DE102014217674A1

DE102014217674A1 - Kältemaschine und Betriebsverfahren dafür

Info

Publication number: DE102014217674A1
Application number: DE102014217674.3A
Authority: DE
Inventors: Andreas Babucke; Kudret Baysal; Carsten Weiss
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

Abstract

Eine Kältemaschine für ein Haushaltskältegerät umfasst einen Verdichter (6), einem Verflüssiger (7), einen ersten und einen zweiten Verdampfer (4, 5), die zusammen mit jeweils einer vorgeschalteten Drossel (10, 11) in zueinander parallelen Zweigen (13, 14) einer Kältemittelleitung (12) angeordnet sind, und eine stromaufwärtigen Ventilanordnung (8) zum wahlweisen Unterbrechen der Zweige (13, 14) jeweils stromaufwärts von ihrem Verdampfer (4, 5). Eine Steuereinheit (18) ist eingerichtet, eine Unterfüllung wenigstens eines ersten (4) der Verdampfer (4, 5) zu erkennen und im Falle einer Unterfüllung den Verdichter (6) zu betreiben, während die stromaufwärtige Ventilanordnung (8) den Zweig (14) des zweiten Verdampfers (5) unterbricht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kältemaschine, insbesondere zur Verwendung in einem Haushaltskältegerät, mit mehreren Verdampfern zum Kühlen der Lagerfächer eines solchen Kältegeräts, und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Kältemaschine.
Haushaltskältegeräte mit zwei auf verschiedenen Betriebstemperaturen gehaltenen Lagerfächern wie etwa einem Gefrierfach und einem Normalkühlfach und einer Kältemaschine, bei der ein erster Verdampfer zum Kühlen des ersten Lagerfachs und ein zweiter Verdampfer zum Kühlen des zweiten Lagerfachs in zueinander parallelen Zweigen einer Kältemittelleitung angeordnet sind, um wahlweise mit Kältemittel beaufschlagbar zu sein, sind an sich bekannt.
Beide Verdampfer müssen in ihren jeweiligen Kühlbetriebsphasen ausreichend mit flüssigem Kältemittel versorgt sein. Eine Unterfüllung führt zu niedrigem Druck und in der Folge zu einer unzweckmäßig tiefen Verdampfungstemperatur nahe am Eingang des Verdampfers. Da das flüssige Kältemittel bereits in einem eingangsnahen Bereich des Verdampfers komplett verdampft, trägt ein wärmerer, ausgangsnaher Bereich kaum mehr zur Kühlleistung bei, was die Effizienz der Kühlung beeinträchtigt. Ist der Verdampfer hingegen überfüllt, dann kann flüssiges Kältemittel aus dem Verdampfer austreten und verdampft in einer vom Verdampfer zum Verdichter führenden Leitungsabschnitt, wo es zur Kühlung des Lagerfachs nichts beiträgt. Auch dies beeinträchtigt den Wirkungsgrad der Kälteerzeugung.
Die herkömmlichen Haushaltskältegeräte mit in parallelen Zweigen angeordneten Verdampfern haben eine stromaufwärtige Ventilanordnung, um damit jeweils wahlweise einen der Verdampfer mit flüssigem Kältemittel zu versorgen und den anderen von der Kältemittelzufuhr abzuschneiden. Wenn der Verdichter aus beiden Verdampfern gleichzeitig ansaugt, dann leert sich der nicht versorgte Verdampfer im Laufe des Verdichterbetriebs, insbesondere beim Verdampfer des wärmeren Faches besteht die Möglichkeit, dass er leergesaugt wird und deswegen wenigstens zu Beginn einer anschließenden Kühlbetriebsphase ineffizient arbeitet. Gleichzeitig nimmt infolge der Entleerung des nicht versorgten Verdampfers die zirkulierende Kältemittelmenge zu, und folglich auch die Wahrscheinlichkeit einer Überfüllung des jeweils versorgten Verdampfers.
Um diese Überfüllungsneigung zu verringern, kann eine stromabwärtige Ventilanordnung stromabwärts von den Verdampfern vorgesehen sein. Indem die Ventilanordnungen denselben Zweig stromaufwärts und stromabwärts von dessen Verdampfer unterbrechen, kann verhindert werden, dass der nicht versorgte Verdampfer leergesaugt wird, und die im Laufe einer Kühlbetriebsphase des jeweils anderen Verdampfers zirkulierende Kältemittelmenge ändert sich nicht.
Ein Problem liegt allerdings darin, dass sich die zirkulierende Kältemittelmenge von einer Kühlbetriebsphase zur anderen sehr wohl systematisch ändern kann, so dass über viele Kühlbetriebsphase hinweg Kältemittel von einem in den anderen Verdampfer verlagert wird, was zu einer zunehmenden Unterfüllung des einen und einer Überfüllung des anderen Verdampfers führt und somit die Effizienz des Kältekreislaufs verringert.
Eine Ursache für eine solche langsame Umverteilung des Kältemittels ist das im Verdichter eingesetzte Öl. Abhängig von seiner Temperatur und dem Druck des Kältemittels, dem es ausgesetzt ist, kann das Verdichteröl eine gewisse Menge Kältemittel aufnehmen. Wenn das Verdichteröl in einer Kühlbetriebsphase des wärmeren Fachs einem relativ hohen Saugdruck ausgesetzt ist, nimmt es Kältemittel auf, das später, wenn in einer Kühlbetriebsphase des kälteren Fachs der Saugdruck niedriger ist, wieder freigesetzt und nach Ende dieser Kühlbetriebsphase teilweise im Verdampfer des kälteren Fachs eingeschlossen bleibt. Auf lange Sicht wird dadurch Kältemittel vom Verdampfer des wärmeren Fachs zu dem des kälteren überführt, so dass auf Dauer in der Kühlbetriebsphase des wärmeren Fachs Gefahr einer Unterfüllung, in der des kälteren Fachs hingegen Gefahr einer Überfüllung besteht.
Eine weitere Ursache hängt mit der Kältemittelverteilung zwischen Verdampfer und Verflüssiger zusammen. Diese wird wesentlich vom Drosseldurchfluss bestimmt: ein enger Kapillardurchmesser führt zu mehr Kältemittel im Verflüssiger und einer reduzierten Kältemittelmenge im Verdampfer, so dass die Menge an Kältemittel, die nach einer Kühlbetriebsphase im Verflüssiger zurückbleibt und damit für eine nachfolgende Kühlbetriebsphase des anderen Verdampfers zur Verfügung steht, je nach Verdampfer unterschiedlich sein kann. Wenn erst einmal zuviel Kältemittel in einem abgekoppelten Verdampfer gebunden und die zirkulierende Restmenge zu gering ist, kommt es im Betrieb des anderen Fachs zu einer Verlagerung von Kältemittel aus dem Verdampfer dieses Fachs in den Verflüssiger, so dass, wenn dieser letztere Verdampfer am Ende von seiner Kühlbetriebsphase abgekoppelt wird, die darin enthaltene Kältemittelmenge nochmals verringert ist. Dadurch wird Kältemittel sukzessive von einem in den anderen Verdampfer verlagert.
Aufgabe der Erfindung ist, eine Kältemaschine und ein Betriebsverfahren mit hohem Wirkungsgrad zu schaffen.
Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung gelöst, indem bei einer Kältemaschine mit einem Verdichter, einem Verflüssiger, einem ersten und einem zweiten Verdampfer, die zusammen mit jeweils einer vorgeschalteten Drossel in zueinander parallelen Zweigen einer Kältemittelleitung angeordnet sind, und einer stromaufwärtigen Ventilanordnung zum wahlweisen Unterbrechen der Zweige jeweils stromaufwärts von ihrem Verdampfer eine Steuereinheit eingerichtet ist, eine Unterfüllung wenigstens eines ersten der Verdampfer zu erkennen und im Falle einer Unterfüllung den Verdichter zu betreiben, während die stromaufwärtige Ventilanordnung den Zweig des zweiten Verdampfers unterbricht.
Indem auf diese Weise Kältemittel aus dem zweiten Verdampfer abgesaugt wird, während die stromaufwärtige Ventilanordnung keinen Zufluss von Kältemittel zum zweiten Verdampfer erlaubt, kann die Menge des zirkulierenden Kältemittels bei Bedarf erhöht und einer Unterfüllung des ersten Verdampfers entgegengewirkt werden.
Vorzugsweise ist ferner eine stromabwärtige Ventilanordnung zum wahlweisen Unterbrechen der Zweige stromabwärts von ihrem Verdampfer vorgesehen. Die Steuereinheit kann dann eingerichtet sein, bei Unterfüllung des ersten Verdampfers die stromabwärtige Ventilanordnung zu veranlassen, den Zweig des ersten Verdampfers zu unterbrechen. Der Verdichter kann somit nur vom zweiten Verdampfer absaugen, so dass die Umverteilung des Kältemittels in kurzer Zeit vonstatten gehen kann.
Um eine Unterfüllung zu erkennen, können zwei Temperatursensoren vorgesehen sein, wobei der erste Temperatursensor in engerem thermischem Kontakt mit dem Eingang eines ersten der Verdampfer als mit dessen Ausgang steht und der zweite Temperatursensor in engerem thermischem Kontakt mit dem Ausgang dieses ersten Verdampfers als mit dessen Eingang steht, so dass eine Differenz zwischen den Messwerten der zwei Temperatursensoren einen Rückschluss auf eine Temperaturdifferenz zwischen Eingang und Ausgang des Verdampfers erlaubt, und die Steuereinheit eingerichtet ist, eine Unterfüllung des ersten Verdampfers zu erkennen, wenn die Differenz zwischen den von den zwei Temperatursensoren erfassten Temperaturen einen Maximalwert überschreitet.
Den direktesten Rückschluss auf die Temperaturdifferenz zwischen Eingang und Ausgang des Verdampfers erlauben die Temperaturfühler, wenn sie direkt am ersten Verdampfer montiert sind.
Es kann auch zweckmäßig sein, dass der zweite Temperatursensor an der Kältemittelleitung stromabwärts von der stromabwärtigen Ventilanordnung angeordnet ist. Ein solcher zweiter Temperatursensor ermöglicht einen Rückschluss auf die Temperaturen an den Ausgängen des ersten und des zweiten Verdampfers.
Wenn die Differenz zwischen den von den zwei Temperatursensoren erfassten Temperaturen einen Minimalwert unterschreitet, dann kann dies auf eine Überfüllung des ersten Verdampfers hinweisen. Wenn die Steuereinheit eine solche Überfüllung erkennt, kann sie ihr entgegenwirken, indem sie den Verdichter betreibt und gleichzeitig wenigstens die stromaufwärtige Ventilanordnung veranlasst, den Zweig des ersten Verdampfers zu unterbrechen. Um die Verlagerung des Kältemittels zu beschleunigen, kann sie zusätzlich auch die stromabwärtige Ventilanordnung veranlassen, den Zweig des zweiten Verdampfers zu unterbrechen, so dass nur noch aus dem ersten Verdampfer abgesaugt und in den zweiten Verdampfer hineingepumpt werden kann.
Ein alternativer Ansatz beruht darin, eine Unterfüllung des ersten Verdampfers anhand der Dauer einer Kühlbetriebsphase des ersten Verdampfers zu erkennen.
Bei ansonsten unveränderten Umgebungsbedingungen sollten auch die Kühlbetriebsphasen eines Verdampfers gleich lang sein. Sind sie es nicht, dann ist dies ein Indiz dafür, dass über mehrere Kühlbetriebsphasen hinweg eine Verlagerung von Kältemittel stattfindet. Die Steuereinheit kann daher insbesondere mit einem Außentemperatursensor verbunden und eingerichtet sein, eine erwartete Dauer einer aktuellen Kühlbetriebsphase anhand der Außentemperatur abzuschätzen und eine Unterfüllung des ersten Verdampfers zu erkennen, wenn die Dauer der aktuellen Kühlbetriebsphase die erwartete Dauer übersteigt. Als ein weiteres Kriterium kann die Dauer einer vorhergegangenen Kühlbetriebsphase herangezogen werden.
Das Ausmaß einer möglichen Verlagerung des Kältemittels hängt von äußeren Umständen wie etwa der Umgebungstemperatur, Wärmeeintrag durch Türöffnen oder dergleichen ab. Die Kältemaschine kann gezielt so konstruiert sein, dass die Verlagerung unabhängig von den äußeren Umständen nur in einer Richtung stattfindet. Wenn das Kältemittel immer nur vom ersten zum zweiten Verdampfer verlagert wird, dann genügt es, den ersten Verdampfer auf Unterfüllung (oder den zweiten Verdampfer auf Überfüllung) zu überwachen; allerdings wird es dann auch relativ oft zu einer korrekturbedürftigen Unter- oder Überfüllung kommen. Ist die Kältemaschine hingegen konstruiert, um die Verlagerung möglichst gering zu halten, dann kann je nach äußeren Umständen auch die Richtung der Verlagerung variieren. In diesem Fall ist es nötig, beide Verdampfer auf Unter- oder Überfüllung zu überwachen, um ggf. in geeigneter Weise entgegenwirken zu können. Insbesondere können hierfür an beiden Verdampfern je zwei Temperatursensoren vorgesehen sein, oder der oben erwähnte zweite Temperatursensor an der Kältemittelleitung stromabwärts von der stromabwärtigen Ventilanordnung ermöglicht eine Überwachung der Temperaturen am Ausgang beider Verdampfer.
Die Aufgabe wird gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung gelöst, indem bei einer Kältemaschine mit einem Verdichter, einem Verflüssiger, einem ersten und einem zweiten Verdampfer, die zusammen mit jeweils einer vorgeschalteten Drossel in zueinander parallelen Zweigen einer Kältemittelleitung angeordnet sind, und einer stromaufwärtigen Ventilanordnung zum wahlweisen Unterbrechen der Zweige jeweils stromaufwärts von ihrem Verdampfer eine Steuereinheit eingerichtet ist, eine Überfüllung wenigstens eines ersten der Verdampfer zu erkennen und im Falle einer Unterfüllung den Verdichter zu betreiben, während die stromaufwärtige Ventilanordnung den Zweig des ersten Verdampfers unterbricht.
Auch hier kann und eine stromabwärtige Ventilanordnung zum wahlweisen Unterbrechen der Zweige stromabwärts von ihrem Verdampfer vorgesehen sein, die eine Verschiebung des Kältemittels unterstützt, wenn sie im Falle einer Unterfüllung des ersten Verdampfers den Zweig des zweiten Verdampfers unterbricht.
Die Lösungen gemäß erstem und zweitem Aspekt können in einer gleichen Kältemaschine verwirklicht sein.
Einem dritten Aspekt zufolge wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Kältemaschine, die einen Verdichter, einen Verflüssiger, einen ersten und einen zweiten Verdampfer, die zusammen mit jeweils einer vorgeschalteten Drossel in zueinander parallelen Zweigen einer Kältemittelleitung angeordnet sind, umfasst, mit den Schritten

a) Erkennen einer Unterfüllung des ersten Verdampfers und, im Falle einer Unterfüllung;
b) Unterbrechen des Zweigs des zweiten Verdampfers stromaufwärts vom zweiten Verdampfer und Betreiben des Verdichters.

Unterstützend kann in Schritt b) auch der Zweig des ersten Verdampfers stromabwärts von letzterem unterbrochen werden.
Um eine Unterfüllung des ersten Verdampfers erkennen zu können, muss dieser in der Regel sich in einer Kühlbetriebsphase befinden. Der Schritt b) kann daher vorteilhafterweise am Ende dieser Kühlbetriebsphase oder zu Beginn einer darauffolgenden Kühlbetriebsphase stattfinden.
Einem vierten Aspekt zufolge wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Kältemaschine, die einen Verdichter, einen Verflüssiger, einen ersten und einen zweiten Verdampfer, die zusammen mit jeweils einer vorgeschalteten Drossel in zueinander parallelen Zweigen einer Kältemittelleitung angeordnet sind, umfasst, mit den Schritten

a) Erkennen einer Überfüllung des ersten Verdampfers und, im Falle einer Überfüllung;
b) Unterbrechen des Zweigs des ersten Verdampfers stromaufwärts vom ersten Verdampfer und Betreiben des Verdichters.

Unterstützend kann wiederum in Schritt b) auch der Zweig des zweiten Verdampfers stromabwärts von letzterem unterbrochen werden.
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 eine Abwandlung des Kältegeräts;
3 ein Flussdiagramm eines ersten Betriebsverfahrens des Kältegeräts; und
4 ein Flussdiagramm eines zweiten Betriebsverfahrens.
Das in 1 gezeigte Haushaltskältegerät ist ein Kombinationskältegerät mit zwei unterschiedlich temperierten Lagerfächern, hier einem Gefrierfach 1 und einem Normalkühlfach 2, die in einem wärmegedämmten Gehäuse 3 untergebracht sind. Jedem Lagerfach 1, 2 ist ein Verdampfer 4 bzw. 5 zugeordnet. Die Verdampfer können, wie angedeutet, Coldwall-Verdampfer sein, andere Verdampfertypen kommen ebenfalls in Betracht.
Die Verdampfer 4, 5 sind Teil einer Kältemaschine, die ferner einen Verdichter 6, einen Verflüssiger 7, Ventilanordnungen 8, 9 und Drosseln, hier in Form von Kapillaren 10, 11 umfasst. Eine Kältemittelleitung 12 verläuft von einem Ausgang des Verdichters 6 zur Ventilanordnung 8 und teilt sich dort in einen Gefrierfachzweig 13, an dem die Kapillare 10 und der Verdampfer 4 angeordnet sind, und einen Normalkühlfachzweig 14, an dem die Kapillare 11 und der Verdampfer 5 angeordnet sind. An der Ventilanordnung 9 treffen die Zweige 13, 14 wieder aufeinander. Was in der schematischen Darstellung der 1 nicht erkennbar ist, ist die Tatsache, dass die Kapillaren 10, 11 auf wenigstens einem Teil ihrer Länge innerhalb eines sich von den Ausgängen der Verdampfer 4, 5 zum Eingang des Verdichters 1 erstreckenden Niederdruckteils der Kältemittelleitung 12 oder in Kontakt zu diesem erstrecken.
Die stromaufwärtige Ventilanordnung 8 hat eine Stellung, in der die Kapillare 10 mit Kältemittel versorgt wird und die Kapillare 11 von der Kältemittelzufuhr abgeschnitten ist, eine Stellung, in der der Kapillare 11 mit Kältemittel versorgt wird und die Kapillare 10 von der Kältemittelzufuhr abgeschnitten ist, und eventuell eine Sperrstellung, in der beide Zweige 13, 14 unterbrochen sind. Entsprechend weist auch die stromabwärtige Ventilanordnung 9 eine Stellung, in der sie den Verdampfer 5 mit dem Eingang des Verdichters 6 verbindet und den Verdampfer 4 davon trennt, und eventuell eine Stellung auf, in der beide Verdampfer 4, 5 von dem Eingang getrennt sind, und/oder eine Stellung auf, in der beide Verdampfer 4, 5 mit dem Eingang verbunden sind.
Die Ventilanordnungen 8, 9 können jeweils als ein einzelnes Wegeventil ausgeführt sein, oder sie können jeweils ein T-Stück und zwei Stoppventile, eines in jedem Zweig 13 bzw. 14, umfassen.
An den Verdampfern 4, 5 sind je zwei Temperatursensoren 15 bzw. 16 angebracht. Der Temperatursensor 15 befindet sich jeweils in einem eingangsnahen Bereich des Verdampfers 4 bzw. 5, z.B. in unmittelbarer Nachbarschaft zu einer Einspritzstelle, an der die Kapillare 10 bzw. 11 in den Verdampfer mündet, so dass die von dem Sensor 15 erfasste Temperatur im wesentlichen der Verdampfungstemperatur des Kältemittels im Verdampfer 4 bzw. 5 entspricht. Der Sensor 16 ist jeweils in einem ausgangsnahen Bereich des Verdampfers 4 bzw. 5 angeordnet, so dass sein Messwert im Wesentlichen der Temperatur des Kältemittels am Ausgang des Verdampfers 4 bzw. 5 entspricht. Idealerweise sollte in einer Kühlbetriebsphase des Verdampfers 4 oder 5 das darin eingespritzte Kältemittel kurz vor Erreichen des Ausgang des Verdampfers vollständig verdampft und die Temperatur am Ausgang deshalb geringfügig höher als die am Eingang des Verdampfers sein. Ist sie genauso hoch wie am Eingang, dann gelangt offenbar flüssiges Kältemittel bis zum Ausgang des Verdampfers, was auf eine Überfüllung des Verdampfers schließen lässt. Ist sie deutlich höher, dann ist das Kältemittel offenbar schon deutlich vor dem Ausgang des Verdampfers komplett verdampft, d.h. der Verdampfer ist unterfüllt.
Die Abwandlung der 2 unterscheidet sich von dem Kältegerät der 1 dadurch, dass die zwei Temperatursensoren 16 hier durch einen einzigen Temperatursensor 17 ersetzt sind, der knapp stromabwärts von der Ventilanordnung 9 an der Kältemittelleitung 12 angeordnet ist. Vorzugsweise sind die Ventilanordnung 9 und der Temperatursensor 17 in eine Wärmedämmschicht des Gehäuses 3 eingebettet, um eine Erwärmung des Kältemittels auf seinem Weg vom Ausgang des Verdampfers 4 oder 5 zum Temperatursensor 17 möglicht gering zu halten.
Eine Steuereinheit 18 ist in an sich bekannter Weise mit nicht dargestellten Temperatursensoren in den Fächern 1, 2 verbunden, um wie in 3 gezeigt deren Temperaturen T mit einer Einschaltgrenze T_on zu vergleichen (S1) und den Verdichter 6 einzuschalten (S2), wenn in einem der Fächer 1, 2 T > T_on gilt. Im Folgenden soll der Einfachheit halber angenommen werden, dass T_on im Gefrierfach 1 überschritten wurde. Dann steuert die Steuereinheit 18 gleichzeitig mit dem Einschalten des Verdichters 6 die Ventilanordnungen 8, 9 an, um den Zweig 13 durchlässig zu machen. Der Zweig 14 ist an beiden Ventilanordnungen 8, 9 unterbrochen, so dass im Verdampfer 5 enthaltenes Kältemittel in diesem eingeschlossen ist und nicht vom Verdichter 6 umgewälzt wird.
Nach einigen Minuten des Verdichterbetriebs kann angenommen werden, dass der Füllstand des Verdampfers 4 einen in etwa stationären Wert erreicht hat und die Temperaturverteilung im Verdampfer 4 sich wenn überhaupt, nur noch langsam ändert. Daher wartet die Steuereinheit 18 zunächst eine entsprechende Zeitspanne ab (S3), um dann die Temperatursensoren 15, 16 (oder 15, 17) abzufragen (S4). Wenn T_aus – T_ein einen vorgegebenen, vom genauen Einbauort der Temperatursensoren 15, 16 (oder 15, 17) und der Qualität ihres thermischen Kontakts zu Ein- und Ausgang des Verdampfers 4 abhängigen Maximalwert T_max übersteigt (S5), dann lässt dies auf eine unzureichende Füllung des Verdampfers 4 schließen. In diesem Fall wird in Schritt S6 (eventuell erst am Ende der Kühlbetriebsphase des Verdampfers 4) die Ventilanordnung 9 angesteuert, um den Verdampfer 5 mit dem Eingang des Verdichters 6 zu verbinden (und vorzugsweise gleichzeitig den Verdampfer 4 von diesem Eingang zu trennen). Es wird nun Kältemittel aus dem Verdampfer 5 abgesaugt und in den Verflüssiger 7 gedrückt.
Falls eine solche Kältemittelverlagerung im Laufe einer Kühlbetriebsphase des Verdampfers 4 stattfindet, kann die Ventilanordnung 8 zwischen Verflüssiger 7 und Kapillare 10 offenbleiben, so dass das Kältemittel zum Verdampfer 4 weiterfließen kann. Bevorzugt ist allerdings, während der Kältemittelverlagerung den Zweig 13 vor und hinter dem Verdampfer 4 zu unterbrechen, um einerseits effizienter aus dem Verdampfer 5 absaugen zu können und andererseits einen Druckausgleich zwischen Verflüssiger 7 und Verdampfer 4 zu verhindern, der sich einstellen würde, wenn der Zweig 13 zwar zum Verflüssiger 7 hin offen, zum Verdichter 6 hin jedoch unterbrochen ist.
Nach dem Verlagern S6 des Kältemittels oder wenn sich eine Verlagerung in Schritt S5 als nicht notwendig herausgestellt hat, betreibt gemäß 3 die Steuereinheit 18 in Schritt S7 den Verdichter 6 noch so lange weiter, bis eine Ausschalttemperatur T_off des Fachs 1 erreicht ist. Alternativ könnte die Temperaturdifferenz T_aus – T_ein noch mit einem Mindestwert T_min verglichen werden, dessen Unterschreitung auf eine Überfüllung des Verdampfers 4 schließen lässt. Wenn eine solche Unterschreitung vorliegt, dann wird eine zum Schritt S6 entgegengesetzte Kältemittelverlagerung, vom Verdampfer 4 zum Verdampfer 5, durchgeführt, indem die Ventilanordnung 8 die Zufuhr von Kältemittel zum Verdampfer 4 sperrt, während über die Ventilanordnung 9 weiter daraus abgesaugt wird. Die Ventilanordnung 8 kann in dieser Zeit zum Verdampfer 5 hin offen sein, oder das Kältemittel kann zunächst im Verflüssiger 7 gestaut und zeitversetzt, eventuell erst in einer nachfolgenden Kühlbetriebsphase des Verdampfers 5, in diesen eingelassen werden.
Da die Temperaturdifferenz T_aus – T_ein eines überfüllten Verdampfers von der eines korrekt gefüllten weniger deutlich unterscheidet als die eines unterfüllten Verdampfers, ist die Erkennung einer Überfüllung mit einer größeren Unsicherheit behaftet. Vorzugsweise wird daher nicht auf Überfüllung des Verdampfers 4 überwacht, sondern auf Unterfüllung des Verdampfers 5. Hierfür kann das Verfahren der 3 angewandt werden.
Ein alternatives Arbeitsverfahren ist in 4 dargestellt. Wie in 3 wird bei Überschreiten (S1) der Einschalttemperatur T_on in einem Fach, z.B. dem Gefrierfach 1, der Verdichter eingeschaltet (S2) und die Ventilanordnungen werden geschaltet, um Kältemittelfluss durch den Verdampfer 4 zuzulassen und den Verdampfer 5 ein- und ausgangsseitig von der Kältemittelzirkulation abzuschneiden. Eine Stoppuhr wird in Gang gesetzt (S3’), und die Umgebungstemperatur T_amb mittels eines geeignet am Gehäuse 3 platzierten Sensors gemessen. Eine maximale Dauer t_max der Kühlbetriebsphase des Verdampfers 4 wird anhand der Umgebungstemperatur aus einer Tabelle abgefragt (S4’). Die Tabelle kann vom Hersteller des Kältegeräts fest vorgegeben sein; sie kann aber auch von der Steuereinheit 18 selbst mit gemessenen Dauern von früheren Kühlbetriebsphasen bei entsprechenden Umgebungstemperaturen, ggf. vermehrt um einen Sicherheitszuschlag, gefüllt sein. Wenn die Stoppuhr diese maximale Dauer erreicht (S5’), bevor das Fach 1 seine Ausschalttemperatur T_off erreicht hat, dann kann daraus auf eine Unterfüllung des Verdampfers 4 geschlossen werden, und die oben als Schritt S6 beschriebene Kältemittelverlagerung wird eingeleitet.
Bei der Entscheidung, ob eine Unterfüllung vorliegt, kann ferner berücksichtigt werden, ob im Laufe einer Kühlbetriebsphase die Tür des jeweils in dieser Phase gekühlten Fachs geöffnet worden ist. Die bei einer solchen Türöffnung in das Fach eingebrachte Wärmemenge ist kaum vernünftig abzuschätzen, nicht zuletzt weil neues Kühlgut un unbekannter Menge und von unbekannter Temperatur eingelegt worden sein kann. Daher sollte eine Überschreitung der maximalen Dauer wenigstens dann keine Kältemittelverlagerung auslösen, wenn im Laufe der betreffenden Kühlbetriebsphase eine Türöffnung stattgefunden hat, und eine solche Kühlbetriebsphase sollte auch nicht zur Berechnung der maximale Dauer t_max herangezogen werden.
Bezugszeichenliste

1: Gefrierfach
2: Normalkühlfach
3: Gehäuse
4: Verdampfer
5: Verdampfer
6: Verdichter
7: Verflüssiger
8: Ventilanordnung
9: Ventilanordnung
10: Kapillare
11: Kapillare
12: Kältemittelleitung
13: Gefrierfachzweig
14: Normalkühlfachzweig
15: Temperatursensor
16: Temperatursensor
17: Temperatursensor
18: Steuereinheit

Claims

Kältemaschine mit einem Verdichter (6), einem Verflüssiger (7), einem ersten und einem zweiten Verdampfer (4, 5), die zusammen mit jeweils einer vorgeschalteten Drossel (10, 11) in zueinander parallelen Zweigen (13, 14) einer Kältemittelleitung (12) angeordnet sind, und einer stromaufwärtigen Ventilanordnung (8) zum wahlweisen Unterbrechen der Zweige (13, 14) jeweils stromaufwärts von ihrem Verdampfer (4, 5), dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (18) eingerichtet ist, eine Unterfüllung wenigstens eines ersten (4) der Verdampfer (4, 5) zu erkennen und im Falle einer Unterfüllung den Verdichter (6) zu betreiben, während die stromaufwärtige Ventilanordnung (8) den Zweig (14) des zweiten Verdampfers (5) unterbricht.
Kältemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine stromabwärtige Ventilanordnung (9) zum wahlweisen Unterbrechen der Zweige (13, 14) stromabwärts von ihrem Verdampfer (4, 5) aufweist und die Steuereinheit (18) ferner eingerichtet ist, bei Unterfüllung des ersten Verdampfers (4) die stromabwärtige Ventilanordnung (9) zu veranlassen, den Zweig (13) des ersten Verdampfers (4) zu unterbrechen.
Kältemaschine nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch zwei Temperatursensoren (15, 16; 15, 17), wobei der erste Temperatursensor (15) in engerem thermischem Kontakt mit dem Eingang eines ersten der Verdampfer (4) als mit dessen Ausgang steht und der zweite Temperatursensor (16, 17) in engerem thermischem Kontakt mit dem Ausgang dieses ersten Verdampfers (4) als mit dessen Eingang steht und die Steuereinheit (18) eingerichtet ist, eine Unterfüllung des ersten Verdampfers (4) zu erkennen, wenn die Differenz (T_aus – T_ein) zwischen den von den zwei Temperatursensoren (15, 16; 15, 17) erfassten Temperaturen einen Maximalwert (T_max) überschreitet.
Kältemaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Temperatursensor (15, 16) am ersten Verdampfer (4) montiert sind.
Kältemaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Temperatursensor (17) an der Kältemittelleitung (12) stromabwärts von der stromabwärtigen Ventilanordnung (9) angeordnet ist.
Kältemaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (18) eingerichtet ist, eine Überfüllung des ersten Verdampfers (4) zu erkennen, wenn die Differenz (T_aus – T_ein) zwischen den von den zwei Temperatursensoren (15, 16; 15, 17) erfassten Temperaturen einen Minimalwert (T_min) unterschreitet, und bei Erkennung einer Überfüllung den Verdichter (6) zu betreiben, während die stromaufwärtige Ventilanordnung (8) den Zweig (13) des ersten Verdampfers (4) unterbricht.
Kältemaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (18) eingerichtet ist, eine Unterfüllung des ersten Verdampfers (4) anhand der Dauer einer Kühlbetriebsphase des ersten Verdampfers (4) zu erkennen.
Kältemaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (18) mit einem Außentemperatursensor verbunden und eingerichtet ist, eine erwartete Dauer (t_max) einer aktuellen Kühlbetriebsphase anhand der der Außentemperatur (T_amb) abzuschätzen und eine Unterfüllung des ersten Verdampfers (4) zu erkennen, wenn die Dauer (t) der aktuellen Kühlbetriebsphase die erwartete Dauer (t_max) übersteigt.
Kältemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (18) ferner eingerichtet ist, eine Unterfüllung auch des zweiten Verdampfers (5) zu erkennen und im Falle einer solchen Unterfüllung den Verdichter (6) zu betreiben, während die stromaufwärtige Ventilanordnung (8) den Zweig (13) des ersten Verdampfers (4) unterbricht.
Kältemaschine mit einem Verdichter (1), einem Verflüssiger, einem ersten und einem zweiten Verdampfer (4, 5), die zusammen mit jeweils einer vorgeschalteten Drossel (10, 11) in zueinander parallelen Zweigen (13, 14) einer Kältemittelleitung (12) angeordnet sind, und einer stromaufwärtigen Ventilanordnung (8) zum wahlweisen Unterbrechen der Zweige (13, 14) jeweils stromaufwärts von einem Eingang ihres Verdampfers (4, 5), dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (18) eingerichtet ist, eine Überfüllung wenigstens eines ersten der Verdampfer (4) zu erkennen und im Falle einer Überfüllung den Verdichter (6) zu betreiben, während die stromaufwärtige Ventilanordnung (8) den Zweig (13) des ersten Verdampfers (4) unterbricht.
Kältegerät, insbesondere Haushaltskältegerät, mit einer Kältemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, einem vom ersten Verdampfer (4) der Kältemaschine gekühlten ersten Lagerfach (1) und einem vom zweiten Verdampfer (5) gekühlten zweiten Lagerfach (2).
Verfahren zum Betreiben einer Kältemaschine, die einen Verdichter (6), einen Verflüssiger (7), einen ersten und einen zweiten Verdampfer (4, 5), die zusammen mit jeweils einer vorgeschalteten Drossel (10, 11) in zueinander parallelen Zweigen (13, 14) einer Kältemittelleitung (12) angeordnet sind, umfasst, mit den Schritten a) Erkennen einer Unterfüllung des ersten Verdampfers und, im Falle einer Unterfüllung; b) Unterbrechen des Zweigs (14) des zweiten Verdampfers (5) stromaufwärts vom zweiten Verdampfer (5) und Betreiben des Verdichters. (6).
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem in Schritt b) der Zweig (13) des ersten Verdampfers (4) stromabwärts vom ersten Verdampfer (4) unterbrochen wird.
Verfahren zum Betreiben einer Kältemaschine, die einen Verdichter (6), einen Verflüssiger (7), einen ersten und einen zweiten Verdampfer (4, 5), die zusammen mit jeweils einer vorgeschalteten Drossel (10, 11) in zueinander parallelen Zweigen (13, 14) einer Kältemittelleitung (12) angeordnet sind, umfasst, mit den Schritten a) Erkennen einer Überfüllung des ersten Verdampfers (4) und, im Falle einer Überfüllung; b) Unterbrechen des Zweigs (13) des ersten Verdampfers (4) stromaufwärts vom ersten Verdampfer (4) und Betreiben des Verdichters (6).
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem in Schritt b) der Zweig (14) des zweiten Verdampfers (5) stromabwärts vom zweiten Verdampfer (5) unterbrochen wird.