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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältegerät mit einer verstellbaren Drosselung.
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Kühl-/Gefrierkombinationen mit einem Verdichter werden heute üblicherweise als Ein-Kreis- oder Mehr-Kreis-Systeme ausgeführt. Bei einem Ein-Kreis-System wird in den Gefrierfachverdampfer Kältemittel eingespritzt, und aus dem seriengekoppelten Kühlfachverdampfer abgesaugt. Dieses Regelverfahren ist zwar kostengünstig, hat aber den Nachteil, dass das Gefrierteil nicht eigenständig regulierbar ist, und so bei hohen Umgebungstemperaturen das Gefrierfach weit unterhalb der geforderten –18°C gerät. Bei niedrigen Umgebungstemperaturen muss dann das Kühlteil durch Einschalten einer Heizung aufgewärmt werden, um die Gefrierfachtemperatur unter –18°C zu halten, weil der Verdichter sonst zu wenig läuft.
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Bei einem Mehr-Kreis-System, beispielsweise bei einem Zwei-Kreis-System, wird das Kältemittel wechselweise in den Kühlfachverdampfer oder den Gefrierfachverdampfer eingespritzt. Abgesaugt wird das Kältemittel jedoch in beiden Fällen durch den Gefrierfachverdampfer. Die Mehrkreissysteme werden über Magnetventile nach dem Verflüssiger geschaltet, und jedes Fach kann so individuell angesteuert werden. In diesem System können die Temperaturen in den Fächern einzeln eingestellt werden.
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Probleme entstehen bei Niedrigenergiegeräten, bei denen die auf zwei Fächer aufgeteilte Kälteleistung sehr kleine Verdichter fordert. Bei Verdichtern sinkt der mechanische Wirkungsgrad mit der Größe und sehr kleine, hocheffiziente Verdichter sind kaum auf dem Markt zu finden. Um die Übergröße zu kompensieren werden die Verdichter oft mit sehr kurzen Gang- und Stehzeiten betrieben, was aber zu vielen elektrischen und thermischen Anlaufverlusten führt.
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Der Verdampfungsdruck im Kühlfach sollte ferner nicht über die Gefrierfach-Solltemperatur steigen, weil sonst Kältemittel im Gefrierfachverdampfer kondensiert, was einen ungewollten Wärmeeintrag in das Gefrierfach bedeutet.
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Für eine hohe Energieeffizienz ist ein möglichst niedriger Temperaturunterschied zwischen dem jeweiligen Fach und dem zugeordneten Verdampfer erwünscht, weil der Verdichter dann weniger Druckdifferenz überwinden muss.
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Es ist aus der
EP2126482 bekannt, dass der Verdampfungsdruck mit Expansionsventilen zwischen Verflüssiger und Verdampfer auf verschiedene Drücke eingestellt werden kann. Da es sich um verdampfende Flüssigkeit handelt, passt zu jedem Druck jeweils eine Verdampfungstemperatur.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kältegerät bereitzustellen, das technisch einfach aufgebaut ist und bei dem insbesondere die Verdampfungstemperaturen in mehreren Fächern individuell einstellbar sind, um eine gute Energieeffizienz zu erreichen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem Aspekt weist ein erfindungsgemäßes Kältegerät einen Kühlkreislauf auf, der wenigstens einen Verflüssiger mit einem vorgeschalteten Verdichter und einen dem Verflüssiger nachgeschaltet angeordneten ersten Verdampfer zur Kühlung eines ersten Kühlfachs und einen dem ersten Verdampfer nachgeschaltet angeordneten zweiten Verdampfer zur Kühlung eines zweiten Kühlfachs aufweist, wobei zwischen dem Verflüssiger und dem ersten Verdampfer ein erstes regelbares Ventil zwischengeschaltet ist und wobei zwischen dem ersten Verdampfer und dem zweiten Verdampfer ein zweites regelbares Ventil zwischengeschaltet ist, wobei eine Regelung zur Regelung des ersten Ventils und des zweiten Ventils in Abhängigkeit von einer ersten Temperatur in dem ersten Kühlfach und einer zweiten Temperatur in dem zweiten Kühlfach vorgesehen ist. Die Temperaturen in beiden Kühlfächern können somit separat geregelt werden. Das erfindungsgemäße Konzept für ein Kältegerät ist besonders einfach. Es kommt ohne eine zusätzliche Gas-Flüssigkeitstrenneinrichtung aus. Dadurch kann die Anzahl der Komponenten gering gehalten und die Fehleranfälligkeit gesenkt werden.
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Die regelbaren Ventile können jeweils Druckventile sein oder umfassen. Gemäß einer Ausführungsform können die regelbaren Ventile eine Kombination aus einem Drosselrohr bzw. einem Kapillarrohr und einem regelbaren Ventil umfassen.
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Der Verdichter kann erfindungsgemäß drehzahlgeregelt sein. Dies ermöglicht eine effiziente Temperaturregelung in dem jeweiligen Kühlfach.
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Gemäß einer Ausführungsform sind das erste Ventil und das zweite Ventil jeweils als regelbare Drosseln ausgeführt. Die Ausführung als regelbare Drosseln bietet eine besonders hohe Betriebssicherheit.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Regelung ausgebildet, das erste Ventil und das zweite Ventil ferner in Abhängigkeit von einem Betriebszustand, insbesondere von einer Drehzahl, des regelbaren Verdichters zu regeln. Durch die Regelung der Ventile in Abhängigkeit von dem Betriebszustand kann eine Verbesserung des Zusammenwirkens der Ventile mit dem Betriebszustand des Verdichters erreicht werden. Dabei ist eine Drehzahl des Verdichters gut mit geringem Aufwand als Betriebsgröße erfassbar.
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Gemäß einer Ausführungsform ist am ersten Kühlfach ein erster Temperatursensor zur Erfassung der ersten Temperatur und am zweiten Kühlfach ein zweiter Temperatursensor zur Erfassung der zweiten Temperatur angeordnet. Die Temperatursensoren sind beispielsweise als Heißleiter, Kaltleiter oder integrierte Halbleiter-Temperatursensoren ausgeführt.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Regelung ausgebildet, das erste Ventil und das zweite Ventil oder das erste Ventil, das zweite Ventil und den Betriebszustand, insbesondere eine Drehzahl, des Verdichters auf der Basis von vorbestimmten Regelparametern, insbesondere auf der Basis von in einer Look-Up-Tabelle vorgespeicherten empirischen Regelparametern, zu regeln. Eine Regelung auf Basis von vorbestimmten Regelparametern, insbesondere auf der Basis von in einer Look-Up-Tabelle vorgespeicherten empirischen Regelparametern, ermöglicht eine besonders schnelle Regelung. Durch die vorgegebenen Regelparameter kann die erforderliche Rechenleistung zur Regelung minimiert werden. Ferner ist eine Anpassung an spezifische Einsatzbedingungen durch Einsatz einer entsprechend ausgewählten Look-Up-Tabelle ohne eine aufwändige Systemverhaltensbestimmung möglich.
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Gemäß einer Ausführungsform sind das erste Ventil und/oder das zweite Ventil als Proportionalventile ausgeführt. Proportionalventile als Stetigventile lassen nicht nur diskrete Schaltstellungen zu, sondern einen stetigen Übergang der Ventilöffnung. Dadurch können die Ventildurchflussströme der Ventile genau eingestellt und das Temperaturverhalten des Kältegerätes verbessert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Regelung ausgebildet, die erste Temperatur mit einer Solltemperatur in dem ersten Kühlfach zu vergleichen, die zweite Temperatur mit einer Solltemperatur in dem zweiten Kühlfach zu vergleichen, um die Ventile zu regeln. Damit können sowohl die erfasste tatsächliche Temperatur im ersten Kühlfach als auch die erfasste tatsächliche Temperatur im zweiten Kühlfach mit den zugeordneten Solltemperaturen verglichen werden. Damit ist ein besonders angepasstes Regelverhalten möglich, das die Temperaturabweichung in beiden Kühlfächern berücksichtigt.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Regelung ausgebildet, eine Drehzahl des Verdichters zu erhöhen, falls eine bestimmte Differenz zwischen der Solltemperatur und der ersten Temperatur oder der zweiten Temperatur überschritten wird. Beispielsweise kann die Drehzahl des Verdichter minimal oder gleich Null sein, so lange nicht eine bestimmte Temperaturdifferenz erreicht ist. Erst oberhalb der Temperaturdifferenz wird die Drehzahl des Verdichters dann erhöht. Dadurch kann der Energiebedarf des Kältegerätes gesenkt und Schallemissionen können minimiert werden. Ferner wird auf diese Weise ein Dauerlauf des Verdichters möglich, wodurch Anlauf- und Standzeitverluste vermieden werden können. Die Verdampfungstemperaturen können ferner so eingestellt werden, dass sie genau den Wärmeeinfall durch die Isolation aufheben. Beim Erstanlauf oder bei einer signifikanten Änderung der Temperatureinstellungen ist so ein hoher Temperaturunterschied zwischen der Verdichtertemperatur und der Kühlfachtemperatur möglich. Hier kann die Regelung den Prozess etwas verlangsamen, wodurch hohe Verflüssigerdrücke vermieden werden können.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Regelung ausgebildet, die Drehzahl des Verdichters zu verringern, falls eine bestimmte Differenz zwischen der Solltemperatur und der ersten Temperatur oder der zweiten Temperatur unterschritten wird. Die Regelung ist beispielsweise ausgebildet, eine Drehzahl des Verdichters in Abhängigkeit von der ersten Temperatur und/oder in Abhängigkeit von der zweiten Temperatur zu regeln.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Regelung ausgebildet, das erste Ventil und das zweite Ventil vollständig zu öffnen, um das erste Kühlfach oder das zweite Kühlfach abzutauen. Dabei wird der Kältekreis kurzgeschlossen und Kältemittel umgepumpt, ohne dass es (auf Grund fehlender Verdichtung) zu Verflüssigung oder Verdampfung kommt.
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Die Temperatur des Kältemittels ist dann ca. 20°C, und die Abtauung der Verdampfer geht sehr schnell. Hierbei wird auch der Kühlfachverdampfer kurzfristig wärmer, jedoch nicht wärmer als die normale Umgebungstemperatur.
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Unter Kältegerät wird insbesondere ein Haushaltskältegerät verstanden, also ein Kältegerät, das zur Haushaltsführung in Haushalten oder im Gastronomiebereich eingesetzt wird, und insbesondere dazu dient Lebensmittel und/oder Getränke bei bestimmten Temperaturen zu lagern, wie beispielsweise ein Kühlschrank, ein Gefrierschrank, eine Kühlgefrierkombination, eine Gefriertruhe oder ein Weinkühlschrank.
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Weitere Ausführungsbeispiele werden Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 ein Kältegerät mit einem Kühlkreislauf in einer schematischen Darstellung;
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2 ein Kältegerät mit einem Kühlkreislauf in einer schematischen Darstellung; und
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3 ein Kältegerät mit einem Kühlkreislauf in einer schematischen Darstellung.
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1 zeigt ein Kältegerät 1 mit einem Kühlkreislauf 2, das beispielsweise ein Ein-Kreis-Kühlkreislauf ist, in einer schematischen Darstellung. Es ist ein erster Verdampfer 5 zur Kühlung eines ersten Kühlfachs 7, hier eines Gefrierfachs, und ein zweiter Verdampfer 9, der ein Kühlfachverdampfer sein kann, zur Kühlung eines zweiten Kühlfachs 11, hier ein einfaches Kühlfach, vorgesehen.
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Der Kühlkreislauf 2 umfasst angeordnet entsprechend der Flussrichtung des Kältemittels einen Verdichter 15 zum Verdichten von Kältemitteldampf, einen dem Verdichter nachgeschalteten Verflüssiger 13 zum Kondensieren des Kältemitteldampfes und die schon erwähnten dem Verflüssiger 13 nachgeschalteten und dem Verdichter 15 vorgeschalteten Verdampfer 5, 9 zum Verdampfen des verflüssigten Kältemittels. Ferner ist zwischen dem Verflüssiger 13 und dem ersten Kühlfach 7 eine Kapillare 17 vorgesehen. Der Verdichter 15 ist wie die Verdampfer 5, 9 zur Wärmeübertragung zwischen zugeführter Luft und dem Fluid des Kältekreislaufs eingerichtet.
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Am zweiten Kühlfach 11 ist ein Temperatursensor 31 vorgesehen, der zur Erfassung der Temperatur im zweiten Kühlfach 11 dient und die gemessene Temperatur an eine Regelung bzw. Steuerung 35 weitergibt. Die Regelung 35 ist mit dem Verdichter 15 vernetzt, so dass basierend auf der mittels des Temperatursensors 31 erfassten Temperatur der Verdichter 15 geregelt werden kann.
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Bei einem dem Kühlkreislauf 2 wird in den Gefrierfachverdampfer 5 Kältemittel eingespritzt und aus dem seriengekuppelten Kühlfachverdampfer 9 abgesaugt. Dieses Regelverfahren ist sehr kostengünstig, hat aber den Nachteil, dass der Gefrierfachverdampfer 5 nicht eigenständig regulierbar ist, und so bei hohen Umgebungstemperaturen das Gefrierfach 7 weit unterhalb der geforderten –18°C gerät. Bei niedrigen Umgebungstemperaturen muss dann das Kühlteil durch Einschalten einer Heizung aufgewärmt werden, um die Gefrierfachtemperatur unter –18°C zu halten, weil der Verdichter 15 sonst zu wenig läuft. Die Verdampfungsdrücke und Temperaturen sind in beiden Verdampfern 5, 9 gleich und deutlich niedriger als –18°C. Nur das Kühlfach 11 ist regelbar.
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Zur Regelung können zwischen den Verdampfern 5, 9 sowie zwischen einem der Verdampfer 5, 9 und dem Verflüssiger 13 regelbare Ventile vorgesehen werden, die in 1 noch nicht eingezeichnet sind. Die Drossel 17 kann ebenfalls als regelbares Ventil ausgeführt sein.
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2 zeigt ein Kältegerät 1 mit einem Kühlkreislauf 2, das beispielsweise als ein Zwei-Kreis-Kühlkreislauf ausgeführt ist, in einer schematischen Darstellung. Die beiden Kühlfächer 7, 11 mit den zugehörigen Verdampfern 5, 9 sind im Bild seitlich vertauscht zu 1 angeordnet. Der zweite Verdampfer 9 ist mittels einer zweiten Kapillare 18 über ein Magnetventil 20 mit dem Verflüssiger 13 verbunden. Ferner ist am ersten Kühlfach 7, das ein Gefrierfach sein kann, ein erster Temperatursensor 31 und am zweiten Kühlfach 11 ein zweiter Temperatursensor 33 angeordnet, die mit der Regelung 35 verbunden sind. Das Kältemittel wird in den zweiten Verdampfer 9, der ein Kühlfachverdampfer sein kann, oder den ersten Verdampfer 5, der ein Gefrierfachverdampfer sein kann, eingespritzt. Das Kältemittel wird in beiden in beiden Fällen durch den Verdampfer 5 abgesaugt.
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Das Kältemittel wird über Magnetventile 20 nach dem Verflüssiger 13 geschaltet, wobei jedes der Kühlfächer 7, 11 individuell angesteuert werden kann. Gemäß einer Ausführungsform können die Temperaturen in den Kühlfächern 7, 11 einzeln eingestellt werden.
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Die Verdampfungstemperatur im Gefrierfachmodus ist oft tiefer als im Kühlfachmodus. Die Verdampfungstemperatur im Kühlfachmodus muss aber auf alle Fälle unterhalb der eingestellten Gefrierfach-Solltemperatur sein. Für eine hohe Energieeffizienz ist aber ein möglichst niedriger Temperaturunterschied zwischen dem jeweiligen Kühlfach 7, 11 und zugeordneten Verdampfer 5, 9 erwünscht, weil der Verdichter 15 dann weniger Druckdifferenz überwinden soll.
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Gemäß einer Ausführungsform kann der Verdampfungsdruck mit verschiedenen Drosseln 17, 18 zwischen dem Verflüssiger 13 und den jeweiligen Verdampfer 5, 9, auf verschiedene Drücke eingestellt werden. Da es sich um verdampfende Flüssigkeit handelt, passt zu jedem Druck nur eine Verdampfungstemperatur. Ferner können die seriell gekoppelten Verdampfer 5, 9, die mit einem variablen Drosselorgan verbunden sind, sich auf verschiedene Drücke eingestellt werden. Wenn beide Kühlfächer 7, 11 gleichzeitig betrieben werden, ist die Kälteleistung größer als wenn die Kühlfächer 7, 11 einzeln betrieben werden.
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Zur Regelung können die Drosseln 17, 18 als regelbare Ventile ausgeführt werden.
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3 zeigt ein Kältegerät 1 mit einem Kühlkreislauf 2 in einer schematischen Darstellung. Im erfindungsgemäßen Kühlkreislauf 2 ist zwischen Verflüssiger 13 und Kühlfachverdampfer ein Regelventil 23 eingesetzt. Dieses Ventil 23 regelt den absoluten Druckunterschied zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite. Bei zunehmender Drosselung gehen diese Drücke auseinander. Beide Verdampfer 5, 9 bekommen eine niedrigere Verdampfungstemperatur. Zwischen Kühlfachverdampfer 9 und Gefrierfachverdampfer 5 ist ein zweites Ventil 21 angeordnet. Dieses regelt die Verdampfungstemperatur im Gefrierfach 7, ohne die Kühlfachverdamfpertemperatur zu beeinflussen. Bei zunehmender Drosselung sinkt der Druck im Gefrierfachverdampfer 5. Denn das Ventil 21 regelt den Temperaturunterschied zwischen den Verdampfern 5, 9, und das Ventil 23 regelt den Niederdruckpegel an sich.
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Das Kühlfach 11 wird durch das warme Ventil 23 geregelt. Die Regelung ist zum Beispiel eine Proportionalregelung, bei der der Abstand zwischen Verdampfungstemperatur- und Einstellwert proportional zu Fachtemperatur und Einstellwert ist. Das Gefrierfach 7 wird auf die gleiche Weise mit dem Ventil 21 geregelt.
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Das Abtauen der Verdampfer 5, 9 läuft folgendermaßen ab: Der Kühlfachverdampfer 9 muss nicht abgetaut werden, weil er im positiven Temperaturbereich läuft, und sich deshalb kein Eis bildet. Gemäß einer Ausführungsform kann die Temperatur mit dem Ventil etwas angehoben werden wenn der Kühlfachverdampfer 9 leicht im negativen Minusbereich läuft kann er auch. Der Gefrierfachverdampfer 5 kann insbesondere im Falle eines statischen Verdampfers durch das komplette Öffnen des kalten Ventils 21 und offener Kältegerätetür abgetaut werden, während das Kühlfach 11 immer noch im Normalbetrieb ist. Dadurch wird das Abtauen beschleunigt, ohne dass das Kühlfach 11 sich erwärmen kann. Eine sehr schnelle Abtauung des Gefrierfachverdampfers 5 kann auch dadurch erreicht werden, dass beide Ventile 21, 23 voll geöffnet werden. Dabei wird der Kältekreis 2 kurzgeschlossen und Kältemittel umgepumpt, ohne dass es ggf. auf Grund fehlender Verdichtung zu Verflüssigung oder Verdampfung kommt. Die Temperatur des Kältemittels ist dann ca. 20°C, und die Abtauung der Verdampfer 5, 9 geht sehr schnell. Hierbei wird auch der Kühlfachverdampfer 9 kurzfristig wärmer, jedoch nicht wärmer als die normale Umgebungstemperatur.
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Eine Benutzung des Gefrierfachs 7 als Kühlfach oder des Kühlfachs 11 als Gefrierfach kann folgendermaßen erfolgen: Wenn das Ventil 21 zwischen den Verdampfern 5, 9 voll geöffnet ist, kann das Kältegerät 1 auf eine beliebige Temperatur eingestellt werden. Dadurch lässt sich das Gerät als Kühlschrank mit Doppelnutzen bezeichnen. Er ist als Gesamtgerät, je nach Einstellung, als Kühl- oder Gefrierschrank benutzbar.
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Gegenüber konventionellen Lösungen im Bereich der Kältegeräte ermöglicht eine Regelung der Verdampfertemperaturen eine sehr niedrige Energieaufnahme und ein präzises Einstellen der Kühlfachtemperaturen. Die Kühlfachtemperaturen sind über einen großen Bereich einstellbar, und es besteht die Möglichkeit das Kühlfach 11 als zusätzliches Gefrierfach zu nutzen, oder das Gefrierfach 7 als zusätzliches Kühlfach. Ferner ist ein sehr schneller und energieeffizienter Abtauvorgang von dem Gefrierfachverdampfer 5 ohne elektrische Zusatzleistung möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kältegerät
- 2
- Kühlkreislauf
- 3
- Kühlkreislauf
- 5
- Erster Verdampfer
- 7
- erstes Kühlfach
- 9
- zweiter Verdampfer
- 11
- zweites Kühlfach
- 13
- Verflüssiger
- 15
- Verdichter
- 17
- Kapillare
- 18
- Zweite Kapillare
- 19
- Flußrichtung
- 20
- Magnetventil
- 21
- zweites Druckregelventil
- 23
- erstes Druckregelventil
- 31
- erster Temperatursensor
- 33
- zweiter Temperatursensor
- 35
- Regelung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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