EP4265985B1 - Haushaltskältegerät mit zwei verdampfern - Google Patents

Haushaltskältegerät mit zwei verdampfern

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EP4265985B1
EP4265985B1 EP23165452.6A EP23165452A EP4265985B1 EP 4265985 B1 EP4265985 B1 EP 4265985B1 EP 23165452 A EP23165452 A EP 23165452A EP 4265985 B1 EP4265985 B1 EP 4265985B1
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EP
European Patent Office
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evaporator
storage area
refrigerant
refrigeration appliance
household refrigeration
Prior art date
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Active
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EP23165452.6A
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English (en)
French (fr)
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EP4265985A1 (de
Inventor
Hans Ihle
Benjamin Schmidt
Stefan Holzer
Thomas Bischofberger
Bernd Schlögel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Hausgeraete GmbH
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Publication date
Application filed by BSH Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Hausgeraete GmbH
Publication of EP4265985A1 publication Critical patent/EP4265985A1/de
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Publication of EP4265985B1 publication Critical patent/EP4265985B1/de
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    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D11/00—Self-contained movable devices, e.g. domestic refrigerators
    • F25D11/02—Self-contained movable devices, e.g. domestic refrigerators with cooling compartments at different temperatures
    • F25D11/022—Self-contained movable devices, e.g. domestic refrigerators with cooling compartments at different temperatures with two or more evaporators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F25B39/02—Evaporators
    • F25B39/022—Evaporators with plate-like or laminated elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/40—Fluid line arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2500/00—Problems to be solved
    • F25B2500/01—Geometry problems, e.g. for reducing size
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B5/00—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity
    • F25B5/04—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity arranged in series

Definitions

  • the present invention relates to a domestic refrigeration appliance with a first storage area having a first setpoint temperature and a second storage area having a second setpoint temperature that is lower than the first setpoint temperature, and with a refrigerant circuit comprising a first evaporator for cooling the first storage area and a second evaporator for cooling the second storage area, the second evaporator being connected in series with the first evaporator in the refrigerant circuit.
  • DE 10 2016 224 434 A refrigeration unit with multiple temperature zones is known. Further refrigeration units are described in... JP 2009 074769 A , DE 10 2016 224434 A1 , CN 102 519 201 A , DE 17 51 070 A1 and EP 3 599 434 A1 described.
  • the object of the present invention is to create a household refrigeration appliance with two storage areas and evaporators assigned to the storage areas, wherein the second evaporator is assigned to the compartment with a lower setpoint temperature than the first compartment and is connected in series with the first evaporator in a refrigerant circuit, in which the storage area with higher temperature has improved temperature stratification and whose evaporator requires little effort.
  • the problem is solved by a household refrigeration appliance according to claim 1.
  • the invention relates to a domestic refrigeration appliance comprising a first storage area with a first setpoint temperature and a second storage area with a second setpoint temperature that is lower than the first setpoint temperature, a refrigerant circuit comprising a first evaporator for cooling the first storage area and a second evaporator for cooling the second storage area, the second evaporator being connected in series with the first evaporator in the refrigerant circuit in the direction of refrigerant flow.
  • Each evaporator has a refrigerant-side surface for heat exchange with refrigerant circulating in the refrigerant circuit and an air-side surface for heat exchange with the storage area associated with the evaporator.
  • the ratio of refrigerant-side surface area to air-side surface area of the first evaporator is in the range of 0.12 to 0.25.
  • the first evaporator is a plate evaporator located on a rear wall of the first storage area and has a refrigerant pipe with a cross-sectional area of less than 18 mm2 .
  • the first storage area includes an upper sub-storage area where the domestic refrigeration appliance is not equipped with storage trays, and the air-side surface area of the first evaporator is less than 75% of the surface area available on the rear wall of the upper sub-storage area.
  • the plate evaporator has a continuous downward slope in the direction of refrigerant flow. This assists the flow of the refrigerant through gravity.
  • a household refrigeration appliance is specifically one in which typical household quantities of food are stored in different compartments at varying temperatures and may undergo temperature treatment. Evaporators operating at different temperatures allow the storage compartments to be maintained or operated at these varying temperatures.
  • the refrigerant-side surface area is the inner surface area of the refrigerant tube and, for a round tube cross-section, can be determined from the inner diameter and length of the tube on the evaporator plate.
  • the air-side surface area is the area of the evaporator plate.
  • the pipe cross-section of less than 18 mm2 is the cross-sectional area enclosed by the pipe wall through which the refrigerant flows. This cross-sectional area is smaller than the typical cross-sectional area of refrigerant pipes in modern household refrigeration appliances.
  • the air-side surface area of the evaporator is less than 75%, preferably less than 65%, and even more preferably less than 55%, of the surface area available on the rear wall of the upper storage area.
  • the household refrigerator may be equipped with storage trays in a lower section of the primary storage area. These trays may be intended for storing vegetables or as a cold storage area. While these storage trays are considered part of the primary storage area in terms of temperature, they may have their own set temperatures that differ from the average set temperature of the primary storage area by a few degrees Celsius.
  • these optional bearing shells are not cooled by an evaporator located in the rear wall directly behind the shells, but by the first evaporator via a suitable air guide.
  • the width of the first evaporator is less than 80% of the width of the first storage area.
  • a desired temperature distribution can be achieved with a sufficient evaporator height by utilizing the surface area reduction provided by an evaporator that is narrower than the rear wall.
  • a longer refrigerant tube than usual is required to achieve the required ratio of refrigerant-side surface area to air-side surface area in the first evaporator. This increased tube length is used to cool different areas of the evaporator plate differently by arranging loops of the tube.
  • an upper surface of the evaporator borders a ceiling of the first bearing area.
  • the ceiling includes a possible curve in this sense. Edge between back wall and ceiling. This allows the warmest region of the first storage area, which is warmest due to natural convection, to be intensively cooled.
  • the injection point is arranged to the side of the evaporator, with the advantage of a well-cooled upper corner of the evaporator.
  • the plate evaporator has an injection point near an upper edge. This assists the flow of the refrigerant through gravity.
  • the injection area is preferably inclined in order to impose a clear direction on the very slow refrigerant flow at this point, in addition to gravity.
  • the entire pipe path from the injection point of the upstream evaporator to the beginning of the downstream evaporator is designed to slope downwards in order to avoid unintentional refrigerant accumulation in any pipe areas.
  • the pipe routing of the first evaporator is denser in a zone in the flow direction shortly after the injection point than in the pipe sections below.
  • the advantage is the pipe routing of the plate evaporator below the zone where the density is steadily reduced.
  • the pipe routing of the plate evaporator is implemented below the zone with continuously decreasing horizontal width using pipe meanders.
  • the continuous downward slope of the pipe in the direction of refrigerant flow is greater than 2°.
  • the plate evaporator is preferably a rollbond evaporator, a tube-on-sheet (TOS) evaporator, or a tube-on-foil (TOF) evaporator.
  • TOS tube-on-sheet
  • TOF tube-on-foil
  • a bearing shell may be arranged below the first bearing area, wherein a lower edge of the plate evaporator is arranged at least 50 mm above an upper edge of the bearing shell.
  • the lower edge of the plate evaporator is arranged no more than 200 mm above an upper edge of the bearing shell.
  • a preferred embodiment of the invention is a household refrigeration appliance in the form of a refrigerator-freezer combination with a cold storage compartment and a freezer compartment.
  • the first evaporator in the refrigerant circuit (in the direction of flow) is assigned to the cold storage compartment, and the second evaporator in series is assigned to the freezer compartment.
  • a preferred configuration of the refrigerator-freezer combination is a so-called bottom freezer with a refrigerated storage compartment at the top and a frozen storage compartment below.
  • the connection between the evaporators can preferably be made with a continuous downward slope, preventing refrigerant accumulation between them.
  • the evaporator tube layout can be designed so that the tube end on the refrigerator compartment evaporator is positioned on the opposite side from the connecting tube. This allows for length compensation through the free routing of the tube, which is helpful during assembly in manufacturing.
  • One version of such a refrigeration unit contains the first and second evaporators in series without a refrigerant line connecting them. This configuration describes a refrigeration unit in which both evaporators are always operated simultaneously. and are circulated through by the same amount of refrigerant. This design avoids branching and requires fewer valves in the refrigerant circuit.
  • the warmer storage compartment can be equipped with a temperature sensor and controlled.
  • the unit is then typically designed so that the set temperature of the colder compartment is usually only slightly undershot.
  • the invention improves the filling of the downstream evaporator with liquid refrigerant in this refrigeration unit, particularly after a compressor start-up. Since both evaporators are operated simultaneously, thus achieving an energy-efficient utilization of the entire heat exchanger surface area, the unit operates very efficiently.
  • a second variant of such a refrigeration unit contains the first and second evaporators in series with a refrigerant pipe inlet between them.
  • This configuration describes a refrigeration unit in which both evaporators in a first circuit are always operated simultaneously and are supplied with the same amount of refrigerant. In a second circuit, only the downstream evaporator is operated.
  • both storage compartments can be equipped with their own temperature sensors and controlled independently. Most of the time, both evaporators operate in series; however, the evaporator of the colder storage compartment can occasionally be operated alone to precisely maintain its target temperature. This further improves energy efficiency, as the colder compartment is always operated at its target temperature.
  • fans in one or both bearing areas or on one or both evaporators can be used to slightly adjust the bearing areas with regard to their target temperatures.
  • Another embodiment of the first variant of the refrigeration unit features a fan on the evaporator of the upstream compartment, and a control system that reduces the speed of its fan at low ambient temperatures and/or increases its speed at high ambient temperatures.
  • Another embodiment of the first version of the refrigeration unit features a fan on the evaporator of the downstream compartment and a controller that regulates its fan speed. This extends the control range within which the target temperatures of both storage areas can be maintained simultaneously in series operation of the evaporators.
  • the household refrigeration unit can have a lower storage area with storage trays in the first storage section.
  • the lower storage area including the trays, is cooled by the first evaporator in the upper storage area.
  • the household refrigeration unit can advantageously be designed so that a cold airflow is created at the rear wall in front of the evaporator, which flows along the rear wall towards the storage trays.
  • FIG. 1 A household refrigeration appliance 10 is shown as a refrigerator-freezer combination, the heat-insulating housing 11 of which has two first and second storage areas 15, 16, thermally separated from each other by a heat-insulating partition 12, arranged vertically one above the other and closable with separate doors 13 and 14.
  • the uppermost first storage area 15, closable with the door 13, is designed as a refrigerator compartment, which is equipped with shelves 17 arranged vertically above one another for storing refrigerated goods.
  • the other storage area 16 located below the cooling compartment and separated from it by the heat-insulating partition 12, is designed as a freezer compartment, which has drawer-like extendable freezer containers 18 for holding frozen goods.
  • Evaporator 20 of the first storage area 15 is indicated as a plate evaporator on a rear wall 19 of the first storage area 15.
  • the evaporators are integrated into a refrigeration circuit (not shown) within which a compressor is located that supplies the evaporators with liquid refrigerant.
  • the first storage area 15 has an upper partial storage area 28, in which the household refrigeration appliance 10 is not equipped with bearing shells, and a lower partial storage area 29, in which bearing shells 21 are arranged.
  • the bearing shells 21 are closed by a cover 22.
  • the distance 23 from the cover 22 to the lower edge of the evaporator 20 is between 50 and 200 mm.
  • the width 24 of the evaporator 20 is less than 80% of the width 25 of the rear wall 19 of the first storage area 15.
  • the evaporator plate 27 of the first evaporator 20 faces the first storage area with its air-side surface in order to cool the air of the first storage area.
  • the air-side surface of the evaporator plate 27, or of the first evaporator 20, is less than 60% of the area of the rear wall 19 of the first storage area 15.
  • Fig. 2 shows an arrangement of first evaporator 20' and second evaporator 30 of the household refrigeration appliance 10.
  • Fig. 1 shows an arrangement of first evaporator 20' and second evaporator 30 of the household refrigeration appliance 10.
  • the first evaporator 20' is designed as a tube-on-sheet (TOS) evaporator with a refrigerant tube 31 on an evaporator plate 27'.
  • the evaporator plate 20' is arranged on a rear wall 19' of the first storage area 15, wherein the width 24' of the evaporator plate 27' is less than 80% of the width 25' of the rear wall 19'.
  • the evaporator 20' can be arranged behind a wall of an inner container with the refrigerant pipe coming from the side facing away from the inner container.
  • An injection point 34 is located laterally outside the upper right corner of the evaporator plate 27'.
  • the refrigerant pipe 31 extends beyond the evaporator plate 27' at its upper right corner.
  • the pipe routing on the evaporator plate is more densely implemented in a zone 33 shortly after an injection point 34 than in the subsequent pipe sections.
  • a continuous downward slope of the refrigerant pipe 31 is maintained to prevent refrigerant accumulation due to gravity in this pipe section.
  • the continuously descending pipe design generally avoids the need for nested pipe meanders. This results in a relatively simple pipe layout from a manufacturing perspective.
  • a connecting section 37 leads to the second evaporator 30, running at a continuous incline.
  • the refrigerant pipe 31 can have a different diameter in the section on the evaporator plate 27' than in the connecting section 37.
  • the evaporator 30 can be a finned evaporator or a coiled evaporator.
  • a first capillary 38 runs in an insulating material to the injection point 34.
  • FIG. 2 An optional second capillary 39 is shown, which opens into the refrigerant pipe 31 at the junction 32 and forms an injection point 40 in the refrigerant pipe 31 at the inlet of the second evaporator 30.
  • the optional second capillary 39 enables a two-circuit refrigeration unit with a so-called intermediate injection of refrigerant into the downstream evaporator.
  • Fig. 3 shows a further embodiment of the first evaporator 20" with several independent modifications compared to the first evaporator 20'.
  • Fig. 2 shows a further embodiment of the first evaporator 20" with several independent modifications compared to the first evaporator 20'.
  • the injection point 34' of the refrigerant pipe 31' is now no longer on the side, but above the evaporator plate 27".
  • the pipe layout becomes progressively less dense.
  • the horizontal width of the pipe meanders steadily decreases.
  • the pipe meanders are pulled apart vertically, so that their vertical spacing becomes increasingly larger.
  • the first evaporator 20" has a downwardly tapered evaporator plate 27".

Landscapes

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Haushaltskältegerät mit einem ersten Lagerbereich mit einer ersten Soll-Temperatur und einem zweiten Lagerbereich mit einer zweiten Soll-Temperatur, die niedriger ist als die erste Soll-Temperatur, und mit einem Kältemittelkreis, der einen ersten Verdampfer zum Kühlen des ersten Lagerbereichs und einen zweiten Verdampfer zum Kühlen des zweiten Lagerbereichs umfasst, wobei der zweite Verdampfer dem ersten Verdampfer in dem Kältemittelkreis in Reihe nachgeschaltet ist. Aus der DE 10 2016 224 434 ist ein Kältegerät mit mehreren Temperaturzonen bekannt. Weitere Kältegeräte werden in JP 2009 074769 A , DE 10 2016 224434 A1 , CN 102 519 201 A , DE 17 51 070 A1 und EP 3 599 434 A1 beschrieben.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Haushaltskältegerät mit zwei Lagerbereichen und den Lagerbereichen zugeordneten Verdampfer, wobei der zweite Verdampfer dem Fach mit einer niedrigeren Soll-Temperatur als dem ersten Fach zugeordnet ist, und dem ersten Verdampfer in einem Kältemittelkreis in Reihe nachgeschaltet ist, zu schaffen, bei dem der Lagerbereich höherer Temperatur eine verbesserte Temperaturschichtung aufweist und dessen Verdampfer wenig Aufwand erfordert.
  • Die Aufgabe wird durch ein Haushaltskältegerät gemäß Anspruch 1 gelöst
    Die Erfindung betrifft ein Haushaltskältegerät mit einem ersten Lagerbereich mit einer ersten Soll-Temperatur und einem zweiten Lagerbereich mit einer zweiten Soll-Temperatur, die niedriger ist als die erste Soll-Temperatur, einem Kältemittelkreis, der einen ersten Verdampfer zum Kühlen des ersten Lagerbereichs und einen zweiten Verdampfer zum Kühlen des zweiten Lagerbereichs umfasst, wobei der zweite Verdampfer dem ersten Verdampfer in dem Kältemittelkreis in Strömungsrichtung des Kältemittels in Reihe nachgeschaltet ist. Jeder Verdampfer weist eine kältemittelseitige Oberfläche für den Wärmeaustausch mit im Kältemittelkreis zirkulierendem Kältemittel und eine luftseitige Oberfläche für den Wärmeaustausch mit dem dem Verdampfer zugeordneten Lagerbereich auf. Dabei liegt das Verhältnis von kältemittelseitiger Oberfläche zu luftseitiger Oberfläche beim ersten Verdampfer im Bereich 0,12 bis 0,25.
  • Der erste Verdampfer ist ein Plattenverdampfer an einer Rückwand des ersten Lagerbereichs und weist ein Kältemittelrohr mit einem Rohrquerschnitt kleiner als 18 mm2 auf. Der erste Lagerbereich weist einen oberen Teillagerbereich auf, in dem das Haushaltskältegerät nicht mit Lagerschalen ausgestattet ist, wobei die luftseitige Oberfläche des ersten Verdampfers kleiner als 75 % der auf der Rückwand des oberen Teillagerbereichs verfügbaren Fläche beträgt.
  • Der Plattenverdampfer weist eine stetige Rohrneigung in Flussrichtung des Kältemittels nach unten auf. Damit wird der Fluss des Kältemittels durch die Gravitation unterstützt.
  • Ein solches Haushaltskältegerät 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.
  • Während der oben genannte Stand der Technik in einem Kältegerät mit zwei Lagerbereichen mit seriell angeordneten Verdampfern mit wenig Aufwand für den stromaufwärtigen Verdampfer eine gute Kälteleistung und eine gute Wärmeübertragung im wärmeren Fach bereit stellt, wendet sich diese Erfindung an eine weiter verbesserte Temperaturschichtung durch Gestaltung der Wärmeübertragung in unterschiedlichen Höhen des wärmeren Fachs.
  • Die kältemittelseitige Oberfläche ist die innere Oberfläche des Kältemittelrohres und kann bei rundem Rohrquerschnitt aus Innendurchmesser und Länge des Rohres auf der Verdampferplatte ermittelt werden. Die luftseitige Oberfläche ist die Fläche der Verdampferplatte.
  • Der Rohrquerschnitt kleiner als 18 mm2 ist die von der Rohrwandung eingeschlossene Querschnittsfläche, die von Kältemittel durchströmt wird. Diese Querschnittsfläche ist kleiner als die übliche Querschnittsfläche der Kältemittelrohre heutiger Haushaltskältegeräte.
  • Aufgrund der guten Wärmeübertragung des ersten Verdampfers ist es in dem Haushaltskältegerät nicht erforderlich, dass der Verdampfer die gesamte Fläche der Rückwand des ersten Lagerbereichs, auch nicht des oberen Teillagerbereichs einnimmt. Die luftseitige Oberfläche des Verdampfers beträgt kleiner als 75 %, vorzugsweise kleiner als 65 %, noch bevorzugter kleiner als 55 % , der auf der Rückwand des oberen Teillagerbereichs verfügbare Fläche.
  • Das Haushaltskältegerät kann in einem unteren Teillagerbereich des ersten Lagerbereichs mit Lagerschalen ausgestattet sein. Solche Lagerschalen können für die Lagerung von Gemüse oder als Kaltlagerbereich vorgesehen sein. Derartige Lagerschalen gehören bezüglich der Lagertemperatur zum ersten Lagerbereich, können aber eigene Solltemperaturen aufweisen, die von einer durchschnittlichen Solltemperatur des ersten Lagerbereichs um wenige °C abweichen.
  • Vorzugsweise werden diese optionalen Lagerschalen nicht durch einen Verdampfer gekühlt, der in der Rückwand direkt hinter den Schalen angeordnet ist, sondern durch den ersten Verdampfer über eine geeignete Luftführung.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung beträgt eine Breite des ersten Verdampfers kleiner als 80% einer Breite des ersten Lagerbereichs. Im ersten Lagerbereich, üblicherweise einem Kühlfach, kann eine gewünschte Temperaturverteilung mit einer ausreichenden Höhe des Verdampfers erreicht werden; indem die Flächenreduktion durch einen Verdampfer genutzt wird, der schmaler als die Rückwand ist.
  • Durch die Wahl eines dünneren Kältemittelrohres als üblich, vorzugsweise mit einem Außendurchmesser kleiner oder gleich 5 mm, ist ein längeres Kältemittelrohr als üblich erforderlich, um das Verhältnis von kältemittelseitiger Oberfläche zu luftseitiger Oberfläche im ersten Verdampfer zu erfüllen. Diese vergrößerte Rohrlänge wird dazu genutzt, durch Belegung der Verdampferplatte mit Rohrschleifen Bereiche der Verdampferplatte unterschiedlich zu kühlen.
  • Vorzugsweise grenzt eine Oberseite des Verdampfers an eine Decke des ersten Lagerbereichs. Die Decke umfasst die diesem Sinne eine mögliche Rundung in einer Kante zwischen Rückwand und Decke. So kann die bei natürlicher Konvektion wärmste Region des ersten Lagerbereichs intensiv gekühlt werden.
  • Vorzugsweise ist die Einspritzstelle seitlich des Verdampfers angeordnet mit dem Vorteil einer gut gekühlten obersten Ecke des Verdampfers.
  • Vorzugsweise weist der Plattenverdampfer eine Einspritzstelle nahe einem oberen Rand auf. Damit wird der Fluss des Kältemittels durch die Gravitation unterstützt.
  • Der Einspritzbereich ist bevorzugt geneigt, um dem gerade an dieser Stelle sehr langsamen Kältemittelstrom zusätzlich eine klare Richtung über Gravitation mitaufzuprägen.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der gesamte Rohrverlauf von der Einspritzstelle des stromaufwärtigen Verdampfers bis zum Beginn des stromabwärtigen Verdampfers fallend gestaltet, um unbeabsichtigte Kältemittelakkumulation in jeglichen Rohrbereichen zu vermeiden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Rohrführung des ersten Verdampfers in einer Zone in Strömungsrichtung kurz nach der Einspritzstelle dichter umgesetzt als in den darunter liegenden Rohrabschnitten. Mit der größeren Rohrlänge pro Verdampferfläche kurz nach der Einspritzstelle als in den unteren Bereichen des Verdampfers kann eine nahezu homogene Temperaturverteilung auf der Verdampferfläche erreicht werden mit dem weiteren Vorteil einer gleichmäßigen Reifbeladung des Verdampfers.
  • Vorteilhaft ist die Rohrführung des Plattenverdampfers unterhalb der Zone stetig weniger dicht umgesetzt ist.
  • Vorzugsweise ist die Rohrführung des Plattenverdampfers unterhalb der Zone mit stetig abnehmender horizontaler Breite von Rohrmäandern umgesetzt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung beträgt die stetige Rohrneigung in Flussrichtung des Kältemittels nach unten größer als 2°.
  • Der Plattenverdampfer ist vorzugsweise ein Rollbond-Verdampfer, ein Tube-on-Sheet (TOS) Verdampfer, oder ein Tube-on-Foil (TOF) Verdampfer.
  • Unterhalb des ersten Lagerbereichs kann eine Lagerschale angeordnet sein, wobei eine Unterkante des Plattenverdampfers mindestens 50 mm oberhalb einer Oberkante der Lagerschale angeordnet ist.
  • Vorzugsweise ist die Unterkante des Plattenverdampfers höchstens 200 mm oberhalb einer Oberkante der Lagerschale angeordnet.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist ein Haushaltskältegerät als Kühl-Gefrier-Kombination mit einem Kühllagerbereich und einem Gefrierlagerbereich. Dabei ist der im Kältemittelkreislauf in Strömungsrichtung erste Verdampfer dem Kühllagerbereich und der in Reihe von zweite Verdampfer dem Gefrierlagerbereich zugeordnet.
  • In diesem Kältegerät fließt bei Betrieb des Kühlfachverdampfers flüssiges Kältemittel schnell durch den stromaufwärtigen Kühlfach-Verdampfer und der Gefrierfach Verdampfer ist gut mit flüssigem Kältemittel gefüllt. Da sich zwischen Kühlfach-Verdampfer und Gefrierfach Verdampfer keine Drosselstelle befindet sind deren Verdampfungsdrücke und Verdampfungstemperaturen ungefähr gleich.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung der Kühl-Gefrier-Kombination ist ein sogenannter Bottom Freezer mit einem Kühllagerbereich oben und einem Gefrierlagerbereich darunter. Hier kann vorzugsweise die Verbindung zwischen den Verdampfern mit einem stetigen Gefälle erfolgen, sodass keine Akkumulation von Kältemittel zwischen den Verdampfern stattfindet. Ein Verdampferrohrlayout kann so gewählt werden, dass das Rohrende am Kühlfach Verdampfer auf der gegenüberliegenden Seite zum Verbindungsrohr platziert wird. Damit wird durch die freie Verlegung des Rohres ein Längenausgleich, welche für die Montage in der Fertigung hilfreich ist, ermöglicht.
  • Eine erste Variante eines solchen Kältegeräts enthält den ersten und zweiten Verdampfer in Reihe ohne Einmündung eines Kältemittelrohres dazwischen. Diese Ausgestaltung beschreibt ein Kältegerät, bei dem beide Verdampfer immer gleichzeitig betrieben werden und von derselben Kältemittelmenge durchströmt werden. Diese Bauform vermeidet Verzweigungen und erfordert weniger Ventile im Kältemittelkreislauf.
  • In diesem Kältegerät kann nur der wärmere der Lagerbereiche mit einem Temperatursensor versehen und geregelt sein. Das Kältegerät ist dann üblicherweise so gestaltet, dass die Soll-Temperatur des kälteren Fachs zur meist geringfügig unterschritten wird. Die Erfindung verbessert in diesem Kältegerät die Füllung des stromabwärtigen Verdampfers mit flüssigem Kältemittel, insbesondere nach einem Verdichter Anlauf. Da beide Verdampfer gleichzeitig betrieben werden und somit eine energetisch vorteilhafte Ausnutzung der gesamten Wärmeübertrager-Oberflächen erreicht wird, erreicht man einen sehr effizienten Betrieb des Gerätes.
  • Eine zweite Variante eines solchen Kältegeräts enthält den ersten und zweiten Verdampfer in Reihe mit einer Einmündung eines Kältemittelrohres dazwischen. Diese Ausgestaltung beschreibt ein Kältegerät, bei dem in einem ersten Kreis beide Verdampfer immer gleichzeitig betrieben werden und von derselben Kältemittelmenge durchströmt werden. In einem zweiten Kreis wird nur der stromabwärtige Verdampfer betrieben.
  • In diesem Kältegerät können beide Lagerbereiche mit je einem Temperatursensor versehen unabhängig voneinander regelbar sein. Die meiste Zeit werden beide Verdampfer in Serie betrieben, jedoch kann hin und wieder der Verdampfer des kälteren Lagerbereichs alleine betrieben werden, um dessen Solltemperatur genau einzuhalten. Damit kann eine weiter verbesserte Energieeffizienz erreicht werden, da auch das kältere Fach immer mit seiner Soll-Temperatur betrieben wird..
  • Bei einem Betrieb beider Verdampfer in Serie kann mit Lüftern in einem oder beiden Lagerbereichen bzw. an einem oder beiden Verdampfern eine Abstimmung der Lagerbereiche bezüglich ihrer Soll-Temperaturen in einem geringen Umfang geändert werden.
  • Eine weitere Ausgestaltung der ersten Variante des Kältegeräts weist einen Lüfter am Verdampfer des stromaufwärtigen Fachs auf, und eine Steuerung, die bei niedrigen Umgebungstemperaturen dessen Lüfter Drehzahl absenkt und/oder bei hohen Umgebungstemperaturen dessen Lüfter Drehzahl anhebt.
  • Eine andere Ausgestaltung der ersten Variante des Kältegeräts weist einen Lüfter am Verdampfer des stromabwärtigen Fachs auf, und eine Steuerung, die dessen Lüfter Drehzahl steuert. Damit wird ein Regelbereich erweitert, in dem die Soll-Temperaturen beider Lagerbereiche gleichzeitig im seriellen Betrieb der Verdampfer eingehalten werden können.
  • Das Haushaltskältegerät kann im ersten Lagerbereich einen unteren Teillagerbereich mit Lagerschalen aufweisen. Der untere Lagerbereich samt den Schalen wird durch den ersten Verdampfer im oberen Teillagerbereich mit gekühlt, Das Haushaltskältegerät kann vorteilhaft so gestaltet sein, dass an der Rückwand vor dem Verdampfer eine Kaltluftströmung entsteht, die entlang der Rückwandzu den Lagerschalen strömt.
  • 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 Haushaltskältegeräts;
    Fig. 2
    eine schematische Darstellung der Anordnung von Verdampfern eines erfindungsgemäßen Haushaltskältegeräts; und
    Fig. 3
    eine schematische Darstellung eines Plattenverdampfers eines erfindungsgemäßen Haushaltskältegeräts.
  • In den verschiedenen Ausführungsformen werden funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugsziffern bezeichnet, ähnliche Elemente mit gestrichenen Bezugsziffern.
  • In Fig. 1 ist ein Haushaltskältegerät 10 als eine Kühl- und Gefrierkombination gezeigt, deren wärmeisolierendes Gehäuse 11 zwei durch eine wärmeisolierende Zwischenwand 12 thermisch voneinander getrennte, vertikal übereinander angeordnete und mit separaten Türen 13 und 14 verschließbare erste und zweite Lagerbereiche 15, 16 aufweist. Dabei ist der höherliegende, mit der Tür 13 verschließbare erste Lagerbereich 15 als Kühlfach ausgebildet, welches mit in vertikalen Abständen übereinander angeordneten, zum Abstellen von Kühlgut dienenden Etageren 17 ausgestattet ist.
  • Der andere unterhalb dem Kühlfach angeordnete, von diesem durch die wärmeisolierende Zwischenwand 12 getrennte zweite Lagerbereich 16 ist als Gefrierfach ausgebildet, welches zur Aufnahme von Gefriergut schubladenartig ausziehbare Gefriergutbehälter 18 aufweist.
  • Sowohl das Kühlfach als auch das Gefrierfach ist zur Aufrechterhaltung seiner bestimmungsgemäßen Lagerbereichs Temperatur mit Verdampfern ausgestattet, von denen der Verdampfer 20 des ersten Lagerbereichs 15 als Plattenverdampfer an einer Rückwand 19 des ersten Lagerbereichs 15 angedeutet ist. Die Verdampfer sind in einem nicht gezeigten Kältekreis eingebunden, innerhalb welchem ein die Verdampfer mit flüssigem Kältemittel versorgender Verdichter angeordnet ist.
  • Der erste Lagerbereich 15 weist einen oberen Teillagerbereich 28, in dem das Haushaltskältegerät 10 nicht mit Lagerschalen ausgestattet ist, und einen unteren Teillagerbereich 29, in dem Lagerschalen 21 angeordnet sind, auf, Die Lagerschalen 21 sind durch eine Abdeckung 22 geschlossen. Der Abstand 23 von der Abdeckung 22 zur Unterkante des Verdampfers 20 beträgt zwischen 50 und 200 mm.
  • Die Breite 24 des Verdampfers 20 ist kleiner als 80 % der Breite 25 der Rückwand 19 des ersten Lagerbereichs 15.
  • Die Verdampferplatte 27 des ersten Verdampfers 20 ist mit ihrer luftseitigen Oberfläche dem ersten Lagerbereich zugewandt, um die Luft des ersten Lagerbereichs zu kühlen. Die luftseitige Oberfläche der Verdampferplatte 27 bzw. des ersten Verdampfers 20 beträgt kleiner als 60 % der Fläche der Rückwand 19 des ersten Lagerbereichs 15.
  • Fig. 2 zeigt eine Anordnung von erstem Verdampfern 20' und zweitem Verdampfer 30 des Haushaltskältegeräts 10 aus Fig. 1.
  • Der erste Verdampfer 20' ist ausgeführt als Tube-on-Sheet (TOS) Verdampfer mit einem Kältemittelrohr 31 auf einer Verdampferplatte 27'. Die Verdampferplatte 20' ist an einer Rückwand 19' des ersten Lagerbereichs 15 angeordnet, wobei die Breite 24' der Verdampferplatte 27' kleiner als 80 % der Breite 25' der Rückwand 19' beträgt.
  • Der Verdampfer 20' kann hinter einer Wand eines Innenbehälters angeordnet sein mit dem Kältemittelrohr aus der von den Innenbehälter abgewandten Seite.
  • Eine Einspritzstelle 34 ist seitlich außerhalb der oberen rechten Ecke der Verdampferplatte 27' angeordnet. Das Kältemittelrohr 31 ragt an der oberen rechten Ecke der Verdampferplatte 27' über die Verdampferplatte hinaus Die Rohrführung auf der Verdampferplatte wird in einer Zone 33 kurz nach einer Einspritzstelle 34 dichter umgesetzt als in den nachfolgenden Rohrabschnitten.
  • Dabei wird eine stetige Rohrneigung des Kältemittelrohrs 31 nach unten beibehalten, um in diesem Rohrabschnitt Akkumulation von Kältemittel durch Gravitation zu vermeiden. Durch das stetig fallende Rohrverlaufsdesign wird die Verschachtelung von Rohrmäander generell vermieden. Dadurch ergibt sich bezüglich Herstellung ein relativ einfacher Rohrverlauf.
  • Bei dem Kältemittelrohr 31 schließt an dem Verdampfer Austritt 36 ein Verbindungabschnitt 37 zu dem zweiten Verdampfer 30 an, der mit einer stetigen Neigung verläuft. Dass Kältemittelrohr 31 kann in dem Abschnitt auf der Verdampferplatte 27' einen anderen Durchmesser als in dem Verbindungabschnitt 37 aufweisen.
  • Der Verdampfer 30 kann ein Lamellenverdampfer oder ein Wickelverdampfer sein.
  • Eine erste Kapillare 38 verläuft in einem Isoliermaterial zu der Einspritzstelle 34.
  • In Fig. 2 ist eine optionale zweite Kapillare 39 eingezeichnet, die in das Kältemittelrohr 31 bei Einmündung 32 einmündet und am Eingang des zweiten Verdampfers 30 in dem Kältemittelrohr 31 eine Einspritzstelle 40 bildet. Die optionale zweite Kapillare 39 ermöglicht ein Zwei-Kreis-Kältegerät mit einer sogenannten Zwischeneinspritzung von Kältemittel in den stromabwärtigen Verdampfer.
  • Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des ersten Verdampfers 20" mit mehreren voneinander unabhängigen Änderungen gegenüber dem ersten Verdampfer 20' aus Fig. 2.
  • Die Einspritzstelle 34' des Kältemittelrohres 31' ist nun nicht mehr seitlich, sondern oberhalb der Verdampferplatte 27".
  • Unterhalb der Zone 33' ist die Rohrführung nun stetig weniger dicht umgesetzt. Einerseits nimmt die horizontale Breite der Rohrmäander anderer stetig ab. Andererseits werden die Rohrmäander in vertikaler Richtung auseinander gezogen, so das ihr vertikaler Abstand zunehmend größer wird.
  • Der erste Verdampfers 20" hat eine sich nach unten verjüngende Verdampferplatte 27".
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 10
    Haushaltskältegerät
    11
    Gehäuse
    12
    Zwischenwand
    13, 14
    Tür
    15
    erster Lagerbereich
    16
    zweiter Lagerbereich
    17
    Etagere
    18
    Gefriergutbehälter
    19, 19'
    Rückwand
    20, 20', 20"
    erster Verdampfer
    21
    Lagerschale
    22
    Abdeckung
    23
    Abstand
    24, 24', 25
    Breite
    27, 27'
    Verdampferplatte
    28
    oberer Teillagerbereich
    29
    unterer Teillagerbereich
    30
    zweiter Verdampfer
    31, 31'
    Kältemittelrohr
    32
    Einmündung
    33, 33'
    Zone
    34, 34'
    Einspritzstelle
    36
    Verdampfer Austritt
    37
    Verbindungabschnitt
    38
    erste Kapillare
    39
    zweite Kapillare
    40
    Einspritzstelle

Claims (14)

  1. Haushaltskältegerät (10) mit einem ersten Lagerbereich (15) mit einer ersten Soll-Temperatur und einem zweiten Lagerbereich (16) mit einer zweiten Soll-Temperatur, die niedriger ist als die erste Soll-Temperatur,
    einem Kältemittelkreis, der einen ersten Verdampfer (20, 20', 20") zum Kühlen des ersten Lagerbereichs und einen zweiten Verdampfer (30) zum Kühlen des zweiten Lagerbereichs umfasst, wobei der zweite Verdampfer (30) dem ersten Verdampfer (20, 20', 20") in dem Kältemittelkreis in Reihe nachgeschaltet ist,
    wobei der erste Verdampfer (20, 20', 20') eine kältemittelseitige Oberfläche für den Wärmeaustausch mit im Kältemittelkreis zirkulierendem Kältemittel und eine luftseitige Oberfläche für den Wärmeaustausch mit dem ersten Lagerbereich (15) aufweist, und wobei das Verhältnis von kältemittelseitiger Oberfläche zu luftseitiger Oberfläche beim ersten Verdampfer (20, 20', 20") im Bereich 0,12 bis 0,25 liegt, wobei der erste Verdampfer (20, 20', 20") ein Plattenverdampfer an einer Rückwand (19) des ersten Lagerbereichs (15) ist und ein Kältemittelrohr (31) mit einem Rohrquerschnitt aufweist,
    wobei der erste Lagerbereich (15) einen oberen Teillagerbereich (28) aufweist, in dem das Haushaltskältegerät (10) nicht mit Lagerschalen ausgestattet ist,
    und der Rohrquerschnitt des Kältemittelrohrs kleiner als 18 mm2 beträgt, dadurch gekennzeichnet, dass die luftseitige Oberfläche des ersten Verdampfers (20, 20', 20") kleiner als 75 % der auf der Rückwand (19) des oberen Teillagerbereichs (28) verfügbaren Fläche beträgt, und
    der erste Verdampfer (20, 20', 20") eine stetige Rohrneigung in Flussrichtung des Kältemittels nach unten aufweist.
  2. Haushaltskältegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Breite (24) des ersten Verdampfers (20, 20', 20") kleiner als 80% einer Breite (25) des ersten Lagerbereichs (15) ist.
  3. Haushaltskältegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittelrohr (31) des ersten Verdampfers (20, 20', 20") einen Außendurchmesser kleiner oder gleich 5 mm aufweist.
  4. Haushaltskältegerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberseite des ersten Verdampfers (20, 20', 20") eine Decke des ersten Lagerbereichs (15) grenzt.
  5. Haushaltskältegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einspritzstelle (34') des ersten Verdampfers seitlich des ersten Verdampfers (20, 20', 20") angeordnet ist.
  6. Haushaltskältegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das der erste Verdampfer (20, 20', 20") eine Einspritzstelle (34, 34') nahe einem oberen Rand aufweist.
  7. Haushaltskältegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rohrführung des ersten Verdampfers (20, 20', 20") in einer Zone (33) kurz nach der Einspritzstelle (34, 34') dichter umgesetzt ist als in den darunter liegenden Rohrabschnitten.
  8. Haushaltskältegerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung des Kältemittelrohrs (31) des ersten Verdampfers (20, 20', 20") unterhalb der Zone (33) mit stetig abnehmender Breite von Rohrmäandern umgesetzt ist.
  9. Haushaltskältegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrneigung größer als 2° beträgt.
  10. Haushaltskältegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des ersten Lagerbereichs eine Lagerschale angeordnet ist und eine Unterkante des ersten Verdampfers (20, 20', 20") mindestens 50 mm oberhalb einer Oberkante der Lagerschale angeordnet ist.
  11. Haushaltskältegerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterkante des ersten Verdampfers (20, 20', 20") höchstens 200 mm oberhalb einer Oberkante der Lagerschale angeordnet ist.
  12. Haushaltskältegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der der erste Lagerbereich (15) oder der zweite Lagerbereich (16) einen Drehzahl regelbaren Lüfter aufweist.
  13. Haushaltskältegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Verdampfer (30) dem ersten Verdampfer (20, 20', 20") in dem Kältemittelkreis in Reihe nachgeschaltet ist ohne Einmündung eines Kältemittelrohres dazwischen.
  14. Haushaltskältegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Verdampfer (30) dem ersten Verdampfers (20, 20', 20") in dem Kältemittelkreis in Reihe nachgeschaltet ist mit einer Einmündung (32) eines Kältemittelrohres (31) dazwischen.
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