EP3608607A1 - Kühlgerät mit mindestens zwei verdampfern - Google Patents

Kühlgerät mit mindestens zwei verdampfern Download PDF

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EP3608607A1
EP3608607A1 EP19180698.3A EP19180698A EP3608607A1 EP 3608607 A1 EP3608607 A1 EP 3608607A1 EP 19180698 A EP19180698 A EP 19180698A EP 3608607 A1 EP3608607 A1 EP 3608607A1
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EP
European Patent Office
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capillary
refrigerant
evaporator
cooling device
connecting line
Prior art date
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EP19180698.3A
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Emanuele Diana
Christian Schropp
Adrian Bachmann
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V-Zug AG
Original Assignee
V-Zug AG
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Filing date
Publication date
Application filed by V-Zug AG filed Critical V-Zug AG
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    • F25B41/30—Expansion means; Dispositions thereof
    • F25B41/37—Capillary tubes

Definitions

  • the invention relates to a cooling device with two useful spaces and a heat pump with at least two evaporators according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a method for operating such a cooling device.
  • Cooling devices are known whose heat pump has several evaporators, see for example EP 2722620 .
  • the use of multiple evaporators allows more targeted and efficient cooling of different sections of a usable space or of several separate usable spaces.
  • a changeover valve is then required, which increases the construction effort.
  • the object is to provide a simply constructed cooling device of the type mentioned above.
  • the flow can be adjusted in a simple manner with the valve arrangement either through both evaporators or through only the second evaporator.
  • the second capillary advantageously has a flow resistance for the refrigerant that differs from the first capillary.
  • a desired different flow resistance i.e. a difference that not only corresponds to random component scatter.
  • the difference is at least 10%, in particular at least 20%.
  • capillaries with different flow resistances allows the heat pump to be better adapted to different requirements regarding temperature and cooling capacity of the two evaporators.
  • the second capillary has a lower flow resistance for the refrigerant than the first capillary. This allows the second evaporator to be optimized for higher temperatures than the first evaporator. In other words, the first one Capillary has a greater flow resistance for the refrigerant than the second capillary.
  • first evaporator This allows the first evaporator to be optimized for lower temperatures in the usable space than the second evaporator.
  • first capillary With the first capillary it is also possible to cool the useful rooms one after the other and to use the entire cooling capacity with greater efficiency.
  • the two capillaries are coupled to a heat exchanger with the return line, which leads the refrigerant from the second evaporator back to the compressor. In this way, the efficiency of the device can be improved.
  • the two capillaries and the heat exchanger can be arranged at least partially in an intermediate space between the first and the second useful space.
  • the connecting line can have a section inclined to the horizontal direction.
  • the angle between the horizontal direction and the connecting line is advantageously at least 5 °, in particular at least 10 °.
  • This section descends towards the second evaporator.
  • the second capillary advantageously opens into the inclined section. This prevents a return flow from the second capillary into the first evaporator, or at least makes it difficult without a special check valve being necessary.
  • the second capillary advantageously opens laterally into the connecting line. This is to be understood in such a way that in a section perpendicular to the longitudinal direction of the connecting line, in the region of the mouth of the second capillary into the connecting line, the connecting line neither opens into the connecting line at the highest or lowest point of the cross-section of the connecting line. On the one hand, this makes a free fall of liquid refrigerant unlikely, and on the other hand, the incoming refrigerant does not swirl that is already on the floor liquid medium on the connecting line. This reduces unwanted noise.
  • the cooling device is advantageously a refrigerator and / or a freezer, in particular a household device. However, it can also be a refrigerator for other applications, e.g. a cooling device for medication or other refrigerated goods.
  • the invention also relates to a method for operating the cooling device.
  • a lower temperature is maintained in the first usable room than in the second usable room.
  • the ratio of the refrigerant feet through the first and the second capillary is also varied. In this way, a needs-based and efficient cooling of the two evaporators is possible.
  • Fig. 1 shows a cooling device in the form of a refrigerator with a housing 1 and with two useful spaces 2a, 2b.
  • the first useful space 2a forms a freezer compartment and the second useful space 2b forms a refrigerator compartment.
  • the device can e.g. be designed to maintain a temperature greater than 0 ° C. and less than 10 ° C. in the refrigerator compartment and a temperature less than 0 ° C. in the freezer compartment, in particular between -25 ° C. to -15 ° C.
  • a temperature greater than 0 ° C. and less than 10 ° C. in the refrigerator compartment and a temperature less than 0 ° C. in the freezer compartment, in particular between -25 ° C. to -15 ° C.
  • other temperature ranges are conceivable and are mentioned in the form of additional examples below.
  • two separate doors 4a, 4b are provided for the two utility rooms 2a, 2b, but the use of a common door is also conceivable.
  • the two utility rooms 2a, 2b are advantageously arranged vertically one above the other.
  • An insulator made of an insulation material is advantageously arranged between the first and the second useful space in order to keep the heat transfer between the two useful spaces low.
  • Fig. 2 schematically shows a possible configuration of the components of the device.
  • the device For cooling, the device has a heat pump comprising a compressor 6, a refrigerant condenser 7, a first evaporator 8a and a second evaporator 8b.
  • the first evaporator 8a is provided for cooling the first useful space 2a and the second evaporator 8b for cooling the second useful space 2b.
  • the evaporators 8a, 8b are arranged on a wall of the respective useful space 2a, 2b, and / or ventilation is provided which exchanges the air in a circuit between the respective evaporator 8a, 8b and the useful space 2a, 2b assigned to it.
  • the heat pump further comprises a valve arrangement 10.
  • a first capillary 12a leads from the valve arrangement 10 to the inlet of the first evaporator 8a.
  • a connecting line 14 leads from the first evaporator 8a to the second evaporator 8b.
  • a second capillary 12b leads from the valve arrangement 10 to the inlet of the second evaporator 8b.
  • a return line 16 is also provided, via which the refrigerant is conducted back from the second evaporator 8b to the compressor 6.
  • the valve arrangement 10 is designed to selectively send the refrigerant through one of the capillaries 12a, 12b.
  • valve assembly 10 can be configured to send the refrigerant either through the first capillary 12a or the second capillary 12b. It is also conceivable that the refrigerant 10 a stepless or at least three-stage switching of the flow between the capillaries 12a, 12b allowed.
  • the valve arrangement 10 is controlled by a controller 18.
  • a heat exchanger 20 is provided, which thermally couples the return line 16 to the capillaries 12a, 12b, in order to improve the efficiency of the heat pump.
  • a heat exchanger is to be understood as a thermal bridge between the capillaries and the return line, in particular a metallic thermal bridge.
  • the heat exchanger advantageously extends over at least 10% of the length of the first and / or second capillary.
  • At least a part of the heat exchanger 20 and the capillaries are arranged in the intermediate space 22 between the two useful spaces 2a, 2b in order to use the space there.
  • the capillaries can be rolled up there or laid in a meandering shape.
  • the components of the heat pump are advantageously dimensioned such that if the valve arrangement guides the refrigerant exclusively through the first capillary 12a, a temperature below 0 ° C., in particular between -25 ° C. and -15 ° C., in the first useful space when the doors are closed , and a temperature in the second usable space 2b above 0 ° C, in particular between 0 ° C and 10 ° C, all this at a nominal ambient temperature of, for example 20 ° C.
  • the temperature in the first useful space 2a is in its (first) target range
  • at least part of the evaporation takes place in the second evaporator 8b, specifically to such an extent that the temperature in its (second, higher) target range is set in the second usable space.
  • the average delivery capacity of the compressor 6 can be increased. This leads to increased evaporation and rapid cooling (since the temperature in the first useful space 2a is too high).
  • the cooling capacity in the second useful space 2b does not necessarily change very much as a result.
  • the compressor can in principle also be operated with increased output.
  • the first useful space 2a is cooled further.
  • the valve arrangement is therefore advantageously switched temporarily so that all or part of the refrigerant flows through the second capillary 12b and is thus fed directly to the second evaporator 8b in order to evaporate there.
  • the cooling capacity in the second evaporator 8b or in the second useful space 2b can be increased without the operation of the first useful space 2a or evaporator 8a being strongly influenced.
  • the controller 18 can therefore be designed to increase the flow of refrigerant through the second capillary 12b by controlling the valve arrangement 10 and at the same time to reduce that through the first capillary 12a. In a simple variant, it can e.g. to completely switch the flow from the first to the second capillary.
  • the flow through the first capillary can be completely or largely suppressed if no cooling or only slight cooling is desired in the first useful space 2a or in the first evaporator 8a.
  • the first useful space 2a is used as a cooling compartment (temperature 0 ° C. to 10 ° C.), as a cold storage compartment (temperature -2 ° to 3 ° C., in particular 0 ° C. to 3 ° C.) and / or as Basement compartment (temperature 10 ° C to 16 ° C) should be used.
  • the valve arrangement 10 advantageously has a closed state in which the flow of the refrigerant to all capillaries 8a, 8b is blocked. If the heat pump is now to be switched off temporarily, e.g. because the temperature in the utility rooms is too low, the control brings the valve arrangement 10 into the closed state. This maintains the high pressure in the refrigerant condenser 7. This allows the heat pump to be put back into operation quickly.
  • the flow resistance of the second capillary 12b is advantageously lower than that of the first capillary 12a, so that if the second capillary 12b is used exclusively or predominantly If, with the same compressor operation, a higher temperature is set in the second evaporator 8b than the temperature in the first evaporator 8a if the first capillary 12a is used exclusively or predominantly.
  • the capillaries are advantageously dimensioned such that the temperature of the medium at the outlet of the second capillary is relatively low, advantageously lower than -15 ° C., so that the risk that medium flowing through the second capillary 12b evaporates and then in the Condensed area of the first evaporator 8a.
  • 3 to 5 show a possible configuration of the second capillary 12b in the area where it opens into the connecting line 14.
  • the connecting line 14 has an inclined section 23, which drops towards the second evaporator 8b and in which the (liquid) refrigerant gravitates to the second evaporator 8b runs.
  • the second capillary opens into this inclined section 23.
  • the connecting line 14 is formed by two overlapping pipes 14a, 14b.
  • the second capillary 12b runs between these two tubes 14a, 14b into the interior of the connecting line 14.
  • the second capillary 12b advantageously has an end section 26, which runs inside the connecting line 14 and parallel to its longitudinal axis, so that medium escaping through the mouth 24 of the second capillary 12b is conveyed in the direction of flow of the connecting line 14 and runs in as quietly as possible.
  • the connecting line 14 advantageously has a round cross section in the region of the mouth 24, since this also promotes the noiseless inflow of the liquid medium.
  • the second capillary 12b opens laterally into the connecting line 14. For the reasons already explained above, this in turn promotes low-noise operation.
  • the second capillary 12b opens approximately halfway into the connecting line 14, i.e. in the middle between the highest point 30a and the lowest point 30b of the cross-section of the connecting line 14.
  • center is to be understood here in particular that the mouth (in the vertical direction) is within +/- 20% (relative to the height H of the cross-section) is arranged from the center M.
  • More than two capillaries can also be provided, the flow of which can be controlled by the valve arrangement 10.
  • Fig. 6 shows a device with a third capillary 12c, which from the valve assembly 10 to the first Evaporator 8a runs. It advantageously has a different flow resistance than the first capillary 12a.
  • the controller 18 can use the first, the third or both capillaries 12a, 12c to supply refrigerant to the first evaporator 8a.
  • an additional capillary can also be provided between the valve arrangement 10 and the second evaporator 8b (or the connecting line 14) if greatly different target temperatures are to be achieved in the second evaporator 8b.
  • the device can also have only one utility room with different temperature zones.
  • the two evaporators 2a, 2b are assigned to the different temperature zones.

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Abstract

Das Kühlgerät besitzt zwei Kühlräume, wobei der erste Kühlraum (2a) kälter als der zweite Kühlraum (2b) ist. Das Kühlgerät besitzt eine Wärmepumpe mit zwei Verdampfern (8a, 8b). Eine Ventilanordnung (10) zwischen dem Kältemittelverflüssiger (7) und den Verdampfern (8a, 8b) erlaubt es, das Kältemittel gezielt einer von zwei Kapillaren (12a, 12b) zuzuführen. Die erste Kapillare (12a) führt das Kältemittel zum ersten und danach zum zweiten Verdampfer (8a, 8b) und die zweite Kapillare (12b) führt das Kältemittel zum zweiten Verdampfer. Dadurch kann der Kühlbetrieb besser den jeweiligen Anforderungen angepasst werden.

Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Kühlgerät mit zwei Nutzräume sowie einer Wärmepumpe mit mindestens zwei Verdampfern gemäss Oberbegriff von Anspruch 1. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Kühlgeräts.
    • Hintergrund
  • Es sind Kühlgeräte bekannt, deren Wärmepumpe mehrere Verdampfer aufweist, siehe z.B. EP 2722620 . Die Verwendung von mehreren Verdampfern erlaubt eine gezieltere und effizientere Kühlung verschiedener Abschnitte eines Nutzraums oder mehrerer getrennter Nutzräume. Anderseits ist dann ein Umschaltventil nötig, was den Bauaufwand erhöht.
    • Darstellung der Erfindung
  • Es stellt sich die Aufgabe, ein einfach aufgebautes Kühlgerät der oben erwähnten Art bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird vom Kühlgerät gemäss Anspruch 1 gelöst. Demgemäss besitzt das Kühlgerät zumindest die folgenden Elemente:
    • Mindestens ein erster und ein zweiter Nutzraum: In jedem Nutzraum kann Kühlgut gelagert werden. Dabei kann es sich insbesondere um Lebensmittel handeln. Es können jedoch auch andere Objekte gekühlt werden, wie z.B. Medikamente, medizinische Proben, Chemikalien usw.
    • Einen Kompressor zum Fördern eines Kältemittels: Der Kompressor bildet Teil einer Wärmepumpe, mit welcher die Nutzräume gekühlt werden.
    • Einen ersten und einen zweiten Verdampfer: Es sind also mindestens zwei, allenfalls noch mehr, Verdampfer vorgesehen. Diese bilden den kalten Teil der Wärmepumpe. Der erst Verdampfer ist so angeordnet, dass er den ersten Nutzraum kühlt, während der zweite Verdampfer so angeordnet ist, dass er den zweiten Nutzraum kühlt.
    • Einen Kältemittelverflüssiger: Weiter ist ein Kältemittelverflüssiger vorgesehen. Vorzugsweise ist genau ein Kältemittelverflüssiger vorgesehen, denkbar ist aber auch die Verwendung mehrerer-Kältemittelverflüssiger. Der Kältemittelverflüssiger bildet den heissen Teil der Wärmepumpe.
    • Eine Steuerung: Die Steuerung ist dazu ausgestaltet, das Kühlgerät so zu steuern, dass der erste Nutzraum kälter als der zweite Nutzraum ist.
    • Eine erste Kapillare: Diese dient dazu, das Kältemittel dem ersten Verdampfer zuzuführen.
    • Eine Verbindungsleitung. Die Verbindungsleitung dient dazu, das Kältemittel vom ersten Verdampfer zum zweiten Verdampfer zu führen.
    • Eine zweite Kapillare: Mit der zweiten Kapillare kann das Kältemittel unter Umgehung der ersten Kapillare und des ersten Verdampfers dem zweiten Verdampfer zugeführt werden.
    • Eine Ventilanordnung: Mit dieser kann der Fluss des Kältemittels durch die erste und/oder zweite Kapillare gesteuert werden.
  • Bei dieser Anordnung kann mit der Ventilanordnung in einfacher Weise die Strömung entweder durch beide Verdampfer oder durch nur den zweiten Verdampfer eingestellt werden.
  • Mit Vorteil weist die zweite Kapillare einen von der ersten Kapillare unterschiedlichen Strömungswiderstand für das Kältemittel auf. Unter "unterschiedlich" ist dabei ein gewollter unterschiedlicher Strömungswiderstand gemeint, d.h. ein Unterschied, der nicht nur zufälligen Bauteilstreuungen entspricht. Insbesondere beträgt der Unterschied mindestens 10%, insbesondere mindestens 20%.
  • Die Verwendung von Kapillaren mit unterschiedlichen Strömungswiderständen erlaubt es, die Wärmepumpe besser an unterschiedliche Anforderungen betreffend Temperatur und Kühlleistung der beiden Verdampfer anzupassen.
  • Insbesondere besitzt die zweite Kapillare einen geringeren Strömungswiderstand für das Kältemittel als die erste Kapillare. Dies erlaubt es, den zweiten Verdampfer für höhere Temperaturen zu optimieren als den ersten Verdampfer. Mit anderen Worten besitzt die erste Kapillare einen grösseren Strömungswiderstand für das Kältemittel als die zweite Kapillare.
  • Dies erlaubt es, den ersten Verdampfer für tiefere Temperaturen im Nutzraum zu optimieren als den zweiten Verdampfer. Durch die erste Kapillare ist es zudem möglich die Nutzräume nacheinander zu kühlen, und die ganze Kälteleistung mit höherer Effizienz zu nutzen.
  • In einer weiteren Ausführung sind die beiden Kapillaren zu einem Wärmetauscher mit der Rückflussleitung gekoppelt, welche das Kältemittel vom zweiten Verdampfer zurück zu Kompressor führt. Auf diese Weise kann die Effizienz des Geräts verbessert werden.
  • Die beiden Kapillaren sowie der Wärmetauscher können mindestens teilweise in einem Zwischenraum zwischen dem ersten und dem zweiten Nutzraum angeordnet sein.
  • Weiter kann die Verbindungsleitung einen zur Horizontalrichtung geneigten Abschnitt aufweisen. Mit Vorteil beträgt in diesem Abschnitt der Winkel zwischen der Horizontalrichtung und der Verbindungsleitung mindestens 5°, insbesondere mindestens 10°. Dieser Abschnitt ist zum zweiten Verdampfer hin abfallend. In diesem Falle mündet die zweite Kapillare mit Vorteil in den geneigten Abschnitt. Dadurch wird ein Rücklauf aus der zweiten Kapillare in den ersten Verdampfer verhindert oder zumindest erschwert, ohne dass ein spezielles Rückschlagventil erforderlich wäre.
  • Mit Vorteil mündet die zweite Kapillare seitlich in die Verbindungsleitung ein. Dies ist so zu verstehen, dass in einem Schnitt senkrecht zur Längsrichtung der Verbindungsleitung, im Bereich der Mündung der zweiten Kapillare in die Verbindungsleitung, die Verbindungsleitung weder am höchsten noch am tiefsten Punkt des Querschnitts der Verbindungsleitung in diese einmündet. Dadurch wird zum einen ein freier Fall von flüssigem Kältemittel unwahrscheinlich, und zum anderen wirbelt das eintretende Kältemittel nicht das sich bereits am Boden der Verbindungsleitung befindliche flüssige Medium auf. Dadurch wird eine unerwünschte Geräuschbildung reduziert.
  • Beim Kühlgerät handelt es sich mit Vorteil um einen Kühlschrank und/oder um ein Gefriergerät, insbesondere um ein Haushaltsgerät. Es kann sich jedoch auch um ein Kühlgerät für andere Anwendungen handeln, z.B. um ein Kühlgerät für Medikamente oder für anderes Kühlgut.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben des Kühlgeräts. Dabei wird im ersten Nutzraum eine tiefere Temperatur aufrechterhalten wird als im zweiten Nutzraum. Weiter wird das Verhältnis der Kältemittelfüsse durch die erste und die zweite Kapillare variiert. Auf diese Weise ist eine bedarfsgerechte und effiziente Kühlung der beiden Verdampfer möglich.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Ausgestaltungen, Vorteile und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der nun folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen:
    • Fig. 1 ein Beispiel eines Kühlgeräts mit zwei Nutzräumen,
    • Fig. 2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführung eines Kühlgeräts,
    • Fig. 3 eine Seitenansicht der Komponenten am Eingang des zweiten Verdampfers,
    • Fig. 4 einen Schnitt entlang Linie IV-IV von Fig. 3,
    • Fig. 5 einen Schnitt entlang Linie V-V von Fig. 4 und
    • Fig. 6 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführung eines Kühlgeräts.
    Wege zur Ausführung der Erfindung Definitionen:
    • Der Begriff "Nutzraum" beschreibt einen isolierten Raum mit einer oder mehreren Temperaturzonen, der mit mindestens einem Verdampfer gekühlt ist.
    • Begriffe wie "oben", "unten", "horizontal" und "vertikal" beziehen sich auf die bestimmungsgemässe Orientierung des Geräts, bei welcher die Türe vertikal verläuft.
    • Unter dem "Strömungswiderstand" einer Kapillare ist der Strömungswiderstand über die gesamte Länge der Kapillare zu verstehen, der z.B. in Pa/(m3/s) ausgedrückt ist bzw. in N·s/m5.
    • Ein "Isolationsmaterial" ist ein Körper mit einer Wärmeleitfähigkeit von weniger als 0.1 W/m·K, insbesondere von weniger als 0.05 W/m·K. Beim Vakuum-Isolationspanelen kann der Wert sogar unter 0.01 W/m·K liegen, z.B. bei 0.003 - 0.006 W/m·K.
    Grundaufbau:
  • Fig. 1 zeigt ein Kühlgerät in Form eines Kühlschranks mit einem Gehäuse 1 und mit zwei Nutzräumen 2a, 2b.
  • In der dargestellten Ausführung bildet der erste Nutzraum 2a ein Gefrierfach und der zweite Nutzraum 2b ein Kühlfach.
  • Das Gerät kann z.B. dazu ausgestaltet sein, im Kühlfach eine Temperatur grösser 0°C und kleiner 10°C aufrecht zu erhalten und im Gefrierfach eine Temperatur kleiner 0°C, insbesondere zwischen -25°C bis -15°C. Andere Temperaturbereiche sind jedoch denkbar und werden in Form zusätzlicher Beispiele weiter unten erwähnt.
  • In der vorliegenden Ausführung sind für die beiden Nutzräume 2a, 2b zwei separate Türen 4a, 4b vorgesehen, denkbar ist jedoch auch die Verwendung einer gemeinsamen Türe.
  • Mit Vorteil sind die beiden Nutzräume 2a, 2b vertikal übereinander angeordnet.
  • Zwischen dem ersten und dem zweiten Nutzraum ist mit Vorteil ein Isolator aus einem Isolationsmaterial angeordnet, um den Wärmetransfer zwischen den beiden Nutzräumen gering zu halten.
  • Fig. 2 zeigt schematisch eine mögliche Ausgestaltung der Komponenten des Geräts.
  • Zum Kühlen besitzt das Gerät eine Wärmepumpe umfassend einen Kompressor 6, einen Kältemittelverflüssiger 7, einen ersten Verdampfer 8a und einen zweiten Verdampfer 8b.
  • Der erste Verdampfer 8a ist zum Kühlen des ersten Nutzraums 2a und der zweite Verdampfer 8b zum Kühlen des zweiten Nutzraums 2b vorgesehen. Beispielweise sind die Verdampfer 8a, 8b an einer Wand des jeweiligen Nutzraums 2a, 2b angeordnet, und/oder es ist eine Lüftung vorgesehen, welche die Luft in einem Kreislauf zwischen dem jeweiligen Verdampfer 8a, 8b und dem ihm zugeordneten Nutzraum 2a, 2b austauscht.
  • Die Wärmepumpe umfasst weiter eine Ventilanordnung 10. Von der Ventilanordnung 10 führt eine erste Kapillare 12a zum Eingang des ersten Verdampfers 8a. Vom ersten Verdampfer 8a führt eine Verbindungsleitung 14 zum zweiten Verdampfer 8b. Weiter führt eine zweite Kapillare 12b von der Ventilanordnung 10 zum Eingang des zweiten Verdampfers 8b.
  • Weiter ist eine Rückleitung 16 vorgesehen, über welche das Kältemittel vom zweiten Verdampfer 8b zurück zum Kompressor 6 geleitet wird.
  • Die Ventilanordnung 10 ist dazu ausgestaltet, das Kältemittel wahlweise durch eine der Kapillaren 12a, 12b zu schicken.
  • Beispielsweise kann die Ventilanordnung 10 dazu ausgestaltet sein, das Kältemittel entweder durch die erste Kapillare 12a oder die zweite Kapillare 12b zu schicken. Denkbar ist auch, dass die Kältemittel 10 eine stufenlose oder zumindest dreistufige Umschaltung des Flusses zwischen den Kapillaren 12a, 12b erlaubt.
  • Die Ventilanordnung 10 wird, wie auch die übrigen Komponenten des Geräts, von einer Steuerung 18 gesteuert.
  • Weiter ist ein Wärmetauscher 20 vorgesehen, welcher die Rückflussleitung 16 thermisch mit den Kapillaren 12a, 12b koppelt, um so die Effizienz der Wärmepumpe zu verbessern.
  • Unter einem Wärmetauscher ist dabei eine Wärmebrücke zwischen den Kapillaren und der Rückflussleitung zu verstehen, insbesondere eine metallische Wärmebrücke. Der Wärmetauscher erstreckt sich mit Vorteil über mindestens 10% der Länge der ersten und/oder zweiten Kapillare.
  • Mindestens ein Teil des Wärmetauschers 20 und der Kapillaren sind im Zwischenraum 22 zwischen den beiden Nutzräumen 2a, 2b angeordnet, um den Platz dort zu nutzen. Beispielsweise können die Kapillaren dort aufgerollt oder mäanderförmig verlegt sein.
    • Betrieb:
  • Es gibt verschiedene Möglichkeiten zum Betrieb des Geräts. Im Folgenden werden einige davon beschrieben.
  • Mit Vorteil sind die Komponenten der Wärmepumpe so dimensioniert, dass, falls die Ventilanordnung das Kältemittel ausschliesslich durch die erste Kapillare 12a führt, sich bei geschlossenen Türen im ersten Nutzraum eine Temperatur unterhalb 0°C, insbesondere zwischen -25°C und -15°C, einstellt und im zweiten Nutzraum 2b eine Temperatur oberhalb 0°C, insbesondere zwischen 0°C und 10°C, all dies bei einer nominalen Umgebungstemperatur von z.B. 20°C.
  • Ist die Temperatur im ersten Nutzraum 2a in ihrem (ersten) Sollbereich, so findet zumindest ein Teil der Verdampfung im zweiten Verdampfer 8b statt, und zwar in solchem Umfang, dass im zweiten Nutzraum die Temperatur sich in ihrem (zweiten, höheren) Sollbereich einstellt.
  • Muss dem ersten Nutzraum 2a kurzzeitig mehr Wärme entzogen werden, so kann die mittlere Förderleistung des Kompressors 6 erhöht werden. Dabei kommt es (da die Temperatur im ersten Nutzraum 2a zu hoch ist) dort zu vermehrter Verdampfung und zu schneller Kühlung. Die Kühlleistung im zweiten Nutzraum 2b ändert sich dadurch nicht unbedingt sehr stark.
  • Muss dem zweiten Nutzraum 2b kurzzeitig mehr Wärme entzogen werden, kann grundsätzlich der Kompressor ebenfalls mit erhöhter Leistung gefahren werden. Dabei wird aber der erste Nutzraum 2a weiter abgekühlt. Deshalb wird in diesem Falle die Ventilanordnung mit Vorteil temporär so geschaltet, dass alles oder ein Teil des Kältemittels durch die zweite Kapillare 12b fliesst und so direkt dem zweiten Verdampfer 8b zugeführt wird, um dort zu verdampfen. Auf diese Weise kann die Kühlleistung im zweiten Verdampfer 8b bzw. im zweiten Nutzraum 2b erhöht werden, ohne dass der Betrieb des ersten Nutzraums 2a bzw. Verdampfers 8a stark beeinflusst wird.
  • Mit anderen Worten kann die Steuerung 18 also dazu ausgestaltet sein, durch Steuern der Ventilanordnung 10 den Fluss von Kältemittel durch die zweite Kapillare 12b zweitweise zu erhöhen und gleichzeitig jenen durch die erste Kapillare 12a zu reduzieren. In einer einfachen Variante kann sie z.B. den Fluss vollständig von der ersten in die zweite Kapillare umzuschalten.
  • In einer weiteren Ausführung kann z.B. der Fluss durch die erste Kapillare vollständig oder zu einem vorwiegenden Teil unterdrückt werden, wenn im ersten Nutzraum 2a oder beim ersten Verdampfer 8a keine Kühlung oder nur eine geringe Kühlung erwünscht ist. Dies ist z.B. dann der Fall, wenn der erste Nutzraum 2a als Kühlfach (Temperatur 0°C bis 10°C), als Kaltlagerfach (Temperatur -2° bis 3°C, insbesondere 0°C bis 3°C) und/oder als Kellerfach (Temperatur 10°C bis 16°C) eingesetzt werden soll.
  • Mit Vorteil besitzt die Ventilanordnung 10 einen geschlossenen Zustand, in welchem der Fluss des Kältemittels zu allen Kapillaren 8a, 8b blockiert wird. Wenn nun die Wärmepumpe temporär abgeschaltet werden soll, z.B. weil die Temperatur in den Nutzräumen zu tief ist, so bringt die Steuerung die Ventilanordnung 10 in den geschlossenen Zustand. Dadurch wird der hohe Druck im Kältemittelverflüssiger 7 aufrechterhalten. Dies erlaubt es, die Wärmepumpe schnell wieder in Betrieb zu nehmen.
  • Wenn der zweite Verdampfer 8b in der Regel bei einer höheren Temperatur als der erste Verdampfer 8a betrieben werden soll, ist der Strömungswiderstand der zweiten Kapillare 12b mit Vorteil geringer als jener der ersten Kapillare 12a, so dass, wenn ausschliesslich oder vorwiegend die zweite Kapillare 12b verwendet wird, sich bei gleichem Kompressorbetrieb im zweiten Verdampfer 8b eine höhere Temperatur einstellt als die Temperatur im ersten Verdampfer 8a, wenn ausschliesslich oder vorwiegend die erste Kapillare 12a verwendet wird.
  • Mit Vorteil werden die Kapillaren so dimensioniert, dass die Temperatur des Mediums am Ausgang der zweiten Kapillare verhältnismässig tief ist, mit Vorteil tiefer als -15°C, so dass die Gefahr reduziert wird, dass über die zweite Kapillare 12b laufendes Medium verdampft und dann im Bereich des ersten Verdampfers 8a auskondensiert.
    • Mündung der zweiten Kapillare:
  • Fig. 3 bis 5 zeigen eine mögliche Ausgestaltung der zweiten Kapillare 12b im Bereich, wo sie in die Verbindungsleitung 14 einmündet.
  • Wie ersichtlich, besitzt die Verbindungsleitung 14 einen geneigten Abschnitt 23, welcher zum zweiten Verdampfer 8b hin abfällt und in dem das (flüssige) Kältemittel aufgrund der Gravitation zum zweiten Verdampfer 8b hin läuft. Aus den oben erwähnten Gründen mündet die zweite Kapillare in diesen geneigten Abschnitt 23.
  • Im Bereich der Mündung 24 der zweiten Kapillare wird die Verbindungsleitung 14 durch zwei sich überlappende Rohre 14a, 14b gebildet. Die zweite Kapillare 12b läuft zwischen diesen beiden Rohren 14a, 14b ins Innere der Verbindungsleitung 14.
  • Die zweite Kapillare 12b besitzt mit Vorteil einen Endabschnitt 26, welcher innerhalb der Verbindungsleitung 14 und parallel zu deren Längsachse verläuft, so dass durch die Mündung 24 der zweiten Kapillare 12b austretende Medium in Flussrichtung der Verbindungsleitung 14 gefördert wird und möglichst geräuschlos einläuft.
  • Wie aus Fig. 5 ersichtlich, besitzt die Verbindungsleitung 14 im Bereich der Mündung 24 mit Vorteil einen runden Querschnitt, da auch dies dem geräuschlosen Einfliessen des flüssigen Mediums förderlich ist.
  • Wie aus den Figuren ersichtlich, mündet die zweite Kapillare 12b seitlich in die Verbindungsleitung 14. Aus den oben bereits dargelegten Gründen wird dadurch wiederum ein geräuscharmer Betrieb gefördert.
  • Mit Vorteil mündet die zweite Kapillare 12b etwa auf halber Höhe in die Verbindungsleitung 14 ein, d.h. mittig zwischen dem höchsten Punkt 30a und dem tiefsten Punkt 30b des Querschnitts der Verbindungsleitung 14. Unter "mittig" ist dabei insbesondere zu verstehen, dass die Mündung (in vertikaler Richtung) innerhalb von +/- 20% (relativ zur Höhe H des Querschnitts) von der Mitte M angeordnet ist.
    • Bemerkungen:
  • Es können auch mehr als zwei Kapillaren vorgesehen, deren Fluss durch die Ventilanordnung 10 gesteuert werden kann.
  • Fig. 6 zeigt ein Gerät mit einer dritten Kapillare 12c, welche von der Ventilanordnung 10 zum ersten Verdampfer 8a verläuft. Mit Vorteil besitzt sie einen anderen Flusswiderstand als die erste Kapillare 12a. Je nach gewünschter Solltemperatur und/oder Kühlleistung beim ersten Verdampfer 8a kann die Steuerung 18 die erste, die dritte oder beide Kapillaren 12a, 12c verwenden, um dem ersten Verdampfer 8a Kältemittel zuzuführen.
  • Zusätzlich oder alternativ hierzu kann auch eine zusätzliche Kapillare zwischen der Ventilanordnung 10 und dem zweiten Verdampfer 8b (oder der Verbindungsleitung 14) vorgesehen sein, falls beim zweiten Verdampfer 8b stark unterschiedliche Solltemperaturen erreicht werden sollen.
  • Anstelle zweier getrennter Nutzräume 2a, 2b kann das Gerät auch nur einen Nutzraum mit unterschiedlichen Temperaturzonen besitzen. In diesem Falle sind die beiden Verdampfer 2a, 2b den unterschiedlichen Temperaturzonen zugeordnet.
  • Während in der vorliegenden Anmeldung bevorzugte Ausführungen der Erfindung beschrieben sind, ist klar darauf hinzuweisen, dass die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist und in auch anderer Weise innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche ausgeführt werden kann.

Claims (12)

  1. Kühlgerät mit
    - mindestens einem ersten und einem zweiten Nutzraum (2a, 2b),
    - einen Kompressor (6) zum Fördern eines Kältemittels,
    - einen ersten und einen zweiten Verdampfer (8a, 8b), wobei der erste Verdampfer (8a) zum Kühlen des ersten Nutzraums (2a) und der zweite Verdampfer (8b) zum Kühlen des zweiten Nutzraums (2b) angeordnet sind,
    - einen Kältemittelverflüssiger (7),
    - einer erste Kapillare (12a), um das Kältemittel dem ersten Verdampfer (8a) zuzuführen,
    - einer Verbindungsleitung (14), um das Kältemittel vom ersten Verdampfer (8a) zum zweiten Verdampfer (8b) zu führen,
    - einer Steuerung (18), welche dazu ausgestaltet ist, das Kühlgerät derart zu steuern, dass der erste Nutzraum (2a) kälter ist als der zweite Nutzraum (2b),
    gekennzeichnet durch
    eine zweite Kapillare (12b), um Kältemittel unter Umgehung der ersten Kapillare (12a) und des ersten Verdampfers (8a) dem zweiten Verdampfer (8b) zuzuführen und
    eine Ventilanordnung (10), mit welcher ein Fluss des Kältemittels durch die erste und/oder zweite Kapillare steuerbar ist.
  2. Kühlgerät nach Anspruch 1, wobei die zweite Kapillare (12b) einen von der ersten Kapillare (12a) unterschiedlichen Strömungswiderstand für das Kältemittel aufweist.
  3. Kühlgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Kapillare (12b) einen geringeren Strömungswiderstand für das Kältemittel aufweist als die erste Kapillare (12a).
  4. Kühlgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einer Rückflussleitung (16), um das Kältemittel vom zweiten Verdampfer (8b) zum Kompressor (6) zu führen, wobei die Kapillaren (12a, 12b) mit der Rückflussleitung (16) zu einem Wärmetauscher (20) gekoppelt sind.
  5. Kühlgerät nach Anspruch 4, wobei die Verbindungsleitung (14), die Kapillaren (12a, 12b) sowie der Wärmetauscher (20) mindestens teilweise in einem Zwischenraum (22) zwischen dem ersten (2a) und dem zweiten (2b) Nutzraum angeordnet sind.
  6. Kühlgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    wobei eine Einspritzstelle der zweiten Kapillare in einem zur Horizontalen geneigten Bereich (23) der Verbindungsleitung (14) angeordnet ist und die Verbindungsleitung (14) von oben her zum zweiten Verdampfer hin geneigt ausgeführt ist.
  7. Kühlgerät nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei die zweite Kapillare (12b) seitlich in die Verbindungsleitung (14) einmündet, insbesondere mittig zwischen einem höchsten (30a) und einem tiefsten (30b) Punkt eines Querschnitts der Verbindungsleitung (14).
  8. Kühlgerät nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die zweite Kapillare (12b) einen Endabschnitt (26) aufweist, welcher innerhalb der Verbindungsleitung (14) und parallel zur Verbindungsleitung (14) verläuft.
  9. Kühlgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche mit mindestens einer dritten Kapillare (12c), um Kältemittel von der Ventilanordnung (10) dem ersten oder dem zweiten Verdampfer (8b) zuzuführen, wobei mit der Ventilanordnung (10) der Fluss des Kältemittels durch die dritte Kapillare (12c) steuerbar ist.
  10. Kühlgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Steuerung (18) dazu ausgestaltet ist, durch Steuern der Ventilanordnung (10) den Fluss von Kältemittel durch die zweite Kapillare (12b) zweitweise zu erhöhen und gleichzeitig durch die erste Kapillare (12a) zu reduzieren, und insbesondere den Fluss vollständig von der ersten in die zweite Kapillare (12b) umzuschalten.
  11. Kühlgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Ventilanordnung (10) einen geschlossenen Zustand besitzt, in welchem ein Fluss des Kältemittels zu einer oder mehreren der Kapillaren (12a, 12b, 12c) blockiert ist, und wobei die Steuerung (18) dazu ausgestaltet ist, bei einem temporären Abschalten des Kompressors (6) die Ventilanordnung (10) in den geschlossenen Zustand zu bringen.
  12. Verfahren zum Betreiben des Kühlgeräts nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei im ersten Nutzraum (2a) eine tiefere Temperatur aufrechterhalten wird als im zweiten Nutzraum (2b) und wobei ein Flussverhältnis des Kältemittels durch die erste und die zweite Kapillare (12a, 12b) variiert wird.
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