DE69628506T2

DE69628506T2 - Kühlschrank

Info

Publication number: DE69628506T2
Application number: DE69628506T
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Matsushima; Kazuhiro Niihari-gun Endoh; Kazuya Matsuo; Hiroshi Iwata
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-07-26
Filing date: 1996-07-25
Publication date: 2004-04-29
Anticipated expiration: 2016-07-26
Also published as: CN1137362C; EP0756142A2; DE69628506D1; JPH0942817A; JP3523381B2; KR970007216A; KR0176303B1; EP0756142A3; EP0756142B1; CN1153281A; US5694779A; US5946939A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kühlschrank mit einem Kompressor, einem Kondensator, einer Expansionsvorrichtung und einem Verdampfer, die funktionsmäßig miteinander durch einen Kühlkreislauf verbunden sind, in dem abdichtend ein Kühlmedium eingeschlossen ist, wobei der Verdampfer in ein Wärmeisolationsmaterial eingebettet ist, das eine innenseitige Kammer des Kühlschranks abdeckt, und wobei Wärmeübertragungseinrichtungen vorgesehen sind, um Wärme, die aus einem Wärmeaustauscher zum Kühlen von Luft in der Kammer erhalten wird, zu dem Verdampfer zu übertragen. Ein solcher Kühlschrank ist beispielsweise aus der EP-A-0 541 157 bekannt.
Als Kältemittel, das die Ozonschicht nicht zerstören kann und ein geringes globales Erwärmungspotenzial hat, können Kältemittel vom HC-(Kohlenwasserstoff-)Typ in Betracht gezogen werden. Kältemittel vom NC-Typ sind jedoch entzündlich, so dass bei Verwendung der Kältemittel vom HC-Typ die Sicherheit gewährleistet werden muss, dass kein Feuer und keine Explosion auftreten, auch wenn das Kältemittel bei einem Unfall oder dergleichen in einem Leckstrom austritt.
Als Einrichtung zum Unterbinden von Feuer und Explosion im Falle der Verwendung eines entzündlichen Kältemittels in dem Kältemittelzyklus offenbart beispielsweise die
JP-A-7-55298 eine Klimaanlage mit einem Kühlkreislauf, bei dem ein Kontakt zwischen Funken an Kontaktstellen und einem entzündlichen Kältemittel darum herum dadurch verhindert wird, dass die Kontaktpunkte der Steuerrelais abgedichtet sind.
Bei dem vorstehend erwähnten Stand der Technik besteht jedoch das Problem, dass ein Feuer oder eine Explosion mit einer außenseitigen Zündquelle (beispielsweise einem Funken, der an einem Relaiskontaktpunkt in einer benachbarten Vorrichtung erzeugt wird) auftreten kann. Wenn das entzündliche Kältemittel im Leckstrom aus dem Kühlkreislauf austritt, wird fast das ganze entzündliche Kältemittel nach außen abgegeben. Dadurch entsteht ein Problem, dass das entzündliche Kältemittel sich über einen weiten Bereich erstreckt, so dass die Gefahr einer Explosion besteht.
Ein Kühlschrank der gattungsgemäßen Art ist in der FR 21 93 186 A offenbart, die einen Kühlschrank mit einem einzigen Kreis zeigt, bei dem die Verdampferrohre wenigstens teilweise in der thermischen Wandisolierung des Kühlschranks in einem Abstand und in einer Anzahl pro Volumeneinheit eingebettet sind, die ausreichen, um das gewünschte Temperaturprofil in dem Kühlbereich durch direkte Wärmeleitung durch das Isoliermaterial und die den Kühlbereich bildende Wand zu erhalten.
Die DE 43 14 924 A beschreibt eine mehrstufige Klimaanlage, bei welcher ein entzündliches Kältemittel, d. h. Ammoniak, abgedichtet in einem äußeren Kühlkreis eingeschlossen ist, während ein nicht entzündliches Kühlmittel, d. h. CO₂, in einem inneren Kühlkreislauf abdichtend eingeschlossen ist. Zwischen den beiden Kreisläufen wird Wärme mittels eines Verdampfers für den ersten Kreis ausgetauscht, der außerhalb eines zu klimatisierenden Raums angeordnet ist.
Die EP 0 541 157 A1 beschreibt einen Kühlschrank, der mit drei Kühlkreisen versehen ist, um seine Steuermöglichkeiten zu verbessern. Der erste Kühlkreis enthält ein Kühlmedium und weist einen Kompressor, einen ersten Kondensator und einen ersten Verdampfer auf. Der zweite Kühlkreis, der ein Kühlmedium enthält, weist einen zweiten Verdampfer, der in einem Gefrierfach angeordnet ist, und einen zweiten Kondensator auf, der in einem Wärmeaustauschkontakt mit dem ersten Verdampfer steht. Der dritte Kühlkreis enthält ein Kühlmedium, das abgeschlossen werden kann, und hat einen dritten Verdampfer, der in dem Kühlfach angeordnet ist, sowie einen dritten Kondensator, der in einem Wärmeaustauschkontakt mit dem ersten Verdampfer steht.
Das Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines Kühlschranks der gattungsgemäßen Art, der eine Leckage des Kühlmediums in das Innere des Kühlschranks im Wesentlichen verhindert und der das Kühlmedium in dem Verdampfer und in der Verrohrung im Falle einer Leckage zur Kondensatorseite hin wiedergewinnt.
Dieses Ziel wird nach der vorliegenden Erfindung mit dem Kühlschrank der gattungsgemäßen Art dadurch erreicht, dass das Kühlmedium ein entzündliches Kältemittel ist und dass Rückschlageinrichtungen vorgesehen sind, um zu verhindern, dass das entzündliche Kältemittel in dem Kompressor zum Verdampfer zurückströmt.
Mit dem erfindungsgemäßen Kühlschrank ist die Gefahr eines Feuers und einer Explosion in dem Raum abgewendet.
Vorzugsweise werden die Wärmeübertragungseinrichtungen von einem Thermosiphon oder einem Frostschutzlösungsumlaufsystem gebildet, in dem die Frostschutzlösung umlaufen gelassen wird.
Vorteilhafterweise sind Abschließeinrichtungen vorgesehen, um den Strom des entzündlichen Kältemittels zu steuern, das von dem Kondensator zur Expansionsvorrichtung strömt.
Der Kühlkreislauf kann so aufgebaut sein, dass das in dem Verdampfer gehaltene entzündliche Kältemittel in den Kondensator oder in einen Kältemittel-Rückgewinnungszylinder zurückgewonnen wird.
Vorzugsweise sind Kältemittelleck-Detektoreinrichtungen vorgesehen, um eine Leckage von entzündlichem Kältemittel in die Kammer oder nach außen zu erfassen.
Weiterhin kann eine Steuereinrichtung für eine solche Steuerung vorgesehen werden, dass, wenn die Kältemittelleck-Detektoreinrichtungen eine Leckage von entzündlichem Kältemittel feststellt, die Abschließeinrichtungen geschlossen werden und der Betrieb des Kompressors eingestellt wird, nachdem vom Schließen der Abschließeinrichtungen aus eine vorgegebene Zeit vergangen ist und wenigstens in dem Verdampfer gehaltenes entzündliches Kältemittel in den Kondensator oder in einen Kältemittel-Rückgewinnungszylinder zurückgewonnen wird.
Zweckmäßigerweise ist eine Kältemittelleckanzeige zum Anzeigen der Leckage von entzündlichem Kältemittel vorgesehen, die von einer Kältemittelleck-Detektoreinrichtung erfasst wird.
Vorzugsweise sind elektrische Teile, die als Zündquellen dienen, in einem abgedichteten Behälter untergebracht, der in der Nähe des oberen Teils des Kühlschranks angeordnet ist.
Vorteilhafterweise hat ein Gebläsesatz in der Kammer einen explosionsfesten Aufbau.
Wenn ein entzündliches Kältemittel, wie ein Gemisch aus Propan und Isopropan, das keine Probleme hinsichtlich des Schutzes der globalen Umgebung stellt, in dem Kühlkreislauf des Kühlschranks der Erfindung verwendet wird, wird das direkte Einsickern des ent zündlichen Kältemittels in die Kammer auch dann unterbunden, wenn das entzündliche Kältemittel aus dem Verdampfer oder der Verrohrung im Leckstrom austritt, was zum Ergebnis hat, dass die Gefahr eines Feuers und einer Explosion des Kühlschranks vermieden werden kann.
Bei dem vorstehend erwähnten Aufbau kann ferner das entzündliche Kältemittel, das beispielsweise innerhalb des Verdampfers oder dergleichen zurückgehalten ist, in den Kondensator oder in den Kältemittel-Recyclisierungszylinder wiedergewonnen werden.
Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Ansicht des Aufbaus einer ersten Ausführungsform eines Kühlschranks nach der Erfindung.
2A ist eine Ansicht des Aufbaus einer ersten Ausführungsform eines Kondensators nach der vorliegenden Erfindung.
2B ist eine Schnittansicht längs der Linie IIB-IIB in 2A.
3A ist eine Ansicht des Aufbaus einer Ausführungsform eines Zwischenwärmeaustauschers nach der vorliegenden Erfindung.
3B ist eine Schnittansicht längs der Linie IIIB-IIIB in 3A.
4 ist eine Ansicht des Aufbaus einer zweiten Ausführungsform eines Kühlschranks nach der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine Ansicht des Aufbaus einer dritten Ausführungsform eines Kühlschranks nach der vorliegenden Erfindung.
6 ist ein Zeitplan zum Zeitpunkt der Erfassung eines Leckstroms des Kältemittels in dem Kühlschrank gemäß der dritten Ausführungsform.
Wie in 1 bis 3 gezeigt ist, ist bei dem Hauptgehäuse 1 des Kühlschranks eine innere Kammer 70 mit einem Wärmeisolationsmaterial 2 so abgedeckt, dass die Kammer 70 in ein Gefrierfach 3 und in ein Kühlfach 4 unterteilt wird. Zusätzlich hat das Gefrierfach 3 Trennplatten 5 und eine Gefrierfachtür 9 mit Türtaschen 7 für die Aufnahme kleiner Nahrungsmittelpakete. Zusätzlich hat die Kühlkammer 4 Trennplatten 6 und eine Kühlfachtür 10 mit Türtaschen 8 für die Aufnahme kleiner Nahrungsmittelpackungen.
Zum Kühlen der Kammer 70 in dem Hauptgehäuse 1 des Kühlschranks sind ferner ein Kühlkreislauf 11 und eine Wärmeübertragungsvorrichtung 20 vorgesehen, die von einem Thermosiphon zum Bewegen von Wärme (Wärmeförderung oder Wärmeleitung) zwischen einem Zwischenwärmeaustauscher 16, der in einem Wärmeisolationsmaterial 2 eingebettet ist, und einem Wärmeaustauscher 21 für das Kühlen, der in der Nähe einer Rückwand des Kühlfachs 3 angeordnet ist, gebildet ist. Der Kühlkreislauf 11 hat einen Kompressor 12 zum Erhöhen der Temperatur und des Drucks des entzündlichen Kältemittels auf ein hohes Niveau, einen Kondensator 13 zum Kondensieren (Verflüssigen) des entzündlichen Kältemittels durch Wärmeaustausch mit Luft, die um ihn herumströmt, ein Schließventil 14, eine Expansionsvorrichtung 15, die von einem Kapillarrohr oder dergleichen gebildet wird und den Druck des entzündlichen Kältemittels reduziert, während Wärme mit dem entzündlichen Kältemittel in einem Rückführrohr 17 ausgetauscht wird, einen Zwischenwärmeaustauscher 16, der innerhalb des Wärmeisolationsmaterials 2 angeordnet ist und der ebenfalls als ein Verdampfer für den Kühlkreislauf (zum Kühlen eines zweiten Kältemittels zum Verdampfen des entzündlichen Kältemittels) dient, ein Rückführrohr 17, das so angeordnet ist, dass es Wärme mit der Vorrichtung austauschen kann, ein Rückschlagventil 18, einen Kondensator 13, ein Sperrventil 14 und ein Sperrventil 19 zum Entfrosten, zum Öffnen und Schließen eines Kreises, der die Expansionsvorrichtung 15 (Kapillarrohre oder dergleichen) umgeht. Innerhalb des Kühlkreislaufs 11 ist abdichtend ein entzündliches Kältemittel (beispielsweise ein gemischtes Kältemittel aus Propan und Isopropan) eingeschlossen. Insbesondere entspricht der Siedepunkt des entzündlichen Kältemittels annähernd dem des herkömmlichen CFC-12, wenn ein aus einem Gemisch von Propan und Isopropan gebildetes Kältemittel als entzündliches Kältemittel verwendet wird. Insbesondere wenn ein gemischtes Kältemittel zum Einsatz kommt, dessen Mischungsverhältnis von Propan und Isopropan etwa 40 : 60 in Massen- ist, wird die Kühlleistung ähnlich der des herkömmlichen CFC-12. Übrigens besteht der Grund, warum der Zwischenwärmeaustauscher 16, der auch als Verdampfer dient, innerhalb des Wärmeisolationsmaterials 2 angeordnet ist, darin, dass das entzündliche Kältemittel durch die Wand der Kammer 70 ausgesperrt ist, so dass das entzündliche Kältemittel nicht in die Kammer eindringt, auch wenn das entzündliche Kältemittel im Leckstrom aus dem Verdampfer austritt.
Andererseits ist in der Wärmeübertragungsvorrichtung 20 eines Thermosiphons oder dergleichen ein Kohlensäuregas als ein sekundäres Kältemittel abdichtend eingeschlossen, das ein nicht entzündliches Kältemittel ist, wobei innerhalb der Verrohrung ein Docht vorgesehen ist.
Auf der Oberseite des Hauptgehäuses 1 des Kühlschranks ist ein Elektrokasten 22 vorgesehen, in dem eine Steuerung 23 und eine Antriebsvorrichtung 24 für den Kompressor auf abgedichtete Weise installiert sind. Die Steuerung 23 umfasst Messwerte aus einem Kältemittelleckdetektor 26, einen Temperaturdetektor 25 für den Wärmeaustauscher 21 zum Kühlen, einen Temperaturdetektor 28 für das Gefrierfach 3 und einen Temperaturdetektor 29 für das Kühlfach 5 und steuert die Antriebsvorrichtung 24 für den Kompressor, das Abschaltventil 14, das Abschaltventil 19 für das Abtauen und eine Drossel (nicht gezeigt) oder dergleichen. Außerdem schaltet die Antriebsvorrichtung 24 für den Kompressor den Kompressor 12 und das Gebläse 30 an und ab. Demzufolge nimmt der erwähnte Elektrokasten 22 in abdichtender Weise die elektrischen Teile (Steuerung 23 und Antriebsvorrichtung 24 für den Kompressor) auf und ist an der Oberseite des Hauptgehäuses 1 des Kühlschranks angeordnet. Dementsprechend werden, auch wenn ein Leck des entzündlichen Kältemittels an der Außenseite auftritt, Propan und Isopropan, die schwerer als Luft sind, am unteren Teil des Hauptgehäuses 1 des Kühlschranks gesammelt, so dass der Elektrokasten nicht als Zündquelle dienen kann. Der Kältemittelleckdetektor 26 erfasst den Leckstrom von entzündlichem Kältemittel, das sich am unteren Teil des Gefrierfachs 3 ansammelt. Der Temperaturdetektor 25 für den Wärmeaustauscher zum Kühlen erfasst (misst) die Temperatur des Wärmeaustauschers 21 zum Kühlen. Zusätzlich dienen der Temperaturdetektor 28 des Gefrierfachs und der Detektor 29 des Kühlfachs jeweils zur Erfassung (Messung) der Temperatur des Gefrierfachs 3 und des Kühlfachs 4.
Die Kältemittelleckanzeige 27 zeigt einen Leckstrom an Kältemittel auf der Vorderseite des Kühlschranks 1 an, wenn der Kältemittelleckdetektor 26 einen Leckstrom des entzündlichen Kältemittels erfasst. Das Gebläse 30 hat einen explosionssicheren Aufbau. Das Gebläse 30 dient dazu, dass von dem Wärmeaustauscher zum Kühlen 21 gekühlte Luft längs eines Luftwegs 31 strömen kann. Zu dem Luftweg 31 gehört eine Ansaugöffnung 32 für das Gefrierfach 3, eine Ansaugöffnung 33 für das Kühlfach 4, eine Ausblasöffnung 34 für das Gefrierfach 3 und eine Ausblasöffnung 35 für das Kühlfach 4.
Wie in 2 gezeigt ist, hat der Kondensator 13 einen Kühlmittelweg 38, der von zwei miteinander hart verlöteten Metallplatten 36 und 37 gebildet wird, die Nuten mit unterschiedlichen Krümmungen oder Tiefen haben, einen Einlassverteiler 39, einen Kondensierabschnitt 40, einen Auslassverteiler 41, ein Einlassanschlussteil 42 und ein Auslassanschlussteil 43, das für die Verbindung mit dem Kühlkreislauf 11 erweitert ist, sowie die Wär meübertragung begünstigende Rippen 44 und 45, die aus den Metallplatten 36, 37 in entgegengesetzte Richtungen ausgeschnitten und gebogen sind.
In dem Zwischenwärmeaustauscher 16 sind ein Kältemittelweg 48 und ein sekundärer Kältemittelweg 49 in unabhängiger Weise durch Hartverlöten von zwei Metallplatten 46 und 47 gebildet, wie in 3 gezeigt ist. Der Kühlmittelweg 48 ist mit einem Einlassanschlussteil 50 und einem Auslassanschlussteil 51 versehen, während der zweite Kältemittelstromweg 49 mit einem Einlassanschlussteil 52 und einem Auslassanschlussteil 53 versehen ist.
Es wird die Arbeitsweise des Kühlschranks beschrieben. Wenn die von dem Temperaturdetektor 28 für das Gefrierfach 3 erfasste Temperatur gleich einer ersten Solltemperatur Tf₁ für das Gefrierfach 3 oder größer als diese wird, und wenn die von dem Temperaturdetektor 29 für das Kühlfach 4 gemessene Temperatur gleich der ersten Solltemperatur TC₁ für das Kühlfach 4 wird, wird das Sperrventil 14 durch die Steuerung 23 geöffnet und der Kompressor 12 und das Gebläse 30 werden über die Antriebsvorrichtung 24 für den Kompressor angetrieben. Das entzündliche Kältemittel, dessen Temperatur und Druck auf ein hohes Niveau durch den Kompressor 12 angehoben worden ist, wird dem Kondensator 13 zugeführt. Wie in 2 gezeigt ist, strömt das entzündliche Kältemittel, das in den Einlassanschlussteil 42 für den Kondensator 13 eingetreten ist, durch den kondensierenden Teil 40, der in eine Vielzahl von Teilen von dem Einlassverteiler 36 aus getrennt wird, und strömt in einer Abwärtsbewegung, während es Wärme mit Luft austauscht, die um den Kondensator 13 herumströmt, so dass es kondensiert wird, und am Auslassverteiler 41 wieder zusammenströmt und als entzündliches Kältemittel in flüssiger Form aus dem Auslassanschlussteil 43 abströmt.
Danach geht das entzündliche Kältemittel in flüssiger Form, das aus dem Kondensator 13 ausgeströmt ist, durch das Absperrventil 14 hindurch und tauscht Wärme mit dem entzündlichen Kältemittel in der Rückführverrohrung 17 an der Expansionsvorrichtung 15 (Kapillarrohre oder dergleichen) aus, wobei sein Druck reduziert wird und das entzündliche Kältemittel zum Zwischenwärmeaustauscher 16 geführt wird. Das entzündliche Kältemittel strömt in einem Mischzustand aus Gas und Flüssigkeit mit einer niedrigen Temperatur und einem niedrigen Druck von der Expansionsvorrichtung 15 kommend durch den Kältemittelweg 48 in dem Zwischenwärmeaustauscher 16 und kühlt das sekundäre Kältemittel, das durch den Kältemittelweg 59 über Metallplatten 46 und 47 strömt und verdampft wird. Das verdampfte Kältemittel tauscht Wärme mit der Expansionseinrichtung 15 (Kapillarrohre oder dergleichen) in der Rückführleitung 17 aus und geht durch das Rückschlagventil 18 hindurch und kehrt zum Kompressor 12 zurück.
Der Grund, warum das Kältemittel in der Rückführverrohrung 17 mit dem Kältemittel in der Expansionsvorrichtung 15 Wärme austauschen darf, besteht darin, die nachstehenden Probleme auszuschließen. Die Temperatur des Kältemittels in der Rückführverrohrung 17 ist niedrig (manchmal –18°C). Wenn also das Kältemittel dem Kompressor zugeführt wird, wird der Gesamtwirkungsgrad verringert und Tau auf der Rückführverrohrung 17 abgeschieden. Insbesondere wird der Gesamtwirkungsgrad durch Anheben der Temperatur des flüssigen Kältemittels in der Expansionsvorrichtung 15 angehoben.
Inzwischen kondensiert das sekundäre Kältemittel, das von dem entzündlichen Kältemittel in dem Zwischenwärmeaustauscher 16 abgekühlt worden ist, und fällt aufgrund der Schwerkraft nach unten. Das sekundäre Kältemittel wird zum Wärmeaustauscher 21 für das Kühlen geführt, um Wärme mit Luft auszutauschen, die durch das Gebläse 30 zugeführt wird, und wird verdampft. Somit kehrt nach dem Verdampfen das sekundäre Kältemittel wieder zu dem Zwischenwärmeaustauscher 16 zurück. Dadurch ergibt sich eine Wärmeübertragungsvorrichtung 20, die von einem Thermosiphon gebildet wird. Luft, die durch den Wärmeaustauscher 21 zum Kühlen abgekühlt worden ist, wird von dem Gebläse 30 zur Kammer geblasen, deren Temperatur höher als die vorgegebene Temperatur ist. Insbesondere wenn die von dem Temperaturdetektor 28 für das Gefrierfach 3 erfasste Temperatur höher ist als seine erste Solltemperatur Tf₁, wird Luft in die Gefrierkammer 3 aus der Ausblasöffnung 34 ausgeblasen, oder wenn die von dem Temperaturdetektor 29 für das Kühlfach 4 erfasste Temperatur höher ist als die erste Solltemperatur Tc₁, wird die Luft in die Kühlkammer 4 aus der Ausblasöffnung 35 dadurch geblasen, dass auf die Drossel (nicht gezeigt) umgeschaltet wird. Wenn die von dem Temperaturdetektor 28 für das Gefrierfach oder die von dem Temperaturdetektor 29 für das Kühlfach erfasste Temperatur gleich oder kleiner wird als die zweite Solltemperatur Tf₂ für das Gefrierfach und die zweite Solltemperatur Tc₂ für das Kühlfach, wird das Gebläse 30 durch die Steuerung 23 angehalten und das Absperrventil 14 geschlossen. Der Kompressor 12 arbeitet während einer ersten Sollzeitperiode t₁ weiter. Da jedoch das entzündliche Kältemittel dem Zwischenwärmeaustauscher 16 nicht zugeführt wird, wird der Druck abgesenkt und das flüssigartige entzündliche Kältemittel verdampft, so dass das Kältemittel von dem Kompressor 12 zum Kondensator 13 geschickt wird. Im Anschluss daran wird das Kältemittel kondensiert und in dem Kondensator 13 als flüssiges, entzündliches Kältemittel gesammelt. Danach wird der Betrieb des Kompressors 12 angehalten.
Die Steuerung 23 überwacht die addierte Betriebszeit des Kühlkreislaufs 11, um eine solche Steuerung auszuführen, dass ein Betrieb zum Entfernen von Reif ausgeführt wird, wenn die addierte Betriebszeit eine zweite Sollzeit t₂ überschreitet. D. h., mit anderen Worten, dass, wenn die addierte Betriebszeit die zweite Sollzeit t₂ überschreitet, der Kompressor 20 von der Steuerung 23 angetrieben und das Ventil 19 zum Abtauen geöffnet wird. Das entzündliche Kältemittel, dessen Temperatur und Druck auf einen hohen Pegel angestiegen sind, geht durch das Absperrventil 19 für das Abtauen hindurch und wird zum Zwischenwärmeaustauscher 16 im Zustand der hohen Temperatur geführt. Das entzündliche Kältemittel, dessen Temperatur und Druck auf einen hohen Pegel angestiegen sind, erhitzt das sekundäre Kältemittel in dem Zwischenwärmeaustauscher 16, und ein Teil des entzündlichen Kältemittels geht durch die Rückführverrohrung 17, nachdem es ein flüssiges entzündliches Kältemittel geworden ist. Das sekundäre Kältemittel, das durch den Zwischenwärmeaustauscher 16 erhitzt worden ist, wird verdampft und schmilzt dann das Eis, das sich an dem Wärmeaustauscher 21 zum Kühlen beim Kondensieren abgesetzt hat. Das kondensierte sekundäre Kältemittel kehrt in den Zwischenwärmeaustauscher 16 mittels des Dochts zurück, der in der Verrohrung der Wärmeübertragungsvorrichtung 20 des Thermosiphons oder dergleichen vorgesehen ist.
Wenn die von dem Temperaturdetektor 25 für den Zwischenwärmeaustauscher erfasste Temperatur gleich oder größer wird als die Solltemperatur Tm für den Zwischenwärmeaustauscher 16, wird das Absperrventil 19 durch die Steuerung 23 geschlossen, und der Kompressor 12 wird während einer ersten Sollzeit t₁ betrieben und das Abtauen abgeschlossen, nachdem das entzündliche Kältemittel aus dem Verdampfer wiedergewonnen worden ist.
Wenn der Kältemittelleckdetektor 26 einen Leckstrom an entzündlichem Kältemittel erfasst, wird unabhängig davon, ob der Kühlkreislauf 11 in Betrieb oder unterbrochen ist, das Absperrventil 14 durch die Steuerung 23 geschlossen und der Kompressor 12 während einer ersten Zeit t₁ arbeiten gelassen. Gleichzeitig zeigt die Kältemittelleckanzeige 27 das Vorhandensein eines Leckstroms von entzündlichem Kältemittel an. Nachdem der Kompressor 12 während der ersten Sollzeit t₁ betrieben worden ist und das entzündliche Kältemittel in dem Verdampfer zurückgewonnen wird, wird der Kühlkreislauf 11, unabhängig von der vom Temperaturdetektor 28 für das Gefrierfach und dem Temperaturdetektor 29 für das Kühlfach gemessenen Temperatur, in einen angehaltenen Zustand gebracht.
Wie oben beschrieben, sind bei der Ausführungsform Teile des Kühlkreislaufs 11, die innerhalb des Hauptgehäuses 1 des Kühlschranks vorhanden sind, lediglich Verbindungs rohre und der Verdampfer 16. Da diese Teile in das Wärmeisolationsmaterial 2 eingebettet sind, ist die Leckmenge an entzündlichem Kältemittel zu dem Kühlfach gering, da, auch wenn das entzündliche Kältemittel aus dem Verdampfer 16 bei irgendeinem Unfall leckt, der Leckstrom des entzündlichen Kältemittels ins Innere des Wärmeisolationsmaterials 2 geht, das abgedichtet ist. Da als sekundäres Kältemittel in der Wärmeübertragungsvorrichtung kohlensaures Gas verwendet wird, besteht nur eine geringe Gefahr, auch wenn das sekundäre Kältemittel leckt.
Wenn außerdem der Kältemittelleckdetektor 26 entzündliches Kältemittel erfasst, das im Leckstrom beispielsweise in die Kammer 70 gelangt ist, insbesondere in das Gefrierfach 3, ist es möglich, die Aufmerksamkeit des Benutzers zu wecken, indem der Leckstrom des entzündlichen Kältemittels an der Kältemittelleckanzeige 27 angezeigt wird, die auf der Oberfläche des Hauptgehäuses des Kühlschranks 1 vorgesehen ist. Bei gestopptem Betrieb wird außerdem das entzündliche Kältemittel in dem Kühlkreislauf zwischen dem Rückschlagventil 18, das der Außenfläche zugewandt ist, und dem Absperrventil 14 gesammelt, so dass das entzündliche Kältemittel auch zu einem Zeitpunkt kaum nach außen leckt, wenn ein Bruch in der Verrohrung innerhalb des Hauptgehäuses 1 des Kühlschranks aufgetreten ist. Auch wenn das entzündliche Kältemittel zur Innenseite (beispielsweise zur Kammer 70) des Kühlschranks 1 aus einem bestimmten Grund im Leckstrom austritt, erfasst der Detektor 26 für entzündliches Kältemittel den Leckstrom des entzündlichen Kältemittels, und das entzündliche Kältemittel wird auf der Seite des Kondensators 13 wiedergewonnen, so dass die Menge an Kältemittel, das zur Innenseite des Hauptgehäuses des Kühlschranks im Leckstrom austritt, gering ist.
Da der Kältemittelweg 38 des Kondensators 13, der die größte Menge an entzündlichem Kältemittel während des Betriebs erfordert, einen Spalt zwischen zwei Platten 36, 37 benutzt, kann die Wärmeübertragungsfläche gesichert, kann die Fläche des Kältemittelwegs 38 stark reduziert und kann außerdem die abdichtend eingeschlossene Menge des entzündlichen Kältemittels stark reduziert werden. Indem man den Strom des entzündlichen Kältemittels von oben nach unten einstellt, ist es möglich, die gesammelte Menge an flüssigem entzündlichem Kältemittel und die abdichtend eingeschlossene Menge an entzündlichem Kältemittel zu verringern.
Auch in dem Fall, in dem ein nicht azeotropes entzündliches Kältemittel, beispielsweise ein Gemisch aus Propan und Isopropan, als entzündliches Kältemittel verwendet wird, kann ein für das nicht azeotrope Gemisch spezieller Temperaturgradient wirksam eingesetzt werden, indem man das entzündliche Kältemittel in dem Kondensator 13 von oben nach un ten und einen Luftstrom im Kondensator von unten nach oben strömen lässt, so dass der Leistungsverbrauch des Kühlschranks reduziert werden kann.
Weiterhin wird in dem Kühlkreislauf Reif entfernt, und das Gebläse hat einen explosionssicheren Aufbau, so dass Zündquellen innerhalb des Kühlschranks beseitigt werden können. Durch abdichtendes Einschließen von elektrischen Teilen (die Steuerung 23, die Kompressorantriebsvorrichtung 25 und dergleichen) in dem Elektrokasten auf dem Oberteil des Kühlschranks können diese keine Zündquelle für das Kältemittel bilden, da Propan und Isopropan beide schwerer als Luft sind und sich am unteren Teil des Kühlschranks ansammeln, falls entzündliches Kältemittel im Leckstrom nach außen dringt.
Unter Bezugnahme auf 4 wird als Nächstes eine zweite Ausführungsform des Kühlschranks erläutert. In 4 bezeichnet das Bezugszeichen 54 eine Wärmeübertragungsvorrichtung, in der eine Frostschutzlösung abdichtend eingeschlossen ist. Das Bezugszeichen 55 bezeichnet eine Flüssigkeitspumpe zum Umwälzen der Frostschutzlösung. Die Frostschutzlösung kann irgendeine Lösung sein, beispielsweise Ethylenglykol oder dergleichen, das in einem Temperaturbereich des Kühlschranks nicht friert. Im Übrigen bezeichnen gleiche Bezugszeichen in 4 gleiche Teile in 1.
Durch Ausbilden des Kühlschranks auf diese Weise wird, wenn der Kompressor 12 und die Flüssigkeitspumpe 54 von der Steuerung 23 angetrieben werden, die Temperatur des Zwischenwärmeaustauschers 16 in dem Kältekreis 11 abgesenkt und die abgekühlte Frostschutzlösung zum Wärmeaustauscher 21 für das Kühlen durch die Flüssigkeitspumpe geführt. Nachdem die Lösung durch das Gebläse 30 in den Wärmeaustauscher 21 zum Kühlen zugeführte Luft abgekühlt hat, kehrt sie zum Zwischenwärmeaustauscher 16 zurück. Der Wärmeaustausch ist erfolgt. Man erhält eine Arbeitsweise und Vorteile, die ähnlich zu denen der ersten Ausführungsform des oben erwähnten Kühlschranks 1 sind. Außerdem wird Wärme zwischen dem Zwischenwärmeaustauscher 16 und dem Wärmeaustauscher 21 zum Kühlen durch die Frostschutzlösung und die Flüssigkeitspumpe 55 übertragen, so dass die Begrenzung des Installierungsplatzes des Zwischenwärmeaustauschers 16 und des Wärmeaustauschers 21 zum Kühlen beseitigt ist. Deshalb kann der Kühlkreislauf 11 auf den unteren Teil des Kühlschranks konzentriert werden, und die Kältemittelmenge in dem Kühlkreislauf kann durch Verkürzung der Verbindungsverrohrung weiter reduziert werden.
Unter Bezugnahme auf 5 und 6 wird eine dritte Ausführungsform des Kühlschranks nach der Erfindung erläutert. In 5 bezeichnet 61 einen Kältemittel-Rückgewinnzylinder, der vom Auslass des Kondensators 13 aus über ein Absperrventil 62 für die Rückgewinnung angeschlossen ist und innerhalb dessen im Wesentlichen Vakuum herrscht. Das Bezugszeichen 63 bezeichnet einen außenseitigen Kältemittelleckdetektor und 64 einen Kältemittel-Rückgewinnungsschalter, der an der Steuerung 23 vorgesehen ist. Der außenseitige Kältemittelleckdetektor 63 stellt einen Leckstrom an Kältemittel (entzündliches Kältemittel) nach außen fest. Wenn das entzündliche Kältemittel entweder Propan oder Isopropan ist und in einem Leckstrom nach außen austritt, wird das Kältemittel am unteren Teil des Hauptgehäuses 1 des Kühlschranks gesammelt, da das Propan und das Isopropan beide schwerer als Luft sind. Dadurch ist es erwünscht, dass der außenseitige Kältemittelleckdetektor 63 im unteren Teil des Hauptgehäuses 1 des Kühlschranks angeordnet wird. Im Übrigen bezeichnen gleiche Bezugszeichen in den 1, 6 und 7 gleiche Teile.
Es wird nun die Arbeitsweise des Kühlschranks erläutert, der in der vorstehend beschriebenen Weise ausgebildet ist. Der Kühlvorgang des Kühlschranks 1 ist der gleiche wie bei der ersten Ausführungsform. Wenn der Kältemittelleckdetektor 26 oder der außenseitige Kältemitteldetektor 63 eine Leckage an Kältemittel (Zeit t₀) feststellt, schließt die Steuerung 23 das Absperrventil 14 und betätigt den Kompressor 12 während einer vierten Sollzeit (Zeit t₄), unabhängig davon, ob der Kühlkreislauf in Betrieb oder unterbrochen ist, so dass das Kältemittel in dem Kühlkreislauf in den Kondensator 13 als flüssiges Kältemittel mit Hochdruck zurückgewonnen wird. Nachdem der Kompressor 12 über die vierte Sollzeit (Zeit t₄) betrieben worden ist, wird das Rückgewinnungsabsperrventil 62 für eine fünfte Sollzeit (Zeit t₅) geöffnet, so dass das Kältemittel, das sich in dem Kondensator 13 gesammelt hat, aufgrund einer Druckdifferenz in den Kältemittel-Rückgewinnungszylinder 61 strömt. Nach dem Ablauf der fünften Sollzeit (Zeit t₅) wird das Rückgewinnungsabsperrventil 62 geschlossen und der Kompressor 12 angehalten. Dann wird der Rückgewinnungsbetrieb unterbrochen. Als Folge ist die Kältemittelmenge, die in dem Kühlkreislauf zurückbleibt, klein, und die Menge an Kältemittel, die im Leckstrom nach außen aus dem Kühllkreislauf austritt, ist gering. Dann wird der gleiche Vorgang wie zum Zeitpunkt der Erfassung der Kältemittelleckage ausgeführt, indem der Kältemittel-Rückgewinnungsschalter 64 nach unten gedrückt wird. Als Folge kann das Kältemittel auch dann zurückgewonnen werden, ohne dass eine spezielle Prozedur erforderlich ist, wenn man das Kältemittel zum Zeitpunkt der Entsorgung des Kühlschranks zurückzugewinnen möchte.
Bei dieser Ausgestaltung ist der Kältemittel-Rückgewinnungszylinder 61 mit dem Auslass des Kondensators 13 des Kühllkreislaufes 11 verbunden. Die Verbindungsstelle kann sich auf der Hochdruckseite vom Auslass des Kompressors 13 zur Vorrichtung (Expansionsvorrichtung) 15 hin befinden. Zusätzlich wird bei dieser Ausführungsform der Kältemittel-Rückgewinnungszylinder 61 verwendet, der in einen Vakuumzustand gebracht ist. In den Kältemittel-Rückgewinnungszylinder 61 kann abdichtend ein Material eingeschlossen werden, das Kältemittel vom HC-Typ absorbieren kann, beispielsweise Aktivkohle oder dergleichen. In diesem Fall kann durch dieses Material die Kältemittel-Rückgewinnungsrate verbessert werden.

Claims

Kühlschrank mit einem Kompressor (12), einem Kondensator (13), einer Expansionsvorrichtung (15) und einem Verdampfer (16), die funktionsmäßig miteinander durch einen Kühlkreislauf (11) verbunden sind, in dem abdichtend ein Kühlmedium eingeschlossen ist, wobei der Verdampfer (16) in ein Wärmeisolationsmaterial (2) eingebettet ist, das eine innenseitige Kammer (70) des Kühlschranks abdeckt, und wobei Wärmeübertragungseinrichtungen (20, 54) vorgesehen sind, um Wärme, die aus einem Wärmeaustauscher (21) zum Kühlen von Luft in der Kammer (70) erhalten wird, zu dem Verdampfer (16) zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium ein entzündliches Kältemittel ist und dass Rückschlageinrichtungen (18) vorgesehen sind, um zu verhindern, dass das entzündliche Kältemittel in dem Kompressor (12) zum Verdampfer (16) zurückströmt.
Kühlschrank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abschließeinrichtung (14) vorgesehen ist, um den Strom des entzündlichen Kältemittels zu steuern, das von dem Kondensator (13) zur Expansionsvorrichtung (15) strömt.
Kühlschrank nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein unterster Teil des Wärmeaustauschers (21) an einer Stelle befindet, die niedriger liegt als ein unterster Teil des Verdampfers (16).
Kühlschrank nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungseinlichtungen (20) von einem Thermosiphon (16, 21) gebildet werden.
Kühlschrank nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungseinrichtungen (54) von einem Frostschutzlösungsumlaufsystem (16, 21, 55) gebildet werden, in dem eine Frostschutzlösung umlaufen gelassen wird.
Kühlschrank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkreislauf (11) so aufgebaut ist, dass wenigstens in dem Verdampfer (16) gehaltenes entzündliches Kältemittel in den Kondensator (13) oder in einen Kältemittelrückgewinnungszylinder (61) zurückgewonnen wird.
Kühlschrank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kältemittelleck-Detektoreinrichtungen (26, 63) vorgesehen sind, um eine Leckage von entzündlichem Kältemittel in die Kammer (70) oder nach außen zu erfassen.
Kühlschrank nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (23) für eine solche Steuerung vorgesehen ist, dass, wenn die Kältemittelleck-Detektoreinrichtungen (26, 63) eine Leckage von entzündlichem Kältemittel feststellt, die Abschließeinrichtungen (14) geschlossen werden und der Betrieb des Kompressors (12) eingestellt wird, nachdem vom Schließen der Abschließeinrichtungen (14) aus eine vorgegebene Zeit vergangen ist.
Kühlschrank nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kältemittelleckanzeige (27) vorgesehen ist, um die Leckage von entzündlichem Kältemittel anzuzeigen, die durch die Kältemittelleck-Detektoreinrichtung (26) festgestellt wird.
Kühlschrank nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Teile, die als Zündquellen dienen, in einem abgedichteten Behälter (22) untergebracht sind, und dass der abgedichtete Behälter (22) in der Nähe des oberen Teils des Kühlschranks angeordnet ist.
Kühlschrank nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gebläsesatz (30) in der Kammer (70) einen explosionsfesten Aufbau hat.