Kältegerät mit mehreren Kammern
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältegerät, insbesondere Haushaltskältegerät, mit einer ersten zu kühlenden Kammer und einer zweiten zu kühlenden Kammer, wobei ein erster Sensor zur Erfassung einer ersten Temperatur in der ersten Kammer und ein zweiter Sensor zur Erfassung einer zweiten Temperatur in der zweiten Kammer vorgesehen sind.
Kältegeräte werden verbreitet mit einem Kältemittelkreislauf zur Kühlung einer Kammer versehen. Ist das Kältegerät als Kompressionskältemaschine ausgeführt, ist der
Kältemittelkreislauf mit einem Kompressor (Verdichter) und einem Drosselorgan (z. B. Expansionsventil) ausgerüstet. Das Kompressions- und das Expansionselement sowie zwei Wärmeüberträger sind in einem Kreislauf derart zusammengeschaltet, dass die Wärmeüberträger beidseitig zwischen Kompressions- und Expansionselement geschaltet werden.
In dem Kreisprozess wird der Kältemitteldampf vom Verdichter (Kompressor) angesaugt und verdichtet. In dem nachgeschalteten Wärmeüberträger (Verflüssiger) kondensiert das Kältemittel. Das flüssige Kältemittel wird zu einem Drosselorgan geleitet und entspannt. Bei der Expansion nimmt der Kältemitteldruck ab, das Kältemittel kühlt ab und verdampft teilweise. In dem zweiten Wärmeüberträger (Verdampfer) nimmt das Kältemittel durch Verdampfen die zugeführte Wärme aus dem Kühlraum auf. Der Verdichter saugt das verdampfte Kältemittel wieder an und der Kreisprozess ist geschlossen.
Verbreitet weisen Kältegeräte mehrere Kammern, beispielsweise eine Gefrierkammer und eine Kühlkammer, auf, die auf unterschiedliche Temperaturen gekühlt werden. Hierzu werden im Stand der Technik verbreitet zwei separate Verdampfer für die beiden
Kammern vorgesehen. Diese zwei separaten Verdampfer bedingen hohe Gerätekosten und steigern den Energieverbrauch des Kältegerätes. Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Kältegerät zu schaffen, bei dem insbesondere mittels eines Verdampfers zwei Kammern mit unterschiedlichen Temperaturen gekühlt werden können.
Die Aufgabe wird durch ein Kältegerät mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Ein erfindungsgemäßes Kältegerät weist eine erste zu kühlende Kammer und eine zweite zu kühlende Kammer und einen Kältemittelkreislauf zum Kühlen der Kammern auf. Der Kältemittelkreislauf umfasst einen Verdichter zum Verdichten von Kältemitteldampf, einen dem Verdichter nachgeschalteten Verflüssiger zum Kondensieren des
Kältemitteldampfes und einen dem Verflüssiger nachgeschalteten und dem Verdichter vorgeschalteten Verdampfer zum Verdampfen des verflüssigten Kältemittels. An der ersten Kammer ist ein erster Sensor zur Erfassung einer ersten Temperatur der ersten Kammer vorgesehen. An der zweiten Kammer ist ein zweiter Sensor zur Erfassung einer zweiten Temperatur der zweiten Kammer vorgesehen. Ein Ventil ist zwischen dem Verflüssiger und dem Verdampfer zwischengeschaltet, mittels dem aus dem Verflüssiger ausströmendes Kältemittel wahlweise über einen ersten Kältemittelkanal und einen zweiten Kältemittelkanal dem Verdampfer basierend auf der ersten Temperatur und/oder der zweiten Temperatur zugeführt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform sind ein erster Luftkanal zum Zuführen von Luft zu der ersten Kammer und ein zweiter Luftkanal zum Zuführen von Luft zu der zweiten Kammer vorgesehen. Ferner ist ein Lüfter mit einer verstellbaren Luftklappe vorgesehen, um den ersten Luftkanal oder den zweiten Luftkanal in Abhängigkeit von der ersten Temperatur und/oder von der zweiten Temperatur zu verschließen. Es können dann zwei Parameter bei dem Kältegerät gleichzeitig variiert werden. Zum einen kann der Luftstrom, der mittels des Luftkanals an dem Verdampfer entlang geleitet wird, mittels der Luftklappe wahlweise der ersten Kammer oder zweiten Kammer zugeführt bzw. daraus abgeleitet werden. Zum anderen kann das Kältemittel wahlweise über den ersten Kältemittelkanal oder den zweiten Kältemittelkanal zum Verdampfer geleitet werden. Der Verdampfer kann mit einem Wärmetauscher zur Wärmeübertragung von mittels einem Luftkanal von der ersten Kammer oder zweiten Kammer zugeführten Luft auf das Fluid versehen sein. Über die Eigenschaften des ersten Kältemittelkanals bzw. zweiten Kältemittelkanals kann der Zustrom zum Verdampfer variiert werden. Beispielsweise kann ein unterschiedlicher Strömungswiderstand des ersten oder zweiten Kältemittelkanals realisiert werden,
wodurch die Menge an Kältemittel, die dem Verdampfer zugeführt wird, veränderbar ist. Mit beiden Verstellmöglichkeiten ist ein besonders flexibler Betrieb des Kältegerätes im Hinblick auf eine unterschiedliche Kühlung beider Kammern bei nur einem vorgesehenen Verdampfer möglich. Ein zweiter Verdampfer kann eingespart werden, was den
Energieverbrauch des Kältegerätes senken kann.
Das Kältegerät kann beispielsweise in zwei unterschiedlichen Betriebsmodi, einem Kühlmodus und einem Gefriermodus betrieben werden. Dem Kühlmodus werden dann beispielsweise eine Verdichterdrehzahl von 800 U/min, eine Verdampfertemperatur von - 12°C, eine Verflüssigertemperatur von 30°C und eine Lüfterdrehzahl von 800 bis 1200 U/min zugeordnet. Beim Gefriermodus beträgt die Verdichterdrehzahl beispielsweise 1600 U/min, die Verdampfertemperatur -24°C, die Verflüssigertemperatur 30°C und die Lüfterdrehzahl von 800 bis 1200 U/min.
Unter einem Kältegerät wird insbesondere ein Haushaltskältegerät verstanden, also ein Kältegerät das zur Haushaltsführung in Haushalten oder eventuell auch im
Gastronomiebereich eingesetzt wird, und insbesondere dazu dient Lebensmittel und/oder Getränke in haushaltsüblichen Mengen bei bestimmten Temperaturen zu lagern, wie beispielsweise ein Kühlschrank, ein Gefrierschrank, eine Kühlgefrierkombination, eine Gefriertruhe oder ein Weinlagerschrank.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Ventil als Solenoidventil ausgeführt. Das
Solenoidventil ermöglicht eine Reduktion des Energieverbrauchs. Ferner ermöglicht das Solenoidventil als Magnetventil, dadurch, dass es mit einem Elektromagneten angesteuert werden kann, eine gute Anbindbarkeit an eine Steuerung. Ferner können Solenoidventile abhängig von ihrer Bauart sehr schnell schalten und damit das Reaktionsverhalten der Kältemittelführung verbessern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Lüfterdrehzahl des Lüfters veränderbar. Dadurch kann der Luftdurchsatz durch den ersten bzw. zweiten Luftkanal variiert werden. Dies ermöglicht es, den Wärmeaustausch zwischen Wärmetauscher und der am
Wärmetauscher vorbei geführten Luft über die Luftmenge zu variieren. Ergänzend zu der Kühltemperatur des Wärmetauschers kann dadurch mittels der Luftmenge Einfluss auf die Kühlleistung des Kältegerätes genommen werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Durchflusswiderstand für das Kältemittel des ersten Kanals geringer ist als der Durchflusswiderstand des zweiten Kanals. Damit kann durch die Wahl des Kanals die Durchflussmenge an Kältemittel variiert werden. Dies ermöglicht es, mittels des Ventils die Durchflussmenge und den Durchflussweg zu verändern.
Gemäß einer Ausführungsform sind der erste Kältemittelkanal und oder der zweite Kältemittelkanal wenigstens abschnittsweise als Kapillarröhre ausgeführt. Kapillarröhren weisen einen sehr kleinen Innendurchmesser auf. Durch die im Vergleich zu größeren Rohren stark in den Vordergrund tretenden Oberflächeneffekte tritt in Kapillarröhren die Kapillarität als physikalischer Effekt auf. Kältemittel mit hoher Oberflächenspannung können auf den Kapillarwänden auch oberhalb ihres Siedepunktes kondensieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Steuerung vorgesehen, an die beide Sensoren und das Ventil angeschlossen sind. Die Steuerung ermöglicht es, die
Ventilstellung abhängig von den Temperaturen in den beiden Kammern zu steuern.
Dadurch können die Kältemittelströme in den beiden Kältemittelkanälen abhängig von den in den Kammern gegebenen Temperaturen gesteuert werden. Dies ermöglicht eine flexible Regelung der Kältemittelströme, um die gewünschte Temperatur in der jeweiligen Kammer einzustellen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Luftklappe elektromechanisch ausgeführt. Die elektromechanische Ausführung ermöglicht eine gute steuerungstechnische Anbindung der Luftklappe. Zum Beispiel kann die Luftklappe an die Steuerung angeschlossen werden, an die auch die beiden Sensoren angeschlossen sind. Dadurch lässt sich eine optimale Koordinierung des Luftstroms durch die Kammern und des
Kältemitteldurchflusses in den Kältemittelkanälen erreichen. Dazu kann beispielsweise auch der Lüfter an die Steuerung angeschlossen werden, um die Menge an
durchgesetzter Luft ebenfalls über die Steuerung zu beeinflussen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Ventil stufenlos so verstellbar, dass das Kältemittel stufenlos zwischen dem ersten Kältemittelkanal und dem zweiten
Kältemittelkanal aufteilbar ist. Dies ermöglicht eine genaue Einstellung des
Kältemittelstroms in beiden Kältemittelkanälen und über die Strömungseigenschaften der Kältemittelkanäle eine Einstellung der momentanen Kühlleistung des Kältegerätes.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Luftklappe wenigstens an ihrer Oberfläche aus einem hydrophoben Material gefertigt. Im Betrieb wird durch die hydrophobe
Beschichtung die Adhäsionsenergie zwischen der Kanalwandung und dem Wasser in der Luft reduziert. Durch das hydrophobe Material wird vermieden, dass Eis an der Luftklappe anhaftet und deren Verstellbarkeit beeinflusst. Dazu kann die Luftklappe auch elastisch ausgeführt werden, so dass sich anhaftendes Material, z.B. Eis, durch die Verformung der Luftklappe von der Luftklappe löst.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Luftklappe so angeschlagen, dass sie aus einer geöffneten Ausgangslage lediglich in eine Richtung bis in eine Schließstellung schwenkbar ist. Dadurch ergeben sich zwei definierte Endlagen, die steuerungstechnisch einfach angesteuert werden können. Die Fehleranfälligkeit wird dadurch verringert. Es kann jedoch ebenso vorgesehen werden, dass die Luftklappe in wenigstens einer
Zwischenstellung zwischen ihrer geöffneten Stellung und ihrer Schließstellung arretierbar ist. Dies ermöglicht es, mehrere Durchflusssituationen für die Luft an der Luftklappe vorbei stabil einzustellen. Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der
Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale. Dabei wird der Fachmann auch
Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform des Kältegerätes hinzufügen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie des im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
Es zeigen dabei:
Figur 1 : eine schematische Darstellung eines Kältegerätes gemäß Ausführungsbeispiel;
Figur 2: eine schematische Darstellung eines Ausschnitts des Kältegerätes gemäß dem Ausführungsbeispiel von Figur 1 in einem ersten Schaltzustand der Luftklappe; und
Figur 3: eine schematische Darstellung eines Ausschnitts des Kältegerätes gemäß dem Ausführungsbeispiel von Figur 1 in einem zweiten Schaltzustand der Luftklappe.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kältegerätes 1 gemäß einem
Ausführungsbeispiel. In Figur 1 liegt der Fokus auf der Darstellung des
Kältemittelkreislaufs. Ein Verdichter 7 ist unten im Bild dargestellt. Der Verdichter 7 dient zum Verdichten von Kältemitteldampf. Dem Verdichter 7 ist ein Verflüssiger 9
nachgeschaltet. Der Verflüssiger dient dazu, den Kältemitteldampf zu kondensieren. Dem Verflüssiger 9 nachgeschaltet ist ein Verdampfer 1 1 angeordnet, in dem das verflüssigte Kältemittel verdampft und dabei Wärme aufnimmt. Dazu weist der Verdampfer 1 1 einen Wärmetauscher 13 auf, der bei diesem Ausführungsbeispiel Wärme aus der in einem Luftkanal 15 durchgeleiteten Luft abführt. Das Kältemittel wird anschließend wieder dem Verdichter 7 zugeführt. Zwischen dem Verflüssiger 9 und dem Verdampfer 1 1 kann der Kältemittelstrom mittels eines Ventils 21 wahlweise über einen ersten Kältemittelkanal 31 oder einen zweiten Kältemittelkanal 33 dem Verdampfer 1 1 zugeleitet werden. Es ist auch möglich einen Teil des Kältemittels über den ersten Kältemittelkanal 31 und einen anderen Teil des Kältemittels über den zweiten Kältemittelanal 33 dem Verdampfer 1 1 zuzuführen. Die beiden Kältemittelkanäle 31 , 33 weisen bei diesem Ausführungsbeispiel unterschiedliche Strömungswiderstände auf, so dass über die Wahl des jeweiligen Kältemittelkanals 31 , 33 die Wärmeübertragung auf das Kältemittel über den
Wärmetauscher 13 beeinflussbar ist. Das Ventil 21 ist beispielsweise an eine Steuerung des Kältegerätes 1 angeschlossen, so dass darüber die Kältemittelströme in den beiden Kältemittelkanälen 31 , 33 gesteuert werden können.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnitts des Kältegerätes 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel von Figur 1 in einem ersten Schaltzustand der Luftklappe 43.
Anhand von Figur 2 wird die Funktionsweise des Kältegerätes 1 weiter ausgeführt. In Figur 2 wird die Luft von rechts kommend mittels eines Lüfters 41 in eine oben
dargestellte erste Kammer 3 und über einen zweiten Luftkanal 16 in eine unten dargestellte zweite Kammer 5 gefördert. Die Luft wird mittels des Lüfters 41
beispielsweise aus einer der Kammern 3, 5 abgesaugt. Ferner ist eine unten im Bild dargestellte Luftklappe 43 vorgesehen. Die Luftklappe 43 ist bei diesem
Ausführungsbeispiel schwenkbar angebracht. In Figur 2 befindet sich die Luftklappe 43 in ihrer unteren Stellung, so dass die Luft sowohl im Bild nach oben durch den ersten Luftkanal 15 in die erste Kammer 3 als auch nach unten durch den zweiten Luftkanal 16 in die zweite Kammer 5 strömen kann. Dies ist durch schwarze Pfeile dargestellt.
Figur 3 ist eine schematische Darstellung eines Ausschnitts des Kältegerätes 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel von Figur 1 in einem zweiten Schaltzustand der Luftklappe 43. Figur 3 entspricht der Figur 2, jedoch befindet sich die Luftklappe 43 in der nach oben geschwenkten Stellung, so dass die Luft lediglich durch den ersten Luftkanal 15 in die im Bild oben dargestellte erste Kammer 3 strömen kann. Die zweite Kammer 5 ist durch die nach oben geschwenkte Luftklappe 43 vom Luftstrom abgeschlossen. Um den Luftstrom besser regeln zu können ist an der ersten Kammer 3 ein erster Sensor 17 zur
Temperaturerfassung und der zweiten Kammer 5 ein zweiter Sensor 19 zur
Temperaturerfassung angeordnet.
Die Sensoren 17, 19 ermöglichen es, die Stellung der Luftklappe 43 in Abhängigkeit von den Temperaturen in der ersten Kammer 3 und zweiten Kammer 5 zu regeln. Ferner kann bei diesem Ausführungsbeispiel das Ventil 21 , das anhand von Figur 1 beschrieben wurde, ebenfalls in Abhängigkeit von den Temperaturen in den Kammern 3, 5 eingestellt werden. Es können somit zwei Parameter bei dem Kältegerät 1 gleichzeitig variiert werden. Zum einen kann der Luftstrom, der an dem Verdampfer 1 1 entlang geleitet wird, mittels der Luftklappe 43 wahlweise der ersten Kammer 3 oder zweiten Kammer 5 zugeführt bzw. daraus abgeleitet werden. Zum anderen kann das Kältemittel wahlweise über den ersten Kältemittelkanal 31 oder den zweiten Kältemittelkanal 33 zum
Verdampfer 1 1 geleitet werden. Über die Eigenschaften des ersten Kältemittelkanals 31 bzw. zweiten Kältemittelkanals 33 kann der Zustrom zum Verdampfer 1 1 variiert werden. Mit beiden Verstellmöglichkeiten ist ein besonders flexibler Betrieb des Kältegerätes 1 im Hinblick auf eine unterschiedliche Kühlung beider Kammern 3, 5 bei nur einem
vorgesehenen Verdampfer 1 1 möglich. Ein zweiter Verdampfer kann eingespart werden, was den Energieverbrauch des Kältegerätes 1 senken kann.
Verwendete Bezugszeichen:
1 Kältegerät
3 erste Kammer
5 zweite Kammer
7 Verdichter
9 Verflüssiger
1 1 Verdampfer
13 Wärmetauscher
15 erster Luftkanal
16 zweiter Luftkanal
17 erster Sensor
19 zweiter Sensor
21 Ventil
31 erster Kältemittelkanal
33 zweiter Kältemittelkanal
41 Lüfter
43 Luftklappe