EP1040302B1 - Kältegerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kältegerät mit einem wärmeisolierenden Gehäuse, innerhalb welchem wenigstens zwei thermisch voneinander getrennte Kältefächer unterschiedlicher Temperatur angeordnet sind, von denen jedes von einem mit entsprechender Kälteleistung ausgestatteten Verdampfer gekühlt ist, wobei die zur Kühlung der Fächer dienenden Verdampfer zusammen in einem Kältekreislauf in Reihenschaltung hintereinander angeordnet und von einem im Kältekreislauf befindlichen Verdichter mit Kältemittel beaufschlagt sind.

Bei Kältegeräten mit mehreren thermisch voneinander getrennten Kältefächern und entsprechend zugeordneten Verdampfern ist man bestrebt, die bestimmungsgemäße Fachtemperatur in den einzelnen Kältefächern innerhalb des temperaturzonenspezifischen Bereiches anhand eines einzigen, von einem Temperaturfühler gesteuerten Kältemittelverdichters aufrechtzuerhalten, ohne dabei für den Fall, daß eine der Temperaturzonen eine Kälteanforderung signalisiert, Gefahr zu laufen, daß der zur Kühlung dieser Temperaturzone dienende Verdampfer mit flüssigem Kältemittel überflutet wird.

Zu dieser Problemstellung ist aus der DE OS 35 08 805 ein Zweitemperaturen-Kühlschrank bekannt, dessen thermisch voneinander getrennte Fächer unterschiedlicher Temperatur von je einem Verdampfer gekühlt sind. Hierbei liegen die Verdampfer in einem Kältekreis mit einem einzigen Verdichter, welcher gesteuert über als beheizbare Drossel ausgebildete Regelorgane, je nach Kälteanforderung in den Fächern entweder die Verdampfer einzeln nacheinander oder gleichzeitig mit flüssigen Kältemittel beaufschlagt. Um eine ausreichende Kältemittelmenge für den Fall, daß beide Fächer eine Kälteanforderung signalisieren, zur Verfügung stellen zu können, aber gleichzeitig eine Kältemittelüberfüllung desjenigen Verdampfers in dem Fach, welches eine Kälteanforderung signalisiert, zu vermeiden, ist dem Verdichter druckseitig ein Sammler nachgeschaltet. Dieser ist mit einem Heizelement zum Austreiben des in seinem Sammelraum gespeicherten flüssigen Kältemittels versehen. Für den Fall, daß für die Fächer Kältebedarf signalisiert ist, wird mit einem zeitlichen Vorlauf vor der Inbetriebnahme des Verdichters das dem Sammler zugeordnete Heizelement aktiviert, um daraufhin das gespeicherte flüssige Kältemittel dem Kältemittelkreislauf zuzuführen.

Ferner ist aus der DE OS 40 20 537 ein Zweitemperaturen -Kühlgerät bekannt, dessen thermisch voneinander getrennte Kältefächer unterschiedlicher Temperatur in Reihenschaltung innerhalb eines mit einem einzigen Verdichter ausgestatteten Kältekreises liegen und je nach Bedarf, gesteuert durch absperrbare Drosselorgane, einzeln für sich oder gemeinsam mit Kältemittel beaufschlagbar sind, wobei die Kältemittelmenge auf die Füllmenge der beiden Verdampfer abgestimmt ist. Für den Fall, daß nur eines der beiden Kältefächer Kältebedarf signalisiert, wird die im gesamten Kältekreis zur Verfügung stehende Kältemittelmenge, um eine Überfüllung eines einzelnen zu betreibenden Verdampfers zu vermeiden, durch eine über ein Drosselorgan absperrbare Anzapfung des Verflüssigers entsprechend dem Fassungsvermögen dieses Verdampfers aufgeteilt. Infolge der Anzapfung des Verflüssigers wird nur sein vor dieser Anzapfung liegender Abschnitt von dem durch den Verdichter bzw. umgewälzten Kältemittel durchströmt.

Beide aus dem Stand der Technik bekanntgewordenen Kältekreise erlauben eine bedarfsgemäße, auf den jeweiligen Verdampfer zugeschnittene Steuerung der Kältemittelmenge, jedoch haftet dem aus der DE OS 35 08 805 bekannten System der Nachteil an, daß bei einer Kälteanforderung für beide Fächer ein energieaufwendiger, zeitlicher, Vorhalt zum Beheizen des Sammlers vor dem Anlauf des Verdichters notwendig ist, um das flüssige Kältemittel aus dem Sammler auszutreiben und dem Kältekreis zur Verfügung zu stellen. Die aus der DE OS 40 20 537 bekannte Technik ist dahingehend nachteilig, daß der Verflüssiger bei einer Kälteanforderung von einem der Kältefächer stets nur anteilsmäßig von Kältemittel durchströmt wird und somit seine zum Wärmeaustausch notwendige Oberfläche deutlich reduziert ist, wodurch sich die Verdichterlaufzeiten und somit der Energieverbrauch des Gerätes deutlich erhöhen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Kältegerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 mit einfachen konstruktiven Maßnahmen unter Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik eine Möglichkeit zur Verhinderung einer Überfüllung des Verdampfers zur Kühlung des wärmeren Kältefaches zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß am Verdampfer zur Erzeugung der tieferen Temperatur wenigstens zwei Einspritzstellen vorgesehen sind, von denen jeder eine Drosseleinrichtung mit einem unterschiedlichen Durchflußwiderstand vorgeschaltet ist und von denen jede durch ein Umlenkorgan ansteuerbar ist.

Durch die unterschiedliche Bemessung des Durchflußwiderstandes der Drosseleinrichtung ist eine sehr gezielte Steuerung der Kältemittelmenge erreichbar, welche in den in der Reihenschaltung der Verdampfer an letzter Stelle liegenden Verdampfer strömen soll, so daß bei einer entsprechenden Reglerstellung der in dem Fach höherer Temperatur angeordneten Temperaturregeleinrichtung der Verdampfer zur Erzeugung der höheren Temperatur über die Drosseleinrichtung mit dem höheren Strömungswiderstand unterfüllt betrieben ist. Durch die Steuerung der in den in der Reihenschaltung der Verdampfer an letzter Stelle liegenden Verdampfer einströmenden Kältemittelmenge über die Durchflußwiderstände der Drosseleinrichtung ist es nicht nur möglich, die Temperatur innerhalb der einzelnen Kältefächer ohne Verwendung von Kältemittelzwischenspeichern gezielt zu regeln sondern auch möglich, Verdampfersysteme mit unterschiedlicher Kältemittelfüllmenge mit äußerst geringem fertigungstechnischen Aufwand, nämlich unter zielgerichteter Änderung des Durchflußwiderstandes der Drosseleinrichtung, auf verschiedene Einsatzmöglichkeiten anzupassen.

Fertigungstechnisch hinsichtlich der Einbringung der Drosseleinrichtung besonders einfach herstellbar ist der Verdampfer zur Erzeugung der tieferen Temperatur, wenn nach einer bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen ist, daß die Einspritzstellen benachbart zueinander am zuflußseitigen Ende der Kanalanordnung des Verdampfers zur Erzeugung der tieferen Temperatur angeordnet sind.

Auf besonders einfache Weise läßt sich der Regelbereich des in der Reihenschaltung der Verdampfer am Ende befindlichen Verdampfers vergrößern, wenn nach einer alternativen Ausführungform des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen ist, daß die Einspritzstellen am Verdampfer zur Erzeugung der tieferen Temperatur zueinander beabstandet sind und einen Abschnitt der Kältemittelkanalanordnung dieses Verdampfers zwischen sich aufnehmen.

Gemäß einer nächsten bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung ist vorgesehen, daß der Verdampfer zur Erzeugung der tieferen Temperatur als ⊂-förmiger Gefrierfachverdampfer ausgebildet ist, in dessen Decke die beiden Einspritzstellen benachbart zueinander angeordnet sind.

Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß sowohl beim Betrieb der einen als auch der anderen Einspritzstelle sichergestellt ist, daß die gesamte Kältemittelmenge sich im Kältekreislauf befindet, da stets der Boden des Gefrierfachverdampfers durchströmt wird, in welchem sich das Kältemittel während der Stehzeit des Kältemittelverdichters sammelt. Hierdurch ist sichergestellt, daß unmittelbar nach dem Anlaufen des Verdichters das Kältemittel aus dem Gefrierfachboden abgesaugt ist, so daß die beispielsweise sich in der Gefrierfachdecke befindliche restliche Kältemittelmenge ungehindert nachströmen kann. Dadurch, daß unmittelbar nach Anlauf des Kältemittelverdichters die gesamte Kältemittelmenge sich im Kältekreislauf befindet, ergibt sich ein besonders energetisch effizienter Betrieb des Kältegerätes.

Besonders einfach mit elektronisch aufbereiteten Sensorsignalen ansteuerbar ist das Umlenkorgan, wenn nach einer nächsten bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen ist, daß das Umlenkorgan zur Ansteuerung der beiden Einspritzstellen als elektrisch betriebenes 3/2-Wegemagnetventil ausgebildet ist.

Besonders einfach und kostengünstig herstellbar ist die Drosseleinrichtung, wenn nach einer letzten bevorzugten Ausführung von des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen ist, daß die Drosseleinrichtung als Drosselrohre mit unterschiedlichem Durchflußquerschnitt ausgebildet sind.

Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung anhand eines in der beigefügten Zeichnung schematisch dargestellten drei Temperaturzonen aufweisenden Kältegerätes erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1

in vereinfachter schematischer Darstellung ein drei Kältefächer aufweisendes Kältegerät, dessen Gefrierfachverdampfer zwei benachbart zueinander angeordnete, mit je einer Drosseleinrichtung unterschiedlichen Durchflußwiderstandes versehene Einspritzstellen aufweist, von denen in einer ersten Betriebsweise die Drosseleinrichtung mit dem höheren Durchflußwiderstand angesteuert ist und

Fig. 2

das Kältegerät gemäß Fig.1, betrieben in seiner zweiten Betriebsart, in welcher die Einspritzstelle mit der ihr vorgeschalteten Drosseleinrichtung geringeren Strömungswiderstandes angesteuert ist.

Gemäß Fig.1 ist ein drei Temperaturzonen aufweisendes Kältegerät 10 mit einem wärmeisolierenden Gehäuse 11 gezeigt, innerhalb welchem drei übereinander angeordnete, durch wärmeisolierende Zwischenböden 12 thermisch voneinander getrennte Kältefächer vorgesehen sind. Von diesen Kältefächern ist das untenliegende als in einem Temperaturbereich von beispielsweise +0,5 °C bis + 3°C liegendes Frischlagerfach 13 mit einem Verdampfer 14, das unmittelbar darüber angeordnete, in einem Temperaturbereich von +5°C bis +8°C betriebenes Kältefach als Normalkühlfach 15 mit einem Verdampfer 16 ausgebildet. Über dem Normalkühlfach 15 ist ein bei einer Temperatur von -18°C liegendes Gefrierfach 17 vorgesehen, zu dessen Kühlung ein im Querschnitt im wesentlichen ⊂-förmiger (in Form eines liegenden U) Verdampfer 18 mit einem Deckenabschnitt, einer Rückwand und einem Bodenabschnitt vorgesehen ist. Der Verdampfer 18 ist mit einer sich durchgehend über seinen Deckenabschnitt, seiner Rückwand und seinen Bodenabschnitt erstreckenden Kältemittelkanalanordnung 19 ausgestattet, welche an ihrem im Deckenabschnitt liegenden zuflußseitigen Ende mit zwei unmittelbar benachbarten Kältemitteleinspritzstellen 20 und 21 versehen ist, wobei der Kältemitteleinspritzstelle 21 ein Kanalabschnitt 21.1 nachgeschaltet ist, welcher in einer nach der Einspritzstelle 20 liegenden Einmündung 21.2 in die Kältemittelanordnung 19 mündet. Den beiden Einspritzstellen 20 und 21 ist je eine aus einem spiralartig gewundenem Drosselrohr erzeugte Drosseleinrichtung 22 bzw. 23 vorgeschaltet, wobei die Drosseleinrichtung 22 ausgangsseitig mit der Einspritzstelle 20 verbunden ist und einen gegenüber der ausgangsseitig mit der Einspritzstelle 21 verbundenen Drosseleinrichtung 23 erhöhten Durchflußwiderstand aufweist. Die Drosseleinrichtungen 22 und 23 sind mit ihren zuflußseitigen Enden mit je einem Ausgang eines als Umlenkorgan dienenden, elektrisch ansteuerbaren 3/2-Wegemagnetventils strömungstechnisch verbunden. Durch das 3/2-Wegemagnetventil 24 ist in dessen Ventilstellung I die mit einem erhöhten Durchflußwiderstand ausgestattete Drosseleinrichtung 22 und die dieser nachgeschaltete Einspritzstelle 20 in den Kältekreislauf eingebunden, während in dessen Ventilstellung II die Einspritzstelle 21 und die dieser vorgelagerte Drosseleinrichtung 23 in den Kältekreislauf eingekoppelt ist.

Der Kältekreislauf weist einen Verflüssiger 25 auf, welcher ausgangsseitig mit dem 3/2-Wegemagnetventil 24 verbunden ist und welcher eingangsseitig an die Druckseite eines Kältemittelverdichters 26 angeschlossen ist. Dieser ist saugseitig über eine Kältemittelleitung 27 strömungstechnisch an das ausgangsseitige Ende der Kältemittelkanalanordnung des zur Kühlung des Normalkühlfaches 15 dienenden Verdampfers 14 angeschlossen, welcher am Ende der in Reihenschaltung hintereinander angeordneten Verdampfer 18, 16 und 14 liegt. Zur Einstellung der in den einzelnen Kältefächern 13, 15 und 17 herrschenden Temperaturen ist innerhalb des Normalkühlfaches 15 eine nicht dargestellte Regeleinrichtung vorgesehen, welche je nach Reglerstellung (z.B. "Warm" oder "Kalt"), das Magnetventil 24 in seine Arbeitsstellung I bzw. in seine Arbeitsstellung II schaltet. Wird das Kältegerät 10 in der Reglerstellung "Warm" betrieben, so befindet sich das Magnetventil in seiner Betriebsstellung I, wodurch der in Figur 1 mit dick ausgezogenen Linien dargestellte Kältemittelfluß zustandekommt. In der Betriebsstellung I wird das vom Kältemittelverdichter 26 zwangsweise umgewälzte Kältemittel über die Drosseleinrichtung 22 erhöhten Durchflußwiderstandes der Kältemitteleinspritzstelle 20 in der Decke des Verdampfers 18 zugeführt, von wo es über dessen Rückwand und über dessen Boden erneut in seine Decke übergeführt und von dort in den Verdampfer 14 im Frischlagerfach 13 gefördert ist. Der dem Verdampfer 14 nachgeschaltete Verdampfer 16 ist in dieser Betriebsart unterfüllt betrieben, da die im Kältemittelkreislauf durch den Kältemittelverdichter 26 umgewälzte Kältemittelmenge so bemessen ist, daß in der Reglerstellung "Warm", in welcher sich das Magnetventil 24 in seiner Betriebsstellung I befindet, der Verdampfer 16 im Normalkühlfach 15 nicht mehr mit flüssigem Kältemittel versorgt werden kann und somit nicht kühlt.

Ist die Reglereinrichtung im Normalkühlfach 15 auf ihre Reglerstellung "Kalt" gestellt, so ist das Magnetventil 24 in seine Betriebsstellung II umgeschaltet, in welcher der in Fig. 2 mit verstärkten Linien dargestellte Kältemittelfluß zustandekommt. In der Betriebsstellung II wird das vom Kältemittelverdichter 27 geförderte Kältemittel über die bezüglich der Drosseleinrichtung 22 mit geringerem Durchflußwiderstand ausgestattete Drosseleinrichtung 23 der im Deckenabschnitt des Verdampfers 18 liegenden, der Einspritzstelle 20 unmittelbar nachgeschalteten Einspritzstelle 21 zugeführt. Von dieser aus strömt das Kältemittel über den Deckenabschnitt, die Rückwand und den Boden des Gefrierfachverdampfers 18 erneut in dessen Deckenabschnitt, von wo es dann in den zur Kühlung des Frischlagerfaches 13 dienenden Verdampfers 14 übertritt, welcher dem Verdampfer 18 in der Reihenschaltung unmittelbar nachgeordnet ist.

Nach Durchströmung des Verdampfers 14 ist das Kältemittel dem in der Reihenschaltung der Verdampfer an letzter Stelle liegenden, zur Kühlung des Normalkühlfaches dienenden Verdampfers 16 zugeführt, von wo es dann im gasförmigen Zustand am Kältemittelverdichter 26 über die Kältemittelleitung 27 angesaugt ist. Durch die geringe Beabstandung der beiden Einspritzstellen 20 und 21 im Deckenabschnitt des Verdampfers 18 ist ein optimaler Füllgrad der in Reihenschaltung hintereinander angeordneten Verdampfer 14, 16 und 17 erreicht, da die in beiden Betriebsarten von flüssigem Kältemittel durchströmte Kanallänge zumindest weitestgehend gleichlang ist.

Entgegen den unter Fig. und Fig. 2 beschriebenen Ausführungsbeispielen ist es auch möglich, die Einspritzstellen 20 und 21 beabstandet zueinander anzuordnen, wobei die Einspritzstelle 20 im Deckenabschnitt und die Einspritzstelle 21 im Bodenabschnitt des Gefrierfachverdampfers vorzusehen ist. Hierdurch läßt sich die Temperaturregelung für die einzelnen Kältefächer 13, 15 und 17 noch deutlich verfeinern.

Für den Fall, daß eines der Kältefächer aufgrund einer erheblichen Menge frisch eingelagerten Kühlgutes einer temperaturmäßigen Belastung ausgesetzt ist, findet z.B. eine elektronisch gesteuerte Zwangsumschaltung des Kältemittelflusses auf den Verdampfer in dem temperaturbelasteten Kältefach statt.

Claims (6)

1. Kältegerät mit einem wärmeisolierenden Gehäuse, innerhalb welchem wenigstens zwei thermisch voneinander getrennte Kältefächer unterschiedlicher Temperatur angeordnet sind, von denen jedes von einem mit entsprechender Kälteleistung ausgestatteten Verdampfer gekühlt ist, wobei die zur Kühlung der Fächer dienenden Verdampfer zusammen in einem Kältekreislauf in Reihenschaltung hintereinander angeordnet und von einem im Kältekreislauf befindlichen Verdichter mit Kältemittel beaufschlagt sind, dadurch gekennzeichnet, daß am Verdampfer (18) zur Erzeugung der tieferen Temperatur wenigstens zwei Einspritzstellen (20, 21) vorgesehen sind, von denen jeder eine Drosseleinrichtung (22, 23) mit einem unterschiedlichen Durchflußwiderstand vorgeschaltet ist und von denen jede durch ein Umlenkorgan (24) ansteuerbar ist.
2. Kältegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzstellen (20, 21) benachbart zueinander am zuflußseitigen Ende der Kanalanordnung (19) des Verdampfers (18) zur Erzeugung der tieferen Temperatur angeordnet sind.
3. Kältegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzstellen am Verdampfer (18) zur Erzeugung der tieferen Temperatur zueinander beabstandet sind und einen Abschnitt der Kältemittelkanalanordnung (19) dieses Verdampfers (18) zwischen sich aufnehmen.
4. Kältegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (18) zur Erzeugung der tieferen Temperatur als ⊂-förmiger d.h. in Form eines liegenden U, Gefrierfachverdampfers ausgebildet ist, in dessen Decke die beiden Einspritzstellen (20, 21) benachbart zueinander angeordnet sind.
5. Kältegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlenkorgan zur Anstellung der beiden Einspritzstellen (20, 21) als elektrisch betriebenes 3/2-Wegemagnetventil (24) ausgebildet ist.
6. Kältegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseleinrichtung (22, 23) als Drosselrohre mit unterschiedlichem Durchflußquerschnitt ausgebildet sind.

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