WO2015091571A1 - Kältegerät mit mehreren kältefächern - Google Patents

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WO2015091571A1
WO2015091571A1 PCT/EP2014/078089 EP2014078089W WO2015091571A1 WO 2015091571 A1 WO2015091571 A1 WO 2015091571A1 EP 2014078089 W EP2014078089 W EP 2014078089W WO 2015091571 A1 WO2015091571 A1 WO 2015091571A1
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WO
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expansion valve
evaporator
temperature
refrigeration
refrigerating appliance
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PCT/EP2014/078089
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English (en)
French (fr)
Inventor
Astrid Klingshirn
Niels Liengaard
Original Assignee
BSH Hausgeräte GmbH
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Publication date
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    • 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
    • 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
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/30—Expansion means; Dispositions thereof
    • F25B41/31—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
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/30—Expansion means; Dispositions thereof
    • F25B41/39—Dispositions with two or more expansion means arranged in series, i.e. multi-stage expansion, on a refrigerant line leading to the same 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
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D2700/00—Means for sensing or measuring; Sensors therefor
    • F25D2700/12—Sensors measuring the inside temperature

Definitions

  • the present invention relates to a refrigeration device having a plurality of refrigeration compartments for storing refrigerated goods at different temperatures.
  • refrigerators special compartments, such as Auftaufumbleer or
  • Warming compartments be provided, which can be adjusted up to 60 ° C.
  • the temperatures above ambient temperature are realized with electric heaters. Without heating, the temperatures in individual refrigerators can only be regulated to a limited extent.
  • By setting a compressor running time temperature differences of +/- 3K can be generated.
  • Some special appliances such as wine cabinets, work with larger temperature ranges.
  • the temperature ranges include, for example, 5-22 ° C in up to three temperature zones.
  • These special devices are controlled by adjusting the operating time of each evaporator.
  • Other devices have flaps in an air duct that are gradually opened to reach individual temperature controlled zones. In these devices, however, there is only one evaporator with a fixed evaporation temperature.
  • the object is achieved by a refrigeration device with a first refrigeration compartment for storing refrigerated goods at a first temperature, which is a first
  • Evaporator comprising a first controllable expansion valve at the refrigerant inlet of the first evaporator, and a second refrigerating compartment for storing refrigerated goods at a second temperature, the second evaporator with a second controllable
  • Expansion valve at the refrigerant inlet of the second evaporator characterized in that a refrigerant outlet of the first evaporator is connected to the second controllable expansion valve at the refrigerant inlet of the second evaporator.
  • a refrigeration appliance is understood in particular to mean a household refrigerating appliance, that is to say a refrigeration appliance that is used for housekeeping in households or in the gastronomy sector food and / or drinks in particular
  • Store temperatures such as a refrigerator, a freezer, a fridge freezer, a freezer or a wine fridge.
  • the refrigeration device comprises a control unit for controlling the expansion valves.
  • the expansion valves can be centrally controlled by a control unit.
  • control unit has a non-volatile memory for storing a control program.
  • control unit is designed to control the first and the second expansion valve such that a
  • the control unit is designed to control the first and the second expansion valve such that a
  • Flow through the first expansion valve is increased when a flow through the second expansion valve is reduced.
  • the technical advantage is achieved, for example, that the temperature in the first refrigeration compartment can be changed without the temperature in the second refrigeration compartment is affected.
  • control unit is designed to control the first and the second expansion valve such that a
  • Flow through the first expansion valve is reduced when flow through the second expansion valve is increased.
  • the technical advantage is achieved, for example, that the temperature in the first refrigeration compartment can be changed without the temperature in the second refrigeration compartment is affected.
  • the first temperature is higher than the second temperature.
  • the second refrigeration compartment is a freezer compartment for storing refrigerated goods at a temperature below 0 ° C.
  • the refrigeration device comprises a compressor with adjustable speed.
  • control unit is designed to control the speed of the compressor based on a predetermined cooling capacity.
  • the first comprises
  • Refrigeration compartment a first temperature sensor and the second refrigeration compartment a second
  • Temperature sensor As a result, for example, the technical advantage is achieved that a feedback loop for the temperature arises.
  • control unit is designed to control the first expansion valve and the second expansion valve on the basis of a first temperature measurement value of the first temperature sensor and a second temperature measurement value of the second temperature sensor.
  • the first or second expansion valve is infinitely adjustable.
  • the technical advantage is achieved that a fine and accurate adjustment of the temperatures is achieved.
  • the first or second expansion valve comprises a screw device with a linear stroke to the
  • the refrigeration device comprises a third refrigeration compartment for storing refrigerated goods at a third temperature comprising a third evaporator with a third controllable expansion valve at the refrigerant inlet of the third evaporator and a refrigerant outlet of the second evaporator is connected to the third controllable expansion valve on Refrigerant inlet of the third evaporator connected.
  • Fig. 1 is a schematic view of a refrigerator
  • Fig. 2 is a view of a refrigerant circuit with a plurality of evaporators.
  • 1 shows a schematic view of a refrigeration device 100 having a first refrigeration compartment 101 -1 for storing refrigerated goods at a first temperature, for example a refrigerated compartment, and a second refrigerating compartment 101 -2 for storing refrigerated goods at a second temperature, for example a freezer compartment.
  • the refrigeration device 100 is used for example for cooling food and includes a refrigerant circuit with an evaporator, a compressor, a condenser and a throttle body.
  • the evaporator is a heat exchanger in which after expansion the liquid refrigerant is absorbed by heat absorption from the medium to be cooled, i. the air inside the refrigerator, is evaporated.
  • the compressor or compressor is a mechanically operated component that
  • the condenser is a heat exchanger in which after compression, the evaporated refrigerant by heat transfer to an outer cooling medium, ie the Ambient air, is liquefied.
  • the throttle body is a device for the continuous reduction of the pressure by cross-sectional constriction.
  • the refrigerant is a fluid used for heat transfer in the cryogenic system which absorbs heat at low temperatures and low pressure of the fluid and releases heat at higher temperature and higher pressure of the fluid, usually including changes in state of the fluid.
  • Fig. 2 shows a view of a refrigerant circuit 1 19 with a plurality of evaporators 103-1, 103-2, 103-n.
  • the first evaporator 103-1 is arranged in a first refrigerating compartment 101-1 of the refrigerating appliance 100
  • the second evaporator 103-2 is arranged in a second refrigerating compartment 101-2 of the refrigerating appliance 100
  • the third evaporator 103-n is arranged in a third refrigerating compartment 101. 3 of the refrigeration device arranged.
  • Each of the evaporators includes, in front of each of its refrigerant inlets 107-1, 107-2, ... 107-n, an expansion valve 105-1, 105, -2, 105-n.
  • the evaporators 103-1, 103-2, 103-n are connected in series. At this time, a refrigerant outlet 109-1 of the first evaporator 103-1 is connected to the second controllable expansion valve 105-2 at the refrigerant inlet 107-2 of the second evaporator (103-2). A refrigerant outlet 109-2 of the second evaporator 103-2 is connected to the third controllable expansion valve 105-n at the refrigerant inlet 107-n of the third evaporator 103-n.
  • the expansion valves 105-1, 105-2, 105-n are controllable by a control unit 15 1.
  • a control of the expansion valve 105-1, 105-2, 105-n the cross-section and thus the pressure drop through the expansion valve 105-1, 105-2, 105-n is controlled according to a suitable reference variable.
  • the reference variable can be, for example, the pressure in the
  • the temperature in the cold compartments 101 -1, 101 -2, 101 -n is detected by respective temperature sensors 1 17-1, 1 17-2, 1 17-3.
  • the temperature of the refrigerators 101 -1, 101 -2, 101 -n is adjustable via a customer and makes it possible to cover a wide range of temperatures in the respective refrigeration compartments 101 -1, 101 -2, 101 -n, for example in a freezer compartment -18 ° C, in a refrigerator compartment 5 ° C, in a VitaFresh compartment 0 ° C, in a wine storage compartment 12 ° C, in a storage compartment - 2 ...
  • a pressure ratio between the individual evaporators 103-1, 103-2, 103-n in the refrigerant circuit 1 19 is used in the control of the expansion valves 105-1, 105-2,
  • the total throttling in the system is P 0 -P n , where P 0 is the refrigerant pressure before the first evaporator 103-1 and P n is the refrigerant pressure after the nth evaporator 103-n.
  • the expansion valve 105-1 generates a pressure drop of P 0 -Pi, where Pi the
  • Refrigerant pressure after the first evaporator 103-1 is.
  • the expansion valve 105-2 generates a pressure drop of PrP 2 , where P 2 is the refrigerant pressure after the second evaporator 103-2.
  • the total throttling from a condenser 1 1 1 to the second evaporator 103-2 is P 0 -P 2 , ie (P 0 -Pi) + (PrP 2 ).
  • the expansion valves 105-1, 105-2, 105-n are individually controllable, the first expansion valve 105-1 can be opened by one amount, while the second
  • Expansion valve 105-2 is closed with the same amount, so that the
  • Total throttling P 0 -P 2 remains the same.
  • a higher refrigerant pressure prevails.
  • the evaporator 103-1 has a higher evaporation temperature and the compartment temperature increases.
  • the subsequent evaporator 103-2 experiences no difference in the refrigerant pressure. In the same way, the evaporator 103-2 can be adjusted.
  • the temperatures of the evaporators 103-1, 103-2, 103-n are not directly to the
  • Ambient temperature bound For example, when the expansion valve 105-1 is fully opened, the first evaporator 103-1 may reach a temperature close to the condensing temperature. At an ambient temperature of 0 ° C is the
  • Condensing temperature at approx. 15 ° C. the refrigeration compartment 101 -1 can be heated. If the refrigeration device 100 is placed in a garage or on a balcony, a freezing of refrigerated goods can be prevented.
  • the refrigerators 101 -1, 101 -2, ... 101 -n become colder in turn.
  • the evaporator 103-1 is thus the warmest and the evaporator 103-n is the coldest.
  • the compressor 1 13 In order to keep the temperatures in the refrigerators 101 -1, 101 -2, ... 101 -n constant, the compressor 1 13 in a continuous operation. In the case of defrosting of an evaporator 103-1, 103-2, 103-n, the evaporation temperature may be temporarily set above the freezing point. However, this is rarely necessary because due to the continuous operation of the compressor 1 13, the temperature difference between the evaporators 103-1, 103-2, 103-n and the respective refrigerators 101 -1, 101 -2, ... 101 -n low is. Therefore it is under
  • the compressor 1 13 has a speed control, so that different sizes
  • Cooling capacities and low temperatures are adjustable. High cooling capacities at low temperatures are achieved at high speeds.
  • the customer is given the opportunity to regulate the temperature of one or more refrigerators 101 -1, 101 -2, ... 101 -n efficiently according to his needs. Since this regulation is carried out via the refrigeration cycle 1 19, this is more efficient than comparable
  • the targeted ripening of fruits and vegetables or the storage of bread for example, the targeted ripening of fruits and vegetables or the storage of bread.
  • the respective temperatures in the individual cold compartments 101 -1, 101 -2, 101 -n of the refrigeration device 100 are easily and independently controllable, so that at the same time
  • Freezer temperatures below -18 ° C and temperatures above ambient temperature can be achieved without the use of an electric heater.
  • the individual cold compartments 101 -1, 101 -2, 101 -n can be controlled without affecting the temperatures in the other cold compartments 101 -1, 101 -2, 101 -n.
  • the temperatures in the cold stores 101 -1, 101 -2, 101 -n are at a very stable level.
  • Temperature control achieved with significantly reduced fluctuation. This results in advantages, for example, for stored refrigerated goods. With fresh fruits and vegetables one finds Reduced mass loss occurs because transpiration processes are minimized and breathability is reduced. In packaged products, especially MAP packs, reduced condensate formation occurs, thus increasing food safety. In addition, an improvement of the sensory product content is achieved. Freeze storage achieves a reduction in recrystallization, better texture retention, and reduced drip juice loss. In addition, a constant refrigeration compartment temperature of 5 ° C can be guaranteed regardless of the ambient temperature, for example at ambient temperatures below 5 ° C. This allows the customer to use the refrigerator 100 according to his needs. All features explained and shown in connection with individual embodiments of the invention may be provided in different combinations in the article according to the invention, in order to simultaneously realize their advantageous effects.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältegerät (100) mit einem ersten Kältefach (101-1) zum Lagern von Kühlgut bei einer ersten Temperatur, das einen ersten Verdampfer (103-1) mit einem ersten steuerbaren Expansionsventil (105-1) am Kältemitteleinlass (107-1) des ersten Verdampfers (103-2) umfasst, und einem zweiten Kältefach (101-2) zum Lagern von Kühlgut bei einer zweiten Temperatur, das einen zweiten Verdampfer (103-1) mit einem zweiten steuerbaren Expansionsventil (105-2) am Kältemitteleinlass (107-2) des zweiten Verdampfers (103-2) umfasst, bei dem ein Kältemittelauslass (109-1) des ersten Verdampfers (103-1) mit dem zweiten steuerbaren Expansionsventil (105-2) am Kältemitteleinlass (107-2) des zweiten Verdampfers (103-2) verbunden ist.

Description

Kältegerät mit mehreren Kältefächern
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältegerät mit mehreren Kältefächern zum Lagern von Kühlgut bei unterschiedlichen Temperaturen. In Kältegeräten können Spezialfächer, wie beispielsweise Auftaufächer oder
Warmhaltefächer vorgesehen sein, die bis zu 60°C einstellbar sind. Die Temperaturen über Umgebungstemperatur werden mit elektrischen Heizungen realisiert. Ohne Heizung sind die Temperaturen in einzelnen Kältefächern nur begrenzt regelbar. Durch Einstellen einer Verdichterlaufzeit lassen sich Temperaturunterschiede von +/- 3K erzeugen.
Einige Spezialgeräte, wie Weinschränke, arbeiten mit größeren Temperaturspannen. Die Temperaturspannen umfassen beispielsweise 5-22°C in bis zu drei Temperaturzonen. Diese Spezialgeräte werden durch ein Einstellen der Betriebszeit des jeweiligen Verdampfers geregelt. Andere Geräte weisen Klappen in einem Luftkanal auf, die graduell geöffnet werden, um einzelne temperaturkontrollierte Zonen zu erreichen. In diesen Geräten gibt es allerdings nur einen Verdampfer mit einer festen Verdampfungstemperatur.
Es ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, ein Kältegerät anzugeben, bei dem die einzelnen Temperaturen in mehreren Kältefächern effizient gesteuert werden können.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand mit den Merkmalen nach dem unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Figuren, der Beschreibung und der abhängigen Ansprüche. Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Kältegerät mit einem ersten Kältefach zum Lagern von Kühlgut bei einer ersten Temperatur, das einen ersten
Verdampfer mit einem ersten steuerbaren Expansionsventil am Kältemitteleinlass des ersten Verdampfers umfasst, und einem zweiten Kältefach zum Lagern von Kühlgut bei einer zweiten Temperatur, das einen zweiten Verdampfer mit einem zweiten steuerbaren
Expansionsventil am Kältemitteleinlass des zweiten Verdampfers umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kältemittelauslass des ersten Verdampfers mit dem zweiten steuerbaren Expansionsventil am Kältemitteleinlass des zweiten Verdampfers verbunden ist.
Unter einem Kältegerät wird insbesondere ein Haushaltskältegerät verstanden, also ein Kältegerät, das zur Haushaltsführung in Haushalten oder im Gastronomiebereich eingesetzt wird, und insbesondere dazu dient Lebensmittel und/oder Getränke bei bestimmten
Temperaturen zu lagern, wie beispielsweise ein Kühlschrank, ein Gefrierschrank, eine Kühlgefrierkombination, eine Gefriertruhe oder ein Weinkühlschrank.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes umfasst das Kältegerät eine Steuereinheit zum Steuern der Expansionsventile. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Expansionsventile zentral von einer Steuereinheit angesteuert werden können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes weist die Steuereinheit einen nicht-flüchtigen Speicher zum Speichern eines Steuerprogramms auf. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass das Steuerprogramm bei Bedarf aktualisiert werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist die Steuereinheit ausgebildet, das erste und das zweite Expansionsventil derart zu steuern, dass ein
Kältemittelfluss durch den ersten Verdampfer konstant bleibt. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Temperatur im ersten Kältefach geändert werden kann, ohne dass die Temperatur im zweiten Kältefach beeinflusst wird. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist die Steuereinheit ausgebildet, das erste und das zweite Expansionsventil derart zu steuern, dass ein
Durchfluss durch das erste Expansionsventil erhöht wird, wenn ein Durchfluss durch das zweite Expansionsventil vermindert wird. Dadurch wird beispielsweise ebenfalls der technische Vorteil erreicht, dass die Temperatur im ersten Kältefach geändert werden kann, ohne dass die Temperatur im zweiten Kältefach beeinflusst wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist die Steuereinheit ausgebildet, das erste und das zweite Expansionsventil derart zu steuern, dass ein
Durchfluss durch das erste Expansionsventil vermindert wird, wenn ein Durchfluss durch das zweite Expansionsventil erhöht wird. Dadurch wird beispielsweise ebenfalls der technische Vorteil erreicht, dass die Temperatur im ersten Kältefach geändert werden kann, ohne dass die Temperatur im zweiten Kältefach beeinflusst wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist die erste Temperatur höher als die zweite Temperatur. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Temperaturen der Kältefächer der Reihe nach ausgehend von der höchsten Temperatur eingestellt werden können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist das zweite Kältefach ein Gefrierfach zum Lagern von Kühlgut bei einer Temperatur unter 0°C. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass überschüssige Kälteleistung in dem Gefrierfach aufgenommen werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes umfasst das Kältegerät einen Kompressor mit regelbarer Drehzahl. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Kälteleistung des Kältegerätes verändert werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist die Steuereinheit ausgebildet, die Drehzahl des Kompressors auf Basis einer vorgegebenen Kälteleistung zu steuern. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Kälteleistung des Kältegerätes durch die Steuereinheit für die Expansionsventile steuerbar ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes umfasst das erste
Kältefach einen ersten Temperatursensor und das zweite Kältefach einen zweiten
Temperatursensor. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine Rückkopplungsschleife für die Temperatur entsteht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist die Steuereinheit ausgebildet, das erste Expansionsventil und das zweite Expansionsventil auf Basis eines ersten Temperaturmesswertes von dem ersten Temperatursensor und eines zweiten Temperaturmesswertes von dem zweiten Temperatursensor zu steuern. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Temperatur in den Kältefächern in Abhängigkeit einer gemessenen Temperatur geregelt werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist das erste oder zweite Expansionsventil stufenlos einstellbar. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine feine und genaue Einstellung der Temperaturen erreicht wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes umfasst das erste oder zweite Expansionsventil eine Schraubeneinrichtung mit linearem Hub, um den
Kältemittelstrom zu regulieren. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass auf einfache Weise ein Proportionalventil mit stufenlos steuerbarem Durchfluss realisiert wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes umfasst das Kältegerät ein drittes Kältefach zum Lagern von Kühlgut bei einer dritten Temperatur, das einen dritten Verdampfer mit einem dritten steuerbaren Expansionsventil am Kältemitteleinlass des dritten Verdampfers umfasst und ein Kältemittelauslass des zweiten Verdampfers ist mit dem dritten steuerbaren Expansionsventil am Kältemitteleinlass des dritten Verdampfers verbunden. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Temperatur in einer Vielzahl von Kältefächern geregelt werden kann.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Kältegerätes; und
Fig. 2 eine Ansicht eines Kältemittelkreislaufes mit mehreren Verdampfern. Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kältegerätes 100 mit einem ersten Kältefach 101 -1 zum Lagern von Kühlgut bei einer ersten Temperatur, beispielsweise ein Kühlfach, und einem zweiten Kältefach 101 -2 zum Lagern von Kühlgut bei einer zweiten Temperatur, beispielsweise ein Gefrierfach. Das Kältegerät 100 dient beispielsweise zur Kühlung von Lebensmitteln und umfasst einen Kältemittelkreislauf mit einem Verdampfer, einem Verdichter, einem Verflüssiger und einem Drosselorgan. Der Verdampfer ist ein Wärmeaustauscher, in dem nach der Expansion das flüssige Kältemittel durch Wärmeaufnahme von dem zu kühlenden Medium, d.h. der Luft im Inneren des Kältegerätes, verdampft wird.
Der Verdichter oder Kompressor ist ein mechanisch betriebenes Bauteil, das
Kältemitteldampf vom Verdampfer absaugt und bei einem höheren Druck zum Verflüssiger ausstößt. Der Verflüssiger ist ein Wärmeaustauscher, in dem nach der Kompression das verdampfte Kältemittel durch Wärmeabgabe an ein äußeres Kühlmedium, d.h. die Umgebungsluft, verflüssigt wird. Das Drosselorgan ist eine Vorrichtung zur ständigen Verminderung des Druckes durch Querschnittsverengung.
Das Kältemittel ist ein Fluid, das für die Wärmeübertragung in dem kälteerzeugenden System verwendet wird, das bei niedrigen Temperaturen und niedrigem Druck des Fluides Wärme aufnimmt und bei höherer Temperatur und höherem Druck des Fluides Wärme abgibt, wobei üblicherweise Zustandsänderungen des Fluides inbegriffen sind.
Fig. 2 zeigt eine Ansicht eines Kältemittelkreislaufes 1 19 mit mehreren Verdampfern 103-1 , 103-2, 103-n. Der erste Verdampfer 103-1 ist in einem ersten Kältefach 101 -1 des Kältegerätes 100 angeordnet, der zweite Verdampfer 103-2 ist in einem zweiten Kältefach 101 -2 des Kältegerätes 100 angeordnet und der dritte Verdampfer 103-n in einem dritten Kältefach 101 -3 des Kältegerätes angeordnet. Jeder der Verdampfer umfasst jeweils vor dessen Kältemitteleinlass 107-1 , 107-2, ...107-n ein Expansionsventil 105-1 , 105,-2, 105- n. Die Verdampfer 103-1 , 103-2, 103-n sind in Reihe miteinander verbunden. Dabei ein Kältemittelauslass 109-1 des ersten Verdampfers 103-1 mit dem zweiten steuerbaren Expansionsventil 105-2 am Kältemitteleinlass 107-2 des zweiten Verdampfers (103-2) verbunden. Ein Kältemittelauslass 109-2 des zweiten Verdampfers 103-2 ist mit dem dritten steuerbaren Expansionsventil 105-n am Kältemitteleinlass 107-n des dritten Verdampfers 103-n verbunden.
Die Expansionsventile 105-1 , 105-2, 105-n sind von einer Steuereinheit 1 15 steuerbar. Bei einer Steuerung des Expansionsventils 105-1 , 105-2, 105-n wird der Querschnitt und damit der Druckabfall durch das Expansionsventil 105-1 , 105-2, 105-n nach einer geeigneten Führungsgröße geregelt. Dabei finden eine Drosselung des Kältemittelstroms und ein Druckabfall statt. Die Führungsgröße kann beispielsweise der Druck im
zugeordneten Verdampfer 103-1 , 103-2, 103-n oder die Temperatur im jeweiligen Kältefach 101 -1 , 101 -2, 101 -n sein. Die Temperatur in den Kältefächern 101 -1 , 101 -2, 101 -n wird von jeweiligen Temperatursensoren 1 17-1 , 1 17-2, 1 17-3 erfasst. Die Temperatur der Kältefächer 101 -1 , 101 -2, 101 -n ist über einen Kunden einstellbar und ermöglicht eine große Spanne von Temperaturen in den jeweiligen Kältefächern 101 -1 , 101 -2, 101 -n abzudecken, beispielsweise in einem Gefrierfach -18°C, in einem Kühlfach 5°C, in einem VitaFresh-Fach 0°C, in einem Weinlagerfach 12°C, in einem Auftaufach - 2...+20°C, in einem Kellerlagerfach +8...+14°C und in einem Reifefach +8...+25°C. Ein Druckverhältnis zwischen den einzelnen Verdampfern 103-1 , 103-2, 103-n in dem Kältemittelkreislauf 1 19 wird bei der Steuerung der Expansionsventile 105-1 , 105-2,
105-n aufrechterhalten. Wenn dies durch mehrere Expansionsventile 105-1 , 105-2, 105-n geschieht, befindet sich der Druck zwischen den Expansionsventilen 105-1 , 105-2, 105 n auf einem Niveau, das proportional zu dem Drosselverhältnis ist.
Die gesamte Drosselung im System beträgt P0-Pn, wobei P0 der Kältemitteldruck vor dem ersten Verdampfer 103-1 und Pn der Kältemitteldruck nach dem n-ten Verdampfer 103-n ist. Das Expansionsventil 105-1 erzeugt einen Druckabfall von P0-Pi, wobei Pi der
Kältemitteldruck nach dem ersten Verdampfer 103-1 ist. Das Expansionsventil 105-2 erzeugt einen Druckabfall von PrP2, wobei P2 der Kältemitteldruck nach dem zweiten Verdampfer 103-2 ist. Die Gesamtdrosselung von einem Verflüssiger 1 1 1 zu dem zweiten Verdampfer 103-2 beträgt P0-P2, d.h. (P0-Pi)+(PrP2).
Da die Expansionsventile 105-1 , 105-2, 105-n einzeln regelbar sind, kann das erste Expansionsventil 105-1 um einen Betrag geöffnet werden, während das zweite
Expansionsventil 105-2 mit dem gleichen Betrag geschlossen wird, so dass die
Gesamtdrosselung P0-P2 gleich bleibt. Allerdings herrsch in diesem Fall in dem Verdampfer 103-1 ein höherer Kältemitteldruck. Dadurch weist der Verdampfer 103-1 eine höhere Verdampfungstemperatur auf und die Fachtemperatur steigt. Der nachfolgende Verdampfer 103-2 erfährt keinen Unterschied im Kältemitteldruck. In gleicher weise kann der Verdampfer 103-2 eingestellt werden.
Die Temperaturen der Verdampfer 103-1 , 103-2, 103-n sind nicht direkt an die
Umgebungstemperatur gebunden. Wenn beispielsweise das Expansionsventil 105-1 voll geöffnet wird, kann der erste Verdampfer 103-1 eine Temperatur erreichen, der nahe an der Verflüssigungstemperatur ist. Bei einer Umgebungstemperatur von 0°C liegt die
Verflüssigungstemperatur bei ca. 15°C. Dadurch kann das Kältefach 101 -1 erwärmt werden. Falls das Kältegerät 100 in einer Garage oder auf einem Balkon aufgestellt ist, kann ein Einfrieren von Kühlgut verhindert werden. Die Kältefächer 101 -1 , 101 -2, ...101 -n werden der Reihe nach immer kälter. Der Verdampfer 103-1 ist damit der Wärmste und der Verdampfer 103-n ist der Kälteste.
Wenn der Verdichter 1 13 eine Mindestdrehzahl aufweist, wird eine Mindestkälteleistung erzeugt. Wenn in den ersten Kältefächern 101 -1 und 101 -2 hohe Temperaturen eingestellt sind, nimmt das letzte Kältefach 101 -3 mit der niedrigsten Temperatur die restliche Kälteleistung auf. Dabei kann es vorkommen, dass im letzten Kältefach 101 -3 die
Temperatur niedriger als zunächst eingestellt ist. Die Qualität von gefrorenem Kühlgut wird jedoch durch eine noch niedrigere Temperatur nicht negativ beeinflusst.
Um die Temperaturen in den Kältefächer 101 -1 , 101 -2, ...101 -n konstant zu halten, ist der Verdichter 1 13 in einem Dauerbetrieb. Bei eine Entfrostung eines Verdampfers 103-1 , 103-2, 103-n kann die Verdampfungstemperatur kurzzeitig über dem Gefrierpunkt eingestellt werden. Dies ist aber nur selten erforderlich, da wegen des Dauerbetriebes des Verdichters 1 13 der Temperaturunterschied zwischen den Verdampfern 103-1 , 103-2, 103-n und den jeweiligen Kältefächern 101 -1 , 101 -2, ...101 -n niedrig ist. Daher ist es unter
Normbedingungen nicht erforderlich, den jeweiligen Verdampfer 103-1 , 103-2, 103-n abzutauen, da dieser eine Temperatur von über 0°C aufweist.
Der Verdichter 1 13 weist eine Drehzahlregelung auf, damit verschieden große
Kälteleistungen und tiefe Temperaturen einstellbar sind. Hohe Kälteleistungen bei tiefen Temperaturen werden mit hohen Drehzahlen erreicht.
Der Kunde bekommt die Möglichkeit, die Temperatur eines oder mehrerer Kältefächer 101 -1 , 101 -2, ...101 -n entsprechend seinen Bedürfnissen effizient zu regeln. Da diese Regelung über den Kältekreislauf 1 19 durchgeführt wird, ist diese effizienter als vergleichbare
Lösungen mit elektrischer Heizung. Durch das Erschließen von Temperaturbereichen vom über 14°C können neue Lageroptionen für den Kunden erschlossen werden, wie
beispielsweise das gezielte Nachreifen von Obst und Gemüse oder die Lagerung von Brot.
Die jeweiligen Temperaturen in den einzelnen Kältefächern 101 -1 , 101 -2, 101 -n des Kältegeräts 100 sind einfach und unabhängig voneinander regelbar, so dass gleichzeitig
Gefrierfachtemperaturen unter -18°C und Temperaturen über Umgebungstemperatur erreicht werden können, ohne dass hierzu eine elektrische Heizung verwendet wird. Die einzelnen Kältefächern 101 -1 , 101 -2, 101 -n können geregelt werden, ohne dass die Temperaturen in den übrigen Kältefächern 101 -1 , 101 -2, 101 -n beeinflusst werden. Zudem halten sich die Temperaturen in den Kältefächern 101 -1 , 101 -2, 101 -n auf einem äußerst stabilen Niveau.
Durch die in Serie geschalteten Verdampfer 103-1 , 103-2, 103-n wird eine exakte
Temperaturkontrolle mit deutlich reduzierter Schwankung erreicht. Dadurch ergeben sich beispielsweise für eingelagertes Kühlgut Vorteile. Bei frischem Obst und Gemüse findet ein verringerter Frischmasseverlust statt, da Transpirationsprozesse minimiert werden und die Atmungsaktivität reduziert ist. In verpackten Produkten, insbesondere MAP- Packungen, findet eine verringerte Kondensatbildung statt, so dass sich die Lebensmittelsicherheit erhöht. Zudem wird eine Verbesserung des sensorischen Produkterhalts erreicht. Bei der Gefrierlagerung werden eine Reduktion der Rekristallisation, ein besserer Texturerhalt und verringerte Tropfsaftverluste erzielt. Zudem kann eine konstante Kühlfachtemperatur von 5°C unabhängig von der Umgebungstemperatur gewährleistet werden, beispielsweise bei Umgebungstemperaturen von unter 5°C. Dadurch kann der Kunde das Kältegerät 100 entsprechend seinen Bedürfnissen benutzen. Alle in Verbindung mit einzelnen Ausführungsformen der Erfindung erläuterten und gezeigten Merkmale können in unterschiedlicher Kombination in dem erfindungsgemäßen Gegenstand vorgesehen sein, um gleichzeitig deren vorteilhafte Wirkungen zu realisieren.
Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die Ansprüche gegeben und wird durch die in der Beschreibung erläuterten oder den Figuren gezeigten Merkmale nicht beschränkt.
BEZUGSZEICHENLISTE
100 Kältegerät
101 Kältefach
103 Verdampfer
105 Expansionsventil
107 Kältemitteleinlass
109 Kältemittelauslass
111 Verflüssiger
113 Kompressors
115 Steuereinheit
117 Temperatursensor
119 Kältemittelkreislauf

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Kältegerät (100) mit einem ersten Kältefach (101 -1 ) zum Lagern von Kühlgut bei einer ersten Temperatur, das einen ersten Verdampfer (103-1 ) mit einem ersten steuerbaren Expansionsventil (105-1 ) am Kältemitteleinlass (107-1 ) des ersten Verdampfers (103-2) umfasst, und einem zweiten Kältefach (101 -2) zum Lagern von Kühlgut bei einer zweiten Temperatur, das einen zweiten Verdampfer (103-1 ) mit einem zweiten steuerbaren
Expansionsventil (105-2) am Kältemitteleinlass (107-2) des zweiten Verdampfers (103-2) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kältemittelauslass (109-1 ) des ersten
Verdampfers (103-1 ) mit dem zweiten steuerbaren Expansionsventil (105-2) am
Kältemitteleinlass (107-2) des zweiten Verdampfers (103-2) verbunden ist.
2. Kältegerät (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kältegerät (100) eine Steuereinheit (1 15) zum Steuern der Expansionsventile (105-1 , 105-2) umfasst.
3. Kältegerät (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (1 15) einen nicht-flüchtigen Speicher zum Speichern eines Steuerprogramms aufweist.
4. Kältegerät (100) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (1 15) ausgebildet ist, das erste und das zweite Expansionsventil (105-1 , 105-2) derart zu steuern, dass ein Kältemittelfluss durch den ersten Verdampfer (103-1 ) konstant bleibt.
5. Kältegerät (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (1 15) ausgebildet ist, das erste und das zweite Expansionsventil (105-1 , 105-2) derart zu steuern, dass ein Durchfluss durch das erste Expansionsventil (105-1 ) erhöht wird, wenn ein Durchfluss durch das zweite Expansionsventil (105-2) vermindert wird.
6. Kältegerät (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (1 15) ausgebildet ist, das erste und das zweite Expansionsventil (105-1 , 105-2) derart zu steuern, dass ein Durchfluss durch das erste Expansionsventil (105-1 ) vermindert wird, wenn ein Durchfluss durch das zweite Expansionsventil (105-2) erhöht wird.
7. Kältegerät (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Temperatur höher als die zweite Temperatur ist.
8. Kältegerät (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kältefach (101 -2) ein Gefrierfach zum Lagern von Kühlgut bei einer Temperatur unter 0°C ist.
9. Kältegerät (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältegerät (100) einen Kompressor (1 13) mit regelbarer Drehzahl umfasst.
10. Kältegerät (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (1 15) ausgebildet ist, die Drehzahl des Kompressors (1 13) auf Basis einer vorgegebenen Kälteleistung zu steuern.
1 1 . Kältegerät (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kältefach (101 -1 ) einen ersten Temperatursensor (1 17-1 ) und das zweite Kältefach (101 -2) einen zweiten Temperatursensor (1 17-2) umfasst.
12. Kältegerät (100) nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (1 15) ausgebildet ist, das erste Expansionsventil (105-1 ) und das zweite Expansionsventil (105-2) auf Basis eines ersten Temperaturmesswertes von dem ersten Temperatursensor (1 17-1 ) und eines zweiten Temperaturmesswertes von dem zweiten Temperatursensor (1 17- 2) zu steuern.
13. Kältegerät (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste oder zweite Expansionsventil (105-1 , 105-2) stufenlos einstellbar ist.
14. Kältegerät (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste oder zweite Expansionsventil (105-1 , 105-2) eine Schraubeneinrichtung mit linearem Hub umfasst, um den Kältemittelstrom zu regulieren.
15. Kältegerät (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältegerät (100) ein drittes Kältefach zum Lagern von Kühlgut bei einer dritten Temperatur umfasst, das einen dritten Verdampfer (103-n) mit einem dritten steuerbaren Expansionsventil (105-n) am Kältemitteleinlass (107-n) des dritten Verdampfers (103-2) umfasst und ein Kältemittelauslass (109-2) des zweiten Verdampfers (103-2) mit dem dritten steuerbaren Expansionsventil (105-n) am Kältemitteleinlass (107-n) des dritten Verdampfers (103-n) verbunden ist.
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