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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältegerät, insbesondere ein Haushaltskältegerät wie etwa einen Kühlschrank, einen Gefrierschrank oder eine Gefriertruhe, sowie eine Kältemaschine dafür.
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Beim Betrieb eines Kältegeräts mit einem von einem Verdampfer gekühlten Lagerfach schlägt sich im Laufe der Zeit Luftfeuchtigkeit auf dem Verdampfer nieder und bildet dort eine Eisschicht, die den Wärmeaustausch zwischen Verdampfer und Lagerfach behindert und so die Effizienz der Kühlung beeinträchtigt. Es ist daher notwendig, einen Verdampfer von Zeit zu Zeit abzutauen.
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Die im Betrieb des Kältegeräts dem Lagerfach entzogene Wärme wird herkömmlicherweise über einen Verflüssiger an die Umgebung abgegeben.
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Bei Großkälteanlagen, die eine Mehrzahl von parallel verbundenen Verdampfern umfassen, ist es seit langem bekannt, die von einem oder mehreren dieser Verdampfer aufgenommene Wärme zu nutzen, um einen anderen Verdampfer durch Beaufschlagen mit warmem Kältemittel abzutauen. Diese Technik ist bei Kältemaschinen für Haushaltskältegeräte nicht anwendbar, da diese meist keine mehreren parallel verbundenen Verdampfer aufweisen. Wenn jedoch nur ein einziger Verdampfer vorhanden ist, dann kann dieser offensichtlich nicht mit der von einem anderen Verdampfer aufgenommenen Wärme abgetaut werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Kältemaschine zu schaffen, die das Abtauen eines Verdampfers durch Beaufschlagen mit warmem Kältemittel ermöglicht, auch wenn keine mehreren Verdampfer vorhanden sind.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem bei einer Kältemaschine, insbesondere für ein Haushaltskältegerät, mit einer Kältemittel-Ringleitung, in der ein Verdichter, ein Verflüssiger, eine Drosselstelle und ein Verdampfer im Kreis verbunden sind, und mit einer Nebenschlussleitung, die einen Auslass des Verdichters unter Umgehung des Verflüssigers mit einem Anschluss des Verdampfers verbindet, eine elektrische Heizeinrichtung an der Nebenschlussleitung angeordnet ist.
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Eine solche Kältemaschine ermöglicht ein energieeffizientes Abtauen, da nach einer Betriebsphase des Verdichters auch dieser warm ist und Wärme an das von ihm geförderte Kältemittel abgibt. Indem dieses Kältemittel unter Umgehung des Verflüssigers in den Verdampfer eingespeist wird, wird zumindest ein Teil des zum Abtauen erforderlichen Wärmebedarfs durch die im Verdichter gespeicherte Wärme gedeckt, und lediglich die noch fehlende Wärme muss von der elektrischen Heizeinrichtung geliefert werden.
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Ein solcher Aufbau ist insbesondere zweckmäßig bei einer kleinen Kältemaschine, die genau einen Verdampfer oder, im Falle eines Kombinations-Kältegeräts, eine Anordnung von in Reihe verbundenen Verdampfern aufweist.
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Die Nebenschlussleitung sollte ein Magnetventil aufweisen, um sie im Normalkühlbetrieb sperren und die Zirkulation des Kältemittels über den Verflüssiger erzwingen zu können.
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Eine Steuerschaltung kann vorgesehen sein, um zu überwachen, ob eine Bedingung zum Abtauen des Verdampfers erfüllt ist, und das Magnetventil zu öffnen, wenn die Abtaubedingung erfüllt ist. Eine solche Abtaubedingung kann z.B. das Verstreichen einer vorgegebenen Zeit oder einer vorgegebenen Betriebszeit des Verdichters oder das Erreichen einer vorgegebenen Zahl von Türöffnungen seit dem letzten Abtauvorgang sein.
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Eine zusätzliche Bedingung für das Einleiten eines Abtauvorgangs kann sein, dass eine Kühlbetriebsphase des Verdichters beendet ist. Wenn der Verdichter unmittelbar vor Beginn des Abtauvorgangs in Betrieb gewesen ist, dann ist die Menge der in ihm gespeicherten und für einen Abtauvorgang nutzbaren Wärme maximal.
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Während des Abtauens ist der Verdichter notwendigerweise auch in Betrieb, auch wenn er zu dieser Zeit nicht kühlt. Deswegen wird im folgenden zwischen Kühl- und Abtaubetriebsphasen des Verdichters unterschieden.
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Außerhalb der Kühl- und Abtaubetriebsphasen des Verdichters sollte das Magnetventil geschlossen sein.
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Um den Energieaufwand für das Abtauen zu minimieren, sollte die Steuerschaltung ferner eingerichtet sein, die elektrische Heizeinrichtung erst einzuschalten, wenn neben der Abtaubedingung eine weitere Bedingung erfüllt ist.
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Im einfachsten Fall ist diese weitere Bedingung der Ablauf einer Wartezeit nach dem Öffnen des Magnetventils. Denkbar wäre auch, die Temperatur des während des Abtauvorgangs zirkulierenden Kältemittels zu messen und die elektrische Heizeinrichtung zuzuschalten, wenn diese einen Grenzwert unterschreitet. Im einen wie im anderen Falle kann die elektrische Heizeinrichtung ausgeschaltet bleiben, wenn die abzutauende Eismenge am Verdampfer gering ist und die im Verdichter gespeicherte Wärme zum Abtauen ausreicht und deshalb der Abtauvorgang schon vor Ablauf der Wartezeit beendet ist bzw. der Grenzwert der Temperatur nicht unterschritten wird.
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Die Nebenschlussleitung sollte zweckmäßigerweise auch die Drosselstelle umgehen. Wenn die Zirkulationsrichtung des Kältemittels während des Abtauvorgangs die gleiche ist wie im Normalkühlbetrieb, wird so eine Abkühlung des Kältemittels vor Erreichen des Verdampfers, durch Entspannen an der Drosselstelle, vermieden, die den Abtauvorgang behindern würde. Wenn die Zirkulationsrichtung des Kältemittels im Verdampfer entgegengesetzt zur Zirkulationsrichtung im Normalkühlbetrieb ist, verhindert die Umgehung der Drosselstelle beim Abtauen das Auftreten hoher Drücke im Verdampfer, so dass als Verdampfer auch ein Rollbond-Verdampfer eingesetzt werden kann, der bauartbedingt unter einem hohen Innendruck Schaden nehmen kann.
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Vorzugsweise sind die Drosselstelle und die Nebenschlussleitung an einem gleichen stromaufwärtigen Ende einer Leitung des Verdampfers angeschlossen, so dass die Zirkulationsrichtung des Kältemittels im Verdampfer im Normalkühlbetrieb und beim Abtauen gleich ist.
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Wenn der Verdampfer ein Plattenverdampfer ist, kann ein Zusammenfluss von Drosselstelle und Nebenschlussleitung zweckmäßigerweise auf dem Plattenverdampfer ausgebildet sein.
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Einer bevorzugten Ausgestaltung zufolge ist der Verdampfer ein Lamellenverdampfer. Bei einem Lamellenverdampfer kann der Zusammenfluss durch ein vorgeschaltetes Hosenrohr gebildet sein.
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Ein Temperaturfühler kann an einem stromabwärtigen Ende an der Leitung des Verdampfers angeordnet sein, um anhand der von diesem Verdampfer erfassten Temperatur die Temperatur des Kältemittels am Ausgang des Verdampfers abzuschätzen und Rückschlüsse über den Fortschritt des Abtauvorgangs ziehen zu können.
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Da diese Temperatur einen Rückschluss auf Vorhandensein von Eis an der Oberfläche des Verdampfers zulässt, kann die Steuerschaltung mit dem Temperaturfühler verbunden und eingerichtet sein, das Magnetventil zu schließen und dadurch den Abtauvorgang zu beenden, wenn die vom Temperaturfühler erfasste Temperatur einen Grenzwert übersteigt.
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Erfindungsgegenstand ist ferner ein Kältegerät, besonders ein Haushaltskältegerät, mit einem Gehäuse, in dem die Kältemaschine und ein von dem Verdampfer gekühltes Lagerfach untergebracht sind.
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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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Es zeigen:
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1 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Kältemaschine,
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2 einen schematischen Schnitt durch ein mit einer solchen Kältemaschine ausgestattetes Kältegerät;
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3 ein Detail eines Verdampfers des Kältegeräts aus 2;
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4 einen zu 2 analogen Schnitt gemäß einer zweiten Ausgestaltung des Kältegeräts; und
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5 ein Detail eines Verdampfers des Kältegeräts aus 2.
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Die in 1 gezeigte Kältemaschine umfasst in an sich bekannter Weise eine Kältemittel-Ringleitung 1, an der der Reihe nach ein Verdichter 2, ein Verflüssiger 3, eine Drosselstelle 4, typischerweise in Form einer Kapillarleitung, und ein Verdampfer 5 angeordnet sind. Der Verdampfer 5 ist in einen wärmeisolierten Innenraum 6 eines Haushaltskältegeräts wie etwa eines Kühl- oder Gefrierschranks, in 6 als strichpunktierter Umriss angedeutet, untergebracht. Es kann ein Ventilator 7 vorgesehen sein, um die Zirkulation von Kaltluft zwischen dem Verdampfer 5 und einem zur Unterbringung von Kühlgut genutzten Lagerbereich des Innenraums 6 zu fördern.
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Eine Nebenschlussleitung 8 trennt sich von der Ringleitung 1 an einer zwischen einem Auslass des Verdichters 2 und einem Einlass des Verflüssigers 3 gelegenen Verzweigung 9 und trifft an einem unmittelbar stromaufwärts vom Verdampfer 5 gelegenen Zusammenfluss 10 wieder auf die Ringleitung 1. An der Nebenschlussleitung 8 sind ein Magnetventil 11 und, vorzugsweise zwischen dem Magnetventil 11 und dem Zusammenfluss 10, eine elektrische Heizeinrichtung 12 an geordnet. Die Heizeinrichtung 12 kann insbesondere durch einen um die rohrförmige Nebenschlussleitung 8 gewickelten Heizdraht oder eine aufgeklebte Folienheizung gebildet sein.
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Eine elektronische Steuerschaltung 13 ist mit wenigstens einem Temperaturfühler 14 verbunden, der am Verdampfer 5, vorzugsweise benachbart zu einem Auslassanschluss 15 desselben, angeordnet ist. Die Steuerschaltung 13 steuert den Betrieb des Verdichters 2, des Magnetventils 11, der Heizeinrichtung 12 und gegebenenfalls des Ventilators 7. Die Steuerung des Verdichters 2 erfolgt in an sich bekannter Weise anhand der Temperatur des Innenraums 6, durch Einschalten des Verdichters 2, wenn diese einen Einschaltgrenzwert übersteigt, bzw. Ausschalten des Verdichters 2 bei Unterschreiten eines Ausschaltgrenzwerts. Diese Temperatur kann mittels des Temperaturfühlers 14 abgeschätzt werden, vorzugsweise ist jedoch zu ihrer Erfassung ein zweiter, nicht gezeigter Temperaturfühler beabstandet vom Verdampfer 5 im Innenraum 6 vorgesehen.
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Die Eismenge, die sich während des Betriebs des Verdichters 2 auf dem Verdampfer 5 niederschlägt, kann auf unterschiedliche Weise abgeschätzt werden. Im einfachsten Fall misst die Steuerschaltung 13 die seit einem letzten Abtauvorgang insgesamt verstrichene Zeit oder lediglich die seither angefallene Betriebszeit des Verdichters 2, und stellt fest, dass eine erste Abtaubedingung erfüllt ist, wenn die betreffende Zeit einen Grenzwert überschritten hat. Denkbar ist auch, dass die Steuerschaltung 13 mit einem von einer Tür des Kältegeräts getätigten Schalter verbunden ist und nach einer vorgegebenen Zahl von Türöffnungen die erste Abtaubedingung als eingetreten ansieht. Eine andere Möglichkeit ist, dass die Steuerschaltung 13 die Entwicklung der vom Temperaturfühler 14 erfassten Temperatur jeweils nach Einschalten des Verdichters 2 überwacht und feststellt, dass die Abtaubedingung erfüllt ist, wenn eine ungewöhnlich schnelle Abnahme der Temperatur auf eine Beeinträchtigung des Wärmeaustauschs zwischen dem Innenraum 6 und dem Verdampfer 5 hindeutet.
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Wenn zu dem Zeitpunkt, an dem die erste Abtaubedingung als erfüllt erkannt wird, der Verdichter 2 ausgeschaltet ist oder erst kurze Zeit gelaufen ist, dann kann davon ausgegangen werden, dass seine Temperatur relativ niedrig ist und die in ihm gespeicherte Wärme den Abtauvorgang nur in geringem Umfang unterstützen kann. Um die vom Verdichter 2 beim Abtauen beigesteuerte Wärmemenge zu maximieren, ist einer bevorzugten Ausgestaltung zufolge die Steuerschaltung 13 eingerichtet, als eine zweite Abtaubedingung zu erfassen, dass eine Betriebsphase des Verdichters 2 beendet ist bzw. dass die Temperatur des Innenraums 6 auf die Ausschaltschwelle abgefallen ist, und erst dann einen Abtauvorgang einzuleiten, wenn beide Abtaubedingungen erfüllt sind.
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Um einen Abtauvorgang einzuleiten, schaltet die Steuerschaltung 13 den Verdichter 2 nicht aus, sondern öffnet das Magnetventil 11 in der Nebenschlussleitung. Vom Verdichter 2 ausgestoßenes Kältemittel gelangt nun direkt und ohne Wärme über den Verflüssiger 3 an die Umgebung abzugeben, zum Verdampfer 5. Da der Strömungswiderstand der Nebenschlussleitung 8 im Vergleich zur Drosselstelle 4 gering ist, ist auch der Druck des zirkulierenden Kältemittels niedrig.
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Gleichzeitig mit dem Öffnen des Magnetventils 11 könnte die Steuerschaltung 13 auch die Heizeinrichtung 12 einschalten; vorzugsweise geschieht dies jedoch erste einige Zeit später, so dass bis zu diesem Zeitpunkt das Kältemittel, das über die Nebenschlussleitung 8 den Verdampfer 5 erreicht, im Wesentlichen die Temperatur des Verdichters 2 aufweist.
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Solange sich Eis auf dem Verdampfer 5 befindet, kann die Temperatur des Kältemittels, das vom Verdampfer 5 zum Verdichter 2 zurück strömt, nicht wesentlich nicht über 0 C ansteigen, und die zeitliche Entwicklung dieser vom Temperaturfühler 14 erfassten Temperatur ist im Wesentlichen unabhängig von der Stärke der Eisschicht. Die Zeitspanne, die der Verdichter 2 benötigt, um so weit auszukühlen, dass er nicht mehr maßgeblich Wärme zum Abtauvorgang beisteuern kann, ist daher bei jedem Abtauvorgang im Wesentlichen dieselbe. Deswegen schaltet die Steuerschaltung 13 vorzugsweise jeweils mit einer festen Verzögerung nach Öffnen des Magnetventils 11 die Heizeinrichtung 12 ein (sofern nicht bereits vorher eine Bedingung eingetreten ist, die die Steuerschaltung 13 veranlasst, durch Schließen des Magnetventils 11 das Abtauen zu beenden).
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Wenn die Eisschicht auf den Verdampfer 5 beseitigt ist, kann sich dieser als Ganzes auf eine Temperatur von über 0 C erwärmen, und die Temperatur des Kältemittels am Auslassanschluss 15 steigt. Daher zeigt ein Anstieg der vom Temperaturfühler 14 über einen oberhalb von 0 C gewählten Grenzwert an, dass das Eis am Verdampfer 5 beseitigt ist. Die Erfassung eines solchen Temperaturanstiegs stellt für die Steuerschaltung 13 die Bedingung für eine Beendigung des Abtauvorgangs dar.
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2 zeigt einen schematischen Schnitt durch ein Kältegerät 16, hier einen Haushaltskühlschrank, das mit der in 1 gezeigten Kältemaschine ausgestattet ist. Das Kältegerät hat in an sich bekannter Weise ein wärmeisolierendes Gehäuse mit einem Korpus 17 und einer Tür 18, die den Innenraum 6 umschließen. Der Verdichter 2 ist in einem Maschinenraum 19 an der Rückseite des Korpus 17 untergebracht. Der Verflüssiger 3 kann je nach Bauart ebenfalls im Maschinenraum 19 oder, wie hier gezeigt, an der Rückwand des Korpus 17 montiert sein. Verzweigung 9 und Magnetventil 11 befinden sich ebenfalls im Maschinenraum 19. Stromabwärts vom Magnetventil 11 verläuft die Nebenschlussleitung 8 wenigstens auf einem Teil ihrer Länge innerhalb der wärmeisolierenden Wand des Korpus 17. Auch die Heizeinrichtung 12 ist in die wärmeisolierende Wand eingebettet, um sicherzustellen, dass die von ihr abgegebene Wärme zu einem möglichst großen Teil von dem in der Nebenschlussleitung 8 zirkulierenden Kältemittel aufgenommen wird.
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Der Verdampfer 5 kann grundsätzlich von beliebigem Typ sein, vorzugsweise handelt es sich, wie in der Fig. dargestellt, um einen vertikal orientierten Plattenverdampfer, von dem eine Eisschicht, ohne vollständig aufgetaut zu sein, nach unten abrutschen kann, sofern der Verdampfer 5 nur weit genug erwärmt ist, um zwischen sich und dem Eis eine Wasserschicht zu erzeugen, die das Eis abgleiten lässt. So kann der Verdampfer 5 energiesparend von Eis befreit werden, ohne dass dieses vollständig aufgetaut werden muss.
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Der Verdampfer 5 ist hier frei im Innenraum 6 aufgehängt, sodass er über beide Seiten Wärme aufnehmen kann. Alternativ könnte er auch in an sich bekannter Weise als Coldwall-Verdampfer zwischen einem Innenbehälter und der Isolationsschicht des Korpus 17 angebracht sein. In beiden Fällen kann, wie gezeigt, unterhalb des Verdampfers 5 eine Kondensatrinne 20 vorgesehen sein, die sowohl Tauwasser als auch vom Verdampfer 5 abgleitendes Eis auffängt und das Tauwasser über einen Durchgang 21 zu einer Verdunstungsschale 22 abführt. Da die Temperatur in der Kondensatrinne 20 im Allgemeinen über 0 C beträgt, kann in der Kondensatrinne 20 aufgefangenes Eis auch dann noch auftauen, wenn der Abtauvorgang des Verdampfers 5 bereits beendet ist.
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Um die Erwärmung von Kühlgut beim Abtauen des Verdampfers 5 zu minimieren, kann eine Trennwand 23 vorgesehen sein, die den Innenraum 6 in einen Lagerbereich 24 für das Kühlgut und einen Verdampferbereich 25 unterteilt. Der Ventilator 7, der, wenn der Verdichter 2 im Normalkühlbetrieb läuft, ebenfalls in Betrieb ist, um den Luftaustausch zwischen den Bereichen 24, 25 anzutreiben, bleibt während des Abtauens ausgeschaltet.
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3 zeigt einen Schnitt durch eine Ecke eines als Verdampfer 5 verwendbaren Rollbond-Verdampfers. Der Rollbondverdampfer umfasst in fachüblicher Weise zwei miteinander verlötete Platinen, eine ebene, die außerhalb der Schnittebene der 3 parallel zu dieser verläuft, und eine, in der eine Leitung 26 für das Kältemittel geformt ist. Diese Leitung 26 erstreckt sich von einem an einen Rand der Platinen herausgeführten Anschluss 27 für die Nebenschlussleitung 8 zu einem Anschluss 28 für eine Saugleitung 29. Diese führt als Teil der Ringleitung 1 zum Verdichter 2. Eine die Drosselstelle 4 bildende Kapillare 30 ist in an sich bekannter Weise in der Saugleitung 29 und durch den Anschluss 28 hindurch geführt, und der Zusammenfluss 10 ist durch das in die Leitung 26 benachbart zum Anschluss 27 einmündende Ende der Kapillare 30 gebildet.
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4 zeigt einen Schnitt durch ein Haushaltskältegerät gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung. Die Anordnung der elektrischen Heizeinrichtung 12 an der Nebenschlussleitung 8 ist dieselbe wie in der Ausgestaltung der 2. Als Verdampfer 31 ist hier ein Lamellenverdampfer in einer in einem sich unter der Decke des Korpus 17 erstreckenden Verdampferbereich 25 untergebracht. Da bei dieser Ausgestaltung beim Abtauen des Verdampfers 31 sich erwärmende Luft nicht aus dem Verdampferbereich 25 in den Lagerbereich 24 entweichen kann, ist sie besonders geeignet für ein Gefriergerät bzw. für ein Gerät, bei dem der Lagerbereich 24 dauerhaft unter 0°C gehalten werden soll.
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5 zeigt in einem Schnitt einen Einlassanschluss des Verdampfers 31. Ein Kältemittelrohr 33 des Verdampfers 31 hat einen größeren Durchmesser als die in den Verdampfer 31 einmündende Kapillare 30. Anstelle eines herkömmlicherweise in das Kältemittelrohr 33 eingeschobenen und das Ende der Kapillare 30 aufnehmenden zylindrischen Übergangsstücks ist hier ein Hosenrohr 32 an das eingangsseitige Ende des Kältemittelrohrs 33 angefügt. Das Hosenrohr 32 bildet den Zusammenfluss 10 von Kreisleitung 1 und Nebenschlussleitung 8, indem die Kapillare 30 die Wand eines Rohrs 34 durchstößt, das das stromabwärtige Ende der Nebenschlussleitung 8 bildet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ringleitung
- 2
- Verdichter
- 3
- Verflüssiger
- 4
- Drosselstelle
- 5
- Verdampfer
- 6
- Innenraum
- 7
- Ventilator
- 8
- Nebenschlussleitung
- 9
- Verzweigung
- 10
- Zusammenfluss
- 11
- Magnetventil
- 12
- Heizeinrichtung
- 13
- Steuerschaltung
- 14
- Temperaturfühler
- 15
- Auslassanschluss
- 16
- Kältegerät
- 17
- Korpus
- 18
- Tür
- 19
- Maschinenraum
- 20
- Kondensatrinne
- 21
- Durchgang
- 22
- Verdunstungsschale
- 23
- Trennwand
- 24
- Lagerbereich
- 25
- Verdampferbereich
- 26
- Leitung
- 27
- Anschluss
- 28
- Anschluss
- 29
- Saugleitung
- 30
- Kapillare
- 31
- Verdampfer
- 32
- Hosenrohr
