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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältegerät, insbesondere ein Haushaltskältegerät, mit einem automatisch abtaubaren Verdampfer.
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Am Verdampfer eines Kältegerätes schlägt sich im Betrieb Feuchtigkeit aus der Luft der durch den Verdampfer gekühlten Lagerkammer nieder, so dass sich im Laufe des Betriebs auf dem Verdampfer eine Reifschicht ausbilden kann, die den Wärmeaustausch zwischen der Lagerkammer und dem Verdampfer behindert. Insbesondere bei Kältegeräten in Nofrost-Bauweise, bei denen der Verdampfer getrennt von der Lagerkammer angeordnet ist und die Lagerkammer kühlt, indem Luft zwischen dem Verdampfer und der Lagerkammer umgewälzt wird, ist eine automatische Abtauung des Verdampfers im Wesentlichen ohne gleichzeitige Erwärmung der Lagerkammer möglich, indem während des Abtauens die Luftumwälzung unterbrochen wird.
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Bei den gegenwärtig auf dem Markt verbreiteten Haushaltskältegeräten erfolgt die Erwärmung des Verdampfers beim Abtauen meist elektrisch. Der Einsatz von elektrischer Energie beeinträchtigt den Wirkungsgrad des Kältegerätes.
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Aus
JP 2005 249 254 A ist ein Kältegerät bekannt, bei dem beim Abtauen die Beheizung des Verdampfers nicht unmittelbar elektrisch stattfindet, sondern indem Kältemittel durch den Verdampfer umgewälzt wird, ohne vorher einen Verflüssiger und eine Drosselstelle durchlaufen zu haben. Zwar ist der Energiebedarf des Abtauvorgangs bei diesem Gerät reduziert, da die zum Abtauen benötigte Wärme im Wesentlichen der Umgebung entnommen wird. Dennoch kann auf den Einsatz von elektrischer Energie zum Antreiben des Verdichters nicht völlig verzichtet werden. Die Tatsache, dass beim Abtauen auch der Verflüssiger aus dem Umlaufweg des Kältemittels ausgegliedert wird, erschwert den Wärmeaustausch zwischen Kältemittel und Umgebung und macht den Abtauvorgang langwierig. Außerdem macht die Notwendigkeit, die Rotationsgeschwindigkeit des Verdichters vor dem Abtauen zu erhöhen, einen aufwendigen und dementsprechend kostspieligen Verdichter erforderlich.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Kältegerät, insbesondere Haushaltskältegerät, mit einem automatisch abtaubaren Verdampfer zu verbessern.
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Unter einem Kältegerät wird insbesondere ein Haushaltskältegerät verstanden, also ein Kältegerät das zur Haushaltsführung in Haushalten oder eventuell auch im Gastronomiebereich eingesetzt wird, und insbesondere dazu dient Lebensmittel und/oder Getränke in haushaltsüblichen Mengen bei bestimmten Temperaturen zu lagern, wie beispielsweise ein Kühlschrank, ein Gefrierschrank, eine Kühlgefrierkombination, eine Gefriertruhe oder ein Weinlagerschrank.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem bei einem Kältegerät, insbesondere einem Haushaltskältegerät, mit einer Lagerkammer und einem Kältemittelkreislauf, der einen Verdichter zum Antreiben des Kältemittels, einen Verflüssiger sowie einen die Lagerkammer kühlenden Verdampfer umfasst, der einen mit dem Verflüssiger verbundenen Einlass für flüssiges Kältemittel sowie einen zum Verdichter führenden Auslass für gasförmiges Kältemittel aufweist, der Verdampfer ferner eine für flüssiges Kältemittel passierbaren, zu einem ungekühlten Bereich des Kältegerätes führenden Abfluss aufweist. Indem über diesen Abfluss, insbesondere beim Stillstand des Verdichters, flüssiges Kältemittel aus dem Verdampfer entweicht, kann es im ungekühlten Bereich verdunsten, und der daraus resultierende Druckanstieg führt dazu, dass das verdunstete Kältemittel zurück in den Verdampfer gelangt und diesen erwärmt, ohne dass elektrische Energie zum Erwärmen des Verdampfers oder zum Antreiben der Kältemittelzirkulation aufgewandt werden muss.
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Um flüssiges und gasförmiges Kältemittel am Ausgang des Verdampfers voneinander zu trennen, ist vorzugsweise an einem stromabwärtigen Ende einer Kältemittelleitung eines Verdampfers ein ansteigendes Leitungsstück vorgesehen, das zum Auslass führt, wohingegen der Abfluss stromaufwärts von dem ansteigenden Leitungsstück, also in einem relativ tief gelegenen Bereich der Kältemittelleitung, in dem sich beim Stillstand des Verdichters das Kältemittel von sich aus sammelt, von der Kältemittelleitung abzweigt.
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Im einfachsten Falle könnte der Abfluss ständig offen sein und die Menge des bei laufendem Verdichter über den Abfluss entweichenden Kältemittels durch beispielsweise einen engen Querschnitt des Abflusses begrenzt sein, denn die Rate, mit der das flüssige Kältemittel aus dem Verdampfer abfließt, braucht nicht größer zu sein als die, mit der es anschließend im ungekühlten Bereich verdampft. Eine bessere Energieeffizienz des Kältegerätes ist allerdings erreichbar, wenn der Abfluss absperrbar ist.
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Vorzugsweise ist hierfür ein Absperrventil vorgesehen, das den Abfluss wenigstens dann versperrt, wenn der Verdichter in Betrieb ist. In einer Stillstandsphase des Verdichters kann das Absperrventil zumindest dann geschlossen bleiben, wenn der Verdampfer nicht abgetaut zu werden braucht.
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Als Absperrventil kommt insbesondere ein Magnetventil infrage.
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Um in einer Stillstandphase des Verdichters den Rückfluss von Kältemitteldampf aus dem ungekühlten Bereich zum Verdampfer zu ermöglichen, sollten der Auslass und/oder der Abfluss für vom ungekühlten Bereich zum Verdampfer strömendes gasförmiges Kältemittel passierbar sein.
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Der ungekühlte Bereich kann im einfachsten Fall durch ein zum Sauganschluss des Verdichters führendes Leitungsstück des Kältemittelkreislaufs gebildet sein.
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Einer Weiterbildung zufolge kann ein Absperrventil auch zwischen Sauganschluss und Druckanschluss des Verdichters vorgesehen sein. Wenn dieses Absperrventil in einer Stillstandsphase des Verdichters offen ist, ermöglicht es flüssigem Kältemittel, das über den Abfluss aus dem Verdampfer entweicht, den Verdichter zu umgehen und zum Verflüssiger zu gelangen, dessen große Oberfläche eine schnelle Verdunstung des Kältemittels gewährleistet.
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Wenn der Verdichter in Betrieb ist, sollte dieses Absperrventil geschlossen sein.
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Zweckmäßig ist ferner, wenn parallel zu einer fachüblichen, eine Drosselstelle enthaltenden Leitung eine ein Absperrventil enthaltende Leitung vom Verflüssiger zum Verdampfer verläuft, um aus dem Verflüssiger herrührendem Kältemitteldampf den Zutritt zum Verdampfer zu erleichtern.
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Als Absperrventil kommt hier ebenfalls ein Magnetventil in Betracht, aber auch ein druckgesteuertes Ventil kann verwendet werden, wie etwa ein Rückschlagventil, das unter dem Einfluss des bei laufendem Verdichter hohen Drucks im Verflüssiger sperrt und offen ist, wenn der Verdichter still steht und lediglich eine geringe Druckdifferenz zwischen Verflüssiger und Verdampfer besteht.
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Am ungekühlten Bereich, insbesondere am Verflüssiger, kann ein Ventilator vorgesehen sein. Wenn dieser auch bei ausgeschaltetem Verdichter betreibbar ist, kann er die Erzeugung von Kältemitteldampf zum Abtauen des Verdampfers fördern.
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Zu diesem Zweck ist der Ventilator vorzugsweise wenigstens dann in Betrieb, wenn das eine oder andere oben erwähnte Absperrventil offen ist. Insbesondere wenn es sich bei dem betreffenden Absperrventil um ein Magnetventil handelt, kann dieses parallel mit dem Ventilator gesteuert sein.
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Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Abtauen eines Verdampfers in einem Kältegerät mit den folgenden Schritten:
- – Abführen von in dem Verdampfer enthaltenem flüssigem Kältemittel in einen ungekühlten Bereich des Kältegerätes und
- – Einspeisen von in dem ungekühlten Bereich verdunstetem Kältemittel in den Verdampfer.
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Am Verdampfer kann ein Temperatur- oder Eissensor vorgesehen sein, um zu erfassen, wann der Verdampfer fertig abgetaut ist, und dann die Einspeisung des verdunsteten Kältemittels zu beenden.
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Die Abführung des flüssigen Kältemittels aus dem Verdampfer erfolgt vorzugsweise schwerkraftgetrieben.
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Um die Verdunstung des Kältemittels in dem ungekühlten Bereich zu fördern, kann, wie bereits geschildert, ein Ventilator betrieben werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren.
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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 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kältegerätes in Nofrost-Bauweise;
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2 eine partielle schematische Darstellung eines Kältegerätes gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung;
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3 ein vergrößertes Detail des Kältegerätes aus 2;
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4 eine zu 2 analoge Darstellung gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung; und
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5 eine zu 2 analoge Darstellung gemäß einer vierten Ausgestaltung der Erfindung.
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1 ist eine schematische Darstellung eines Haushaltskältegerätes gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Gehäuse des Gerätes umfasst einen Korpus 1 und eine daran angeschlagene Tür 2, die wenigstens eine durch einen gestrichelten Umriss angedeutete Lagerkammer 3 für Kühlgut begrenzen. Benachbart zur Lagerkammer 3 ist im Innern des Korpus 1 eine Verdampferkammer 4 abgeteilt, die einen Verdampfer 5 enthält. Wegen seiner kompakten Form und geringen Wärmekapazität ist als Verdampfer 5 ein Lamellenverdampfer bevorzugt.
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In einem unteren rückwärtigen Bereich des Korpus 1, außerhalb einer die Lagerkammer 3 und die Verdampferkammer 4 umgebenden Wärmedämmschicht 6 des Korpus 1, ist in an sich bekannter Weise ein Maschinenraum 7 vorgesehen, der unter anderem einen Verdichter 8 enthält. Ein Verflüssiger 9 kann wie gezeigt im Maschinenraum 7 oder an einer Rückwand des Korpus 1 angebracht sein.
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Eine Kältemittelleitung verläuft von einem Druckanschluss 10 des Verdichters 8 über den Verflüssiger 9 und eine Drosselstelle 27 zu einem Einlass 11 des Verdampfers 5. Als Drosselstelle 27 kann in fachüblicher Weise eine Kapillare vorgesehen sein, und der Einlass 11 ist der Übergang von der Kapillare zur geräumigeren Kältemittelleitung des Verdampfers 5.
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Innerhalb des Verdampfers 5 verläuft die Kältemittelleitung in Mäandern abwärts bis zu einem unteren Leitungsabschnitt 12, von dem ein Abfluss 13 abzweigt. Stromabwärts vom Abfluss 13 schließen sich ein ansteigender Leitungsabschnitt 14 sowie eine zu einem Sauganschluss 15 des Verdichters 8 führende Saugleitung 16 an. Der Abfluss 13 ist über einen abfallenden Leitungsabschnitt 17 und ein daran angeordnetes Magnetventil 18 unter Umgehung des ansteigenden Leitungsabschnitts 14 mit der Saugleitung 16 verbunden.
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Anhand von Messsignalen eines an der Lagerkammer 3 angeordneten Temperatursensors schaltet eine Steuerschaltung 19 den Verdichter 8 in fachüblicher Weise zyklisch ein und aus.
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Wenn der Verdichter 8 in Betrieb ist, ist das ebenfalls von der Steuerschaltung 19 gesteuerte Magnetventil 18 geschlossen, und der ansteigende Leitungsabschnitt 14 verhindert, dass flüssiges Kältemittel vom Verdampfer 5 in die Saugleitung 16 gelangt. So wird die Lagerkammer 3 in an sich üblicher Weise durch Luftaustausch mit der Verdampferkammer 4 gekühlt, wobei sich in der Luft der Lagerkammer 3 enthaltene Feuchtigkeit auf den Verdampfer 5 als Reif niederschlägt.
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Dieser Reif muss von Zeit zu Zeit entfernt werden, um eine energieeffiziente Kühlung der Lagerkammer 3 zu gewährleisten. Um die Menge des Reifs zu erfassen, kann die Steuerschaltung 19 mit einem Reifsensor 20 am Verdampfer 5 verbunden sein; einer vereinfachten Variante zufolge kann der Reifsensor 20 jedoch auch entfallen und die Steuerschaltung 19 entscheidet nach jeder Betriebsphase des Verdichters 8 oder nach Ablauf einer vorgegebenen Betriebszeitspanne des Verdichters 8, dass ein Abtauen erforderlich ist.
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Wenn die Steuerschaltung 19 entschieden hat, eine Abtauung durchzuführen, und der Verdichter 8 ausgeschaltet ist, öffnet die Steuerschaltung 19 das Magnetventil 18, und flüssiges Kältemittel, das aus einer vorhergehenden Betriebsphase des Verdichters 8 im Verdampfer 5 zurückgeblieben ist, fließt über den Leitungsabschnitt 17 in die Saugleitung 16 ab. Es staut sich am Sauganschluss 15 des Verdichters 8. Um das flüssige Kältemittel aufzunehmen, kann unmittelbar vor dem Sauganschluss 15 in der Kältemittelleitung eine Aufweitung 21 gebildet sein. Kältemitteldampf, der hier entsteht, steigt in der Saugleitung 16 auf. Der freie Querschnitt der Saugleitung 16 ist so groß, dass das flüssige Kältemittel an der Wand der Saugleitung 16 abwärts strömt, ohne die Saugleitung 16 komplett zu verschließen. Es behindert daher den Aufstieg des Kältemitteldampfs in der Saugleitung 16 nicht, und dieser gelangt über den Leitungsabschnitt 14 oder 17 zurück in den Verdampfer 5. Der mit der Verdunstung am Sauganschluss 15 verbundene Druckanstieg in der Kältemittelleitung führt dazu, dass wenigstens ein Teil des zuströmenden Kältemitteldampfes im Verdampfer 5 kondensiert und das verflüssigte Kältemittel über den Leitungsabschnitt 17 zum Verdichter 8 zurückfließt. Auf diese Weise wird effizient Umgebungswärme in die Verdampferkammer 4 transportiert, die den Reif am Verdampfer 5 abtauen lässt.
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Der Abtauvorgang wird durch Schließen des Magnetventils 18 beendet, wenn der Reifsensor 20 anzeigt, dass der Reif auf dem Verdampfer 5 beseitigt ist, oder wenn, falls der Reifsensor 20 nicht vorhanden ist, eine fest vorgegebene oder, bei einer weiterentwickelten Ausgestaltung, eine von der Steuerschaltung 19 anhand vorhergehender Betriebsbedingungen abgeschätzte, zum Abtauen des Verdampfers 5 voraussichtlich ausreichende Zeitspanne verstrichen ist.
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2 zeigt eine partielle schematische Darstellung eines Haushaltskältegerätes gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung. Diese zweite Ausgestaltung unterscheidet sich von der in 1 gezeigten durch einen Abschnitt 22 der Kältemittelleitung, der Saug- und Druckanschluss 15, 10 des Verdichters 8 im Nebenschluss verbindet und mit einem Absperrventil 23 ausgestattet ist. Das Absperrventil 23 kann ein Magnetventil vom gleichen Typ wie das Magnetventil 18 sein und von der (in 2 weggelassenen) Steuerschaltung 19 parallel zum Magnetventil 18 gesteuert sein, um zu den gleichen Zeiten wie dieses offen zu sein bzw. zu sperren.
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Denkbar ist auch, als Absperrventil 23 ein Rückschlagventil zu verwenden, das bedingt durch seine Bauweise unter dem Einfluss eines Überdrucks auf Seiten des Druckanschlusses 10 sperrt und bei Druckgleichheit offen ist, ohne dafür einer Steuerung durch die Steuerschaltung 19 zu bedürfen.
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Im einen wie im anderen Falle ist das Absperrventil 23 geschlossen, wenn der Verdichter 8 arbeitet, und offen, wenn der Verdichter 8 stillsteht und der Verdampfer 5 abgetaut werden soll. Flüssiges Kältemittel, das während des Abtauens über die Saugleitung 16 aus dem Verdampfer 5 abläuft, gelangt über den Leitungsabschnitt 22 zum Verflüssiger 9. Um den Abfluss des Kältemittels zum Verflüssiger 9 zu begünstigen, ist der Leitungsabschnitt 22 vorzugsweise auf seiner gesamten Länge abschüssig.
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Die große Oberfläche des Verflüssigers 9 ermöglicht eine schnellere Verdunstung des Kältemittels, als wenn sich dieses lediglich wie im Falle der ersten Ausgestaltung am Druckanschluss 10 des Verdichters 8 staut. Kältemitteldampf aus dem Verflüssiger 9 kann über den Leitungsabschnitt 22 und die Saugleitung 16 oder über den Einlass 11 in den Verdampfer 5 gelangen.
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3 zeigt einen vergrößerten Querschnitt der Saugleitung 16 am Ort der Abzweigung des Leitungsabschnitts 22. Eine Auffangrinne 24 verläuft ringförmig entlang der Innenwand der Saugleitung 16, um an dieser abwärts fließendes flüssiges Kältemittel vom Sauganschluss 15 fernzuhalten und über den in Höhe der Auffangrinne 24 abzweigenden Leitungsabschnitt 22 dem Verflüssiger 9 zuzuführen.
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Ein am Verflüssiger 9 angeordneter Ventilator 25 (s. 2) ist sowohl während des Betriebs des Verdichters 8 als auch während des Abtauens in Betrieb, um im ersteren Falle die Wärmeabgabe an die Umgebungsluft und im letzteren die Wärmeaufnahme aus der Luft zu fördern.
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4 zeigt eine Weiterbildung der Ausgestaltung der 2. Das Absperrventil 23 ist hier als Rückschlagventil dargestellt, welches, solange der Verdichter 8 in Betrieb ist, durch die Druckdifferenz zwischen dessen Anschlüssen 10, 15 geschlossen gehalten wird und selbsttätig öffnet, sobald nach Ausschalten des Verdichters 8 ein Druckausgleich zwischen den Anschlüssen 10, 15 zustande kommt. Um den Zustrom von Kältemitteldampf zum Verdampfer 5 während des Abtauens zu erleichtern, ist ein Leitungsabschnitt 26 vorgesehen, der den Verflüssiger 9 mit dem Einlass 11 des Verdampfers 5 unter Umgehung der Drosselstelle 27 verbindet. Ein Absperrventil 28 im Leitungsabschnitt 26 kann wie das Absperrventil 23 wahlweise als Magnetventil oder als unter dem Einfluss des vom Verdichter 8 im Betrieb erzeugten Drucks schließendes Rückschlagventil ausgebildet sein.
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5 zeigt abermals eine Weiterbildung der Ausgestaltung der 4. Während in der Ausgestaltung der 4 der Leitungsabschnitt 26 nicht länger ist, als erforderlich, um die Drosselstelle 27 zu umgehen, erstreckt sich in der Ausgestaltung der 5 der Leitungsabschnitt 26 zwischen dem Einlass 11 und einer Verzweigung 29, die in einem oberen Bereich des Verflüssigers 9 oder einem vom Druckanschluss 10 zum Verflüssiger 9 führenden Leitungsabschnitt gebildet ist. Diese Anordnung der Verzweigung 29 ermöglicht es beim Abtauen dem im Verflüssiger 9 entstehenden Kältemitteldampf, zum Verdampfer 5 aufzusteigen, ohne dass dafür flüssiges Kältemittel aus dem Verflüssiger 9 in Richtung des Verdampfers 5 verdrängt werden muss. Auf diese Weise ist eine schnelle Verdunstung des Kältemittels im Verflüssiger 9 und ein zügiger Wärmetransport zum Verdampfer 5 gewährleistet, sodass das Abtauen des Verdampfers 5 in kurzer Zeit abgeschlossen werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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