pipe can against the main part of the upstream element thermally by a cutout formed in the carrier be delimited.

Des weiteren kann vorgesehen werden, dass der Randbereich, der die Auslass- Kältemittelleitung aufnimmt, in einen thermisch isolierenden Körper eingebettet ist. Bei diesem Körper kann es sich insbesondere um eine Isolationsschicht einer Wand des Kältegeräts handeln.Furthermore, it can be provided that the edge area, which the outlet Refrigerant line takes up, is embedded in a thermally insulating body. at This body can in particular be an insulation layer of a wall of the Act refrigeration unit.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:Further features and advantages of the invention result from the following Description of exemplary embodiments with reference to the accompanying figures. It demonstrate:

Fig. 1, bereits behandelt, eine schematische Ansicht eines herkömmlichen Verdampfers für ein Kältegerät mit zwei Kältezonen; Figure 1, already discussed, is a schematic view of a conventional evaporator for a refrigeration device with two cold zones.

Fig. 2 eine analoge Ansicht eines ersten erfindungsgemäßen Verdampfers; Fig. 2 is a similar view of a first evaporator of the invention;

Fig. 3 eine Ansicht eines zweiten erfindungsgemäßen Verdampfers; Fig. 3 is a view of a second evaporator of the invention;

Fig. 4 einen Teilschnitt durch ein mit dem Verdampfer aus Fig. 3 ausgestattetes Kältegerät in Höhe der Linie IV-IV aus Fig. 3; und FIG. 4 shows a partial section through a refrigeration device equipped with the evaporator from FIG. 3 at the line IV-IV from FIG. 3; and

Fig. 5 noch eine Variante des Verdampfers aus Fig. 3. Fig. 5 another variant of the evaporator of FIG. 3.

Der in Fig. 2 gezeigte Verdampfer ist auf einem Träger in an sich bekannter Rollbond- oder Z-Bond-Technik aufgebaut. Zwei Elemente 2, 4 des Verdampfers sind durch einen Einschnitt 7 thermisch gegeneinander abgegrenzt. Über eine Druckleitung 3 von einem Kompressor zugeführtes Kältemittel durchströmt über eine Einlassdrossel 8 oder eine andere Entspannungseinrichtung zunächst mäanderartig angeordnete Rohrleitungen 9 des vorgeschalteten Elements 2 und anschließend des nachgeschalteten Elements 4. Im Anschluss an die Rohrleitung 9 und vor einem Auslassanschluss 10 des nachgeschalteten Elements 4 ist ein Kältemittelsammelbehälter 5 in das nachgeschaltete Element 4 integriert angeordnet. Ein an den Auslassanschluss 10 angeschlossenes Saugrohr 18 ist zur Druckleitung 3 geführt und verläuft über eine Wegstrecke konzentrisch um die Druckleitung 3, um einen Wärmetauscher zu bilden.The evaporator shown in FIG. 2 is constructed on a carrier in a rollbond or Z-bond technique known per se. Two elements 2 , 4 of the evaporator are thermally delimited from one another by an incision 7 . Refrigerant supplied by a compressor via a pressure line 3 first flows through meandering pipes 9 of the upstream element 2 and then of the downstream element 4 via an inlet throttle 8 or another expansion device. Following the pipeline 9 and in front of an outlet connection 10 of the downstream element 4 , a refrigerant collecting container 5 is arranged integrated in the downstream element 4 . A suction pipe 18 connected to the outlet connection 10 is led to the pressure line 3 and runs concentrically over a distance around the pressure line 3 in order to form a heat exchanger.

Die zwei Elemente 2, 4 bilden Verdampferplatinen einer Gefrierzone bzw. einer Kühlzone eines Kältegeräts. Das nachgeschaltete Element 4 ist daher im Mittel wärmer als das vorgeschalteten Element 2. Dennoch ist eine Rekondensation im Kältemittelsammelhälter 5 möglich, indem sich dort vorrangig die höher siedende Komponente des Kältemittels sammelt.The two elements 2 , 4 form evaporator boards of a freezer zone or a cooling zone of a refrigerator. The downstream element 4 is therefore on average warmer than the upstream element 2 . Recondensation is nevertheless possible in the refrigerant collecting container 5 , since the higher-boiling component of the refrigerant primarily collects there.

Diese erste Ausgestaltung ist zwar unter thermischen Gesichtspunkten günstig, weil kein Wärmeaustausch zwischen dem nach Durchgang durch die Einlassdrossel 8 entspannten und abgekühlten Kältemittel und dem zum Kompressor zurücklaufenden Kältemittel möglich ist, dies macht jedoch die Montage des Verdampfers in einem Kältegerät relativ aufwendig. Unter dem Gesichtspunkt der einfachen Montage ist daher eine nachfolgend mit Bezug auf Fig. 3 beschriebene Ausgestaltung bevorzugt. Diese Ausgestaltung unterscheidet sich von der mit Bezug auf Fig. 2 beschriebenen zum einen dadurch, dass Zu- und Auslassleitung für das Kältemittel gemeinsam an einer Stelle des vorgeschalteten Elements 2 vorgesehen sind. Um Kältemittel vom nachgeschalteten Element 4 bzw. dem Kältemittelsammelbehälter 5 zum Abflussanschluss zu führen, ist eine mit 11 bezeichnete Auslass-Kältemittelleitung entlang des Randes des vorgeschalteten Elements 2 in einem Abstand von dessen Rohrleitung 9 verlegt. Um den Wärmeaustausch zwischen der Auslass-Kältemittelleitung 11 und dem Hauptbereich des vorgeschalteten Elements 2, in dem sich die Rohrleitung 9 erstreckt, gering zu halten, ist bei dieser Ausgestaltung der Einschnitt 7 durch einen sich parallel zu der Auslass-Kältemittelleitung erstreckenden Schlitz 12 verlängert. Der Schlitz 12 begrenzt so einen schmalen Steg, auf dem eine Zufuhr-Kältemittelleitung und die Auslass-Kältemittelleitung 11 für das nachgeschaltete Element 4 parallel geführt sind.Although this first embodiment is favorable from a thermal point of view, because no heat exchange between the refrigerant which has relaxed and cooled after passing through the inlet throttle 8 and the refrigerant returning to the compressor is possible, this makes the assembly of the evaporator in a refrigeration device relatively complex. From the point of view of simple assembly, an embodiment described below with reference to FIG. 3 is therefore preferred. This embodiment differs from that described with reference to FIG. 2 on the one hand in that the inlet and outlet lines for the refrigerant are jointly provided at one point of the upstream element 2 . In order to lead refrigerant from the downstream element 4 or the refrigerant collecting container 5 to the drain connection, an outlet refrigerant line, designated 11, is laid along the edge of the upstream element 2 at a distance from its pipeline 9 . In order to keep the heat exchange between the outlet refrigerant line 11 and the main area of the upstream element 2 , in which the pipeline 9 extends, low, in this embodiment the incision 7 is extended by a slot 12 extending parallel to the outlet refrigerant line. The slot 12 thus delimits a narrow web on which a supply refrigerant line and the outlet refrigerant line 11 for the downstream element 4 are guided in parallel.

Fig. 4 zeigt einen Teilschnitt durch ein mit dem Verdampfer aus Fig. 3 ausgestattetes Kältegerät in Höhe der Linie IV-IV aus Fig. 3. Der Teilschnitt zeigt eine Rückwand 14 des Kältegeräts, an der der Verdampfer anliegt, sowie Abschnitte von daran anschließenden Seitenwänden. An einer Seitenwand 15 ist ein Schlitz 16 ausgebildet, in den der Randbereich des vorgeschalteten Elements 2, in dem die Auslass-Kältemittelleitung 11 verläuft, eingelassen ist. Die Auslass-Kältemittelleitung 11 ist so weitgehend durch das Isolationsmaterial der Wände 14, 15 des Kältegeräts umschlossen, so dass eine ungewollte Erwärmung der Gefrierzone durch die Auslass-Kältemittelleitung 11 vermieden wird. FIG. 4 shows a partial section through a refrigeration device equipped with the evaporator from FIG. 3 at the line IV-IV from FIG. 3. The partial section shows a rear wall 14 of the refrigeration device against which the evaporator rests, as well as sections of adjoining side walls , A slot 16 is formed on a side wall 15 , into which the edge region of the upstream element 2 , in which the outlet refrigerant line 11 runs, is embedded. The outlet refrigerant line 11 is largely enclosed by the insulation material of the walls 14 , 15 of the refrigeration device, so that undesired heating of the freezer zone by the outlet refrigerant line 11 is avoided.

Fig. 5 zeigt noch eine Variante des Verdampfers aus Fig. 3. Bei dieser Variante ist der Schlitz 12 durch einen langgezogenen Ausschnitt 17 ersetzt, der sich über im wesentlichen die gesamte Länge des vorgeschalteten Elements 2 erstreckt und die Auslass-Kältemittelleitung 11 von der Rohrleitung 9 des Hauptteils des vorgeschalteten Elements 2 sowie von der Zufuhr-Kältemittelleitung trennt. Bei dieser Ausgestaltung ist somit ein wärmeleitender Übergang zwischen diesem Hauptteil und der Auslass- Kältemittelleitung 11 auf praktisch deren gesamter Länge vermieden. Auch diese Variante eignet sich zu der in Fig. 4 gezeigten Anbringung. FIG. 5 shows another variant of the evaporator from FIG. 3. In this variant, the slot 12 is replaced by an elongated cutout 17 which extends over essentially the entire length of the upstream element 2 and the outlet refrigerant line 11 from the pipeline 9 of the main part of the upstream element 2 and from the supply refrigerant line separates. In this embodiment, a heat-conducting transition between this main part and the outlet refrigerant line 11 is thus practically avoided over its entire length. This variant is also suitable for the attachment shown in FIG. 4.

Claims (8)

1. Kältemittelverdampfer (1) für ein Kältegerät mit wenigstens zwei auf verschiedenen Temperaturen gehaltenen Kältezonen, wobei der Verdampfer zwei in einem Kältemittelkreislauf hintereinanderliegende Elemente (2, 4), ein vorgeschaltetes (2) und ein nachgeschaltetes (4), zur Anbringung in jeweils einer der Kältezonen, und einen Kältemittel-Sammelbehälter (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittel-Sammelbehälter in thermischem Kontakt mit dem nachgeschalteten Element (4) ist.1. refrigerant evaporator ( 1 ) for a refrigeration device with at least two cold zones kept at different temperatures, the evaporator comprising two elements ( 2 , 4 ), one upstream ( 2 ) and one downstream ( 4 ), one behind the other in a refrigerant circuit, for attachment in each case the cold zones, and has a refrigerant collecting container ( 5 ), characterized in that the refrigerant collecting container is in thermal contact with the downstream element ( 4 ). 2. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittel- Sammelbehälter (5) dem nachgeschalteten Element (4) nachgeschaltet ist.2. Evaporator according to claim 1, characterized in that the refrigerant collecting container ( 5 ) is connected downstream of the element ( 4 ). 3. Verdampfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beide Elemente (2, 4) in einem plattenartigen Träger ausgebildet und durch einen in dem Träger gebildeten Ausschnitt (7) gegeneinander thermisch abgegrenzt sind.3. Evaporator according to claim 1 or 2, characterized in that both elements ( 2 , 4 ) are formed in a plate-like carrier and are thermally delimited from one another by a cutout ( 7 ) formed in the carrier. 4. Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das nachgeschaltete Element (4) einen Auslassanschluss (10) für das Kältemittel aufweist.4. Evaporator according to one of the preceding claims, characterized in that the downstream element ( 4 ) has an outlet connection ( 10 ) for the refrigerant. 5. Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Einlass- und Auslassanschluss für das Kältemittel gemeinsam an dem vorgeschalteten Element (2) angeordnet sind, und dass sich eine Auslass- Kältemittelleitung (4) vom nachgeschalteten Element (4) zum Auslassanschluß sich entlang eines Randbereichs des vorgeschalteten Elements (2) erstreckt.5. Evaporator according to one of claims 1 to 3, characterized in that inlet and outlet connection for the refrigerant are arranged together on the upstream element ( 2 ), and that an outlet refrigerant line ( 4 ) from the downstream element ( 4 ) to Outlet connection extends along an edge region of the upstream element ( 2 ). 6. Verdampfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslass- Kältemittelleitung (11) gegen den Hauptteil des vorgeschalteten Elements (2) durch einen in dem Träger gebildeten Ausschnitt (12, 17) thermisch abgegrenzt ist. 6. Evaporator according to claim 5, characterized in that the outlet refrigerant line ( 11 ) is thermally delimited against the main part of the upstream element ( 2 ) by a cutout ( 12 , 17 ) formed in the carrier. 7. Verdampfer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Randbereich in einen thermisch isolierenden Körper eingebettet ist.7. Evaporator according to claim 5 or 6, characterized in that the Edge area is embedded in a thermally insulating body. 8. Kältegerät mit einem Verdampfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der thermisch isolierende Körper eine Isolationsschicht einer Wand (14, 15) des Kältegeräts ist.8. Refrigeration device with an evaporator according to claim 7, characterized in that the thermally insulating body is an insulation layer of a wall ( 14 , 15 ) of the refrigeration device.
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