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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit wenigstens einem gekühlten Innenraum und mit wenigstens einem Kältemittelkreislauf zur Kühlung des Innenraums, wobei in dem Kältemittelkreislauf wenigstens ein Absperrelement, wenigstens ein Kompressor zur Verdichtung des Kältemittels sowie wenigstens ein Expansionsorgan zur Entspannung des Kältemittels angeordnet sind, wobei sich in Strömungsrichtung des Kältemittels stromabwärts des Kompressors die Hochdruckseite und in Strömungsrichtung des Kältemittels stromabwärts des Expansionsorgans die Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufes befindet. Das Absperrelement ist so angeordnet, dass es im geschlossenen Zustand bei stehendem Kompressor einen Druckausgleich zwischen der Hochdruckseite und er Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufes verhindert.
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Aus dem Stand der Technik bekannte Kühl- und/oder Gefriergeräte weisen einen Kältemittelkreislauf auf, wie er exemplarisch in 5 schematisch wiedergegeben ist. Der Kältemittelkreislauf umfasst einen Kompressor K, einen Verflüssiger VF, in den das in dem Kompressor K verdichtete Kältemittel eintritt. Dem Verflüssiger nachgeschaltet ist das Absperrelement A in Form eines 2-Wege-Magnetventils, mittels dessen der Kältemittelkreislauf absperrbar ist, sodass kein Fluss von Kältemittel möglich ist. Dem Absperrelement nachgeschaltet ist das Expansionsorgan E, insbesondere eine Kapillare, von der das Kältemittel in den Verdampfer VD gelangt, indem es verdampft. Von dem Verdampfer VD gelangt das Kältemittel über eine Saugleitung zurück zum Kompressor, sodass sich ein geschlossener Kreislauf ergibt.
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Wie dies aus 5 hervorgeht, befindet sich das elektrische 2-Wege-Magnetventil A zwischen dem Verflüssigen VF und der Kapillare bzw. dem Expansionsorgan E.
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Während der Kompressorlaufzeit ist das Ventil A geöffnet. Wird der Kompressor ausgeschaltet, schließt das Ventil und es findet kein Druckausgleich zwischen der Hoch- und der Niederdruckseite statt. Die Hochdruckseite erstreckt sich zwischen Kompressor und dem Expansionsorgan und die Niederdruckseite erstreckt sich zwischen dem Expansionsorgan und dem Kompressor.
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Das Verhindern des Druckausgleiches durch das Absperrelement bringt den Vorteil mit sich, dass bei einem auf den Kompressorstillstand nachfolgenden Anlauf des Kompressors dieser nicht zuerst die Druckdifferenz zwischen Hoch- und Niederdruckseite aufbauen muss. Stattdessen steht bereits zu Beginn der Kompressorlaufzeit auf dessen Druckseite ein bestimmtes Druckniveau an, was den Vorteil mit sich bringt, dass bereits von Beginn der Kompressorlaufzeit nutzbare Kälteleistung im Verdampfer VF zur Verfügung steht. Daraus ergibt sich ein energetischer Vorteil gegenüber einer Ausführung, bei der in der Kompressorstillstandzeit ein Druckausgleich zwischen Hoch- und Niederdruckseite besteht.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühl- und/oder Gefriergerät der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass dessen Aufbau vereinfacht ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Danach ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Absperrelement als mechanisches Ventil ausgeführt ist. Vorzugsweise handelt es sich um ein mechanisches Stoppventil. Im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsformen wird somit kein elektrisches oder kein elektronisch arbeitendes Ventil verwendet, sondern ein ausschließlich mechanisch ausgebildetes bzw. arbeitendes Absperrelement bzw. Ventil.
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Der Vorteil gegenüber der bekannten Lösung mit einem elektrischen Ventil besteht darin, dass ein vergleichsweise einfacher Aufbau besteht und dass keine elektrische bzw. elektronische Versorgung des Ventils erforderlich ist, da dieses rein mechanisch arbeitet.
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Da das Ventil gemäß der vorliegenden Erfindung nicht aktiv gesteuert wird, wie beispielsweise durch einen Elektromagneten oder dergleichen, ist dessen Öffnungs- und Schließcharakteristik im Wesentlichen davon abhängig, welche Kräfte auf dem Ventilkolben oder ein sonstiges Schließelement des Ventils wirken. Bei welchem Druck bzw. Gegendruck das Ventil öffnet bzw. schließt kann von verschiedenen Faktoren abhängig sein, wie beispielsweise vom Gerätetyp, vom Kältemittel, von Umgebungsbedingungen, von den eingesetzten Bauteilen im Kreislauf etc.
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Vorzugsweise ist das Absperrelement in Form des mechanischen Ventils gemäß der vorliegenden Erfindung an derselben Stelle angeordnet, wie dies in 5 für das elektrische Ventil A gezeigt ist. Auch die weiteren Ausführungen zum Kältemittelkreislauf gelten für die vorliegende Erfindung in einer bevorzugten Ausgestaltung entsprechend.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ventil zumindest einen mit wenigstens einem federbelasteten Ventilkolben aufweist. Der Ventilkolben wird in diesem Fall von der Feder sowie auch von dem Kältemittel beaufschlagt. Je nach dem durch das Kältemittel aufgebrachten Druck befindet sich der Ventilkolben in einer bestimmten Position, in der er entweder den Kältemittelkreislauf freigibt, das heißt den Durchfluss von Kältemittel ermöglicht oder den Kältemittelkanal absperrt, sodass kein Kältemittel hindurchströmen kann.
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Vorzugsweise ist die Feder so dimensioniert, dass diese bei laufendem Kompressor komprimiert wird. In diesem Fall übt das Kältemittel auf den Ventilkolben eine Kraft aus, die der Federkraft entgegengerichtet ist. Ist der Kältemitteldruck ausreichend groß, das heißt im Betrieb des Kompressors, wird die Feder komprimiert und der Ventilkolben dementsprechend verschoben.
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Grundsätzlich ist es denkbar, dass der Ventilkolben nur auf einer Seite oder auf beiden Seiten, das heißt im Bereich seiner Vorderseite und Rückseite, mit Kältemittel beaufschlagt wird.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Ventilkolben oder ein sonstiges Verschlusselement des mechanischen Ventils so angeordnet, dass der Ventilkolben in dem Zustand, in dem der Kompressor in Betrieb ist, von einer Seite durch Kältemittel beaufschlagt wird und von der anderen Seite durch die Federkraft beaufschlagt wird. Ist der Kompressor nicht in Betrieb, kann der Kolben so angeordnet sein, dass er beidseitig von Kältemittel beaufschlagt wird, das sich vor und hinter dem Ventilkolben befindet sowie durch die Federkraft.
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Das Ventil kann in einem Abschnitt des Kältemittelkreislaufes angeordnet sein, der im Betrieb des Kompressors nicht von Kältemittel durchströmt wird. Dies gilt insbesondere für die Ventilposition, die sich bei in Betrieb befindlichem Kompressor ergibt. Denkbar ist es beispielsweise, dass der Kältemittelkreislauf eine Abzweigung aufweist, in der sich die Feder und der zurückgezogene Ventilkolben befindet, wenn der Kompressor in Betrieb ist. Dieser Abschnitt des Kältemittelkreislaufes wird somit nicht von Kältemittel durchströmt, sondern dient zur Aufnahme der Feder und des Ventilkolbens bei in Betrieb befindlichem Kompressor.
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Denkbar ist es jedoch auch, dass das Ventil in einem Abschnitt des Kältemittelkreislaufes angeordnet ist, der im Betrieb des Kompressors von Kältemittel durchströmt wird. Denkbar ist es beispielsweise, das Ventil in der Kältemittelleitung selbst oder in einem Bauteil anzuordnen, das in der Kältemittelleitung angeordnet ist, wie beispielsweise in einem Trockner.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ventil zumindest einen Ventilkolben aufweist, der an seiner Umfangsfläche zylindrisch oder auch konisch ausgeführt ist. Eine konische Ausführung ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Gegenfläche entsprechend ausgeführt ist, wie beispielsweise bei einem Trockner. Ein derartiger Trockner kann an seinen Endbereichen konisch zulaufende Wandungen aufweisen, die als Anlage für den Ventilkolben dienen.
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Denkbar ist es, dass das Ventil wenigstens eine Lamelle aufweist, die elastisch verformbar oder federbelastet ist sowie wenigstens eine Ventilplatte, die wenigstens eine Öffnung aufweist, die durch die Lamelle verschließbar ist, wobei die Lamelle so ausgebildet ist, dass diese bei laufendem Kompressor die Öffnung der Ventilplatte freigibt. Auch in diesem Fall ist es somit möglich, dass bei laufendem Kompressor ein Durchfluss von Kältemittel erfolgt und bei stehendem Kompressor der Durchfluss blockiert oder zumindest gedrosselt wird.
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Vorzugsweise handelt es sich bei dem Ventil um ein mechanisches 2-Wege-Ventil.
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Denkbar ist es, dass das Ventil in dem Abschnitt des Kältemittelkreislaufes angeordnet ist, der sich zwischen dem Verflüssiger und dem Expansionsorgan befindet, das vorzugsweise als Kapillare ausgeführt ist.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
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1: eine schematische Ansicht eines Teils eines Kältemittelkreislaufes mit geöffnetem Ventil und mit geschlossenem Ventil,
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2: eine schematische Ansicht eines Filtertrockners mit geschlossenem und geöffnetem Ventil,
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3: eine schematische Ansicht eines Leitungsabschnittes des Kältemittelkreislaufes mit geschlossenem und geöffnetem Ventil in Form einer Ventilplatte und Lamelle,
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4: eine schematische Ansicht eines Filtertrockners mit geschlossenem und geöffnetem Ventil in Form einer Ventilplatte und Lamelle,
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5: eine Ansicht eines Kältemittelkreislaufes in schematischer Darstellung gemäß dem Stand der Technik und
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6: einen Filtertrockner gemäß dem Stand der Technik.
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In 1 ist ein Abschnitt eines Kältemittelkreislaufes mit 100 gekennzeichnet. Dieser Abschnitt befindet sich vorzugsweise zwischen dem Verflüssiger und dem diesen nachgeschalteten Expansionsorgan, das vorzugsweise als Kapillare ausgebildet ist. Das Bezugszeichen H kennzeichnet die Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufes und das Bezugszeichen E kennzeichnet die Richtung zu dem Expansionsorgan hin.
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Mit dem Bezugszeichen 110 ist ein sackgassenartiger Abschnitt des Kältemittelkreislaufes gekennzeichnet. Dieser ist einseitig geöffnet, sodass der Ventilkolben 1 ein- und ausfahrbar ist. Wie dies aus 1 hervorgeht, ist der Ventilkolben auf seiner vom Kältemittelkreislauf abgewandten Seite durch eine Feder 2 belastet. Die Feder 2 übt gemäß 1 auf den Ventilkolben 1 eine nach links gerichtete Kraft aus.
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Im Betrieb des Kompressors ergibt sich die in 1, linke Abbildung gezeigte Situation. In dieser Situation übt das auf der Hochdruckseite H des Kältemittelkreislaufes 100 strömende Kältemittel auf den Ventilkolben 1 eine nach rechts gerichtete Kraft aus, die so groß ist, dass der Kolben 1 in seiner eingeschobenen Position angeordnet ist, wie dies aus 1, linke Darstellung hervorgeht. In dieser Situation ist das Ventil offen, das heißt der Kältemittelkreislauf kann von Kältemittel durchströmt werden.
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In der in 1, rechte Darstellung gezeigten Position steht der Kompressor. Dies hat zur Folge, dass der Druck auf der Hochdruckseite H im Kältemittel abnimmt, sodass die Federkraft der Feder 2 überwiegt und den Ventilkolben 1 ausschiebt. In diesem Fall wird der Kolben beidseitig vom Kältemittel beaufschlagt. Zudem wirkt eine nach links gerichtete Kraft durch die Feder 2, die aufgrund des geringeren Druckes des Kältemittels auf der Hochdruckseite H den Kolben 1 nach links ausschiebt. In dieser Position sperrt der Kolben den Kältemittelkreislauf 100 teilweise oder vollständig ab.
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2 zeigt eine vergleichbare Ventilanordnung, allerdings ist hier das Ventil nicht in einer Rohrleitung oder in einem abgezweigten Abschnitt 110 des Kältemittelkreislaufes angeordnet, sondern in dem Filtertrockner 200, der die Aufgabe hat, Wasser aus dem Kältemittel zu binden.
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Ein derartiger bekannter Filtertrockner ist aus 6 ersichtlich. Dort ist mit dem Bezugszeichen 202 das Grobsieb, mit dem Bezugszeichen 204 das Trocknungsmittel und mit dem Bezugszeichen 206 das Feinsieb gekennzeichnet. Das Grobsieb 202 und das Feinsieb 206 fixieren das dazwischen befindliche Trocknungsmittel 204. Dieses Trocknungsmittel wird in Betrieb des Gerätes vom Kältemittel umströmt oder durchströmt und führt zu einer Verringerung des Wassergehaltes des Kältemittels.
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2 zeigt eine Ausführungsform, bei der nun das mechanische Ventil innerhalb dieses Filtertrockners 200 angeordnet ist. Vergleichbar mit der Ausführung gemäß 1 ist eine Feder 212 vorgesehen, die eine Kraft auf den Ventilkolben 210 ausübt. Ist der Kompressor ausgeschaltet, ergibt sich die in 2, linke Darstellung gezeigte Position. In dieser Position überwiegt die Kraft der Feder 212 derart, dass der Kolben 210 mit einem konisch umlaufenden Randbereich gegen den ebenfalls konischen Wandbereich des Filtertrockners gedrückt wird. Das Ventil ist in dieser Position geschlossen.
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Wird der Kompressor eingeschaltet, steigt die oberhalb des Ventilkolbens 210 anliegende und durch das Kältemittel aufgebrachte Kraft, was zur Folge hat, dass die Feder 212 zusammengedrückt und der Kolben 210 nach unten bewegt wird. Nun ist der Filtertrockner und somit der gesamte Kältemittelkreislauf für das Kältemittel durchlässig, das heißt es kann eine Durchströmung des Kältemittelkreislaufes stattfinden.
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3 zeigt eine Ausführungsform, bei der das Ventil nicht mit Kolben und Feder ausgeführt ist, sondern mit einer Ventilplatte 220 und einer elastisch verformbaren Lamelle 222. Diese Lamelle ist derart vorgespannt bzw. ausgeführt, dass im drucklosen Zustand oder bei Druckgleichgewicht oberhalb und unterhalb der Lamelle die in der Ventilplatte 220 befindliche Öffnung durch die Lamelle geschlossen wird, wie dies aus 3, linke Darstellung hervorgeht. Dieser Zustand ergibt sich auch, wenn der Kompressor ausgeschaltet ist. Wird der Kompressor eingeschaltet, steigt der Druck auf der Hochdruckseite H des Kältemittelkreislaufes, was zur Folge hat, dass das Kältemittel durch die Öffnung in der Ventilplatte 220 die Lamelle 222 nach unten drückt und somit das Ventil insgesamt öffnet. Dieser Zustand ergibt sich aus 3, rechte Darstellung. Das Bezugszeichen E kennzeichnet auch hier wieder die Richtung zum Expansionsorgan bzw. Ventil, Kapillare etc.
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4 zeigt eine 3 insoweit entsprechende Ausführung, als dass die gleiche Ventilausführung verwendet wird. Wie in 2 ist das Ventil hier innerhalb des Filtertrockners 200 angeordnet, sodass auf die Ausführungen zu 2 entsprechend Bezug genommen wird.
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Ist bei den Ausführungen gemäß 1 und 2 die Kraft der Ventilfeder größer als die des Druckes auf den Ventilkolben durch die Hochdruckseite H ist das Ventil geschlossen. Übersteigt die Kraft durch das unter Hochdruck stehende Kältemittel die Kraft der Ventilfeder, so wird diese zusammengedrückt und der Durchgang in Richtung Expansionsorgan wird geöffnet.
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Bei den Varianten gemäß 3 und 4 gilt Folgendes: Ist die Rückstellkraft der Lamelle 222 größer als die des Druckes auf die Lamelle durch die Hochdruckseite H, verschließt die Lamelle den Durchgang von der Hochdruckseite H in Richtung Expansionsorgan E. Übersteigt die Kraft durch den Hochdruck des Kältemittels die Rückstellkraft der Lamelle 222 so öffnet diese den Durchgang in Richtung Expansionsorgan E.
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Durch die vorliegende Erfindung wird der Vorteil erreicht, dass auf ein elektronisches oder elektrisches Ventil und die entsprechend erforderliche Verkabelung etc. verzichtet werden kann. Stattdessen wird ein einfaches, ausschließlich mechanisches z. B. 2-Wege-Ventil eingesetzt, das wartungsarm ist und das keinen Anschluss benötigt, was zu Kostenvorteilen und zu einer Vereinfachung des Geräteaufbaus führt.
