EP1427973A1 - Kältegerät mit zwei verdampfern - Google Patents

Kältegerät mit zwei verdampfern

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EP1427973A1
EP1427973A1 EP02797978A EP02797978A EP1427973A1 EP 1427973 A1 EP1427973 A1 EP 1427973A1 EP 02797978 A EP02797978 A EP 02797978A EP 02797978 A EP02797978 A EP 02797978A EP 1427973 A1 EP1427973 A1 EP 1427973A1
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refrigerant
evaporator
evaporators
refrigerant circuit
compressor
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EP02797978A
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Anton Stempfle
Christian Mayershofer
Rainer Brachert
Rudolf Schmidt
Markus Hopf
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BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
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    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D11/00—Self-contained movable devices, e.g. domestic refrigerators
    • F25D11/02—Self-contained movable devices, e.g. domestic refrigerators with cooling compartments at different temperatures
    • F25D11/022—Self-contained movable devices, e.g. domestic refrigerators with cooling compartments at different temperatures with two or more evaporators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B5/00—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity
    • F25B5/04—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity arranged in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
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    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D2400/00—General features of, or devices for refrigerators, cold rooms, ice-boxes, or for cooling or freezing apparatus not covered by any other subclass
    • F25D2400/04—Refrigerators with a horizontal mullion

Definitions

  • the present invention relates to refrigeration devices with a refrigerant circuit, in which two evaporators and a compressor are connected in series and through which a refrigerant flows.
  • the refrigerant circuits of conventional refrigeration devices of this type have a collector in which refrigerant can collect in the event of an interruption in the operation of the compressor, which refrigerant can be supplied to the compressor immediately when it is restarted.
  • a collector in which refrigerant can collect in the event of an interruption in the operation of the compressor, which refrigerant can be supplied to the compressor immediately when it is restarted.
  • the object of the present invention is to provide a refrigeration device of the type specified at the outset, in which a cooling effect can be achieved directly when the compressor is started up, and which therefore has an improved thermal efficiency.
  • the amount of refrigerant circulating in the refrigerant circuit is dimensioned such that it evaporates essentially completely in that of the two evaporators which is arranged further upstream in the refrigerant circuit than the other.
  • the cooling capacity of the evaporator which is located downstream and flows through second, is at most a small fraction of the cooling capacity that can be achieved if it is flowed through first.
  • This metering of the refrigerant makes it possible to use the downstream evaporator as a refrigerant collector. The consequence of this is that when the compressor is started up by sucking off the refrigerant from the evaporator functioning as a collector, the refrigerant evaporates in this evaporator and thus immediately cools down.
  • the evaporators are preferably arranged at different heights, the upstream being higher than the downstream evaporator.
  • the refrigerant line of the upstream evaporator is preferably continuously downhill over most of its length to the downstream evaporator.
  • condensing refrigerant in this line can flow freely to the evaporator located downstream.
  • a directional control valve is preferably arranged in the refrigerant circuit, which allows the evaporator arranged upstream to be coupled out of the refrigerant circuit.
  • Figure 1 is a schematic section through a refrigerator, to which the present invention is applicable.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a refrigerant circuit for the refrigeration device from FIG. 1;
  • Fig. 3 shows a more detailed representation of the refrigerant circuit.
  • Fig. 1 shows schematically a section through a refrigerator with a housing 1, the two inner compartments 3, 4 separated by an intermediate floor 2, e.g. a freezer compartment and a normal refrigerator compartment, on the respective doors 7, 8 of which are located opposite rear walls of evaporators 5 and 6, respectively.
  • the evaporators 5, 6 are supplied with refrigerant by a compressor 9, which is operated intermittently depending on the temperatures measured in the inner compartments 3 and 4, respectively.
  • FIG. 2 schematically shows the structure of the refrigerant circuit of the refrigeration device from FIG. 1.
  • the compressor 9, a heat exchanger 10, the evaporator 5 of the inner compartment 3 at a higher level and the evaporator 6 of the inner compartment 4 at a lower level are connected in series to form a closed one Connected circle.
  • the amount of refrigerant circulating in this circuit is dimensioned so that in cooling mode, with the compressor running the refrigerant fed into the higher evaporator 5 is essentially evaporated when the refrigerant flow reaches the lower evaporator 6.
  • the two evaporators 5, 6 are connected in series, essentially only the higher inner compartment 3 is cooled.
  • a directional control valve 11 is connected to the output of the compressor 10 with two switch positions, which in its first switch position controls the flow of refrigerant to the inlet of the evaporator 5 and in its second switch position by separating the evaporator 5 from the Refrigerant circuit directly feeds the evaporator 6.
  • the evaporators 5, 6 are designed in a manner known per se as a roll-bond evaporator, with an evaporator plate made of a good heat-conducting material and with a refrigerant line 12 arranged on one side of the plate in intimate contact with the same and running in alternating directions.
  • the refrigerant line 12 is downhill from the inlet 13 to the outlet 14 of the evaporator 5. This ensures that refrigerant, which can recondense in the evaporator 5 when the compressor 9 is switched off, does not collect in the evaporator 5, but rather flows into the lower-lying evaporator 6, which thus functions as a collecting container for the refrigerant.
  • the lower evaporator 6, as shown in the figure can have the same structure as the higher evaporator 5.
  • FIG. 3 shows a more detailed illustration or a further development of the refrigerant circuit from FIG. 2.
  • Refrigerant from the heat exchanger 10 reaches the directional control valve 11 via a dryer 15.
  • Capillary lines 16, 17, which form the outputs of the directional control valve 11, are guided inside a return flow line 18 through which relaxed refrigerant is supplied to the compressor 9 from the outlet of the lower evaporator 6 ,
  • Both capillary lines are guided along the outer edge of the compressor 6, but since they carry the refrigerant under high pressure, there is no significant evaporation in the capillary lines. This only takes place when, after passing through a throttle spiral 19 or 20, the relaxed refrigerant enters the refrigerant line 12 of the evaporator 6 or 5.
  • Both evaporators 5, 6 are provided with electrical heating elements 21, which can serve to thaw and remove condensed moisture from the inner compartments 3, 4 on the surface of the evaporators 5, 6, or especially in the case of the lower evaporator 6, which results from evaporation to counteract the cooling resulting from collected refrigerant when the compressor is started up, if the temperature to be maintained in the inner compartment 4 is exceptionally higher than the ambient temperature.

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Description

Kältegerät mit zwei Verdampfern
Die vorliegende Erfindung betrifft Kältegeräte mit einem Kältemittelkreis, in dem zwei Verdampfer und ein Verdichter in Reihe verbunden und von einem Kältemittel durchströmt sind.
Die Kältemittelkreise herkömmlicher Kältegeräte dieser Art weisen einen Sammler auf, in dem sich im Laufe einer Unterbrechung des Betriebs des Verdichters Kältemittel sammeln kann, welches bei Wiederaufnahme des Verdichterbetriebs diesem sofort zugeführt werden kann. Wenn der Verdichter eines solchen herkömmlichen Kältegerätes in Betrieb ge- nommen wird, so vergeht dennoch eine gewisse Zeitspanne, bis flüssiges Kältemittel einen Verdampfer erreicht und ein diesem Verdampfer zugeordnetes Kühlfach zu kühlen beginnt. Während dieser Zeitspanne wird zwar zum Betrieb des Verdichters elektrische Energie verbraucht, es wird jedoch noch keine nutzbare Kühlwirkung erreicht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Kältegerät der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei dem eine Kühlwirkung unmittelbar mit Inbetriebnahme des Verdichters erreichbar ist, und das somit einen verbesserten thermischen Wirkungsgrad aufweist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die in dem Kältemittelkreis zirkulierende Menge des Kältemittels so bemessen ist, dass dieses im wesentlichen vollständig in demjenigen der zwei Verdampfer verdampft, der weiter stromaufwärts im Kältemittelkreis angeordnet ist als der andere.
Dies bedeutet, dass die Kühlleistung des als stromabwärts gelegenen, zweiten durch- strömten Verdampfers allenfalls ein kleiner Bruchteil der Kühlleistung ist, die erreichbar ist, wenn er als erster durchströmt wird. Durch diese Dosierung des Kältemittels ist es möglich, den stromabwärtigen Verdampfer als Kältemittelsammler zu nutzen. Die Folge davon ist, dass bei Inbetriebnahme des Verdichters durch Absaugen des Kältemittels aus dem als Sammler fungierenden Verdampfer es zu einer Verdunstung von Kältemittel in diesem Verdampfer und damit zu einer sofortigen Abkühlung kommt. Die Verdampfer sind vorzugsweise in unterschiedlichen Höhen angeordnet, wobei der stromaufwärts gelegene höher liegt als der stromabwärtige Verdampfer.
Die Kältemittelleitung des stromaufwärts gelegenen Verdampfers ist vorzugsweise auf dem überwiegenden Teil ihrer Länge zum stromabwärts gelegenen Verdampfer hin durchgehend abschüssig. So kann bei Stillstand des Kältemittelkreises in dieser Leitung kondensierendes Kältemittel frei zum stromabwärts gelegenen Verdampfer hin abfließen. Um beide Verdampfer getrennt voneinander betreiben zu können, ist vorzugsweise ein Wegeventil im Kältemittelkreis angeordnet, dass es erlaubt, den stromaufwärts angeordneten Verdampfer aus dem Kältemittelkreis auszukoppeln.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein Kältegerät, an dem die vorliegende Erfindung anwendbar ist;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Kältemittelkreises für das Kältegerät aus Fig. 1 ; und
Fig. 3 eine detailliertere Darstellung des Kältemittelkreises.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch ein Kältegerät mit einem Gehäuse 1 , das zwei durch einen Zwischenboden 2 getrennte Innenfächer 3, 4, z.B. ein Gefrierfach und ein Normalkühlfach, aufweist, an deren jeweils Türen 7, 8 gegenüberliegenden Rückwän- den Verdampfer 5 bzw. 6 montiert sind. Die Verdampfer 5, 6 werden von einem Verdichter 9 mit Kältemittel versorgt, der in Abhängigkeit von jeweils in den Innenfächern 3 bzw. 4 gemessenen Temperaturen intermittierend betrieben wird.
Fig. 2 zeigt schematisch die Struktur des Kältemittelkreislaufs des Kältegeräts aus Fig. 1. In dem Kältemittelkreislauf sind der Verdichter 9, ein Wärmetauscher 10, der Verdampfer 5 des höher gelegenen Innenfachs 3 und der Verdampfer 6 des tiefer gelegenen Innenfachs 4 in Reihe zu einem geschlossenen Kreis verbunden. Die in diesem Kreis zirkulierende Kältemittelmenge ist so bemessen, dass im Kühlbetrieb, bei laufendem Verdichters das in den höher gelegenen Verdampfer 5 eingespeiste Kältemittel im wesentlichen verdampft ist, wenn der Kältemittelstrom den tiefer gelegenen Verdampfer 6 erreicht. Obwohl die zwei Verdampfer 5, 6 in Reihe verbunden sind, wird so im wesentlichen nur das höher gelegene Innenfach 3 gekühlt.
Um auch das tiefer gelegene Innenfach 4 kühlen zu können, ist ein Wegeventil 11 mit zwei Schaltstellungen mit dem Ausgang des Verdichters 10 verbunden, welches in seiner ersten Schaltstellung den Kältemittelstrom dem Eingang des Verdampfers 5 und in seiner zweiten Schaltstellung unter Ausgliederung des Verdampfers 5 aus dem Kältemittelkreis direkt dem Eingang des Verdampfers 6 zuführt.
Die Verdampfer 5, 6 sind in an sich bekannter Weise als Rollbond-Verdampfer ausgebildet, mit einer Verdampferplatte aus einem gut wärmeleitenden Material und einer an einer Seite der Platte in innigem Kontakt mit dieser angeordneten, in wechselnde Richtungen verlaufenden Kältemittelleitung 12. Die Kältemittelleitung 12 ist vom Eingang 13 bis zum Ausgang 14 des Verdampfers 5 abschüssig. Hierdurch wird erreicht, dass Kältemittel, welches bei ausgeschaltetem Verdichter 9 im Verdampfer 5 rekondensieren kann, sich nicht in diesem sammelt, sondern in den tiefer gelegenen Verdampfer 6 abfließt, der so als ein Sammelbehälter für das Kältemittel fungiert. Der Einfachheit halber kann der tiefer gelegene Verdampfer 6, wie in der Figur gezeigt, die gleiche Struktur wie der höher gele- gene Verdampfer 5 haben.
Wenn einer der (nicht dargestellten) in den Innenfächern 3, 4 angeordneten Temperatursensoren Kühlbedarf des jeweiligen Innenfachs anzeigt und der Verdichter 9 in Gang gesetzt wird, so saugt dieser Kältemittel aus dem tiefer gelegenen Verdampfer 6 ab. Der hieraus resultierende Druckabfall im Verdampfer 6 führt zur Verdampfung von Kältemittel darin und damit zu einer Kühlung des Innenfachs 4. Diese Kühlung findet unabhängig davon statt, ob der Kühlbedarf für das obere Innenfach 3 oder für das untere Innenfach 4 festgestellt worden ist. Sie ist aber auch dann, wenn der Kühlbedarf im oberen Innenfach 3 vorliegt, im allgemeinen erwünscht, da sie die Zeit verlängert, die verstreichen kann, bis erneut flüssiges Kältemittel in den Verdampfer 6 geleitet werden muss, um das untere Fach 4 zu kühlen. Fig. 3 zeigt eine detailliertere Darstellung bzw. eine Weiterentwicklung des Kältemittelkreises aus Fig. 2. Bereits mit Bezug auf Figs. 1 und 2 erläuterte Elemente des Kältemittelkreises sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht erneut beschrieben. Kältemittel vom Wärmetauscher 10 erreicht das Wegeventil 11 über einen Trockner 15. Kapillarleitungen 16, 17, die die Ausgänge des Wegeventils 11 bilden, sind im Innern einer Rückstromleitung 18 geführt, durch die entspanntes Kältemittel vom Ausgang des tiefer gelegenen Verdampfers 6 dem Verdichter 9 zugeführt wird. Beide Kapillarleitungen sind am äußeren Rand des Verdichters 6 entlang geführt, da sie das Kältemittel jedoch unter hohem Druck führen, kommt es in den Kapillarleitungen zu keiner wesentlichen Verdampfung. Diese findet erst statt, wenn nach Durchgang durch eine Drosselspirale 19 bzw. 20 das entspannte Kältemittel in die Kältemittelleitung 12 des Verdampfers 6 bzw. 5 eintritt.
Beide Verdampfer 5, 6 sind mit elektrischen Heizelementen 21 versehen, die dazu dienen können, an der Oberfläche der Verdampfer 5, 6 kondensierte Luftfeuchtigkeit aus den Innenfächern 3, 4 aufzutauen und zu beseitigen oder speziell im Falle des unteren Verdampfers 6, der aus der Verdampfung von gesammeltem Kältemittel bei Inbetriebnahme des Verdichters resultierende Abkühlung entgegenzuwirken, wenn die im Innenfach 4 aufrechzuerhaltende Temperatur ausnahmsweise höher ist als die Umgebungstemperatur.

Claims

Patentansprüche
1. Kältegerät mit einem Verdichter (9) und zwei Verdampfern (5, 6), die in einem
Kältemittelkreis in Reihe verbunden und von einem Kältemittel durchströmt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem Kältemittelkreis zirkulierende Menge des Kältemittels so bemessen ist, dass das Kältemittel im wesentlichen vollständig in demjenigen (5) der zwei Verdampfer (5, 6) verdampft, der im Kältemittelkreis weiter stromaufwärts angeordnet ist.
2. Kältegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreis keinen von den Verdampfern (5, 6) verschiedenen Kältemittelsammler aufweist.
3. Kältegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfer in unterschiedlichen Höhen angeordnet sind, wobei der stromaufwärts ange- ordnete Verdampfer (5) höher angeordnet ist als der stromabwärts angeordnete
Verdampfer (6).
4. Kältegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der stromaufwärts gelegene Verdampfer (5) eine Kältemittelleitung (12) aufweist, die auf dem überwiegenden Teil ihrer Länge zum stromabwärts gelegenen Verdampfer (6) hin durchgehend abschüssig ist.
5. Kältegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Wegeventil (11) zum selektiven Auskoppeln des stromaufwärts angeordneten Verdampfers aus dem Kältemittelkreis aufweist.
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