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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit einem Kältemittelkreislauf umfassend einen Verflüssiger, einen Verdampfer, einen Kompressor und ein Drosselelement, das zwischen dem Verflüssiger und dem Verdampfer angeordnet ist.
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Derartige Geräte sind aus dem Stand der Technik bekannt. Das Kältemittel durchströmt den Verflüssiger, sodann das Drosselelement, gelangt von diesem in den Verdampfer, in dem das Kältemittel verdampft und dabei Wärme aufnimmt und sodann in den Kompressor. Von dem Kompressor strömt das Kältemittel in den Verflüssiger, in dem es in den flüssigen Zustand übergeht und dabei Wärme abgibt.
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Als Drosselelement wird üblicherweise eine Kapillare verwendet, die sich zwischen dem Verflüssiger und dem Verdampfer befindet und in der das Kältemittel einen Druckverlust erfährt. Ein Nachteil von Kapillaren besteht in der fehlenden Möglichkeit der Massenflusseinstellung, um eine Minimierung des Energieverbrauchs bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen, wie z.B. 16 °C und 32 °C zu erreichen. Weitere bekannte Drosselelemente sind thermische Expansionsventile (TEVs) und elektronische Expansionsventile, mittels derer der Massenfluss einstellbar ist. Nachteile dieser Ventile sind die hohen Kosten und der komplexe Aufbau.
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Da Haushalts kühl- und/oder Gefriergeräte bislang nur für eine Umgebungstemperatur (25 °C) ausgelegt waren, bestand bislang keine Notwendigkeit für ein Drosselelement, mittels dessen der Massenfluss an Kältemittel einstellbar bzw. regelbar ist. Aufgrund der „Global Standard“ Energieverbrauchsmessung, die bei unterschiedlichen Temperaturen (16 °C & 32 °C) stattfindet, ist diese Notwendigkeit nun gegeben.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Drosselelement zu schaffen, mittels dessen der Massenfluss von Kältemittel durch das Drosselelement veränderbar ist und das einen vergleichsweise einfachen Aufbau aufweist. Mit einem solchen Drosselelement soll gegenüber der Verwendung einer Kapillare als Drosselelement ein energetischer Vorteil erzielt werden.
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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 Drosselelement in einem Leitungsabschnitt zwischen dem Verflüssiger und dem Verdampfer angeordnet ist und eine sich in Längsrichtung des Leitungsabschnitts erstreckende Gleitfläche aufweist, wobei das Drosselelement einen relativ zu der Gleitfläche in Längsrichtung des Leitungsabschnitts verschieblich angeordneten und für Kältemittel durchlässigen porösen Körper aufweist.
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Vorzugsweise liegt der poröse Körper mit seiner Außenseite zumindest teilweise an der Gleitfläche an.
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Weiter vorteilhaft ist es, wenn eine Feder vorgesehen ist, die mit dem porösen Körper derart in Verbindung steht, dass die Feder auf den porösen Körper eine in Längsrichtung des Leitungsabschnitts wirkende Kraft ausübt, wobei die Gleitfläche und der Körper derart angeordnet sind, dass der Körper in wenigstens einer Position des Körpers in Längsrichtung des Leitungsabschnitts über die Gleitfläche übersteht.
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Die Erfindung umfasst somit ein mechanisch arbeitendes, selbst-einstellendes Drosselelement mit einer Feder und mit einem porösen Körper, vorzugsweise Sinterkörper zur Realisierung des Expansions- bzw. Drosselvorgangs.
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Je nachdem, wie weit der Körper mit der Gleitfläche überlappt, ergibt sich ein größerer oder kleinerer Druckwiderstand und somit ein entsprechend variabler Massenstrom des Kältemittels.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass sich die Feder auf der Seite des Drosselelementes befindet, das fluidisch mit dem Verflüssiger verbunden ist, d.h. auf der Einlassseite des Drosselelementes.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Leitungsabschnitt und der Körper im Querschnitt kreisrund ausgebildet sind. Denkbar sind jedoch auch andere Geometrien.
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Die Gleitfläche, an der der Körper entlang gleitet, kann einen integralen Bestandteil des Leitungsabschnittes bilden oder auch als gesondertes Element ausgeführt sein.
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Vorzugsweise arbeitet das Drosselelement rein mechanisch und weist keine elektrischen oder elektronischen Elemente auf.
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Die genannte Feder ist vorzugsweise derart angeordnet, dass diese mit zunehmender Druckdifferenz zwischen der Eingangs- und Ausgangsseite des Drosselelementes gedehnt wird.
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Der Körper ist derart in dem Leitungsabschnitt angeordnet, dass die Kontaktfläche zwischen der Außenseite des Körpers und der Gleitfläche und somit der Strömungswiderstand mit zunehmender Druckdifferenz zwischen der Eingangs- und Ausgangsseite des Drosselelementes zunimmt oder abnimmt.
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Vorzugsweise liegt der Körper zumindest in einer und besonders bevorzugt in allen Positionen des Körpers vollumfänglich an der Gleitfläche an.
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Denkbar ist es, dass ein Anschlag für den Körper vorgesehen ist, der dessen Bewegung in Längsrichtung des Leitungsabschnitts begrenzt.
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An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „ein“ und „eine“ nicht zwingend auf genau eines der Elemente verweisen, wenngleich dies eine mögliche Ausführung darstellt, sondern auch eine Mehrzahl der Elemente bezeichnen können. Ebenso schließt die Verwendung des Plurals auch das Vorhandensein des fraglichen Elementes in der Einzahl ein und umgekehrt umfasst der Singular auch mehrere der fraglichen Elemente.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Die einzige Figur zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel (oben), bei dem der Strömungswiderstand des Drosselelementes für das Kältemittel mit zunehmender Druckdifferenz zwischen Eingangsdruck p1 auf der Einlassseite E und Ausgangsdruck p2 auf der Auslassseite A zunimmt, während dieser bei dem zweiten Ausführungsbeispiel (unten) in diesem Fall abnimmt.
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Das Bezugszeichen 1 kennzeichnet das Drosselelement gemäß der Erfindung. Das Kältemittel strömt auf der Einlassseite E in das Drosselelement ein und auf der Auslassseite A aus diesem wieder aus.
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Das Bezugszeichen 10 kennzeichnet eine Feder, die oben ortsfest und unten an der Oberseite des porösen und für das Kältemittel durchlässigen Körpers 20 angeordnet ist und diesen hält.
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Das Bezugszeichen 30 kennzeichnet das Gleitelement mit einer Innenseite, die an der Außenseite des Körpers anliegt, wobei der Körper 20 entlang der Innenseite des Gleitelementes 30 in Längsrichtung des Leitungsabschnitts verschieblich ist.
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Die Länge, in der der Körper mit dem Gleitelement in Kontakt steht, ist mit L bezeichnet.
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Das Bezugszeichen 40 ist ein Anschlag, der eine Endposition des Körpers begrenzt.
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Der Drosselvorgang findet in einem porösen Medium 20 statt, das sich innerhalb eines Zylinders befindet. Der poröse Körper 20 ist in axialer Richtung verschiebbar und weist in dieser Richtung eine Flüssigkeitsdurchlässigkeit auf, während er zu den radialen Wandflächen hin je nach Position durch den Kontakt mit der Gleitfläche abgedichtet ist. Der poröse Körper 20 ist mit einer Feder 10 verbunden, die sich entweder auf der Hoch- (E) oder auf der Niederdruckseite (A) des Systems befinden kann.
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Geeignete Federtypen für diese flexible Lagerung können insbesondere Wellenfedern, Schraubenfedern und Tellerfedern sein. Der Stellbereich kann durch Endlagenkanten 40 begrenzt werden. Je nach gewünschter Änderung des Strömungswiderstandes kann der poröse Körper 20 auf zwei verschiedene Arten positioniert werden:
- In dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Körper 30 so angeordnet, dass dieser mit zunehmender Druckdifferenz p1 - p2 weiter in das Gleitelement einschoben wird, so dass sich die Länge L und damit der Strömungswiderstand für das Kältemittel vergrößert, da sich die freie Oberfläche des Körpers, d.h. die Fläche, die nicht mit dem Gleitelement in Kontakt steht und damit der zu durchströmende Bereich des Körpers verkleinert. Im vollständig eingefahrenen Zustand liegt der Körper 30 mit seiner Unterseite an dem unten am Gleitelement angeordneten Anschlag 40 an.
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Eine Erhöhung des Eingangsdrucks oder eine Verringerung des Ausgangsdrucks verschiebt den Sinterkörper 20 in axialer Richtung in den radial abgedichteten Zylinder. Die effektive Drossellänge L nimmt zu. Der Strömungswiderstand des Bauteils nimmt ebenfalls zu.
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In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist der Körper 30 so angeordnet, dass dieser mit zunehmender Druckdifferenz p1 - p2 weiter aus dem Gleitelement herausgeschoben wird, so dass sich die Länge L und damit der Strömungswiderstand für das Kältemittel verkleinert, da sich die freie Oberfläche des Körpers, d.h. die Fläche, die nicht mit dem Gleitelement in Kontakt steht und damit der zu durchströmende Bereich des Körpers vergrößert. Im vollständig eingefahrenen Zustand liegt der Körper 30 mit seiner Oberseite an dem oben am Gleitelement angeordneten Anschlag 40 an. Eine Erhöhung des Eingangsdrucks oder eine Abnahme des Ausgangsdrucks verschiebt den Sinterkörper in axialer Richtung aus dem radial abgedichteten Zylinder. Die effektive Drosselklappenlänge nimmt ab. Der Strömungswiderstand des Bauteils nimmt ebenfalls ab.
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Die Erfindung kombiniert zwei bekannte Ansätze auf neuartige Weise. Diese Ansätze sind:
- - Drosselung von Kältemittel in einem porösen Medium: Ein großer Vorteil des porösen Mediums ist die deutlich reduzierte Emission von flüssigkeitsinduziertem Lärm im Vergleich zur Verwendung von Kapillaren.
- - Anpassung des Strömungswiderstandes durch ein mechanisch selbstjustierendes Federsystem.
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Das Kältemittel erfährt in dem Drosselelement vorzugsweise eine isenthalpe Expansion.
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Die Federkennlinie sollte entsprechend der energetisch optimierten Änderung des Massenstroms ausgelegt werden. Bei einer gelungenen Konstruktion sollte die poröse Kältemitteldrosselanlage zu einem geringeren Energieverbrauch der Geräte im Vergleich zu Kapillarrohrsystemen führen. Darüber hinaus ist sie deutlich kostengünstiger als elektronische Expansionsventile.
