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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältegerät mit mehreren Kältefächern zum Lagern von Kühlgut bei unterschiedlichen Temperaturen.
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In Kältegeräten können Spezialfächer, wie beispielsweise Auftaufächer oder Warmhaltefächer vorgesehen sein, die bis zu 60°C einstellbar sind. Die Temperaturen über Umgebungstemperatur werden mit elektrischen Heizungen realisiert. Ohne Heizung sind die Temperaturen in einzelnen Kältefächern nur begrenzt regelbar. Durch Einstellen einer Verdichterlaufzeit lassen sich Temperaturunterschiede von +/–3K erzeugen.
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Einige Spezialgeräte, wie Weinschränke, arbeiten mit größeren Temperaturspannen. Die Temperaturspannen umfassen beispielsweise 5–22°C in bis zu drei Temperaturzonen. Diese Spezialgeräte werden durch ein Einstellen der Betriebszeit des jeweiligen Verdampfers geregelt. Andere Geräte weisen Klappen in einem Luftkanal auf, die graduell geöffnet werden, um einzelne temperaturkontrollierte Zonen zu erreichen. In diesen Geräten gibt es allerdings nur einen Verdampfer mit einer festen Verdampfungstemperatur.
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Es ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, ein Kältegerät anzugeben, bei dem die einzelnen Temperaturen in mehreren Kältefächern effizient gesteuert werden können.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand mit den Merkmalen nach dem unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Figuren, der Beschreibung und der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Kältegerät mit einem ersten Kältefach zum Lagern von Kühlgut bei einer ersten Temperatur, das einen ersten Verdampfer mit einem ersten steuerbaren Expansionsventil am Kältemitteleinlass des ersten Verdampfers umfasst, und einem zweiten Kältefach zum Lagern von Kühlgut bei einer zweiten Temperatur, das einen zweiten Verdampfer mit einem zweiten steuerbaren Expansionsventil am Kältemitteleinlass des zweiten Verdampfers umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kältemittelauslass des ersten Verdampfers mit dem zweiten steuerbaren Expansionsventil am Kältemitteleinlass des zweiten Verdampfers verbunden ist.
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Unter einem 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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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes umfasst das Kältegerät eine Steuereinheit zum Steuern der Expansionsventile. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Expansionsventile zentral von einer Steuereinheit angesteuert werden können.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes weist die Steuereinheit einen nicht-flüchtigen Speicher zum Speichern eines Steuerprogramms auf. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass das Steuerprogramm bei Bedarf aktualisiert werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist die Steuereinheit ausgebildet, das erste und das zweite Expansionsventil derart zu steuern, dass ein Kältemittelfluss durch den ersten Verdampfer konstant bleibt. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Temperatur im ersten Kältefach geändert werden kann, ohne dass die Temperatur im zweiten Kältefach beeinflusst wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist die Steuereinheit ausgebildet, das erste und das zweite Expansionsventil derart zu steuern, dass ein Durchfluss durch das erste Expansionsventil erhöht wird, wenn ein Durchfluss durch das zweite Expansionsventil vermindert wird. Dadurch wird beispielsweise ebenfalls der technische Vorteil erreicht, dass die Temperatur im ersten Kältefach geändert werden kann, ohne dass die Temperatur im zweiten Kältefach beeinflusst wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist die Steuereinheit ausgebildet, das erste und das zweite Expansionsventil derart zu steuern, dass ein Durchfluss durch das erste Expansionsventil vermindert wird, wenn ein Durchfluss durch das zweite Expansionsventil erhöht wird. Dadurch wird beispielsweise ebenfalls der technische Vorteil erreicht, dass die Temperatur im ersten Kältefach geändert werden kann, ohne dass die Temperatur im zweiten Kältefach beeinflusst wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist die erste Temperatur höher als die zweite Temperatur. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Temperaturen der Kältefächer der Reihe nach ausgehend von der höchsten Temperatur eingestellt werden können.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist das zweite Kältefach ein Gefrierfach zum Lagern von Kühlgut bei einer Temperatur unter 0°C. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass überschüssige Kälteleistung in dem Gefrierfach aufgenommen werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes umfasst das Kältegerät einen Kompressor mit regelbarer Drehzahl. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Kälteleistung des Kältegerätes verändert werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist die Steuereinheit ausgebildet, die Drehzahl des Kompressors auf Basis einer vorgegebenen Kälteleistung zu steuern. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Kälteleistung des Kältegerätes durch die Steuereinheit für die Expansionsventile steuerbar ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes umfasst das erste Kältefach einen ersten Temperatursensor und das zweite Kältefach einen zweiten Temperatursensor. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine Rückkopplungsschleife für die Temperatur entsteht.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist die Steuereinheit ausgebildet, das erste Expansionsventil und das zweite Expansionsventil auf Basis eines ersten Temperaturmesswertes von dem ersten Temperatursensor und eines zweiten Temperaturmesswertes von dem zweiten Temperatursensor zu steuern. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Temperatur in den Kältefächern in Abhängigkeit einer gemessenen Temperatur geregelt werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist das erste oder zweite Expansionsventil stufenlos einstellbar. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine feine und genaue Einstellung der Temperaturen erreicht wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes umfasst das erste oder zweite Expansionsventil eine Schraubeneinrichtung mit linearem Hub, um den Kältemittelstrom zu regulieren. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass auf einfache Weise ein Proportionalventil mit stufenlos steuerbarem Durchfluss realisiert wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes umfasst das Kältegerät ein drittes Kältefach zum Lagern von Kühlgut bei einer dritten Temperatur, das einen dritten Verdampfer mit einem dritten steuerbaren Expansionsventil am Kältemitteleinlass des dritten Verdampfers umfasst und ein Kältemittelauslass des zweiten Verdampfers ist mit dem dritten steuerbaren Expansionsventil am Kältemitteleinlass des dritten Verdampfers verbunden. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Temperatur in einer Vielzahl von Kältefächern geregelt werden kann.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht eines Kältegerätes; und
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2 eine Ansicht eines Kältemittelkreislaufes mit mehreren Verdampfern.
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kältegerätes 100 mit einem ersten Kältefach 101-1 zum Lagern von Kühlgut bei einer ersten Temperatur, beispielsweise ein Kühlfach, und einem zweiten Kältefach 101-2 zum Lagern von Kühlgut bei einer zweiten Temperatur, beispielsweise ein Gefrierfach.
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Das Kältegerät 100 dient beispielsweise zur Kühlung von Lebensmitteln und umfasst einen Kältemittelkreislauf mit einem Verdampfer, einem Verdichter, einem Verflüssiger und einem Drosselorgan. Der Verdampfer ist ein Wärmeaustauscher, in dem nach der Expansion das flüssige Kältemittel durch Wärmeaufnahme von dem zu kühlenden Medium, d.h. der Luft im Inneren des Kältegerätes, verdampft wird.
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Der Verdichter oder Kompressor ist ein mechanisch betriebenes Bauteil, das Kältemitteldampf vom Verdampfer absaugt und bei einem höheren Druck zum Verflüssiger ausstößt. Der Verflüssiger ist ein Wärmeaustauscher, in dem nach der Kompression das verdampfte Kältemittel durch Wärmeabgabe an ein äußeres Kühlmedium, d.h. die Umgebungsluft, verflüssigt wird. Das Drosselorgan ist eine Vorrichtung zur ständigen Verminderung des Druckes durch Querschnittsverengung.
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Das Kältemittel ist ein Fluid, das für die Wärmeübertragung in dem kälteerzeugenden System verwendet wird, das bei niedrigen Temperaturen und niedrigem Druck des Fluides Wärme aufnimmt und bei höherer Temperatur und höherem Druck des Fluides Wärme abgibt, wobei üblicherweise Zustandsänderungen des Fluides inbegriffen sind.
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2 zeigt eine Ansicht eines Kältemittelkreislaufes 119 mit mehreren Verdampfern 103-1, 103-2, ..., 103-n. Der erste Verdampfer 103-1 ist in einem ersten Kältefach 101-1 des Kältegerätes 100 angeordnet, der zweite Verdampfer 103-2 ist in einem zweiten Kältefach 101-2 des Kältegerätes 100 angeordnet und der dritte Verdampfer 103-n in einem dritten Kältefach 101-3 des Kältegerätes angeordnet. Jeder der Verdampfer umfasst jeweils vor dessen Kältemitteleinlass 107-1, 107-2, ...107-n ein Expansionsventil 105-1, 105-2, ..., 105-n. Die Verdampfer 103-1, 103-2, ..., 103-n sind in Reihe miteinander verbunden. Dabei ein Kältemittelauslass 109-1 des ersten Verdampfers 103-1 mit dem zweiten steuerbaren Expansionsventil 105-2 am Kältemitteleinlass 107-2 des zweiten Verdampfers (103-2) verbunden. Ein Kältemittelauslass 109-2 des zweiten Verdampfers 103-2 ist mit dem dritten steuerbaren Expansionsventil 105-n am Kältemitteleinlass 107-n des dritten Verdampfers 103-n verbunden.
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Die Expansionsventile 105-1, 105-2, ..., 105-n sind von einer Steuereinheit 115 steuerbar. Bei einer Steuerung des Expansionsventils 105-1, 105-2, ..., 105-n wird der Querschnitt und damit der Druckabfall durch das Expansionsventil 105-1, 105-2, ..., 105-n nach einer geeigneten Führungsgröße geregelt. Dabei finden eine Drosselung des Kältemittelstroms und ein Druckabfall statt. Die Führungsgröße kann beispielsweise der Druck im zugeordneten Verdampfer 103-1, 103-2, ..., 103-n oder die Temperatur im jeweiligen Kältefach 101-1, 101-2, ..., 101-n sein. Die Temperatur in den Kältefächern 101-1, 101-2, ..., 101-n wird von jeweiligen Temperatursensoren 117-1, 117-2, ..., 117-3 erfasst.
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Die Temperatur der Kältefächer 101-1, 101-2, ..., 101-n ist über einen Kunden einstellbar und ermöglicht eine große Spanne von Temperaturen in den jeweiligen Kältefächern 101-1, 101-2, ..., 101-n abzudecken, beispielsweise in einem Gefrierfach –18°C, in einem Kühlfach 5°C, in einem VitaFresh-Fach 0°C, in einem Weinlagerfach 12°C, in einem Auftaufach –2...+20°C, in einem Kellerlagerfach +8...+14°C und in einem Reifefach +8...+25°C.
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Ein Druckverhältnis zwischen den einzelnen Verdampfern 103-1, 103-2, ..., 103-n in dem Kältemittelkreislauf 119 wird bei der Steuerung der Expansionsventile 105-1, 105-2, ..., 105-n aufrechterhalten. Wenn dies durch mehrere Expansionsventile 105-1, 105-2, ..., 105-n geschieht, befindet sich der Druck zwischen den Expansionsventilen 105-1, 105-2, ..., 105-n auf einem Niveau, das proportional zu dem Drosselverhältnis ist.
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Die gesamte Drosselung im System beträgt P0–Pn, wobei P0 der Kältemitteldruck vor dem ersten Verdampfer 103-1 und Pn der Kältemitteldruck nach dem n-ten Verdampfer 103-n ist. Das Expansionsventil 105-1 erzeugt einen Druckabfall von P0–P1, wobei P1 der Kältemitteldruck nach dem ersten Verdampfer 103-1 ist. Das Expansionsventil 105-2 erzeugt einen Druckabfall von P1–P2, wobei P2 der Kältemitteldruck nach dem zweiten Verdampfer 103-2 ist. Die Gesamtdrosselung von einem Verflüssiger 111 zu dem zweiten Verdampfer 103-2 beträgt P0–P2, d.h. (P0–P1) + (P1–P2).
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Da die Expansionsventile 105-1, 105-2, ..., 105-n einzeln regelbar sind, kann das erste Expansionsventil 105-1 um einen Betrag geöffnet werden, während das zweite Expansionsventil 105-2 mit dem gleichen Betrag geschlossen wird, so dass die Gesamtdrosselung P0–P2 gleich bleibt. Allerdings herrsch in diesem Fall in dem Verdampfer 103-1 ein höherer Kältemitteldruck. Dadurch weist der Verdampfer 103-1 eine höhere Verdampfungstemperatur auf und die Fachtemperatur steigt. Der nachfolgende Verdampfer 103-2 erfährt keinen Unterschied im Kältemitteldruck. In gleicher Weise kann der Verdampfer 103-2 eingestellt werden.
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Die Temperaturen der Verdampfer 103-1, 103-2, ..., 103-n sind nicht direkt an die Umgebungstemperatur gebunden. Wenn beispielsweise das Expansionsventil 105-1 voll geöffnet wird, kann der erste Verdampfer 103-1 eine Temperatur erreichen, der nahe an der Verflüssigungstemperatur ist. Bei einer Umgebungstemperatur von 0°C liegt die Verflüssigungstemperatur bei ca. 15°C. Dadurch kann das Kältefach 101-1 erwärmt werden. Falls das Kältegerät 100 in einer Garage oder auf einem Balkon aufgestellt ist, kann ein Einfrieren von Kühlgut verhindert werden. Die Kältefächer 101-1, 101-2, ...101-n werden der Reihe nach immer kälter. Der Verdampfer 103-1 ist damit der Wärmste und der Verdampfer 103-n ist der Kälteste.
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Wenn der Verdichter 113 eine Mindestdrehzahl aufweist, wird eine Mindestkälteleistung erzeugt. Wenn in den ersten Kältefächern 101-1 und 101-2 hohe Temperaturen eingestellt sind, nimmt das letzte Kältefach 101-3 mit der niedrigsten Temperatur die restliche Kälteleistung auf. Dabei kann es vorkommen, dass im letzten Kältefach 101-3 die Temperatur niedriger als zunächst eingestellt ist. Die Qualität von gefrorenem Kühlgut wird jedoch durch eine noch niedrigere Temperatur nicht negativ beeinflusst.
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Um die Temperaturen in den Kältefächer 101-1, 101-2, ...101-n konstant zu halten, ist der Verdichter 113 in einem Dauerbetrieb. Bei eine Entfrostung eines Verdampfers 103-1, 103-2, ..., 103-n kann die Verdampfungstemperatur kurzzeitig über dem Gefrierpunkt eingestellt werden. Dies ist aber nur selten erforderlich, da wegen des Dauerbetriebes des Verdichters 113 der Temperaturunterschied zwischen den Verdampfern 103-1, 103-2, ..., 103-n und den jeweiligen Kältefächern 101-1, 101-2, ...101-n niedrig ist. Daher ist es unter Normbedingungen nicht erforderlich, den jeweiligen Verdampfer 103-1, 103-2, ..., 103-n abzutauen, da dieser eine Temperatur von über 0°C aufweist.
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Der Verdichter 113 weist eine Drehzahlregelung auf, damit verschieden große Kälteleistungen und tiefe Temperaturen einstellbar sind. Hohe Kälteleistungen bei tiefen Temperaturen werden mit hohen Drehzahlen erreicht.
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Der Kunde bekommt die Möglichkeit, die Temperatur eines oder mehrerer Kältefächer 101-1, 101-2, ...101-n entsprechend seinen Bedürfnissen effizient zu regeln. Da diese Regelung über den Kältekreislauf 119 durchgeführt wird, ist diese effizienter als vergleichbare Lösungen mit elektrischer Heizung. Durch das Erschließen von Temperaturbereichen vom über 14°C können neue Lageroptionen für den Kunden erschlossen werden, wie beispielsweise das gezielte Nachreifen von Obst und Gemüse oder die Lagerung von Brot.
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Die jeweiligen Temperaturen in den einzelnen Kältefächern 101-1, 101-2, ..., 101-n des Kältegeräts 100 sind einfach und unabhängig voneinander regelbar, so dass gleichzeitig Gefrierfachtemperaturen unter –18°C und Temperaturen über Umgebungstemperatur erreicht werden können, ohne dass hierzu eine elektrische Heizung verwendet wird. Die einzelnen Kältefächern 101-1, 101-2, ..., 101-n können geregelt werden, ohne dass die Temperaturen in den übrigen Kältefächern 101-1, 101-2, ..., 101-n beeinflusst werden. Zudem halten sich die Temperaturen in den Kältefächern 101-1, 101-2, ..., 101-n auf einem äußerst stabilen Niveau.
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Durch die in Serie geschalteten Verdampfer 103-1, 103-2, ..., 103-n wird eine exakte Temperaturkontrolle mit deutlich reduzierter Schwankung erreicht. Dadurch ergeben sich beispielsweise für eingelagertes Kühlgut Vorteile. Bei frischem Obst und Gemüse findet ein verringerter Frischmasseverlust statt, da Transpirationsprozesse minimiert werden und die Atmungsaktivität reduziert ist. In verpackten Produkten, insbesondere MAP-Packungen, findet eine verringerte Kondensatbildung statt, so dass sich die Lebensmittelsicherheit erhöht. Zudem wird eine Verbesserung des sensorischen Produkterhalts erreicht. Bei der Gefrierlagerung werden eine Reduktion der Rekristallisation, ein besserer Texturerhalt und verringerte Tropfsaftverluste erzielt. Zudem kann eine konstante Kühlfachtemperatur von 5°C unabhängig von der Umgebungstemperatur gewährleistet werden, beispielsweise bei Umgebungstemperaturen von unter 5°C. Dadurch kann der Kunde das Kältegerät 100 entsprechend seinen Bedürfnissen benutzen.
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Alle in Verbindung mit einzelnen Ausführungsformen der Erfindung erläuterten und gezeigten Merkmale können in unterschiedlicher Kombination in dem erfindungsgemäßen Gegenstand vorgesehen sein, um gleichzeitig deren vorteilhafte Wirkungen zu realisieren.
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Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die Ansprüche gegeben und wird durch die in der Beschreibung erläuterten oder den Figuren gezeigten Merkmale nicht beschränkt.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Kältegerät
- 101
- Kältefach
- 103
- Verdampfer
- 105
- Expansionsventil
- 107
- Kältemitteleinlass
- 109
- Kältemittelauslass
- 111
- Verflüssiger
- 113
- Kompressors
- 115
- Steuereinheit
- 117
- Temperatursensor
- 119
- Kältemittelkreislauf
