DE3627167A1 - Kompressions-kaeltemaschine, insbes. fuer haushalts-kuehl- u. gefriergeraete - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kompressions-Kältemaschine, insbesondere für Haushalts- Kühl- und Gefriergeräte, mit einem gekapselten Motorverdichter-Aggregat und ei­ nem Kältekreislauf, in dem hintereinander ein Kondensator, eine Drosselkapillare und ein Verdampfer liegen, welcher mit einer an der obersten Stelle seines Kanalsy­ stems liegenden Einspritz- und Ansaugstelle für das Kältemittel ausgestattet ist, wobei das sich im unteren Bereich des Verdampfers sammelnde flüssige Kältemittel eine Dampfsperre mit in den aufsteigenden Ästen der Kältemittelkanäle stehendem Flüssigkeitsspiegel bildet.

Bei bekannten Kompressions-Kältemaschinen der genannten Art ist es durchaus aus­ reichend und daher aus Gründen der Kosteneinsparung auch üblich, das im wesentli­ chen aus dem gekapselten Motorverdichter, dem Kondensator der Drosselkapillare und dem Verdampfer gebildete Kreislaufsystem vor dem Einfüllen des Kältemittels von der Saugseite her zu evakuieren. Dabei nimmt man jedoch bewußt in Kauf, daß wegen des hohen Strömungswiderstandes der Drosselkapillare nach dem Evakuieren im Kondensator ein gewisser Anteil an Restluft verbleibt. Diese Restluft wandert während des Betriebes im System der Kompressions-Kältemaschine mit und bildet mit dem Kältemitteldampf ein Gasgemisch, dessen Partialdrücke sich nach der je­ weils vorhandenen Temperatur und dem Mengenverhältnis in den einzelnen Abschnit­ ten des Systems einstellen.

Untersuchungen haben ergeben, daß während des Betriebes der Kältemaschine die dampfförmige Kältemittelmenge auf der Druck- und Saugseite annähernd gleichmä­ ßig verteilt ist. Dies gilt auch für die Luftmenge. Wird die Kältemaschine ausge­ schaltet, findet der Druckausgleich statt, d.h., das im Verflüssiger befindliche Käl­ temittel - zuerst das flüssige und dann das Dampf-Luft-Gemisch - strömt über die Drosselkapillare in den Verdampfer. Der größte Teil des Kältemitteldampfes wird im kalten Verdampfer wieder verflüssigt, und zwar solange, bis der Partialdruck des Kältemittels den Sättigungsdruck der jeweils herrschenden Verdampfertemperatur er­ reicht hat. Das flüssige Kältemittel sammelt sich dabei im unteren Bereich des Ver­ dampfers. In dem darüber liegenden Kanalsystem zwischen der Einspritzstelle und dem Spiegel des flüssigen Kältemittels im unteren Bereich des Verdampfers befindet sich nun neben dem Kältemitteldampf eine relativ große Luftmenge. Ihr Partialdruck ist entsprechend hoch. Demgegenüber schließt das auf der anderen Seite der Dampfsperre vorhandene Gasvolumen den Verdichter mit dem großen Volumen seiner Kapsel ein, so daß der Partialdruck der auf dieser Seite des Systems eingeschlosse­ nen Luft sehr klein ist. Der Flüssigkeitsspiegel im unteren Bereich des Verdampfers stellt sich dabei entsprechend der Partialdruck-Differenz der Luft zu beiden Seiten der Dampfsperre ein, d.h., er liegt im Verdampfer auf der Seite der Einspritzstelle erheblich tiefer als auf der dem Verdichter zugeordneten Saugseite.

Wenn nun infolge der Wärmezufuhr aus dem Kühlraum das flüssige Kältemittel im unteren Bereich des Verdampfers verdampft, steigen die Dampfblasen zu beiden Sei­ ten der Dampfsperre, also auf der Einspritzseite und auch auf der Saugseite auf. Dabei wird auf der Einspritzseite das zur Verfügung stehende nach oben durch die Drosselkapillare begrenzte verhältnismäßig geringe Kanalvolumen schnell mit Kälte­ mitteldampf aufgefüllt, wodurch der Flüssigkeitsstand auf dieser Seite tiefer her­ untergedrückt wird. Es kommt zu einem Überströmen von großen Dampfblasen durch das die Dampfsperre bildende flüssige Kältemittel hindurch von der Einspritzseite auf die Saugseite. Hierbei entstehen Gluckergeräusche, deren Frequenz und Intensität von der Partialdruck-Differenz und von der Wärmezufuhr am Verdampfer abhängt. Diese während der Stehzeit des Aggregats entstehenden und daher deutlich wahr­ nehmbaren Gluckergeräusche werden in der Umgebung des Kühl- und Gefriergerätes als unangenehm und störend empfunden.

Zwar könnte man das aufgrund der Partialdruck-Differenz zwischen Luft und Käl­ temittel zurückzuführende Entstehen von Gluckergeräuschen dadurch vermeiden, daß man den Luftanteil auf ein vernachlässigbares Maß verringern würde. Dies würde je­ doch ein gleichzeitiges Evakuieren von der Saug- und Druckseite des Kältekreislaufes bedingen. Darüber hinaus müßten die gekapselten Verdichter ohne Ölfüllung in den Kreislauf eingebaut und dann erst nach dem vollständigen Evakuieren mit Kälte­ mittel und luftfreiem Öl gefüllt werden. Dieses sehr aufwendige Verfahren würde jedoch die Herstellungskosten der Kompressions-Kältemaschine wesentlich erhöhen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bei Kompressions-Kältemaschinen der eingangs näher beschriebenen Art infolge der Partialdruck-Differenz zwischen Rest­ luft- und Kältemittel im Verdampfer auftretenden Gluckergeräusche auf einfache Weise zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird nach der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß die beider­ seits der Dampfsperre liegenden senkrechten Äste der Kältemittelkanäle im Ver­ dampfer durch eine oberhalb des im Betrieb erreichbaren höchsten Flüssigkeitspegels liegenden Verbindungskanal verbunden sind, mit dessen Hilfe eine sich während der Stehphase zwischen den Bereichen vor und nach dem flüssigen Kältemittel am Ver­ dampferboden aufgrund der dort vorhandenen Luftmengen einstellende Druckdifferenz ausgeglichen wird.

Nach einer vorteilhaften Weiterentwicklung des Gegenstandes der Erfindung ist vorge­ sehen, daß der Strömungswiderstand des Kanalsystems im Verdampfer in dem durch die Anschußstellen des Verbindungskanals überbrückten Bereich geringer ist als der des Verbindungskanals.

Auf diese Weise wird verhindert, daß flüssiges Kältemittel während des normalen Betriebes durch den Verbindungskanal in die Ansaugstelle übertritt.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung ist vorgesehen, daß der Verbindungskanal entgegen der Strömungsrichtung des Kältemit­ tels geneigt abwärts verläuft.

Hierdurch wird vermieden, daß flüssiges Kältemittel durch den Verbindungskanal in den aufsteigenden Ast des Saugkanals nachlaufen kann.

Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das vereinfachte Schema eines Kältekreislaufes einer Kompressions-Käl­ temaschine für Haushalts-Kühl- oder Gefrierschränke und

Fig. 2 den Verdampfer der Kompressions-Kältemaschine nach Fig. 1 in einem diesem gegenüber vergrößerten Maßstab.

Ein in der Fig. 1 mit 10 bezeichneter Kältekreislauf einer Kompressions-Kältema­ schine für Haushalts-Kühl- oder Gefrierschränke ist in bekannter Weise mit einem gekapselten Motorverdichteraggregat 11 ausgestattet, auf dessen Druckseite ein Kon­ densator 12 angeschlossen ist. In dem mit einer Trocknerpatrone 13 versehenen Käl­ tekreislauf 10 sind ferner eine als Drosselorgan dienende Drosselkapillare 14 und ein Verdampfer 15 hintereinander geschaltet, von dem aus der Kältemitteldampf über ein Saugrohr 16 auf die Saugseite des gekapselten Motorverdichters 11 gelangt. Der Verdampfer 15 ist, wie insbesondere aus der Fig. 2 hervorgeht, mit einem Ka­ nalsystem ausgestattet, an dessen oberster Stelle die vom Ende des Kapillarrohres 14 gebildete Einspritzstelle 17 liegt. Hierdurch werden während des Betriebes der Kältemaschine an der Einspritzstelle entstehende Einspritzgeräusche vermindert. Die wegen des günstigen Einrohr-Anschlusses ebenfalls an der obersten Stelle des Kanal­ systems liegende Absaugstelle 18 ist mit einem Dampfdom 19 versehen, der an das Saugrohr 16 angeschlossen ist.

Das mit einem mäanderförmigen absteigenden und einem senkrecht nach oben füh­ renden Ast 20 und 21 ausgestattete Kanalsystem des Verdampfers 15 ist so ausge­ bildet, daß sich nach dem Abschalten der Kompressions-Kältemaschine 10 im unte­ ren Bereich des Verdampfers 15 flüssiges Kältemittel sammelt, dessen Flüssigkeits­ spiegel in den senkrechten Ästen beiderseits eines waagerechten Abschnitts der Käl­ temittelkanäle steht und auf diese Weise eine Dampfsperre für den entstehenden Kältemitteldampf bildet.

Um die aufgrund der eingangs dargelegten Zusammenhänge entstehenden Gluckerge­ räusche im Verdampfer 15 zu vermeiden, sind die beiderseits der Dampfsperre lie­ genden senkrechten Äste der Kältemittelkanäle 20 und 21 durch eine oberhalb des im Betrieb erreichbaren höchsten Flüssigkeitsstandes liegenden Kanal 22 verbunden, mit dessen Hilfe eine sich während der Stehphase zwischen der Saug- und Drucksei­ te aufgrund unterschiedlichen Partialdrucks der Luft zu beiden Seiten der Dampf­ sperre einstellende Druckdifferenz ausgeglichen wird. Hierbei ist vorgesehen, daß der Strömungswiderstand des Kanalsystems im Verdampfer 15, in dem durch die An­ schlußstellen des Verbindungskanals 22 überbrückten Bereich geringer ist als der des Verbindungskanals 22. Auf diese Weise wird vermieden, daß flüssiges Kältemittel während des normalen Betriebs der Kompressions-Kältemaschine 10 durch den Ver­ bindungskanal 22 in den Verdampfer 19 gelangt und von dort aus in die Ansaugstelle 18 übertreten kann. Der Verbindungskanal 22 ist ferner so ausgebildet, daß er ent­ gegen der Strömungsrichtung des Kältemittels geneigt abwärts verläuft. Hierdurch wird vermieden, daß durch den Verbindungskanal 22 flüssiges Kältemittel in den zum Saugkanal 18 und den Dampfdom 19 führenden aufsteigenden Ast 21 nachlaufen kann.

Ohne das Vorhandensein des Verbindungskanals 22 würde sich aufgrund der durch den unterschiedlichen Partialdruck gegebenen Verhältnisse der Druckunterschied Δ P _L entsprechend der Darstellung in der Fig. 2 einstellen. Bei Erwärmung des Verdamp­ fers 15 während der Stillstandzeiten der Kompressor-Kältemaschine 10 würde dabei der entstehende Dampf auf der linken Seite der so gebildeten Dampfsperre 15 in der Lage sein, den Flüssigkeitsspiegel auf dieser Seite unter das durch die Linie A-A angedeute Niveau zu drücken und dabei auf die andere Seite der so gebildeten Dampfsperre überzutreten, wobei es zur Erzeugung unerwünschter Gluckergeräusche käme.

Ohne das Vorhandensein von Luft könnte der beschriebene Vorgang nicht ablaufen, da kein Druckunterschied zwischen den Räumen links und rechts des die Flüssig­ keitssperre bildenden flüssigen Kältemittels besteht. Zwar erzeugen die aufsteigenden Dampfblasen auch hier einen Druckunterschied zwischen linker und rechter Seite der Flüssigkeit. Der Druckunterschied aber, der erforderlich ist, um auf der linken Seite die Flüssigkeit unter das Niveau der Linie A-A zu drücken, ist jedoch größer als die Temperaturunterschiede im Verdampfer, so daß der aufsteigende Kältemitteldampf wieder verflüssigt wird, bevor der Flüssigkeitsstand links das Niveau A-A erreicht. Es kommt also nicht zu einer Bewegung von Dampfblasen durch die Flüssigkeit und somit auch nicht zu Gluckergeräuschen. Dies würde jedoch, wie eingangs dargelegt, ein aufwendiges und daher teures Evakuierverfahren und insbesondere Vorkehrungen beim Einfüllen des Ölvorrates in die Kapsel des Motorverdichters erforderlich ma­ chen.

Claims (3)

1. Kompressions-Kältemaschine, insbes. für Haushalts-Kühl- und Gefriergeräte, mit einem gekapselten Motorverdichter-Aggregat und einem Kältekreislauf, in dem hintereinander ein Kondensator, eine Drosselkapillare und ein Verdampfer liegen, welcher mit einer an der obersten Stelle seines Kanalsystems liegen­ den Einspritz- und Ansaugstelle für das Kältemittel ausgestattet ist, wobei das sich im unteren Bereich des Verdampfers sammelnde flüssige Kältemittel eine Dampfsperre mit in den aufsteigenden Ästen der Kältemittelkanäle ste­ hendem Flüssigkeitsspiegel bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die beiderseits der Dampfsperre liegenden senkrechten Äste (20, 21) durch eine oberhalb des im Betrieb erreichbaren höchsten Flüssigkeitspegels liegen­ den Verbindungskanal (22) verbunden sind, mit dessen Hilfe eine sich während der Stehphase zwischen den Bereichen vor und nach dem flüssigen Kältemittel am Verdampferboden aufgrund der dort vorhandenen Luftmengen einstellende Druckdifferenz ausgeglichen wird.

2. Kompressions-Kältemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungswiderstand des Kanalsystems des Verdampfers (15′) in dem durch die Anschlußstellen des Verbindungskanals (22) überbrückten Bereich geringer ist als der des Verbindungskanals.

3. Kompressions-Kältemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (22) entgegen der Strömungs­ richtung des Kältemittels geneigt abwärts verläuft.