EP4603766A2 - Kühl- und/oder gefriergerät - Google Patents

Kühl- und/oder gefriergerät

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Publication number
EP4603766A2
EP4603766A2 EP25153088.7A EP25153088A EP4603766A2 EP 4603766 A2 EP4603766 A2 EP 4603766A2 EP 25153088 A EP25153088 A EP 25153088A EP 4603766 A2 EP4603766 A2 EP 4603766A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
evaporator
refrigerator
temperature
refrigerant
expansion valve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP25153088.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP4603766A3 (de
Inventor
Johann Hopfgartner
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.)
Liebherr Hausgeraete Lienz GmbH
Original Assignee
Liebherr Hausgeraete Lienz GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102024113244.2A external-priority patent/DE102024113244A1/de
Application filed by Liebherr Hausgeraete Lienz GmbH filed Critical Liebherr Hausgeraete Lienz GmbH
Publication of EP4603766A2 publication Critical patent/EP4603766A2/de
Publication of EP4603766A3 publication Critical patent/EP4603766A3/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00—Control issues
    • F25B2600/25—Control of valves
    • F25B2600/2513—Expansion valves
    • 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
    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/21—Temperatures
    • F25B2700/2117—Temperatures of an evaporator
    • F25B2700/21174—Temperatures of an evaporator of the refrigerant at the inlet of the evaporator
    • 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
    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/21—Temperatures
    • F25B2700/2117—Temperatures of an evaporator
    • F25B2700/21175—Temperatures of an evaporator of the refrigerant at the outlet of the evaporator

Definitions

  • the present invention relates to a refrigerator and/or freezer having a cooled interior and having a refrigerant circuit designed to cool the cooled interior, wherein the refrigerant circuit comprises an evaporator, a compressor, a condenser and an adjustable expansion valve arranged between the condenser and the evaporator.
  • Adjustable expansion valves have long been used in refrigeration circuits, especially for larger cooling capacities, in order to be able to respond to the highly fluctuating operating conditions caused by different temperature levels or speed-controlled components (fans, compressors) and to significantly improve the efficiency and performance of the refrigerant circuit.
  • the refrigerant in the evaporator is evaporated as completely as possible, and, on the other hand, that the evaporator is filled predominantly with two-phase refrigerant. This means that both a two-phase leak of the refrigerant from the evaporator and overheating of large areas of the evaporator must be avoided simultaneously.
  • superheat control which is used, for example, in the EP0147356 A2 and the CN1380963A
  • the temperature at the evaporator outlet and the temperature at the evaporator inlet are measured for the purpose of superheat control.
  • the degree of refrigerant superheat is determined from the difference between these two temperature values.
  • Reliable measurement of the degree of superheat at the evaporator outlet is a challenge depending on the design and size of the refrigeration circuit.
  • This value is determined using two temperature sensors, one at the evaporator inlet (to determine the boiling point) and one at the evaporator outlet. The difference between the two temperatures determines the refrigerant's superheat and is used as a control variable for controlling the expansion valve.
  • a temperature sensor at the evaporator outlet detects the refrigerant temperature, and the control system regulates the refrigerant flow so that the refrigerant transition point (the transition between the liquid state and the superheated state) is close to this sensor.
  • the control system regulates the refrigerant flow so that the refrigerant transition point (the transition between the liquid state and the superheated state) is close to this sensor.
  • the present invention is therefore based on the object of developing a refrigerator and/or freezer of the type mentioned above in such a way that the refrigerant circuit can be operated with the highest possible efficiency.
  • the refrigerant circuit further comprises a heat exchanger which is arranged and designed to enable heat transfer between the condenser outlet line and the evaporator outlet line, wherein a first temperature sensor for measuring the evaporation temperature and a second temperature sensor for measuring a second temperature are arranged in or on the heat exchanger and wherein a controller is provided which is designed to determine the difference between the two temperatures and to control or regulate the expansion valve based thereon.
  • the invention is further directed to a refrigerator and/or freezer with a cooled interior and with a refrigerant circuit that is designed to cool the cooled interior, wherein the refrigerant circuit comprises an evaporator, a compressor, a condenser and an adjustable expansion valve that is arranged between the condenser and the evaporator, wherein the refrigerant circuit further comprises a heat exchanger that is arranged and designed to enable heat transfer between the condenser outlet line and the evaporator outlet line, wherein the evaporation temperature is derived from the information provided by the compressor and a temperature sensor for measuring a temperature is arranged in or on the heat exchanger and wherein a controller is provided that is designed to determine the temperature difference between the two temperatures and to control the expansion valve based thereon.
  • the refrigerant circuit comprises an evaporator, a compressor, a condenser and an adjustable expansion valve that is arranged between the condenser and the evaporator
  • the refrigerant circuit further comprises a
  • the internal heat exchanger is arranged and configured to transfer heat from the refrigerant flowing from the condenser toward the evaporator to the refrigerant flowing from the evaporator to the compressor.
  • the heat exchanger serves to superheat the refrigerant flowing out of the evaporator or to increase the degree of superheat of the refrigerant compared to the evaporator outlet.
  • the present invention is therefore based on the idea that the amount of heat transferred in the internal heat exchanger additionally superheats the refrigerant flowing out of the evaporator.
  • Measuring the temperature of this superheated refrigerant or a value correlated with it has the advantage that relatively low superheat levels at the evaporator outlet lead to significantly higher and thus more easily measurable superheat levels at the temperature measuring point in or on the heat exchanger.
  • a correlation unit is present in which a correlation is stored between the said temperature difference and the degree of superheating of the refrigerant at the evaporator outlet.
  • the degree of superheating can be determined from the temperature difference between the evaporation temperature and the temperature of the superheated refrigerant in the heat exchanger.
  • the degree of superheating is calculated from the measured temperature difference.
  • the temperature is measured in or on the heat exchanger line located between the evaporator outlet and the compressor inlet.
  • Adjustable means that the free flow area for the refrigerant in the expansion valve can be changed. This can be achieved, for example, by an electric motor, such as a stepper motor, or by other suitable adjustment means.
  • a temperature sensor on the suction line (in the internal heat exchanger) and information about the evaporation temperature are required.
  • the state of the refrigerant at the evaporator outlet can be adjusted from two-phase (near vapor saturation) to significantly superheated. This allows for superheat levels that would otherwise be difficult or impossible to measure.
  • the second temperature sensor may be arranged on the line of the heat exchanger which is in flow connection with the evaporator outlet line.
  • the expansion valve is preferably arranged between the heat exchanger and the evaporator.
  • the expansion valve can also be located between the condenser and the heat exchanger.
  • the device has a memory in which the degree of superheating of the refrigerant at the evaporator outlet and/or the said temperature difference is stored as a setpoint and that the setting unit is connected to the controller, wherein the controller is designed to control or regulate the expansion valve based on the setpoint.
  • the value stored in the memory cannot be changed by the user, but can only be changed by a service technician or at the factory.
  • the refrigeration circuit of a refrigerator and/or freezer comprises at least one compressor 1, a condenser 2, an internal heat exchanger 3, a controllable expansion valve 4 and an evaporator 5, which serves to cool the cooled interior (not shown).
  • the refrigerant flows from the compressor 1 to the condenser 2, is liquefied there, and then flows through the internal heat exchanger 3 into the expansion valve 4. From there, the refrigerant enters the evaporator 5, where it is partially or completely evaporated.
  • the line section from the condenser outlet to the evaporator inlet is called the condenser outlet line.
  • the refrigerant enters the internal heat exchanger 3, where it is heated and superheated by the liquid refrigerant from the condenser 2.
  • the vaporous refrigerant heated in this way then returns to the compressor 1, forming a closed circuit.
  • the line section between the evaporator outlet and the compressor inlet is called the evaporator outlet line.
  • the heat exchanger 3 is designed to enable heat transfer between these lines.
  • the refrigeration cycle according to Figure 1 is only exemplary in nature and can be extended as desired, e.g. by several condensers or the like.
  • a temperature sensor 8 is provided, which is attached to the connecting line between the evaporator 5 and the compressor 1. The measuring point of this temperature sensor 8 is located inside the internal heat exchanger 3.
  • the amount of heat transferred in the internal heat exchanger 3 additionally superheats the refrigerant flowing from the evaporator 5 to the compressor 1.
  • a superheat value of 0 means that the refrigerant is not yet superheated.
  • the black solid line represents the superheat at temperature measuring point 8 and the dashed line represents the superheat at the evaporator outlet 7.
  • the hatched area indicates the condition at the evaporator outlet at which the refrigeration circuit operates most efficiently.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit einem gekühlten Innenraum sowie mit einem Kältemittelkreislauf, der ausgebildet ist, den gekühlten Innenraum zu kühlen, wobei der Kältemittelkreislauf einen Verdampfer, einen Kompressor, einen Verflüssiger und ein verstellbares Expansionsventil umfasst, das zwischen dem Verflüssiger und dem Verdampfer angeordnet ist, wobei der Kältemittelkreislauf des Weiteren einen Wärmetauscher umfasst, der angeordnet und ausgebildet ist, zwischen der Verflüssigerauslassleitung und der Verdampferauslassleitung einen Wärmeübergang zu ermöglichen, wobei ein erster Temperatursensor zur Messung der Verdampfungstemperatur und ein zweiter Temperatursensor zur Messung einer zweiten Temperatur in oder an dem Wärmetauscher angeordnet ist und wobei ein Controller vorgesehen ist, der ausgebildet ist, die Differenz zwischen beiden Temperaturen zu ermitteln und darauf basierend das Expansionsventil anzusteuern.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit einem gekühlten Innenraum sowie mit einem Kältemittelkreislauf, der ausgebildet ist, den gekühlten Innenraum zu kühlen, wobei der Kältemittelkreislauf einen Verdampfer, einen Kompressor, einen Verflüssiger und ein verstellbares Expansionsventil umfasst, das zwischen dem Verflüssiger und dem Verdampfer angeordnet ist.
  • Einstellbare Expansionsventile werden seit langem in Kältekreisläufen, insbesondere bei größeren Kälteleistungen, eingesetzt, um auf die stark schwankenden Betriebsbedingungen durch unterschiedliche Temperaturniveaus oder drehzahlgeregelte Komponenten (Ventilatoren, Verdichter) reagieren zu können und die Effizienz und Leistung des Kältemittelkreislaufs deutlich zu verbessern.
  • Um den Kältekreislauf effizient zu betreiben, ist es einerseits notwendig, dass das Kältemittel im Verdampfer möglichst vollständig verdampft wird und andererseits, dass der Verdampfer überwiegend mit zweiphasigem Kältemittel befüllt wird. Dies bedeutet, dass sowohl ein zweiphasiger Austritt des Kältemittels aus dem Verdampfer als auch eine Überhitzung größerer Bereiche des Verdampfers gleichzeitig vermieden werden muss.
  • Ein bekannter Ansatz zur aktiven Regelung dieser einstellbaren Expansionsventile ist die Überhitzungsregelung, die z.B. in der EP0147356 A2 und der CN1380963A offenbart ist. Bei diesem bekannten Stand der Technik wird zum Zwecke der Überhitzungsregelung die Temperatur am Auslass des Verdampfers sowie die Temperatur am Einlass in den Verdampfer gemessen. Aus der Differenz zwischen diesen beiden Temperaturwerten wird auf den Grad der Überhitzung des Kältemittels geschlossen.
  • Die zuverlässige Messung des Überhitzungsgrades am Verdampferaustritt ist je nach Auslegung und Größe des Kältekreislaufs eine Herausforderung. Üblicherweise und gemäß der genannten EP0147356 A2 und der CN1380963A wird diese Größe mit zwei Temperaturfühlern bestimmt, wobei sich ein Fühler am Verdampfereintritt (zur Bestimmung der Siedetemperatur) und ein Fühler am Verdampferaustritt befindet. Die Differenz zwischen beiden Temperaturen ergibt die Überhitzung des Kältemittels und wird als Regelgröße für die Steuerung des Expansionsventils verwendet.
  • Ein wesentlicher Nachteil der Bestimmung der Überhitzung mit zwei Temperaturfühlern am Verdampferein- und -austritt ist es, dass der Zustand des Kältemittels am Verdampferaustritt nur dann zuverlässig erfasst werden kann, wenn das Kältemittel stark überhitzt ist, d.h. um mehrere Kelvin. Dies liegt zum einen an Messunsicherheiten und systematischen Messfehlern (Druckabfall im Verdampfer, Differenz zwischen Oberflächentemperatur und Kältemitteltemperatur, Umwelteinflüsse, etc.) und zum anderen daran, dass bei einem zweiphasigen Kältemittelaustritt keine Aussage über den Austrittszustand (Dampfqualität) getroffen werden kann.
  • Ein weiterer Ansatz zur Erkennung des Übergangspunktes zwischen einphasigem und zweiphasigem Kältemittelaustritt aus dem Verdampfer ist aus der US5502970A bekannt. Danach wird davon ausgegangen, dass die Kältemitteltemperatur im Bereich des Übergangspunktes vom zweiphasigen Gemisch zum reinen Dampf stark schwankt. Das Expansionsventil wird so eingestellt, dass ein am Verdampferausgang angebrachter Fühler ein stark schwankendes Temperatursignal erfasst. Der Kältemittelstrom wird durch eine Strategie gesteuert, die darauf abzielt, einen schwankenden Überhitzungszustand zu erreichen und aufrechtzuerhalten. Das Regelsystem sorgt für eine optimale Nutzung des Verdampfers, indem es sicherstellt, dass sich das Kältemittel in dem Verdampfer in flüssigem Zustand befindet. Ein Temperaturfühler am Ausgang des Verdampfers erfasst die Kältemitteltemperatur, und das Steuersystem regelt den Kältemittelfluss so, dass der Übergangspunkt der des Kältemittels (Übergang zwischen dem flüssigen Zustand und dem Zustand der Überhitzung) in der Nähe dieses Sensors liegt. Somit kann ein einziger Fühler verwendet werden, um einen geschlossenen Regelkreis zu realisieren.
  • In sehr effizienten Kältekreisläufen kann die Temperaturdifferenz zwischen der Verdampfungstemperatur und der jeweiligen Umgebung (z.B. gekühltes Fach) so gering sein, dass eine ausgeprägte Überhitzung, die für eine gut funktionierende Überhitzungsregelung notwendig ist, zu einer Überhitzung großer Bereiche des Verdampfers führt. In diesen Fällen ist die oben beschriebene Regelgröße der Überhitzung am Verdampferaustritt nicht mehr als Regelgröße für Expansionsventile geeignet.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Kühl- und/oder Gefriergerät der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass der Kältemittelkreislauf mit einer möglichst hohen Effizienz betrieben werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie des Anspruch 2 gelöst.
  • Danach ist vorgesehen, dass der Kältemittelkreislauf des Weiteren einen Wärmetauscher umfasst, der angeordnet und ausgebildet ist, zwischen der Verflüssigerauslassleitung und der Verdampferauslassleitung einen Wärmeübergang zu ermöglichen, wobei ein erster Temperatursensor zur Messung der Verdampfungstemperatur und ein zweiter Temperatursensor zur Messung einer zweiten Temperatur in oder an dem Wärmetauscher angeordnet ist und wobei ein Controller vorgesehen ist, der ausgebildet ist, die Differenz zwischen beiden Temperaturen zu ermitteln und darauf basierend das Expansionsventil anzusteuern oder zu regeln.
  • Die Erfindung ist weiterhin auf ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit einem gekühlten Innenraum sowie mit einem Kältemittelkreislauf gerichtet, der ausgebildet ist, den gekühlten Innenraum zu kühlen, wobei der Kältemittelkreislauf einen Verdampfer, einen Kompressor, einen Verflüssiger und ein verstellbares Expansionsventil umfasst, das zwischen dem Verflüssiger und dem Verdampfer angeordnet ist, wobei der Kältemittelkreislauf des Weiteren einen Wärmetauscher umfasst, der angeordnet und ausgebildet ist, zwischen der Verflüssigerauslassleitung und der Verdampferauslassleitung einen Wärmeübergang zu ermöglichen, wobei die Verdampfungstemperatur aus den durch den Verdichter bereitgestellten Informationen abgeleitet wird und ein Temperatursensor zur Messung einer Temperatur in oder an dem Wärmetauscher angeordnet ist und wobei ein Controller vorgesehen ist, der ausgebildet ist, die Temperaturdifferenz zwischen beiden Temperaturen zu ermitteln und darauf basierend das Expansionsventil anzusteuern.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Größe bzw. Regelgröße, die es erlaubt, einstellbare Expansionsventile so zu regeln, dass der Kältekreislauf auch bei geringen Temperaturdifferenzen zwischen der Verdampfungstemperatur und der Umgebung (z.B. gekühltes Fach) effizient betrieben wird.
  • Während sich die herkömmliche Überhitzungsregelung auf die Temperaturdifferenz zwischen Verdampfereintritt und Verdampferaustritt bezieht, definiert die vorliegende Erfindung als neuen Regel- oder Steuerparameter die Temperaturdifferenz zwischen der Verdampfungstemperatur, die beispielsweise am Verdampfereintritt gemessen wird und der Temperaturmessstelle innerhalb des genannten Wärmetauschers, der im Folgenden auch "innerer Wärmetauscher" genannt wird.
  • Der innere Wärmetauscher ist so angeordnet und ausgebildet, dass Wärme von dem Kältemittel, das von dem Verflüssiger in Richtung des Verdampfers strömt, an das Kältemittel übertragen wird, dass vom Verdampfer zu dem Kompressor strömt.
  • In anderen Worten dient der Wärmetauscher dazu, dass aus dem Verdampfer strömende Kältemittel zu überhitzen bzw. den Grad der Überhitzung des Kältemittels gegenüber dem Verdampferausgang zu erhöhen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt somit der Gedanke zugrunde, dass die im internen Wärmetauscher übertragene Wärmemenge das aus dem Verdampfer strömende Kältemittel zusätzlich überhitzt.
  • Die Messung der Temperatur dieses überhitzen Kältemittels oder eines damit korrelierten Wertes hat den Vorteil, dass relativ niedrige Überhitzungsgrade am Verdampferaustritt zu deutlich höheren und damit leichter messbaren Überhitzungsgraden an der Temperaturmessstelle in oder an dem Wärmetauscher führen.
  • Denkbar ist es, dass eine Korrelationseinheit vorhanden ist, in der eine Korrelation zwischen der genannten Temperaturdifferenz und dem Grad der Überhitzung des Kältemittels am Verdampferausgang hinterlegt ist.
  • Somit lässt sich aus der Temperaturdifferenz zwischen der Verdampfungstemperatur und der Temperatur des überhitzten Kältemittels in dem Wärmetaucher auf den Überhitzungsgrad schließen.
  • Auch ist es denkbar, dass aus der gemessenen Temperaturdifferenz der Überhitzungsgrad berechnet wird.
  • Vorzugsweise wird die Temperatur in oder an der Leitung des Wärmetauschers gemessen, die sich zwischen dem Verdampferausgang und dem Eingang des Kompressors befindet.
  • Denkbar ist somit die Verwendung der Temperatur in der Saugleitung im internen Wärmetauscher, um einen geeigneten Regel- oder Steuerungsparameter für das einstellbare Expansionsventil zu erhalten.
  • Unter "verstellbar" ist zu verstehen, dass der freie Strömungsquerschnitt für das Kältemittel im Expansionsventil veränderbar ist. Dies kann beispielsweise durch einen Elektromotor, wie einen Schrittmotor oder durch andere geeignete Verstellmittel erfolgen.
  • Zur Bestimmung des Regel- oder Steuerparameters sind beispielsweise ein Temperatursensor an der Saugleitung (im internen Wärmetauscher) und Informationen über die Verdampfungstemperatur (z.B. von einem Temperatursensor am Verdampfereintritt) erforderlich. Mit diesem Regel- oder Steuerparameter kann der Zustand des Kältemittels am Verdampferaustritt von zweiphasig (Zustand nahe der Dampfsättigung) bis deutlich überhitzt eingestellt werden. Damit lassen sich Überhitzungsgrade realisieren, die sonst nur schwer oder gar nicht zu messen sind.
  • Der zweite Temperatursensor kann an der Leitung des Wärmetauschers angeordnet sein, die mit der Verdampferauslassleitung in Strömungsverbindung steht.
  • Das Expansionsventil ist vorzugsweise zwischen dem Wärmetauscher und dem Verdampfer angeordnet.
  • Das Expansionsventil kann auch zwischen dem Verflüssiger und dem Wärmetauscher angeordnet sein.
  • Bei dem genannten Controller kann es sich um eine Steuereinheit handeln.
  • Vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, dass es sich bei dem Controller um eine Regelungseinheit handelt, die ausgebildet ist, den gemessenen Wert der Temperaturdifferenz auf einen Sollwert einzuregeln.
  • Das Gerät kann eine Einstelleinheit aufweisen, mittels derer der Grad der Überhitzung des Kältemittels am Verdampferausgang und/oder die Temperaturdifferenz zwischen der Verdampfungstemperatur und des Temperaturwertes im Wärmetauscher als Sollwert einstellbar ist, wobei die Einstelleinheit mit dem Controller in Verbindung steht und wobei der Controller ausgebildet ist, das Expansionsventil basierend auf dem Sollwert anzusteuern oder zu regeln.
  • Weiterhin ist es denkbar, dass das Gerät einen Speicher aufweist, in dem der Grad der Überhitzung des Kältemittels am Verdampferausgang und/oder die genannte Temperaturdifferenz als Sollwert hinterlegt ist und dass die Einstelleinheit mit dem Controller in Verbindung steht, wobei der Controller ausgebildet ist, das Expansionsventil basierend auf dem Sollwert anzusteuern oder zu regeln.
  • Denkbar ist es, dass der in dem Speicher hinterlegte Wert nutzerseitig nicht veränderbar ist, sondern nur durch einen Servicetechniker oder werkseitig veränderbar ist.
  • An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe "ein" und "eine" nicht zwingend auf genau eines der Elemente verweisen, wenngleich dies eine mögliche Ausführung darstellt, sondern auch eine Mehrzahl der Elemente bezeichnen können. Ebenso schließt die Verwendung des Plurals auch das Vorhandensein des fraglichen Elementes in der Einzahl ein und umgekehrt umfasst der Singular auch mehrere der fraglichen Elemente.
  • Weiterhin können alle hierin beschriebenen Merkmale der Erfindung beliebig miteinander kombiniert oder voneinander isoliert beansprucht werden.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1:
    eine schematische Darstellung eines Kältemittelkreislaufes eines erfindungsgemäßen Kühl- und/oder Gefriergerätes und
    Figur 2:
    eine Darstellung der Korrelation zwischen dem Grad der Überhitzung des Kältemittels und der Dampfqualität.
  • Der in Figur 1 dargestellte Kältekreislauf eines erfindungsgemäßen Kühl- und/oder Gefriergerätes umfasst mindestens einen Verdichter 1, einen Verflüssiger 2, einen internen Wärmetauscher 3, ein steuerbares Expansionsventil 4 und einen Verdampfer 5, der zur Kühlung des nicht gezeigten gekühlten Innenraums dient.
  • Das Kältemittel strömt von dem Kompressor 1 zu dem Verflüssiger 2, wird darin verflüssigt und strömt dann durch den inneren Wärmetauscher 3 in das Expansionsventil 4. Von diesem gelangt das Kältemittel in den Verdampfer 5, in dem es teilweise oder vollständig verdampft wird. Der Leitungsabschnitt von dem Verflüssigerausgang zu dem Verdampfereingang wird als Verflüssigerauslassleitung bezeichnet. Von dem Verdampfer 5 gelangt das Kältemittel in den inneren Wärmetaucher 3 und wird darin durch das aus dem Verflüssiger 2 stammende flüssige Kältemittel erwärmt und überhitzt. Das auf diese Weise erwärmte dampfförmige Kältemittel gelangt sodann wieder zum Kompressor 1, so dass ein geschlossener Kreislauf vorliegt. Der Leitungsabschnitt zwischen dem Verdampferausgang und dem Kompressoreingang wird als Verdampferauslassleitung bezeichnet.
  • Der Wärmetauscher 3 ist ausgebildet zwischen diesen Leitungen einen Wärmeübergang zu ermöglichen.
  • Der Kältekreislauf gemäß Figur 1 ist nur exemplarischer Natur und kann beliebig erweitert werden, z.B. durch mehrere Verflüssiger oder dergleichen.
  • Zur Ermittlung der Regelgröße ist ein Temperaturmessfühler 8 vorgesehen, der an der Verbindungsleitung zwischen dem Verdampfer 5 und dem Verdichter 1 angebracht ist. Die Messstelle dieses Temperatursensors 8 befindet sich im Inneren des inneren Wärmetauschers 3.
  • Darüber hinaus wird eine Information über die Verdampfungstemperatur ermittelt, die z.B. durch einen Sensor am Verdampfereintritt 6 gewonnen wird.
  • Während sich die aus dem Stand der Technik bekannte Überhitzungsregelung auf die Temperaturdifferenz zwischen Verdampfereintritt 6 und Verdampferaustritt 7 bezieht, definiert die vorliegende Erfindung als neuen Regel- oder Steuerparameter die Temperaturdifferenz zwischen der Verdampfungstemperatur (z.B. gemessen am Verdampfereintritt 6) und der Temperaturmessstelle 8 innerhalb des inneren Wärmetauschers 3.
  • Die im internen Wärmetauscher 3 übertragene Wärmemenge überhitzt das aus dem Verdampfer 5 zum Kompressor 1 strömende Kältemittel zusätzlich.
  • Wesentlich ist gemäß dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 die Verwendung der Temperatur in der Saugleitung im internen Wärmetauscher 3, um einen geeigneten Regelparameter für das einstellbare Expansionsventil 4 zu erhalten
  • Mit diesem Regelparameter in Form der Temperaturdifferenz kann der Zustand des Kältemittels am Verdampferaustritt 7 von zweiphasig (Zustand nahe der Dampfsättigung) bis deutlich überhitzt eingestellt werden. Damit lassen sich Überhitzungsgrade realisieren, die nur schwer oder gar nicht zu messen sind.
  • In Figur 2 ist auf der x-Achse die Dampfqualität des Kältemittels am Verdampferaustritt und auf der y-Achse der Grad der Überhitzung in K aufgetragen.
  • Der Wert 0 der Überhitzung bedeutet, dass das Kältemittel gerade noch keine Überhitzung aufweist.
  • Die Dampfqualität x ist definiert als die Differenz der Enthalpie am Verdampferaustritt (hx) und der Enthalpie von siedender Flüssigkeit (hL), welche auf die spezifische Verdampfungsenthalpie (hv - hL) bezogen wird: x = h x − h L / h V − h L
  • Für x < 1 liegt feuchter Dampf vor, für x > 1 überhitzter Dampf.
  • Die schwarze durchgezogene Linie stellt die Überhitzung an der Temperaturmessstelle 8 und die gestrichelte Linie die Überhitzung am Verdampferaustritt 7 dar. Der schraffierte Bereich zeigt den Zustand am Verdampferaustritt an, bei dem der Kältekreislauf am effizientesten arbeitet.
  • Die Vorteile dieser neuen Regelgröße liegen zum einen in der Möglichkeit, zweiphasige Verdampferaustrittszustände zu messen. Das bedeutet, dass die gemessene Überhitzung am Verdampferaustritt 7 in diesem Fall zwar Null ist, aber an der Temperaturmessstelle 8 noch eine messbare Überhitzung vorhanden ist, wie dies aus Figur 2 hervorgeht.
  • Erst wenn der Flüssigkeitsgehalt am Verdampferaustritt relativ hoch ist (Dampfqualität deutlich unter 1), wird auch die Überhitzung am Temperaturmesspunkt 8 Null.
  • Relativ niedrige Überhitzungsgrade am Verdampferaustritt 7 führen dagegen zu deutlich höheren und damit besser messbaren Überhitzungsgraden an der Temperaturmessstelle 8.
  • Mit dem neuen Regelparameter ergibt sich ein annähernd linearer Zusammenhang über einen weiten Bereich des Verdampferaustrittszustandes, der es einerseits ermöglicht, das Expansionsventil schneller einzustellen und andererseits das Expansionsventil so zu regeln, dass das Kältemittel am Verdampferaustritt nur eine sehr geringe Überhitzung aufweist oder sogar mit einer geringen Flüssigkeitsmenge austritt, so dass der Kältemittelkreislauf besonders effizient betrieben werden kann.

Claims (13)

  1. Kühl- und/oder Gefriergerät mit einem gekühlten Innenraum sowie mit einem Kältemittelkreislauf, der ausgebildet ist, den gekühlten Innenraum zu kühlen, wobei der Kältemittelkreislauf einen Verdampfer, einen Kompressor, einen Verflüssiger und ein verstellbares Expansionsventil umfasst, das zwischen dem Verflüssiger und dem Verdampfer angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf des Weiteren einen Wärmetauscher umfasst, der angeordnet und ausgebildet ist, zwischen der Verflüssigerauslassleitung und der Verdampferauslassleitung einen Wärmeübergang zu ermöglichen, wobei ein erster Temperatursensor zur Messung der Verdampfungstemperatur und ein zweiter Temperatursensor zur Messung einer zweiten Temperatur in oder an dem Wärmetauscher angeordnet ist und wobei ein Controller vorgesehen ist, der ausgebildet ist, die Temperaturdifferenz zwischen beiden Temperaturen zu ermitteln und darauf basierend das Expansionsventil anzusteuern.
  2. Kühl- und/oder Gefriergerät mit einem gekühlten Innenraum sowie mit einem Kältemittelkreislauf, der ausgebildet ist, den gekühlten Innenraum zu kühlen, wobei der Kältemittelkreislauf einen Verdampfer, einen Kompressor, einen Verflüssiger und ein verstellbares Expansionsventil umfasst, das zwischen dem Verflüssiger und dem Verdampfer angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf des Weiteren einen Wärmetauscher umfasst, der angeordnet und ausgebildet ist, zwischen der Verflüssigerauslassleitung und der Verdampferauslassleitung einen Wärmeübergang zu ermöglichen, wobei die Verdampfungstemperatur aus den durch den Verdichter bereitgestellten Informationen abgeleitet wird und ein Temperatursensor zur Messung einer Temperatur in oder an dem Wärmetauscher angeordnet ist und wobei ein Controller vorgesehen ist, der ausgebildet ist, die Temperaturdifferenz zwischen beiden Temperaturen zu ermitteln und darauf basierend das Expansionsventil anzusteuern.
  3. Kühl- und/oder Gefriergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Korrelationseinheit vorhanden ist, in der eine Korrelation zwischen der Temperaturdifferenz und dem Grad der Überhitzung des Kältemittels am Verdampferausgang hinterlegt ist.
  4. Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Recheneinheit vorhanden ist, die ausgebildet ist, aus der Temperaturdifferenz den Grad der Überhitzung des Kältemittels am Verdampferausgang zu berechnen.
  5. Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Temperatursensor an der Leitung des Wärmetauschers angeordnet ist, die durch die Verdampferauslassleitung gebildet wird.
  6. Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Expansionsventil zwischen dem Wärmetauscher und dem Verdampfer angeordnet ist.
  7. Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Expansionsventil zwischen dem Verflüssiger und dem Wärmetauscher angeordnet ist.
  8. Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Expansionsventil elektronisch oder elektrisch verstellbar ist.
  9. Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Controller um eine Steuereinheit handelt.
  10. Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Controller um eine Regelungseinheit handelt.
  11. Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einstelleinheit vorhanden ist, mittels derer der Grad der Überhitzung des Kältemittels am Verdampferausgang und/oder die Temperaturdifferenz als Sollwert einstellbar ist und dass die Einstelleinheit mit dem Controller in Verbindung steht, wobei der Controller ausgebildet ist, das Expansionsventil basierend auf dem Sollwert anzusteuern oder zu regeln.
  12. Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät einen Speicher aufweist, in dem der Grad der Überhitzung des Kältemittels am Verdampferausgang und/oder die Temperaturdifferenz als Sollwert hinterlegt ist und dass die Einstelleinheit mit dem Controller in Verbindung steht, wobei der Controller ausgebildet ist, das Expansionsventil basierend auf dem Sollwert anzusteuern oder zu regeln.
  13. Kühl- und/oder Gefriergerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der in dem Speicher hinterlegte Wert nutzerseitig nicht veränderbar ist.
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