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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältegerät, insbesondere ein Haushaltskältegerät, mit mehreren Verdampfern.
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Es ist an sich bekannt, mehrere Verdampfer in einem Kältemittelkreislauf eines Kältegerätes parallel oder in Reihe zu betreiben, um damit für verschiedene Betriebstemperaturen ausgelegte Lagerkammern zu kühlen. Dabei steht jeder Verdampfer im Wesentlichen mit nur einer der Lagerkammern in thermischen Kontakt.
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Es sind ferner Kombinationskältegeräte bekannt, bei denen der Verdampfer eines Gefrierfachs sich nicht nur über die Rückseite, sondern auch über die Seitenwände, Boden und/oder Decke des Gefrierfachs erstreckt. Ein solcher großflächiger Verdampfer erlaubt es, die Differenz zwischen der Verdampfungstemperatur und der Betriebstemperatur des vom Verdampfer gekühlten Fachs gering zu halten, d. h. um eine gewünschte Betriebstemperatur des Fachs zu erreichen, muss der Verdampfer nur wenig kälter als die Betriebstemperatur sein. Auf diese Weise ist eine energieeffiziente Kühlung des Gefrierfachs realisierbar.
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Im Falle eines Normalkühlfachs oder allgemein eines Kühlfachs mit einer Betriebstemperatur von über 0°C ist dieser bekannte Ansatz nicht zweckmäßig, da an den gekühlten Wandflächen des Fachs Feuchtigkeit auskondensiert. Wenn dies an den Seitenwänden und vor allem an der Decke des Kühlfachs geschieht, besteht die Gefahr, dass Kondenswasser auch den Boden oder Fachböden des Kühlfachs überschwemmt und das Kühlgut durchnässt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, ein Kältegerät zu schaffen, das eine Kühlung einer Lagerkammer auf einer großen Oberfläche erlaubt, aber die Gefahr einer Durchfeuchtung des Kühlguts vermeidet.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem bei einem Kältegerät mit einer Lagerkammer für Kühlgut und einem ersten der Lagerkammer zugeordneten Verdampfer ein zweiter Verdampfer derselben Lagerkammer zugeordnet und bei einer höheren Verdampfungstemperatur als der erste Verdampfer betreibbar ist. So kann zwar der zweite Verdampfer zur Kühlung des Lagerfachs beitragen, doch die Kondensation von Feuchtigkeit aus der Luft des Lagerfachs konzentriert sich auf den kälteren ersten Verdampfer. Es ist zwar denkbar, dass, beispielsweise nach dem Eindringen einer großen Menge warmer, feuchter Luft nach dem Öffnen einer Tür des Kältegerätes, zeitweilig auch eine Kondensation auf dem zweiten Verdampfer stattfindet, doch sobald die eingedrungene Feuchtigkeit soweit auskondensiert ist, dass der Taupunkt unter die Verdampfungstemperatur des zweiten Verdampfers fällt, beschränkt sich die Kondensation auf den ersten Verdampfer, und auf dem zweiten Verdampfer bereits niedergeschlagene Feuchtigkeit kann wieder verdunsten und sammelt sich schließlich auf dem ersten Verdampfer.
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Während am Fuße des ersten Verdampfers daher zweckmäßigerweise eine an sich bekannte Kondenswasserauffangrinne vorgesehen ist, um vor ersten Verdampfer abfließendes Kondenswasser aufzufangen und ins Freie zu leiten, kann eine solche Rinne am zweiten Verdampfer fehlen.
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Da das Problem der Durchfeuchtung des Kühlguts sich im Wesentlichen nur bei einer Betriebstemperatur der Lagerkammer von über 0°C stellt, ist die Erfindung hier, d. h. bei einem Kühlschrank oder einem Normalkühlfach oder Frischkühlfach eines Kombinations-Kältegeräts besonders vorteilhaft anwendbar. Dennoch ist es auch nicht ausgeschlossen, eine Lagerkammer mit bei unterschiedlichen Verdampfungstemperaturen arbeitenden Verdampfern gemäß der Erfindung auf einer Betriebstemperatur von unter 0°C zu halten.
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Um eine deutlich unterschiedliche Kondensatbildung an den zwei Verdampfern zu erzielen, sollte die Differenz ihrer Verdampfungstemperaturen wenigstens 5°C, besser noch wenigstens 10°C betragen.
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Um sicher zu stellen, dass der zweite Verdampfer auch nicht zeitweilig kälter als der erste ist, sollte er nur zusammen mit dem ersten mit Kältemittel versorgt werden. Zweckmäßigerweise können daher beide Verdampfer ein einem Kältemittelkreislauf in Reihe verbunden sein.
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Unterschiedliche Verdampfungstemperaturen in zwei in Reihe verbundenen Verdampfern sind auf einfache Weise realisierbar, indem eine Verbindung zwischen ihnen einen Engpass aufweist, der, solange Kältemittel durch die Verdampfer zirkuliert, unterschiedliche Drücke in den Verdampfern aufrechterhält. Da der sich stromaufwärts vom Engpass einstellende höhere Druck einer höheren Verdampfungstemperatur des Kältemittels entspricht, ist der zweite Verdampfer in einer solchen Reihenschaltung zweckmäßigerweise stromaufwärts vom ersten Verdampfer angeordnet.
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Der Engpass ist vorzugsweise durch eine zwischen Kältemittelleitungen des ersten und des zweiten Verdampfers eingefügte Kapillare gebildet.
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Während der erste Verdampfer in herkömmlicher Weise an einer Rückwand der Lagerkammer angeordnet sein kann, erstreckt sich der zweite Verdampfer vorzugsweise auf einer seitlichen Wand und/oder einer horizontalen Wand der Lagerkammer.
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Zweckmäßig ist auch, dass der erste und zweite Verdampfer sich auf jeweils verschiedenen Wänden der Lagerkammer erstrecken. So genügte es, eine Auffangrinne oder andere Mittel zum Abführen von Kondenswasser nur an derjenigen Wand der Lagerkammer vorzusehen, an der sich der erste Verdampfer erstreckt.
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Um den Zusammenbau des Kältegerätes zu vereinfachen, können der erste und der zweite Verdampfer zweckmäßigerweise einteilig zusammenhängende Platinen aufweisen.
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Beide Verdampfer sind vorzugsweise unmittelbar an einem Innenbehälter der Lagerkammer, z. B. durch Verklebung, befestigt, um einen gleich innigen thermischen Kontakt zur Lagerkammer für beide Verdampfer zu gewährleisten.
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Die flächenbezogene Wärmekapazität des zweiten Verdampfers sollte kleiner oder gleich der des ersten Verdampfers sein, um sicherzustellen, dass, wenn sich bei einer Unterbrechung der Kältemittelzirkulation die beiden Verdampfer erwärmen, der zweite Verdampfer auch nicht zeitweilig kälter als der erste wird. Falls die Wärmekapazität eines der Verdampfer durch ein Wärmespeichermedium erhöht ist, das Temperaturänderungen verzögert, dann sollte dies der erste Verdampfer sein, oder das Wärmespeichermedium sollte am ersten Verdampfer in wenigstens derselben Menge wie am zweiten vorgesehen sein.
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Aus demselben Grunde sollte der Wärmedurchgangskoeffizient einer den Verdampfer von der Lagerkammer trennenden Schicht, die in der Praxis z. B. durch den Innenbehälter und eine Klebstoffschicht gebildet sein kann, im Falle des zweiten Verdampfers wenigstens so groß sein wie im Falle des ersten Verdampfers.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Aus dieser Beschreibung und den Figuren gehen auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt. Es zeigen:
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1 ein schematisches Diagramm des Kältemittelkreislauf eines erfindungsgemäßen Haushaltskältegerätes;
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2 eine perspektivische Ansicht von Verdampfern des Kältegerätes gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung;
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3 eine perspektivische Ansicht eines Innenbehälters mit einem daran angebrachten zweiten Verdampfer gemäß einer zweiten Ausgestaltung; und
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4 einen schematischen Querschnitt eines Innenbehälters mit daran angebrachten Verdampfern gemäß einer dritten Ausgestaltung.
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Der in 1 gezeigte Kältemittelkreislauf eines erfindungsgemäßen Haushaltskältegeräts umfasst einen Verdichter 1, einen mit einem Hochdruckanschluss des Verdichters 1 verbundenen Verflüssiger 2, einen stromaufwärtigen Verdampfer 3, der mit einem Ausgang des Verflüssigers 2 über eine Kapillare 4 verbunden ist, sowie einen stromabwärtigen Verdampfer 5, dessen Eingang über eine Kapillare 6 mit dem Ausgang des Verdampfers 3 verbunden ist und dessen Ausgang mit einem Sauganschluss des Verdichters 1 verbunden ist. Die Kapillaren 4, 6 bewirken während des Betriebs des Verdichters 1 einen starken Druckabfall, der dafür sorgt, dass zum einen das Kältemittel 2 unter hohem Druck im Verflüssiger 2 kondensieren und dabei Wärme an die Umgebung abgeben kann, und zum anderen das Kältemittel in den Verdampfern 3, 5 bei unterschiedlich hohen Drücken und dementsprechend unterschiedlichen Temperaturen verdampft.
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Die Druckdifferenz zwischen den zwei Verdampfern 3, 5 wird in der Praxis im allgemeinen kleiner sein als die zwischen dem stromaufwärtigen Verdampfer 3 und dem Verflüssiger 2. Um diese Druckverhältnisse mit Kapillaren 4, 6 gleichen Durchmessers einzustellen, ist die Kapillare 6 kürzer als die Kapillare 4.
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2 zeigt eine exemplarische Anordnung der beiden Verdampfer 3, 5 und der sie verbindenden Kapillare 6 in einer perspektivischen Ansicht. Die Verdampfer 3, 5 sind hier jeweils in Tube-on-Sheet-Bauweise realisiert, mit einer gemeinsamen Platine 7, die durch eine Biegezone 8 in einen horizontalen Abschnitt 9 und einen vertikalen Abschnitt 10 gegliedert ist. Auf beiden Abschnitten 9, 10 ist jeweils ein Kältemittelrohr 11, 12 verlegt, und die beiden Rohre 11, 12 sind miteinander durch die die Biegezone 8 überbrückende Kapillar 6 verbunden. Das Rohr 11 und der horizontale Abschnitt 9 bilden den stromaufwärtigen Verdampfer 3, das Rohr 12 und der vertikale Abschnitt 10 den stromabwärtigen Verdampfer 5. Die Verdunstungstemperatur des Kältemittels ist daher im Rohr 11 höher als im Rohr 12.
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Die Biegezone 8 kann mit in der Figur nicht gezeigten Schlitzen oder anderen Durchbrechungen versehen sein, um den Wärmefluss zwischen den Abschnitten 9, 10 zu begrenzen und so sicherzustellen, dass eine Temperatur, die zur Abscheidung von Kondenswasser führt, nur am vertikalen Abschnitt 10 erreicht wird. Wenn die beiden Verdampfer 3, 5 an Rückwand und Decke eines Kältegeräte-Innenbehälters wie etwa des in 3 gezeigten Innenbehälters 13 angebracht sind, unterstützt der an der Innenbehälterdecke 15 angebrachte Verdampfer 3 die Kühlung einer von dem Innenbehälter 13 begrenzten Lagerkammer 14, allerdings nicht so stark, dass über längere Zeit hinweg eine Kondensation an der Innenbehälterdecke 15 möglich ist, die dazu führen könnte, dass Kondenswasser von dort auf in der Lagerkammer 14 aufbewahrtes Kühlgut herabregnet. Die Unterstützung der Kühlung durch den Verdampfer 3 erlaubt es jedoch, die Differenz zwischen der Verdampfungstemperatur im stromabwärtigen Verdampfer 5 und der Betriebstemperatur der Lagerkammer 14 niedriger anzusetzen als im Fall einer in herkömmlicher Weise ausschließlich über einen an der Rückwand montierten Verdampfer gekühlten Lagerkammer. Dies ermöglicht einen energieeffizienten Betrieb des erfindungsgemäßen Kältegerätes.
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Es versteht sich, dass die beiden Verdampfer 3, 5 auch in anderen an sich bekannten Techniken wie etwa der Rollbondtechnik realisiert sein könnten. Bei dieser Technik werden zwei Metallplatinen zwischen Stempeln platziert, von denen der eine ein dem vorgesehenen Verlauf der Kältemittelleitungen 11, 12 der Verdampfer entsprechendes Rinnenmuster aufweist, und die Kältemittelleitung wird durch Einpressen einer Flüssigkeit zwischen die Platinen ausgeformt. Bei dieser Technik ist auch denkbar, die die Verdampfer 3, 5 verbindende Kapillare 6 einteilig mit den Verdampfern 3, 5 zu realisieren, indem das Rinnenmuster einen Abschnitt aufweist, dessen Querschnittsfläche im Vergleich zu davor und dahinter liegenden, den Kältemittelleitungen 11, 12 entsprechenden Abschnitten verringert ist.
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Unabhängig von der eingesetzten Fertigungstechnik kann ein Engpass zwischen den Verdampfern 3, 5 auch erzeugt werden, indem der Querschnitt eines die Verdampfer verbindenden Leitungsabschnitts nachträglich, z. B. durch Flachdrücken, verringert wird.
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Innenbehälters 13 mit daran montiertem stromaufwärtigen Verdampfer 3, dessen Kältemittelrohr 11 sich über die Decke 15 sowie jeweils obere Bereiche der Seitenwände 16 des Innenbehälters 13 erstreckt. In der Darstellung der 3 ist das Kältemittelrohr 11 unmittelbar, z. B. durch Verklebung, am Innenbehälter 13 befestigt; denkbar ist natürlich auch, das Kältemittelrohr 11 auf einer Platine anzubringen oder zu formen, wie in 2 gezeigt, und die Platine passend zu biegen, so dass sie an Decken 15 und Seitenwänden 16 des Innenbehälters 13 verklebt werden kann. Der in gleicher Weise aufgebaute stromabwärtige Verdampfer 5 ist, in 3 nicht sichtbar, außen an der Rückwand 17 des Innenbehälters 13 befestigt. Die Gleichartigkeit des Aufbaus der beiden Verdampfer 3, 5 und ihrer Befestigung am Innenbehälter 13 gewährleistet, dass eine Temperaturdifferenz, die sich während des Umlaufs des Kältemittels zwischen den Verdampfern 3, 5 einstellt, nach Beendigung der Kältemittelzirkulation ihr Vorzeichen beibehält. D. h. der stromabwärtige Verdampfer 5 bleibt auch dann kälter als der stromaufwärtige Verdampfer 3, wenn kein Kältemittel zirkuliert, so dass Kondensation immer bevorzugt an der Rückwand 17 stattfindet und Kondenswasser über eine an sich bekannte und in der Figur nicht dargestellte Auffangrinne am Fuße der Rückwand 17 aufgefangen und abgeleitet werden kann.
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4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Teil des Innenbehälters 13 eines Kältegeräts gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung, mit an der Decke 15 des Innenbehälters 13 verklebtem stromaufwärtigem Verdampfer 3 und an der Rückwand 17 verklebtem stromabwärtigem Verdampfer 5. Der stromabwärtige Verdampfer 5 ist an einer Seite, hier der von der Rückwand 17 abgewandten, mit einem Wärmespeicher 18, z. B. in Form eines eine eutektische Lösung enthaltenden flachen Behälters, versehen. Der Gefrierpunkt der eutektischen Lösung liegt über der Betriebstemperatur der Lagerkammer 14, so dass die Lösung gefriert, während Kältemittel durch die Verdampfer 3, 5 zirkuliert. Der Wärmespeicher 18 verzögert so die Abkühlung des Verdampfers 5 und hält den Druck des Kältemittels im Verdampfer 5 auf hohem Niveau. Da der Druck im Verdampfer 3 nicht niedriger sein kann als im Verdampfer 5, kann dieser nicht kälter werden als der Verdampfer 3, d. h. der Wärmespeicher 18 verzögert auch die Abkühlung des Verdampfers 3, obwohl er nicht mit ihm im Wärmeaustausch steht. Daher bleibt die Kondensation im wesentlichen auf die vom Verdampfer 5 gekühlte Rückwand 17 beschränkt.
