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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältegerät, insbesondere ein Haushaltskältegerät, und zwar speziell den Aufbau eines Kältemittelkreises in einem solchen Kältegerät.
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Der Kältemittelkreis eines Kältegeräts umfasst herkömmlicherweise einen Verdichter zum Antreiben der Zirkulation des Kältemittels, einen Verflüssiger, über den Wärme des verdichteten Kältemittels an die Umgebung abgegeben wird, eine Drosselstelle, an der sich das Kältemittel wieder entspannt und abkühlt, und einen Verdampfer, in dem das entspannte Kältemittel Wärme aus einem zu kühlenden Innenraum des Kältegeräts aufnimmt. Über die Wände des Gehäuses fließt kontinuierlich Wärme von Außen in den Innenraum nach. Dabei kühlen sich die Wände äußerlich ab, und an Stellen, an denen die Wärmeisolation weniger wirksam ist, kann sich das Gehäuse so weit abkühlen, dass Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft auskondensiert. Eine Schwachstelle der Isolation ist herkömmlicherweise die Dichtung zwischen Tür und Korpus des Gehäuses. Um hier Kondensation zu vermeiden, verläuft herkömmlicherweise ein als Rahmenheizung bezeichnetes Kältemittelrohr in den Wänden des Korpus benachbart zur Dichtung.
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Eine Rahmenheizung kann zwar die Kondensation in der Nachbarschaft der Türdichtung unterbinden, sie erhöht aber auch den Energieverbrauch des Kältegeräts, da der Teil der Isolationsschicht, der die Rahmenheizung vom Innenraum trennt, relativ dünn ist und die von der Rahmenheizung abgegebene Wärme weitestgehend in den Innenraum abfließt und von dort wieder abgeführt werden muss.
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Aufgabe der Erfindung ist, die Energieeffizienz eines Kältegeräts, insbesondere eines Haushaltskältegeräts, zu verbessern.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem bei einem Kältegerät mit einem einen gekühlten Innenraum umgebenden wärmeisolierenden Gehäuse, einem Kältemittelkreislauf, in dem ein Verdichter, ein Heizrohr zum Beheizen eines kondensationsgefährdeten Oberflächenbereichs des Gehäuses und ein Verdampfer zum Kühlen des Innenraums in Reihe verbunden sind, der Kältemittelkreislauf eine parallel zum Heizrohr angeschlossene Umgehungsleitung und ein Wegeventil zum Lenken des Kältemittels wahlweise über das Heizrohr oder die Umgehungsleitung umfasst. Mit Hilfe des Wegeventils kann der Kältemittelfluss durch das Heizrohr unterbunden werden, wenn keine Kondensationsgefahr besteht, so dass zu diesem Zeitpunkt der mit dem Betrieb des Heizrohrs verbundene zusätzliche Wärmeeintrag in den Innenraum entfällt.
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Da weder in dem Heizrohr noch in der Umgehungsleitung ein nennenswerter Druckabfall stattfindet, muss keine hohe Dichtigkeit des Wegeventils verlangt werden, um den Strom des Kältemittels wirksam zu lenken. Daher kann ein einfaches, preiswertes Wegeventil verwendet werden.
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Die Umgehungsleitung sollte außerhalb einer Wärmeisolationsschicht des Gehäuses verlaufen, damit die Wärme, die das Kältemittel, wenn es über die Umgehungsleitung geführt wird, nicht über das Heizrohr abgeben kann, wenigstens zum Teil über die Umgehungsleitung abgegeben werden kann. So ist die Temperatur des Kältemittels am Verdampfer weitgehend unabhängig davon, ob es diesen über das Heizrohr oder über die Umgehungsleitung erreicht hat.
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In der Praxis wird das Heizrohr meist eine Rahmenheizung bilden; es kann aber auch, wenn erforderlich, beliebige andere kondensationsgefährdete Oberflächenbereiche des Kältegerätegehäuses beheizen.
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Einer einfachen Ausgestaltung zufolge ist das Wegeventil zeitgesteuert, z.B., um jeweils nach einer vorgegebenen ersten Zeitspanne des Betriebs des Kältegeräts oder des Verdichters Kältemittel während einer zweiten vorgegebenen Zeitspanne über das Heizrohr zu lenken. Wie das Verhältnis dieser Zeitspannen zu einander sein muss, um einen wirksamen Kondensationsschutz mit minimalem Energieaufwand zu erzielen, hängt vom Aufbau des Kältemittelkreislaufs und der Qualität der Isolierung ab und muss daher für verschiedene Kältegerätemodelle einzeln optimiert werden.
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Einer zweiten Ausgestaltung zufolge ist das Wegeventil durch einen an dem kondensationsgefährdeten Oberflächenbereich angeordneten Temperaturfühler gesteuert. Dadurch kann ein wirksamer Kondensationsschutz auch ohne eine modellabhängige Optimierung erreicht werden.
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Vorzugsweise ist dann eine Steuereinheit eingerichtet, das Wegeventil jeweils bei Unterschreitung einer unteren Grenztemperatur und bei Überschreitung einer oberen Grenztemperatur umzuschalten.
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Diese Grenztemperaturen können in Abhängigkeit von der Temperatur des Innenraums und/oder der seit dem letzten Einschalten des Verdichters verstrichenen Laufzeit veränderlich sein, um sicherzustellen, dass die kondensationsgefährdete Oberfläche insbesondere gegen Ende einer Verdichterbetriebsphase soweit aufgeheizt ist, dass die Kondensation auch in einer nachfolgenden Ruhephase des Verdichters vermieden werden kann, in der kein warmes Kältemittel zum Speisen des Heizrohrs zur Verfügung steht.
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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 eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Kältegeräts;
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2 eine Rückansicht des Kältegeräts aus 1;
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3 ein Blockdiagramm des Kältemittelkreises des Kältegeräts aus 1; und
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4 eine Vorderansicht eines Kältegeräts gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung.
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Die 1 und 2 zeigen als Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Haushaltskühlschrank mit einem wärmeisolierenden Gehäuse 1, bestehend aus einem Korpus 2 und einer an eine vordere Rahmenfläche 4 des Korpus angelenkten Tür 3. Korpus 2 und Tür 3 begrenzen einen gekühlten Innenraum 5. An einer Rückseite des Korpus 2 ist in Bodennähe ein Maschinenraum 6 ausgespart, in dem wenigstens ein Verdichter 7 untergebracht ist. Je nach Bauart des Kältegeräts kann ein Verflüssiger 8 ebenfalls im Maschinenraum 6 untergebracht sein, ggf. zusammen mit einem Ventilator zum Kühlen von Verflüssiger und Verdichter, oder er kann, wie in der 2 gezeigt, an der Rückwand des Korpus 2 montiert sein.
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An einem Ausgang des Verflüssigers 8 ist ein Wegeventil 9 angeschlossen, das den Strom des Kältemittels entweder einem entlang hinter der Rahmenfläche 4 des Korpus 2 verlegten Heizrohr 10 oder einer Umgehungsleitung 11 zuführt. Das Heizrohr 10 ist in 1 und 2 gestrichelt dargestellt, da es an sich im Innern des Korpus 2 verborgen und nichtr sichtbar ist. Die Umgehungsleitung 11 ist hier als Wärmetauscher ähnlich dem Verflüssiger 8 ausgebildet und außerhalb der Isolationsschicht des Korpus 2, hier z.B. an der offenen Rückseite des Maschinenraums 6, angeordnet.
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An einem T-Stück 12 stromaufwärts von einer Trocknerpatrone 13 treffen das Heizrohr 10 und die Umgehungsleitung 11 wieder aufeinander. An die Trocknerpatrone 13 schließen sich in an sich bekannter Weise eine Kapillare und ein z.B. zwischen die Isolationsschicht und einen Innenbehälter des Korpus 2 eingefügter Verdampfer an. Der Verdichter 7 ist mit einem Ausgang des Verdampfers verbunden, um Kältemitteldampf von dort anzusaugen und zu verdichten.
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3 veranschaulicht den Aufbau des Kältemittelkreises und seine Steuerung anhand eines Blockdiagramms. Bereits mit Bezug auf 1 und 2 erwähnte Komponenten sind hier mit den gleichen Bezugszeichen versehen und nicht erneut erläutert. Der in den 1 und 2 nicht sichtbare Verdampfer ist hier mit 17 bezeichnet. Eine Steuerschaltung 14 ist mit einem am Innenraum 5 angeordneten Temperaturfühler 15 verbunden, um dessen Temperatur zu erfassen und in fachüblicher Weise den Verdichter 7 anzuschalten, wenn eine obere Grenztemperatur des Innenraums 5 überschritten wird, und ihn wieder auszuschalten, wenn eine untere Grenztemperatur unterschritten wird. Einer ersten Ausgestaltung der Erfindung zufolge umfasst die Steuerschaltung 14 eine Uhr zum Messen der Gesamtbetriebszeit des Kältegeräts oder nur der Betriebszeit des Verdichters 7. Sobald die gemessene Betriebszeit des Kältegeräts bzw. des Verdichters 7 einen vorgegebenen ersten Grenzwert erreicht, schaltet die Steuerschaltung 14 das Wegeventil aus der in der 3 gezeigten, das Heizrohr 10 speisenden Stellung in die zweite Stellung um, in der der Kältemittelfluss über die Umgehungsleitung 11 gelenkt wird. Die Zeitmessung beginnt dann von vorne, und nach Erreichen eines zweiten Grenzwerts wird das Wegeventil 9 in die gezeigte Stellung zurückgeschaltet.
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Das Verhältnis der zwei Grenzwerte kann fest vorgegeben und das Ergebnis von für ein gegebenes Kältegerätsmodell spezifischen Optimierungsmessungen sein. Es ist aber auch denkbar, dieses Verhältnis in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur variabel zu machen, um so einer im Allgemeinen bei hohen Umgebungstemperaturen erhöhten Gefahr eines Abtauens durch verstärktes Beheizen der Rahmenfläche Rechnung zu tragen. Um eine solche Anpassung des Verhältnisses steuern zu können, kann ein (in der Figur nicht dargestellter) Umgebungstemperaturfühler vorgesehen sein; denkbar ist aber auch, anhand des Verhältnisses von Verdichterbetriebszeit zu Gesamtbetriebszeit des Kältegeräts auf die Umgebungstemperatur zurückzuschließen.
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Einer zweiten Ausgestaltung zufolge ist ein zweiter Temperaturfühler 16 am Rahmen des Korpus 2 angeordnet, um die Temperatur einer betauungsgefährdeten Oberfläche des Gehäuses 1 zu erfassen, insbesondere die Temperatur desjenigen Teils der Rahmenfläche 4, der außerhalb der an der Rahmenfläche 4 anliegenden Dichtung der Tür 3 liegt. Dieser zweiten Ausgestaltung zufolge sind ein oberer und ein unterer Grenzwert für die von dem Fühler 16 erfasste Temperatur vorgegeben, und das Wegeventil 9 wird aus der gezeigten in die die Umgehungsleitung 11 versorgende Stellung umgeschaltet, wenn die gemessene Temperatur den oberen Grenzwert überschreitet und folglich keine Betauungsgefahr besteht, und es wird bei Unterschreiten der unteren Grenztemperatur in die gezeigte Stellung zurückgeschaltet.
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Diese Grenztemperaturen können fest vorgegeben sein; denkbar ist aber auch, die eine und/oder andere von ihnen im Laufe einer Betriebsphase des Verdichters 7 kontinuierlich ansteigen zu lassen, um so die Wahrscheinlichkeit, dass das Heizrohr 10 mit Kältemittel beaufschlagt wird, im Laufe einer Betriebsphase des Verdichters allmählich anwachsen zu lassen. Während zu Beginn einer Verdichterbetriebsphase die Beaufschlagung des Heizrohrs 10 mit Kältemittel auf diejenigen Fälle beschränkt bleiben kann, in denen akute Betauungsgefahr besteht, kann mit der Verschiebung der Grenztemperatur(en) erreicht werden, dass gegen Ende der Verdichterbetriebsphase der Rahmen so weit über die Betauungsgrenze hinaus aufgeheizt ist, dass auch während einer darauffolgenden Stillstandsphase des Verdichters 7 lange Zeit Sicherheit vor Betauung besteht.
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4 zeigt eine Abwandlung des erfindungsgemäßen Kältegeräts, bei der sowohl das Heizrohr 10 als auch die Umgehungsleitung 11 an der Rahmenfläche 4 verlaufen. Während jedoch das Heizrohr 10 einer außen an der Rahmenfläche anliegenden Magnetdichtung der Tür 3 unmittelbar gegenüber liegt oder gegen diese geringfügig nach außen versetzt ist, um gezielt die kältesten, kondensationsgefährdeten Bereiche der Rahmenfläche 4, unmittelbar außerhalb der Dichtung, zu beheizen, verläuft die Umgehungsleitung 11 am äußersten Rand der Rahmenfläche, so dass sie Wärme sowohl über die Rahmenfläche 4 als auch über daran angrenzende vordere Randbereiche von Seitenwänden 18, Boden und Decke des Korpus 2 an die Umgebung abgeben kann. So heizt auch die Umgehungsleitung 11, wenn sie mit Kältemittel beaufschlagt wird, die Rahmenfläche 4 auf. Sie ist allerdings weniger wirksam als das Heizrohr 10, und der Anteil der von ihr abgegebenen Wärme, der den Innenraum 5 erreicht, ist geringer als beim Heizrohr 10. Dank der Heizwirkung der Umgehungsleitung 11 kann hier die Zeit, in der das Heizrohr 10 mit Kältemittel beaufschlagt wird, noch weiter verringert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Korpus
- 3
- Tür
- 4
- Rahmenfläche
- 5
- Innenraum
- 6
- Maschinenraum
- 7
- Verdichter
- 8
- Verflüssiger
- 9
- Wegeventil
- 10
- Heizrohr
- 11
- Umgehungsleitung
- 12
- T-Stück
- 13
- Trocknerpatrone
- 14
- Steuerschaltung
- 15
- Temperaturfühler
- 16
- Temperaturfühler
- 17
- Verdampfer
- 18
- Seitenwand
