EP4168723A1 - Kältegerät mit einem saugrohr-wärmetauscher und verfahren zum betrieb eines kältegeräts mit einem saugrohr-wärmetauscher - Google Patents

Kältegerät mit einem saugrohr-wärmetauscher und verfahren zum betrieb eines kältegeräts mit einem saugrohr-wärmetauscher

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EP4168723A1
EP4168723A1 EP21731989.6A EP21731989A EP4168723A1 EP 4168723 A1 EP4168723 A1 EP 4168723A1 EP 21731989 A EP21731989 A EP 21731989A EP 4168723 A1 EP4168723 A1 EP 4168723A1
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EP
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evaporator
pressure pipe
pipe section
group
low
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Andreas BABUCKE
Niels Liengaard
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BSH Hausgeraete GmbH
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    • F25B2700/2116—Temperatures of a condenser
    • F25B2700/21163—Temperatures of a condenser of the refrigerant at the outlet of the condenser

Definitions

  • the present invention relates to a refrigeration device, in particular a household refrigeration device, with a refrigerant circuit which has an intake pipe heat exchanger, and a method for operating such a refrigeration device.
  • the object of the present invention is to create a refrigeration device with two parallel evaporators or evaporator groups and an intake pipe heat exchanger as well as a method for operating such a refrigeration device in which an estimate of the mass flow of the refrigerant through an evaporator or an evaporator group in relation to the total mass flow of the refrigerant can be obtained.
  • the object is achieved by a refrigeration device and a method for operating a refrigeration device according to the independent claims.
  • the invention relates to a refrigeration device with a refrigerant circuit that has a compressor, a first evaporator group with at least one first evaporator and a high-pressure pipe connected upstream of the first evaporator group, a second evaporator group connected in parallel to the first evaporator group with at least one second evaporator, one of the first evaporator group and the second evaporator group downstream low-pressure pipe, and a suction pipe heat exchanger in which a high-pressure pipe section of the high-pressure pipe and a low-pressure pipe section of the low-pressure pipe are coupled in a thermally conductive manner.
  • the intake manifold heat exchanger has three temperature sensors at three positions from a group of positions at the inlet and at the outlet of the low-pressure pipe section, and at the inlet and at the outlet of the high-pressure pipe section.
  • a refrigeration device is in particular a household refrigeration device in which normal household quantities of food are stored in different compartments at different temperatures and possibly undergo a temperature treatment. With evaporators that are operated at different temperatures, storage compartments can be kept or operated at different temperatures.
  • the invention can advantageously be used in the case of evaporators or evaporator groups connected in parallel, in which an evaporator group has evaporators each with a variably selectable temperature.
  • a storage compartment that can be operated at a variably selectable temperature is referred to below as a flex compartment, and the associated evaporator is referred to as a flex compartment evaporator.
  • the invention can be used particularly advantageously with evaporators or evaporator groups connected in parallel, in which a first evaporator or the evaporators of a first evaporator group is operated at low temperatures and the second evaporator or the evaporators of the second evaporator group optionally at a temperature lower than the ambient temperature or at a higher temperature than the ambient temperature.
  • a flex compartment can be set to temperatures in a particularly wide temperature range.
  • the invention describes a refrigeration device with a refrigerant circuit with two parallel lines, each with at least one evaporator.
  • An important application is that in which there is only one evaporator in one or in both branches.
  • the invention is described for the purpose of simplifying the description with regard to the first evaporator and the second evaporator. Those skilled in the art will recognize the generalization to the strands.
  • suction pipe and low-pressure pipe are used synonymously and the terms suction pipe heat exchanger and internal heat exchanger are also used synonymously.
  • the parallel evaporators typically each have a controllable throttle point, in particular an expansion valve at the inlet and outlet of the evaporator.
  • an expansion valve is mentioned as a representative of a controllable throttle point.
  • the pressure in the evaporator can be influenced by the valve positions in such a way that the associated compartment is cooled to different degrees.
  • the evaporator groups are viewed as strands of the refrigerant circuit. It is advantageous to group the evaporators in such a way that in a first evaporator group there are only evaporators that operate storage compartments below ambient temperature, and in a second evaporator group there are only evaporators that operate storage compartments either below or above ambient temperature.
  • Storage compartments of the first evaporator group are, for example, a refrigerator compartment, a cold storage compartment, a freezer compartment or a simple flexible compartment. Since all of these compartments are cooled, it is advantageous that the refrigerant line of the first evaporator group is part of an internal heat exchanger or intake pipe heat exchanger.
  • a special feature of the refrigerant line to the second evaporator group is that it is not part of the internal heat exchanger in order to heat a flexible compartment with an extended temperature range also by refrigerant condensing in the flexible compartment evaporator.
  • the advantage here is that the second evaporator can be supplied with warm or hot refrigerant at approximately the condenser temperature.
  • the distribution of the mass flow depends not only on the valve positions but also on the gas content or subcooling at the respective valve inlet.
  • the gas content and subcooling are not accessible for the device control, so that the exact distribution of the mass flows to the individual evaporators is difficult to determine.
  • the invention is based on the idea that a ratio of mass flows in an internal heat exchanger with two strands can be determined if the two mass flows are essentially single-phase and at least three temperatures are known at the inputs and outputs of the internal heat exchanger. If four Temperatures at the inlets and outlets of the internal heat exchanger are known, the calculation is simplified.
  • a refrigerant train transfers heat to the suction pipe. Since different mass flows on the warm and cold side cause different temperatures of the suction gas, this can be used to determine the mass flow fraction flowing through the first evaporator, since this is essentially single-phase in the high-pressure pipe section.
  • the refrigerant in the suction pipe should be completely evaporated and thus be in single-phase gaseous form.
  • the temperature distribution on the intake manifold heat exchanger is thus used as an internal heat exchanger in order to draw conclusions about the mass flow rate through the first evaporator.
  • thermodynamics it is now possible to determine the ratio of the mass flows with good accuracy with three temperatures at the inlets and outlets of the intake pipe heat exchanger. See, for example, Basics of Heat and Mass Transfer, Lecture Notes Uni-Magdeburg, WS2009 / 2010.
  • a third evaporator which follows the parallel evaporators and is traversed by the entire mass flow of the refrigerant, and whose suction pipe leads directly into the suction pipe heat exchanger, it is possible to set the temperature of the third evaporator as the temperature at the inlet of the suction pipe branch use or replace a temperature sensor at the inlet of the intake manifold with the temperature sensor in the third evaporator if there is no heat transfer between the third evaporator and the intake manifold.
  • the evaporation temperature in the third evaporator and the suction gas temperature at the outlet of the internal heat exchanger can be used to determine the suction gas density and, with the speed of the compressor, the conveyed mass flow and thus the total mass flow.
  • This method thus also provides the absolute value of the mass flow flowing through the first evaporator branch from the ratio of the mass flows and the total mass flow.
  • the mass flow through the second evaporator branch then results from the difference to the total mass flow. In the event that the second If the evaporator branch has only one evaporator, the mass flow through this evaporator is thus determined.
  • the high-pressure pipe section leads exclusively to the first evaporator group and does not lead to the second evaporator group. This has the advantage that the high-pressure pipe section has precisely the mass flow that flows through the first evaporator group.
  • the high-pressure pipe section follows the condenser, it essentially carries liquid refrigerant.
  • the mass flow through the high-pressure pipe section is therefore essentially a mass flow of liquid refrigerant with at most a very small proportion of gas.
  • a variably adjustable throttle element in particular an expansion valve, is connected upstream and downstream of the first evaporator and the second evaporator.
  • This has the advantage that a mass flow can be set independently of the other evaporator in the first evaporator and in the second evaporator.
  • Each of these evaporators can be operated as an evaporator with a variable temperature. The pressure of the refrigerant and thus the evaporator temperature can be set for each of the evaporators independently of other evaporators.
  • the intake manifold heat exchanger has a temperature sensor at each position from a group of positions. This has the advantage that the calculation of the ratio of the mass flows is simplified.
  • the refrigeration device has a device for determining a ratio of the mass flows in the high-pressure pipe section and in the low-pressure pipe section.
  • a device for determining a ratio of the mass flows in the high-pressure pipe section and in the low-pressure pipe section can advantageously be integrated in the control of the refrigeration device.
  • the refrigeration device has a device for determining a ratio of the mass flows to the first evaporator group and the second evaporator group. This results from the fact that the Total mass flow is the sum of the mass flows to the first evaporator group and the second evaporator group.
  • the refrigeration device has a third evaporator between the first and second evaporators arranged in parallel and the low-pressure pipe. This enables a further cooled compartment, preferably a compartment with a lower temperature than the previous compartments.
  • the refrigeration device has a further suction pipe heat exchanger in which a further high-pressure pipe section of the high-pressure pipe and a further low-pressure pipe section of the low-pressure pipe are coupled in a thermally conductive manner.
  • This increases the energy efficiency. It should be noted, however, that the additional intake pipe heat exchanger cannot be used for mass flow determinations if there are no essentially single-phase flows.
  • the third evaporator has a temperature sensor which replaces a temperature sensor at the inlet of the low-pressure pipe section, and the outlet of the third evaporator is directly connected to the inlet of the intake pipe heat exchanger.
  • the refrigerant temperature in the third evaporator and at the inlet of the intake manifold heat exchanger is the same.
  • the temperature sensor for the temperature at the inlet of the intake manifold of the heat exchanger can therefore also be arranged in the third evaporator. This is particularly advantageous in the case of a no-frost evaporator, which usually already has a temperature sensor for controlling the defrosting process.
  • the third evaporator is preferably assigned to a freezer compartment.
  • the refrigeration device has a fourth evaporator in the flow direction of the refrigerant directly upstream of the third evaporator.
  • the fourth evaporator can advantageously be assigned to a cooling compartment or a cold storage compartment which is supplied by gaseous refrigerant from the preceding freezer compartment evaporator. This enables very good energy efficiency.
  • the compressor is a permanently running compressor with a variable speed. This has the advantage that a constant temperature can be set in the evaporators, which avoids the usual temperature hysteresis in an intermittently operating compressor.
  • the evaporators of the first evaporator group do not necessarily have to be assigned to flexible compartments, but can also be assigned to compartments with a narrow target temperature range, for example a cooling compartment, a cold storage compartment or a freezer compartment.
  • the invention also relates to a method for determining a ratio of mass flows in a refrigeration device with a refrigerant circuit which has a compressor, a first evaporator group with at least one first evaporator and a high-pressure pipe connected upstream of the first evaporator group, a second evaporator group connected in parallel to the first evaporator group with at least a second evaporator, a low-pressure pipe downstream of the first evaporator group and the second evaporator group, and a suction pipe heat exchanger in which a high-pressure pipe section of the high-pressure pipe and a low-pressure pipe section of the low-pressure pipe are thermally coupled.
  • the intake pipe heat exchanger has a group of positions at the inlet and outlet of the low-pressure pipe section, and at the inlet and outlet of the high-pressure pipe section, and the method is carried out with the method steps a) determining temperatures at three positions from the group of positions; b) Determination of a ratio of a mass flow through the high pressure pipe section to a mass flow through the low pressure pipe section using the determined temperatures.
  • thermodynamics can be used to determine the ratio of the refrigerant mass flows from the temperatures at the inputs and outputs.
  • Another application of thermodynamics can be used to determine the ratio of the refrigerant mass flows from just three temperatures at the inputs and outputs.
  • One embodiment of the method contains the further method step of determining temperatures at all positions from the group of positions.
  • the fourth temperature can either be determined from a further sensor or be well estimated using thermodynamics.
  • the ratio of the mass flow through the high-pressure pipe section to the mass flow through the low-pressure pipe section is determined with the aid of specific heat capacities of a refrigerant, assuming a liquid refrigerant in the high-pressure pipe section and a gaseous refrigerant in the low-pressure pipe section.
  • Another embodiment of the method includes the further method step of determining a mass flow through the low-pressure pipe section from a delivery of the compressor.
  • the flow rate is a function of the speed, the stroke volume, the degree of delivery and the suction gas density.
  • the suction gas density is a function of the evaporation temperature of the evaporator upstream of the suction tube heat exchanger and the temperature at the gas outlet of the suction tube heat exchanger.
  • the degree of delivery is a function of the condenser pressure and the evaporator pressure.
  • Another embodiment of the method includes the further method step of determining a mass flow through the second evaporator group from the ratio of the mass flow through the high pressure pipe section to the mass flow through the low pressure pipe section and the mass flow through the low pressure pipe section.
  • the mass flows are determined from the ratio of the mass flows and the conveyed mass flow. This has the advantage that an otherwise difficult to determine mass flow through the second evaporator group can be absolutely determined.
  • Another embodiment of the method contains the further method step of controlling the refrigeration device on the basis of the determined temperatures. If the mass flow through the second evaporator group or the second evaporator is known, this knowledge can be used to better control the second evaporator group or the second evaporator.
  • Another embodiment of the method contains the further method step of controlling the refrigeration device based on the ratio of the mass flow through the high-pressure pipe section to the mass flow through the low-pressure pipe section.
  • the refrigeration device can thus advantageously be controlled with improved energy efficiency.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a refrigeration device according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the refrigerant circuit of a refrigeration device according to the invention with parallel evaporator branches;
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an internal heat exchanger of the refrigerant circuit of a refrigeration device according to the invention
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the refrigerant circuit of a refrigeration device according to the invention with parallel evaporator branches and an evaporator following in series;
  • FIG. 5 shows a schematic representation of the refrigerant circuit of a refrigeration device according to the invention with parallel evaporator branches and a further evaporator following in series;
  • FIG. 6 shows a flow diagram of an embodiment of the method according to the invention.
  • Fig. 1 shows a refrigerator representative of a refrigeration device 10 according to the invention with a cooling compartment door 12 to a cooling compartment 15, a flexible compartment door 13 to a flexible compartment 16 with an extended temperature range and a door 14 to a simple flexible compartment 17.
  • the refrigerator is used for example for storing food and comprises a cooling compartment, a flexible compartment with an extended temperature range and a simple flexible compartment as storage chambers. These storage chambers are each cooled by an associated evaporator.
  • the refrigeration device 10 also has a display and control unit 18 which controls the refrigeration device.
  • the display and control unit 18 has a device 19 for determining a ratio of mass flows.
  • the refrigeration device 10 has a refrigerant circuit which can be configured in different configurations of the invention.
  • Fig. 2 shows a refrigerant circuit 20 of a refrigeration device according to the invention.
  • the refrigerant circuit 20 has a compressor 22, a condenser 24, a first evaporator group 26 with a first evaporator 28 and a further evaporator 30 of the first evaporator group 26, and a second evaporator group 32 parallel to the first evaporator group 26 with a second evaporator 34.
  • the compressor is a variable speed speed controlled compressor.
  • the compressor is designed to work continuously.
  • the first evaporator 28 and the further evaporator 30 of the first evaporator group 26 are arranged parallel to one another.
  • An expansion valve 36 which controls the flow of refrigerant into the evaporator 28, is arranged upstream of the first evaporator 28 in the direction of flow.
  • An expansion valve 38 which controls the refrigerant outflow from the first evaporator 28, is arranged downstream of the first evaporator 28 in the direction of flow.
  • Expansion valves 40 and 42 are also arranged upstream and downstream of the further evaporator 30 of the first evaporator group 26.
  • further evaporators of the first evaporator group could be parallel to the first Evaporator can be arranged in order to provide its own evaporator for further storage compartments.
  • the evaporators 28, 30 of the first evaporator group 26 are assigned to storage compartments which can be cooled to temperatures below the ambient temperature.
  • the first evaporator 28 is assigned to a refrigerated compartment
  • the further evaporator 30 of the first evaporator group 26 is assigned to a simple flexible compartment with a variable temperature, so that this compartment can optionally be operated as a further refrigerated compartment, cold storage compartment or freezer compartment.
  • the variable temperatures of the evaporators of the first evaporator group 26 are made possible by the expansion valves upstream and downstream of the evaporators, which allow an evaporation pressure of the refrigerant in the evaporator to be set so that the desired temperatures are achieved independently of temperatures in other evaporators.
  • the second evaporator 34 In the embodiment shown in FIG. 2, only a single evaporator, the second evaporator 34, is present in the second evaporator group 32.
  • An expansion valve 44 which controls the flow of refrigerant into the evaporator 34, is arranged upstream of the second evaporator 34 in the flow direction.
  • An expansion valve 46 which controls the refrigerant outflow from the second evaporator 34, is arranged downstream of the second evaporator 34 in the direction of flow.
  • the second evaporator 34 of the second evaporator group 32 is assigned to a flexible compartment with an extended temperature range that can be operated in a wide temperature range both below and above the ambient temperature.
  • the variable temperatures of the second evaporator 34 are made possible by the expansion valves upstream and downstream of the second evaporator 34, which allow an evaporation pressure of the refrigerant to be set so that the desired temperatures are achieved independently of temperatures in other evaporators.
  • the arrangement shown in FIG. 2 with the evaporators 28, 30 and 32 corresponds to an embodiment of the refrigeration device 10 from FIG. 1, the evaporators 28, 30 and 32 being assigned to the storage compartments 15, 17 and 16.
  • the refrigerant circuit 20 has a line system with pipelines which connect the described elements of the refrigeration circuit 20 to one another.
  • the refrigerant circuit 20 has a high pressure region between the outlet of the compressor 22 and the expansion valves 36, 40 and 44.
  • the refrigerant circuit 20 has a low pressure region between the valves 36, 40 and 46 and the input of the compressor 22.
  • the assignment of the line area between the expansion valve 44 upstream of the second evaporator 34 and the expansion valve 46 downstream of the second evaporator 34 to the high pressure area or the low pressure area depends on the respective operating state of the second evaporator 34 and the pressure prevailing therein. If the second evaporator 34 is operated at a temperature higher than the ambient temperature, then in this operating state it has the function of a condenser and can be operated at high pressure.
  • the refrigerant circuit 20 has a high-pressure pipe 48 which is connected upstream of the evaporators of the first evaporator group.
  • the high-pressure pipe 48 ends at the throttles of the evaporators of the first evaporator group, i.e. here at the expansion valves 36 and 40.
  • the refrigerant circuit 20 has a low-pressure pipe 49, which is connected downstream of the first evaporator group 26 and the second evaporator group 32.
  • the low-pressure pipe 49 runs between the expansion valves 38, 42 and 46 and the inlet of the compressor 22.
  • the refrigerant circuit 20 also has an intake pipe heat exchanger 50 in which a high pressure pipe section 52 of the high pressure pipe 48 and a low pressure pipe section 54 of the low pressure pipe 49 are coupled in a thermally conductive manner.
  • the intake pipe heat exchanger 50 has four preferred positions for temperature sensors, namely position 56 at the inlet of high pressure pipe section 52, position 58 at the outlet of high pressure pipe section 52, position 60 at the inlet of low pressure pipe section 54 and position 62 at the outlet of low pressure pipe section 54. These positions for temperature sensors are preferred because during operation of the refrigeration device in the heat exchanger 50, due to the heat exchange between positions 56 and 58, a maximum temperature difference of the refrigerant of the high-pressure pipe section 52 occurs and a maximum temperature difference of the refrigerant of the low-pressure pipe section 54 occurs between the positions 60 and 62.
  • the refrigerant circuit 20 has a temperature sensor at each of the four positions 56, 58, 60 and 62.
  • This embodiment has the advantage that the temperature differences in the high-pressure pipe section 52 and in the low-pressure pipe section 54 can be determined by simple temperature measurements with the temperature sensors.
  • the display and control unit 16 of the refrigeration device 10 can use this to determine a ratio of the mass flows in the high-pressure section and the low-pressure section to one another.
  • the ratio of the mass flow through the evaporator 34 to the total mass flow can thus be calculated.
  • the refrigerant circuit 20 has a temperature sensor at three positions from the group of positions 56, 58, 60 and 62.
  • This embodiment has the advantage that one less temperature sensor is required.
  • the temperature at the position of the missing temperature sensor can be determined by considerations from thermodynamics. All four temperatures are then known again and the ratios of mass flows can be determined as in the embodiment described above.
  • the evaporators of the first evaporator group 26, here the evaporators 28 and 30, are provided exclusively for compartments that are cooled so that the evaporators 28 and 30 are also operated as evaporators.
  • the second evaporator group 32 with the single evaporator 34 is provided for flexible compartments with an extended temperature range, such as the flexible compartment 16 from FIG. 1. Since the Evaporator of the second evaporator group 32 can be operated not only as an evaporator but also as a condenser, the refrigerant is fed to the second evaporator group 32 via a branch 64 of the high-pressure pipe 48 which is not involved in an intake pipe heat exchange. Therefore, the second evaporator group can receive refrigerant which is approximately the same as the temperature of the condenser 24.
  • the improvement in energy efficiency made possible by the intake pipe heat exchange is utilized in that the refrigerant which is supplied to the first evaporator group is additionally cooled by the intake pipe heat exchange.
  • the condenser 24 has a fan 66.
  • the fan 66 has the task of avoiding excessively high condenser temperatures and it can cool the condenser 24 if no evaporator in the second evaporator group is operated in a heating mode to achieve a temperature above the ambient temperature in the evaporator or in its flex compartment with an extended temperature range will.
  • the evaporators 28, 30 and 34 have fans 68, 70 and 72. These fans can be used both to improve the heat transfer between the evaporator and the respective compartment or to control the humidity in the respective compartment.
  • further evaporators of the second evaporator group could be arranged parallel to the second evaporator in order to provide separate evaporators for further storage compartments, in particular flexible compartments with an extended temperature range.
  • the evaporators of these compartments are preferably arranged parallel to the second evaporator 34, each with an expansion valve in front of and an expansion valve after each evaporator.
  • Fig. 3 shows schematically the intake pipe heat exchanger 50, also called the inner heat exchanger or intake pipe heat exchanger, from Fig. 3 with the high pressure pipe section 52 of the high pressure pipe 48 and the low pressure pipe section 54 of the low pressure pipe 49.
  • the direction of flow of the refrigerant is indicated by arrows 74 and 76 .
  • the intake pipe heat exchanger 50 has four preferred positions for temperature sensors, namely on the outside of the pipe of the respective pipe section, position 56 at the inlet of high pressure pipe section 52, position 58 at the outlet of high pressure pipe section 52, position 60 at the inlet of low pressure pipe section 54 and position 62 at the outlet of the low-pressure pipe section 54.
  • a coordinate line 77 is given by way of example, with end points 78 and 79 of a route over which a heat exchanger takes place in the intake manifold heat exchanger 50. With the aid of the coordinate line 77, a temperature profile within the intake manifold heat exchanger 50 can be determined with the aid of thermodynamics.
  • FIG. 4 schematically shows a refrigerant circuit 80 of a refrigeration device of an embodiment of the invention in an embodiment with a different arrangement of evaporators compared to the embodiment in FIG. 2. Therefore, the differences from FIG. 2 are essentially described.
  • the first evaporator group 26 ′ only has the first evaporator 28 and the second evaporator group 32 only has the second evaporator 34.
  • the expansion valves already described are again arranged upstream and downstream of the evaporators 28, 34.
  • an intake pipe heat exchanger 50 ' is arranged at the same point with respect to the first evaporator group.
  • the refrigerant circuit has a third evaporator 82 between the first and second evaporator groups 26 ', 32 arranged in parallel and the low-pressure pipe 49'.
  • the third evaporator 82 follows the evaporators 28, 34 of the parallel evaporator groups 26 ', 32 in series.
  • the low-pressure pipe 49 ' runs from the third evaporator 82 to the compressor 22.
  • the refrigerant circuit 80 has an optional further internal heat exchanger 84 in which a further pipe section 81 of the low-pressure pipe 49 ′ and a refrigerant pipe section 83 are coupled in a thermally conductive manner at the outlet of the first evaporator 28.
  • the further internal heat exchanger 84 does not provide any information about a mass flow distribution that the refrigerant is two-phase at the outlet of the evaporator 28.
  • the suction gas then sees an isothermal heat source, so to speak, in the further inner heat exchanger 84.
  • the refrigerant circuit 80 is suitable for a refrigeration device 10 according to FIG. 1.
  • the evaporator 28 is in turn a cooling compartment 15
  • the evaporator 34 is a flexible compartment with an extended temperature range 16
  • the evaporator 82 is a simple flexible compartment, which can be used, for example, as a cold storage compartment or can be operated as a freezer compartment.
  • the evaporator 82 has a fan 85.
  • the refrigerant circuit 80 advantageously uses the low suction pressure of the compressor 22 for a serially arranged evaporator 82 to which a particularly cold compartment is assigned.
  • the evaporator 82 is assigned to a cold compartment, preferably a freezer compartment, and has a temperature sensor 86.
  • the refrigerant circuit 80 has the following advantage. At the location of the temperature sensor 86, temperature and pressure are known for the entire refrigerant mass flow, and from this the suction gas density there can be determined with a temperature sensor at the end of the low-pressure pipe section, position 62 '. This in turn enables the absolute total mass flow to be determined with the aid of the compressor speed via the delivery of the compressor.
  • An embodiment of the invention without the further inner heat exchanger 84 also makes it possible that instead of a temperature sensor at the input of the Low-pressure pipe section 54 'at position 60', the temperature sensor 86 is used to determine the temperature at the inlet of the low-pressure pipe section 54 '.
  • FIG. 5 shows a refrigerant circuit in a further embodiment which is based on the embodiment shown in FIG.
  • a fourth evaporator 88 has now been added in a serial arrangement downstream of the third evaporator 82 '.
  • the third evaporator 82 ' has a temperature sensor 86'.
  • the third evaporator 82 ' has a fan 85' and the fourth evaporator 88 has a fan 90.
  • the evaporator 86 ' is operated as a freezer compartment evaporator for supplying a freezer compartment and the added evaporator 88 is operated as an evaporator for a cold storage compartment or a refrigerated compartment.
  • the control of the refrigeration device with this refrigerant circuit takes place in such a way that the refrigerant supplied to the evaporator 86 'essentially evaporates in the evaporator 86' and the following evaporator 88 is cooled by cold gaseous refrigerant.
  • the temperature sensor 86 ' is again in the coldest compartment, so the temperature and evaporation pressure can be determined at its position based on the temperature there and with this information, the suction gas density there can be determined with a temperature sensor at the end of the low-pressure pipe section, position 62'. This in turn enables the absolute total mass flow to be determined with the aid of the compressor speed via the delivery of the compressor.
  • FIG. 6 shows a flow diagram 100 of an embodiment of the method according to the invention for determining a ratio of mass flows in a refrigeration device.
  • the refrigeration device for example refrigeration device ten from FIG. 1, has a refrigerant circuit, for example the refrigerant circuit 20 from FIG. 2 or the refrigerant circuit 80 from FIG.
  • the refrigerant circuit 20, 80 has a compressor 22, a first evaporator group 26, 26 'with at least one first evaporator 28 and with a high pressure pipe 48 connected upstream of the first evaporator group 26, 26', a second evaporator group 32 connected in parallel to the first evaporator group 26, 26 'with at least one second evaporator 34, one of the first evaporator groups 26, 26' and the second evaporator group 32 downstream low-pressure pipe 49, 49 ', and a suction pipe heat exchanger 50, 50' in which a high-pressure pipe section 52, 52 'of the high-pressure pipe 48 and a low-pressure pipe section 54, 54' of the low-pressure pipe 49, 49 'are thermally coupled .
  • the intake manifold heat exchanger has a group of positions 60, 60 '; 62, 62 '; 56, 56 '; 58, 58 'at the inlet and at the outlet of the low-pressure pipe section, and at the inlet and at the outlet of the high-pressure pipe section.
  • the method has the method steps: a) determination 102 of temperatures at three positions from the group of positions; b) Determination 104 of a ratio of a mass flow rate flowing through the high pressure pipe section to a mass flow rate flowing through the low pressure pipe section using the determined temperatures.
  • One embodiment of the method contains, instead of method step a), method step a ′) determination 102 of temperatures at all positions from the group of positions.
  • a temperature at one of the positions on the intake manifold heat exchanger is usually determined by a temperature sensor at the position on the intake manifold heat exchanger.
  • the temperature can also be determined with a temperature sensor at an adjacent position in the refrigerant circuit on the intake manifold outside the intake manifold heat exchanger, if there is no heat transfer from or to the intake manifold between the two positions. Then the assumption is justified that the same temperature prevails at both positions.
  • FIG. 7 shows a flow diagram 110 of a further embodiment with configurations of the method according to the invention.
  • the method steps that are added in relation to FIG. 6 are each optional per se and can be combined.
  • the process begins again with process step a) determination 102 of temperatures at three positions from the group of positions; This is followed by method step c) determination 112 of a mass flow through the low-pressure pipe section from a delivery of the compressor.
  • step d) determination 114 of a mass flow through the second evaporator group takes place from the ratio of the mass flow through the high pressure pipe section to the mass flow through the low pressure pipe section.
  • the entire mass flow of refrigerant required by the compressor 22 flows through the low-pressure pipe section 52 of the intake pipe heat exchanger 50. The total mass flow can then be determined from the delivery of the compressor 22.
  • control 116 of refrigeration device 10 takes place on the basis of the determined temperatures.
  • e ') control 118 of refrigeration device 10 takes place on the basis of the ratio of the mass flow through the high-pressure pipe section to the mass flow through the low-pressure pipe section.
  • the ratio of the mass flow through the high pressure section to the mass flow through the low pressure section is determined with the aid of the temperatures from method step a).
  • refrigerant circuit 22 compressor 24 condenser 26, 26 'first evaporator group 28 first evaporator 30 further evaporator 32 second evaporator group 34 second evaporator 36, 38, 40, 42, 44, 46 expansion valves 48 high pressure pipe
  • suction pipe heat exchanger 52 50, 50 'suction pipe heat exchanger 52, 52' high pressure pipe section 54, 54 'low pressure pipe section 56, 56', 58, 58 ', 60, 60', 62, 62 'positions on suction pipe heat exchanger 64 branch of high pressure pipe 66, 68, 70 , 72 fans 74, 76 arrows 77 coordinate line 78, 79 end points 80 refrigerant circuit 81 further pipe section 82, 82 'third evaporator

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Abstract

Ein Kältegerät (10) hat einen Kältemittelkreislauf (20, 80, 90), der einen Verdichter (22), eine erste Verdampfergruppe (26) mit mindestens einem ersten Verdampfer (28) und mit einem der ersten Verdampfergruppe (26) vorgeschalteten Hochdruckrohr (48), eine zur ersten Verdampfergruppe (26) parallel geschaltete zweite Verdampfergruppe (32) mit mindestens einem zweiten Verdampfer (34), ein der ersten Verdampfergruppe (26) und der zweiten Verdampfergruppe (32) nachgeschaltetes Niederdruckrohr (49, 49'), und einen Saugrohr-Wärmetauscher (50, 50'), in dem ein Hochdruckrohrabschnitt (52, 52') des Hochdruckrohres (48) und ein Niederdruckrohrabschnitt (54, 54') des Niederdruckrohres (49, 49') wärmeleitend gekoppelt sind, aufweist. Der Saugrohr-Wärmetauscher (50, 50') weist drei Temperatursensoren an drei Positionen aus einer Gruppe von Positionen (60, 60'; 62, 62'; 56, 56'; 58, 58') am Eingang und am Ausgang des Niederdruckrohrabschnitts (54, 54'), und am Eingang und am Ausgang des Hochdruckrohrabschnitts (52, 52') auf. Das Kältegerät und das zugehörige Verfahren ermöglichen die Bestimmung eines Verhältnisses der Massenstroms des Kältemittels zur ersten Verdampfergruppe zum Gesamtmassenstrom des Kältemittels.

Description

Kältegerät mit einem Saugrohr-Wärmetauscher und Verfahren zum Betrieb eines Kältegeräts mit einem Saugrohr-
Wärmetauscher
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältegerät, insbesondere ein Haushaltskältegerät, mit einem Kältemittelkreislauf, der einen Saugrohr-Wärmetauscher aufweist, und ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Kältegeräts.
Aus der DE 102016202 565 ist ein Kältegerät mit einem inneren Wärmetauscher bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Kältegerät mit zwei parallelen Verdampfern bzw. Verdampfergruppen und einem Saugrohr-Wärmetauscher sowie ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Kältegeräts zu schaffen, bei dem eine Abschätzung des Massenstroms des Kältemittels durch einen Verdampfer bzw. eine Verdampfergruppe im Verhältnis zum Gesamtmassenstrom des Kältemittels erhalten werden kann.
Die Aufgabe wird durch ein Kältegerät und ein Verfahren zum Betrieb eines Kältegeräts gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
Die Erfindung betrifft ein Kältegerät mit einem Kältemittelkreislauf, der einen Verdichter, eine erste Verdampfergruppe mit mindestens einem ersten Verdampfer und mit einem der ersten Verdampfergruppe vorgeschalteten Hochdruckrohr, eine zur ersten Verdampfergruppe parallel geschaltete zweite Verdampfergruppe mit mindestens einem zweiten Verdampfer, ein der ersten Verdampfergruppe und der zweiten Verdampfergruppe nachgeschaltetes Niederdruckrohr, und einen Saugrohr- Wärmetauscher, in dem ein Hochdruckrohrabschnitt des Hochdruckrohres und ein Niederdruckrohrabschnitt des Niederdruckrohres wärmeleitend gekoppelt sind, aufweist. Der Saugrohr-Wärmetauscher weist drei Temperatursensoren an drei Positionen aus einer Gruppe von Positionen am Eingang und am Ausgang des Niederdruckrohrabschnitts, und am Eingang und am Ausgang des Hochdruckrohrabschnitts auf. Ein solches Kältegerät ist insbesondere ein Haushaltskältegerät, in dem in verschiedenen Fächern haushaltsübliche Mengen an Lebensmitteln bei unterschiedlichen Temperaturen gelagert werden und möglicherweise eine Temperaturbehandlung erfahren. Mit Verdampfern, die bei unterschiedlichen Temperaturen betrieben werden, können Lagerfächer auf unterschiedlichen Temperaturen gehalten bzw. betrieben werden.
Die Erfindung ist vorteilhaft einsetzbar bei parallelgeschalteten Verdampfern bzw. Verdampfergruppen, bei denen eine Verdampfergruppe Verdampfer mit jeweils variabel wählbarer Temperatur aufweist. Ein Lagerfach, welches mit einer variabel wählbaren Temperatur betrieben werden kann wird im Weiteren Flexfach genannt, der zugehörige Verdampfer Flexfach-Verdampfer.
Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft einsetzbar bei parallel geschalteten Verdampfern bzw. Verdampfergruppen, bei denen ein erster Verdampfer bzw. die Verdampfer einer ersten Verdampfergruppe bei niedrigen Temperaturen betrieben wird und der zweite Verdampfer bzw. die Verdampfer der zweiten Verdampfergruppe wahlweise bei einer niedrigeren Temperatur als die Umgebungstemperatur oder einer höheren Temperatur als die Umgebungstemperatur betrieben werden. In einem solchen Gerät kann ein Flexfach auf Temperaturen in einem besonders weiten Temperaturbereich eingestellt werden.
In ihrer Allgemeinheit beschreibt die Erfindung ein Kältegerät mit einem Kältemittelkreislauf mit zwei parallelen Strängen mit jeweils mindestens einem Verdampfer. Ein bedeutender Anwendungsfall ist der, in dem in einem oder in beiden Strängen jeweils nur ein Verdampfer ist. Im Weiteren wird die Erfindung zwecks Vereinfachung der Beschreibung in Hinblick auf den ersten Verdampfer und den zweiten Verdampfer beschrieben. Der Fachmann wird die Verallgemeinerung auf die Stränge erkennen.
In der Beschreibung der Erfindung werden die Begriffe Saugrohr und Niederdruckrohr synonym verwendet und ebenfalls werden die Begriffe Saugrohr-Wärmetauscher und innerer Wärmetauscher synonym verwendet. Bei derartigen Geräten verfügen die parallelen Verdampfer typischerweise über je eine regelbare Drosselstelle, insbesondere ein Expansionsventil am Ein- und Austritt des Verdampfers. Im Weiteren wird ein Expansionsventil stellvertretend für eine regelbare Drosselstelle genannt. Durch die Ventilstellungen kann der Druck im Verdampfer so beeinflusst werden, dass das zugehörige Fach unterschiedlich stark gekühlt wird.
Aus Sicht des Kältemittelkreislaufs werden die Verdampfergruppen als Stränge des Kältemittelkreislaufs angesehen. Es ist vorteilhaft, die Verdampfer derart in Gruppen zusammen zu fassen, dass in einer ersten Verdampfergruppe ausschließlich Verdampfer sind, die Lagerfächer unterhalb der Umgebungstemperatur betreiben, und in einer zweiten Verdampfergruppe ausschließlich Verdampfer sind, die Lagerfächer wahlweise unter oder auch über der Umgebungstemperatur betreiben.
Lagerfächer der ersten Verdampfergruppe sind beispielsweise ein Kühlfach, ein Kaltlagerfach, ein Gefrierfach oder ein einfaches Flexfach. Da alle diese Fächer gekühlt werden ist es vorteilhaft, dass der Kältemittelstrang der ersten Verdampfergruppe Teil eines inneren Wärmeübertragers oder Saugrohr-Wärmeübertragers ist.
Eine Besonderheit des Kältemittelstrangs zur zweiten Verdampfergruppe ist, dass dieser nicht Teil der inneren Wärmeübertrager ist um ein Flexfach mit einem erweiterten Temperaturbereich auch durch im Flexfach-Verdampfer verflüssigendes Kältemittel zu erwärmen. Hier ist der Vorteil, dass der zweite Verdampfer mit warmem oder heißem Kältemittel auf etwa Verflüssigertemperatur versorgt werden kann.
Bei parallelen Kältemittelsträngen hängt die Verteilung des Massenstroms nicht nur von den Ventilpositionen sondern auch vom Gasanteil bzw. der Unterkühlung am jeweiligen Ventileintritt ab. Gasanteil und Unterkühlung sind für die Geräteregelung nicht zugänglich, so dass die genaue Verteilung der Massenströme auf die einzelnen Verdampfer schwierig zu bestimmen ist.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, dass sich ein Verhältnis von Massenströmen in einem inneren Wärmetauscher mit zwei Strängen bestimmen lässt, wenn die beiden Massenströme im wesentlichen einphasig sind und mindestens drei Temperaturen an Eingängen und Ausgängen des inneren Wärmetauschers bekannt sind. Falls vier Temperaturen an Eingängen und Ausgängen des inneren Wärmetauschers bekannt sind vereinfacht sich die Berechnung.
In dem inneren Wärmetauscher überträgt ein Kältemittelstrang Wärme an das Saugrohr. Da unterschiedliche Massenströme auf warmer und kalter Seite andere Temperaturen des Sauggases bewirken, kann dies zur Bestimmung des durch den ersten Verdampfer strömenden Massenstromanteils genutzt werden, da dieser im Hochdruckrohrabschnitt im wesentlichen einphasig ist. Das Kältemittel im Saugrohr sollte vollständig verdampft sein und damit einphasig gasförmig vorliegen.
Somit wird die Temperaturverteilung am Saugrohr-Wärmetauscher als einem inneren Wärmeübertrager genutzt um auf den Massenstromanteil durch den ersten Verdampfer zu schließen. Dort liegt auf der warmen Seite flüssiges Kältemittel und auf der Saugrohrseite gasförmiges Kältemittel mit den jeweiligen spezifischen Wärmekapazitäten an. Mit Überlegungen aus der Thermodynamik ist es nun möglich, mit drei Temperaturen an Eingängen und Ausgängen des Saugrohr-Wärmetauschers das Verhältnis der Massenströme mit guter Genauigkeit zu bestimmen. Siehe etwa in Grundlagen der Wärme- und Stoffübertragung, Vorlesungsskript Uni-Magdeburg, WS2009/2010.
Im Falle eines dritten Verdampfers, der den parallelen Verdampfern folgt und von dem gesamten Massenstrom des Kältemittels durchströmt wird, und dessen Saugrohr direkt in den Saugrohr-Wärmetauscher führt, ist es möglich, als Temperatur am Eingang des Saugrohr-Strangs die Temperatur des dritten Verdampfers zu verwenden bzw. einen Temperatursensor am Eingang des Saugrohr Strang durch den Temperatursensor in dem dritten Verdampfer zu ersetzen wenn zwischen dem dritten Verdampfer und dem Saugrohr keine Wärmeübertragung stattfindet.
Über die Verdampfungstemperatur im dritten Verdampfer und die Sauggastemperatur am Ausgang des inneren Wärmeübertragers kann die Sauggasdichte und mit der Drehzahl des Verdichters der Fördermassenstrom und damit der Gesamtmassenstrom bestimmt werden. Somit liefert diese Methode aus dem Verhältnis der Massenströme und dem Gesamtmassenstrom auch den Absolutwert des durch den ersten Verdampferstrang strömenden Massenstroms. Aus der Differenz zum Gesamtmassenstrom ergibt sich dann der Massenstrom durch den zweiten Verdampferstrang. In dem Fall, dass der zweite Verdampferstrang nur einen Verdampfer aufweist, wird damit der Massenstrom durch diesen Verdampfer bestimmt.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung führt der Hochdruckrohrabschnitt ausschließlich zu der ersten Verdampfergruppe und führt nicht zur zweiten Verdampfergruppe. Dies hat den Vorteil, dass der Hochdruckrohrabschnitt genau den Massenstrom aufweist, der durch die erste Verdampfergruppe strömt.
Da der Hochdruckrohrabschnitt dem Verflüssiger folgt führt er im wesentlichen flüssiges Kältemittel. Der Massenstrom durch den Hochdruckrohrabschnitt ist also im wesentlichen einen Massenstrom von flüssigem Kältemittel mit höchstens einem sehr geringen Gasanteil.
Gemäß einerweiteren Ausgestaltung der Erfindung ist dem ersten Verdampfer und dem zweiten Verdampfer jeweils ein variabel einstellbares Drosselelement, insbesondere ein Expansionsventil, vorgeschaltet und nachgeschaltet. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass in dem ersten Verdampfer und in dem zweiten Verdampfer jeweils ein Massenstrom unabhängig von dem anderen Verdampfer einstellbar ist. Jeder dieser Verdampfer kann als Verdampfer mit einer variablen Temperatur betrieben werden. Der Druck des Kältemittels und damit die Verdampfertemperatur kann für jeden der Verdampfer unabhängig von anderen Verdampfern eingestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Saugrohr-Wärmetauscher einen Temperatursensor an jeder Position aus einer Gruppe von Positionen auf. Dies hat den Vorteil, dass sich die Berechnung des Verhältnisses der Massenströme vereinfacht.
Gemäß einerweiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Kältegerät eine Einrichtung zur Bestimmung eines Verhältnisses der Massenströme im Hochdruckrohrabschnitt und im Niederdruckrohrabschnitt auf. Eine solche Einrichtung kann vorteilhaft in der Steuerung des Kältegeräts integriert sein.
Gemäß noch einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Kältegerät eine Einrichtung zur Bestimmung eines Verhältnisses der Massenströme zu der ersten Verdampfergruppe und der zweiten Verdampfergruppe auf. Dies ergibt sich daraus, dass der Gesamtmassenstrom die Summe der Massenströme zu der ersten Verdampfergruppe und der zweiten Verdampfergruppe ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Kältegerät einen dritten Verdampfer zwischen den parallel angeordneten ersten und zweiten Verdampfern und dem Niederdruckrohr auf. Dies ermöglicht ein weiteres gekühltes Fach, vorzugsweise ein Fach mit einer tieferen Temperatur als die vorhergehenden Fächer.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung mit einem dritten Verdampfer weist das Kältegerät einen weiteren Saugrohr-Wärmetauscher, in dem ein weiterer Hochdruckrohrabschnitt des Hochdruckrohres und ein weiterer Niederdruckrohrabschnitt des Niederdruckrohres wärmeleitend gekoppelt sind, auf. Dies erhöht die Energieeffizienz. Es ist allerdings zu beachten, dass der weitere Saugrohr- Wärmetauscher nicht für Massenstrom Bestimmungen herangezogen werden kann wenn dort keine im wesentlichen einphasigen Strömungen vorliegen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung mit einem dritten Verdampfer weist der dritte Verdampfer einen Temperatursensor auf, welcher einen Temperatursensor an Eingang des Niederdruckrohrabschnitts ersetzt, und der Ausgang des dritten Verdampfers ist direkt mit dem Eingang des Saugrohr-Wärmetauschers verbunden. In diesem Fall, in dem kein weiterer Saugrohr-Wärmetauscher zwischen dem dritten Verdampfer und dem Saugrohr-Wärmetauscher angeordnet ist, ist die Kältemitteltemperatur im dritten Verdampfer und am Eingang des Saugrohr-Wärmetauschers gleich. Daher kann der Temperatursensor für die Temperatur am Eingang des Saugrohr Strangs des Wärmetauschers auch in dem dritten Verdampfer angeordnet sein. Dies hat insbesondere einen Vorteil bei einem No-Frost Verdampfer, der üblicherweise bereits einen Temperatursensor zur Steuerung des Abtauvorgangs aufweist.
Der dritte Verdampfer ist vorzugsweise einem Gefrierfach zugeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Kältegerät einen vierten Verdampfer in Strömungsrichtung des Kältemittels unmittelbar vor dem dritten Verdampfer auf. Dies ermöglicht ein weiteres gekühltes Fach. Der vierte Verdampfer kann vorteilhaft einem Kühlfach oder einem Kaltlagerfach zugeordnet werden, welches durch gasförmiges Kältemittel aus dem vorhergehenden Gefrierfachverdampfer versorgt wird. Dies ermöglicht eine sehr gute Energieeffizienz.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Verdichter ein permanent laufender Verdichter mit variabler Drehzahl. Dies hat den Vorteil, dass sich in den Verdampfern eine konstante Temperatur einstellen lässt, welche eine übliche Temperatur Hysterese bei einem intermittierend arbeitenden Verdichter vermeidet.
In weiteren Ausgestaltungen der Erfindung müssen die Verdampfer der ersten Verdampfergruppe nicht notwendig Flexfächern zugeordnet sein, sondern können auch auch Fächern mit einem engen Soll-Temperaturbereich zugeordnet sein, beispielsweise ein Kühlfach, einem Kaltlagerfach oder einem Gefrierfach.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Bestimmen eines Verhältnisses von Massenströmen in einem Kältegerät mit einem Kältemittelkreislauf, der einen Verdichter, eine erste Verdampfergruppe mit mindestens einem ersten Verdampfer und mit einem der ersten Verdampfergruppe vorgeschalteten Hochdruckrohr, eine zur ersten Verdampfergruppe parallel geschaltete zweite Verdampfergruppe mit mindestens einem zweiten Verdampfer, ein der ersten Verdampfergruppe und der zweiten Verdampfergruppe nachgeschaltetes Niederdruckrohr, und einen Saugrohr- Wärmetauscher, in dem ein Hochdruckrohrabschnitt des Hochdruckrohres und ein Niederdruckrohrabschnitt des Niederdruckrohres wärmeleitend gekoppelt sind, aufweist. Dabei weist der Saugrohr-Wärmetauscher eine Gruppe von Positionen am Eingang und am Ausgang des Niederdruckrohrabschnitts, und am Eingang und am Ausgang des Hochdruckrohrabschnitts auf und das Verfahren erfolgt mit den Verfahrensschritten a) Bestimmung von Temperaturen an drei Positionen aus der Gruppe von Positionen; b) Bestimmung eines Verhältnisses von einem Massenstrom durch den Hochdruckrohrabschnitt zu einem Massenstrom durch den Niederdruckrohrabschnitt unter Verwendung der bestimmten Temperaturen.
In dem Saugrohr-Wärmetauscher stellt sich nach einer gewissen Kompressorlaufzeit ein stationärer Zustand ein, in dem sowohl die Kältemittelströme als auch die Temperaturen an den Eingängen und Ausgängen des Saugrohr-Wärmetauschers konstant sind. Dabei sind ebenfalls die Temperaturverläufe in den beiden Kältemittelrohrabschnitten des Wärmetauschers konstant und weisen eine Abhängigkeit voneinander auf. Diese aus der Thermodynamik bekannte Abhängigkeit kann ausgenutzt werden, um aus den Temperaturen an den Eingängen und Ausgängen das Verhältnis der Kältemittelmassenströme zu bestimmen. Eine weitere Anwendung der Thermodynamik kann genutzt werden, um aus nur drei Temperaturen an den Eingängen und Ausgängen das Verhältnis der Kältemittelmassenströme zu bestimmen.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens enthält den weiteren Verfahrensschritt Bestimmung von Temperaturen an allen Positionen aus der Gruppe von Positionen. Bei drei durch Sensoren ermittelten Temperaturen kann die vierte Temperatur entweder aus einem weiteren Sensor bestimmt werden oder durch Anwendung der Thermodynamik gut abgeschätzt werden.
In einerweiteren Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt die Bestimmung des Verhältnisses von dem Massenstrom durch den Hochdruckrohrabschnitt zu dem Massenstrom durch den Niederdruckrohrabschnitt mit Hilfe von spezifischen Wärmekapazitäten eines Kältemittels unter Annahme eines flüssigen Kältemittels im Hochdruckrohrabschnitt und eines gasförmigen Kältemittels im Niederdruckrohrabschnitt.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens enthält den weiteren Verfahrensschritt Bestimmung eines Massenstrom durch den Niederdruckrohrabschnitt aus einer Förderung des Verdichters. Der Fördermassenstrom ist eine Funktion der Drehzahl, des Hubvolumens, dem Liefergrad und der Sauggas Dichte. Die Sauggas Dichte ist eine Funktion der Verdampfungstemperatur des Verdampfers vor dem Saugrohr- Wärmetauscher und der Temperatur am Gasaustritt des Saugrohr-Wärmetauschers. Der Liefergrad ist eine Funktion des Verflüssigerdrucks und des Verdampferdrucks.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens enthält den weiteren Verfahrensschritt Bestimmung eines Massenstroms durch die zweite Verdampfergruppe aus dem Verhältns von dem Massenstrom durch den Hochdruckrohrabschnitt zu dem Massenstrom durch den Niederdruckrohrabschnitt und dem Massenstrom durch den Niederdruckrohrabschnitt. Die Bestimmung der Massenströme erfolgt also aus dem Verhältnis der Massenströme und dem Fördermassenstrom. Dies hat den Vorteil, dass ein ansonsten schwierig bestimmbarer Massenstrom durch die zweite Verdampfergruppe absolut bestimmbar ist.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens enthält den weiteren Verfahrensschritt Steuern des Kältegeräts aufgrund der bestimmten Temperaturen. Wenn der Massenstrom durch die zweite Verdampfergruppe bzw. den zweiten Verdampfer bekannt ist, kann diese Kenntnis benutzt werden, um die zweite Verdampfergruppe bzw. den zweiten Verdampfer besser zu steuern.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens enthält den weiteren Verfahrensschritt Steuern des Kältegeräts aufgrund des Verhältnisses von dem Massenstrom durch den Hochdruckrohrabschnitt zu dem Massenstrom durch den Niederdruckrohrabschnitt. Damit kann vorteilhaft das Kältegerät mit einer verbesserten Energieeffizienz gesteuert werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kältegeräts;
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Kältemittelkreislaufs eines erfindungsgemäßen Kältegeräts mit parallelen Verdampfersträngen;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines inneren Wärmetauschers des Kältemittelkreislaufs eines erfindungsgemäßen Kältegeräts,
Fig. 4 eine schematische Darstellung des Kältemittelkreislaufs eines erfindungsgemäßen Kältegeräts mit parallelen Verdampfersträngen und einem seriell folgenden Verdampfer;
Fig. 5 eine schematische Darstellung des Kältemittelkreislaufs eines erfindungsgemäßen Kältegeräts mit parallelen Verdampfersträngen und einem weiteren seriell folgenden Verdampfer;
Fig. 6 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
Fig. 7 ein Flussdiagramm einer weiteren Ausführungsform mit Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens. io
In den verschiedenen Ausführungsformen werden funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugsziffern bezeichnet, ähnlich Elemente mit gestrichenen Bezugsziffern.
Fig. 1 zeigt einen Kühlschrank stellvertretend für ein Kältegerät 10 gemäß der Erfindung mit einer Kühlfachtür 12 zu einem Kühlfach 15, einer Flexfach-Tür 13 zu einem Flexfach 16 mit einem erweiterten Temperaturbereich und einer Tür 14 zu einem einfachen Flexfach 17. Der Kühlschrank dient beispielsweise zur Lagerung von Lebensmitteln und umfasst als Lagerkammern ein Kühlfach, ein Flexfach mit einem erweiterten Temperaturbereich und ein einfaches Flexfach. Diese Lagerkammern werden jeweils von einem zugeordneten Verdampfer gekühlt. Das Kältegerät 10 weist weiterhin eine Anzeige- und Steuereinheit 18 auf, die des Kältegeräts steuert. Die Anzeige-und Steuereinheit 18 weist eine Einrichtung 19 zur Bestimmung eines Verhältnisses von Massenströmen auf. Das Kältegerät 10 weist einen Kältemittelkreislauf auf, der in unterschiedlichen Ausgestaltungen der Erfindung ausgestaltet sein kann.
Fig. 2 zeigt einen Kältemittelkreislauf 20 eines Kältegeräts gemäß der Erfindung. Der Kältemittelkreislauf 20 weist einen Verdichter 22, einen Verflüssiger 24, eine erste Verdampfergruppe 26 mit einem ersten Verdampfer 28 und einem weiteren Verdampfer 30 der ersten Verdampfergruppe 26, und eine zu der ersten Verdampfergruppe 26 parallele zweite Verdampfergruppe 32 mit einem zweiten Verdampfer 34 auf.
Der Verdichter ist ein drehzahlgeregelter Verdichter mit variabler Drehzahl. Der Verdichter ist darauf ausgelegt im Dauerlauf zu arbeiten.
In der ersten Verdampfergruppe 26 sind der ersten Verdampfer 28 und der weitere Verdampfer 30 der ersten Verdampfergruppe 26 parallel zueinander angeordnet. In Strömungsrichtung vor dem ersten Verdampfer 28 ist ein Expansionsventil 36 angeordnet, welches den Kältemittelzufluss in den Verdampfer 28 steuert. In Strömungsrichtung hinter dem ersten Verdampfer 28 ist ein Expansionsventil 38 angeordnet, welches den Kältemittelabfluss vom ersten Verdampfer 28 steuert.
Vor und hinter dem weiteren Verdampfer 30 der ersten Verdampfergruppe 26 sind ebenfalls Expansionsventile 40 und 42 angeordnet. In der ersten Verdampfergruppe könnten weitere Verdampfer der ersten Verdampfergruppe parallel zu dem ersten Verdampfer angeordnet werden, um eigene Verdampfer für weitere Lagerfächer bereitzustellen.
Die Verdampfer 28, 30 der ersten Verdampfergruppe 26 sind Lagerfächern zugeordnet, die auf Temperaturen unterhalb der Umgebungstemperatur gekühlt werden können. So ist der erste Verdampfer 28 einem Kühlfach zugeordnet, und der weitere Verdampfer 30 der ersten Verdampfergruppe 26 ist einem einfachen Flexfach mit variabler Temperatur zugeordnet, so dass dieses Fach wahlweise als weiteres Kühlfach, Kaltlagerfach oder Gefrierfach betrieben werden kann. Die variablen Temperaturen der Verdampfer der ersten Verdampfergruppe 26 werden durch die Expansionsventile vor und hinter den Verdampfern ermöglicht, die es erlauben, einen ein Verdampfungsdruck des Kältemittels in dem Verdampfer so einzustellen, dass die gewünschten Temperaturen unabhängig von Temperaturen in anderen Verdampfern erreicht werden.
In der zweiten Verdampfergruppe 32 ist in der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform nur ein einziger Verdampfer, der zweite Verdampfer 34 vorhanden. In Strömungsrichtung vor dem zweiten Verdampfer 34 ist ein Expansionsventil 44 angeordnet, welches den Kältemittelzufluss in den Verdampfer 34 steuert. In Strömungsrichtung hinter dem zweiten Verdampfer 34 ist ein Expansionsventil 46 angeordnet, welches den Kältemittelabfluss vom zweiten Verdampfer 34 steuert.
Der zweite Verdampfer 34 der zweiten Verdampfergruppe 32 ist einem Flexfach mit erweitertem Temperaturbereich zugeordnet, dass in einem weiten Temperaturbereich sowohl unterhalb als auch oberhalb der Umgebungstemperatur betrieben werden kann. Die variablen Temperaturen des zweiten Verdampfers 34 werden durch die Expansionsventile vor und hinter dem zweiten Verdampfer 34 ermöglicht, die es erlauben einen Verdampfungsdruck des Kältemittels so einzustellen, dass die gewünschten Temperaturen unabhängig von Temperaturen in anderen Verdampfern erreicht werden.
Die in Fig. 2 dargestellte Anordnung mit den Verdampfern 28, 30 und 32 entspricht einer Ausführungsform des Kältegeräts 10 aus Fig. 1, wobei die Verdampfer 28, 30 und 32 den Lagerfächern 15, 17 und 16 zugeordnet sind. Der Kältemittelkreislauf 20 hat ein Leitungssystem mit Rohrleitungen, welche die beschriebenen Elemente des Kältekreislaufs 20 miteinander verbinden. Der Kältemittelkreislauf 20 hat einen Hochdruckbereich zwischen dem Ausgang des Verdichters 22 und den Expansionsventilen 36, 40 und 44. Der Kältemittelkreislauf 20 hat einen Niederdruckbereich zwischen den Ventilen 36, 40 und 46 und dem Eingang des Verdichters 22.
Bei dem zweiten Verdampfer 34 ist die Zuordnung des Leitungsbereichs zwischen dem Expansionsventil 44 vor dem zweiten Verdampfer 34 und dem Expansionsventil 46 hinter dem zweiten Verdampfer 34 zu dem Hochdruckbereich oder dem Niederdruckbereich abhängig von dem jeweiligen Betriebszustand des zweiten Verdampfers 34 und dem darin herrschenden Druck. Falls der zweite Verdampfer 34 auf einer Temperatur höher als der Umgebungstemperatur betrieben wird, so hat er in diesem Betriebszustand die Funktion eines Verflüssigers und kann mit hohem Druck betrieben werden.
Der Kältemittelkreislauf 20 weist ein Hochdruckrohr 48 auf, welches den Verdampfern der ersten Verdampfergruppe vorgeschaltet ist. Das Hochdruckrohr 48 endet an den Drosseln der Verdampfer der ersten Verdampfergruppe, also hier an den Expansionsventilen 36 und 40. der Kältemittelkreislauf 20 weist ein Niederdruckrohr 49 auf, welches der ersten Verdampfergruppe 26 und der zweiten Verdampfergruppe 32 nachgeschaltet ist. Das Niederdruckrohr 49 verläuft zwischen den Expansionsventilen 38, 42 und 46 und dem Eingang des Verdichters 22.
Der Kältemittelkreislauf 20 weist weiterhin einen Saugrohr-Wärmetauscher 50 auf, in dem ein Hochdruckrohrabschnitt 52 des Hochdruckrohres 48 und ein Niederdruckrohrabschnitt 54 des Niederdruckrohres 49 wärmeleitend gekoppelt sind.
Der Saugrohr-Wärmetauscher 50 weist vier bevorzugte Positionen für Temperatursensoren auf, nämlich die Position 56 am Eingang des Hochdruckrohrabschnitts 52, die Position 58 am Ausgang des Hochdruckrohrabschnitts 52, die Position 60 am Eingang des Niederdruckrohrabschnitts 54 und die Position 62 am Ausgang des Niederdruckrohrabschnitts 54. Diese Positionen für Temperatursensoren sind deswegen bevorzugt, weil im Betrieb des Kältegeräts in dem Wärmetauscher 50 aufgrund des Wärmetauschs zwischen den Positionen 56 und 58 ein maximaler Temperaturunterschied des Kältemittels des Hochdruckrohrabschnitts 52 auftritt und zwischen den Positionen 60 und 62 ein maximaler Temperaturunterschied des Kältemittels des Niederdruckrohrabschnitt 54 auftritt.
Der Kältemittelkreislauf 20 weist in einer Ausführungsform der Erfindung an allen vier Positionen 56, 58, 60 und 62 jeweils einen Temperatursensor auf. Diese Ausführungsform hat den Vorzug, dass die Temperatur Differenzen im Hochdruckrohrabschnitt 52 und im Niederdruckrohrabschnitt 54 durch einfache Temperaturmessungen mit den Temperatursensoren bestimmt werden können.
Die Anzeige-und Steuereinheit 16 des Kältegeräts 10 kann daraus ein Verhältnis der Massenströme im Hochdruckabschnitt und dem Niederdruckabschnitt zueinander bestimmen.
In der in Fig. 2 gezeigten Anordnung mit einem einzigen Verdampfer 34 in der zweiten Verdampfergruppe 32 kann damit das Verhältnis des Massenstroms durch den Verdampfer 34 zu dem Gesamt Massenstrom berechnet werden.
Der Kältemittelkreislauf 20 weist in einer anderen Ausführungsform der Erfindung an drei Positionen aus der Gruppe der Positionen 56, 58, 60 und 62 einen Temperatursensor auf. Diese Ausführungsform hat den Vorzug, dass ein Temperatursensor weniger benötigt wird. Die Temperatur an der Position des fehlenden Temperatursensors kann durch Überlegungen aus der Thermodynamik bestimmt werden. Damit sind dann wieder alle vier Temperaturen bekannt und die Verhältnisse von Massenströmen können wie in der zuvor beschriebenen Ausführungsform bestimmt werden.
In dem in Fig. 2 dargestellten Kältemittelkreislauf 20 sind entsprechend der Erfindung die Verdampfer der ersten Verdampfergruppe 26, hier also die Verdampfer 28 und 30, ausschließlich für Fächer vorgesehen, die gekühlt werden, so dass die Verdampfer 28 und 30 auch als Verdampfer betrieben werden. Die zweite Verdampfergruppe 32 mit dem einzigen Verdampfer 34 ist entsprechend der Erfindung für Flexfächer mit einem erweiterten Temperaturbereich, wie das Flexfach 16 aus Fig. 1, vorgesehen. Da die Verdampfer der zweiten Verdampfergruppe 32 nicht nur als Verdampfer, sondern auch als Verflüssiger betrieben werden können, wird das Kältemittel der zweiten Verdampfergruppe 32 über einen Zweig 64 des Hochdruckrohres 48 zugeführt, der nicht an einem Saugrohr-Wärmetausch beteiligt ist. Daher kann die zweite Verdampfergruppe Kältemittel erhalten, welches ungefähr die Temperatur des Verflüssigers 24 aufweist.
Andererseits wird die durch den Saugrohr-Wärmetausch ermöglichte Verbesserung der Energieeffizienz ausgenutzt, indem das Kältemittel, welches der ersten Verdampfergruppe zugeführt wird, durch den Saugrohr-Wärmetausch zusätzlich gekühlt wird.
In dem Kältemittelkreislauf 20 weist der Verflüssiger 24 einen Ventilator 66 auf. Der Ventilator 66 hat die Aufgabe, zu hohe Verflüssiger Temperaturen zu vermeiden und er kann den Verflüssiger 24 kühlen, falls in der zweiten Verdampfergruppe kein Verdampfer in einem Heizmodus zur Erreichung einer Temperatur oberhalb der Umgebungstemperatur in dem Verdampfer bzw. in dessen Flexfach mit erweitertem Temperaturbereich betrieben wird.
Die Verdampfer 28, 30 und 34 weisen Ventilatoren 68, 70 und 72 auf. Diese Ventilatoren können sowohl zu einer Verbesserung der Wärmeübertragung zwischen Verdampfer und dem jeweiligen Fach oder auch zur Feuchtesteuerung in dem jeweiligen Fach benutzt werden.
In der zweiten Verdampfergruppe könnten weitere Verdampfer der zweiten Verdampfergruppe parallel zu dem zweiten Verdampfer angeordnet werden, um eigene Verdampfer für weitere Lagerfächer, insbesondere Flexfächer mit erweitertem Temperaturbereich, bereitzustellen. Die Verdampfer dieser Fächer werden vorzugsweise parallel zum zweiten Verdampfer 34 ebenfalls jeweils mit einem Expansionsventil vor und einem Expansionsventil nach jedem Verdampfer angeordnet.
Fig. 3 zeigt schematisch den Saugrohr-Wärmetauscher 50, auch innerer Wärmetauscher oder Saugrohr-Wärmeübertrager genannt, aus Fig. 3 mit dem Hochdruckrohrabschnitt 52 des Hochdruckrohres 48 und dem Niederdruckrohrabschnitt 54 des Niederdruckrohres 49. Die Strömungsrichtung des Kältemittels ist mit Pfeilen 74 und 76 angezeigt. Der Saugrohr-Wärmetauscher 50 weist vier bevorzugte Positionen für Temperatursensoren auf, nämlich außen am Rohr des jeweiligen Rohrabschnitts die Position 56 am Eingang des Hochdruckrohrabschnitts 52, die Position 58 am Ausgang des Hochdruckrohrabschnitts 52, die Position 60 am Eingang des Niederdruckrohrabschnitts 54 und die Position 62 am Ausgang des Niederdruckrohrabschnitts 54.
Alternativ ist es möglich, die Positionen für Temperatursensoren innen am Rohr des jeweiligen Rohrabschnitts vorzusehen.
Eine Koordinatenlinie 77 ist beispielhaft angegeben, mit Endpunkten 78 und 79 einer Strecke, über die im Saugrohr-Wärmetauscher 50 ein Wärmetauscher erfolgt. Mithilfe der Koordinatenlinie 77 kann ein Temperaturverlauf innerhalb des Saugrohr-Wärmetauschers 50 mithilfe der Thermodynamik ermittelt werden.
Fig. 4 zeigt schematisch einen Kältemittelkreislauf 80 eines Kältegeräts einer Ausführungsform der Erfindung in einer Ausgestaltung mit einer anderen Anordnung von Verdampfern gegenüber der Ausgestaltung in Fig. 2. Daher werden im Wesentlichen die Unterschiede zur Fig. 2 beschrieben. Die erste Verdampfergruppe 26' weist nur den ersten Verdampfer 28 auf und die zweite Verdampfergruppe 32 weist nur den zweiten Verdampfer 34 auf. Vor und nach den Verdampfern 28, 34 sind wiederum die bereits beschriebenen Expansionsventile angeordnet. Ebenso ist ein Saugrohr-Wärmetauscher 50' an der gleichen Stelle bezüglich der ersten Verdampfergruppe angeordnet.
In dieser Ausgestaltung weist der Kältemittelkreislauf einen dritten Verdampfer 82 zwischen den parallel angeordneten ersten und zweiten Verdampfergruppen 26', 32 und dem Niederdruckrohr 49' auf. In Flussrichtung des Kältemittels folgt der dritte Verdampfer 82 den Verdampfern 28, 34 der parallelen Verdampfergruppen 26', 32 seriell.
Das Niederdruckrohr 49' verläuft von dem dritten Verdampfer 82 zum Verdichter 22. Ein Niederdruckrohrabschnitt 54' des Niederdruckrohres 49' liegt im Saugrohr- Wärmetauscher 50'. Der Kältemittelkreislauf 80 weist einen optionalen weiteren inneren Wärmeübertrager 84 auf, in dem ein weiterer Rohrabschnitt 81 des Niederdruckrohres 49' und ein Kältemittelrohrabschnitt 83 am Ausgang des ersten Verdampfers 28 wärmeleitend gekoppelt sind. Der weitere innere Wärmeübertrager 84 liefert jedoch keine Information über eine Massenstrom Verteilung, der am Ausgang des Verdampfers 28 das Kältemittel zweiphasig ist. Das Sauggas sieht dann im weiteren inneren Wärmeübertrager 84 sozusagen eine isotherme Wärmequelle.
Der Kältemittelkreislauf 80 ist geeignet für ein Kältegerät 10 gemäß Fig. 1. In dieser Ausgestaltung der Erfindung ist der Verdampfer 28 wiederum einem Kühlfach 15, der Verdampfer 34 einem Flexfach mit erweitertem Temperaturbereich 16, und der Verdampfer 82 einem einfachen Flexfach, welches beispielsweise als Kaltlagerfach oder als Gefrierfach betrieben werden kann, zugeordnet. Der Verdampfer 82 weist einen Lüfter 85 auf.
Der Kältemittelkreislauf 80 nutzt vorteilhaft die niedrigen Saugdruck des Verdichters 22 für einen seriell angeordneten Verdampfer 82, der eine besonders kalten Fach zugeordnet ist.
Der Verdampfer 82 ist einem kalten Fach, vorzugsweise einem Gefrierfach, zugeordnet und weist einen Temperatursensor 86 auf.
In Verbindung mit dem Temperatursensor 86 hat der Kältemittelkreislauf 80 den folgenden Vorteil. Am Ort des Temperatursensors 86 sind für den gesamten Kältemittel Massenstrom Temperatur und Druck bekannt, und daraus kann mit einem Temperatursensor am Ende des Niederdruckrohrabschnitts, Position 62', die dortige Sauggas Dichte bestimmt werden. Damit wiederum kann mithilfe der Verdichterdrehzahl über die Förderung des Verdichters der absolute Gesamtmassenstrom bestimmt werden.
Dies ermöglicht wiederum eine Bestimmung des absoluten Massenstroms durch den Verdampfer 34.
Eine Ausgestaltung der Erfindung ohne den weiteren inneren Wärmetauscher 84 ermöglicht es darüber hinaus, dass anstelle eines Temperatursensors am Eingang des Niederdruckrohrabschnitt 54' an der Position 60' der Temperatursensor 86 verwendet wird zur Bestimmung der Temperatur am Eingang des Niederdruckrohrabschnitts 54'.
Fig. 5 zeigt einen Kältemittel kreislauf in einerweiteren Ausführungsform, die auf der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform aufbaut. Nun ist stromabwärts vom dritten Verdampfer 82' in serieller Anordnung ein vierter Verdampfer 88 hinzugekommen. Der dritte Verdampfer 82' weist einen Temperatursensor 86' auf.
Der dritte Verdampfer 82' hat einen Lüfter 85' und der vierte Verdampfer 88 hat einen Lüfter 90.
In dieser Anordnung wird der Verdampfer 86' als Gefrierfachverdampfer zur Versorgung eines Gefrierfachs betrieben und der hinzugekommene Verdampfer 88 wird als Verdampfer für ein Kaltlagerfach oder ein Kühlfach betrieben. Die Steuerung des Kältegeräts mit diesem Kältemittelkreislauf erfolgt derart, dass das dem Verdampfer 86' zugeführte Kältemittel im wesentlichen in dem Verdampfer 86' verdampft und der folgende Verdampfer 88 durch kaltes gasförmiges Kältemittel gekühlt wird.
Der Temperatursensor 86' ist wiederum in dem kältesten Fach, daher kann an dessen Position Temperatur und Verdampfungsdruck aufgrund der dort herrschenden Temperatur bestimmt werden und mit dieser Information kann mit einem Temperatursensor am Ende des Niederdruckrohrabschnitts, Position 62', die dortige Sauggas Dichte bestimmt werden. Damit wiederum kann mithilfe der Verdichterdrehzahl über die Förderung des Verdichters der absolute Gesamtmassenstrom bestimmt werden.
Fig. 6 zeigt ein Flussdiagramm 100 einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bestimmen eines Verhältnisses von Massenströmen in einem Kältegerät. Das Kältegerät, zum Beispiel das Kältegerät zehn aus Fig. 1 , hat einen Kältemittelkreislauf, zum Beispiel den Kältemittelkreislauf 20 aus Fig. 2 oder den Kältemittelkreislauf 80 aus Fig. 4, der Kältemittelkreislauf 20, 80 weist einen Verdichter 22, eine erste Verdampfergruppe 26, 26' mit mindestens einem ersten Verdampfer 28 und mit einem der ersten Verdampfergruppe 26, 26' vorgeschalteten Hochdruckrohr 48, eine zur ersten Verdampfergruppe 26, 26' parallel geschaltete zweite Verdampfergruppe 32 mit mindestens einem zweiten Verdampfer 34, ein der ersten Verdampfergruppe 26, 26' und der zweiten Verdampfergruppe 32 nachgeschaltetes Niederdruckrohr 49, 49', und einen Saugrohr-Wärmetauscher 50, 50', in dem ein Hochdruckrohrabschnitt 52, 52' des Hochdruckrohres 48 und ein Niederdruckrohrabschnitt 54, 54' des Niederdruckrohres 49, 49' wärmeleitend gekoppelt sind, auf. Der Saugrohr-Wärmetauscher weist eine Gruppe von Positionen 60, 60'; 62, 62'; 56, 56'; 58, 58' am Eingang und am Ausgang des Niederdruckrohrabschnitts, und am Eingang und am Ausgang des Hochdruckrohrabschnitts auf.
Das Verfahren hat die Verfahrensschritte: a) Bestimmung 102 von Temperaturen an drei Positionen aus der Gruppe von Positionen; b) Bestimmung 104 eines Verhältnisses von einem durch den Hochdruckrohrabschnitt strömenden Massenstrom zu einem durch den Niederdruckrohrabschnitt strömenden Massenstrom unter Verwendung der bestimmten Temperaturen.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens enthält anstelle des Verfahrensschritts a) den Verfahrensschritt a') Bestimmung 102 von Temperaturen an allen Positionen aus der Gruppe von Positionen.
Die Bestimmung einer Temperatur an einer der Positionen am Saugrohr-Wärmetauscher erfolgt üblicherweise durch einen Temperatursensor an der Position am Saugrohr- Wärmetauscher. Alternativ kann die Bestimmung der Temperatur aber auch mit einem Temperatursensor an einer im Kältemittelkreislauf benachbarten Position am Saugrohr außerhalb des Saugrohr-Wärmetauschers erfolgen, falls zwischen den beiden Positionen keine Wärmeübertragung von oder zu dem Saugrohr stattfindet. Dann ist die Annahme gerechtfertigt ist, dass an beiden Positionen dieselbe Temperatur herrscht.
Fig. 7 zeigt ein Flussdiagramm 110 einer weiteren Ausführungsform mit Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die in Bezug auf Fig. 6 hinzukommenden Verfahrensschritte sind jeweils für sich optional und können kombiniert werden. Das Verfahren beginnt wieder mit Verfahrensschritt a) Bestimmung 102 von Temperaturen an drei Positionen aus der Gruppe von Positionen; es folgt der Verfahrensschritt c) Bestimmung 112 eines Massenstroms durch den Niederdruckrohrabschnitt aus einer Förderung des Verdichters.
In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt d) Bestimmung 114 eines Massenstroms durch die zweite Verdampfergruppe aus dem Verhältnis von dem Massenstrom durch den Hochdruckrohrabschnitt zu dem Massenstrom durch den Niederdruckrohrabschnitt.
Wenn sich der Kältemittelkreislauf 20 im Betrieb des Kältegeräts 10 in einem stationären Zustand befindet, also die Temperaturen in den Verdampfern 28, 30, 34 und in dem Saugrohr-Wärmetauscher 50 im Wesentlichen konstant sind, fließt der gesamte von dem Verdichter 22 geforderte Massenstrom des Kältemittels durch den Niederdruckrohrabschnitt 52 des Saugrohr-Wärmetauschers 50. Dann kann aus der Förderung des Verdichters 22 der gesamte Massenstrom bestimmt werden.
In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt e) Steuern 116 des Kältegeräts 10 aufgrund der bestimmten Temperaturen.
Alternativ zu dem Verfahrensschritte e) erfolgt e') Steuern 118 des Kältegeräts 10 aufgrund des Verhältnisses von dem Massenstrom durch den Hochdruckrohrabschnitt zu dem Massenstrom durch den Niederdruckrohrabschnitt. Dabei wird das Verhältnis von dem Massenstrom durch den Hochdruckabschnitt zu den Massenstrom durch die Niederdruckabschnitt mithilfe der Temperaturen aus Verfahrensschritt a) bestimmt. BEZUGSZEICHENLISTE
10 Kältegerät
12 Kühlfachtür
13 Flexfach-Tür
14 Tür
15 Kühlfach
16 Fl exfach
17 einfaches Fl exfach
18 Anzeige- und Steuereinheit
19 Einrichtung zur Bestimmung eines Verhältnisses von Massenströmen
20 Kältemittelkreislauf 22 Verdichter 24 Verflüssiger 26, 26' erste Verdampfergruppe 28 erster Verdampfer 30 weiterer Verdampfer 32 zweite Verdampfergruppe 34 zweite Verdampfer 36, 38, 40, 42, 44, 46 Expansionsventile 48 Hochdruckrohr
49, 49' Niederdruck Rohr
50, 50' Saugrohr-Wärmetauscher 52, 52' Hochdruckrohrabschnitt 54, 54' Niederdruckrohrabschnitt 56, 56', 58, 58', 60, 60', 62, 62' Positionen am Saugrohr-Wärmetauscher 64 Zweig des Hochdruckrohres 66, 68, 70, 72 Ventilatoren 74, 76 Pfeile 77 Koordinatenlinie 78, 79 Endpunkte 80 Kältemittelkreislauf 81 weiterer Rohrabschnitt 82, 82' dritter Verdampfer
83 Kältemittelrohrabschnitt
84 weiterer innerer Wärmeübertrager
85, 85' Ventilator
86, 86' Temperatursensor 90 Kältemittelkreislauf
92 vierter Verdampfer 94 Ventilator 100 Flussdiagramm 102 Bestimmung von Temperaturen 104 Bestimmung eines Verhältnisses von Massenströmen
110 Flussdiagramm 112 Bestimmung eines Massenstroms 114 Bestimmung eines Massenstroms
116, 118 Steuern des Kältegeräts

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Kältegerät (10) mit einem Kältemittelkreislauf (20, 80, 90), der einen Verdichter (22), eine erste Verdampfergruppe (26) mit mindestens einem ersten Verdampfer (28) und mit einem der ersten Verdampfergruppe (26) vorgeschalteten Hochdruckrohr (48), eine zur ersten Verdampfergruppe (26) parallel geschaltete zweite Verdampfergruppe (32) mit mindestens einem zweiten Verdampfer (34), ein der ersten Verdampfergruppe (26) und der zweiten Verdampfergruppe (32) nachgeschaltetes Niederdruckrohr (49, 49'), und einen Saugrohr-Wärmetauscher (50, 50'), in dem ein Hochdruckrohrabschnitt (52, 52') des Hochdruckrohres (48) und ein Niederdruckrohrabschnitt (54, 54') des Niederdruckrohres (49, 49') wärmeleitend gekoppelt sind, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Saugrohr-Wärmetauscher (50, 50') drei Temperatursensoren an drei Positionen aus einer Gruppe von Positionen (60, 60'; 62, 62'; 56, 56'; 58, 58') am Eingang und am Ausgang des Niederdruckrohrabschnitts (54, 54'), und am Eingang und am Ausgang des Hochdruckrohrabschnitts (52, 52') aufweist.
2. Kältegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckrohrabschnitt (52, 52') ausschließlich zu der ersten Verdampfergruppe (26, 26') führt und nicht zur zweiten Verdampfergruppe (32) führt.
3. Kältegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Verdampfer (28) und dem zweiten Verdampfer (34) jeweils ein variabel einstellbares Drosselelement, insbesondere ein Expansionsventil (36; 38; 44; 46), vorgeschaltet und nachgeschaltet ist.
4. Kältegerät nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Saugrohr-Wärmetauscher (50, 50 ') einen Temperatursensor an jeder Position aus einer Gruppe von Positionen (60, 60'; 62, 62'; 56, 56'; 58, 58') aufweist.
5. Kältegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältegerät eine Einrichtung zur Bestimmung eines Verhältnisses der Massenströme im Hochdruckrohrabschnitt (52, 52') und im Niederdruckrohrabschnitt (54, 54') aufweist.
6. Kältegerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältegerät eine Einrichtung (19) zur Bestimmung eines Verhältnisses der Massenströme zu der ersten Verdampfergruppe (26) und der zweiten Verdampfergruppe (32) aufweist.
7. Kältegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältegerät (10) einen dritten Verdampfer (82, 82') zwischen den parallel angeordneten ersten und zweiten Verdampfern (28, 28'; 34) und dem Niederdruckrohr (49, 49') aufweist.
8. Kältegerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältegerät einen weiteren Saugrohr-Wärmetauscher, in dem ein Kältemittelrohrabschnitt (83) am Ausgang des ersten Verdampfers (28) und ein weiterer Rohrabschnitt (81) des Niederdruckrohres (49, 49') wärmeleitend gekoppelt sind, aufweist oder der dritte Verdampfer (82) einen Temperatursensor (86) aufweist, welcher einen Temperatursensor am Eingang des Niederdruckrohrabschnitts (54, 54') ersetzt.
9. Verfahren zum Bestimmen eines Verhältnisses von Massenströmen in einem Kältegerät mit einem Kältemittelkreislauf, der einen Verdichter, eine erste Verdampfergruppe (26) mit mindestens einem ersten Verdampfer und mit einem der ersten Verdampfergruppe (26) vorgeschalteten Hochdruckrohr (48), eine zur ersten Verdampfergruppe (26) parallel geschaltete zweite Verdampfergruppe (32) mit mindestens einem zweiten Verdampfer, ein der ersten Verdampfergruppe (26) und der zweiten Verdampfergruppe nachgeschaltetes Niederdruckrohr (49, 49'), und einen Saugrohr- Wärmetauscher (50, 50'), in dem ein Hochdruckrohrabschnitt (52, 52') des Hochdruckrohres (48) und ein Niederdruckrohrabschnitt (54, 54') des Niederdruckrohres (49, 49') wärmeleitend gekoppelt sind, aufweist, wobei der Saugrohr- Wärmetauscher (50, 50') eine Gruppe von Positionen (60, 60'; 62, 62'; 56, 56'; 58, 58') am Eingang und am Ausgang des Niederdruckrohrabschnitts (54, 54'), und am Eingang und am Ausgang des Hochdruckrohrabschnitts (52, 52') aufweist, mit den Verfahrensschritten a) Bestimmung (102) von Temperaturen an drei Positionen aus der Gruppe von Positionen; b) Bestimmung (104) eines Verhältnisses von einem Massenstrom durch den Hochdruckrohrabschnitt (52, 52') zu einem Massenstrom durch den Niederdruckrohrabschnitt (54, 54') unter Verwendung der bestimmten Temperaturen.
10. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch den weiteren Verfahrensschritt a') Bestimmung (102) von Temperaturen an allen Positionen aus der Gruppe von Positionen (60, 60'; 62, 62'; 56, 56'; 58, 58').
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Verhältnisses von dem Massenstrom durch den Hochdruckrohrabschnitt (52, 52') zu dem Massenstrom durch den Niederdruckrohrabschnitt (54, 54') mit Hilfe von spezifischen Wärmekapazitäten eines Kältemittels unter Annahme eines flüssigen Kältemittels im Hochdruckrohrabschnitt (52, 52') und eines gasförmigen Kältemittels im Niederdruckrohrabschnitt (54, 54') erfolgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , gekennzeichnet durch den weiteren Verfahrensschritt c) Bestimmung eines Massenstroms (112) durch den Niederdruckrohrabschnitt (54, 54') aus einer Förderung des Verdichters (22).
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, gekennzeichnet durch den weiteren Verfahrensschritt d) Bestimmung (114) eines Massenstroms durch die zweite Verdampfergruppe (32) aus dem Verhältnis des Massenstroms durch den Hochdruckrohrabschnitt (52, 52') zu dem Massenstrom durch den Niederdruckrohrabschnitt (54, 54').
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, gekennzeichnet durch den weiteren Verfahrensschritt e') Steuern des Kältegeräts (10) aufgrund des Verhältnisses von dem Massenstrom durch den Hochdruckrohrabschnitt (52, 52') zu dem Massenstrom durch den Niederdruckrohrabschnitt (54, 54').
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