DE102017000237A1

DE102017000237A1 - Kältemittelkreislauf für ein Kühl- und/oder Gefriergerät

Info

Publication number: DE102017000237A1
Application number: DE102017000237.1A
Authority: DE
Inventors: Martin Kerstner; Jochen Hiemeyer; Michael Freitag
Original assignee: Liebherr Hausgeraete Lienz GmbH; Liebherr Hausgeraete Ochsenhausen GmbH
Current assignee: Liebherr Hausgeraete Lienz GmbH; Liebherr Hausgeraete Ochsenhausen GmbH
Priority date: 2016-03-16
Filing date: 2017-01-12
Publication date: 2017-09-21
Also published as: CN108885044B; WO2017157509A1; RU2018136209A3; US10871315B2; EP3430330A1; CN108885044A; US20190063803A1; RU2018136209A; RU2736475C2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kältemittelkreislauf für ein Kühl- und/oder Gefriergerät, mit wenigstens einem Korpus und mit wenigstens einem in dem Korpus angeordneten, gekühlten Innenraum, wobei der Kältemittelkreislauf wenigstens einen Verdampfer und wenigstens einen Verflüssiger sowie wenigstens einen Kompressor aufweist, wobei der Verflüssiger teilweise oder vollständig in einem Flüssigkeitsbad angeordnet ist, das die Kondensationswärme im Betrieb des Kältemittelkreislaufs zumindest teilweise aufnimmt.

Description

Die vorliegende Erfindung Kältemittelkreislauf für ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit wenigstens einem Korpus und wenigstens einem in dem Korpus angeordneten gekühlten Innenraum, wobei der Kältemittelkreislauf wenigstens einen Verdampfer und wenigstens einen Verflüssiger sowie wenigstens einen Kompressor aufweist.
Derartige Kältemittelkreisläufe sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Sie dienen zur Kühlung des gekühlten Innenraums eines Kühl- bzw. Gefriergeräts, wobei die Kühlung durch den Verdampfer vorgenommen wird, in dem das Kältemittel verdampft. Die auf diese Weise aus dem gekühlten Innenraum abgezogene Wärme wird über den Verflüssiger üblicherweise an die Umgebung abgegeben.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Kältemittelkreislauf der eingangsgenannten Art dahingehend weiterzubilden, dass eine besonders effiziente Ausgestaltung des Kältemittelkreislaufs erreicht wird.
Dieser Aufgabe wird durch einen Kältemittelkreislauf gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Danach ist vorgesehen, dass der Verflüssiger teilweise oder vollständig in einem Flüssigkeitsbad angeordnet ist, das die Kondensationswärme im Betrieb des Kältemittelkreislaufs, d. h. im Betrieb des Kompressors zumindest teilweise aufnimmt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass es sich bei der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbad um Wasser handelt.
Das Flüssigkeitsbad ist derart ausgebildet, dass die Abwärme des Verflüssigers im Flüssigkeitsbad mittels freier oder auch mittels erzwungener Konvektion verteilt wird.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Flüssigkeitsbad eine erste Wärmeübertragungsfläche von den Verflüssigern in die Flüssigkeit des Flüssigkeitsbads sowie eine zweite Wärmeübertragungsfläche von der Flüssigkeit auf ein weiteres Wärmeträgermedium aufweist. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass die zweite Wärmeübertragungsfläche größer ist als die erste Wärmeübertragungsfläche.
Bei dem weiteren Wärmeübertragungsmedium kann es sich um Luft handeln. Diese Luft kann vorzugsweise mittels erzwungener Konvektion, d. h. Förderung durch einen Ventilator entlang der zweiten Wärmeübertragungsfläche gefördert werden, wodurch eine besonders effiziente Wärmeabfuhr gewährleistet ist.
In diesem Fall wird die Wärme somit nicht unmittelbar vom Verflüssiger in die Luft übertragen, sondern mittelbar über das Flüssigkeitsbad bzw. die darin befindliche Flüssigkeit.
Weiter kann vorgesehen sein, dass der Verflüssiger und/oder der Verdampfer des Kältemittelkreislaufs als Rohr ausgebildet ist.
Das Flüssigkeitsbad weist vorzugsweise einen oder mehrere Kanäle auf, die von Luft, vorzugsweise von Umgebungsluft durchströmt werden können.
Durch die vorliegende Erfindung ist es möglich, einen Kompressor einzusetzen, der nicht drehzahl- bzw. frequenzgeregelt ist, sondern nur bei einer konstanten Drehzahl laufen kann.
Der Verflüssiger kann in oder an einem Latentwärmespeichermedium angeordnet sein, sodass die anfallende Verdampfungskälte im Betrieb des Kältemittelkreislaufs wenigstens teilweise in dem Latentwärmespeicher aufgenommen wird.
Denkbar ist es, dass zumindest 50 Prozent des Verdampfers zu dem Latentwärmespeichermedium einen Abstand von < 15 mm aufweisen.
Denkbar ist es ferner, dass der Verdampfer unmittelbar mit dem Latentwärmespeichermedium in Verbindung steht bzw. in dieses eingebettet ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Latentwärmespeichermedium zumindest eine erste Wärmeübertragungsfläche von dem Verdampfer in das Latentwärmespeichermedium auf sowie eine zweite Wärmeübertragungsfläche von dem Latentwärmespeichermedium auf eine weiteres Wärmeträgermedium, insbesondere an die Luft in dem gekühlten Innenraum.
Auch in diesem Fall ist vorzugsweise vorgesehen, dass die zweite Wärmeübertragungsfläche größer ist als die erste Wärmeübertragungsfläche.
Zur Förderung der an dem Verdampfer gekühlten Luft ist vorzugsweise wenigstens ein Ventilator vorgesehen.
Es können Steuermittel vorhanden sein, die ausgebildet sind, den Ventilator derart anzusteuern, dass dessen Drehzahl von der Temperaturdifferenz zwischen dem gekühlten Innenraum und dem Latentwärmespeichermedium abhängt.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass Steuermittel vorhanden sind, die ausgebildet sind, den Kompressor derart anzusteuern, dass dieser in Abhängigkeit von der Temperatur des Latentwärmespeichermediums angesteuert wird, wobei der Kompressor bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Latentwärmespeichermediums eingeschaltet wird.
Die Steuermittel können derart ausgebildet sein, dass der Kompressor für eine vorgegebene Zeitspanne eingeschaltet bleibt.
Denkbar ist es weiterhin, dass Steuermittel vorhanden sind, die ausgebildet sind, den Kompressor derart anzusteuern, dass dieser eingeschaltet wird, wenn eine bestimmte Temperatur in dem gekühlten Innenraum überschritten wird und der Ventilator bei maximaler Drehzahl läuft.
Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit wenigstens einem Kältemittelkreislauf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13.
Bevorzugt ist es, wenn der Kältemittelkreislauf als vormontierte Baugruppe an dem Kühl- und/oder Gefriergerät angebracht ist.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
1: eine schematische Längsschnittansicht durch den unteren Teil eines erfindungsgemäßen Kühl- und/oder Gefriergerätes,
2: eine weitere schematische Längsschnittansicht gemäß der Schnittlinie A-A in 1.
1 zeigt mit dem Bezugszeichen 10 den Korpus eines Kühl- bzw. Gefriergerätes gemäß der Erfindung.
Der Korpus weist einen Innenbehälter 12 sowie einen Außenmantel 14 auf. Dazwischen befindet sich eine Wärmedämmung, die als herkömmliche Wärmedämmung, z. B. aus PU-Schaum oder auch aus einer Vollvakuumdämmung bestehen kann.
Dabei wird unter einer Vollvakuumdämmung im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise verstanden, dass der Korpus und/oder das Verschlusselement des Gerätes zu über 90% der Dämmfläche aus einem zusammenhängenden Vakuumdämmraum besteht.
Vorzugsweise sind außer der Vollvakuumdämmung keine weiteren Wärmedämmstoffe vorhanden.
Typischerweise ist die Hülle des Folienbeutels eine diffusionsdichte Umhüllung, mittels derer der Gaseintrag in dem Folienbeutel so stark reduziert ist, dass der gaseintragbedingte Anstieg in der Wärmeleitfähigkeit des entstehenden Vakuumdämmkörpers über dessen Lebensdauer hinweg ausreichend gering ist.
Als Lebensdauer ist beispielsweise ein Zeitraum von 15 Jahren, vorzugsweise von 20 Jahren und besonders bevorzugt von 30 Jahren anzusetzen. Vorzugsweise liegt der durch Gaseintrag bedingte Anstieg in der Wärmeleitfähigkeit des Vakuumdämmkörpers über dessen Lebensdauer bei < 100% und besonders bevorzugt bei < 50%.
Vorzugsweise ist die flächenspezifische Gasdurchgangsrate der Umhüllung < 10^–5 mbar·l/s·m² und besonders bevorzugt < 10^–6 mbar·l/s·m² (gemessen nach ASTM D-3985). Diese Gasdurchgangsrate gilt für Stickstoff und Sauerstoff. Für andere Gassorten (insbesondere Wasserdampf) bestehen ebenfalls niedrige Gasdurchgangsraten vorzugweise im Bereich von < 10^–2 mbar·l/s·m² und besonders bevorzugt im Bereich von < 10^–3 mbar·l/s·m² (gemessen nach ASTM F-1249-90). Vorzugsweise werden durch diese geringen Gasdurchgangsraten die vorgenannten geringen Anstiege der Wärmeleitfähigkeit erreicht.
Bei den oben genannten Werten handelt es sich um exemplarische, bevorzugte Angaben, die die Erfindung nicht beschränken.
Die Vollvakuumdämmung kann in dem Korpus und/oder in dem Verschlusselement, wie beispielsweise einer Tür 100 oder Klappe vorliegen.
Der Kältemittelkreislauf umfasst den Kompressor 20, den Verflüssiger 22, die Kapillare 23 und den Verdampfer 25 sowie die sich zwischen Kompressor 20 und dem Verflüssiger 22 erstreckende Leitung 21 und die sich zwischen dem Verdampfer 25 und dem Kompressor 20 erstreckende Saugleitung.
Diese Komponenten bilden zusammen eine C-förmige Baugruppe, die im vormontierten Zustand auf den Korpus aufgesetzt wird. Zu der Baugruppe gehört des Weitern ein Lüfter 26, der die Aufgabe hat, die durch den Verdampfer gekühlte Luft 26 in den gekühlten Innenraum zu fördern.
Zu der Baugruppe können des weiteren Aktoren, insbesondere Ventile und/oder Steuer- oder Regelungselemente gehören, die den Betrieb des Kältemittelkreislaufes steuern oder regeln.
Der Verflüssiger 22 ist als Rohrleitung ausgeführt die in einem Wasserbad 22 verläuft.
Der Verdampfer 25 ist ebenfalls als Rohrleitung ausgeführt, die in einem Latentwärmespeicher 25' verläuft.
In dem Wasserbad 22' stellt sich aufgrund der Verflüssigerabwärme eine Konvektion ein, die die Abwärme des Verflüssigers in das Bad transportiert und gleichzeitig auf eine große Wärmetauscherfläche übersetzt. Diese konvektive Ankopplung ist notwendig, da durch reine Wärmeleitung keine ausreichende Kopplung an das Flüssigkeitsbad stattfinden kann, ohne dass wahlweise die Länge des Verflüssigers unnötig hoch wird oder die Konstruktion des Verflüssigers z. B. durch Lamellen unnötig komplex wird.
Auf der Verdampferseite befindet sich der PCM-Tank (PCM = Phase change material).
Wie dies aus der Schnittansicht gemäß 2 hervorgeht, verlaufen die Rohre des Verflüssigers 22 sowie die Rohre des Verdampfers 25 größtenteils innerhalb des Wasserbades in dem Wärmetauscher 22' bzw. größenteils in dem Wärmetauscher bzw. Latentwärmespeicher 25'.
Der Wärmetauscher 22 weist eine Mehrzahl von Kanälen 30 auf, die mittels eines oder mehrerer Ventilatoren von Luft durchströmt werden. So ist eine effektive Abfuhr der Verflüssigerabwärme aus dem Bad möglich.
Der Verdampfer 25 ist in dem Latentwärmespeicher 25' angeordnet, der die anfallende Verdampferkälte puffert, während der Kompressor läuft.
Die Oberfläche der Rohrleitungen des Verdampfers und des Verflüssigers ist kleiner als die Oberflächen der Wärmetauscher 22' und 25' zu der Luft, die die Wärmetauscher umströmt.
Das Bezugszeichen 24 in 2 kennzeichnet eine Saugleitung von dem Verdampfer zu dem Kompressor. Diese verläuft durch einen randseitigen Rücksprung R im Korpus bzw. im Vakuumdämmkörper. Die Saugleitung und der Rücksprung sind mittels eines konventionellen Wärmedämmmittels, wie z. B. PU-Schaum gedämmt bzw. überdämmt.
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 Nicht-Patentliteratur

ASTM D-3985 [0036]
ASTM F-1249-90 [0036]

Claims

Kältemittelkreislauf für ein Kühl- und/oder Gefriergerät, mit wenigstens einem Korpus und mit wenigstens einem in dem Korpus angeordneten, gekühlten Innenraum, wobei der Kältemittelkreislauf wenigstens einen Verdampfer und wenigstens einen Verflüssiger sowie wenigstens einen Kompressor aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verflüssiger teilweise oder vollständig in einem Flüssigkeitsbad angeordnet ist, das die Kondensationswärme im Betrieb des Kältemittelkreislaufs zumindest teilweise aufnimmt.
Kältemittelkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbad um Wasser handelt und/oder dass das Flüssigkeitsbad derart ausgebildet ist, dass die Abwärme des Verflüssigers im Flüssigkeitsbad mittels freier oder erzwungener Konvektion verteilt wird.
Kältemittelkreislauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Flüssigkeitsbad eine erste Wärmeübertragungsfläche von dem Verflüssiger in die Flüssigkeit des Flüssigkeitsbades und eine zweite Wärmeübertragungsfläche von der Flüssigkeit auf ein weiteres Wärmeträgermedium aufweist.
Kältemittelkreislauf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Wärmeübertragungsfläche größer ist als die erste Wärmeübertragungsfläche und/oder dass es sich bei dem weiteren Wärmeübertragungsmedium um Luft handelt, wobei vorzugsweise Fördermittel vorhanden sind, mittels derer die Luft entlang der zweiten Wärmeübertragungsfläche gefördert wird.
Kältemittelkreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verflüssiger und/oder der Verdampfer als Rohr ausgebildet ist.
Kältemittelkreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flüssigkeitsbad einen oder mehrere Kanäle aufweist, die von Luft, vorzugsweise von Umgebungsluft durchströmt werden können.
Kältemittelkreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor nicht frequenzgeregelt ist.
Kältemittelkreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer in oder an einem Latentwärmespeichermedium angeordnet ist, so dass die anfallende Verdampfungskälte im Betrieb des Kältemittelkreislaufes wenigstens teilweise in dem Latentwärmespeicher aufgenommen wird.
Kältemittelkreislauf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens 50% des Verdampfers zu dem Latentwärmespeichermedium einen Abstand < 15 mm aufweisen.
Kältemittelkreislauf nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Latentwärmespeichermedium zumindest eine erste Wärmeübertragungsfläche von dem Verdampfer in das Latentwärmespeichermedium aufweist und dass das Latentwärmespeichermedium zumindest eine zweite Wärmeübertragungsfläche von dem Latentwärmespeichermedium auf ein weiteres Wärmeträgermedium aufweist.
Kältemittelkreislauf nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Wärmeübertragungsfläche größer ist als die erste Wärmeübertragungsfläche und/oder dass es sich bei dem weiteren Wärmeübertragungsmedium um Luft handelt, wobei vorzugsweise Fördermittel vorhanden sind, mittels derer die Luft entlang der zweiten Wärmeübertragungsfläche gefördert wird.
Kältemittelkreislauf nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Fördermitteln um zumindest einen Ventilator handelt und dass Steuermittel vorhanden sind, die ausgebildet sind, den Ventilator derart anzusteuern, dass dessen Drehzahl von der Temperaturdifferenz zwischen dem gekühlten Innenraum und dem Latentwärmespeichermedium abhängt.
Kältemittelkreislauf nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Fördermitteln um zumindest einen Ventilator handelt und dass Steuermittel vorhanden sind, die ausgebildet sind, den Ventilator derart anzusteuern, dass dessen Drehzahl von der Temperatur des gekühlten Innenraums abhängt.
Kältemittelkreislauf nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass Steuermittel vorhanden sind, die ausgebildet sind, den Kompressor derart anzusteuern, dass dieser in Abhängigkeit von der Temperatur des Latentwärmespeichermediums angesteuert wird, wobei der Kompressor vorzugsweise bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Latentwärmespeichermediums eingeschaltet wird.
Kältemittelkreislauf nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel derart ausgebildet sind, dass der Kompressor für eine vorgegebene Zeitspanne eingeschaltet bleibt.
Kältemittelkreislauf nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass Steuermittel vorhanden sind, die ausgebildet sind, den Kompressor derart anzusteuern, dass dieser eingeschaltet wird, wenn eine bestimmte Temperatur in dem gekühlten Innenraum überschritten wird und der Ventilator bei maximaler Drehzahl läuft.
Kühl- und/oder Gefriergerät mit wenigstens einem Kältemittelkreislauf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16.
Kühl- und/oder Gefriergerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf als vormontierte Baugruppe an dem Kühl- und/oder Gefriergerät angebracht ist.