-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältegerät, insbesondere ein Haushaltskältegerät, mit mehreren Lagerkammern, die bei unterschiedlichen Temperaturen betreibbar sind.
-
Aus
DE 10 2013 226 341 A1 ist ein Kältegerät mit mehreren Lagerkammern bekannt, bei denen in einem Kältemittelkreislauf eine erste Drosselstelle, ein erster Wärmetauscher zum Temperieren der ersten Lagerkammer, eine zweite Drosselstelle und ein zweiter Wärmetauscher zum Kühlen der zweiten Lagerkammer in Reihe verbunden sind. Der Druckabfall an der zweiten Drosselstelle bewirkt einen Druckunterschied zwischen den beiden Wärmetauschern, so dass die Verdampfungstemperatur des Kältemittels im zweiten Wärmetauscher tiefer liegt als im ersten und somit in der zweiten Lagerkammer eine tiefere Betriebstemperatur eingestellt werden kann als in der ersten. Der erste Wärmetauscher kann je nach Einstellung der ersten Drosselstelle als Verdampfer oder als Verflüssiger arbeiten. Wenn er als Verflüssiger betrieben wird, kann die Betriebstemperatur der ersten Lagerkammer Werte bei Zimmertemperatur oder sogar leicht darüber annehmen.
-
Es ist an sich bekannt, in einem Kältegerät zur Wirkungsgradverbesserung einen inneren Wärmetauscher vorzusehen, in dem ein Hochdruck-Leitungsabschnitt, in dem durch Verdichten erwärmtes Kältemittel zirkuliert, und ein Niederdruck-Leitungsabschnitt, in dem Kältemittel von einem Verdampfer zu einem Verdichter strömt, in thermischem Kontakt stehen. Ein solcher innerer Wärmetauscher ist jedoch nutzlos, wenn in einem Kältegerät mit mehreren Lagerkammern wie oben beschrieben eine erste Lagerkammer bei hoher Temperatur betrieben werden soll und dafür ein im Kältemittelkreislauf stromabwärts vom Hochdruck-Leitungsabschnitt des inneren Wärmetauschers liegender Verdampfer der Lagerkammer als Verflüssiger betrieben wird. Eine Kühlung der zweiten Lagerkammer ist dann nur mit eingeschränkter Energieeffizienz möglich.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Kältegerät mit mehreren Lagerkammern zu schaffen, das einen energieeffizienten Betrieb auch dann ermöglicht, wenn für eine erste Lagerkammer eine hohe und für eine zweite Lagerkammer eine niedrige Betriebstemperatur gewählt ist.
-
Die Aufgabe wird gelöst, indem bei einem Kältegerät mit wenigstens einer ersten und einer zweiten Lagerkammer und einem Kältemittelkreislauf, in dem eine erste Drosselstelle, ein erster Wärmetauscher zum Temperieren der ersten Lagerkammer, eine zweite Drosselstelle und ein zweiter Wärmetauscher zum Kühlen der zweiten Lagerkammer in Reihe verbunden sind, ein stromaufwärts von der ersten Drosselstelle gelegener Hochdruck-Leitungsabschnitt und ein stromabwärts vom zweiten Wärmetauscher gelegener Niederdruck-Leitungsabschnitt einen ersten inneren Wärmetauscher bilden, eine Nebenschlussleitung sich parallel zu dem Hochdruck-Leitungsabschnitt zum ersten Wärmetauscher erstreckt, und ein Steuerventil zum Steuern der Verteilung des Kältemittels auf den Hochdruck-Leitungsabschnitt und die Nebenschlussleitung vorgesehen ist. Wenn die erste Lagerkammer bei hoher Temperatur betrieben werden soll, kann so das Kältemittel über die Nebenschlussleitung direkt zum ersten Wärmetauscher gelenkt werden; um einen energieeffizienten Betrieb bei niedriger Temperatur der ersten Lagerkammer zu erreichen, wird das Kältemittel über den inneren Wärmetauscher geführt.
-
Zweckmäßigerweise ist die Nebenschlussleitung ferner parallel zur ersten Drosselstelle angeordnet. So kann, wenn das Kältemittel auf der Nebenschlussleitung zirkuliert, nicht nur eine Abkühlung durch den inneren Wärmetauscher, sondern auch die adiabatische Abkühlung an der Drosselstelle vermieden werden.
-
Das Steuerventil kann ein Wegeventil sein.
-
Das Wegeventil kann ein stromaufwärtiges oder ein stromabwärtiges Ende der Nebenschlussleitung bilden; vorzugsweise bildet es das stromaufwärtige Ende, da dort ein kleiner Leitungsquerschnitt ausreicht und ein kompakteres und kostengünstigeres Ventil verwendet werden kann, während ein Ventil am stromabwärtigen Ende geräumig genug sein muss, um auch in der ersten Drosselstelle entspanntes Kältemittel ohne übermäßigen Druckabfall zu leiten.
-
Alternativ kann das Steuerventil ein in der Nebenschlussleitung angeordnetes Absperrventil sein. In geschlossenem Zustand zwingt ein solches Absperrventil den gesamten Kältemittelstrom über den inneren Wärmetauscher; in offenem Zustand sind zwar beide Wege, über den inneren Wärmetauscher und über die Nebenschlussleitung, passierbar, aber die Wirkung des inneren Wärmetauschers ist gering, vor allem wenn die erste Drosselstelle in Reihe mit dem inneren Wärmetauscher parallel zur Nebenschlussleitung liegt und das Kältemittel in die Nebenschlussleitung lenkt.
-
Einer Weiterbildung zufolge ist ein dritter Wärmetauscher in einem Zweig des Kältemittelkreislaufs angeordnet, der sich unter Umgehung der ersten und zweiten Drosselstelle und des ersten Wärmetauschers zum zweiten Wärmetauscher erstreckt. So kann noch eine dritte Lagerkammer temperiert werden.
-
Um die dritte Lagerkammer auf einer anderen Betriebstemperatur als die erste und die zweite Lagerkammer zu halten, ist dem dritten Wärmetauscher in dem Zweig vorzugsweise eine dritte Drosselstelle vorgeschaltet und eine vierte Drosselstelle nachgeschaltet.
-
Ein Mitteldruck-Leitungsabschnitt, der sich zwischen dem ersten Wärmetauscher und der zweiten Drosselstelle erstreckt, und ein zweiter Niederdruck-Leitungsabschnitt können einen zweiten inneren Wärmetauscher bilden. Der zweite innere Wärmetauscher trägt insbesondere dann zu einem energieeffizienten Betrieb bei, wenn das Kältemittel, um die erste Lagerkammer auf einer hohen Betriebstemperatur zu halten, am ersten inneren Wärmetauscher vorbeigelenkt wird.
-
Alternativ kann ein dritter Wärmetauscher im Kältemittelkreis dem ersten Wärmetauscher nachgeschaltet und dem zweiten Wärmetauscher vorgeschaltet sein.
-
In diesem Fall kann ein zweiter innerer Wärmetauscher durch einen Mitteldruck-Leitungsabschnitt, der sich zwischen dem ersten Wärmetauscher und einer dem dritten Wärmetauscher vorgeschalteten dritten Drosselstelle erstreckt, und einen zweiten Niederdruck-Leitungsabschnitt gebildet sein.
-
Das Steuerventil ist an einen Temperatursensor der ersten Lagerkammer gekoppelt, um die Verteilung des Kältemittels auf den Hochdruck-Leitungsabschnitt und die Nebenschlussleitung je nach von dem Temperatursensor erfasster Temperatur zu steuern. So kann nach Bedarf die Temperatur des Kältemittels, das in den Wärmetauscher der ersten Lagerkammer gelangt, variiert und – wenn die Nebenschlussleitung auch die erste Drosselstelle umgeht – bei Bedarf auch zwischen Verflüssiger- und Verdampferbetrieb des ersten Wärmetauschers umgeschaltet werden. Auf diese Weise können in der ersten Lagerkammer auch Betriebstemperaturen nahe der Umgebungstemperatur aufrechterhalten werden, die bei fest vorgegebener Stellung des Wegeventils nicht zuverlässig realisierbar sind.
-
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 gemäß einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kältegeräts;
-
3 eine Abwandlung eines Details aus 1; und
-
3 eine Darstellung des Kältemittelkreislaufs gemäß einer zweiten Ausgestaltung.
-
Der in 1 gezeigte Kältemittelkreislauf umfasst einen drehzahlgeregelten Verdichter 1 mit einem Druckanschluss 2 und einem Sauganschluss 3. Eine von dem Druckanschluss 2 ausgehende Hochdruck-Kältemittelleitung 4 verläuft in Zirkulationsrichtung des Kältemittels zunächst über einen Verflüssiger 5 und eine Verzweigung 6 zu einem Wegeventil 7. Ein Abschnitt der Hochdruck-Kältemittelleitung 4 führt von einem ersten Ausgang des Wegeventils 7 über einen inneren Wärmetauscher 8 und eine erste Drosselstelle 9 zu einem Wärmetauscher 10, der einer ersten Lagerkammer 26 des Kältegeräts zugeordnet ist. Eine Nebenschlussleitung 11 verbindet einen zweiten Ausgang des Wegeventils 7 direkt, unter Umgehung des inneren Wärmetauschers 8 und der Drosselstelle 9, mit dem Wärmetauscher 10.
-
Ein Ausgang des Wärmetauschers 10 ist über einen zweiten inneren Wärmetauscher 12 und eine zweite Drosselstelle 13 mit einem Wärmetauscher 14 verbunden, der einer zweiten Lagerkammer 27 zugeordnet ist.
-
Eine Niederdruck-Kältemittelleitung 15 erstreckt sich von einem Ausgang des Wärmetauschers 14 über den zweiten inneren Wärmetauscher 12 und den ersten inneren Wärmetauscher 8 zurück zum Sauganschluss 3.
-
Die inneren Wärmetauscher 8, 12 umfassen jeweils einen Abschnitt 16 bzw. 17 der Niederdruckleitung 15 sowie einen Abschnitt 18 der Hochdruck-Kältemittelleitung 4 bzw. einen unter einem mittleren Druck stehenden Leitungsabschnitt 19, der in engem wärmeleitenden Kontakt am Niederdruck-Leitungsabschnitt 16 bzw. 17 befestigt, z.B. angelötet, ist oder der innerhalb des relativ geräumigen Niederdruck-Leitungsabschnitts 16 bzw. 17 geführt ist. Die Hochdruck- bzw. Mitteldruck-Abschnitte 18 bzw. 19 können selber Teil der benachbarten Drosselstelle 9 bzw. 13 sein, etwa indem sie als Kapillaren ausgebildet sind.
-
An einem Leitungszweig 20, der sich an der Verzweigung 6 von der Hochdruck-Kältemittelleitung 4 trennt, befinden sich eine dritte Drosselstelle 21, ein einer dritten Lagerkammer 28 zugeordneter Wärmetauscher 22 und eine vierte Drosselstelle 23. Ein Abschnitt 24 des Leitungszweiges 16 verläuft hier im ersten inneren Wärmetauscher 8 in thermischem Kontakt mit demselben Niederdruck-Leitungsabschnitt 16 wie der Hochdruck-Leitungsabschnitt 18; alternativ könnte er zusammen mit einem anderen Abschnitt der Niederdruckleitung 15 einen dritten internen Wärmetauscher bilden. Der Leitungszweig 16 endet an einem Zusammenfluss 25, stromabwärts von der zweiten Drosselstelle 13 und vor dem zweiten Wärmetauscher 14.
-
Die Drosselstellen 9, 13, 21, 23 können sämtlich als Kapillaren, mit festem nicht veränderbarem Strömungsleitwert, ausgebildet sein. Um dennoch die Intensität des Wärmeaustausch zwischen den Lagerkammern 26, 27, 28 und dem Kältemittel an den Wärmetauschern 10, 14, 22 bedarfsgerecht steuern zu können, sind in den Lagerkammern 26, 27, 28 Ventilatoren 29 vorgesehen, die bei Bedarf den der Lagerkammer zugeordneten Wärmetauscher 10, 14 bzw. 22 anblasen.
-
Alternativ können Expansionsventile, mit steuerbarem Strömungsleitwert, als Drosselstellen 9, 13, 21, 23 Verwendung finden. Die Ventilatoren 29 sind dann zwar nicht unbedingt nötig, um die Temperaturen der Lagerkammern 26, 27, 28 zu regeln; können aber dennoch vorteilhafterweise vorgesehen sein, um neben der Temperatur auch die Luftfeuchtigkeit in den Lagerkammern 26, 27, 28 zu steuern.
-
Ein weiterer Ventilator 30 kann am Verflüssiger vorgesehen sein, um bei Bedarf auch dort den Wärmeaustausch zu intensivieren.
-
Wenn der Verdichter 1 in Betrieb ist, gelangt verdichtetes Kältemittel nach einer ersten Abkühlung im Verflüssiger 5 zur Verzweigung 6. Das Kältemittel ist zumindest zu einem großen Teil flüssig, seine Temperatur ist je nach Dimensionierung des Verflüssigers um einige Grad höher als die Umgebungstemperatur. Ein Teil des Kältemittels fließt über die Drosselstelle 21, den Wärmetauscher 22 und die Drosselstelle 23 zum Wärmetauscher 14 und von dort zurück zum Sauganschluss 3.
-
Wenn das Wegeventil 7 sich in der in 1 gezeigten Stellung befindet, fließt der Rest des Kältemittels über den inneren Wärmetauscher 8 und die Drosselstelle 9, den Wärmetauscher 10 und die Drosselstelle 13 zum Wärmetauscher 14.
-
Der Druck im Verdampfer 14 ist niedrig genug, um einen Betrieb der Lagerkammer 27 als Gefrierfach zu ermöglichen, der Druck in den Wärmetauschern 10, 22 liegt zwischen dem des Verflüssigers 5 und dem des Wärmetauschers 14 und erlaubt einen Betrieb der Lagerkammern 26, 28 z.B. als Frischkühlfach oder als Normalkühlfach. Um höhere Temperaturen, etwa für einen Betrieb als Kellerfach, in einer der Lagerkammern 26, 28 zu realisieren, müsste die Umgebungstemperatur zuverlässig weit genug über der gewünschten Fachtemperatur liegen.
-
Wenn hingegen das Wegeventil 7 zur Nebenschlussleitung 11 hin offen ist, ist der Druckunterschied zwischen dem Verflüssiger 5 und dem Wärmetauscher 10 vernachlässigbar, und die Temperatur, die sich im Wärmetauscher 10 einstellt, ist die dem gemeinsamen Druck von Verflüssiger 5 und Wärmetauscher 10 entsprechende Verdampfungstemperatur des Kältemittels. Der Wärmetauscher 10 arbeitet dann als ein zweiter Verflüssiger, der Wärme an die Lagerkammer 15 abgibt. Die Lagerkammer 26 erreicht auf diese Weise Temperaturen oberhalb der Umgebungstemperatur und kann daher zum schnellen Auftauen oder Erwärmen von Lebensmitteln oder für Gärvorgänge, etwa zum Gehenlassen von Teig oder zur Joghurtbereitung, genutzt werden.
-
In diesem Betriebszustand liegt die Temperatur des Kältemittels am Ausgang des Wärmetauschers 10 im Allgemeinen noch über der Umgebungstemperatur. In diesem Fall gewährleistet der zweite innere Wärmetauscher 12 eine Abkühlung des Kältemittels vor Erreichen der Drosselstelle 13 und ermöglicht so eine effiziente Kühlung der Lagerkammer 27.
-
Die Lagerkammern 26, 27, 28 können in an sich bekannter Weise jeweils mit einem Temperatursensor ausgestattet sein, um anhand eines Vergleichs der tatsächlichen Temperaturen in den Lagerkammern 26, 27, 28 mit vom Benutzer eingestellten Sollwerten die Drehzahl des Verdichters 1 und die Strömungsleitwerte der Drosselstellen 9, 13, 21, 23 und/oder die Drehzahlen der Ventilatoren 29 zu steuern. Einer Weiterbildung der Erfindung zufolge dient ein Temperatursensor 31 der Lagerkammer 26 zusätzlich zum Steuern des Wegeventils 7: Weicht diese von dem eingestellten Sollwert signifikant nach unten ab, während sich das Wegeventil 7 in der in 1 gezeigten Stellung befindet und keine der anderen Lagerkammern 27, 28 Kühlbedarf hat, dann wird das Wegeventil 7 umgeschaltet, um warmes Kältemittel über die Nebenschlussleitung 11 in den Wärmetauscher 10 zu leiten. Umgekehrt wird das Wegeventil 7 in die Stellung der 1 zurückgestellt, wenn der Zufluss des warmen Kältemittels die Temperatur der Lagerkammer 26 vom Sollwert signifikant nach oben abweichen lässt. Auf diese Weise können in der Lagerkammer 26 auch Solltemperaturen aufrechterhalten werden, die nahe an der Umgebungstemperatur liegen und die, wenn die Umgebungstemperatur schwankt, mal darüber und mal darunter liegen können.
-
2 zeigt einen Ausschnitt aus dem Kältemittelkreis eines Kältegeräts gemäß einer abgewandelten Ausgestaltung. Das Wegeventil 7 der 1 ist hier durch ein Absperrventil 32 in der Nebenschlussleitung 11 ersetzt. Der zur Nebenschlussleitung 11 parallele Weg zum Wärmetauscher 10 über den Hochdruck-Leitungsabschnitt 18 und die Drosselstelle 9 ist ständig offen. Die Funktionsweise dieses Kältemittelkreises unterscheidet sich nicht wesentlich von dem in 1 gezeigten. Wenn das Absperrventil 32 geschlossen ist, kann das Kältemittel auch bei dieser Ausgestaltung den Wärmetauscher 10 nur über die Drosselstelle 9 erreichen. Wenn das Absperrventil 32 offen ist, trägt der Weg über die Drosselstelle 9 zum Kältemittelfluss nicht signifikant bei.
-
3 zeigt einen vereinfachten Kältemittelkreis gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung. Komponenten des Kältemittelkreises, die mit denselben Bezugszeichen wie in 1 bezeichnet sind, haben jeweils dieselbe Funktion wie mit Bezug auf 1 beschrieben. Auch hier hat das Kältegerät drei Lagerkammern 26, 27, 28, allerdings sind der Wärmetauscher 22 der Lagerkammer 28 und die dem Wärmetauscher 22 vorgeschaltete Drosselstelle 21 zwischen den Leitungsabschnitt 19 des zweiten inneren Wärmetauschers 12 und die Drosselstelle 13 eingefügt, so dass sich eine Reihenschaltung der Wärmetauscher 10, 22, 14 aller drei Lagerkammern 26, 27, 28 ergibt. Der Aufbau des Kältemittelkreises ist gegenüber der 1 vereinfacht, da die Verzweigung 6, die Drosselstelle 23 und der Zusammenfluss 25 wegfallen. Die einzige Einschränkung, die dafür in Kauf genommen werden muss, ist, dass die Solltemperatur der Lagerkammer 26 hier nicht niedriger sein kann als die der Lagerkammer 28. Die Möglichkeit, die Lagerkammer 26 bei Temperaturen nahe der Umgebungstemperatur oder darüber zu betreiben, besteht hier genauso wie beim Kältemittelkreis der 1.
-
Selbstverständlich kann auch hier das Wegeventil 7 durch ein Absperrventil in der Nebenschlussleitung 11 ersetzt sein, und ein Temperatursensor der Lagerkammer 27 kann zum Steuern der Stellung des Wegeventils 7 oder des Absperrventils dienen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Verdichter
- 2
- Druckanschluss
- 3
- Sauganschluss
- 4
- Hochdruck-Kältemittelleitung
- 5
- Verflüssiger
- 6
- Verzweigung
- 7
- Wegeventil
- 8
- innerer Wärmetauscher
- 9
- Drosselstelle
- 10
- Wärmetauscher
- 11
- Nebenschlussleitung
- 12
- innerer Wärmetauscher
- 13
- Drosselstelle
- 14
- Wärmetauscher
- 15
- Niederdruck-Kältemittelleitung
- 16
- Niederdruck-Leitungsabschnitt
- 17
- Niederdruck-Leitungsabschnitt
- 18
- Hochdruck-Leitungsabschnitt
- 19
- Mitteldruck-Leitungsabschnitt
- 20
- Leitungszweig
- 21
- Drosselstelle
- 22
- Wärmetauscher
- 23
- Drosselstelle
- 24
- Leitungsabschnitt
- 25
- Zusammenfluss
- 26
- Lagerkammer
- 27
- Lagerkammer
- 28
- Lagerkammer
- 29
- Ventilator
- 30
- Ventilator
- 31
- Temperatursensor
- 32
- Absperrventil
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102013226341 A1 [0002]
