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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kältegerät mit wenigstens zwei für verschiedene
Lagertemperaturen ausgelegten Fächern.
Solche auch als Kombinationskältegeräte bezeichneten
Geräte
haben in der Regel ein Normalkühlfach
und ein Gefrierfach; es kann aber auch ein sogenanntes Null-Grad-Fach oder
Kaltlagerfach mit einem Normalkühlfach
kombiniert sein, oder es können
drei oder gar mehr Fächer vorhanden
sein.
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Bei
einfachen Geräten
dieser Art sind Verdampfer, die jeweils einem der Fächer zugeordnet sind,
in einem Kältemittelkreislauf
in Reihe verbunden. Die Verteilung der Kühlleistung auf die Fächer ist
durch die Bauart des Geräts
fest vorgegeben und ist zum Beispiel abhängig von der Reihenfolge der Verdampfer
im Kältemittelkreislauf
und ihren relativen Größen. Wenn
die Kühlleistungsverteilung
dem Kältebedarf
der Fächer
entspricht, stellen sich brauchbare Temperaturen in mehreren Fächern ein, auch
wenn eine Regelung des Kältemittelkreislaufs nur
anhand der in einem der Fächer
gemessenen Temperatur möglich
ist. Wenn jedoch – zum
Beispiel aufgrund ungewöhnlicher
Umgebungstemperaturen – das
Verhältnis
des Kältebedarfs
der Fächer
sich verschiebt, so führt
dies zu einer unzureichenden oder übermäßigen Kühlung eines Fachs.
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Meist
ist in einem Kältemittelkreislauf
mit in Reihe geschalteten Verdampfern der Verdampfer eines relativ
warmen Fachs stromaufwärts
von dem eines kälteren
Fachs angeordnet. Kältemittel,
das in einer Stillstandsphase des Kreislaufs im Verdampfer des warmen
Fachs verdampft, verdrängt
kälteres Kältemittel
im Verdampfer des kalten Fachs nach stromabwärts, und es kommt zu unerwünschtem Wärmeeintrag
in das kalte Fach.
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Um
die Temperaturen von zwei oder mehr Kühlfächern in einem Kältegerät unabhängig voneinander
regeln zu können,
ist es erforderlich, jedem Fach einen eigenen Kältemittelkreislauf zuzuordnen, was
mit erheblichen Kosten verbunden ist, oder einen verzweigten Kältemittelkreislauf
zu bilden, bei dem die Verdampfer verschiedener Fächer in
mehreren zueinander parallelen Zweigen des Kältemittelkreislaufs angeordnet
sind und ein Wegeventil zum wahlweisen Beaufschlagen des einen oder
anderen Zweiges mit Kältemittel
vorgesehen ist.
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Dieser
Ansatz ist zwar kostengünstiger
als getrennte Kältemittelkreise,
doch treten zwischen den Zweigen Wechselwirkungen auf, die den Wirkungsgrad
des Kältemittelkreises
beeinträchtigen. Wenn
beispielsweise der Verdampfer eines kalten Fachs wie etwa eines
Gefrierfachs eine Zeit lang mit Kältemittel beaufschlagt worden
ist, und das Fach eine tiefe Temperatur erreicht hat, bei der die
Kältemittelzufuhr
beendet wird, wird flüssiges
Kältemittel lange
Zeit im Verdampfer dieses Fachs gespeichert, ohne zu zirkulieren.
Wenn unmittelbar nach Beendigung der Kältemittelzufuhr zu dem kalten
Fach ein wärmeres
Fach, etwa ein Normalkühlfach,
gekühlt werden
muss, dann steht hierfür
nur eine geringe Menge Kältemittel
zur Verfügung.
Es werden nur niedrige Drücke
im Kältemittelkreislauf
erreicht, und der Wirkungsgrad ist gering. Er verbessert sich erst dann,
wenn ein Großteil
des Kältemittels
im Verdampfer des kalten Fachs wieder verdampft und in den Kreislauf
zurückgekehrt
ist. Voraussetzung hierfür
ist jedoch eine Zunahme der Temperatur im kälteren Fach, das heißt Betriebsdrücke des
Kältemittels, die
einen effizienten Betrieb ermöglichen,
werden erst erreicht, kurz bevor wieder Kältebedarf im kälteren Fach
besteht. Der Wirkungsgrad des Kältemittelkreislaufs
ist daher während
eines erheblichen Anteils seiner Betriebszeit beeinträchtigt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist, ein Kältegerät mit wenigstens zwei für verschiedene
Lagertemperaturen ausgelegten Fächern
zu schaffen, bei denen eine unabhängige Kühlung der Fächer bei gutem Wirkungsgrad
mit einem einfach aufgebauten Kältemittelkreislauf
erreichbar ist.
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Die
Aufgabe wird gelöst,
indem bei einem Kältegerät mit wenigstens
zwei Fächern
und einem verzweigten Kältemittelkreislauf,
in dem ein erster Weg des Kältemittels
von einem Druckanschluss eines Verdichters über einen Verdampfer des wärmeren Fachs
zu einem Sauganschluss des Verdichters verläuft, und ein zweiter Weg von
dem Druckanschluss über
einen Verdampfer des kälteren
Fachs zu dem Sauganschluss verläuft,
der Verdampfer des wärmeren
Fachs auf dem zweiten Weg dem Verdampfer des kälteren Fachs nachgeschaltet
ist.
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Der
mehrwegige Aufbau erlaubt es, im Bedarfsfalle das wärmere Fach
allein mit Kältemittel
zu beaufschlagen. Da aber gleichzeitig der Verdampfer des wärmeren Fachs
auf dem zweiten Weg dem Verdampfer des kälteren Fachs nachgeschaltet
ist, wird das wärmere
Fach (wenn auch gegebenenfalls in geringerem Umfang) gemeinsam mit
dem kälteren
Fach gekühlt,
so dass unmittelbar nach Abschalten des Kältemittelflusses auf dem zweiten
Weg kein Kühlungsbedarf
im wärmeren
Fach zu erwarten ist. Somit hat flüssiges Kältemittel, das nach dem Abschalten im
zweiten Weg und insbesondere im Verdampfer des kälteren Fachs zurückbleibt,
genügend
Zeit um zu verdampfen, bevor der Kältemittelkreislauf aufgrund
von Kühlungsbedarf
im wärmeren
Fach erneut in Gang gesetzt wird.
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Vorzugsweise
ist der zweite Weg so ausgelegt, dass durch auf ihm zirkulierendes
Kältemittel
ein oberer Bereich des Verdampfers des wärmeren Fachs gekühlt, insbesondere
stärker
gekühlt
ist als ein unterer Bereich desselben. So kann sich die Kühlwirkung
im wärmeren
Fach durch Konvektion ausbreiten, was die Ausbildung einer gleichmäßigen Temperaturschichtung
im wärmeren
Fach begünstigt.
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Bevorzugt
ist das auf dem zweiten Weg zirkulierende Kältemittel in eine Kältemittelleitung
des Verdampfers des wärmeren
Fachs, also einem Teilabschnitt des ersten Weges eingeleitet.
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Eine
Einmündung
des zweiten Wegs in den ersten kann zwischen einer Drosselstelle
des ersten Wegs und einer auf dem Verdampfer des wärmeren Fachs
verlaufenden Kältemittelleitung
angeordnet sein, so dass diese Kältemittelleitung
beiden Wegen gemeinsam ist. Ein solcher Aufbau hat den Vorteil einer
einfachen, preiswert realisierbaren Struktur.
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Um über den
zweiten Weg bevorzugt einen oberen Bereich des Verdampfers des wärmeren Fachs
zu kühlen,
kann die Kältemittelleitung
im Anschluss an die Einmündung überwiegend
in diesem oberen Bereich verlaufen. Der Kältemitteldurchsatz auf dem
zweiten Weg ist zweckmäßigerweise
so bemessen, dass das Kältemittel
vollständig
verdampft, bevor es einen unteren Bereich des Verdampfers des wärmeren Fachs
erreicht.
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Vorzugsweise
ist das auf dem zweiten Weg zirkulierende Kältemittel in eine Kältemittelleitung des
Verdampfers des wärmeren
Fachs eingeleitet, die zusätzlich
zur Kältemittelleitung
dieses Verdampfers vorgesehen ist.
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Bei
einem Kältemittelkreislauf,
bei dem wie oben beschrieben erster und zweiter Weg in einer gleichen
Leitung über
den Verdampfer des wärmeren Fachs
verlaufen, kann die Situation auftreten, dass zunächst das
wärmere
Fach über
den ersten Weg gekühlt
worden ist und zu einem Zeitpunkt, an dem Kühlungsbedarf im kälteren Fach
festgestellt wird, aber kein Kühlungsbedarf
im wärmeren
Fach mehr besteht, Reste von flüssigem
Kältemittel
aus dem Verdampfer des wärmeren
Fachs durch aus dem Verdampfer des kälteren Fachs zuströmendes gasförmiges Kältemittel
verdrängt
werden und so ungenutzt bleiben. Wenn hingegen zwischen einer Drosselstelle
des ersten Wegs und einer Einmündung
des zweiten Wegs in den ersten Weg eine auf dem Verdampfer des wärmeren Fachs
verlaufende Kältemittelleitung
angeordnet ist, dann ist in dieser Kältemittelleitung zurückgebliebenes
flüssiges
Kältemittel von
einer Verdrängung
durch vom Verdampfer des kälteren
Fachs her zuströmendes
Kältemittel
nicht betroffen.
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Um
eine gleichmäßige Temperaturschichtung
im wärmeren
Fach zu erreichen, wenn Kältemittel
auf dem zweiten Weg zirkuliert, ist eine allein dem zweiten Weg
angehörende
und auf dem Verdampfer des wärmeren
Fachs verlaufende Kältemittelleitung vorzugsweise
in einem oberen Bereich des Verdampfers des wärmeren Fachs konzentriert.
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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:
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1 eine
schematische Darstellung des Kältemittelkreislaufs
in einem Kältegerät mit wenigstens
zwei Lagerfächern
gemäß einer
ersten Ausgestaltung der Erfindung; und
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2 eine
zu 1 analoge Darstellung gemäß einer zweiten Ausgestaltung
der Erfindung.
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1 zeigt
eine stark schematisierte Vorderansicht des Korpus 1 eines
Kältegeräts mit einem Normalkühlfach 3 und
einem darunter liegenden Kaltlagerfach 2. An der Rückwand der
beiden Fächer 2, 3 sind
jeweils Plattenverdampfer 4, 5 zu sehen. Die Verdampfer 4, 5 sind
Bestandteile eines Kältemittelkreislaufs,
der des Weiteren einen Verdichter 6, einen Verflüssiger 7,
ein Wegeventil 8, zwei Kapillaren 9, 10 und
einen Dampfdom 11 umfasst.
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Aus
einem Druckanschluss des Verdichters 6 ausgestoßenes Kältemittel
kann auf zwei verschiedenen Wegen zu einem Sauganschluss des Verdichters 6 zurückgelangen.
Beiden wegen gemeinsam ist ein Wegstück, das vom Druckanschluss über den Verflüssiger zu
dem Wegeventil verläuft.
Am Wegeventil 8 trennen sich die beiden Wege. Auf dem ersten
Weg folgen die Kapillare 9 und eine Kältemittelleitung 16,
die sich in gleichmäßig verteilten
Mäandern über die
Fläche
des Plattenverdampfers 5 des Normalkühlfachs erstreckt. Der zweite
Weg verläuft über die
Kapillare 10 und eine Kältemittelleitung 17,
die sich in Mäandern über den
Plattenverdampfer 4 des Kaltlagerfachs erstreckt, und trifft
an einer Einmündung 19 zwischen
der Kapillare 9 und der Leitung 16 wieder auf
den ersten Weg, so dass die Leitung 16 auf beiden Wegen
mit Kältemittel
gespeist wird.
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Eine
Steuerschaltung 12 steuert den Betrieb des Verdichters 6 anhand
von Messsignalen zweier Temperatursensoren 13, 14,
die an den beiden Fächern 2 bzw. 3 angeordnet
sind. Wenn die Steuerschaltung 12 durch Vergleich der gemessenen
Temperaturen mit eingestellten, den Fächern 2, 3 zugeordneten
Soll-Temperaturen Kühlungsbedarf
im Normalkühlfach 3,
nicht aber im Kaltlagerfach 2 feststellt, schaltet sie
das Wegeventil 8, um die Kapillare 9 mit Kältemittel
zu beaufschlagen, nicht aber die Kapillare 10. Das Kältemittel
durchläuft
den Verdampfer 5 und kehrt von dort über den Dampfdom 11 zum Verdichter 6 zurück.
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Wenn
die Steuerschaltung 12 Kühlungsbedarf im Kaltlagerfach 2 feststellt,
betätigt
sie das Wegeventil 8, um allein die Kapillare 10 mit Kältemittel zu
beaufschlagen, unabhängig
davon, ob gleichzeitig auch Kühlungsbedarf
im Normalkühlfach 3 herrscht. Das
Kältemittel
durchläuft
die beiden Verdampfer 4, 5 nacheinander. Daher
entfällt
immer, wenn das Kaltlagerfach 2 gekühlt wird, ein kleiner Anteil
der Kühlleistung
auch auf das Normalkühlfach 3.
Die Aufteilung der Kühlleistung
auf die beiden Fächer 2, 3 hängt unter
anderem ab vom Durchsatz des Verdichters 6, den Flächen der
Verdampfer 4, 5 und den in den Fächern 2 und 3 herrschenden
Temperaturen. Durchsatz und Verdampferflächen sind so gewählt, dass
bei üblichen
Betriebstemperaturen der beiden Fächer 2, 3 noch
genügend
Kühlleistung
auf das Normalkühlfach 3 entfällt, um
dessen Temperatur zu senken, wenn auch wesentlich langsamer als
die des Kaltlagerfachs 2. So ist ausgeschlossen, dass Kühlungsbedarf
im Normalkühlfach
neu erfasst wird, während
Kältemittel
auf dem zweiten Zweig, über
die beiden Verdampfer 4, 5, zirkuliert. Wenn anhand
der vom Sensor 13 gemessenen Temperatur festgestellt wird,
dass im Kaltlagerfach 2 kein Kühlungsbedarf mehr besteht,
und die Steuerschaltung 12 den Verdichter 6 ausschaltet,
muss, da während
des Verdichterbetriebs auch die Temperatur im Normalkühlfach 3 abgenommen
hat, stets eine gewisse Zeit verstreichen, bevor Kühlungsbedarf
im Normalkühlfach 3 auftreten
kann.
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2 zeigt
eine zweite Ausgestaltung des Kältegeräts in einer
zu 1 analogen schematischen Darstellung. Der Verdampfer 5 des
Normalkühlfachs 3 weist
hier zwei voneinander getrennte Kältemittelleitungen auf, eine
Leitung 16, die wie die Leitung 16 des vorherigen
Ausführungsbeispiels
zum ersten Weg gehört
und unmittelbar an die Kapillare 9 anschließt, und
eine Leitung 18, die stromabwärts auf die Leitung 17 des
Verdampfers 4 folgt. D. h. es gibt zwei Leitungen auf dem
Verdampfer 5, von denen die eine, 16, ausschließlich zum
ersten Weg und die andere, 18, ausschließlich zum
zweiten Weg gehört.
Da eine Einmündung 19,
an der die Wege des Kältemittelkreislaufs
wieder aufeinander treffen, stromabwärts von den Leitungen 16, 18 des
Verdampfers 5 liegt, führt
ein Umschalten der Kältemittelzirkulation vom
ersten auf den zweiten Weg, zu der es kommen kann, wenn Kühlungsbedarf
im Kaltlagerfach 2 neu erfasst wird, nicht zu einer Verdrängung von
flüssigem
Kältemittel
aus dem Verdampfer 5 durch gasförmiges Kältemittel aus dem Verdampfer 4.
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Da
die Leitung 18 auf die obere Hälfte des Verdampfers 5 beschränkt ist,
wird durch auf dem zweiten Weg zirkulierendes Kältemittel im wesentlichen auch
nur die obere Hälfte
dieses Verdampfers gekühlt,
und eine gleichmäßige Temperaturverteilung im
Normalkühlfach 3 kann
sich durch Konvektion einstellen.