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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Haushaltskältegerät mit einem ersten Lagerbereich mit einer ersten Soll-Temperatur und einem zweiten Lagerbereich mit einer zweiten Soll-Temperatur, die niedriger ist als die erste Soll-Temperatur, und mit einem Kältemittelkreis, der einen ersten Verdampfer zum Kühlen des ersten Lagerbereichs und einen zweiten Verdampfer zum Kühlen des zweiten Lagerbereichs umfasst, wobei der zweite Verdampfer dem ersten Verdampfer in dem Kältemittelkreis in Reihe nachgeschaltet ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Haushaltskältegerät mit zwei Lagerbereichen und den Lagerbereichen zugeordneten Verdampfer, wobei der zweite Verdampfer dem Fach mit einer niedrigeren Soll-Temperatur als dem ersten Fach zugeordnet ist, und dem ersten Verdampfer in einem Kältemittelkreis in Reihe nachgeschaltet ist, zu schaffen, bei dem der Lagerbereich höherer Temperatur eine verbesserte Temperaturschichtung aufweist und dessen Verdampfer wenig Aufwand erfordert.
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Die Aufgabe wird durch ein Haushaltskältegerät und gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Die Erfindung betrifft ein Haushaltskältegerät mit einem ersten Lagerbereich mit einer ersten Soll-Temperatur und einem zweiten Lagerbereich mit einer zweiten Soll-Temperatur, die niedriger ist als die erste Soll-Temperatur, einem Kältemittelkreis, der einen ersten Verdampfer zum Kühlen des ersten Lagerbereichs und einen zweiten Verdampfer zum Kühlen des zweiten Lagerbereichs umfasst, wobei der zweite Verdampfer dem ersten Verdampfer in dem Kältemittelkreis in Strömungsrichtung des Kältemittels in Reihe nachgeschaltet ist. Jeder Verdampfer weist eine kältemittelseitige Oberfläche für den Wärmeaustausch mit im Kältemittelkreis zirkulierendem Kältemittel und eine luftseitige Oberfläche für den Wärmeaustausch mit dem dem Verdampfer zugeordneten Lagerbereich auf. Dabei liegt das Verhältnis von kältemittelseitiger Oberfläche zu luftseitiger Oberfläche beim ersten Verdampfer im Bereich 0,12 bis 0,25. Der erste Verdampfer ist ein Plattenverdampfer an einer Rückwand des ersten Lagerbereichs und weist ein Kältemittelrohr mit einem Rohrquerschnitt kleiner als 18 mm2 auf. Der erste Lagerbereich weist einen oberen Teillagerbereich auf, in dem das Haushaltskältegerät nicht mit Lagerschalen ausgestattet ist, wobei die luftseitige Oberfläche des ersten Verdampfers kleiner als 75 % der auf der Rückwand des oberen Teillagerbereichs verfügbaren Fläche beträgt.
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Ein solches Haushaltskältegerät ist insbesondere ein Haushaltskältegerät, in dem in verschiedenen Fächern haushaltsübliche Mengen an Lebensmitteln bei unterschiedlichen Temperaturen gelagert werden und möglicherweise eine Temperaturbehandlung erfahren. Mit Verdampfern, die bei unterschiedlichen Temperaturen betrieben werden, können Lagerfächer auf unterschiedlichen Temperaturen gehalten bzw. betrieben werden.
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Während der oben genannte Stand der Technik in einem Kältegerät mit zwei Lagerbereichen mit seriell angeordneten Verdampfern mit wenig Aufwand für den stromaufwärtigen Verdampfer eine gute Kälteleistung und eine gute Wärmeübertragung im wärmeren Fach bereit stellt, wendet sich diese Erfindung an eine weiter verbesserte Temperaturschichtung durch Gestaltung der Wärmeübertragung in unterschiedlichen Höhen des wärmeren Fachs.
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Die kältemittelseitige Oberfläche ist die innere Oberfläche des Kältemittelrohres und kann bei rundem Rohrquerschnitt aus Innendurchmesser und Länge des Rohres auf der Verdampferplatte ermittelt werden. Die luftseitige Oberfläche ist die Fläche der Verdampferplatte.
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Der Rohrquerschnitt kleiner als 18 mm2 ist die von der Rohrwandung eingeschlossene Querschnittsfläche, die von Kältemittel durchströmt wird. Diese Querschnittsfläche ist kleiner als die übliche Querschnittsfläche der Kältemittelrohre heutiger Haushaltskältegeräte.
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Aufgrund der guten Wärmeübertragung des ersten Verdampfers ist es in dem Haushaltskältegerät nicht erforderlich, dass der Verdampfer die gesamte Fläche der Rückwand des ersten Lagerbereichs, auch nicht des oberen Teillagerbereichs einnimmt. Die luftseitige Oberfläche des Verdampfers beträgt kleiner als 75 %, vorzugsweise kleiner als 65 %, noch bevorzugter kleiner als 55 % , der auf der Rückwand des oberen Teillagerbereichs verfügbare Fläche.
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Das Haushaltskältegerät kann in einem unteren Teillagerbereich des ersten Lagerbereichs mit Lagerschalen ausgestattet sein. Solche Lagerschalen können für die Lagerung von Gemüse oder als Kaltlagerbereich vorgesehen sein. Derartige Lagerschalen gehören bezüglich der Lagertemperatur zum ersten Lagerbereich, können aber eigene Solltemperaturen aufweisen, die von einer durchschnittlichen Solltemperatur des ersten Lagerbereichs um wenige °C abweichen.
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Vorzugsweise werden diese optionalen Lagerschalen nicht durch einen Verdampfer gekühlt, der in der Rückwand direkt hinter den Schalen angeordnet ist, sondern durch den ersten Verdampfer über eine geeignete Luftführung.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung beträgt eine Breite des ersten Verdampfers kleiner als 80% einer Breite des ersten Lagerbereichs. Im ersten Lagerbereich, üblicherweise einem Kühlfach, kann eine gewünschte Temperaturverteilung mit einer ausreichenden Höhe des Verdampfers erreicht werden; indem die Flächenreduktion durch einen Verdampfer genutzt wird, der schmaler als die Rückwand ist.
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Durch die Wahl eines dünneren Kältemittelrohres als üblich, vorzugsweise mit einem Außendurchmesser kleiner oder gleich 5 mm, ist ein längeres Kältemittelrohr als üblich erforderlich, um das Verhältnis von kältemittelseitiger Oberfläche zu luftseitiger Oberfläche im ersten Verdampfer zu erfüllen. Diese vergrößerte Rohrlänge wird dazu genutzt, durch Belegung der Verdampferplatte mit Rohrschleifen Bereiche der Verdampferplatte unterschiedlich zu kühlen.
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Vorzugsweise grenzt eine Oberseite des Verdampfers an eine Decke des ersten Lagerbereichs. Die Decke umfasst die diesem Sinne eine mögliche Rundung in einer Kante zwischen Rückwand und Decke. So kann die bei natürlicher Konvektion wärmste Region des ersten Lagerbereichs intensiv gekühlt werden.
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Vorzugsweise ist die Einspritzstelle seitlich des Verdampfers angeordnet mit dem Vorteil einer gut gekühlten obersten Ecke des Verdampfers.
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Vorzugsweise weist der Plattenverdampfer eine Einspritzstelle nahe einem oberen Rand auf. Damit wird der Fluss des Kältemittels durch die Gravitation unterstützt.
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Der Einspritzbereich ist bevorzugt geneigt, um dem gerade an dieser Stelle sehr langsamen Kältemittelstrom zusätzlich eine klare Richtung über Gravitation mitaufzuprägen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der gesamte Rohrverlauf von der Einspritzstelle des stromaufwärtigen Verdampfers bis zum Beginn des stromabwärtigen Verdampfers fallend gestaltet, um unbeabsichtigte Kältemittelakkumulation in jeglichen Rohrbereichen zu vermeiden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Rohrführung des ersten Verdampfers in einer Zone in Strömungsrichtung kurz nach der Einspritzstelle dichter umgesetzt als in den darunter liegenden Rohrabschnitten. Mit der größeren Rohrlänge pro Verdampferfläche kurz nach der Einspritzstelle als in den unteren Bereichen des Verdampfers kann eine nahezu homogene Temperaturverteilung auf der Verdampferfläche erreicht werden mit dem weiteren Vorteil einer gleichmäßigen Reifbeladung des Verdampfers.
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Vorteilhaft ist die Rohrführung des Plattenverdampfers unterhalb der Zone stetig weniger dicht umgesetzt ist.
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Vorzugsweise ist die Rohrführung des Plattenverdampfers unterhalb der Zone mit stetig abnehmender horizontaler Breite von Rohrmäandern umgesetzt.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Plattenverdampfer eine stetige Rohrneigung in Flussrichtung des Kältemittels nach unten auf. Damit wird der Fluss des Kältemittels durch die Gravitation unterstützt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Plattenverdampfer eine stetige Rohrneigung in Flussrichtung des Kältemittels nach unten auf. Vorzugsweise beträgt die Rohrneigung größer als 2°.
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Der Plattenverdampfer ist vorzugsweise ein Rollbond-Verdampfer, ein Tube-on-Sheet (TOS) Verdampfer, oder ein Tube-on-Foil (TOF) Verdampfer.
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Unterhalb des ersten Lagerbereichs kann eine Lagerschale angeordnet sein, wobei eine Unterkante des Plattenverdampfers mindestens 50 mm oberhalb einer Oberkante der Lagerschale angeordnet ist.
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Vorzugsweise ist die Unterkante des Plattenverdampfers höchstens 200 mm oberhalb einer Oberkante der Lagerschale angeordnet.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist ein Haushaltskältegerät als Kühl-Gefrier-Kombination mit einem Kühllagerbereich und einem Gefrierlagerbereich. Dabei ist der im Kältemittelkreislauf in Strömungsrichtung erste Verdampfer dem Kühllagerbereich und der in Reihe von zweite Verdampfer dem Gefrierlagerbereich zugeordnet.
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In diesem Kältegerät fließt bei Betrieb des Kühlfachverdampfers flüssiges Kältemittel schnell durch den stromaufwärtigen Kühlfach-Verdampfer und der Gefrierfach Verdampfer ist gut mit flüssigem Kältemittel gefüllt. Da sich zwischen Kühlfach-Verdampfer und Gefrierfach Verdampfer keine Drosselstelle befindet sind deren Verdampfungsdrücke und Verdampfungstemperaturen ungefähr gleich.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Kühl-Gefrier-Kombination ist ein sogenannter Bottom Freezer mit einem Kühllagerbereich oben und einem Gefrierlagerbereich darunter. Hier kann vorzugsweise die Verbindung zwischen den Verdampfern mit einem stetigen Gefälle erfolgen, sodass keine Akkumulation von Kältemittel zwischen den Verdampfern stattfindet. Ein Verdampferrohrlayout kann so gewählt werden, dass das Rohrende am Kühlfach Verdampfer auf der gegenüberliegenden Seite zum Verbindungsrohr platziert wird. Damit wird durch die freie Verlegung des Rohres ein Längenausgleich, welche für die Montage in der Fertigung hilfreich ist, ermöglicht.
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Eine erste Variante eines solchen Kältegeräts enthält den ersten und zweiten Verdampfer in Reihe ohne Einmündung eines Kältemittelrohres dazwischen. Diese Ausgestaltung beschreibt ein Kältegerät, bei dem beide Verdampfer immer gleichzeitig betrieben werden und von derselben Kältemittelmenge durchströmt werden. Diese Bauform vermeidet Verzweigungen und erfordert weniger Ventile im Kältemittelkreislauf.
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In diesem Kältegerät kann nur der wärmere der Lagerbereiche mit einem Temperatursensor versehen und geregelt sein. Das Kältegerät ist dann üblicherweise so gestaltet, dass die Soll-Temperatur des kälteren Fachs zur meist geringfügig unterschritten wird. Die Erfindung verbessert in diesem Kältegerät die Füllung des stromabwärtigen Verdampfers mit flüssigem Kältemittel, insbesondere nach einem Verdichter Anlauf. Da beide Verdampfer gleichzeitig betrieben werden und somit eine energetisch vorteilhafte Ausnutzung der gesamten Wärmeübertrager-Oberflächen erreicht wird, erreicht man einen sehr effizienten Betrieb des Gerätes.
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Eine zweite Variante eines solchen Kältegeräts enthält den ersten und zweiten Verdampfer in Reihe mit einer Einmündung eines Kältemittelrohres dazwischen. Diese Ausgestaltung beschreibt ein Kältegerät, bei dem in einem ersten Kreis beide Verdampfer immer gleichzeitig betrieben werden und von derselben Kältemittelmenge durchströmt werden. In einem zweiten Kreis wird nur der stromabwärtige Verdampfer betrieben.
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In diesem Kältegerät können beide Lagerbereiche mit je einem Temperatursensor versehen unabhängig voneinander regelbar sein. Die meiste Zeit werden beide Verdampfer in Serie betrieben, jedoch kann hin und wieder der Verdampfer des kälteren Lagerbereichs alleine betrieben werden, um dessen Solltemperatur genau einzuhalten. Damit kann eine weiter verbesserte Energieeffizienz erreicht werden, da auch das kältere Fach immer mit seiner Soll-Temperatur betrieben wird..
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Bei einem Betrieb beider Verdampfer in Serie kann mit Lüftern in einem oder beiden Lagerbereichen bzw. an einem oder beiden Verdampfern eine Abstimmung der Lagerbereiche bezüglich ihrer Soll-Temperaturen in einem geringen Umfang geändert werden.
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Eine weitere Ausgestaltung der ersten Variante des Kältegeräts weist einen Lüfter am Verdampfer des stromaufwärtigen Fachs auf, und eine Steuerung, die bei niedrigen Umgebungstemperaturen dessen Lüfter Drehzahl absenkt und/oder bei hohen Umgebungstemperaturen dessen Lüfter Drehzahl anhebt.
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Eine andere Ausgestaltung der ersten Variante des Kältegeräts weist einen Lüfter am Verdampfer des stromabwärtigen Fachs auf, und eine Steuerung, die dessen Lüfter Drehzahl steuert. Damit wird ein Regelbereich erweitert, in dem die Soll-Temperaturen beider Lagerbereiche gleichzeitig im seriellen Betrieb der Verdampfer eingehalten werden können.
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Das Haushaltskältegerät kann im ersten Lagerbereich einen unteren Teillagerbereich mit Lagerschalen aufweisen. Der untere Lagerbereich samt den Schalen wird durch den ersten Verdampfer im oberen Teillagerbereich mit gekühlt, Das Haushaltskältegerät kann vorteilhaft so gestaltet sein, dass an der Rückwand vor dem Verdampfer eine Kaltluftströmung entsteht, die entlang der Rückwandzu den Lagerschalen strömt.
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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 eines erfindungsgemäßen Haushaltskältegeräts;
- 2 eine schematische Darstellung der Anordnung von Verdampfern eines erfindungsgemäßen Haushaltskältegeräts; und
- 3 eine schematische Darstellung eines Plattenverdampfers eines erfindungsgemäßen Haushaltskältegeräts.
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In den verschiedenen Ausführungsformen werden funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugsziffern bezeichnet, ähnliche Elemente mit gestrichenen Bezugsziffern.
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In 1 ist ein Haushaltskältegerät 10 als eine Kühl- und Gefrierkombination gezeigt, deren wärmeisolierendes Gehäuse 11 zwei durch eine wärmeisolierende Zwischenwand 12 thermisch voneinander getrennte, vertikal übereinander angeordnete und mit separaten Türen 13 und 14 verschließbare erste und zweite Lagerbereiche 15, 16 aufweist. Dabei ist der höherliegende, mit der Tür 13 verschließbare erste Lagerbereich 15 als Kühlfach ausgebildet, welches mit in vertikalen Abständen übereinander angeordneten, zum Abstellen von Kühlgut dienenden Etageren 17 ausgestattet ist.
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Der andere unterhalb dem Kühlfach angeordnete, von diesem durch die wärmeisolierende Zwischenwand 12 getrennte zweite Lagerbereich 16 ist als Gefrierfach ausgebildet, welches zur Aufnahme von Gefriergut schubladenartig ausziehbare Gefriergutbehälter 18 aufweist.
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Sowohl das Kühlfach als auch das Gefrierfach ist zur Aufrechterhaltung seiner bestimmungsgemäßen Lagerbereichs Temperatur mit Verdampfern ausgestattet, von denen der Verdampfer 20 des ersten Lagerbereichs 15 als Plattenverdampfer an einer Rückwand 19 des ersten Lagerbereichs 15 angedeutet ist. Die Verdampfer sind in einem nicht gezeigten Kältekreis eingebunden, innerhalb welchem ein die Verdampfer mit flüssigem Kältemittel versorgender Verdichter angeordnet ist.
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Der erste Lagerbereich 15 weist einen oberen Teillagerbereich 28, in dem das Haushaltskältegerät 10 nicht mit Lagerschalen ausgestattet ist, und einen unteren Teillagerbereich 29, in dem Lagerschalen 21 angeordnet sind, auf, Die Lagerschalen 21 sind durch eine Abdeckung 22 geschlossen. Der Abstand 23 von der Abdeckung 22 zur Unterkante des Verdampfers 20 beträgt zwischen 50 und 200 mm.
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Die Breite 24 des Verdampfers 20 ist kleiner als 80 % der Breite 25 der Rückwand 19 des ersten Lagerbereichs 15.
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Die Verdampferplatte 27 des ersten Verdampfers 20 ist mit ihrer luftseitigen Oberfläche dem ersten Lagerbereich zugewandt, um die Luft des ersten Lagerbereichs zu kühlen. Die luftseitige Oberfläche der Verdampferplatte 27 bzw. des ersten Verdampfers 20 beträgt kleiner als 60 % der Fläche der Rückwand 19 des ersten Lagerbereichs 15.
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2 zeigt eine Anordnung von erstem Verdampfern 20' und zweitem Verdampfer 30 des Haushaltskältegeräts 10 aus 1.
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Der erste Verdampfer 20' ist ausgeführt als Tube-on-Sheet (TOS) Verdampfer mit einem Kältemittelrohr 31 auf einer Verdampferplatte 27'. Die Verdampferplatte 20' ist an einer Rückwand 19' des ersten Lagerbereichs 15 angeordnet, wobei die Breite 24' der Verdampferplatte 27' kleiner als 80 % der Breite 25' der Rückwand 19' beträgt.
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Der Verdampfer 20' kann hinter einer Wand eines Innenbehälters angeordnet sein mit dem Kältemittelrohr aus der von den Innenbehälter abgewandten Seite.
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Eine Einspritzstelle 34 ist seitlich außerhalb der oberen rechten Ecke der Verdampferplatte 27' angeordnet. Das Kältemittelrohr 31 ragt an der oberen rechten Ecke der Verdampferplatte 27' über die Verdampferplatte hinaus Die Rohrführung auf der Verdampferplatte wird in einer Zone 33 kurz nach einer Einspritzstelle 34 dichter umgesetzt als in den nachfolgenden Rohrabschnitten.
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Dabei wird eine stetige Rohrneigung des Kältemittelrohrs 31 nach unten beibehalten, um in diesem Rohrabschnitt Akkumulation von Kältemittel durch Gravitation zu vermeiden. Durch das stetig fallende Rohrverlaufsdesign wird die Verschachtelung von Rohrmäander generell vermieden. Dadurch ergibt sich bezüglich Herstellung ein relativ einfacher Rohrverlauf.
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Bei dem Kältemittelrohr 31 schließt an dem Verdampfer Austritt 36 ein Verbindungabschnitt 37 zu dem zweiten Verdampfer 30 an, der mit einer stetigen Neigung verläuft. Dass Kältemittelrohr 31 kann in dem Abschnitt auf der Verdampferplatte 27' einen anderen Durchmesser als in dem Verbindungabschnitt 37 aufweisen.
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Der Verdampfer 30 kann ein Lamellenverdampfer oder ein Wickelverdampfer sein.
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Eine erste Kapillare 38 verläuft in einem Isoliermaterial zu der Einspritzstelle 34.
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In 2 ist eine optionale zweite Kapillare 39 eingezeichnet, die in das Kältemittelrohr 31 bei Einmündung 32 einmündet und am Eingang des zweiten Verdampfers 30 in dem Kältemittelrohr 31 eine Einspritzstelle 40 bildet. Die optionale zweite Kapillare 39 ermöglicht ein Zwei-Kreis-Kältegerät mit einer sogenannten Zwischeneinspritzung von Kältemittel in den stromabwärtigen Verdampfer.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform des ersten Verdampfers 20" mit mehreren voneinander unabhängigen Änderungen gegenüber dem ersten Verdampfer 20' aus 2.
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Die Einspritzstelle 34' des Kältemittelrohres 31' ist nun nicht mehr seitlich, sondern oberhalb der Verdampferplatte 27".
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Unterhalb der Zone 33' ist die Rohrführung nun stetig weniger dicht umgesetzt. Einerseits nimmt die horizontale Breite der Rohrmäander anderer stetig ab. Andererseits werden die Rohrmäander in vertikaler Richtung auseinander gezogen, so das ihr vertikaler Abstand zunehmend größer wird.
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Der erste Verdampfers 20" hat eine sich nach unten verjüngende Verdampferplatte 27".
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BEZUGSZEICHENLISTE
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- 10
- Haushaltskältegerät
- 11
- Gehäuse
- 12
- Zwischenwand
- 13, 14
- Tür
- 15
- erster Lagerbereich
- 16
- zweiter Lagerbereich
- 17
- Etagere
- 18
- Gefriergutbehälter
- 19, 19'
- Rückwand
- 20, 20', 20"
- erster Verdampfer
- 21
- Lagerschale
- 22
- Abdeckung
- 23
- Abstand
- 24, 24', 25
- Breite
- 27, 27'
- Verdampferplatte
- 28
- oberer Teillagerbereich
- 29
- unterer Teillagerbereich
- 30
- zweiter Verdampfer
- 31, 31'
- Kältemittelrohr
- 32
- Einmündung
- 33, 33'
- Zone
- 34, 34'
- Einspritzstelle
- 36
- Verdampfer Austritt
- 37
- Verbindungabschnitt
- 38
- erste Kapillare
- 39
- zweite Kapillare
- 40
- Einspritzstelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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