DE10225833A1

DE10225833A1 - Kältemaschine

Info

Publication number: DE10225833A1
Application number: DE2002125833
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Dehen
Original assignee: CHRISTIANI GmbH
Current assignee: CHRISTIANI GmbH
Priority date: 2002-06-11
Filing date: 2002-06-11
Publication date: 2004-01-08

Abstract

Die erfindungsgemäße kompakte Kältemaschine unterscheidet sich von bekannten Modellen im Wesentlichen dadurch, dass am oder im Gehäuse Anschlussmittel zum Anschließen einer weiteren Kondensatoreinheit vorgesehen sind. Das bedeutet, dass ein weiterer externer Kondensator parallel, in Reihe oder alternativ zum internen Kondensator der kompakten Kältemaschine genutzt werden kann. Dieser externe Kondensator kann daher an Orten mit zum Verflüssigen günstigeren Bedingungen, z. B. außerhalb der Backstube oder im Freien, betrieben werden. Der externe Kondensator kann parallel oder alternativ zum internen Kondensator der Kältemaschine betrieben werden, wobei vorteilhafterweise die Steuerung über ein Thermostat und ein Zwei-Wege-Ventil erfolgt, welches in Abhängigkeit von der im Bereich des internen Kondensators vorherrschenden Temperatur abwechselnd den internen oder externen Kondensator in den Kältemittelkreislauf schaltet. DOLLAR A Beide Kondensatoren können auch in Reihe geschaltet sein, wobei das Kältemittel zwar beide Kondensatoren durchströmt, aber über ein Thermostat oder beispielsweise eine elektrische Schaltung wahlweise der interne oder externe Kondensator betreibbar ist. Die Kondensatoren sind beispielsweise dadurch aktivierbar, dass der Kondensatorlüfter angeschaltet wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kältemaschine, insbesondere eine solche mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren zur Installation und zum Betreiben derselben.

Zum Kühlen von Räumen oder Behältern werden klimatechnische Anlagen verwendet, deren einzelne Komponenten von Handwerksbetrieben am Einsatzort individuell zusammengebaut werden. Der Verdampfer nutzt die Wärme des zu kühlenden Raumes um das Kältemittel zu verdampfen und entzieht damit dem Raum Wärme, Das verdampfte Kältemittel wird anschließend über einen Kompressor verdichtet und damit weiter erwärmt, Das Kältemittel durchströmt anschließend einen Verflüssiger, in dem dos Kältemittel sich abkühlt, wobei es an die Umgebung Wärme abgibt. Der Verflüssiger ist daher außerhalb des zu kühlenden Raums, beispielsweise neben einer Kühltruhe oder außerhalb des Gebäudes aufgebaut. Die einzelnen, zuvor genannten Komponenten sind jeweils über eine Rohrleitung zum Führen des Kältemittels miteinander verbunden. Das Verlöten der Rohre, sowie das Befüllen der Anlage mit einem unter Druck stehenden Kühlmittel kann nur von Personen mit handwerklicher Befugnis durchgeführt werden, weshalb die Installation mit weiteren Kosten verbunden ist. Beispiele für derartige Kühlanlagen sind Kühlräume und Klimaanlagen.

Steckerfertige kompakte Kühlgeräte bestehen aus einem einzigen Block, in dem die Verdampfungs- und Kondensationseinheiten, sowie Kompressor, Steuereinheiten und dergleichen untergebracht sind. Die Vorteile dieser Bauweise sind die folgenden: Die Anlage kann mit allen Zubehörteilen in besonders ausgerüsteten Zellen vormontiert und geprüft werden. Die Anlage ist gebrauchsfertig, das heißt es muss lediglich ein Stecker in die Steckdose gesteckt werden. Dazu ist keine handwerkliche Befugnis erforderlich. Die Installationskosten sind daher gering und die Installation kann auch kurzfristig erfolgen. Bei technischen Defekten sind die Anlagen einfach austauschbar. In der Kühlzelle wird nur wenig Raum verbraucht, da beispielsweise eine auf der Kühlzelle aufliegende Kompakteinheit nur in sehr geringem Maß in die Kühlzelle hereinragt. Die Kompakteinlage ist schließlich preiswert, da sie in Serie unter Fabrikbedingungen zu produzieren ist, das heißt die Verbindung der einzelnen Einheiten wird nicht, wie beim Kühlhandwerk üblich, vor Ort unter Berücksichtigung der individuellen Bedingungen vorgenommen.

Beispiele für derartige kompakte Kältemaschinen sind z.B. Kühlschränke und steckerfertigen Kühlgeräte für Kühlräume, d.h. solche, die an die Öffnung einer Kühlzelle angesetzt werden.

Ein weiterer Vorteil der Kompaktblöcke ist, dass die Abwärme, die am außerhalb der Kühlzelle befindlichen Kondensator anfällt, beispielsweise zur Beheizung des Raums beiträgt und nicht ungenutzt außerhalb des Gebäudes abgegeben wird. Darin liegt jedoch auch der Nachteil der Kompaktanlagen, z. B, wenn die Temperaturen im Raum zu hoch sind und der Kondensator nicht mehr hinreichend gekühlt werden kann.

Durch die serienmäßige Fertigung sind die Kennwerte der Kompaktanlagen gut bekannt, Im Gegensatz zur individuellen Installation können diese daher mit weniger Sicherheitszuschlägen, das heißt Reserveleistungen, ausgelegt sein, wodurch sich die Anschaffungskosten weiter verringern, Bei besonderen Situationen, z.B. an Sommertagen, kann es dagegen vorkommen, dass die Kompaktanlagen überfordert sind, das heißt der Kondensator oder Verflüssigen wegen der hohen Raumtemperatur nicht in der Lage ist, die zum Betrieb notwendige Wärme an die Umgebung abzugeben. Die in der Kühlzelle gewünschte Temperatur kann daher nicht gehalten werden, weshalb die Anlage ohne Unterbrechung läuft, wodurch der Raum weiter aufgeheizt wird. Daher sind derartige Anlagen z.B. für Bäckereien wenig geeignet.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Kältemaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu verbessern, um die zuvor genannten Nachteile zu vermeiden ohne die Vorteile einer Kompaktanlage aufzugeben.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kältemaschine oder einen externen Kondensator nach den unabhängigen Ansprüchen, sowie durch ein Verfahren zum Betreiben bzw, zur Installation derselben. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße kompakte Kältemaschine unterscheidet sich von bekannten Modellen im wesentlichen dadurch, dass am oder im Gehäuse Anschlußmittel zum Anschließen einer weiteren Kondensatoreinheit vorgesehen sind. Das bedeutet, dass ein weiterer externer Kondensator parallel, in Reihe oder alternativ zum internen Kondensator der kompakten Kältemaschine genutzt werden kann. Dieser externe Kondensator kann daher an Orten mit zum Verflüssigen günstigeren Bedingungen, z.B. außerhalb der Backstube oder im Freien, betrieben werden, Der externe Kondensator kann parallel oder alternativ zum internen Kondensator der Kältemaschine betrieben werden, wobei vorteilhafterweise die Steuerung über ein Thermostat und ein Zwei-Wege-Ventil erfolgt, welches in Abhängigkeit von der im Bereich des internen Kondensators vorherrschenden Temperatur abwechselnd den internen oder externen Kondensator in den Kältemittelkreislauf schaltet.

Beide Kondensatoren können auch in Reihe geschaltet sein, wobei das Kältemittel zwar beide Kondensatoren durchströmt, aber über ein Thermostat oder beispielsweise eine elektrische Schaltung wahlweise der interne oder externe Kondensator betreibbar ist, Die Kondensatoren sind beispielsweise dadurch aktivierbar, dass der Kondensatorlüfter angeschaltet wird.

Daraus ergeben sich folgende Vorteile der erfindungsgemäßen Kältemaschine gegenüber denn Stand der Technik; Standardmäßige steckerfertige Kompaktgeräte müssen bei der Produktion nur geringfügig, das heißt durch Vorsehen von weiteren Anschlüssen, geändert werden, Mit nur geringem zusätzlichem Kostenaufwand wird also ein erweiterbares Kompaktgerät hergestellt, welches kostengünstig nachrüstbar ist, Dies ist ein Verkaufsargument, da die spätere Erweiterbarkeit dem Kunden die Entscheidung für ein Kompaktgerät erleichtert. Der Kunde kann sich zunächst für ein, im Vergleich mit der individuellen Installation, preiswerteres Kompaktgerät entscheiden, Sollte sich herausstellen, dass beispielsweise an Sommertagen die Leistungsfähigkeit desselben nicht ausreicht, hat er die Möglichkeit mittels des externen Kondensators das Gerät aufzurüsten. Ein Fehlkauf wird daher vermieden, da das Aufrüsten preiswerter al ein Geräteaustausch kommt.

Die externe Kondensatoreinheit mit Gebläse läuft nur dann, wenn die innere Kondensationseinheit nicht in der Lage ist, die Wärme effektiv abzuführen. Dadurch reduziert sich die Geräusch- und Wärmebelastung für Nachbarn und Anwohner durch die externe Kondensationseinheit. Im Winterbetrieb kann dagegen energiesparend die Abwärme der inneren Kondensationseinheit zum Wärmen des Raumes benutzt werden, Im Sommerbetrieb wird dem Raum keine zusätzliche Wärme zugeführt, da der externe Kondensator in Betrieb ist. Dadurch senkt sich ebenfalls der Energiebedarf, da die Umgebung der Kühlzelle weniger warm ist.

Die Flexibilität, das heißt die einfache Installierbarkeit der kompakten Kühleinheit bleibt erhalten, bei gegebener Erweiterbarkeit durch den externen Kondensator.

Die Verbindung einer kompakten Kühleinheit mit einem externen Kondensator bringt darüber hinaus weitere Vorteile, da im Bereich des kalten Verdampfers das Abtauen bzw. Verdunsten von Kondenswasser über Heißgas, welches im Bereich des sich erwärmenden Kompressor anfällt, erfolgen kann. Heißgas erfordert eine rohrmäßige Verbindung von Kompressor mit Verdampfer, die daher in räumlicher Nähe liegen müssen, Dieses Vorgehen erspart elektrische Heizungen für den Verdampfer bzw. das aufwändige Vorsehen einer Abtropfleitung (Mauerdurchbruch) zum Herausführen des Kondenswassers aus der Kühlzelle. Kältemaschinen im Sinne dieser Erfindung sind jegliche kompakte Kältemaschinen, wie z.B. Klimaanlagen, Kühlgeräte für Kühlzellen, Kühlschränke oder Kühltruhen.

Wenn die Anschlüsse zum Verbinden des externen Kondensators mit der kompakten Kältemaschine derart ausgestaltet sind, dass zunächst eine dichte Verbindung hergestellt wird und dann erst die zu verbindenden Rohrleitungen geöffnet werden, sowie der externe Kondensator einschließlich seiner zum Verbinden gedachten Rohrleitungen bereits mit Kältemittel des notwendigen Drucks gefüllt ist, kann die Verbindung durch einen Laien durchgeführt werden. Dies ist beispielsweise bei einer Schnellkupplung der Fall. Insbesondere sind keine handwerkliche Befugnisse nötig, da die Rohrleitungen weder verlötet werden müssen, noch Kühlmittel eingefüllt werden muss. Wenn darüber hinaus sichere elektrische Steckverbindungen an beiden Komponenten vorgesehen sind, entfällt auch eine Elektroinstallation. Das Installieren des externen Kondensators wird daher billiger.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der externe Kondensator mit Weichkupferrohr verbunden. Dieses ist leicht biegbar, so dass ein Verlegen durch den Endkunden kostengünstig möglich ist. Das fabrikmäßige Verbinden des Anschlußrohrs, vorzugsweise in Stondardlängen von z. B. 3, 5, 10 Metern, mit dem Kondensator und den Anschlußstücken, reduziert die Varianten und damit die Herstellkosten bzw. die Auftragsabwicklungskosten.

Anschlußmittel im Sinne der Erfindung sind alle Vorrichtungen zum druckdichten Verbinden von zwei Leitungen, insbesondere solche, bei denen die zu verbindenden Rohrleitungsenden zunächst druckdicht verschlossen sind, dann eine dichte Verbindung herstellbar ist und dann erst die zu verbindenden Rohrleitungen geöffnet werden, Anschlußmittel sind z. B. Rohrschellen, Kupplungen, Schraub- und Lötverschlüsse, etc.

Dazu gehören ferner elektrische Verbindungen, z.B. Stecker, Lüsterklemmen und dergleichen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von zwei Zeichnungen erläutert und zwar zeigt
1 eine Prinzipskizze mit der erfindungsgemäß um eine parallel oder alternativ betreibbare externe Kondensationseinheit erweiterte Kühlmaschine,
2 eine Detailansicht einer mit einer Kühlzelle verbundenen kompakten Kühlmaschine und
3 eine Prinzipskizze mit der erfindungsgemäß um eine externe Kondensationseinheit erweiterte Kühlmaschine in Reihenschaltung.
Die kompakte Kühlmaschine 1 aus 1 umfasst ein Gehäuse 2 und weist alle zum Durchführen eines Kältekreisprozesses notwendigen Komponenten auf, nämlich über eine Rohrleitung 10 zum Führen des nicht dargestellten Kältemittels verbundene Verdichter 6, Kondensatoren 3, und Verdampfer 5, Eine solche Einheit entspricht dem in 2 dargestellten Kompaktgerät. Die Kondensationseinheit 3 gibt die beim Kälteprozess anfallende Wärme an die Umgebung ab, dient also zum Kühlen des Kältemittels, während das gekühlte Kältemittel in der Verdampfereinheit 5 die Wärme des zu kühlenden Raumes aufnimmt. Die Mittel zum Regeln und Steuern des Kühlkreislaufes, wie z.B. Thermostate und elektrische Schaltungen sind in dieser Prinzipskizze nicht dargestellt.
1 zeigt, dass ein externer Kondensator 4 außerhalb des Gehäuses 2 im wesentlichen parallel zum internen Kondensator 3 über am Gehäuse vorgesehene Anschlüsse 1 1 anschließbar ist. Über Zwei-Wege-Ventile 7 durchströmt das Kältemittel vom Verdichter 6 kommend wahlweise der internen 3 oder externen Kondensator 4, Die Steuerung der Zwei-Wege-Ventile erfolgt beispielsweise über ein thermostatisches Expansionsventil 8 mit äußerem Druckausgleich, welches die Luft im Bereich des internen Kondensators 3 mißt 9, Steigt also die Raumlufttemperatur im Bereich des internen Kondensators 3 über ein bestimmtes Maß z.B. 35° C, dann wird das Kältemittel durch den externen Kondensator 4 an Stelle des internen Kondensators 3 geführt, und damit der Wirkungsgrad des Kälteprozesses verbessert.
2 zeigt die Außenansicht einer steckerfertigen kompakten Kühleinheit nach dem Stand der Technik, Im Gehäuse 2 sind der nicht dargestellte Kondensator 3 und der Verdampfer 5 untergebracht, Über das Gitter 25 steht der Kondensator 3 in Verbindung mit der Umgebungsluft, beispielsweise der Raumluft, Die kompakte Kühleinheit liegt auf der äußeren Wand bzw. Decke 24 der nur angedeuteten Kühlzelle auf, wobei das Kühlgerät lediglich im Bereich der Deckenöffnung 23 mit dem Inneren der Kühlzelle verbunden ist. Der Verdampfer 5 kann über die Öffnung 22 im Gehäuse 2 mit der Luft in der Kühlzelle in Wechselwirkung treten, das heißt, diese durch Entziehen von Wärme kühlen.
Es wird insbesondere deutlich, dass die Installation der Kühleinheit an der Kühlzelle besonders einfach ist, da diese lediglich auf, bzw, an eine entsprechende Öffnung der Kühlzelle aufgesetzt werden muss, Nach dem Einsetzen der Kühleinheit in die Öffnung 23 der Kühlzelle und dem Verbinden der Kühleinheit mit dem Stromnetz durch einen Stecker ist die Installation abgeschlossen, Anschlüsse zum Verbinden des externen Kondensators sind in der 2 nicht dargestellt, aber an jeder Stelle des Gehäuses, vorzugsweise in Nähe der Zuleitungen zur Kondensationseinheit 3 möglich. Die kompakte Kühlmaschine 1 aus 3 umfasst ein Gehäuse 2 und weist alle zum Durchführen eines Kältekreisprozesses notwendigen Komponenten auf, nämlich über eine Rohrleitung 10 zum Führen des nicht dargestellten Kältemittels verbundene Verdichter 6, Kondensatoren 3, und Verdampfer 5, Eine solche Einheit entspricht wiederum dem in 2 dargestellten Kompaktgerät. Die Kondensationseinheit 3 gibt die beim Kälteprozess anfallende Wärme an die Umgebung ab, dient also zum Kühlen des Kältemittels, während das gekühlte Kältemittel in der Verdampfereinheit 5 die Wärme des zu kühlenden Raumes aufnimmt. Die Mittel zum Regeln und Steuern des Kühlkreislaufes, wie z.B. Thermostate 8 und Tp-C sind in dieser Prinzipskizze nur angedeutet, während elektrische Schaltungen nicht dargestellt sind.
3 zeigt, dass ein externer Kondensator 4 außerhalb des Gehäuses 2 im wesentlichen in Reihe zum internen Kondensator 3 über am oder im Gehäuse vorgesehene Anschlüsse 31 anschließbar ist. Ein N-Ventil 30 oder Bypass-Ventil verbindet im offenen Zustand seine beiden Anschlüsse 31 , wenn kein externer Kondensator angeschlossen ist. Anderenfalls, wie in 3 dargestellt, ist das N-Ventil 30 geschlossen und das Kältemittel durchströmt über die Anschlüsse 31 vom Verdichter 6 kommend nach dem internen Kondensator 3 den externen Kondensator 4, der nach Art des Bypasses zum H-Ventil 30 geschaltet ist. Im Gegensatz zu dem Beispiel in 1 kann bei der Steuerung auf Zwei-Wege-Ventile mit entsprechenden Anschlüssen und Mechanik verzichtet werden, da das Kältemittel einfach durch beide in Reihe angeordnete Kondensatoren geführt wird. Beispielsweise über ein thermostatisches Expansionsventil 8 mit äußerem Druckausgleich, welches die Luft im Bereich des internen Kondensators 3 und misst wird wahlweise der externe oder interne Kondensators aktiviert, wöbei der jeweilige andere Kondensator wirkungslos bleibt. Steigt also die Raumlufttemperatur im Bereich 9 des internen Kondensators 3 über ein bestimmtes Maß z.B. 35° C, dann wird der externe Kondensator 4 an Stelle des internen Kondensators 3 angeschaltet, also das Kältemittel im externen Kondensator gekühlt, was den Wirkungsgrad des Kälteprozesses verbessert.
Bei entsprechender Auslegung der zuvor beschriebenen Anlagen ist sogar der umgekehrte Fall zweckmäßig, nämlich dass der interne Kondensator 3 nur dann genutzt wird, wenn es draußen, das heißt im Bereich des externen Kondensators 4 zu warm wird. In beiden Fällen wird der Wirkungsgrad der Anlage verbessert,
Vorteilhafterweise sind die Anschlüsse 11 ,31 sogenannte Schnellverschlüsse, das heißt solche, die einen Anschluss ohne Spezialwerkzeug ermöglichen und bei denen die Leitungsenden im geöffneten Zustand geschlossen sind. Beispiele für derartige Schnellverschlüsse sind z.B. Kupplungsstücke für Gartenschläuche und andere Steckkupplungen. Die Enden eines solchen Abschlusses öffnen erst dann, wenn eine druckdichte Verbindung zwischen den beiden Enden gewährleistet ist.

Claims

Kältemaschine (1) mit einer von einem Kältemittel durchströmten Verdampfereinheit (5) und einer Kondensationseinheit (3), wobei die Verdampfereinheit und die Kondensationseinheit in einem gemeinsamen Gehäuse (2) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass Anschlußmittel (11 ; 31) am oder im Gehäuse (2) zum Anschließen einer weiteren externen Kondensationseinheit (4) außerhalb des Gehäuses (2) vorgesehen sind,
Kältemaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensationseinheit (3) einen Eingang (20) und einen Ausgang (21 ) für das Kältemittel aufweist, wobei der Eingang und/oder Ausgang über ein Ventil (7) mit den Anschlußmitteln (11) verbunden ist.
Kältemaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil/die Ventile (7) derartig ausgestaltet sind, dass das Kältemittel wahlweise durch die erste Kondensationseinheit (3) oder die anschließbare externe Kondensationseinheit (4) zu strömen vermag.
Kältemaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussmittel (31) derart angeordnet sind, dass der externe Kondensator (4) in Reihe zum internen Kondensator (3) anschließbar ist,
Kältemaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussmittel (31) über ein Bypass-Ventil (30) miteinander verbunden sind.
Externe Kondensationseinheit (4), insbesondere nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Eingang und einen Ausgang für das Kältemittel aufweist, wobei der Eingang und/oder Ausgang in den Anschlußmitteln (11 ; 31 ) endet, der Eingang und/oder Ausgang durch die Anschlußmittel verschlossen ist, wenn diese nicht an entsprechende Gegenstücke gekuppelt sind, und die Kondensationseinheit mit einem unter Druck stehenden Kältemittel gefüllt ist.
Externe Kondensationseinheit (4), insbesondere nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rohrleitung (10) die Kondensationseinheit (4) mit den Anschlußmitteln (11 ; 31) verbindet und die Kondensationseinheit und die Rohrleitung mit einem unter Druck stehenden Kältemittel gefüllt ist.
Kältemaschine oder externe Kondensationseinheit (4) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlußmittel Schnellverbinder sind.
Verfahren zum Verbinden einer Kältemaschine (1) mit Anschlußmitteln (11 ; 31) mit einer externen Kondensationseinheit (4) mit folgenden Schritten; – Verschließen der freien Enden von zwei miteinander zu verbindenden Anschlußmitteln (11 ; 31), – druckdichtes in Verbindung bringen der beiden Anschlußmittel und – Öffnen der zuvor freien Enden der Anschlußmittel.
Verfahren zum Betreiben einer Kältemaschine mit einer ersten Kondensationseinheit (3) und einer zweiten Kondensationseinheit (4) mit folgenden Schritten: – Betreiben der Kältemaschine, wobei das Kältemittel durch die erste Kondensationseinheit (3) geführt wird, – dabei Messen der Umgebungstemperatur im Bereich der ersten Kondensationseinheit (3), und – Unterbrechen des Flusses des Kältemittels durch die erste Kondensationseinheit und Durchströmen des Kältemittels durch die zweite Kondensationseinheit, wenn die gemessene Temperatur einen bestimmten Wert überschreitet.
Verfahren zum Betreiben einer Kältemaschine mit einer ersten Kondensationseinheit (3) und einer zweiten Kondensationseinheit (4) mit folgenden Schritten: – Betreiben der Kältemaschine, wobei das Kältemittel nacheinander durch die erste Kondensationseinheit (3) und die zweite Kondensationseinheit (4) geführt wird, – dabei Messen der Umgebungstemperatur im Bereich der ersten Kondensationseinheit (3), und – Aktivieren der Kondensationseinheiten in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur.