DE3305953A1

DE3305953A1 - Kuehlvorrichtung fuer einen kuehlschrank-verdichter

Info

Publication number: DE3305953A1
Application number: DE19833305953
Authority: DE
Inventors: Noriaki Ibaraki Osaka Sakamoto
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-07-19
Filing date: 1983-02-21
Publication date: 1984-01-26
Also published as: IT1161080B; GB8304290D0; GB2124354A; IT8319692A1; IT8319692A0; KR840003761A; US4485639A; JPS5915783A; GB2124354B

Description

Henkel, Pfenning, Feiler, Hänzel & Meinig * ^ , Patentanwälte

European Patent Attorneys Zugelassene Vertreter vor dem Europaischen Patentamt

Dr phii G Henkel München Dipi -ing. J. Pfenning. Berlin Dr. rer nat. L Feder. München Dip! -ing. W Hanzei. München Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha Dip!-Phys K H Meinig. Berlin

„ , . ., Dr Ing. A Butenschön. Berlin

Kawasaki, Japan

Mohlstraße 37

D-8000 Mönchen 80

Tel 089/982085-87 Telex 0529802hnkid Telegramme ellipsoid

ΕΚΓΊ-57Ρ1297-3 21. Februar 1983

Kühlvorrichtung für einen Kühlschrank-Verdichter

Or- U. '

21. Februar 1983

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für einen Kühlschrank-Verdichter, insbesondere eine mit einem Thermosiphon [selbsttätigem Umlauf bzw. Wärmeheber) arbeitende Verdichter-Kühlvorrichtung.

Ein Kühlschrank-Verdichter stellt eine Einheit eines Kühlkreislaufs Crefrigerative cycle) dar, d.h. er

ist vom geschlossenen Typ und dafür ausgelegt, ein 10

vergleichsweise niedrige Temperatur und niedrigen Druck besitzendes Kältemittel von einem Verdampfer des Kühlkreislaufs in ein Reservoir bzw. einen Speicher zu liefern, das gespeicherte Kältemittel zu seiner Verdichtung in den Zylinder des Verdichters anzusaugen und das verdichtete gasförmige Kältemittel in eine Rohrleitung des Kühlkreislaufs zu überführen. Ein solcher Verdichter ist nicht mit einer speziellen Kühleinrichtung versehen, weil die in seinem Betrieb

erzeugte Wärme durch das vergleichsweise kalte, vom ZU

Verdampfer des Kühlkreislaufs zuströmende Kältemittel absorbiert wird. Das in den Verdichter einströmende Kältemittel wird jedoch durch die im Verdichterbetrieb erzeugte Wärme erwärmt, wodurch der Wirkungsgrad des Kühlkreislaufs herabgesetzt wird. Zur Vermeidung dieses Nachteils wird ein ölkondensatorsystem angewandt, in welchem das durch den Wärmeabstrahlteil des Kühlkreislaufs vom Verdichter abgeführte, verdichtete Kältemittel kondensiert, das

„Q kondensierte Kältemittel durch einen Wärmeabsorptionsbzw, -aufnahmeteil, der in das im Verdichter enthaltene öl Eintaucht, geleitet, um dabei das Öl zu kühlen, und dann das Kältemittel nach dem Durchgang durch den Wärmeaufnahmeteil zu einem Konden-

oc sator des Kühlkreislaufs geleitet wird. Dieses ölkondensatorsystem ist so ausgelegt, daß der Wärmeabgabeteil und der Wärmeaufnahmeteil zwischen den Verdichter des Kühlkreislaufs und dessen Kondensator

, geschaltet sind, so daß die Durchgangsstrecke des

Kühlkreislaufs verlängert und die in einer Rohrleitung des Kühlkreislaufs eingeschlossene Menge des

y^rgrößirt sind. Für .das Verdichten und Verflüssigen äes.*,

Kältemittels Am Nunlkreislaut muli diner öle Leistung des Verdichters vergrößert werden. Nachteilig dabei ist auch, daß der Verdichter eine vergrößerte Strom- bzw. Leistungsaufnahme besitzt.

Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Schaffung einer Kühlvorrichtung für einen Kühlschrank-Verdichter, mit welcher der Wirkungsgrad eines Kühlkreislaufs ohne Vergrößerung der Kapazität bzw.

der Leistung des Verdichters und unter Herabsetzung 15

seines Leistungsbedarfs, d.h. Stromverbrauchs verbessert werden soll.

Diese Aufgabe wird bei einer Kühlvorrichtung für __ einen in einen Kühlkreislauf (refrigerative cycle) eines eine Rückwand und Seitenwände aufweisenden Kühlschranks eingeschalteten Verdichter erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Thermosiphon mit einem Wärmeaufnahmeteil und einem Wärmeabgabeteil sowie _o_ mit einer geschlossenen Metall-Leitungsschleife,

die mit einer vorbestimmten Kältemittelmenge gefüllt und unabhängig vom Kühlkreislauf angeordnet ist, vorgesehen ist, daß der Wärmeaufnahmeteil zum Kühlen des Verdichters in eine im Verdichter enthaltene Ölen menge eintaucht und daß der Wärmeabgabeteil thermisch in Berührung bzw. Kontakt mit der Innenfläche der Rückwand und/oder der Seitenwände steht, welche die vom Wärmeabgabeteil übertragene Wärme ableiten.

gg Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

* Kältemittels

Fig. 1 einen lotrechten Schnitt durch einen Kühlschrank mit einer Kühlvorrichtung gemäß

der Erfindung,
5

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung der Kühlvorrichtung für einen Verdichter in Verbindung mit einem Kühlkreislauf,

Fig. 3 eine Schemazeichnung eines Thermosiphons

zur Erläuterung der Arbeitsweise der Kühlvorrichtung,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines Iu

Teils des Kühlkreislaufs und eines Teils

des Thermosiphons für den Fall, daß die Verdichter-Kühlvorrichtung im vorderen Abschnitt des Kühlschranks angeordnet ist,

Fig. 5 eine perspektivische'Darstellung eines

Thermosiphons und des Kühlkreislaufs mit einer Kühlvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. B eine in vergrößertem Maßstab gehaltene

Teilschnittansicht eines Teils der Kühlvorrichtung nach Fig. 5 und

on Fig. 7 eine perspektivische Darstellung eines

Thermosiphons sowie eines Kühlkreislaufs eines Kühlschranks mit einer Kühlvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Der in Fig. 1 dargestellte Kühlschrank 1 weist eine Rückwand 2a, eine Oberseite 2b, eine Bodenwand 2c, nicht dargestellte Seitenwände, ein Gefrierfach 3,

ein Kühlfach 4, einen Geräteraum 5 sowie Türen 6 und 7 für Gefrierfach 3 bzw. Kühlfach 4 auf. Ein Wärmeisoliermaterial B ist jeweils zwischen dem Boden des Gefrierfachs 3 und der Oberseite des Kühlfachs 4, der Oberseite des Gefrierfachs 3 und der Oberseite des Kühlschranks 1, der Bodenwand des Kühlfachs 4 und der BodenwandC— Platte) 2c des Kühlschranks, der Rückwand 2a des Kühlschranks sowie 3 4

den Rückwänden von Gefrierfach/und Kühlfach /dVid zwischen den Seitenwänden von Gefrierfach 3 und Kühlfach 4 und den nicht dargestellten Seitenwänden bzw. -platten des Kühlschranks angeordnet. Die Türen 6 und 7 sind mit einem ähnlichen Wärmeisoliermaterial

ausgefüllt. Ein erster Verdampfer 9 für das Gefrierfach ist längs dessen Innenwand angeordnet, während ein zweiter Verdampfer 10 für das Kühlfach in dessen oberem Bereich vorgesehen ist. Der Geräteraum 5

__ ist an der Vorderseite (Türseite) sowie an der Rückseite des Kühlschranks offen, um einen Luftdurchgang durch den Geräteraum zu gewährleisten. An der Rückwandseite des Geräteraums 5 ist ein Verdichter 12 angeordnet, während unter der Bodenwand

__ 2c eine Abtau/Auffang-Wanne 13 angeordnet ist. Eine JLo

erste Wärmeabgabe-Rohrschlange 14 zum Erwärmen der Wanne 13 ist am einen Ende mit einem nicht dargestellten Kältemittelauslaß des Verdichters 12 und am anderen Ende mit dem Ende einer zweiten Wärme-

«Q abgabeleitung 15 verbunden. Letztere ist zickzackförmig längs der Seitenplatten bzw. -wände und der Oberseite- bzw. -platte 2b angeordnet. Die Leitung 15 ist mit ihrem anderen Ende an das Ende einer ersten Kondensat-Verzögerungsleitung 16 angeschlossen,

3g die im vorderen Bereich des Kühlschranks so angeordnet ist, daß sie längs der Ränder der Öffnungen von Gefrierfach 3 und Kühlfach 4 verläuft. Das andere Ende der ersten Kondensat-Verzögerungsleitung

16 ist mit dem einen Ende einer zweiten Kondensat-Verzögerungsleitung 17 verbunden, die ihrerseits im wesentlichen in rechteckiger Form gegenüber der ersten Verzögerungsleitung 16 zur Seite der Rückwand 2a hin versetzt angeordnet ist. Die beiden Wärmeabgabeleitungen 14 und 15 sowie die beiden Kondensat-Verzögerungsleitungen 16 und 17 bilden einen Kondensator 1B eines Kühlkreislaufs 20 des Kühlschranks 10

Der Auslaß des Kondensators 18, d.h. das andere Ende der zweiten Verzögerungsleitung 17 ist über ein nicht dargestelltes Kapillarrohr mit dem Ende des zweiten Verdampfers 10 verbunden. Letzterer ist mit

seinem anderen Ende an das eine Ende des ersten Io

Verdampfers 9 angeschlossen. Das andere Ende des ersten Verdampfers 9 ist über ein nicht dargestelltes Saugrohr mit einem nicht dargestellten Kältemitteleinlaß des Verdichters 12 verbunden. Der beschriebene Kältemitteldurchgang stellt einen Leitungsweg (passage] des Kühlkreislaufs 20 dar.

Ein Thermosiphon 21 umfaßt eine Leitung, die eine gekrümmte, geschlossene Schleife bildet und ein

^- Kältemittel führt. Bei dem im Thermosiphon 21 enthaltenen Kältemittel handelt es sich um dasselbe Kältanittel/ im Kühlkreislauf; die Menge des im Thermosiphon enthaltenen Kältemittels (als Flüssigkeit) beträgt 60 - '80% des Innenvolumens der Thermosiphon-

OQ schleife. Der Thermosiphon 21 weist einen Wärtneabsorptions- bzw. aufnahmeteil 22 (Fig. 2) und einen Wärmeabgabeteil 23 auf. Der Wärmeaufnahmeteil 22 des Thermosiphons 21 ist in ein Kühlöl (nicht dargestellt) eingetaucht, das zum Kühlen

oe des Verdichters 12 in diesem enthalten ist. Der Wärmeabgabeteil 23 des Thermosiphons 21 ist an der Innenfläche der Rückwand 2a mittels eines gut wärmeleitfähigen Bands oder Streifens, bei-

spielsweise eines Streifens 24 aus Aluminiumfolie, angebracht. Die Rückwand 2a führt die vom Wämne-

abgabeteil 23 übertragene Wärme ab. ο

Im folgenden sind der Kühlkreislauf des Kühlschranks 1 und die Wirkungsweise des Thermosiphons 21 anhand der Fig. 1 bis 3 erläutert. Im Betrieb des Kühlschranks 1, d.h. im Arbeitszyklus, fließt ein aus dem Auslaß des Verdichters 12 entlassenes, hohe Temperatur und hohen Druck besitzendes, gasförmiges Kältemittel sequentiell in erste und zweite Wärmeabgabeleitung 14 bzw. 15, in denen es seine Wärme abgibt und allmählich verflüssigt wird. Sodann strömt das Kältemittel sequentiell durch erste und zweite Kondensat-Verzögerungsleitung 16 bzw. 17, in denen es seine Restwärme abgibt und nahezu vollständig verflüssigt wird. Das flüssige Kältemittel strömt sodann über das genannte Kapillarrohr zu zweitem und erstem Verdampfer 10 bzw. 9 zum Kühlen des Kühlfachs 4 und des Gefrierfachs 3. Dabei wird das flüssige Kältemittel wieder verdampft und über das nicht dargestellte Saugrohr zum Einlaß des Ver-

dichters 12 zurückgeführt. Durch wiederholte Um-25

wälzung des Kältemittels im Kühlkreislauf 20 werden das Kühlfach 4 und das Gefrierfach 3 auf die jeweils eingestellten Temperaturen gekühlt.

on Im Betrieb des Kühlschranks geben ein Motor und ein Zylinder (nicht dargestellt) des Verdichters Wärme ab, doch werden sie durch den erwähnten Ölvorrat gekühlt. Das Öl wird seinerseits durch den Thermosiphon 21 gekühlt. Die Wirkungsweise des Thermosiphons

gg 21 ist nachstehend anhand der Schemazeichnung gemäß Fig. 3 erläutert. Der in das ölbad eintauchende Wärmeaufnahmeteil 22 des Thermosiphons wird durch die Wärme des Öls erwärmt. Das im Wärmeaufnahmeteil 22 enthaltene Kältemittel wird durch die Aufnahme

40->

der Wärme des Öls erwärmt und geht in einen Siedezustand über, so daß im Kältemittel Blasen A auftreten. Mit den hochsteigenden Blasen strömt das erwärmte, ■Flüssige Kältemittel in Richtung des Pfeils B (Fig. 3) aufwärts, wobei es am Wärmeabgabeteil 23 des Thermosiphons Wärme emittiert bzw. abgibt. Da der Wärmeabgabeteil 23 des Thermosiphons mit der Rückwand 2a in einem günstigeren Wärmeableitzustand in Berührung steht, gibt der Wärmeabgabeteil 23 des Thermosiphons die Wärme über die Rückwand 2a zur Außenseite des Kühlschranks ab. Während des Hochsteigens der Blasen A kühlt sich das Kältemittel allmählich abj nach dem Durchströmen des Wärmeabgabeteils 23 ist der größte Teil des Kältemittels zu einer Flüssigkeit kondensiert. Aufgrund dieser Kondensation erhöht sich die Dichte des flüssigen Kältemittels, so daß dieses unter seinem Eigengewicht in Richtung des Pfeils C in den Wärmeaufnahmeteil herabströmt. Da das Öl durch den sich wiederholenden Zyklus der Wärmeabsorption und Wärmeabstrahlung im Thermosiphon gekühlt wird, wird dementsprechend auch der Verdichter 12 gekühlt. Die Kühlung des Öls

durch den Thermosiphon stützt sich auf den natürlichen 25

Umlauf des Kältemittels j auch nach Beendigung des Betriebs des Verdichters 12 bewirkt der Thermosiphon eine weitere Kühlung des Öls, solange dieses hohe Temperatur besitzt.

Die Kühlleistung des Kühlsystems für den Verdichter

12 im beschriebenen ölkondensatorkühlsystem und beim Thermosiphon-Kühlsystem wurde in Versuchen untersucht, deren Ergebnisse sich in der folgenden nc Tabelle 1 finden. Die Versuche wurden unter Bedingungen durchgeführt, bei denen sich die Wärmeabgabeteile des Ölkondensatorkühlsystems und des Thermosiphon-Kühlsystems in im wesentlichen derselben Lage befanden

- AA-*

und der Kühlschrank bei einer Raumtemperatur von 35⁰C kontinuierlich betrieben wurde.

Tabelle

■—-^^J<üh 1 s y s t em e MeBp unkt " -^^^____^	Thermo siphon 21	Ölkonden- sator
Spitzentemperatur des Verdichters 12 (in ⁰C)	81,0	90,2
Motorwicklung-. Temperatur des Ver dichters 12 (in ⁰C)	87,2	95,7

Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, kann mit dem Thermosiphon-Küh!system die Spitzentemperatur des Verdichters 12 im Vergleich zum Ölkondensator-Kühlsystem um etwa 9,2 C gesenkt werden; ebenso ist eine Senkung der Wicklungstemperatur des Verdichtersmotors um etwa 8,5 C realisierbar. Die Gründe für die Überlegenheit des Thermosiphon-Kühlsystems im Vergleich zum Ölkondensator-Kühlsystem sind folgende:

1) Der Thermosiphon benötigt keine Leistung, weil er seine Kühlfunktion durch natürliche Zirkulation bzw. Umwälzung des Kältemittels erfüllt. Beim Ölkondensator-Kühlsystem muß andererseits die Leistung für die Umwälzung des Kältemittels, d.h. für den Antrieb des Verdichters, erhöht werden.

2) Der Thermosiphon besitzt im Vergleich zum öl-

Kondensator-Kühlsystem ausgezeichnete Wärmeabsorptionseigenschaften, weil er seine Kühlc funktion unter Ausnutzung der latenten Wärme des Kältemittels erfüllt.

3) Da der Ölkondensator mit der Schleife des Kühlschrank-Kühlkreislaufs in Reihe geschaltet ist,

jQ muß die Ölkondensatorschleife mit einer übermäßig großen Kältemittelmenge entsprechend dem Innenvolumen des Ölkondensators gefüllt sein. Dies bedeutet, daß die Ausgangsleistung des Verdichters um diesen Betrag vergrößert ist und somit die vom Verdichter abgestrahlte Wärmemenge größer ist.

4] Der Ölkondensator kühlt das Öl nur im Betrieb des Verdichters. Der Thermosiphon bewirkt andererseits den ölkühlvorgang auch nach dem Abschalten des Verdichters, solange das Öl hohe Temperatur besitzt.

Der Grund dafür, weshalb der Wärmeabstrahlteil des Thermosiphons in thermischem Kontakt mit der Rückwand 2a oder der Seitenwand des Kühlschranks steht, ist folgender:

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist ein Wärmeabgabeteil eines Thermosiphons S längs der Ränder der öffnungen von Kühlfach 4 und Gefrierfach 3 (Fig. 1) angeordnet, so daß er als Kondensat-Very zögerungsleitung benutzt werden kann. Gemäß Fig. 4 sind eine erste und eine zweite Warmeabgabeleitung T bzw. U des Kühlkreislaufs längs der Innenflächen der Seitenwand und der Oberseite des Kühlschranks angeordnet. Eine dritte, nicht dargestellte Wärmeabgabeleitung des Kühlkreislaufs ist mäanderförmig im vorderen Bereich des Geräteraums (5 in Fig. 1)

vorgesehen, und eine vierte, nicht dargestellte Wärmeabgabeleitung des Kühlkreislaufs ist mäanderförmig an der Innenfläche der Rückwand des Kühlschranks angeordnet. Die vier Warmeabgabeleitungen .bi lden einen Kondensator des Kühlkreislaufs. Im Dauerbetrieb des Kühlschranks gemäß Fig. 2 und 4 bei einer Raumtemperatur von 35 C wurden für die Temperatur an jedem Teil des Kühlschranks, des Thermosiphons und des Verdichters sowie für die Leistungsaufnahme des Verdichters die in der folgenden Tabelle zusammengefaßten Daten ermittelt.

Tabelle

Thermosiphon- •^^Einbaustel lung Meßpunkte ^^^^	Punkt a	Rückwand (Fig. 2) (21)	Vorderbereich des Kühlschranks (Fig. 4) (S)
Temperatur im Gefrierfach 3 (in C)	Punkt b	- 26,5	- 25,1
Temperatur an unterer Wand des Gefrierfachs 3 (in ⁰C)	Punkt c	- 30,6	- 27,9
Temperatur an Oberfläche des 2. Verdampfers 10 (in ⁰C)	Punkt d	- 30,0	- 27,3
Temperatur im Kühlfach 4 (in ⁰C)	Eingangsleistung des Verdichters 12 (in W)	- 16,3	- 14,9
Kondensationstemperatur (⁰C) des Kältemittels im Kühlkreislauf	Temperatur der Ver dichte Fitiotorvdcklimg (in °C)	43,0	51,3
Spitzentemperatur des Verdichters 12 (in ⁰C)	75,9	74,4
Temperatur des Thermo- siphons 21 oder S (in ⁰C)	55,7	50,7
57,5	52,0
57,6	50,9
60,0	46,4
99,8	106,0 ·
65,9	85,1

- 45-'

Wie aus obiger Tabelle 2 hervorgeht, ist bei dem mit dem Thermosiphon 21 (Fig. 2) ausgerüsteten Kühlschrank im Vergleich zu dem den Thermosiphon S (Fig. 4) aufweisenden Kühlschrank die Kältemittel-Kondensationstemperatur im Kühlkreislauf um 8,3⁰C verringert, während die Eingangs- bzw. Eingabeleistung des Verdichters 12 um 6,2 W niedriger ist. Weiterhin wurden

die Kühlschränke gemäß Fig. 2 und 4 je einen Tag lang XIF

unter identischen Bedingungen betrieben; anhand der dabei gewonnenen Daten wurde die Größe des Leistungsbzw, Stromverbrauchs für einen Monat berechnet. Gemessen wurden dabei die Betriebsdauer (operating rate) des ersten Verdampfers für das Gefrierfach und des zweiten Verdampfers für das Kühlfach sowie der Leistungs- bzw. Stromverbrauch des Kühlschranks. Die Rechenergebnisse finden sich in der nachstehenden Tabelle 3. Die Daten von Tabelle 3 gelten für einen Kühlschrankbetrieb, bei dem die Türen 6 und 7 des Gefrierfachs 3 und des Kühlfachs 4 während des Tages (d.h. während 10 Stunden) intermittierend geöffnet und geschlossen und während der Nacht (d.h. während 14 Stunden) geschlosssen gelassen wurden.

_ I

Tabelle

^**^^ Thermosiphon- ^"""""-^Einbaustel Iu ng en Meßpunkte ^^"^"^^^	Betriebsdauer des 1. Verdampfers 9 (in %)	Rückwand 2a in Fig.2 (21)	Vorderbereich des Kühl schranks in Fig. 4 ■ (S)
10- stündiger Betrieb am Tage	Betriebsdauer des 2. Verdampfers 10 (in %)	36,1	43,3
14- stündiger Betrieb bei Nacht	Betriebsdauer des 1. Verdampfers 9 (in %)	19,B	24,2
Betriebsdauer des 2. Verdampfers 10 (in %]	26,1	26,0
Stromverbrauch (kWh/Monat) des Kühlschranks 1	10,3	12,9
26,6	30,4

Aus Tabelle 3 geht hervor, daß mit dem Thermosiphon 21 (Fig. 2) im Vergleich zum Thermosiphon S (Fig. 4) die Betriebsdauer bzw\ der Betriebsanteil des ersten und des zweiten Verdampfers 9 bzw. 10 jeweils verbessert und der Stromverbrauch des Kühlschranks um 3,8 kWh/Monat niedriger ist. Der Thermosiphon S (Fig. 4) kann zwar für Kondensat-Verzögerung benutzt werden, doch erwärmt er dabei das Innere von Gefrierfach 3 und Kühlfach 4, was eine längere Betriebsdauer der beiden Verdampfer 9 und 10 bedingt. Wenn dei* Thermosiphon 21 gemäß Fig. 1 an der Innenfläche der Rückwand 2a angeordnet ist und ein Teil des Kondensators 18 des Kühlkreislaufs für Kondensatverzögerung benutzt wird, wird die Kondensations-

temperatur des Kältemittels im Kühlkreislauf herabgesetzt. Demzufolge steht die vom Kondensator 1B abgestrahlte Wärmemenge für die Kondensatverzögerung zur Verfugung, und sie bewirkt keine Erwärmung des Inneren von Gefrierfach 3 und Kühlfach •4. Aus diesem Grund können die Betriebsdaueranteile der beiden Verdampfer 9 und 10 beim Kühlschrank gemäß Fig. 1 kleiner sein.

Beim Kühlschrank mit dem Thermosiphon 21 an der Rückwand 2a gemäß Fig. 2 wurden nach Japanischer Industrienorm CJIS) die Kühlgeschwindigkeit und die Betriebsdauer (in %) von erstem und zweitem Verdampfer 9 bzw. 10 sowohl im Betriebszustand als auch im Ruhezustand des Thermosiphons 21 gemessen. Die Meßergebnisse finden sich in der folgenden Tabelle

Tabelle

* "^--^Thermosiphon 21 Meßpunkte """ -»->^_><^^	Gefrierfach 3	Betriebs zustand	Ruhezustand
JIS-KQhI- ge- schwin- digkeit'	Kühlfach 4	1 Stunde, 55 Minuten	2 Stunden, 1 Minute
Betriebs dauer der Ver dampfer	1. Verdampfer 9	53 Minuten	58 Minuten
2. Verdampfer 10	41,1 %	44,7 %
20,5 %	23,1 %

Die JIS-Kühlgeschwindigkeit entspricht der Zeit für das Herabkühlen von Gefrierfach 3 und Kühlfach 4 von 3O⁰C

auf -5°C bzw. von 30°C auf 1O⁰C, wenn der

Kühlschrank bei einer Raumtemperatur von 30 C betrieben wird. Wie aus Tabelle 4 hervorgeht, kann bei

dem mit dem Thermosiphon 21 ausgestatteten Kühlschrank die JIS-Kühlgeschwindigkeit um 6 Minuten für das Gefrierfach 3 und um 5 Minuten für das Kühlfach 4 erhöht werdenj die Betriebsdaueranteile (in %) der Verdampfer 9 und 10 können dabei verkleinert werden, so daß die Kühlleistung des Kühlschranks insgesamt verbessert wird.

Das im Thermosiphon 21 enthaltene flüssige Kältemittel entspricht dem im Kühlkreislauf verwendeten Kältemittel, so daß sich der Thermosiphon 21 einfach ausbilden läßt. Wenn in die Schleife bzw. den Kreislauf

ig des Thermosiphons 21 eine zu große Kältemittelmenge eingefüllt ist, besteht die Möglichkeit für einen Bruch des Thermosiphons 21 infolge einer Ausdehnung des Kältemittels bei einem Temperaturanstieg. Wenn dagegen die Kältemittelmenge zu klein ist, wird die Umwälzung des Kältemittels instabil, so daß keine zufriedenstellende Wärmeübertragung mehr gewährleistet werden kann. Zur Bestimmung einer optimalen Kältemittelmenge wurden verschiedene Versuche durchgeführt, deren Ergebnisse in der folgenden Tabelle zusammengefaßt sind.

^ 49-

Tabelle 5

Kältemttel-Füllmenge (%)

15 20 25 30 35

Meßpunkte	Punkt a	0	27	41	58	62	76	=100
Temperatur im Gefrierfach 3 (in OC)	Punkt b	-22,8	-22,8	-22,5	-22,5	-22,5	-22,5	-22,5
Temperatur an der Bodenwand des Gefrier faches 3 Cin ⁰C)	Punkt c	-26,5	-26,5	-26,1	-26,1	-26,1	-26,1	-26,1
Oberflächen- temperetur des 2. Verdampfers io (in ⁰C)	Punkt d	-25,2	-25,1	-24,9	-24,9	-24,9	-24,9	-24,9
Temperatur im Kühlfach 4 (in ⁰C)	Eingangsleistung des Verdichters 12(in W)	-12,2-	-12,2	-12,0	-12,0	-12,0	-12,0	-12,0
Kondensations- temperatur des Kältemittels im Kühlkreis lauf (in OC)	Temperatur der Verdi chtermotor- wicklung (in ⁰C)	49,8	49,8	49,9	49,9	49,9	49,9	49,9
Spitzen temperatur des Verdichters 12 (in oc)	98,2	95,7	81,1	81,0	81,2	82,0	87,0
Tem peratur des Thermo- siphons 21	51,0	45,8	64,2	62,3	60,8	66,4	69,5
35,3	44,5	64,0	63,6	61,8	65,4	82,2
33,7	44,6	63,2	63,5	64,0	65,0	58,2
45,6	47,8	62,9	63,2	64,8	64,7	57,9
110,0	110,5	110,0	110,0	110,0	110,0	110,0
105,8	103,8	88,6	87,2	87,5	88,2	92,7

Aus Tabelle 5 geht hervor, ^Jdaß mit einer Kältemittelmenge von etwa 40 - 80% günstigere Ergebnisse c erzielbar sind. Wenn die Kältemittelmenge etwa 40 - 60% beträgt, zeigt der Thermosiphon instabile Kuhleigenschaften mit einem vorübergehenden oder zeitweiligen Temperaturanstieg. Hieraus"läßt sich schließen, daß die optimale Kühlmittelmenge bei 60 - 60% liegt.

Erfindungsgemäß wurden weitere Versuche zur Bestimmung der Kühlleistung für die Fälle durchgeführt, daß die Luft aus dem Thermosiphon-Kreislauf abgej5 saugt bzw. nicht abgesaugt ist. Die Ergebnisse dieser Versuche finden sich in der folgenden Tabelle

33059W

Tabelle

Meßpunkte	Punkt a	Luft abgesaugt	Luft nicht abgesaugt
Temperatur im Gefrierfach 3 (in OC)	Punkt b	- 22,5	- 22,5
Temperatur am Boden des Gefrierfaches 3 (in ⁰C)	Punkt c	- 26,1	- 26,1
Oberflächentemperatür des 2. Verdampfers 10 (in OC)	Punkt d	- 24,9	- 24,9
Temperatur im Kühlfach 4 (in ⁰C)	Eingangsleistung des Verdichters 12 (in W)	- 12,0	- 12,0
Kondensationstemperatur des Kältemittels im Kühl kreislauf (in ⁰C-)	Temperatur der Ver- dichtecwicklung (in ⁰C)	49,9	49,9
Spitzentemperatur des Verdichters 12 (in ⁰C)	81,2	81,6
Temperatur des Thermosiphons 21 (in ⁰C)	60,3	62,0
61,8	63,7
64,0	64,7
64,8	65,5
110,0	110,0
nB7,5	87,6

motor

_ I

Aus Tabelle 6 ist ersichtlich, daß die im Thermosiphon-Kreislauf zurückbleibende bzw. eingeschlossene ε Luft die Kühlleistung des Thermosiphons nicht wesentlich beeinträchtigt.

Der Grund hierfür i'st folgender:

1) Wenn der Thermosiphon bei etwa BO⁰C betrieben wird, jQ steigt der Druck in der Leitung des Thermosiphons 21 auf über 15par (absolut) an, so daß die in der Leitung enthaltene Luft auf 1/15 ihres anfänglichen Volumens oder weniger zusammengedrückt wird.

ig 2) Die mit dem Kältemittel vermischte Luft zirkuliert mit der Strömung des Kältemittels auf natürliche Weise durch den Thermosiphon 21, so daß keine Stagnation der Luft auftritt und mithin auch die Wärmeabstrahlung nicht behindert wird. Es kann mithin eine nicht von Luft leergepumpte Leitungsschleife oder -schlange verwendet werden.

PiR mit. der Ausführungsform gemäß Fig. 2 erzielten Wirkungen lassen sich wie folgt zusammenfassen:

Der Thermosiphon 21 gemäß Fig. 2 ermöglicht im Vergleich zum Thermosiphon nach Fig. 4 eine Verringerung des Leistungs- bzw. Stromverbrauchs des Kühlschranks. Bei dem mit dem Thermosiphon ausgestatteten Kühlschrank kann die Temperatur des Verdichters 12 im Vergleich zu einem Kühlschrank ohne Thermosiphon verringert werden. Hierdurch wird eine verlängerte Betriebslebensdauer des Verdichters erzielt. Weiterhin ist es möglich, die Kühlgeschwindigkeiten von erstem und zweitem Verdampfer zu erhöhen und ihren Betriebsdaueranteil zu verkleinern. Da der anjsich bekannte Wärmehohlleiter (heat pipe] einen komplizierten Aufbau besitzt und teuer ist, eignet er sich nicht

zur Verwendung anstelle eines Thermosiphons. Letzterer ist vergleichsweise einfacher aufgebaut, und es kann auch eine für den Kühlkreislauf vorgesehene Kältemittel-Nachfüllvorrichtung für den Thermosiphon benutzt werden. Infolgedessen erhöhen sich die Herstellungskosten für den,Kühlschrank praktisch nicht.

In den Fig. 5 und B ist eins andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher den Teilen von Fig. 1 bis 3 entsprechende Teile mit denselben Bezugszifferen wie vorher bezeichnet und nicht mehr im einzelnen erläutert sind. Bei dieser Ausführungsform ist eine Ablauf leitung 26 eines rechteckigen Querschnitts am einen Ende mit einem aus Kunststoff bestehenden und an der Rückwand des Gefrierfachs 3 angeordneten Austragauslaß und am anderen Ende mit einem Aufnahme-Einlaß 26b verbunden, der ebenfalls

aus Kunststoff hergestellt ist und die obere Wand des 20

Kühlfachs 4 durchsetzt. Das Gefrierfach 3 kommuniziert somit über die Ab lauf leitung 26 mit dem Kühlfach 4. Ein wärmeleitendes Element 27, beispielsweise ein bandförmiges Aluminiumblech, ist in die Form gemäß Fig. 5 gebogen und steht mit Abschnitten 27a, 27a in unmittelbarer thermischer Berührung mit den Seitenflächen der Ablauf leitung 26, während ein Teil 27b desselben thermisch mit den Abschnitten 27a, 27a verbunden ist. Der Wärmeabgabeteil 23 des Thermosiphons steht in thermischem Kontakt mit dem Abschnitt 27b des wärmeleitenden Elements 27. Diese Anordnung verhindert das Wiedergefrieren des Abtauwassers aus dem Gefrierfach 3 und/stDnur die Abfuhr dieses Abtauwassers.

_o In Fig. 7 ist noch eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher den Teilen von Fig. 1 bis 3 entsprechende Teile wiederum mit denselben Bezugsziffern wie vorher bezeichnet und daher nicht

mehr im einzelnen erläutert sind. Bei dieser Ausführungsform stellt eine Verbindungsleitung 30 eine Verbindung zwischen erstem und zweitem Verdampfer 9 bzw. 10 her. Ein am Außenumfang der Verbindungsleitung 30 angeordnetes Abstandstück 31 ist in der Weise hergestellt, daß ein wärmeleitfähiges Material, wie Aluminiumfolie, um den gesamten Umfang eines elastischen Werkstoffs herum angebracht ist. Die Aluminiumfolie steht mit einem Teil des Wärmeabgabeteils 23 des Thermosiphons 21 in Berührung. Am Außenumfang der Verbindungs leitung 30 kann sich häufig Reif bzw. Eis absetzen, was zu einer Störung der Verbindungsleitung 30 führt. Bei der beschriebenen

Anordnung wird Wärme vom Wärmeabgabeteil 23 des Thermosiphons auf die Verbindungsleitung 30 übertragen, so daß deren Einfrieren verhindert wird. Weiterhin ist es dabei möglich, eine Geräuscherzeugung aufgrund mechanischer Schwingung.der Verbindungsleitung 30 und des Thermosiphons und somit eine Schwingungsberührung zwischen Verbindungsleitung 30 und Wärmeabgabeteil 23 des Thermosiphons zu verhindern. Herkömmlicherweise wird eine Reif- oder Eisbildung auf der Außenfläche der Verbindungsleitung 30 durch ein um diese herumgewickeltes elektrisches Heizelement verhindert, was einen erhöhten Stromverbrauch bedingt. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 kann dieser erhöhte Stromverbrauch vermieden werden.

Auch wenn bei den beschriebenen Ausführungsforrnen

der Wärmeabgabeteil 23 des Thermosiphons mit einer der Seitenplatten oder -wände 2b anstatt mit der Innenfläche der Rückwand 2a in thermischer. Berührung „- steht, läßt sich dasselbe Ergebnis erzielen.

Im folgenden sind die erfindungsgemäß erzielten Wirkungen zusammengefaßt:

1) Der Druck an der Auslaßseite des Verdichters wird verringert, wodurch die Kondensationstemperatur

c des Kältemittels im Kühlkreislauf herabgesetzt wird.

2) Die Kältemittelmenge kann im Vergleich zu Kondensator-Kühlsystemen kleiner sein.

3) Durch die [thermische) Berührung zwischen dem

Wärmeabgabeteil 23 des Thermosiphons und der Rückwand oder der Seitenwand des Kühlschranks kann eine thermische Beeinflussung des Kühlschranks je dur.ch den Wärmeabgabeteil verhindert werden.

Im Thermosiphon wird dasselbe Kältemittel wie im Kühlkreislauf verwendet.

Leerseite

Claims

21. Februar 1983

Patentansprüche

M.!Kühlvorrichtung für einen in einen Kühlkreislauf Crefrigerative cycle) eines eine Rückwand und Seitenwände aufweisenden Kühlschranks eingeschalteten Verdichter, dadurch gekennzeichnet, daB ein Thermosiphon C21) mit einem Wärmeaufnahmeteil (22) und einem Wärmeabgabeteil (23) sowie mit einer ge-

schlossenen Metall-Leitungsschleife, die mit einer vorbestimmten Kältemittelmenge gefüllt und unabhängig vom Kühlkreislauf angeordnet ist, vorgesehen ist, daB der Wärmeaufnahmeteil (22) zum Kühlen

des Verdichters (12) in eine im Verdichter (12) ent-15

haltene Ölmenge eintaucht und daß der Wärmeabgabeteil (23) thermisch in Berührung bzw. Kontakt mit der Innenfläche der Rückwand (2a) und/oder der Seitenwände steht, welche die vom Wärmeabgabeteil

_o_ (23) übertragene Wärme ableiten. zu
2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Kühlmittelmenge BO - 80% des Innenvolumens der geschlossenen Metall-Leitungsschleife beträgt.
3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Thermosiphon (21) dasselbe Kältemittel wie im Kühlkreislauf enthalten ist.
4. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Wärmeabgabeteils (23) über ein wärmeleitfähiges Element (27) thermisch unmittelbar an eine Metall-Ablauf leitung (26)

Qg zwischen einem Gefrierfach (3) und einem Kühlfach (4) des Kühlschranks (1) angekoppelt ist, so daß eine Reifbildung auf der Ablauf leitung bzw. ein Einfrieren derselben verhindert wird.
5. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeabgabeteil (23) des Thermösiphons in thermischem Kontakt mit einem elastischen wärmeleitfähigen Abstandstück (31) steht, das seinerseits in thermischer Berührung mit dem Außenumfang einer Metall-Leitung (30) steht, die einen Kühlmitteldurchgang zwischen einem Verdampfer (9) für ein Gefrierfach und einem Verdampfer (10) für

ein Kühlfach des Kühlschranks bildet.

B. Kühlvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandstück (31) ein hohles

elastisches Element und eine an dessen Außenfläche 15

angebrachte wärmeleitfähige Metallfolie aufweist,

wobei ein Teil der Wärme vom Wärmeabgabeteil (23) des Thermosiphons über die wärmeleitfähige Metallfolie und das hohle elastische Element auf die Metall-Leitung (30) übertragbar ist, um eine Reif- oder Eisbildung am Außenumfang der Metall-Leitung (30) zu verhindern, und wobei eine Geräuscherzeugung aufgrund einer Schwingungsberührung zwischen der Metall-Leitung (30) als dem Kältemitteldurchgang und einer den Thermosiphon bildenden 25

Metall-Leitung verhindert werden kann.