DE102016210135A1 - Refrigerating appliance with rapid cooling function and operating method for it - Google Patents
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Abstract
Ein Kältegerät hat ein warmes und ein kaltes Lagerfach (8, 9), eine Kältemaschine, die einen ersten Wärmetauscher (6) zum Entziehen von Wärme aus dem warmen Lagerfach (8), einen zweiten Wärmetauscher (7) zum Entziehen von Wärme aus dem kalten Lagerfach (9) und einen Umgebungswärmetauscher (4) zum Abgeben der entzogenen Wärme umfasst, und einen Wärmeträgerkreis, in dem zwischen einem Druckanschluss (15) und einem Sauganschluss (16) einer einen Wärmeträger umwälzenden Pumpe (14) ein in thermischem Kontakt mit dem warmen Lagerfach (8) stehender dritter Wärmetauscher (12; 21), ein Absperrventil (17) und ein in thermischem Kontakt mit dem kalten Lagerfach (9) stehender vierter Wärmetauscher (13) in Reihe verbunden sind.A refrigerator has a hot and a cold storage compartment (8, 9), a chiller, a first heat exchanger (6) for extracting heat from the warm storage compartment (8), a second heat exchanger (7) for removing heat from the cold Storage compartment (9) and an ambient heat exchanger (4) for discharging the extracted heat, and a heat transfer in which between a pressure port (15) and a suction port (16) of a heat transfer medium circulating pump (14) in thermal contact with the hot Storage compartment (8) standing third heat exchanger (12; 21), a shut-off valve (17) and in thermal contact with the cold storage compartment (9) standing fourth heat exchanger (13) are connected in series.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältegerät mit einer Schnellkühlfunktion zum Abkühlen von begrenzten Mengen an Kühlgut wie etwa der Füllung eines Eisbereiters, einem Getränkebehälter oder dergleichen und ein Betriebsverfahren für ein solches Kältegerät.The present invention relates to a refrigerator with a rapid cooling function for cooling of limited quantities of refrigerated goods such as the filling of an icemaker, a beverage container or the like and an operating method for such a refrigerator.
Herkömmliche Schnellkühler nutzen die in einem Kältegerät üblicherweise zum Kühlen des Lagerfachs oder der Lagerfächer vorhandene Kältemaschine und einen Ventilator, der kalte Luft von einem Verdampfer der Kältemaschine gezielt auf einen zu kühlenden Gegenstand lenkt. Die Kühlleistung eines solchen Schnellkühlers kann daher niemals größer sein als die der Kältemaschine selbst. Conventional blast chillers usually use the chiller in a refrigeration appliance for cooling the storage compartment or the storage compartments and a fan which directs cold air from an evaporator of the chiller to an object to be cooled. The cooling capacity of such a blast chiller can therefore never be greater than that of the chiller itself.
Da sich Schnellkühler und Lagerfächer die Kühlleistung der Kältemaschine teilen müssen, kommt es zu einem Konflikt, wenn ein Benutzer die Schnellkühlfunktion nutzt und gleichzeitig Kühlbedarf in einem Lagerfach besteht, denn zumindest derjenige Teil der Kühlleistung, der von dem durch den Schnellkühler zu kühlenden Gegenstand tatsächlich absorbiert wird, steht für die Kühlung des Lagerfachs nicht mehr zu Verfügung. Also verzögert sich im Konfliktfall entweder die Kühlung des Lagerfachs oder die des Gegenstands im Schnellkühler. Since blast chillers and storage compartments must share the refrigeration capacity of the chiller, there is a conflict when a user uses the rapid cooling function and at the same time requires cooling in a storage compartment, because at least that part of the cooling capacity that actually absorbs from the object to be cooled by the blast chiller is no longer available for cooling the storage compartment. Thus, in case of conflict, either the cooling of the storage compartment or that of the item in the blast chiller is delayed.
Aufgabe der Erfindung ist, ein Kältegerät mit Schnellkühlfunktion und ein Verfahren zum schnellen Kühlen zu schaffen, die den oben beschriebenen Einschränkungen nicht unterliegen.The object of the invention is to provide a refrigerator with quick cooling function and a method for rapid cooling, which are not subject to the restrictions described above.
Die Aufgabe wird gelöst, indem bei einem Kältegerät mit einem warmen und einem kalten Lagerfach und einer Kältemaschine, die einen ersten Wärmetauscher zum Entziehen von Wärme aus dem warmen Lagerfach, einen zweiten Wärmetauscher zum Entziehen von Wärme aus dem kalten Lagerfach und einen Umgebungswärmetauscher zum Abgeben der entzogenen Wärme umfasst, ein Wärmeträgerkreis vorgesehen ist, in dem zwischen einem Druckanschluss und einem Sauganschluss einer einen Wärmeträger umwälzenden Pumpe ein dritter Wärmetauscher in thermischem Kontakt mit dem warmen Lagerfach, ein Absperrventil und ein vierter Wärmetauscher in thermischem Kontakt mit dem kalten Lagerfach in Reihe verbunden sind.The object is achieved by a second heat exchanger for extracting heat from the cold storage compartment and a surrounding heat exchanger for dispensing of a refrigeration device with a hot and a cold storage compartment and a chiller, the first heat exchanger for extracting heat from the warm storage compartment entzogenen heat, a heat transfer circuit is provided in which are connected between a pressure port and a suction port of a heat transfer pump circulating a third heat exchanger in thermal contact with the warm storage compartment, a shut-off valve and a fourth heat exchanger in thermal contact with the cold storage compartment in series ,
Unter einem Kältegerät wird insbesondere ein Haushaltskältegerät verstanden, also ein Kältegerät, das zur Haushaltsführung in Haushalten oder eventuell auch im Gastronomiebereich eingesetzt wird und insbesondere dazu dient, Lebensmittel und/oder Getränke in haushaltsüblichen Mengen bei bestimmten Temperaturen zu lagern, wie beispielsweise ein Kühlschrank, ein Gefrierschrank, eine Kühlgefrierkombination, eine Gefriertruhe oder ein Weinlagerschrank.A refrigeration appliance is understood in particular to be a household refrigeration appliance, that is to say a refrigeration appliance which is used for household purposes or possibly also in the gastronomy sector and serves, in particular, to store foods and / or drinks in household quantities at specific temperatures, such as, for example, a refrigerator Freezer, a fridge freezer, a freezer or a wine storage cabinet.
Der dritte Wärmetauscher ist vorgesehen, um darin einen Wärmeträger in flüssigem Aggregatzustand und in thermischem Gleichgewicht mit dem warmen Lagerfach bis zum Gebrauch zu speichern. Wenn gleichzeitig auch der vierte Wärmetauscher in thermischem Gleichgewicht mit dem kalten Lagerfach ist, ist der Druck in beiden Wärmetauschern gleich dem Sättigungsdampfdruck des Wärmeträgers bei der jeweiligen Fachtemperatur. Um Kühlgut schnell zu kühlen, kann dieses in engem Kontakt zum dritten Wärmetauscher platziert und das Absperrventil geöffnet werden; daraufhin fällt der Druck im dritten Wärmetauscher schnell ab, der flüssige Wärmeträger beginnt zu verdampfen, und der dritte Wärmetauscher kühlt schnell ab. Rekondensation des Wärmeträgers im vierten Wärmetauscher hält den Druck in beiden Wärmetauschern niedrig, so dass eine beträchtliche Menge des im dritten Wärmetauscher gespeicherten flüssigen Wärmeträgers verdampfen kann.The third heat exchanger is provided to store therein a heat carrier in liquid state and in thermal equilibrium with the warm storage compartment until use. If at the same time the fourth heat exchanger is in thermal equilibrium with the cold storage compartment, the pressure in both heat exchangers is equal to the saturation vapor pressure of the heat carrier at the respective compartment temperature. To cool refrigerated goods quickly, this can be placed in close contact with the third heat exchanger and the shut-off valve can be opened; then the pressure in the third heat exchanger drops quickly, the liquid heat carrier begins to evaporate, and the third heat exchanger cools down quickly. Recondensation of the heat carrier in the fourth heat exchanger keeps the pressure low in both heat exchangers, so that a considerable amount of the liquid heat carrier stored in the third heat exchanger can evaporate.
Die Kältemaschine kann ihrerseits einen Kältemittelkreislauf aufweisen zu dem der erste und der zweite Wärmetauscher gehören, allerdings ist dieser Kältemittelkreislauf vom Wärmeträgerkreis getrennt. Auch der im Wärmeträgerkreis zirkulierende Wärmeträger kann vom Kältemittel des Kältemittelkreislaufs verschieden und an die Besonderheiten des Wärmeträgerkreises angepasst sein.The refrigerating machine may in turn have a refrigerant circuit to which the first and the second heat exchanger belong, but this refrigerant circuit is separated from the heat transfer medium. Also, the heat carrier circulating in the heat transfer medium can be different from the refrigerant of the refrigerant circuit and adapted to the specifics of the heat transfer medium.
So sollte etwa der dritte Wärmetauscher möglichst dünnwandig sein, um eine schnelle Kühlwirkung zu erzielen. Folglich sollte aber auch der Druck des Wärmeträgers im dritten Wärmetauscher nicht zu hoch werden. Deshalb wird vorzugsweise ein Wärmeträger ausgewählt, dessen Sättigungsdampfdruck bei der Temperatur des warmen Lagerfachs maximal 2,0 bar beträgt.For example, the third heat exchanger should be as thin-walled as possible to achieve a fast cooling effect. Consequently, however, the pressure of the heat carrier in the third heat exchanger should not be too high. Therefore, a heat carrier is preferably selected, the saturation vapor pressure at the temperature of the warm storage compartment is a maximum of 2.0 bar.
Andererseits sollte der Sättigungsdampfdruck auch nicht zu niedrig sein, um im Einsatzfall einen hohen Massenfluss zum vierten Wärmetauscher zu erreichen. Deshalb sollte der Sättigungsdampfdruck bei der Temperatur des warmen Lagerfachs minimal 1,0 bar betragen.On the other hand, the saturation vapor pressure should also not be too low in order to achieve a high mass flow to the fourth heat exchanger in the application. Therefore, the saturation vapor pressure at the temperature of the warm storage compartment should be minimally 1.0 bar.
Damit der Wärmeträgerkreis mit einer preiswerten, gering verdichtenden Pumpe auskommt, sollte die Differenz zwischen den Sättigungsdrücken des Wärmeträgers bei der Temperatur des kalten Lagerfachs und des warmen Lagerfachs nicht größer als 1,5 bar sein.For the heat transfer circuit to make do with a low-cost, low-compression pump, the difference between the saturation pressures of the heat carrier at the temperature of the cold storage compartment and the warm storage compartment should not be greater than 1.5 bar.
Diese Anforderungen werden insbesondere von Butan oder Isobutan als Wärmeträger erfüllt.These requirements are met in particular by butane or isobutane as a heat transfer medium.
Die Menge an flüssigem Wärmeträger, die in dem dritten Wärmetauscher Platz findet, sollte ausreichend sein, um mit der bei seiner Verdampfung entstehenden Kälte eine für ein oder zwei Getränkeportionen angemessene Menge Eis zu erzeugen oder einen Getränkebehälter von Zimmer- auf Trinktemperatur zu bringen, gleichzeitig aber nicht so groß, dass mit einem Gefrieren des Inhalts des Behälters gerechnet werden muss. Daher ist ein Fassungsvermögen des ersten Verdampfers entsprechend einer Latentwärme des darin enthaltenen Kältemittels von 10–50 kJ zweckmäßig. Besonders bevorzugt ist ein Fassungsvermögen entsprechend einer Latentwärme von 15–25 kJ. Diese Menge ist ausreichend, um den Inhalt einer Getränkedose (typischerweise 0,33 l) von 25°C auf 10°C abzukühlen, oder um 60 g Eis aus 5°C warmem Wasser zu erzeugen. The amount of liquid heat transfer medium that can be accommodated in the third heat exchanger should be sufficient to produce an adequate amount of ice for one or two portions of drinks or to bring a beverage container from room temperature to drinking temperature with the cold produced during its evaporation, but at the same time not so large that one must expect a freezing of the contents of the container. Therefore, a capacity of the first evaporator corresponding to a latent heat of the refrigerant contained therein of 10-50 kJ is appropriate. Particularly preferred is a capacity corresponding to a latent heat of 15-25 kJ. This amount is sufficient to cool the contents of a beverage can (typically 0.33 L) from 25 ° C to 10 ° C, or to produce 60 g of ice from 5 ° C warm water.
Der Durchgangsquerschnitt des Absperrventils in offener Stellung sollte möglichst groß und insbesondere groß genug sein, um den tatsächlichen Dampfdruck im dritten Wärmetauscher auf nicht mehr als den Mittelwert aus dem Dampfdruck im vierten Wärmetauscher und dem Sättigungsdampfdruck des dritten Wärmetauschers zu begrenzen.The passage cross-section of the shut-off valve in the open position should be as large and in particular large enough to limit the actual vapor pressure in the third heat exchanger to not more than the average of the vapor pressure in the fourth heat exchanger and the saturation vapor pressure of the third heat exchanger.
Die Füllmenge des Wärmeträgers im Wärmeträgerkreis sollte so bemessen sein, dass bei maximaler Befüllung des dritten Wärmetauschers mit flüssigem Wärmeträger, d.h. wenn der Wärmeträger so komplett in den dritten Wärmetauscher gepumpt ist, dass im Rest des Wärmeträgerkreises allenfalls noch Wärmeträgerdampf vorhanden ist, ein zum Absperrventil führender Auslass des dritten Wärmetauschers über dem Flüssigkeitsspiegel liegt. So ist sichergestellt, dass beim Öffnen des Absperrventils kein flüssiger Wärmeträger aus dem dritten Verdampfer entweicht.The capacity of the heat carrier in the heat transfer circuit should be such that at maximum filling of the third heat exchanger with liquid heat carrier, i. when the heat transfer medium is pumped so completely into the third heat exchanger, that in the rest of the heat carrier circuit possibly still heat transfer steam is present, leading to the shut-off outlet of the third heat exchanger is above the liquid level. This ensures that no liquid heat carrier escapes from the third evaporator when opening the shut-off valve.
Wenn der dritte Wärmetauscher bei maximaler Befüllung mit flüssigem Wärmeträger ein Dampfvolumen aufweist, über das der Auslass mit einem Einlass des dritten Wärmetauschers kommuniziert, kann auch durch die Expansion von im dritten Wärmetauscher beim Öffnen des Absperrventils vorhandenem Wärmeträgerdampf kein flüssiger Wärmeträger zum Auslass verdrängt werden.If the third heat exchanger at maximum filling with liquid heat carrier has a vapor volume through which the outlet communicates with an inlet of the third heat exchanger, no liquid heat carrier can be displaced to the outlet by the expansion of existing in the third heat exchanger when opening the shut-off valve heat transfer steam.
Um eine schnelle Rekondensation des Wärmeträgers im vierten Wärmetauscher und eine dementsprechend schnelle Verdampfung im dritten Wärmetauscher zu erreichen, kann am vierten Wärmetauscher ein Phasenwechselmedium angeordnet sein.In order to achieve a rapid recondensation of the heat carrier in the fourth heat exchanger and a correspondingly rapid evaporation in the third heat exchanger, a phase change medium can be arranged on the fourth heat exchanger.
Insbesondere wenn der vierte Wärmetauscher selber das Phasenwechselmedium enthält, vorzugsweise in Form einer Schüttung aus das Phasenwechselmedium enthaltenden Partikeln, ist auf kleinem Volumen ein extrem schneller Wärmeaustausch zwischen dem in den vierten Wärmetauscher zufließenden Wärmeträgerdampf und dem Phasenwechselmedium möglich.In particular, if the fourth heat exchanger itself contains the phase change medium, preferably in the form of a bed of particles containing the phase change medium, extremely small heat exchange between the heat transfer steam flowing into the fourth heat exchanger and the phase change medium is possible on a small volume.
Die Schmelz-Latentwärme des Phasenwechselmediums sollte der Verdampfungs-Latentwärme des Wärmeträgers entsprechen, damit sie ausreicht, um bei einem Schnellkühlvorgang bis auf unvermeidlichen Restdampf den gesamten Wärmeträger im vierten Wärmetauscher zu rekondensieren.The melting latent heat of the phase change medium should correspond to the evaporation latent heat of the heat carrier, so that it is sufficient to recondense in a rapid cooling process to unavoidable residual steam, the entire heat transfer in the fourth heat exchanger.
Ein Ventil kann im Wärmeträgerkreis zwischen dem Druckanschluss und dem dritten Wärmetauscher angeordnet sein, z.B. um bei Stillstand der Pumpe einen Druckausgleich zwischen drittem und viertem Wärmetauscher über die Pumpe zu verhindern.A valve may be disposed in the heat carrier circuit between the pressure port and the third heat exchanger, e.g. to prevent pressure equalization between the third and fourth heat exchanger via the pump when the pump is at standstill.
Das Ventil kann auch ein Dosierventil sein, mit dem die Menge des flüssigen Wärmeträgers im dritten Wärmetauscher an die Wärmekapazität eines abzukühlenden Gutes angepasst werden kann.The valve may also be a metering valve, with which the amount of the liquid heat carrier in the third heat exchanger can be adapted to the heat capacity of a good to be cooled.
Einem solchen Dosierventil kann ein Speicherbehälter in thermischem Kontakt mit dem warmen Lagerfach vorgeschaltet werden, um flüssigen Wärmeträger, der zum Abkühlen des Gutes nicht benötigt wird, dort zurückzuhalten, während die benötigte Menge in den dritten Wärmetauscher eingelassen wird.Such a metering valve can be preceded by a storage container in thermal contact with the warm storage compartment to retain liquid heat carrier, which is not needed for cooling the goods, while the required amount is introduced into the third heat exchanger.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Schnellkühlen in einem Kältegerät mit einem warmen und einem kalten Lagerfach, mit den Schritten
- a) Sammeln eines Wärmeträgers in einem Wärmetauscher des warmen Lagerfachs in flüssigem Zustand;
- b) Öffnen eines Durchgangs für den Wärmeträger in dampfförmigem Zustand zu einem Wärmetauscher des kalten Lagerfachs;
- c) Kondensieren des dampfförmigen Wärmeträgers im kalten Lagerfach.
- a) collecting a heat carrier in a heat exchanger of the warm storage compartment in the liquid state;
- b) opening a passage for the heat carrier in the vapor state to a heat exchanger of the cold storage compartment;
- c) condensing the vaporous heat carrier in the cold storage compartment.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen: Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments with reference to the accompanying figures. Show it:
Um eine ausreichende Kühlung des Lagerfachs
Anstelle einer Kompressionskältemaschine könnten z.B. auch eine Peltier-Kühlung zum Einsatz kommen, bei dem der Umgebungswärmetauscher und die Wärmetauscher der Lagerfächer mit jeweils zueinander komplementären Halbleiterübergängen von Peltier-Elementen in thermischem Kontakt stehen.Instead of a compression refrigeration machine, e.g. Also, a Peltier cooling are used, in which the ambient heat exchanger and the heat exchanger of the storage compartments with mutually complementary semiconductor junctions of Peltier elements are in thermal contact.
Parallel zur Kältemittelleitung
Der von der Wärmeträgerleitung
In einem Bereitschaftszustand des Wärmeträgerkreises ist das Absperrventil
Wenn ein Benutzer Kühlgut schnell abkühlen will, platziert er es in engem Kontakt zum Wärmetauscher
Der Druckabfall am offenen Absperrventil
Durch die Rekondensation wird Wärme im kalten Lagerfach
Anstelle einer solchen Kopplung oder ergänzend zu ihr kann am Wärmetauscher
Ein solches Phasenwechselmedium kann in sehr engem thermischem Kontakt mit dem Wärmeträger im Wärmetauscher
Die Menge des Phasenwechselmediums ist so bemessen, dass seine Schmelzwärme der Kondensationswärme des gesamten Inhalts des Wärmetauschers
Das Phasenwechselmedium
Nachdem der Wärmeträger in den Wärmetauscher
Eine erste Abwandlung des Wärmeträgerkreises ist in
Da der Speicherbehälter
Die Becherform erlaubt es, ins Innere des Wärmetauschers
Wenn ein solcher Eisbereiter in einem Wärmeträgerkreis vom in
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Verdichter compressor
- 22
- Druckanschluss pressure connection
- 33
- Kältemittelleitung Refrigerant line
- 44
- Umgebungswärmetauscher Ambient heat exchanger
- 55
- Drosselstelle restriction
- 66
- Wärmetauscher heat exchangers
- 77
- Wärmetauscher heat exchangers
- 88th
- Lagerfach warehouse specialist
- 99
- Lagerfach warehouse specialist
- 1010
- Sauganschluss suction
- 1111
- Wärmeträgerleitung Heat transfer line
- 1212
- Wärmetauscher heat exchangers
- 1313
- Wärmetauscher heat exchangers
- 1414
- Pumpe pump
- 1515
- Druckanschluss pressure connection
- 1616
- Sauganschluss suction
- 1717
- Absperrventil shut-off valve
- 1818
- Phasenwechselmedium Phase change medium
- 1919
- Innenauskleidung inner lining
- 2020
- Rippe rib
- 2121
- Speicherbehälter storage container
- 2222
- Dosierventil metering valve
- 2323
- Einlass inlet
- 2424
- Auslass outlet
- 2525
- Flüssigkeitsspiegel liquid level
- 2626
- Dampfvolumen steam volume
- 2727
- Platte plate
- 2828
- Rippe rib
- 2929
- Schale Bowl
- 3030
- Einbuchtung indentation
- 3131
- Kerbe score
- 3232
- Wegeventil way valve
- 3333
- Drosselstelle restriction
Claims (13)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102016210135.8A DE102016210135A1 (en) | 2016-06-08 | 2016-06-08 | Refrigerating appliance with rapid cooling function and operating method for it |
Applications Claiming Priority (1)
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DE102016210135.8A DE102016210135A1 (en) | 2016-06-08 | 2016-06-08 | Refrigerating appliance with rapid cooling function and operating method for it |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE102016210135A1 true DE102016210135A1 (en) | 2017-12-14 |
Family
ID=60420244
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102016210135.8A Withdrawn DE102016210135A1 (en) | 2016-06-08 | 2016-06-08 | Refrigerating appliance with rapid cooling function and operating method for it |
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Country | Link |
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DE (1) | DE102016210135A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110145917A (en) * | 2018-02-13 | 2019-08-20 | 中国中元国际工程有限公司 | A kind of multi-temperature zone refrigeration storage system |
-
2016
- 2016-06-08 DE DE102016210135.8A patent/DE102016210135A1/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN110145917A (en) * | 2018-02-13 | 2019-08-20 | 中国中元国际工程有限公司 | A kind of multi-temperature zone refrigeration storage system |
CN110145917B (en) * | 2018-02-13 | 2021-03-30 | 中国中元国际工程有限公司 | Multi-temperature-zone refrigeration house system |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |