EP2132496B1 - Kältegerät mit drei temperaturzonen - Google Patents

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EP2132496B1
EP2132496B1 EP08718003A EP08718003A EP2132496B1 EP 2132496 B1 EP2132496 B1 EP 2132496B1 EP 08718003 A EP08718003 A EP 08718003A EP 08718003 A EP08718003 A EP 08718003A EP 2132496 B1 EP2132496 B1 EP 2132496B1
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refrigerant
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reservoir
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Wolfgang Becker
Adolf Feinauer
Helmut Konopa
Peter Nalbach
Wolfgang Nuiding
Berthold Pflomm
Simon Schechinger
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BSH Hausgeraete GmbH
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BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
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    • 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
    • F25B5/02—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity arranged in parallel
    • 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
    • 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
    • F25B2600/00—Control issues
    • F25B2600/25—Control of valves
    • F25B2600/2511—Evaporator distribution valves

Definitions

  • the present invention relates to a refrigeration device having three storage zones which are insulated from one another and cooled by a refrigerant flowing through the evaporator.
  • the evaporators of the three storage zones in a refrigerant circuit are connected in series.
  • the cooling capacity of the evaporator located furthest downstream in the refrigerant circuit is controlled by the amount of refrigerant circulating in the refrigerant circuit.
  • a refrigerant collector is arranged in a high-pressure region of the refrigerant circuit.
  • the refrigerant circuit When storing liquid refrigerant, the refrigerant circuit operates in an underfilled state, causing the refrigerant to substantially evaporate before reaching the most downstream evaporator.
  • the cooling capacity is thus concentrated on the storage zones cooled by the further upstream evaporators. Since in the two upstream storage zones independent control of the cooling capacity is not possible, the cooling capacity of these evaporators and the refrigerant demand of these storage zones must be exactly matched to prevent hypothermia in one or the other storage zone.
  • DE-OS 1 941 495 is a refrigerator with three storage zones known, each associated with arranged in parallel refrigerant circuits evaporator. Although such a structure allows an arbitrary distribution of the cooling capacity on the various storage zones, but lead the way valves required for this at a high cost.
  • US 2005/0081544 A1 discloses a refrigerator according to the preamble of claim 1.
  • this refrigerator evaporator of a normal refrigeration compartment and a fresh cooling compartment in a refrigerant circuit are connected in parallel to each other and a freezer compartment evaporator in series.
  • the aim of the present invention is to provide a refrigeration device with three storage zones, in which the cooling capacity can be flexibly distributed by simple means to the various storage zones.
  • the object is achieved in that in a refrigerator with three insulated from each other and cooled by refrigerant evaporator storage zones, wherein a first refrigerant circuit passes through a first and a second of the three storage zones, a second refrigerant circuit parallel to the first refrigerant circuit through the first and the third of the storage zones extends, and the first storage zone in both refrigerant circuits is the upstream storage zone.
  • the available cooling capacity is distributed to the first and second storage zones in a first ratio (which ratio may be variable by varying the circulating refrigerant amount, controlling the refrigerant pressures, or the like), and if so Refrigerant circulates through the second refrigerant circuit, the cooling power is distributed in a second ratio to the first and the third storage zone.
  • the first storage zone is the coldest among the three storage zones.
  • each refrigerant circuit should extend over substantially the entire extent of the evaporator plate of this first storage zone, so that there are no areas on this evaporator plate, which are cooled substantially only by one of the two refrigerant circuits.
  • shut-off valve upstream of the storage zones in each refrigerant circuit.
  • the shut-off valve is preferably a solenoid valve.
  • An evaporator for a refrigerator of the type described above is preferably characterized in that it has two separate, d. H. having non-communicating refrigerant pipes.
  • an injection point is formed in each of these refrigerant pipes.
  • Fig. 1 is a schematic frontal view of a refrigerator with three storage zones, a freezer 1, a fresh cooling compartment 2 and a normal refrigeration compartment 3.
  • the freezer 1 and the normal refrigeration compartment 3 are shown each hinged doors 4, 5 shown in the open position.
  • the normal refrigerated compartment 3 is normally closed by a front panel of a pull-out drawer.
  • the drawer is not shown in the figure so as to be able to show the rear walls of all three compartments 1, 2, 3. On these rear walls is - foam side and therefore not visible per se - each one evaporator 6, 7, 8 for cooling the corresponding compartment 1, 2 and 3 respectively.
  • the evaporators 6, 7, 8 are each shown as dashed outlines.
  • the refrigerant lines may also be formed by pipes attached to the board.
  • refrigerant lines 9, 10 run in meanders side by side from an injection point 11 and 12 to an outlet 13 and 14. Both refrigerant lines 9, 10 extend substantially over the entire height and width of the board, so that their entire surface can be efficiently cooled by both the refrigerant line 9 and the refrigerant line 10.
  • the evaporator 7, 8 are connected via a common suction line 15 with a compressor 16, the compressor 16 feeds the two refrigerant lines 9, 10 of the freezer evaporator 6 via a condenser 17, a pressure line 18, a solenoid valve 19 and capillaries 20, 21, which open at the injection points 11, 12 in the refrigerant lines 9 and 10 respectively.
  • both refrigerant lines 9, 10 of the freezer evaporator 1 and connected in series with them evaporators 7 and 8 are supplied simultaneously with refrigerant.
  • the refrigerant flow through the freezer evaporator 6 is therefore higher than in the two previously mentioned positions of the solenoid valve 19, but this does not lead to much greater cooling of the freezer compartment evaporator 6. Therefore, in this position in each of the two parallel refrigerant circuits, the distribution of the cooling capacity in favor of the respective downstream compartment 2 or 3 postponed.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältegerät mit drei voneinander isolierten und durch von Kältemittel durchströmte Verdampfer gekühlten Lagerzonen.
  • Bei einem herkömmlichen Typ derartiger Kältegeräte sind die Verdampfer der drei Lagerzonen in einem Kältemittelkreis hintereinandergeschaltet. Die Kühlleistung des am weitesten stromabwärts im Kältemittelkreis liegenden Verdampfers wird über die in dem Kältemittelkreis zirkulierende Kältemittelmenge geregelt. Hierfür ist ein Kältemittelsammler in einem Hochdruckbereich des Kältemittelkreises angeordnet. Wenn dieser flüssiges Kältemittel speichert, arbeitet der Kältemittelkreis in einem unterfüllten Zustand, was dazu führt, dass das Kältemittel im Wesentlichen bereits verdampft ist, bevor es den am weitesten stromabwärts liegenden Verdampfer erreicht. Die Kühlleistung konzentriert sich somit auf die von den weiter stromaufwärts liegenden Verdampfern gekühlten Lagerzonen. Da in den beiden stromaufwärtigen Lagerzonen eine voneinander unabhängige Regelung der Kühlleistung nicht möglich ist, müssen die Kühlleistung dieser Verdampfer und der Kältemittelbedarf dieser Lagerzonen exakt aufeinander abgestimmt sein, um eine Unterkühlung in der einen oder anderen Lagerzone zu verhindern.
  • In DE 197 56 861A1 wird versucht, diesen Nachteil zu beheben, indem bei einem Kältemittelgerät mit drei Lagerzonen, die durch in einem Kältemittelkreis in Reihe geschaltete Verdampfer gekühlt sind, an dem am weitesten stromaufwärts gelegenen Verdampfer eine zweite Einspritzstelle vorgesehen wird, die es ermöglicht, den Weg des Kältemittels durch diesen Verdampfer zu verkürzen. Eine voneinander unabhängige Kühlung der zwei in dem Kältemittelkreis nachgeordneten Lagerzonen ist jedoch auch mit dieser Anordnung schwierig.
  • Aus DE-OS 1 941 495 ist ein Kältegerät mit drei Lagerzonen bekannt, denen jeweils in parallelen Kältemittelkreisen angeordnete Verdampfer zugeordnet sind. Ein solcher Aufbau ermöglicht zwar eine willkürliche Verteilung der Kühlleistung auf die verschiedenen Lagerzonen, doch führen die hierfür benötigten Wegeventile zu hohen Kosten.
  • US 2005/0081544 A1 offenbart ein Kältegerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bei diesem Kältegerät sind Verdampfer eines Normalkühlfachs und eines Frischkühlfachs in einem Kältemittelkreislauf zueinander parallel und einem Gefrierfachverdampfer in Reihe vorgeschaltet.
  • Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein Kältegerät mit drei Lagerzonen anzugeben, bei dem die Kühlleistung mit einfachen Mitteln flexibel auf die verschiedenen Lagerzonen verteilt werden kann.
  • Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei einem Kältegerät mit drei voneinander isolierten und durch von Kältemittel durchströmte Verdampfer gekühlten Lagerzonen, wobei ein erster Kältemittelkreis durch eine erste und eine zweite der drei Lagerzonen verläuft, ein zu dem ersten Kältemittelkreis paralleler zweiter Kältemittelkreis durch die erste und die dritte der Lagerzonen verläuft, und die erste Lagerzone in beiden Kältemittelkreisen die stromaufwärtige Lagerzone ist.
  • Wenn jeweils Kältemittel durch den ersten Kältemittelkreis zirkuliert, verteilt sich die verfügbare Kühlleistung auf die erste und die zweite Lagerzone in einem ersten Verhältnis (wobei dieses Verhältnis durch Variieren der zirkulierenden Kältemittelmenge, Steuern der auftretenden Kältemitteldrücke oder dergl. variierbar sein kann), und wenn das Kältemittel durch den zweiten Kältemittelkreis zirkuliert, verteilt sich die Kühlleistung in einem zweiten Verhältnis auf die erste und die dritte Lagerzone. Wenn jedoch beide Kältemittelkreise gleichzeitig versorgt sind, verteilt sich die aus der ersten Lagerzone abzuführende Wärme auf beide Kältemittelkreise - mit anderen Worten: das Kältemittel des ersten Kreises ist durch das des zweiten Kreises gekühlt und umgekehrt -, so dass sich in jedem der beiden Kältemittelkreise die Verteilung der Kühlleistung deutlich zu Gunsten der zweiten bzw. der dritten Lagerzone verschiebt.
  • Die bei gleichzeitigem Betrieb beider Kältemittelkreise beobachtete Verschiebung der Kühlleistungsverteilung ist um so stärker, je geringer die Temperaturdifferenz zwischen der ersten Lagerzone und dem darin zirkulierenden Kältemittel ist. Daher ist vorzugsweise die erste Lagerzone die kälteste unter den drei Lagerzonen.
  • Weiterhin ist es für die Umverteilung der Kühlleistung vorteilhaft, wenn die Kältemittelkreise in der ersten Lagerzone über eine gleiche Verdampferplatine geführt sind.
  • Außerdem sollte sich vorzugsweise jeder Kältemittelkreis über im Wesentlichen die gesamte Ausdehnung der Verdampferplatine dieser ersten Lagerzone erstrecken, so dass es auf dieser Verdampferplatine keine Bereiche gibt, die im Wesentlichen nur von einem der beiden Kältemittelkreise gekühlt sind.
  • Um die Kältemittelverteilung zu steuern, ist zweckmäßigerweise in jedem Kältemittelkreis ein Absperrventil stromaufwärts von den Lagerzonen angeordnet.
  • Bei dem Absperrventil handelt es sich vorzugsweise um ein Magnetventil.
  • Ein Verdampfer für ein Kältegerät der oben beschriebenen Art ist vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, dass er auf einer gemeinsamen Platine zwei getrennte, d. h. nicht miteinander kommunizierende Kältemittelleitungen aufweist.
  • Zweckmäßigerweise ist in jeder dieser Kältemittelleitungen eine Einspritzstelle gebildet.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur.
    • Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kältegerätes.
  • Fig. 1 ist eine schematische Frontalansicht eines Kältegerätes mit drei Lagerzonen, einem Gefrierfach 1, einem Frischkühlfach 2 und einem Normalkühlfach 3. Dem Gefrierfach 1 und dem Normalkühlfach 3 sind jeweils in offener Stellung gezeigte schwenkbare Türen 4, 5 zugeordnet. Das Normalkühlfach 3 ist normalerweise durch eine Frontplatte einer herausziehbaren Schublade verschlossen. Die Schublade ist in der Figur nicht dargestellt, um die Rückwände aller drei Fächer 1, 2, 3 zeigen zu können. An diesen Rückwänden ist - schaumseitig und daher an sich nicht sichtbar - jeweils ein Verdampfer 6, 7, 8 zum Kühlen des entsprechenden Faches 1, 2 bzw. 3 angeordnet. Die Verdampfer 6, 7, 8 sind jeweils als gestrichelte Umrisse dargestellt. Sie sind in an sich bekannter Weise aufgebaut aus einer sich an die Rückwand des entsprechenden Faches anschmiegenden ebenen Platine aus Metall, zum Beispiel aus Aluminiumblech, und einer mit dieser Platine flächig verbundenen zweiten Metallplatte, in der Kältemittelleitungen bildende Rillen eingetieft sind; alternativ können die Kältemittelleitungen auch durch an der Platine befestigte Rohrleitungen gebildet sein.
  • Auf der Platine des Gefrierfachverdampfers 6 verlaufen zwei Kältemittelleitungen 9, 10 in Mäandern nebeneinander her von einer Einspritzstelle 11 bzw. 12 zu einem Auslass 13 bzw. 14. Beide Kältemittelleitungen 9, 10 erstrecken sich im Wesentlichen über die gesamte Höhe und Breite der Platine, so dass deren gesamte Oberfläche sowohl durch die Kältemittelleitung 9 als auch die Kältemittelleitung 10 effizient kühlbar ist. An den Auslass 13 ist der Verdampfer 7 des Frischkühlfaches 2 angeschlossen; an den Auslass 14 der Verdampfer 8 des Normalkühlfaches 3. Die Verdampfer 7, 8 sind über eine gemeinsame Saugleitung 15 mit einem Verdichter 16 verbunden, der Verdichter 16 speist die zwei Kältemittelleitungen 9, 10 des Gefrierfachverdampfers 6 über einen Verflüssiger 17, eine Druckleitung 18, ein Magnetventil 19 und Kapillaren 20, 21, die an den Einspritzstellen 11, 12 in die Kältemittelleitungen 9 bzw. 10 münden.
  • In einer ersten Stellung des Magnetventils 19 verbindet dieses die Druckleitung 18 mit der Kältemittelleitung 9 des Gefrierfachverdampfers 6 und dem hiermit in Reihe verbundenen Verdampfer 7 des Frischkühlfaches 2, während die Leitung 10 abgesperrt ist. In diesem Zustand verteilt sich die Kühlleistung des zirkulierenden Kältemittels auf das Gefrierfach 1 und das Frischkühlfach 2 in einem ersten durch die Konstruktion des Kältegerätes vorgegebenen Verhältnis.
  • In einer zweiten Stellung des Magnetventils 19 ist die Leitung 9 abgesperrt, während die Leitung 10 und der damit in Reihe verbundene Verdampfer 8 des Normalkühlfaches 3 versorgt werden. So verteilt sich die Kühlleistung des Kältemittels in einem zweiten Verhältnis auf das Gefrierfach 1 und das Normalkühlfach 3.
  • In einer dritten Stellung des Magnetventils 19 werden beide Kältemittelleitungen 9, 10 des Gefrierfachverdampfers 1 und die mit ihnen in Reihe verbundenen Verdampfer 7 bzw. 8 gleichzeitig mit Kältemittel versorgt. Der Kältemittelfluss durch den Gefrierfachverdampfer 6 ist daher höher als in den beiden zuvor erwähnten Stellungen des Magnetventils 19, doch führt dies nicht zu einer wesentlich stärkeren Abkühlung des Gefrierfachverdampfers 6. Daher ist in dieser Stellung in jedem der zwei parallelen Kältemittelkreise die Verteilung der Kühlleistung zu Gunsten des jeweils stromabwärts liegenden Faches 2 oder 3 verschoben. So ist es möglich, die Abmessungen der Verdampfer 6, 7, 8 und die die Fächer 1, 2, 3 umgebenden Isolationsmaterialstärken jeweils so zu dimensionieren, dass bei ausschließlich ungleichzeitigem Betrieb der parallelen Kältemittelkreise, das heißt bei Betrieb nur in den ersten zwei Stellungen des Magnetventils 19, eine etwas zu starke Kühlung des Gefrierfaches 1 resultiert, wenn die anderen beiden Fächer 2, 3 jeweils auf eine Solltemperatur geregelt werden. Diese übermäßige Kühlung des Gefrierfaches 1 kann jedoch verhindert werden, indem in der dritten Stellung des Magnetventils 19 die zwei parallelen Kältemittelkreise gleichzeitig versorgt werden. So können effektiv die Temperaturen in den drei Fächern unabhängig voneinander geregelt werden, ohne dass es hierfür erforderlich wäre, die Menge an zirkulierendem Kältemittel zeitweilig zu reduzieren und so einen ineffizienten unterfüllten Zustand des Kältemittelkreislaufes herbeizuführen.

Claims (8)

  1. Kältegerät mit drei voneinander isolierten und durch von Kältemittel durchströmte Verdampfer gekühlten Lagerzonen (1, 2 3), wobei ein erster Kältemittelkreis (9, 7) durch eine erste (1) und eine zweite (2) der drei Lagerzonen verläuft und ein zu dem ersten Kältemittelkreis (9, 7) paralleler zweiter Kältemittelkreis (10, 8) durch die erste und die dritte der Lagerzonen (1, 3) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lagerzone (1) in beiden Kältemittelkreisen die stromaufwärtige Lagerzone ist.
  2. Kältegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lagerzone (1) die kälteste unter den Lagerzonen (1, 2, 3) ist.
  3. Kältegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemittelkreise (9, 10) in der ersten Lagerzone (1) über eine gleiche Verdampferplatine geführt sind.
  4. Kältegerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kältemittelkreis sich über im Wesentlichen die gesamte Ausdehnung der Verdampferplatine des Verdampfers (6) der ersten Lagerzone (1) erstreckt.
  5. Kältegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Kältemittelkreis ein Absperrventil (19) stromaufwärts von den Lagerzonen (1, 2, 3) angeordnet ist.
  6. Kältegerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrventil (19) ein Magnetventil ist.
  7. Kältegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Verdampfer (6) mit zwei miteinander unverbundenen Kältemittelleitungen (9, 10) auf einer gemeinsamen Platine aufweist.
  8. Kältegerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder der Kältemittelleitungen (9, 10) des Verdampfers (6) eine Einspritzstelle (11, 12) gebildet ist.
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