DE102014217672A1

DE102014217672A1 - Kältegerät und Kältemaschine dafür

Info

Publication number: DE102014217672A1
Application number: DE102014217672.7A
Authority: DE
Inventors: Andreas Babucke; Stefan Holzer; Matthias Mrzyglod
Original assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2014-09-04
Filing date: 2014-09-04
Publication date: 2016-03-10
Also published as: WO2016034446A1

Abstract

Eine Kältemaschine für ein Haushaltskältegerät mit zwei Lagerfächern umfasst einen Verdichter (1), einen ersten und einem zweiten Verdampfer (13, 14), die zusammen mit jeweils einer vorgeschalteten Kapillare (11, 12) in zueinander parallelen Zweigen (9, 10) eines Kältemittelkreises (4) angeordnet sind. In einem stromabwärtigen Teil des Kältemittelkreises (4) ist zwischen Ausgängen der Verdampfer (13, 14) und einem Eingang (3) des Verdichters (1) ein Ventil (18) zum Sperren eines Kältemittelflusses vom ersten Verdampfer (13) zum zweiten Verdampfer (14) angeordnet. In einem stromaufwärtigen Teil des Kältemittelkreises (4) ist zwischen einem Ausgang (2) des Verdichters (1) und Eingängen der Verdampfer (13, 14) ein Stoppventil (7) angeordnet. Eine Steuereinheit (19) ist eingerichtet, am Ende einer Kühlbetriebsphase wenigstens eines der beiden Verdampfer (13, 14) den Verdichter (1) bei geschlossenem Stoppventil (7) zu betreiben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältegerät, insbesondere ein Haushaltskältegerät, und speziell den Aufbau einer in einem solchen Kältegerät verwendbaren Kältemaschine.
Haushaltskältegeräte mit zwei auf verschiedenen Betriebstemperaturen gehaltenen Lagerfächern wie etwa einem Gefrierfach und einem Normalkühlfach und einer Kältemaschine, die je einen ersten Verdampfer zum Kühlen des ersten Lagerfachs und einen zweiten Verdampfer zum Kühlen des zweiten Lagerfachs in zueinander parallelen Zweigen eines Kältemittelkreises aufweist, sind an sich bekannt. Um einen energieeffizienten Betrieb eines solchen Kältegeräts zu ermöglichen, ist es wünschenswert, dass in den Verdampfern zumindest während ihrer Kühlbetriebsphasen unterschiedliche, jeweils an die Betriebstemperatur des von ihnen zu kühlenden Fachs angepasste Verdampfungstemperaturen herrschen. Dafür ist es notwendig, dass in den Verdampfern unterschiedliche Drücke eingestellt werden können.
Bei hoher Umgebungstemperatur oder aus anderem Grunde erhöhtem Kältebedarf des Gefrierfachs kann die nach einer Kühlbetriebsphase des Gefrierfachs in dessen Verdampfer gespeicherte Kältemittelmenge größer sein als unter normalen Betriebsbedingungen, so dass in einer darauffolgenden Kühlbetriebsphase des Normalkühlfachs die Menge des zirkulierenden Kältemittels vermindert ist. Die daraus resultierende unzweckmäßig niedrige Verdampfungstemperatur beeinträchtigt den Wirkungsgrad der Kältemaschine.
Bleiben jedoch die unterschiedlichen Drücke in den Verdampfern auch außerhalb der Kühlbetriebsphasen bestehen, so treiben sie Verlagerungen von Kältemittel zwischen den Verdampfern an, die mit unerwünschtem Wärmetransfer vom Verdampfer des Normalkühlfachs zum Verdampfer des Gefrierfachs einhergehen. Zwar können Ventile vorgesehen sein, um den Druckausgleich zwischen den Verdampfern außerhalb der Kühlbetriebsphasen zu verhindern, doch ist eine mangelnde Dichtigkeit eines solchen Ventils für einen Benutzer des Kältegeräts kaum zu bemerken und verringert ebenfalls den Wirkungsgrad.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Kältemaschine mit Verdampfern in zueinander parallelen Zweigen eines Kältemittelkreises anzugeben, die einen zuverlässig energieeffizienten Betrieb ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst, indem bei einer Kältemaschine mit einem Verdichter, einem ersten und einem zweiten Verdampfer, die zusammen mit jeweils einer vorgeschalteten Kapillare in zueinander parallelen Zweigen eines Kältemittelkreises angeordnet sind, wobei in einem stromabwärtigen Teil des Kältemittelkreises zwischen Ausgängen der Verdampfer und einem Eingang des Verdichters ein Ventil zum Sperren eines Kältemittelflusses vom ersten Verdampfer zum zweiten Verdampfer angeordnet ist, in einem stromaufwärtigen Teil des Kältemittelkreises, zwischen einem Ausgang des Verdichters und Eingängen der Verdampfer, ein Stoppventil angeordnet ist und eine Steuereinheit eingerichtet ist, am Ende einer Kühlbetriebsphase wenigstens eines der beiden Verdampfer den Verdichter bei geschlossenem Stoppventil zu betreiben.
Die Wirkung dieser Maßnahme ist unterschiedlich, je nachdem, welchen Verdampfer sie betrifft.
Wenn der betroffene Verdampfer der erste Verdampfer ist, kann durch Weiterbetrieb des Verdichters bei geschlossenem Stoppventil der Druck im ersten Verdampfer abgesenkt und in die Nähe des im – im Allgemeinen kälteren – zweiten Verdampfers herrschenden Drucks gebracht werden. Die dadurch verminderte Druckdifferenz zwischen beiden Seiten des Ventils zum Sperren des Kältemittelflusses verringert auch eventuelle Leckflüsse von Kältemitteldampf vom ersten zum zweiten Verdampfer und einen insbesondere durch Kondensation dieses Kältemitteldampfs im zweiten Verdampfer bewirkte Erwärmung desselben.
Wenn der der betroffene Verdampfer der zweite Verdampfer ist, dann kann durch Weiterbetrieb des Verdichters die Menge an Kältemittel, die nach der Kühlbetriebsphase des zweiten Verdampfers in diesem zurückbleibt, nach Bedarf verringert werden und so sichergestellt werden, dass eine für einen energieeffizienten Betrieb ausreichende Kältemittelmenge auch in einer nachfolgenden Kühlbetriebsphase des ersten Verdampfers zur Verfügung steht.
Die Zeit zwischen dem Schließen des Stoppventils und dem Ende der Kühlbetriebsphase kann in beiden Fällen 30–120 s dauern.
Um insbesondere wenn der der betroffene Verdampfer der zweite Verdampfer ist, eine Entscheidung über die Notwendigkeit eines Verdichternachlaufs bei geschlossenem Ventil zu ermöglichen, kann an einem Ausgang des zweiten Verdampfers ein Temperaturfühler angeordnet sein, und die Steuereinheit kann eingerichtet sein, die Zeitspanne zwischen dem Schließen des Stoppventils und dem Ende der Kühlbetriebsphase des zweiten Verdampfers anhand der von dem Temperaturfühler erfassten Temperatur zu regeln. Eine niedrige Temperatur weist auf eine große Menge an im Verdampfer gespeichertem Kältemittel hin; je niedriger also die erfasste Temperatur, um so länger kann zweckmäßigerweise die Zeit zwischen dem Schließen des Stoppventils und dem Ende der Kühlbetriebsphase gewählt werden. Auch ein Überlaufen im Falle einer Überfüllung des zweiten Verdampfers kann so vermieden werden.
Die Zeit zwischen dem Schließen des Stoppventils und dem Ende der Kühlbetriebsphase kann eine stetige Funktion der Temperatur sein oder zwischen einer kleinen Zahl diskreter Werte umschaltbar sein. Sie kann den Wert Null annehmen.
Da der Temperaturfühler am Ausgang des zweiten Verdampfers beschwerlich anzubringen ist, kann einer alternativen Ausgestaltung zufolge die Zeit zwischen dem Schließen des Stoppventils und dem Ende der Kühlbetriebsphase auch, z. B. unter Zugrundelegung eines für ein gegebenes Modell von Kältegerät empirisch optimierten Zusammenhangs, anhand der Umgebungstemperatur und/oder der seit Beginn der Kühlbetriebsphase verstrichenen Zeit geregelt werden, basierend auf der Annahme, dass diese beiden Faktoren einen Rückschluss auf die Menge des in dem zweiten Verdampfer angesammelten flüssigen Kältemittels erlauben.
Es kann auch nützlich sein, das Stoppventil vor Beginn einer Kühlbetriebsphase des ersten Verdampfers zu öffnen. Insbesondere wenn in einer vorhergehenden Kühlbetriebsphase des zweiten Verdampfers der erste Verdampfer leergesaugt worden ist, hätte ein Öffnen des Stoppventils gleichzeitig mit dem Beginn des Absaugens die Folge, dass die Verdampfung des frisch in den ersten Verdampfer bei einer unzweckmäßig tiefen Temperatur stattfindet und es lange dauert, bis sich ein zur
gewünschten Verdampfungstemperatur passender Druck im ersten Verdampfer einstellt. Durch vorheriges Öffnen des Stoppventils kann ein solcher Druck bereits vor Beginn des Absaugens eingestellt werden, und die Verdampfung läuft von Anfang an bei oder nahe der gewünschten Temperatur ab.
Die Zeitspanne zwischen dem Öffnen des Stoppventils und dem Beginn des Absaugens kann mehrere 10 s, typischerweise ca. 60 s, betragen.
Da der Verdichter beim Start in der Regel eine gewisse Zeit benötigt, um Anzulaufen und seine Soll-Verdichtungsleistung zu erreichen, der Kältemittelfluss beim Öffnen des Stoppventils jedoch sehr schnell in Gang kommt, kann, wenn im gleichen Moment der Verdichter gestartet und das Stoppventil geöffnet wird, der Zustrom von Kältemittel in den Verdampfer einen zeitweiligen Druckanstieg im Verdampfer verursachen. Wenn dieser stark genug ist, um eine sofortige Verdampfung von Kältemittel beim Eintritt in den Verdampfer zu verhindern, dann kommt es zu einem Eintrag von Wärme in den Verdampfer. Um dies zu vermeiden, ist es sinnvoll, dass bei Beginn einer Kühlbetriebsphase des zweiten Verdampfers die Steuereinheit das Stoppventil erst nach einem Start des Verdichters öffnet.
Um den Zeitversatz zwischen Start des Verdichters und Öffnen des Stoppventils zu steuern, kann die Steuereinheit eingerichtet sein, mit dem Öffnen des Stoppventils zu warten, bis eine Solldrehzahl des Verdichters erreicht ist. Insbesondere bei drehzahlgeregelten Verdichtern ist ein für die aktuelle Drehzahl repräsentatives Signal oft am Verdichter oder an einem Wechselrichter, der den Verdichter mit elektrischer Energie versorgt, abgreifbar. Einfacher ist es, eine feste Wartezeit zwischen dem Start des Verdichters und dem Öffnen des Stoppventils in der Steuereinheit vorzuprogrammieren.
Um Kältemittel, das am Ende einer Kühlbetriebsphase, bei bereits geschlossenem Stoppventil, aus den Verdampfern abgesaugt wird, im Hochdruckbereich des Kältemittelkreises zwischenspeichern zu können, kann ein Kältemittelsammler am Kältemittelkreis zwischen einem Ausgang des Verdichters und dem Stoppventil vorgesehen sein.
Der Kältemittelsammler kann durch eine in die Kältemittelleitung eingefügte Kammer gebildet sein; es können aber auch üblicherweise einem anderen Zweck dienende Komponenten des Kältemittelkreises zusätzlich als Sammler genutzt werden, indem beispielsweise für Kältemittelleitungen im stromaufwärtigen Teil des Kältemittelkreises Rohre mit großem Querschnitt verwendet werden oder indem ein Trockner mit größerem Volumen als für die Trockenfunktion erforderlich ausgebildet ist. Ein solcher Trockner wird, um flüssiges Kältemittel in großer Menge aufnehmen zu können, im Allgemeinen nur zum Teil mit Trockenmittel gefüllt sein.
Erfindungsgegenstand ist auch ein Kältegerät, insbesondere ein Haushaltskältegerät mit einer Kältemaschine wie oben beschrieben und mit zwei von den Verdampfern der Kältemaschine gekühlten Lagerfächern.
Eine Steuereinheit dieses Kältegeräts kann eingerichtet sein, bei Kühlbedarf in einem der Fächer beide Fächer sukzessive zu kühlen und auf diese Weise lange Verdichterbetriebsphasen zu erzielen.
Vorzugsweise wird in jeder dieser Verdichterbetriebsphasen zuerst das zweite Fach und dann das erste gekühlt. Da die Betriebstemperatur des zweiten Fachs im Allgemeinen niedriger als die des ersten ist, kann auf diese Weise die Temperaturdifferenz, gegen die die Kältemaschine anarbeitet, kleiner gehalten werden als bei der entgegengesetzten Reihenfolge, was wiederum zur Energieeffizienz des Betriebs beiträgt.
Wenn immer dann, wenn in einem der beiden Fächer Kühlbedarf besteht, auch das andere gekühlt wird, setzt die Kühlbetriebsphase dieses anderen Fachs im Allgemeinen bei einer niedrigeren Temperatur ein als derjenigen, bei der Kühlbedarf des anderen Fachs festgestellt würde. Damit dies nicht zu einer Absenkung der mittleren Fachtemperatur und damit wiederum zu erhöhtem Energiebedarf führt, ist die Steuereinheit zweckmäßigerweise eingerichtet, die Temperatur des anderen Fachs zu Beginn von dessen Kühlbetriebsphase zu erfassen und eine Temperatur des anderen Fachs, bei der sie diese Kühlbetriebsphase beendet, anhand der erfassten Temperatur und einer vorgegebenen Zieltemperatur des anderen Fachs, d.h. individuell für jede Kühlbetriebsphase des anderen Fachs, festzulegen.
Indem die Temperatur, bei der die Kühlbetriebsphase beendet wird, um so höher gewählt wird, je niedriger die zu Beginn der Kühlbetriebsphase des anderen Fachs erfasste Temperatur war, ist es möglich, die mittlere Temperatur des anderen Fachs unverändert zu halten.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung des Kältemittelkreislaufs eines erfindungsgemäßen Kältegeräts;
2 die zeitliche Entwicklung von elektrischer Leistungsaufnahme eines Verdichters und Verdampfungstemperatur eines Normalkühlfachverdampfers beim Betrieb des Kältegeräts aus 1; und
3 die Entwicklung der Temperatur eines Fachs des Kältegeräts im Laufe der Zeit.
Der in 1 gezeigte Kältemittelkreislauf umfasst in fachüblicher Weise einen Verdichter 1 mit einem Ausgang 2 für verdichtetes Kältemittel und einem Eingang 3 zum Ansaugen von Kältemittel. An einer von dem Ausgang 2 ausgehenden Kältemittelleitung 4 sind der Reihe nach ein Verflüssiger 5, ein Trockner 6, ein zwischen einem Durchlasszustand und einem Sperrzustand umschaltbares Stoppventil 7 und ein Wegeventil 8 angeordnet. Zwischen dem Verflüssiger 5 und dem Trockner 8 kann eine Rahmenheizung 23 in die Kältemittelleitung 4 eingefügt sein. An dem Wegeventil 8 teilt sich die Kältemittelleitung 4 auf zwei Zweige 9, 10 auf.
Das Wegeventil 8 kann abweichend von der Darstellung der 1 in das Stoppventil 7 integriert sein, indem letzteres drei statt zwei Anschlüssen und zwei Durchlasszustände aufweist, wobei in einem der Durchlasszustände das Wegeventil den Verflüssiger 5 mit dem Zweig 9 und im anderen mit dem Zweig 10 verbindet, und im Sperrzustand zu keinem der Zweige 9, 10 eine Verbindung besteht.
An den Zweigen 9, 10 sind jeweils eine Kapillare 11 bzw. 12 und ein Verdampfer 13 bzw. 14 in Reihe verbunden. Jeder der beiden Verdampfer 13, 14 kühlt ein Fach 15 bzw. 16 des Kältegeräts. Die mittlere Betriebstemperatur des Fachs 15 ist höher als die des Fachs 16, zum Beispiel kann es sich beim Fach 15 um ein Normalkühlfach und beim Fach 16 um ein Gefrierfach des Kältegeräts handeln.
Die beiden Zweige 9, 10 treffen an einem Zusammenfluss 17 wieder aufeinander. Im Zweig 10 ist zwischen einem Ausgang des Verdampfers 14 und dem Zusammenfluss 17 ein Rückschlagventil 18 angeordnet, das einen Fluss von Kältemittel vom Verdampfer 14 zum Verdichter 1 zulässt, in Gegenrichtung aber sperrt.
Eine elektronische Steuereinheit 19 ist mit Temperatursensoren 20, 21 an den Fächern 15, 16 verbunden, um anhand der dort gemessenen Temperaturen den Betrieb des Verdichters 1 sowie die Stellung von Stoppventil 7 und Wegeventil 8 zu steuern.
Die Kapillare 11 des Normalkühlfachs 15 weist bei gegebenem Druckabfall des Kältemittels zwei Massendurchsatzwerte, einen hohen Wert für flüssiges und einen niedrigen für gasförmiges Kältemittel auf. Der Massendurchsatz des Verdichters 1 ist entweder, wenn es sich um einen Verdichter mit fester Drehzahl handelt, bauartbedingt vorgegeben oder, im Falle eines drehzahlgeregelten Verdichters, durch die Steuereinheit 19 auf einen Wert eingestellt, der zwischen den Durchsatzwerten der Kapillare 11 liegt. Dadurch staut sich in einer Kühlbetriebsphase des Verdampfers 13 Kältemitteldampf vor der Kapillare 11 und kondensiert. Wenn ein Tropfen des Kondensats die Kapillare 11 erreicht und in diese eindringt, nimmt ihr Massendurchsatz zu, und das flüssige Kältemittel wird zum Verdampfer 13 durchgelassen, bevor eine größere Menge sich vor der Kapillare 11 hat sammeln können. So wechseln sich im Laufe einer Kühlbetriebsphase des Verdampfers 13 flüssiges und dampfförmiges Kältemittel der Kapillare 11 in schneller Folge ab.
Die Kapillare 12 hat bei gleichem Druckabfall einen deutlich kleineren Massendurchsatz als die Kapillare 11. Der Durchsatz der Kapillare 12 ist auch für flüssiges Kältemittel noch geringer als der Durchsatz des Verdichters 1, so dass die Rate, mit der Kältemittel im Verflüssiger 5 kondensiert, höher ist als die, mit der es über die Kapillare 12 abfließen kann. Um Platz für das flüssige Kältemittel zu bieten, das sich in einer Kühlbetriebsphase des Verdampfers 14 vor der Kapillare 12 aufstaut, ist hier der Trockner 6 als ein Kältemittelsammler 22 ausgebildet, d. h. das Gehäuse des Trockners 6 ist nur zu einem Teil mit Absorbermaterial ausgefüllt, der Rest ist leer, um Platz für das flüssige Kältemittel zu bieten.
Die Steuereinheit 19 kann nach unterschiedlichen Verfahren arbeiten. Einer ersten Ausgestaltung eines Arbeitsverfahrens zu Folge sind an der Steuereinheit unterschiedliche Zieltemperaturen T_target für beide Fächer 15, 16 eingestellt. Von diesen Zieltemperaturen leitet die Steuereinheit Einschalttemperaturen T_on durch Hinzuaddieren eines Differenzwerts ∆T und Ausschalttemperaturen T_off durch Subtrahieren des Differenzwerts ∆T ab: T_on = T_target + ∆T, T_off = T_target – ∆T. Kühlbedarf in einem der Fächer 15, 16 wird erkannt, wenn der dem Fach 15 bzw. 16 zugeordnete Temperatursensor 20 bzw. 21 eine Temperatur größer T_on anzeigt. Wenn dies der Fall ist, wird der Verdichter 1 eingeschaltet, und die Temperatur im betreffenden Fach 15 oder 16 nimmt allmählich ab. Wenn das betreffende Fach 15 oder 16 auf seine Ausschalttemperatur T_off abgekühlt ist, schließt das Stoppventil 7.
Wenn es sich bei dem betreffenden Fach um das Normalkühlfach 15 handelt, dann läuft anschließend der Verdichter 1 noch lang genug nach, um den Druck im Verdampfer 13 in die Nähe desjenigen Drucks abzusenken, der zur gleichen Zeit im durch das Wegeventil 8 und das Rückschlagventil 18 vom Kreislauf des Kältemittels abgekoppelten Verdampfer 14 herrscht. So kann selbst dann, wenn das Rückschlagventil 18 nicht perfekt schließt, allenfalls eine kleine Menge an Kältemitteldampf vom Verdampfer 13 zum Verdampfer 14 wechseln und dort durch Rekondensation Wärme freisetzen; zum einen, weil aufgrund des verringerten Druckabfalls am Rückschlagventil 18 die Menge des hindurchleckenden Dampfes gering ist, zum anderen, weil zum Zeitpunkt des Ausschaltens des Verdichters 1 die Menge an Kältemittel, die noch im Verdampfer 13 gespeichert ist, verringert ist und deshalb nicht mehr viel Kältemittel zur Verfügung steht, das in den Verdampfer 14 übergehen könnte.
Wenn das betreffende Fach das Gefrierfach 16 ist, dann kann durch Weiterbetrieb des Verdichters 1 nach Schließen des Stoppventils 7 die Menge an Kältemittel, die während der anschließenden Stillstandsphase des Verdichters durch das Rückschlagventil 18 lecken könnte, nicht wesentlich vermindert werden; es kann davon ausgegangen werden, dass nach einer Kühlbetriebsphase des Gefrierfachs 16 der Verdampfer 13 des Normalkühlfachs 15 leergesaugt ist. In diesem Fall sorgt der Weiterbetrieb des Verdichters 1 dafür, dass die Menge des flüssigen Kältemittels, das beim Schließen des Stoppventils 7 im Verdampfer 14 gespeichert ist, verringert und stattdessen Kältemittel im Hochdruckbereich der Kältemittelleitung 4, insbesondere im Kältemittelsammler 22, zwischengespeichert wird, so dass es sofort zur Verfügung steht, wenn das Stoppventil 7 aufgrund von Kühlbedarf in einem der Fächer 15, 16 wieder geöffnet wird.
Alternativ könnte auch zu dem Zeitpunkt, an dem die Steuereinheit Kühlbedarf des Normalkühlfachs 13 erfasst, zunächst der Verdichter 1 eingeschaltet werden, um zunächst den Kältemittelsammler 22 aufzufüllen, und erst dann das Stoppventil 7 geöffnet werden, so dass das Kältemittel schwallartig in den Verdampfer 13 einströmt und der Druck, der einer für das Normalkühlfach 14 geeigneten Verdampfungstemperatur knapp unter 0°C entspricht, in kurzer Zeit erreicht wird.
Einer zweiten, bevorzugten Ausgestaltung zu Folge schaltet die Steuereinheit 19 den Verdichter 1 ein, sobald in einem der Fächer 15, 16 die für dieses Fach geltende Einschalttemperatur T_on überschritten ist, steuert dann aber, unabhängig davon, in welchem der Fächer 15, 16 der Kühlbedarf aufgetreten ist, das Wegeventil 8 an, um die Kapillare 12 mit dem Verflüssiger 5 zu verbinden und so das Gefrierfach 16 zu kühlen. Zu dieser Zeit ist der Verflüssiger noch auf Umgebungstemperatur, und die zu überwindende Temperaturdifferenz zwischen dem Verdampfer 16 und dem Verflüssiger 5 ist relativ gering.
Wie im unteren Diagramm von 2 zu erkennen, nimmt nach Einschalten des Verdichters 1 zum Zeitpunkt t0 zunächst die Temperatur T im Verdampfer 13 ab, da durch den Betrieb des Verdichters 1 Kältemittel aus dem Verdampfer 13 abgesaugt und dadurch dessen Verdampfungstemperatur abgesenkt wird.
Im Falle des Zeitpunkts t0 war die Einschaltung des Verdichters 1 nicht durch Kältebedarf des Gefrierfachs 16 sondern des Normalkühlfachs 15 bedingt. Die Temperatur des Gefrierfachs befand sich deshalb zum Zeitpunkt t0 nicht bei dessen Einschalttemperatur T_on, sondern auf einem niedrigeren Wert T0, wie in 3 dargestellt. Diese Temperatur T0 wird von der Steuereinheit 19 aufgezeichnet, und die Kühlbetriebsphase des Gefrierfachs 16 wird nicht erst bei Erreichen von dessen Ausschalttemperatur T_off beendet, sondern, wie in 3 zu sehen, bereits zum Zeitpunkt t1 bei einer Temperatur T1, die um den Wert δT = T0 – T_target unter der Zieltemperatur T_target liegt. So schwankt, wenn aufgrund von Kältebedarf des Kühlfachs 15 vorab das Gefrierfach 16 gekühlt wird, dessen Temperatur jeweils nur in einem engen Intervall um T_target, so dass die mittlere Temperatur des Gefrierfachs 16 weiter mit der Zieltemperatur T_target übereinstimmt, was nicht der Fall wäre, wenn wie in 3 durch eine gestrichelte Kurve veranschaulicht, die Kühlbetriebsphase erst bei Erreichen von T_off beendet würde.
Wenn mit Erreichen von T1 die Kühlbetriebsphase des Gefrierfachs 16 endet, wird zunächst, wie oben beschrieben, nur das Stoppventil geschlossen; der Verdichter läuft einige 10 s lang weiter, um Kältemittel aus dem Verdampfer 14 abzusaugen und in einen stromaufwärtigen Teil der Kältemittelleitung, zwischen dem Ausgang 2 und dem Stoppventil 7 zu verlagern.
Aufgrund des niedrigen Massendurchsatzes der Kapillare 12 hat sich während des Kühlbetriebs des Gefrierfachs 16 zwischen t0 und t1 (einschließlich der Verdichter-Nachlaufphase nach dem Schließen des Stoppventils 7) flüssiges Kältemittel vor der Kapillare 12 aufgestaut. Wenn zum Zeitpunkt t1 das Wegeventil 8 umgeschaltet wird, um die Kapillare 11 mit dem Verflüssiger 5 zu verbinden, fließt das im Trockner 6 aufgestaute flüssige Kältemittel über die Kapillare 11 zügig ab, es kommt zu einem schnellen Druckanstieg im Verdampfer 13 und dementsprechend zu einem schnellen Anstieg von dessen Verdampfungstemperatur. Diese nimmt wieder ab, sobald der Vorrat von aufgestautem flüssigem Kältemittel von der Kapillare 11 verbraucht ist und, ab dem Zeitpunkt t2, flüssiges Kältemittel und Kältemitteldampf sich in der Kapillare 11 abwechseln. Der ab diesem Zeitpunkt t2 verringerte mittlere Massendurchsatz der Kapillare 11 führt zu einer geringen Druckabsenkung und einer entsprechenden Erniedrigung der Verdampfungstemperatur auf einen Wert wenige Grad unter 0°C.
Wenn zum Zeitpunkt t3 das Normalkühlfach 15 seine Ausschalttemperatur T_off erreicht, schließt die die Steuereinheit 19 zunächst das Stoppventil 7. Binnen einiger 10 s fällt dadurch der Druck im Verdampfer 13 auf einen Wert nahe dem im Verdampfer 14. Anschließend schaltet sie den Verdichter 1 aus. Daraufhin nähert sich die Temperatur des Verdampfers 13 allmählich der des von ihm gekühlten Fachs 15. Wenn allerdings der Verdampfer 13 vor dem Ausschalten im Wesentlichen leergesaugt worden ist, bleibt die Druckdifferenz am Rückschlagventil gering, und eventuelle Leckage von Kältemittel vom Verdampfer 13 zum kälteren Verdampfer 14 hat keinen nennenswerten Einfluss auf den Wärmehaushalt des Kältegeräts.
Zum Zeitpunkt t4 erfasst die Steuereinheit 19 Kühlbedarf im Gefrierfach 16. In diesem Fall wird der Verdampfer 1 betrieben, bis zum Zeitpunkt t5 die Ausschalttemperatur T_off des Gefrierfachs erreicht ist. Im in 2 gezeigten Fall wird nun das Stoppventil 7 geschlossen und bald darauf der Verdichter 1 ausgeschaltet, da der Temperatursensor 20 des Normalkühlfachs 15 noch keinen Kältebedarf erfasst hat. Denkbar wäre auch, hier in Analogie zum oben Beschriebenen eine Kühlbetriebsphase des Verdampfers 13 anzuschließen, wobei wiederum, wie in 3 gezeigt, die Temperatur des Verdampfers 13 zu Beginn seiner Kühlbetriebsphase erfasst wird, und die Kühlbetriebsphase beendet wird, sobald die vom Sensor 20 erfasste Temperatur genauso weit unter der Zieltemperatur T_target des Normalkühlfachs 15 liegt, wie sie zu Beginn der Kühlbetriebsphase darüber gelegen hat.
Zum Zeitpunkt T6 in 2 wird wieder Kühlbedarf im Normalkühlfach 15 erfasst, und der oben beschriebene Ablauf wiederholt sich.
Einer Weiterentwicklung des Betriebsverfahrens zu Folge kann, wenn zum Zeitpunkt t0 Kühlbedarf des Normalkühlfachs 15 oder zum Zeitpunkt t4 Kühlbedarf des Gefrierfachs 16 erfasst wird, zwar der Verdichter 1 sofort eingeschaltet werden, doch bleibt das Stoppventil 7 noch eine Zeitlang geschlossen, so dass, selbst wenn in der vorhergehenden Stillstandsphase des Verdichters 1 Kältemitteldampf über das Rückschlagventil 18 vom Verdampfer 13 in den Verdampfer 14 gelangt ist, der Druck in beiden Verdampfern 13, 14 wieder weit genug abgesenkt wird, um sicherzustellen, dass Kältemittel, das im Moment des Öffnens des Stoppventils 7 in den Verdampfer 14 des Gefrierfachs 16 eingelassen wird, von vorneherein bei einer Temperatur verdampft, die nicht höher ist als die aktuelle Temperatur des Verdampfers 14.
Bezugszeichenliste

1: Verdichter
2: Ausgang
3: Eingang
4: Kältemittelleitung
5: Verflüssiger
6: Trockner
7: Stoppventil
8: Wegeventil
9: Zweig
10: Zweig
11: Kapillare
12: Kapillare
13: Verdampfer
14: Verdampfer
15: Fach
16: Fach
17: Zusammenfluss
18: Rückschlagventil
19: Steuereinheit
20: Temperatursensor
21: Temperatursensor
22: Kältemittelsammler
23: Rahmenheizung

Claims

Kältemaschine mit einem Verdichter (1), einem ersten und einem zweiten Verdampfer (13, 14), die zusammen mit jeweils einer vorgeschalteten Kapillare (11, 12) in zueinander parallelen Zweigen (9, 10) eines Kältemittelkreises (4) angeordnet sind, wobei in einem stromabwärtigen Teil des Kältemittelkreises (4) zwischen Ausgängen der Verdampfer (13, 14) und einem Eingang (3) des Verdichters (1) ein Ventil (18) zum Sperren eines Kältemittelflusses vom ersten Verdampfer (13) zum zweiten Verdampfer (14) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem stromaufwärtigen Teil des Kältemittelkreises (4) zwischen einem Ausgang (2) des Verdichters (1) und Eingängen der Verdampfer (13, 14) ein Stoppventil (7) angeordnet ist und eine Steuereinheit (19) eingerichtet ist, am Ende einer Kühlbetriebsphase wenigstens eines der beiden Verdampfer (13, 14) den Verdichter (1) bei geschlossenem Stoppventil (7) zu betreiben.
Kältemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (19) eingerichtet ist, das Stoppventil (7) 30–120 s vor Ende der Kühlbetriebsphase zu schließen.
Kältemaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Verdampfer der erste Verdampfer (13) ist.
Kältemaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Verdampfer der zweite Verdampfer (14) ist.
Kältemaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Ausgang des zweiten Verdampfers (14) ein Temperaturfühler (21) angeordnet ist und die Steuereinheit (19) eingerichtet ist, die Zeitspanne zwischen dem Schließen des Stoppventils (7) und dem Ende der Kühlbetriebsphase des zweiten Verdampfers (14) anhand der von dem Temperaturfühler (21) erfassten Temperatur zu regeln.
Kältemaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (19) mit einem Umgebungstemperaturfühler verbunden und eingerichtet ist, die Zeitspanne zwischen dem Schließen des Stoppventils (7) und dem Ende der Kühlbetriebsphase des zweiten Verdampfers (14) anhand der Umgebungstemperatur und/oder der seit Beginn der Kühlbetriebsphase verstrichenen Zeit zu regeln.
Kältemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (19) eingerichtet ist, das Stoppventil (7) vor Beginn einer Kühlbetriebsphase des ersten Verdampfers (13) zu öffnen.
Kältemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (19) eingerichtet ist, bei Beginn einer Kühlbetriebsphase des zweiten Verdampfers (14) das Stoppventil (7) nach einem Start des Verdichters (1) zu öffnen.
Kältemaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (19) eingerichtet ist, das Stoppventil (7) frühestens dann zu öffnen, wenn seit dem Start des Verdichters (1) eine feste Wartezeit verstrichen ist oder der Verdichter (1) eine vorgegebene Drehzahl erreicht hat.
Kältemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kältemittelsammler (22) am Kältemittelkreis (4) zwischen einem Ausgang des Verdichters (1) und dem Stoppventil (7) vorgesehen ist.
Kältegerät, insbesondere Haushaltskältegerät, mit einer Kältemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit zwei von den Verdampfern (13, 14) gekühlten Lagerfächern (15, 16), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (19) eingerichtet ist, bei Kühlbedarf in einem der Lagerfächer (15) beide Lagerfächer (15, 16) sukzessive zu kühlen.
Kältegerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (19) eingerichtet ist, die Temperatur (T0) des jeweils anderen Fachs (16) zu Beginn (t0) von dessen Kühlbetriebsphase zu erfassen und eine Temperatur (T1) des anderen Fachs (16), bei der sie diese Kühlbetriebsphase beendet, anhand der erfassten Temperatur (T0) und einer Zieltemperatur (T_target) des anderen Fachs (16) festzulegen.
Kältegerät nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (19) eingerichtet ist, in einer Betriebsphase des Verdichters (1) erst das zweite Fach (16) und dann das erste Fach (15) zu kühlen.