DE102011084897A1

DE102011084897A1 - Enteisung eines Verdampfers in einem Kältegerät mit zwei Verdampfern

Info

Publication number: DE102011084897A1
Application number: DE201110084897
Authority: DE
Inventors: Andreas Babucke; Matthias Mrzyglod; Martin Peukert
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2013-04-25

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältegerät 101 mit einem ersten Verdampfer 103 zum Kühlen eines ersten Fachs 105 mittels eines Kühlmittels und einem zweiten Verdampfer 107 zum Kühlen eines zweiten Fachs 109 mittels eines Kühlmittels, wobei der zweite Verdampfer 107 in einem Enteisungsvorgang zum Verflüssigen eines mittels des ersten Verdampfers 103 verdampften Kühlmittels vorgesehen ist. Weiter betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Enteisen eines Verdampfers in einem Kältegerät 101 mit einem ersten Verdampfer 103 zum Kühlen eines ersten Faches 105 und einem zweiten Verdampfer 107 zum Kühlen eines zweiten Faches 109 mittels eines Kühlmittels mit dem Schritt eines Verflüssigens von mittels des ersten Verdampfers 103 verdampften Kühlmittels durch den zweiten Verdampfer 107.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältegerät mit einem ersten Verdampfer zum Kühlen eines ersten Fachs mittels eines Kühlmittels und einem zweiten Verdampfer zum Kühlen eines zweiten Fachs mittels eines Kühlmittels sowie ein Verfahren zum Enteisen eines Verdampfers in einem Kältegerät mit zwei Verdampfern.
Im Stand der Technik sind unterschiedliche Vorrichtungen zum Abtauen oder Enteisen von Kältegeräten bekannt.
Die Druckschrift DE 10 2008 054 935 A1 beschreibt Kältegeräte mit Verdampfern, die ein manuelles Abtauen vermeiden. In diesen Kältegeräten erfolgt das Abtauen in der Regel durch eine elektrische Heizung, die zeit- oder temperaturgesteuert betrieben wird. Neben dem Stromverbrauch für die Heizung selbst, führt das anschließende Abführen der so eingebrachten Wärme zu einem zusätzlichen Energieverbrauch des Geräts.
Die Druckschrift US 4,420,943 beschreibt eine alternative Vorgehensweise, bei der das Abtauen mittels Heißgas erfolgt. Durch Öffnen eines Ventils erfolgt ein Druckausgleich und Kältemittel kondensiert im Verdampfer. Die dadurch freiwerdende Wärme schmilzt dann am Verdampfer angesetztes Eis.
Die Druckschrift US 5,669,222 beschreibt einen passiven Abtaukreislauf. In diesem Abtaukreislauf kondensiert Kältemittel im Verdampfer und wird aufgrund der Schwerkraft über die Füllleitung zum heißen Verdichter transportiert.
Die Druckschrift US 5,269,151 beschreibt das Zwischenspeichern von anfallender Wärme während des Betriebs und deren Verwendung zum Abtauen.
Es ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, ein Kältegerät anzugeben, das einen Abtau- oder Enteisungsvorgang effizienter durchführen kann.
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Figuren, der Beschreibung und der abhängigen Ansprüche.
Gemäß eines Aspekts der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Kältegerät mit einem ersten Verdampfer zum Kühlen eines ersten Fachs mittels eines Kühlmittels und einem zweiten Verdampfer zum Kühlen eines zweiten Fachs mittels eines Kühlmittels gelöst, bei dem der zweite Verdampfer in einem Enteisungsvorgang zum Verflüssigen eines mittels des ersten Verdampfers verdampften Kühlmittels vorgesehen ist. Durch die Verwendung des zu enteisenden Verdampfers als Verflüssiger wird der Vorteil erreicht, dass während des Abtauens keine zusätzliche Heizenergie benötigt wird. Daher muss dem Gesamtsystem „Kühl-Gefrierfach“ nach dem Abtauen auch keine zusätzlich eingebrachte Wärme entzogen werden und der Energieaufwand des Enteisungsvorgangs wird deutlich reduziert. Zusätzlich entfällt die in herkömmlichen Kältegeräten zu diesem Zweck vorgesehene elektrische Heizung als Komponente.
Im Folgenden wird unter einem Kältegerät jedes Gerät verstanden, das zum Erzeugen von Kälte ein Kühlmittel bei unterschiedlichen Drücken verdampft und anschließend wieder verflüssigt. Ein derartiges Kältegerät kann beispielsweise ein Gefrierschank, eine Gefriertruhe, ein Kühlschrank, ein Klimagerät, eine Kühlvorrichtung für ein Lagerhaus oder Ähnliches sein.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das erste Fach eine niedrigere Solltemperatur als das zweite Fach auf. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass das Kältegerät Fächer unterschiedlicher Temperatur bereitstellt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das erste Fach ein Gefrierfach und das zweite Fach ein Kühlfach. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass der erste Verdampfer zum Kühlen des Gefrierfaches verwendet werden kann und der zweite Verdampfer zum Kühlen des Kühlfaches verwendet werden kann.
In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform weist das erste Fach eine höhere Solltemperatur als das zweite Fach auf. Dadurch wird ebenfalls der Vorteil erreicht, dass das Kältegerät Fächer unterschiedlicher Temperatur bereitstellt.
In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform ist das erste Fach ein Kühlfach und das zweite Fach ein Gefrierfach. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass der erste Verdampfer zum Kühlen des Kühlfaches verwendet werden kann und der zweite Verdampfer zum Kühlen des Gefrierfaches verwendet werden kann.
In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Kältegerät eine Trennvorrichtung zum Trennen des zweiten Verdampfers vom Kühlmittelkreislauf. Durch die Trennvorrichtung wird erreicht, dass der zweite Verdampfer vom Kühlmittelkreislauf entkoppelt werden kann und sich daraufhin durch thermischen Kontakt mit dem wärmeren Fach langsam erwärmt.
In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Kältegerät eine Temperaturerfassungsvorrichtung zum Erfassen der Temperatur des ersten Verdampfers und/oder eine Temperaturerfassungsvorrichtung zum Erfassen der Temperatur des zweiten Verdampfers. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Steuerung der Verdampfer und des Kühlmittelkreislaufs auf Grundlage der erfassten Temperatur vorgenommen werden kann.
In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Kältegerät ein Rückschlagventil im Kühlmittelkreislauf des ersten Verdampfers und/oder ein Rückschlagventil im Kühlmittelkreislauf des zweiten Verdampfers. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass ein nicht vorgesehenes Rückströmen von Kühlmittel aus dem ersten oder zweiten Verdampfer unterbunden werden kann.
In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Kältegerät einen Ventilator zum Erzeugen eines Luftstroms in einer ersten Richtung um den ersten Verdampfer herum. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass ein Luftstrom zum Kühlen des ersten Faches erzeugt werden kann.
In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform ist der Ventilator angepasst, einen Luftstrom in einer zweiten Richtung um den ersten Verdampfer herum zu erzeugen, die entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass durch den ersten Verdampfer je nach Richtung ein Luftstrom zum Kühlen von sowohl dem ersten als auch dem zweiten Fach erzeugt werden kann.
In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Kältegerät einen weiteren Ventilator zum Erzeugen eines Luftstroms in einer zweiten Richtung um den ersten Verdampfer herum, die entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass auf eine Umpolungsvorrichtung zum Umpolen des Ventilators verzichtet werden kann und sich zwei unterschiedliche Stromrichtungen erzeugen lassen, die sich jeweils einem der beiden Fächer zuführen lassen.
In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Kältegerät einen Ventilator zum Erzeugen eines Luftstroms in einer ersten Richtung um den zweiten Verdampfer herum. Dadurch wird ebenfalls der Vorteil erreicht, dass ein Luftstrom zum Kühlen des zweiten Faches erzeugt werden kann.
In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform ist der Ventilator angepasst, einen Luftstrom in einer zweiten Richtung um den zweiten Verdampfer herum zu erzeugen, die entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass auch durch den zweiten Verdampfer je nach Richtung ein Luftstrom zum Kühlen von sowohl dem ersten als auch dem zweiten Fach erzeugt werden kann.
In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Kältegerät einen weiteren Ventilator zum Erzeugen eines Luftstroms in einer zweiten Richtung um den zweiten Verdampfer herum, die entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist. Dadurch wird ebenfalls der Vorteil erreicht, dass auf eine Umpolungsvorrichtung zum Umpolen des Ventilators verzichtet werden kann und sich auch an dem zweiten Verdampfer zwei unterschiedliche Stromrichtungen erzeugen lassen, die sich jeweils einem der beiden Fächer zuführen lassen.
In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Kältegerät Strömungsklappen zum Steuern des Luftstroms in das erste oder zweite Fach. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass der Luftstrom gezielt durch Steuerung und Betätigung der Strömungsklappen in das erste Fach oder das zweite Fach geleitet werden kann.
In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform sind die Strömungsklappen derart angepasst, dass diese durch die Richtung des Luftstroms betätigt werden. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass der Luftstrom gezielt aufgrund seiner Strömungsrichtung in das erste Fach oder das zweite Fach geleitet werden kann.
In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Kältegerät eine Betätigungsvorrichtung zum Steuern der Strömungsklappen. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass der Luftstrom gezielt durch Steuerung und Betätigung der Strömungsklappen in das erste Fach oder das zweite Fach geleitet werden kann.
Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Enteisen eines Verdampfers in einem Kältegerät mit einem ersten Verdampfer zum Kühlen eines ersten Faches und einem zweiten Verdampfer zum Kühlen eines zweiten Faches mittels eines Kühlmittels gelöst, bei dem ein mittels des ersten Verdampfers verdampftes Kühlmittel durch den zweiten Verdampfer verflüssigt wird. Dadurch werden die gleichen Vorteile wie durch das entsprechende Kältegerät erreicht.
In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform ist das erste Fach ein Kühlfach und das zweite Fach ein Gefrierfach. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass der erste Verdampfer zum Kühlen des Kühlfaches verwendet werden kann und der zweite Verdampfer zum Kühlen des Gefrierfaches verwendet werden kann.
In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt eines Trennens des zweiten Verdampfers vom Kühlmittelkreislauf. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass der zweite Verdampfer vom Kühlmittelkreislauf entkoppelt werden kann und sich daraufhin durch den Kontakt mit dem wärmeren Kühlfach langsam erwärmt, so dass dieser anschließend als Verflüssiger verwendet werden kann.
In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt eines Kühlens des Gefrierfaches durch den ersten Verdampfer, sobald die Temperatur des zweiten Verdampfers über der Temperatur des ersten Verdampfers liegt. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass der zweite Verdampfer, d.h. der Gefrierfachverdampfer, als Verflüssiger für den ersten, d.h. den Kühlfachverdampfer, verwendet werden kann.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
1 eine allgemeine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Kältegeräts mit zwei Verdampfern;
2 eine schematische Ansicht eines Kältekreislauf im Kühlfachbetrieb mit Kälteerzeugung im Kühlfachverdampfer;
3 eine schematische Ansicht eines Kältekreislauf im Gefrierfachbetrieb mit Kälteerzeugung im Gefrierfachverdampfer;
4 eine schematische Ansicht bei einem ersten Schritt eines Abtauvorgangs des Gefrierfachverdampfers;
5 eine schematische Ansicht bei einem zweiten Schritt des Abtauvorgangs des Gefrierfachverdampfers; und
6A eine schematische Ansicht einer passiven Klappensteuerung bei einem Luftstrom in eine Richtung; und
6B eine schematische Ansicht einer passiven Klappensteuerung bei einem Luftstrom in die andere Richtung.
1 zeigt eine allgemeine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Kältegeräts 101. Das Kältegerät 101 umfasst einen Kühlfachverdampfer 103, d.h. einen ersten Verdampfer, für ein Kühlfach 105, einen Gefrierfachverdampfer 107, d.h. einen zweiten Verdampfer, für ein Gefrierfach 109, Rückschlagventile 111 und 113, Ventilatoren 115 und 117 zum Erzeugen eines Luftstroms, Wegeventile 119, 121, einen Verdichter 123, weitere Wegeventile 125, 127 und 129, einen Verflüssiger 131, Kapillaren 133 und 135, Klappen 137 und 139 zum Steuern eines Luftstroms und Klappensteuerungen oder Betätigungsvorrichtungen 141 und 143 zum Steuern der Klappen 137 und 139. In einer anderen Ausführungsform können jedoch der erste Verdampfer 103 in dem Gefrierfach 109 und der zweite Verdampfer 107 in dem Kühlfach 105 angeordnet sein.
Unter einem erfindungsgemäßen Kältegerät 101 ist eine Vorrichtung zu verstehen, die mittels eines Kühlmittelkreises, in einem Kreisprozess Kälte erzeugen kann. Ein derartiges Kältegerät 101 kann beispielsweise ein Kühlschrank, ein Gefrierschrank, eine Kühltruhe, eine Klimaanlage oder ein Kühlaggregat sein. Das verwendete Kühlmittel siedet bei niedrigem Druck. Die zum Verdampfen benötigte Wärme entzieht es seiner Umgebung, nämlich dem Kühlgut.
Der Kühlfachverdampfer 103 und der Gefrierfachverdampfer 107 erzeugen während einem regulären Betrieb Kälte durch Verdampfen eines Kältemittels. Die Verdampfer 103 und 107 bestehen beispielsweise aus einer Rohrschlange, die im Inneren des Kältegerätes 101 angebracht ist. Die Wände der Verdampfer 103 und 107 nehmen die Wärme in einem Kühlraum auf. Durch diese Wärme verdampft in den Verdampfern 103 und 107 das flüssige Kältemittel. Der Kühlfachverdampfer 103 und der Gefrierfachverdampfer 107 können beispielsweise Verdampfer sein, die als Plattenverdampfer, Lamellen-Verdampfer oder Rollbond-Verdampfer bezeichnet werden. Im Allgemeinen ist als Verdampfer jedoch jede Vorrichtung geeignet, in der durch Verdampfen eines Kühlmittels einer Umgebung Wärme entzogen werden kann.
Das Kühlfach 105 des Kältegeräts 101 ist ein Bereich im Inneren des Kältegeräts 101, in dem in der Regel Temperaturen knapp oberhalb von Null Grad Celsius vorherrschen. Demgegenüber ist das Gefrierfach 109 ein Bereich im Inneren des Kältegeräts 101, in dem Temperaturen unterhalb der Gefriertemperatur vorherrschen. Sowohl das Kühlfach 105 als auch das Gefrierfach 107 dienen zum Aufbewahren von zu kühlenden Gegenständen, wie beispielsweise Lebensmitteln.
Das Rückschlagventil 111 ist im Kühlmittelkreislauf des Kühlfachverdampfers 103 angeordnet und lässt das Kühlmittel in jeweils nur einer Richtung passieren. Das Rückschlagventil 111 sperrt den Durchgang des Kühlmittels in einer Strömungsrichtung selbsttätig und dient zum Entkoppeln eines Kühlmittelkreislaufes des Kühlfachverdampfers 103, so dass ein unbeabsichtigter Austausch von Kühlmittel mit anderen Kühlmittelkreisläufen verhindert wird. Das Rückschlagventil 113 ist im Kühlmittelkreislauf des Gefrierfachverdampfers 107 angeordnet und dient in gleicher Weise zum Trennen des Kühlmittelkreislaufes des Gefrierfachverdampfers 107.
Das Rückschlagventil 113 dient dem Zweck, dass sich das Kältemittel beim Kühlfachbetrieb nicht im kalten Gefrierfachverdampfer sammelt. Da beide Verdampfer 103 und 107 jeweils eines der Fächer bedienen, sind zwei Rückschlagventile vorhanden. In einer anderen Ausführungsform kann das Kältegerät 101 jedoch auch derart ausgestaltet sein, dass auf Rückschlagventile verzichtet wird.
Der Ventilator 115 erzeugt einen um den Kühlfachverdampfer 103 herum strömenden Luftstrom, so dass bei einem regulären Betrieb die von dem Kühlfachverdampfer 103 erzeugte Kälte in das Kühlfach 105 geführt wird. Ein derartiger Ventilator 115 befindet sich beispielsweise in Inneren einer Kühlkammer und wird durch einen hier nicht gezeigten Elektromotor angetrieben. Daneben umfasst das Kältegerät 101 einen weiteren Ventilator 117, der in gleicher Weise wie der Ventilator 115 zum Erzeugen eines um den Gefrierfachverdampfer strömenden Luftstromes dient und über den, im regulären Betrieb erzeugte Kälte an das Gefrierfach 109 abgegeben werden kann.
Daneben umfasst das Kältegerät 101 die Wegeventile 119, 121, 125, 127 und 129. Die Wegeventile 119, 121, 125, 127 und 129 sind derart ausgebildet, dass diese in der Lage sind einen Kühlmittelfluss im Inneren des Kältegeräts zu verändern, so dass beispielsweise durch gezieltes Umschalten der Wegeventile 119, 121, 125, 127 und 129 unterschiedliche Kühlmittelkreisläufe im Inneren des Kältegeräts 101 realisiert werden können. Beispielsweise können die Wegeventile 119, 121, 125, 127 und 129 derart geschaltet werden, dass sich in einem ersten Zustand ein erster Kühlmittelkreislauf durch den Kühlfachverdampfer 103 ergibt und sich in einem zweiten Zustand ein Kühlmittelkreislauf durch den Gefrierfachverdampfer 107 ergibt. Je nach Schaltzustand der Wegeventile 119, 121, 125, 127 und 129 lässt sich daher das Kühlfach 105 oder das Gefrierfach 109 kühlen. Derartige Wegeventile 119, 121, 125, 127 und 129 können beispielsweise durch Wegeventile mit drei Anschlüssen und zwei Schaltstellungen gebildet sein, sogenannte 3/2-Wegeventile. Im Allgemeinen können die einzelnen Kühlmittelkreisläufe jedoch auch andere Ventile umfassen, solange durch diese im Inneren des Kältegerätes 101 Kühlkreisläufe für den Kühlfachverdampfer 103 und den Gefrierfachverdampfer 107 gebildet werden können. Die Ansteuerung der Wegeventile erfolgt beispielsweise elektrisch oder elektromagnetisch über eine nicht gezeigte Steuervorrichtung, die je nach den Anforderungen an das Kältegerät 101 in der Lage ist, den Kühlmittelkreislauf des Kühlfachverdampfers 103 und des Gefrierfachverdampfers 107 wechselweise oder gleichzeitig zu aktivieren.
Der Verdichter oder Kompressor 123 dient zum Komprimieren des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf.
Der Verflüssiger oder Kondensator 131 dient zum Verflüssigen des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf und hat die Aufgabe, die beim Verflüssigen entstandene Wärme an die Außenumgebung abzugeben, indem das Gas abkühlt und dann der Aggregatzustand des Kältemittels von gasförmig nach flüssig verändert wird. Der Kondensator 131 befindet sich in der Regel an der Rückseite des Kältegeräts oder an einer anderen Stelle, an der die Wärme effektiv abgegeben werden kann. Aus dem Kondensator 131 wird das Kältemittel über die Kapillare oder das Drosselventil 133 oder 135 wieder den Verdampfern 103 und 105 zugeleitet.
Die Kapillaren 133 und 135 sind Vorrichtungen, in denen der Druck durch die eine lokale Verengung des Strömungsquerschnitts verringert wird. Die Kapillaren 133 und 135 tragen somit ihren Teil dazu bei, die Flüssigkeitsmenge im Verdampfer zu regulieren.
Zum Steuern des Luftstroms des Kühlfachverdampfers 103 oder des Gefrierfachverdampfers 107 umfasst das Kältegerät(Luft)-Klappensysteme 137 und 139. Das Klappensystem 137 ist beispielsweise derart ausgestaltet, dass die Luft, die durch den Ventilator 115 um den Kühlfachverdampfer 103 geführt wird, entweder dem Kühlfach 105 entnommen und wieder zugeleitet werden kann oder dem Gefrierfach 109 entnommen und wieder zugeleitet werden kann. Durch dieses Klappensystem ist es möglich, dass der Kühlfachverdampfer 103 sowohl zum Kühlen des Kühlfaches 105 als auch zum Kühlen des Gefrierfaches 109 verwendet werden kann. In gleicher Weise ist das Klappensystem 139 für den Gefrierfachverdampfer 107 vorgesehen, so dass der Gefrierfachverdampfer 107 ebenfalls sowohl zum Kühlen des Kühlfaches 105 als auch zum Kühlen des Gefrierfaches 109 verwendet werden kann. In einem regulären Betrieb ist jedoch der Kühlfachverdampfer 103, trotz der Möglichkeit ebenfalls das Gefrierfach 109 zu kühlen, zunächst nur zum Kühlen des Kühlfaches 105 vorgesehen und der Gefrierfachverdampfer 107 ist, trotz der Möglichkeit ebenfalls das Kühlfach 105 zu kühlen, zunächst nur zum Kühlen des Gefrierfaches 109 vorgesehen.
Das Klappensystem 137 wird über eine entsprechende Betätigungsvorrichtung 141 zum Steuern und Betätigen der Klappen und zum Verändern des Öffnungszustandes der Klappen derart gesteuert, dass sich der gewünschte Luftstrom durch das Kühlfach 105 oder das Gefrierfach 109 erzeugen lässt. Das Klappensystem 139 kann in gleicher Weise durch die Betätigungsvorrichtung 143 gesteuert werden, um den Luftstrom durch das Kühlfach 105 oder das Gefrierfach 109 zu leiten. Das Klappensystem 137 und 139 und die Klappensteuerung ermöglichen den jeweiligen Verdampfern 103 und 107 sowohl das Kühlfach 105 als auch das Gefrierfach 109 zu bedienen.
Das Kältegerät 101 umfasst einen Kühlmittelkreislauf für den Kühlfachverdampfer 103 und einen weiteren Kühlmittelkreislauf für den Gefrierfachverdampfer 107. In dieser Ausführungsform ist das Kältegerät 101 derart ausgestaltet, dass jeweils einer dieser beiden Kühlmittelkreisläufe betrieben werden kann. In einer anderen Ausführungsform des Kältegerätes 101 ist es jedoch möglich, dass beide Kühlmittelkreisläufe gleichzeitig betrieben werden können.
Der Kreislauf kann beispielsweise zwei parallele Lamellen-Verdampfer (Nofrost-Verdampfer) umfassen, die über die Ventile gesteuert das Kühlfach 105 bzw. Gefrierfach 109 bedienen. Während der regulären Kälteerzeugung ohne Abtauvorgang entspricht der Weg des Kältemittels einem üblichen Zweitemperaturzonengerät mit Umschaltventil.
Bei einem regulären Betrieb des Kältegeräts kann es vorkommen, dass sich sowohl die Temperatur des Kühlfachverdampfers 103 als auch die Temperatur des Gefrierfachverdampfers 107 unter dem Gefrierpunkt befindet. Daher kondensiert bei einem regulären Betrieb des Kältegeräts 101 in der Luft vorhandene Luftfeuchtigkeit an dem Kühlfachverdampfer 103 und dem Gefrierfachverdampfer 107 und bildet an diesen Eis. Da sich im Laufe der Zeit immer mehr Eis an den Verdampfern 103 und 107 bilden kann und die Funktion des Kältegerätes beeinträchtigen kann, sollte von Zeit zu Zeit ein sogenannter Enteisungs- oder Abtauvorgang für die Verdampfer durchgeführt werden. Bei diesem Enteisungs- oder Abtauvorgang wird der jeweilige Verdampfer 103 oder 107 über den Gefrierpunkt erwärmt, so dass das Eis, das sich an der Oberfläche des Verdampfers gebildet hat, zu Wasser schmilzt und das Schmelzwasser aus dem Kältegerät 101 abgeführt wird. Auf diese Weise wird das Eis entfernt, das sich an den Verdampfern 103 und 107 angelagert hat.
Wird allerdings von außerhalb des Kältegeräts 101 Wärmeenergie für den Enteisungsvorgang zu dem jeweiligen Verdampfer 103 oder 107 zugeführt, erhöht sich die Gesamtwärmemenge im Kältegerät 101. Um nach dem Enteisungsvorgang eines Verdampfers 103 oder 107 die gewünschte Temperatur des Kühl- oder Gefrierfaches 105 oder 109 zu erreichen, muss aus dem Gesamtsystem die für den Enteisungsvorgang zugeführte Wärme durch zusätzliche Kühlung wieder abgeführt werden. Dieser Vorgang verbraucht zusätzlich Energie und ist ineffizient. Eine einfache Umkehr des Kühlmittelkreislaufs, um den Verdampfer 103 oder 107 über den Verflüssiger 131 zum Zweck eines Abtauens zu erwärmen, funktioniert jedoch nicht, da das Kältemittel nicht durch die Kapillare auf die Hochdruckseite strömen kann. Ein nennenswerter Massenstrom wird erst dann erreicht, wenn der Verdampfer 103 oder 107 wärmer als der Verflüssiger 131 ist. Ein Abtauen hat sich aber aufgrund des dann warmen Verdampfers 103 und 107 erübrigt.
Wird hingegen der Kühlfachverdampfer 103 als Verflüssiger für den Gefrierfachverdampfer 107 verwendet, kann dem Gefrierfach 109 auf Kosten des Kühlfachs 105 Wärmeenergie entzogen werden, die dem Kühlfachverdampfer 103 für den Enteisungsvorgang zur Verfügung steht. Da bei diesem Vorgang keine Energie von außen zugeführt wird, bleibt die Gesamtwärmemenge im Inneren des Kältegerätes 101 konstant. Nach einem Enteisungsvorgang muss daher keine zusätzlich in das System eingebrachte Energie abgeführt werden. Dadurch erhöht sich die Energieeffizienz des Kältegeräts beträchtlich.
Die Verwendung des Kühlfachverdampfers 103 als Verflüssiger für den Gefrierfachverdampfer 107 ist möglich, da bei einem regulären Betrieb des Kältegerätes die Temperatur des Kühlfachverdampfers 103 über der Temperatur des Gefrierfachverdampfers 107 liegt. Daher kann das Kühlmittel im Gefrierfachverdampfer 107 verdampft werden und im Kühlfachverdampfer 103 verflüssigt werden. Beim Verflüssigen erwärmt sich der Kühlfachverdampfer 103 derart, dass das Eis schmilzt, das sich an der Oberfläche gebildet hat.
Allerdings ist es umgekehrt auch möglich, den Gefrierfachverdampfer 107 als Verflüssiger für den Kühlfachverdampfer 103 zu verwenden. Dazu sollte jedoch die Temperatur des Gefrierfachverdampfers 107 über die Temperatur des Verdampfers 103 angehoben werden. Dies geschieht beispielsweise durch temporäres Verwenden des Kühlfachverdampfers 103 zum Kühlen des Gefrierfachs 109. Zu diesem Zweck werden die Klappen derart gesteuert, dass der Luftstrom um den Kühlfachverdampfer 103 dem Gefrierfach 109 entnommen und zugeführt wird. Dadurch sinkt die Temperatur des Kühlfachverdampfers 103. Der Gefrierfachverdampfer 107, der im regulären Betrieb zum Kühlen des Gefrierfachs vorgesehen ist, kann beispielsweise temporär vom Kühlmittelkreislauf getrennt werden und die Klappen können derart gesteuert werden, dass der Gefrierfachverdampfer 107 seine Restkälte an das Kühlfach 105 abgibt. Dadurch erhöht sich die Temperatur des Gefrierfachverdampfers 107. Sobald die Temperatur des Gefrierfachverdampfers 107 über der Temperatur des Kühlfachverdampfers 103 liegt, kann der Gefrierfachverdampfer 107 als Verflüssiger für den Kühlfachverdampfer 103 verwendet werden. Im Allgemeinen ist es jedoch auch möglich, die Temperatur des Gefrierfachverdampfers 107 mit anderen geeigneten Verfahren oder Vorrichtungen anzuheben. Hierdurch ergibt sich ebenfalls eine Effizienzsteigerung für das Kältegerät.
Das Kältegerät 101 ist derart ausgestaltet, dass zwischen dem Kühlfachverdampfer 103 und dem Gefrierfachverdampfer 107 ein geschlossener Kältemittelkreislauf erzeugt werden kann, bei dem der Kühlfachverdampfer 103 oder der Gefrierfachverdampfer 107 als Verflüssiger für den jeweils anderen Verdampfer verwendet werden kann. Durch die zusätzlichen Rohrleitungen, wie beispielsweise einem Bypass von Verflüssiger/Kapillare sowie einer Verbindung von Verdampferausgang und Kapillareingang jeweils für die Verdampfer 103 und 107, kann der abzutauende Verdampfer als Verflüssiger betrieben werden.
2 zeigt eine schematische Ansicht eines Kältekreislaufes im Kühlfachbetrieb des Kältegeräts 101, bei dem die Kälte im Kühlfachverdampfer 103 erzeugt wird. Das in dem Kühlfachverdampfer 103 verdampfte Kühlmittel gelangt über das Wegeventil 119 zu dem Verdichter 123 und über das Wegeventil 125 zu dem Verflüssiger 131. Über das Wegeventil 127 gelangt das Kühlmittel erneut zu dem Kühlfachverdampfer 103. Dadurch ergibt sich ein geschlossener Kreislauf, bei dem das Kühlmittel im Kühlfachverdampfer 103 Wärme aufnimmt und im Verflüssiger 131 die aufgenommene Wärme abgibt.
Das Klappensystem 137 umfasst die Klappen 201, 203, 205 und 207, die von der Betätigungsvorrichtung 141 gesteuert werden. Das andere Klappensystem 139 umfasst die Klappen 211, 213, 215 und 217, die von der Betätigungsvorrichtung 143 gesteuert werden.
Im Kühlfachbetrieb sind die Klappen 201 und 203 des Klappensystems 137 geöffnet, so dass über die Klappe 201 Luft aus dem Kühlfach 105 durch den Ventilator 115 an dem Kühlfachverdampfer 103 vorbeigeführt wird und über die Klappe 203 dem Kühlfach zugeführt wird. Die Klappen 205 und 207 sind beim Kühlfachbetrieb geschlossen, so dass der Kühlfachverdampfer 103 vom Gefrierfach 109 entkoppelt ist. Die Klappen 211 und 213 des anderen Klappensystems 139 sind geschlossen, während die Klappen 215 und 217 geöffnet sind, so dass der Gefrierfachverdampfer 107 thermisch an das Gefrierfach 109 gekoppelt ist.
3 zeigt eine schematische Ansicht eines Kältekreislaufs in einem Gefrierfachbetrieb des Kältegeräts 101, bei dem die Kälte im Gefrierfachverdampfer 107 erzeugt wird.
Das in dem Gefrierfachverdampfer 107 verdampfte Kühlmittel gelangt über das Wegeventil 121 über den Verdichter 123 und das Wegeventil 125 zu dem Verflüssiger 131. Danach strömt das Kühlmittel über das Wegeventil 127 zurück zu dem Gefrierfachverdampfer 107. Dadurch ergibt sich ein geschlossener Kreislauf, bei dem das Kühlmittel im Gefrierfachverdampfer 107 Wärme aufnimmt und im Verflüssiger 131 die aufgenommene Wärme abgibt.
Im Gefrierfachbetrieb sind die Klappen 215 und 217 des Klappensystems 139 geöffnet, so dass über die Klappe 217 Luft aus dem Gefrierfach 109 durch den Ventilator 117 an dem Gefrierfachverdampfer 107 vorbeigeführt wird und über die Klappe 215 dem Gefrierfach zugeführt wird. Die Klappen 211 und 213 sind beim Gefrierfachbetrieb geschlossen, so dass der Gefrierfachverdampfer 107 vom Kühlfachfach 105 entkoppelt ist. Die Klappen 201 und 203 des anderen Klappensystems 137 sind geöffnet, während die Klappen 205 und 207 des Klappensystems 137 geschlossen sind, so dass der Kühlfachverdampfer 103 thermisch an das Kühlfach 105 gekoppelt ist.
4 zeigt eine schematische Ansicht bei einem ersten Schritt eines Abtauvorgangs des bei einem regulären Betrieb des Kältegerätes für das Gefrierfach 109 vorgesehenen Gefrierfachverdampfers 107.
Da der Gefrierfachverdampfer 107 eine niedrigere Temperatur als der Kühlfachverdampfer 103 aufweist, wird zunächst die Temperatur des Gefrierfachverdampfers 107 angehoben, um den Gefrierfachverdampfer 107 als Verflüssiger für den Kühlfachverdampfer 103 verwenden zu können.
Durch eine Klappensteuerung werden die Klappen 205 und 207 des Klappensystems 137 geöffnet, während die Klappen 201 und 203 geschlossen werden, so dass der Kühlfachverdampfer 103 als Verdampfer zum Kühlen des Gefrierfachs 109 arbeitet und mit dem Kühlfach 105 kein Luftaustausch mehr stattfindet. Bei diesem Betrieb vermindert sich die Temperatur des Kühlfachverdampfers 103 im Vergleich zum Normalbetrieb.
Demgegenüber werden die Klappen 211 und 213 des Klappensystems 139 geöffnet, während die Klappen 215 und 217 geschlossen werden, so dass der Gefrierfachverdampfer 107 als Verdampfer zum Kühlen des Kühlfachs arbeitet und mit dem Gefrierfach 109 kein Luftaustausch stattfindet. Bei diesem Betrieb erhöht sich die Temperatur des Gefrierfachverdampfers 107 im Vergleich zum Normalbetrieb. Wenn der Gefrierfachverdampfer 107 vom Kältemittelkreislauf abgetrennt ist, nimmt seine Temperatur allmählich zu und nähert sich somit dem Wert des Kühlfachs 105 an.
Durch eine derartige Klappensteuerung wird die Rolle der beiden Verdampfer umgekehrt, so dass der Kühlfachverdampfer 103 das Gefrierfach 109 kühlt und der Gefrierfachverdampfer 107 das Kühlfach 105 kühlt. Sobald die Temperatur des Gefrierfachverdampfers 107 über der Temperatur des Kühlfachverdampfers 103 liegt und der Kühlfachverdampfer 103 den kältesten Punkt im Kühlmittelkreislauf bildet, wird der Kältekreislauf umgestellt. Dadurch kann der Gefrierfachverdampfer 107 in oben beschriebener Weise als Verflüssiger für den Kühlfachverdampfer 103 verwendet werden, so dass das Eis an der Oberfläche des Gefrierfachverdampfers 107 geschmolzen wird.
5 zeigt eine schematische Ansicht bei einem zweiten Schritt des Abtauvorgangs des bei einem regulären Betrieb des Kältegerätes für das Gefrierfach 109 vorgesehenen Gefrierfachverdampfers 107. Der Zustand der Klappen 201–207 und 211–217 entspricht dem in 4 gezeigten.
Die Wegeventile 119, 121, 125, 127 und 129 werden derart geschaltet, dass sich ein Kühlmittelkreislauf vom Kühlfachverdampfer 103 über das Wegeventil 119 zu dem Verdichter 123 über die Wegeventile 125 und 129 zu dem Gefrierfachverdampfer 107 ergibt. Von dem Gefrierfachverdampfer 107 fließt das Kühlmittel über die Wegeventile 121 und 127 wieder zu dem Kühlfachverdampfer 103. Durch diesen Kühlmittelkreislauf kann der Gefrierfachverdampfer 107 als Verflüssiger für den Kühlfachverdampfer 103 verwendet werden, so dass das Eis von der Oberfläche des Gefrierfachverdampfers 107 schmilzt. Da Wärme vom Gefrierfach 109 zum Kühlfach 105 transportiert wird, ergibt sich bei dem Betrieb gemäß 5 eine Art zweistufiger Kreisprozess, der sich ebenfalls positiv auf den Energieverbrauch auswirkt.
Nach einem Enteisungs- oder Abtauvorgang übernehmen die Verdampfer 103 und 107 wieder die Aufgaben, für die sie ausgelegt wurden. Der Kühlfachverdampfer 103 kühlt das Kühlfach 105 und der Gefrierfachverdampfer 107 kühlt das Gefrierfach 109.
Der Enteisungs- oder Abtauvorgang des Kühlfachverdampfers 103 erfolgt analog zur beschriebenen Vorgehensweise für den Gefrierfachverdampfer 107. Da die Temperatur des Kühlfachverdampfers 103 jedoch bereits oberhalb der Temperatur des Gefrierfachverdampfers 107 liegt, entfällt der erste der beiden Schritte, bei dem die Rolle der Verdampfer 103 und 107 umgekehrt wird, um die Temperatur des Gefrierfachverdampfers 107 anzuheben.
Statt einer aufwändigen Klappenansteuerung mit Stellgliedern und den Betätigungsvorrichtungen 141 und 143, können die Klappen 201 bis 207 und 211 bis 217 auch durch die Richtung des durch den Ventilator 115 oder 117 erzeugten Luftstromes geöffnet und geschlossen werden. Diese Richtungsänderung kann beispielsweise rein elektronisch durch Umpolung eines Ventilatormotors erfolgen. In einer alternativen Ausführungsform kann stattdessen ein zweiter Ventilator eingebaut werden, der einen Luftstrom in der entgegengesetzten Richtung um den jeweiligen Verdampfer 103 oder 107 erzeugt.
6A zeigt eine schematische Ansicht einer Klappensteuerung durch einen erzeugten Luftstrom.
Durch den Ventilator 601 angesaugte Luft tritt durch die Klappe 205 in eine Kühlkammer ein und wird durch die Klappe 203 beispielsweise in das Gefrierfach geleitet. Bei dieser Richtung des Luftstroms sind die Klappen 201 und 207 geschlossen. Der Öffnungs- oder Schließzustand der Klappen 201 bis 207 wird dabei allein durch die Richtung des Luftstroms bewirkt.
6B zeigt eine schematische Ansicht einer Klappensteuerung durch einen erzeugten Luftstrom in entgegengesetzter Richtung.
Bei dieser Richtung des Luftstroms sind die Klappen 203 und 205 geschlossen, während die Luft durch die Klappe 207 ins Innere der Kühlkammer gelangt und über die geöffnete Klappe 201 beispielsweise in das Kühlfach abgegeben wird. Der Öffnungs- oder Schließzustand der Klappen 201 bis 207 wird dabei allein durch die Richtung des Luftstroms bewirkt.
In allen Ausführungsformen kann das Kältegerät 101 eine Trennvorrichtung zum Trennen des Kühlfachverdampfers 103 oder Gefrierfachverdampfers 107 vom Kühlmittelkreislauf umfassen. Eine derartige Trennvorrichtung kann beispielsweise durch ein steuerbares Sperr- oder Stoppventil gebildet sein und dazu dienen, einen Kühlmittelkreislauf zu unterbrechen. Die Funktion eines Stopp-Ventils ist es, den Druckausgleich während einer Stehzeit zu verhindern. Damit wird vermieden, dass Kältemittel in dem Kühlfachverdampfer 103 oder Gefrierfachverdampfer 107 kondensiert und diesen erwärmt.
Weiter kann das Kältegerät eine Temperaturerfassungsvorrichtung zum Erfassen der Temperatur des Kühlfachverdampfers 103 oder eine Temperaturerfassungsvorrichtung zum Erfassen der Temperatur des Gefrierfachverdampfers 107 umfassen. Eine derartige Temperaturerfassungsvorrichtung kann beispielsweise aus einem Temperatursensor an dem jeweiligen Verdampfer bestehen, wie beispielsweise einem Heißleiter oder einem Kaltleiter, über dessen Widerstand die Temperatur erfasst werden kann. Durch eine Erfassung der Temperatur ergibt sich beispielsweise der Vorteil, dass ein Umschalten des Kühlmittelkreislaufes nur bei vorgegebenen Temperaturen erfolgen kann und sich die Energieeffizienz des Kältegerätes 101 weiter erhöht.
Alle in Verbindung mit den einzelnen 1–6 beschriebenen Merkmale können in beliebiger und sinnvoller Art und Weise miteinander ausgetauscht werden, um vorteilhafte Wirkungen der einzelnen Merkmale miteinander zu kombinieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008054935 A1 [0003]
US 4420943 [0004]
US 5669222 [0005]
US 5269151 [0006]

Claims

Kältegerät (101) mit einem ersten Verdampfer (103) zum Kühlen eines ersten Fachs (105) mittels eines Kühlmittels und einem zweiten Verdampfer (107) zum Kühlen eines zweiten Fachs (109) mittels eines Kühlmittels, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Verdampfer (107) in einem Enteisungsvorgang zum Verflüssigen eines mittels des ersten Verdampfers (103) verdampften Kühlmittels vorgesehen ist.
Kältegerät (101) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Fach (105) eine niedrigere Solltemperatur als das zweite Fach (109) aufweist.
Kältegerät (101) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Fach (105) ein Gefrierfach ist und das zweite Fach (109) ein Kühlfach ist.
Kältegerät (101) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Fach (105) eine höhere Solltemperatur als das zweite Fach (109) aufweist.
Kältegerät (101) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Fach (105) ein Kühlfach ist und das zweite Fach (109) ein Gefrierfach ist.
Kältegerät (101) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältegerät (101) eine Trennvorrichtung zum Trennen des zweiten Verdampfers (107) vom Kühlmittelkreislauf umfasst.
Kältegerät (101) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältegerät (101) eine Temperaturerfassungsvorrichtung zum Erfassen der Temperatur des ersten Verdampfers (103) und/oder eine Temperaturerfassungsvorrichtung zum Erfassen der Temperatur des zweiten Verdampfers (107) umfasst.
Kältegerät (101) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältegerät (101) ein Rückschlagventil (111) im Kühlmittelkreislauf des ersten Verdampfers (103) und/oder ein Rückschlagventil (113) im Kühlmittelkreislauf des zweiten Verdampfers (107) umfasst.
Kältegerät (101) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältegerät (101) einen Ventilator (115) zum Erzeugen eines Luftstroms in einer ersten Richtung um den ersten Verdampfer (103) herum umfasst.
Kältegerät (101) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilator (115) angepasst ist, einen Luftstrom in einer zweiten Richtung um den ersten Verdampfer (103) herum zu erzeugen, die entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist.
Kältegerät (101) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältegerät (101) einen weiteren Ventilator zum Erzeugen eines Luftstroms in einer zweiten Richtung um den ersten Verdampfer (103) herum umfasst, die entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist.
Kältegerät (101) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältegerät (101) einen Ventilator (117) zum Erzeugen eines Luftstroms in einer ersten Richtung um den zweiten Verdampfer (107) herum umfasst.
Kältegerät (101) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilator (117) angepasst ist, einen Luftstrom in einer zweiten Richtung um den zweiten Verdampfer (107) herum zu erzeugen, die entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist.
Kältegerät (101) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältegerät (101) einen weiteren Ventilator zum Erzeugen eines Luftstroms in einer zweiten Richtung um den zweiten Verdampfer herum umfasst, die entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist.
Kältegerät (101) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältegerät (101) Strömungsklappen (137, 139) zum Steuern des Luftstroms in das erste oder zweite Fach umfasst.
Kältegerät (101) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsklappen (137, 139) derart angepasst sind, dass diese durch die Richtung des Luftstroms betätigt werden.
Kältegerät (101) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältegerät (101) eine Betätigungsvorrichtung (141, 143) zum Steuern der Strömungsklappen (137, 139) umfasst.
Verfahren zum Enteisen eines Verdampfers in einem Kältegerät (101) mit einem ersten Verdampfer (103) zum Kühlen eines ersten Faches (105) und einem zweiten Verdampfer (107) zum Kühlen eines zweiten Faches (109) mittels eines Kühlmittels, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den Schritt umfasst: Verflüssigen von mittels des ersten Verdampfers (103) verdampften Kühlmittels durch den zweiten Verdampfer (107).
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Fach (105) ein Kühlfach ist und das zweite Fach (109) ein Gefrierfach ist.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den Schritt eines Trennens des zweiten Verdampfers (107) vom Kühlmittelkreislauf umfasst.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den Schritt eines Kühlens des Gefrierfaches durch den ersten Verdampfer (103) umfasst, sobald die Temperatur des zweiten Verdampfers (107) über der Temperatur des ersten Verdampfers (103) liegt.