WO2015110285A1 - Kältekreislauf für ein haushaltskältegerät, haushaltskältegerät mit einem kältekreislauf un verfahren zum betreiben eines kältekreislaufs eines haushaltskältegeräts - Google Patents

Kältekreislauf für ein haushaltskältegerät, haushaltskältegerät mit einem kältekreislauf un verfahren zum betreiben eines kältekreislaufs eines haushaltskältegeräts Download PDF

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evaporator
valve
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Christian Mayershofer
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BSH Hausgeraete GmbH
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    • F25B2600/25—Control of valves
    • F25B2600/2519—On-off valves

Definitions

  • the invention relates to a refrigeration cycle for a domestic refrigeration appliance and a method for operating a refrigeration cycle of a household refrigerating appliance of the type specified in the preambles of the independent claims. Furthermore, the invention relates to a household refrigeration appliance with such a refrigeration cycle.
  • WO 2008 055810 A1 shows a linear compressor for a household appliance, with a movable in the longitudinal direction of a cylinder between an upper and lower dead center piston, the piston outer surface is to form a gas pressure bearing in the radial direction of the cylinder without contact against a corresponding cylinder inner surface storable.
  • the linear compressor shown there can be used in a refrigeration cycle of a household refrigerator.
  • This object is achieved by a refrigeration cycle for a household refrigeration appliance and by a method for operating a refrigeration cycle of a household refrigerating appliance with the features of the independent claims and by a household refrigeration appliance with such a refrigeration cycle.
  • the refrigeration cycle according to the invention for a household refrigerating appliance comprises a compressor for compressing a refrigerant, which comprises a piston movable within a compressor chamber of a cylinder for compressing the refrigerant, wherein the piston can be stored in the radial direction relative to the cylinder without contact by means of a gas pressure bearing which can be formed from the refrigerant.
  • the refrigeration cycle according to the invention comprises a condenser for liquefying the compressed refrigerant and an evaporator for evaporating the liquefied refrigerant, wherein the compressor is arranged in the flow direction of the refrigeration circuit downstream of the evaporator and upstream of the condenser.
  • a shut-off valve is arranged in the refrigeration cycle, which is designed with a deactivated compressor Volume flow of the refrigerant against the flow direction from the condenser through the compressor to the evaporator to prevent.
  • the flow direction of the refrigerant within the refrigeration cycle is designated by the flow direction, in which the refrigerant flows through the refrigeration cycle when the compressor is activated.
  • the shut-off valve is designed as a check valve.
  • the shut-off valve may be formed as a louvered valve, spring valve or the like, which is automatically closed solely by the pressure difference between the condenser and the evaporator.
  • Check valves are usually relatively simple and therefore can be provided inexpensively.
  • the shut-off valve is electromotive or electromagnetically actuated.
  • the shut-off valve is designed as an active element whose valve position can be influenced, for example, by applying an electrical current. As a result, the switching times of the shut-off valve can be adjusted particularly easily as needed.
  • a further shut-off valve is arranged downstream of the condenser and upstream of the evaporator, which is designed to prevent a volume flow of the refrigerant in the flow direction from the condenser to the evaporator when the compressor is deactivated.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the compressor is designed as a linear compressor.
  • Linear compressors are usually reciprocating compressors in which the pistons are driven by linear drives, for example roller screw drives or the like, independently of a crankshaft.
  • linear compressors Compared with reciprocating compressors with a rotary drive, for example via a connecting rod driven by a rotary motor, linear compressors have the Advantage that the piston stroke can be changed. This makes it possible to adjust the degree of compression of the compressor in a particularly simple way as needed.
  • the cylinder comprises a socket, within which the piston is arranged.
  • the piston only comes into contact with the socket, within which it is guided, so that in such a case, only the socket is damaged and it must be replaced.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the bushing comprises a plurality of openings through which the refrigerant for supplying the gas pressure bearing in the direction of the piston can be fed.
  • these openings are provided evenly distributed on the socket, so that the gas pressure bearing can be constructed very quickly and evenly.
  • the domestic refrigeration appliance according to the invention comprises the refrigeration cycle according to the invention or an advantageous embodiment of the refrigeration cycle according to the invention.
  • a refrigerant is compressed by means of a compressor, the refrigerant being compressed by means of a piston moved within a compressor chamber of a cylinder, which is mounted without contact relative to the cylinder by means of a gas pressure bearing formed from the refrigerant.
  • the compressed refrigerant is liquefied by means of a downstream of the compressor arranged in the flow direction of the refrigerant circuit and connected to this condenser.
  • the liquefied refrigerant is then vaporized by means of an evaporator arranged downstream of the condenser.
  • the inventive method is characterized in that a downstream downstream of the compressor and upstream of the condenser arranged shut-off valve is closed as soon as the compressor is deactivated, whereby, with the compressor deactivated, a volume flow of the refrigerant from the condenser through the compressor is suppressed to the evaporator against the flow direction.
  • Advantageous embodiments of the refrigeration cycle according to the invention are to be regarded as advantageous embodiments of the method according to the invention.
  • the shut-off valve is opened with a predetermined time advance before the deactivated compressor for compressing the refrigerant is activated again.
  • the time advance before the activation of the compressor is chosen to be so large that the gas pressure bearing between the piston and the cylinder is formed by means of the refrigerant flowing from a high-pressure outlet into the compressor.
  • the shut-off valve is opened against a prevailing pressure gradient when the compressor is deactivated, so that due to the prevailing pressure gradient between the high-pressure outlet and the low-pressure inlet of the compressor, the refrigerant flows into the compressor and the gas pressure bearing between the piston and the cylinder is formed, even before the Compressor is reactivated.
  • the piston can already be mounted without contact relative to the cylinder before the compressor is activated.
  • wear on the piston-cylinder mating can be significantly reduced.
  • Fig. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a household refrigerator with a compressor
  • Fig. 2 is a schematic side sectional view of the compressor
  • Fig. 3 is a schematic representation of a refrigeration cycle of
  • Household refrigerating appliance in which the compressor is arranged.
  • a domestic refrigeration appliance 10 is shown in a schematic longitudinal section in FIG. 1.
  • the household refrigerating appliance 10 may be, for example, a refrigerator, a freezer or a refrigerated combined freezer.
  • the domestic refrigeration appliance 10 comprises an interior space 12 which is designed to receive food.
  • This interior space 12 may be a refrigerated compartment, a freezer compartment or a no-frost compartment or at least two of these compartments.
  • the domestic refrigeration appliance 10 comprises a refrigeration cycle 14, which comprises a compressor 16 designed as a linear compressor.
  • the compressor 16 is preferably arranged in a machine room 18, which is located in the lower and rear area of the domestic refrigerator 10.
  • the compressor 16 is shown in a schematic side sectional view.
  • the compressor 16 comprises a piston 24, which is movable within a compressor chamber 20 of a cylinder 22, for compressing a refrigerant which is not described in greater detail, wherein the piston 24 can be mounted in the radial direction relative to the cylinder 24 without contact by means of a gas pressure bearing which can be formed from the refrigerant.
  • the cylinder 22 includes a socket 26 within which the piston 24 is arranged.
  • the bush 26 has a plurality of openings 28, through which the refrigerant for forming the gas pressure bearing in the direction of the piston 24 can be fed.
  • the cylinder 22 has a gas bearing supply line 29, through which the refrigerant for forming the gas pressure bearing can be fed to a reservoir 30, from where the refrigerant can be supplied through the openings 28 in the direction of the piston 24.
  • the cylinder 22 is surrounded by a housing 32.
  • the compressor 16 has an inlet valve 34 for regulating a volume flow of the uncompressed refrigerant from a low-pressure inlet 36 of the compressor 16 arranged in the housing 32 into the compressor chamber 20. Furthermore, the compressor 16 also comprises an outlet valve 38 for regulating a volume flow of the compressed refrigerant from the compressor chamber 20 to a high pressure outlet 40 of the compressor 16 also arranged on the housing 32.
  • FIG. 3 schematically shows the refrigeration cycle 14 of the household refrigerating appliance 10.
  • the refrigeration cycle 14 comprises a condenser 42 for liquefying the refrigerant compressed by the compressor 16 and an evaporator 44 for vaporizing the refrigerant liquefied by the condenser 42, the compressor 16 downstream in a flow direction of the refrigeration cycle 14 indicated by the arrow 46 from the evaporator 44 and upstream of the condenser 42 is arranged.
  • the flow direction 46 that flow direction is designated, in which the refrigerant flows through the refrigeration circuit 14, as long as the compressor 16 is activated and thus compresses the refrigerant and in the flow direction 46 through the refrigerant circuit 14 pumps.
  • a shut-off valve 48 is arranged in the refrigeration circuit 14, which is designed to prevent a volume flow of the refrigerant against the flow direction 46 of the condenser 42 through the compressor 16 to the evaporator 44 with deactivated compressor 16. Because in the refrigeration cycle 14, the condenser 42 forms a high pressure side and the evaporator 44 forms a low pressure side. As soon as the compressor 16 is deactivated, because of the pressure gradient between the condenser 42 and the evaporator 44, the refrigerant would tend to move counter to the flow direction 46 Pressure equalization from the condenser 42 through the compressor 16 to the evaporator 44 to flow.
  • the check valve 48 may be formed, for example, as a check valve in the form of a louvered valve, spring valve or the like, so that it is automatically closed by the pressure difference between the condenser 42 and the evaporator 44, as soon as the compressor 16 is deactivated.
  • the shut-off valve 48 is formed as an active element, and, for example, by an electric motor or electromagnetically actuated, so that the opening and closing of the shut-off valve 48 is arbitrarily controlled.
  • Another shut-off valve 50 is arranged in the flow direction 46 after the condenser 42 and before the evaporator 44.
  • a throttle 52 is still disposed between the condenser 42 and the evaporator 44, which may also be an expansion valve.
  • the further shut-off valve 50 is arranged between the condenser 42 and the throttle 52.
  • the further shut-off valve 50 is designed to prevent a volume flow of the refrigerant in the flow direction 46 from the condenser 42 to the evaporator 44 when the compressor 16 is deactivated. As a result, pressure compensation is prevented when the compressor 16 is switched off between the condenser 42 and the evaporator 44.
  • the compressor 16 When the compressor 16 is activated, the refrigerant is compressed by means of the compressor 16, wherein the refrigerant is compressed by means of the piston 24 moved within the compressor chamber 20 of the cylinder 24, which is mounted relative to the cylinder 22 without contact by means of the formed from the refrigerant gas pressure bearing.
  • the compressed refrigerant flows in the flow direction 46 from the high-pressure outlet 40 in the direction of the condenser 42, wherein the compressed refrigerant is liquefied when flowing through the condenser 42.
  • the liquefied refrigerant then flows in the flow direction 46 through the throttle 52 into the evaporator 44, in which the refrigerant is evaporated.
  • shut-off valve 48 is closed, whereby a volume flow of the refrigerant is suppressed by the condenser 42 through the compressor 16 to the evaporator 44 against the flow direction 46 when the compressor 16 is deactivated.
  • the further shut-off valve 50 is also closed, whereby when the compressor 16 is deactivated, a volume flow of the refrigerant in the flow direction 46 from the condenser 42 through the throttle 52 to the evaporator 44 is prevented.
  • shut-off valves 48, 50 By closing the shut-off valves 48, 50 is thus a pressure equalization between the high pressure side of the refrigeration circuit, in which the condenser 42 is arranged, and the low pressure side, in which the evaporator 44 is arranged, prevented.
  • the shut-off valves 48, 50 By closing the shut-off valves 48, 50, a volume flow of the refrigerant through the refrigeration circuit 14 is stopped when the compressor 16 is turned off.
  • the shut-off valve 48 is opened with a predetermined time advance.
  • the time advance before activating the compressor 16 is chosen to be so large that the gas pressure bearing between the piston 24 and the cylinder 22 is completely formed by means of the refrigerant flowing from the high pressure port 40 into the compressor 16 before the compressor 16 is restarted. In other words, therefore, by opening the shut-off valve 48, an inflow of the refrigerant from the condenser 42 into the compressor 16, more precisely through its high-pressure outlet 40, allows, so that the gas pressure bearing for non-contact storage of the piston 24 relative to the cylinder 22 is made possible before the Compressor 16 is reactivated.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kältekreislauf (14) für ein Haushaltskältegerät (10), mit: einem Verdichter (16) zum Komprimieren eine Kältemittels, welcher einen innerhalb eines Verdichterraums (20) eines Zylinders (22) bewegbaren Kolben (24) zum Komprimieren des Kältemittels umfasst, wobei der Kolben (24) in dessen radialer Richtung gegenüber dem Zylinder (22) berührungslos mittels eines aus dem Kältemittel ausbildbaren Gasdrucklagers lagerbar ist; einem Verflüssiger (42) zum Verflüssigen des komprimierten Kältemittels und einem Verdampfer (44) zum Verdampfen des verflüssigten Kältemittels, wobei der Verdichter (16) in Strömungsrichtung (46) des Kältekreislaufs (14) stromabwärts vom Verdampfer (44) und stromaufwärts vor dem Verflüssiger (42) angeordnet ist; wobei zwischen dem Verdichter (16) und dem Verflüssiger (42) ein Absperrventil (48) im Kältekreislauf (14) angeordnet ist, welches dazu ausgelegt ist, bei deaktiviertem Verdichter (16) einen Volumenstrom des Kältemittels entgegen der Strömungsrichtung (46) von dem Verflüssiger (42) durch den Verdichter (16) zum Verdampfer (44) zu unterbinden. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Hauhaltskältegerät (10) mit einem Kältekreislauf (14) sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Kältekreislaufs (14) eines Haushaltskältegeräts (10).

Description

KÄLTEKREISLAUF FÜR EIN HAUSHALTSKÄLTEGERÄT, HAUSHALTSKÄLTEGERÄT MIT EINEM KÄLTEKREISLAUF UNO VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINES KÄLTEKREISLAUFS EINES HAUSHALTSKÄLTEGERÄTS
Die Erfindung betrifft einen Kältekreislauf für ein Haushaltskältegerät und ein Verfahren zum Betreiben eines Kältekreislaufs eines Haushaltskältegeräts der in den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche angegebenen Art. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Haushaltskältegerät mit einem derartigen Kältekreislauf. Die WO 2008 055810 A1 zeigt einen Linearverdichter für ein Haushaltsgerät, mit einem in Längsrichtung eines Zylinders zwischen einer oberen und unteren Totpunktlage bewegbaren Kolben, dessen Kolbenaußenfläche unter Ausbildung eines Gasdrucklagers in radialer Richtung des Zylinders berührungslos gegenüber einer korrespondierenden Zylinderinnenfläche lagerbar ist. Der dort gezeigte Linearverdichter kann in einem Kältekreislauf eines Haushaltskältegeräts eingesetzt werden.
Während einer Stillstandzeit eines derartigen Verdichters mit einer Gaslagerung kann es bedingt durch die Gaslagerung zu einem unerwünschten Rückströmen eines gasförmigen Kältemittels von einer Hochdruckseite zu einer Niederdruckseite des Verdichters kommen. Die Folge ist, dass eine entsprechende Druckdifferenz zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite während der Stillstandszeit eines derartigen Verdichters nicht aufrechterhalten werden kann, was sich negativ auf den Betrieb eines Kältekreislaufs eines Haushaltskältegeräts auswirkt. Denn bei einem erneuten Starten eines derartigen Verdichters muss zunächst die Druckdifferenz zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite des Verdichters wieder aufgebaut werden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, während der Stillstandszeit eines Verdichters eines Kältekreislaufs eines Haushaltskältegeräts die Aufrechterhaltung einer Druckdifferenz zwischen einer Hochdruckseite und einer Niederdruckseite eines Verdichters sicherzustellen. Diese Aufgabe wird durch einen Kältekreislauf für ein Haushaltskältegerät und durch ein Verfahren zum Betreiben eines Kältekreislaufs eines Haushaltskältegeräts mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche sowie durch ein Haushaltskältegerät mit einem derartigen Kältekreislauf gelöst. Der erfindungsgemäße Kältekreislauf für ein Haushaltskältegerät umfasst einen Verdichter zum Komprimieren eines Kältemittels, welcher ein innerhalb eines Verdichterraums eines Zylinders bewegbaren Kolben zum Komprimieren des Kältemittels umfasst, wobei der Kolben in dessen radialer Richtung gegenüber dem Zylinder berührungslos mittels eines aus dem Kältemittel ausbildbaren Gasdrucklagers lagerbar ist. Des Weiteren umfasst der erfindungsgemäße Kältekreislauf einen Verflüssiger zum Verflüssigen des komprimierten Kältemittels und einen Verdampfer zum Verdampfen des verflüssigten Kältemittels, wobei der Verdichter in Strömungsrichtung des Kältekreislaufs stromabwärts vom Verdampfer und stromaufwärts vor dem Verflüssiger angeordnet ist. Um während einer Stillstandszeit des Verdichters die Aufrechterhaltung einer Druckdifferenz zwischen einer Niederdruck- und einer Hochdruckseite des Verdichters zu gewährleisten, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass zwischen dem Verdichter und dem Verflüssiger ein Absperrventil im Kältekreislauf angeordnet ist, welches dazu ausgelegt ist, bei deaktiviertem Verdichter einen Volumenstrom des Kältemittels entgegen der Strömungsrichtung von dem Verflüssiger durch den Verdichter zum Verdampfer zu unterbinden. Mit der Strömungsrichtung ist dabei diejenige Strömungsrichtung des Kältemittels innerhalb des Kältekreislaufs bezeichnet, in welcher das Kältemittel den Kältekreislauf bei aktiviertem Verdichter durchströmt.
Mit anderen Worten ist es also erfindungsgemäß vorgesehen, stromaufwärts des Verdichters innerhalb des Kältekreislaufs ein Absperrventil vorzusehen, mittels welchem ein Rückströmen des Kältemittels bei deaktiviertem Verdichter entsprechend dem vorherrschenden Druckgefälle von dem Verflüssiger durch den Verdichter zum Verdampfer unterbunden werden kann. Dadurch ist es möglich, trotz des Einsatzes eines Verdichters mit einem Gaslager die während des Betriebs des Verdichters aufgebaute Druckdifferenz zwischen einer Saug- und Druckseite des Verdichters aufrecht zu erhalten, da ein Durchströmen des Verdichters bei abgeschaltetem Verdichter mit dem Kältemittel mittels des erfindungsgemäß angeordneten Absperrventils im Kältekreislauf unterbunden werden kann. Dies trägt zu einer erheblichen Effizienzsteigerung des Kältekreislaufs bei, da aufgrund des Absperrventils ein Druckabfall innerhalb des Kältekreislaufs über dem Verdichter unterbunden werden kann, während der Verdichter deaktiviert ist.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Absperrventil als Rückschlagventil ausgebildet ist. Beispielsweise kann das Absperrventil als Lamellenventil, Federventil oder dergleichen ausgebildet sein, welches allein durch die Druckdifferenz zwischen dem Verflüssiger und dem Verdampfer automatisch geschlossen wird. Rückschlagventile sind dabei üblicherweise relativ einfach ausgebildet und können daher auch kostengünstig bereitgestellt werden. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Absperrventil elektromotorisch oder elektromagnetisch betätigbar ist. Mit anderen Worten ist es auch möglich, dass das Absperrventil als aktives Element ausgebildet ist, dessen Ventilstellung beispielsweise durch Anlegen eines elektrischen Stroms beeinflussbar ist. Dadurch können die Schaltzeiten des Absperrventils besonders einfach bedarfsgerecht eingestellt werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass ein weiteres Absperrventil in Strömungsrichtung nach dem Verflüssiger und vor dem Verdampfer angeordnet ist, welches dazu ausgelegt ist, bei deaktiviertem Verdichter einen Volumenstrom des Kältemittels in Strömungsrichtung von dem Verflüssiger zum Verdampfer zu unterbinden. Dadurch wird auch ein Druckabfall bei deaktiviertem Verdichter innerhalb des Kältekreislaufs von dem Verflüssiger zum Verdampfer unterbunden, was ebenfalls zur Effizienzsteigerung beim Betrieb des Kältekreislaufs beiträgt. Dadurch, dass der Druck von dem Verflüssiger zum Verdampfer bei deaktiviertem Verdichter nicht abfallen kann, muss auch diese Druckdifferenz nach dem Einschalten des Verdichters nicht zunächst wieder aufgebaut werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Verdichter als Linearverdichter ausgebildet ist. Linearverdichter sind üblicherweise Kolbenkompressoren, bei denen die Kolben durch Linearantrieben, zum Beispiel Rollengewindegetriebe oder dergleichen, unabhängig von einer Kurbelwelle angetrieben werden. Gegenüber Kolbenverdichtern mit einem rotatorischen Antrieb, zum Beispiel über eine von einem Drehmotor angetriebene Pleuelstange, haben Linearverdichter den Vorteil, dass der Kolbenhub verändert werden kann. Dadurch ist es möglich, den Kompressionsgrad des Verdichters auf besonders einfache Weise bedarfsgerecht einstellen zu können.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Zylinder eine Buchse umfasst, innerhalb welcher der Kolben angeordnet ist. Sollte beispielsweise aufgrund eines Defekts das Gasdrucklager nicht ausgebildet werden können, gerät der Kolben lediglich in Kontakt mit der Buchse, innerhalb welcher dieser geführt ist, so dass in einem derartigen Fall nur die Buchse beschädigt wird und diese ausgetauscht werden muss.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Buchse mehrere Öffnungen umfasst, durch welche das Kältemittel zur Ausbildung des Gasdrucklagers in Richtung des Kolbens zuführbar ist. Vorzugsweise sind diese Öffnungen gleichmäßig verteilt an der Buchse vorgesehen, so dass das Gasdrucklager besonders schnell und gleichmäßig aufgebaut werden kann.
Das erfindungsgemäße Haushaltskältegerät umfasst den erfindungsgemäßen Kältekreislauf oder eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kältekreislaufs.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Kältekreislaufs eines Haushaltskältegeräts wird ein Kältemittel mittels eines Verdichters komprimiert, wobei das Kältemittel mittels eines innerhalb eines Verdichterraums eines Zylinders bewegten Kolbens verdichtet wird, welcher gegenüber dem Zylinder berührungslos mittels eines aus dem Kältemittel ausgebildeten Gasdrucklagers gelagert wird. Das verdichtete Kältemittel wird mittels eines in Strömungsrichtung des Kältekreislaufs stromabwärts vom Verdichter angeordneten und mit diesem verbundenen Verflüssiger verflüssigt. Das verflüssigte Kältemittel wird anschließend mittels eines in Strömungsrichtung stromabwärts vom Verflüssiger angeordneten Verdampfers verdampft. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein in Strömungsrichtung stromabwärts hinter dem Verdichter und stromaufwärts vor dem Verflüssiger angeordnetes Absperrventil geschlossen wird, sobald der Verdichter deaktiviert wird, wodurch bei deaktiviertem Verdichter ein Volumenstrom des Kältemittels von dem Verflüssiger durch den Verdichter zum Verdampfer entgegen der Strömungsrichtung unterbunden wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kältekreislaufs sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen.
In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass das Absperrventil mit einem vorgegebenen zeitlichen Vorlauf geöffnet wird, bevor der deaktivierte Verdichter zum Komprimieren des Kältemittels wieder aktiviert wird. Vorzugsweise wird der zeitliche Vorlauf vor dem Aktivieren des Verdichters so groß gewählt, dass mittels des von einem Hochdruckausgang in den Verdichter einströmenden Kältemittels das Gasdrucklager zwischen dem Kolben und dem Zylinder ausgebildet wird. Mit anderen Worten wird das Absperrventil gegen ein vorherrschendes Druckgefälle bei deaktiviertem Verdichter geöffnet, so dass aufgrund des vorherrschenden Druckgefälles zwischen dem Hochdruckausgang und dem Niederdruckeingang des Verdichters das Kältemittel in den Verdichter einströmt und das Gasdrucklager zwischen dem Kolben und dem Zylinder ausbildet wird, noch bevor der Verdichter wieder aktiviert wird. Dadurch kann der Kolben gegenüber dem Zylinder bereits berührungslos gelagert sein, bevor der Verdichter aktiviert wird. Infolgedessen kann der Verschleiß an der Kolben-Zylinder- Paarung erheblich reduziert werden.
Schließlich ist es gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass ein weiteres in Strömungsrichtung nach dem Verflüssiger und vor dem Verdampfer angeordnetes Absperrventil geschlossen wird, sobald der Verdichter deaktiviert wird, wodurch bei deaktiviertem Verdichter ein Volumenstrom des Kältemittels in Strömungsrichtung von dem Verflüssiger zum Verdampfer unterbunden wird. Mit anderen Worten wird durch das Schließen des weiteren Absperrventils verhindert, dass ein Druckausgleich zwischen dem Verflüssiger und dem Verdampfer bei deaktiviertem Verdichter vollzogen werden kann, was ebenfalls zur Effizienzsteigerung des Kältekreislaufs beiträgt, da diese Druckdifferenz nicht zuerst wieder beim Einschalten des Verdichters aufgebaut werden muss. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 eine schematische Längsschnittdarstellung eines Haushaltskältegeräts mit einem Verdichter;
Fig. 2 eine schematische Seitenschnittansicht des Verdichters; und in
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Kältekreislaufs des
Haushaltskältegeräts, in welchem der der Verdichter angeordnet ist.
In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Ein Haushaltskältegerät 10 ist in einer schematischen Längsschnittdarstellung in Fig. 1 gezeigt. Bei dem Haushaltskältegerät 10 kann es sich beispielsweise um ein Kühlgerät, ein Gefriergerät oder ein Kühl-Gefrier-Kombigerät handeln. Das Haushaltskältegerät 10 umfasst einen Innenraum 12, der Aufnahme von Lebensmitteln ausgebildet ist. Dieser Innenraum 12 kann ein Kühlfach, ein Gefrierfach oder ein No-Frost-Fach sein oder zumindest zwei dieser Fächer aufweisen.
Das Haushaltskältegerät 10 umfasst einen Kältekreislauf 14, welcher einen als Linearverdichter ausgebildeten Verdichter 16 umfasst. Der Verdichter 16 ist vorzugsweise in einem Maschinenraum 18, der sich im unteren und hinteren Bereich des Haushaltskältegeräts 10 befindet, angeordnet.
In Fig. 2 ist der Verdichter 16 in einer schematischen Seitenschnittansicht gezeigt. Der Verdichter 16 umfasst einen innerhalb eines Verdichterraums 20 eines Zylinders 22 bewegbaren Kolben 24 zum Komprimieren eines nicht näher bezeichneten Kältemittels, wobei der Kolben 24 in dessen radialer Richtung gegenüber dem Zylinder 24 berührungslos mittels eines aus dem Kältemittel ausbildbaren nicht näher bezeichneten Gasdrucklagers lagerbar ist. Der Zylinder 22 umfasst eine Buchse 26, innerhalb welcher der Kolben 24 angeordnet ist. Die Buchse 26 weist eine Mehrzahl von Öffnungen 28 auf, durch welche das Kältemittel zur Ausbildung des Gasdrucklagers in Richtung des Kolbens 24 zuführbar ist. Darüber hinaus weist der Zylinder 22 eine Gaslagerversorgungsleitung 29 auf, durch welche das Kältemittel zum Ausbilden des Gasdrucklagers einem Reservoir 30 zuführbar ist, von wo aus das Kältemittel durch die Öffnungen 28 in Richtung des Kolbens 24 zuführbar ist. Der Zylinder 22 ist dabei von einem Gehäuse 32 umgeben.
Der Verdichter 16 weist ein Einlassventil 34 zum Regulieren eines Volumenstroms des unkomprimierten Kältemittels von einem am Gehäuse 32 angeordneten Niederdruckeingang 36 des Verdichters 16 in den Verdichterraum 20 auf. Des Weiteren umfasst der Verdichter 16 noch ein Auslassventil 38 zum Regulieren eines Volumenstroms des komprimierten Kältemittels von dem Verdichterraum 20 zu einem ebenfalls am Gehäuse 32 angeordneten Hochdruckausgang 40 des Verdichters 16. In Fig. 3 ist der Kältekreislauf 14 des Haushaltskältegeräts 10 schematisch dargestellt. Neben dem Verdichter 16 umfasst der Kältekreislauf 14 einen Verflüssiger 42 zum Verflüssigen des mittels des Verdichters 16 komprimierten Kältemittels und einen Verdampfer 44 zum Verdampfen des mittels des Verflüssigers 42 verflüssigten Kältemittels, wobei der Verdichter 16 in einer mit dem Pfeil 46 gekennzeichneten Strömungsrichtung des Kältekreislaufs 14 stromabwärts vom Verdampfer 44 und stromaufwärts vor dem Verflüssiger 42 angeordnet ist. Mit der Strömungsrichtung 46 ist diejenige Strömungsrichtung bezeichnet, in welcher das Kältemittel durch den Kältekreislauf 14 strömt, solange der Verdichter 16 aktiviert ist und somit das Kältemittel verdichtet und in der Strömungsrichtung 46 durch den Kältekreislauf 14 pumpt.
Zwischen dem Verdichter 16 und dem Verflüssiger 42 ist ein Absperrventil 48 im Kältekreislauf 14 angeordnet, welches dazu ausgelegt ist, bei deaktiviertem Verdichter 16 einen Volumenstrom des Kältemittels entgegen der Strömungsrichtung 46 von dem Verflüssiger 42 durch den Verdichter 16 zum Verdampfer 44 zu unterbinden. Denn im Kältekreislauf 14 bildet der Verflüssiger 42 eine Hochdruckseite aus und der Verdampfer 44 bildet eine Niederdruckseite aus. Sobald der Verdichter 16 deaktiviert wird, hätte das Kältemittel aufgrund des Druckgefälles zwischen dem Verflüssiger 42 und dem Verdampfer 44 nämlich das Bestreben, entgegen der Strömungsrichtung 46 zum Druckausgleich von dem Verflüssiger 42 durch den Verdichter 16 zum Verdampfer 44 zu fließen.
Das Absperrventil 48 kann beispielsweise als Rückschlagventil in Form eines Lamellenventils, Federventils oder dergleichen ausgebildet sein, so dass dieses allein durch die Druckdifferenz zwischen dem Verflüssiger 42 und dem Verdampfer 44 automatisch geschlossen wird, sobald der Verdichter 16 deaktiviert wird. Alternativ ist es auch möglich, dass das Absperrventil 48 als aktives Element ausgebildet ist, und beispielsweise elektromotorisch oder elektromagnetisch betätigbar ist, so dass das Öffnen und Schließen des Absperrventils 48 beliebig steuerbar ist.
Ein weiteres Absperrventil 50 ist in Strömungsrichtung 46 nach dem Verflüssiger 42 und vor dem Verdampfer 44 angeordnet. Im hier gezeigten Beispiel ist zwischen dem Verflüssiger 42 und dem Verdampfer 44 noch eine Drossel 52 angeordnet, bei welcher es sich auch um ein Expansionsventil handeln kann. Vorliegend ist also das weitere Absperrventil 50 zwischen dem Verflüssiger 42 und der Drossel 52 angeordnet. Das weitere Absperrventil 50 ist dazu ausgelegt, bei deaktiviertem Verdichter 16 einen Volumenstrom des Kältemittels in Strömungsrichtung 46 von dem Verflüssiger 42 zum Verdampfer 44 zu unterbinden. Dadurch wird ein Druckausgleich bei abgeschaltetem Verdichter 16 zwischen dem Verflüssiger 42 und dem Verdampfer 44 verhindert.
Nachfolgend wird ein Verfahren zum Betreiben des Kältekreislaufs 14 näher erläutert. Bei aktiviertem Verdichter 16 wird das Kältemittel mittels des Verdichters 16 komprimiert, wobei das Kältemittel mittels des innerhalb des Verdichterraums 20 des Zylinders 22 bewegten Kolbens 24 verdichtet wird, welcher gegenüber dem Zylinder 22 berührungslos mittels des aus dem Kältemittel ausgebildeten Gasdrucklagers gelagert wird. Das verdichtete Kältemittel fließt dabei in der Strömungsrichtung 46 aus dem Hochdruckausgang 40 in Richtung des Verflüssigers 42, wobei das verdichtete Kältemittel beim Durchströmen durch den Verflüssiger 42 verflüssigt wird. Das verflüssigte Kältemittel durchströmt anschließend in der Strömungsrichtung 46 durch die Drossel 52 in den Verdampfer 44, in welchem das Kältemittel verdampft wird. Sobald der Verdichter 16 deaktiviert wird, wird das Absperrventil 48 geschlossen, wodurch bei deaktiviertem Verdichter 16 ein Volumenstrom des Kältemittels von dem Verflüssiger 42 durch den Verdichter 16 zum Verdampfer 44 entgegen der Strömungsrichtung 46 unterbunden wird. Gleichzeitig mit dem Deaktivieren des Verdichters 16 wird das weitere Absperrventil 50 ebenfalls geschlossen, wodurch bei deaktiviertem Verdichter 16 ein Volumenstrom des Kältemittels in Strömungsrichtung 46 von dem Verflüssiger 42 durch die Drossel 52 zum Verdampfer 44 unterbunden wird. Durch das Schließen der Absperrventile 48, 50 wird also ein Druckausgleich zwischen der Hochdruckseite des Kältekreislaufs, in welchem der Verflüssiger 42 angeordnet ist, und der Niederdruckseite, in welcher der Verdampfer 44 angeordnet ist, unterbunden. Also auch wenn der deaktivierte Verdichter 16 einen Volumenstrom des Kältemittels durch diesen ermöglichen würde, wird durch das Schließen der Absperrventile 48, 50 ein Volumenstrom des Kältemittels durch den Kältekreislauf 14 bei abgeschaltetem Verdichter 16 unterbunden.
Bevor der deaktivierte Verdichter 16 erneut wieder aktiviert wird, wird zumindest das Absperrventil 48 mit einem vorgegebenen zeitlichen Vorlauf geöffnet. Der zeitliche Vorlauf vor dem Aktivieren des Verdichters 16 wird dabei so groß gewählt, dass mittels des von dem Hochdruckausgang 40 in den Verdichter 16 einströmenden Kältemittels das Gasdrucklager zwischen dem Kolben 24 und dem Zylinder 22 vollständig ausgebildet wird, bevor der Verdichter 16 wieder gestartet wird. Mit anderen Worten wird also durch Öffnen des Absperrventils 48 ein Einströmen des Kältemittels vom Verflüssiger 42 in den Verdichter 16, genauer durch dessen Hochdruckausgang 40, ermöglicht, so dass das Gasdrucklager zur berührungslosen Lagerung des Kolbens 24 gegenüber dem Zylinder 22 ermöglicht wird, noch bevor der Verdichter 16 wieder aktiviert wird. Dadurch wird ein Verschleiß am Kolben 24 oder an der Buchse 26 beim Anfahren des Verdichters 16 verhindert, da das Gasdrucklager bereits zum Zeitpunkt der Aktivierung des Verdichters 16 vollständig ausgebildet ist, wodurch der Kolben 24 berührungslos gegenüber der Buchse 26 gelagert wird. 5 Bezugszeichenliste
10 Haushaltskältegerät
12 Innenraum
14 Kältekreislauf
16 Verdichter
18 Maschinenraum
20 Verdichterraum
22 Zylinder
24 Kolben
26 Buchse
28 Öffnung
29 Gaslagerversorgungsleitung
30 Reservoir
32 Gehäuse
34 Einlassventil
36 Niederdruckeingang
38 Auslassventil
40 Hochdruckausgang
42 Verflüssiger
44 Verdampfer
46 Strömungsrichtung
48 Absperrventil
50 Absperrventil
52 Drossel
30

Claims

Patentansprüche
Kältekreislauf (14) für ein Haushaltskältegerät (10), mit
einem Verdichter (16) zum Komprimieren eine Kältemittels, welcher einen innerhalb eines Verdichterraums (20) eines Zylinders (22) bewegbaren Kolben (24) zum Komprimieren des Kältemittels umfasst, wobei der Kolben (24) in dessen radialer Richtung gegenüber dem Zylinder (22) berührungslos mittels eines aus dem Kältemittel ausbildbaren Gasdrucklagers lagerbar ist;
einem Verflüssiger (42) zum Verflüssigen des komprimierten Kältemittels und einem Verdampfer (44) zum Verdampfen des verflüssigten Kältemittels , wobei der Verdichter (16) in Strömungsrichtung (46) des Kältekreislaufs (14) stromabwärts vom Verdampfer (44) und stromaufwärts vor dem Verflüssiger (42) angeordnet ist;
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen dem Verdichter (16) und dem Verflüssiger (42) ein Absperrventil (48) im Kältekreislauf (14) angeordnet ist, welches dazu ausgelegt ist, bei deaktiviertem Verdichter (16) einen Volumenstrom des Kältemittels entgegen der
Strömungsrichtung (46) von dem Verflüssiger (42) durch den Verdichter (16) zum Verdampfer (44) zu unterbinden.
Kältekreislauf (14) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Absperrventil (48) als Rückschlagventil ausgebildet ist.
Kältekreislauf (14) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Absperrventil (48) elektromotorisch oder elektromagnetisch betätigbar ist.
Kältekreislauf (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein weiteres Absperrventil (50) in Strömungsrichtung (46) nach dem Verflüssiger (42) und vor dem Verdampfer (44) angeordnet ist, welches dazu ausgelegt ist, bei deaktiviertem Verdichter (16) einen Volumenstrom des Kältemittels in
Strömungsrichtung (46) von dem Verflüssiger (42) zum Verdampfer (44) zu unterbinden.
5. Kältekreislauf (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Verdichter (16) als Linearverdichter ausgebildet ist.
6. Kältekreislauf (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Zylinder (22) eine Buchse (26) umfasst, innerhalb welcher der Kolben (24) angeordnet ist.
7. Kältekreislauf (14) nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Buchse (26) mehrere Öffnungen (28) umfasst, durch welche das Kältemittel zur Ausbildung des Gasdrucklagers in Richtung des Kolbens (24) zuführbar ist.
8. Hauhaltskältegerät (10) mit einem Kältekreislauf (14) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche.
9. Verfahren zum Betreiben eines Kältekreislaufs (14) eines Haushaltskältegeräts (10), mit den Schritten:
Komprimieren eines Kältemittels mittels eines Verdichters (16), wobei das Kältemittel mittels eines innerhalb eines Verdichterraums (20) eines Zylinders (22) bewegten Kolbens (24) verdichtet wird, welcher gegenüber dem Zylinder (22) berührungslos mittels eines aus dem Kältemittel ausgebildeten Gasdrucklagers gelagert wird;
Verflüssigen des verdichteten Kältemittels mittels eines in Strömungsrichtung (46) des Kältekreislaufs (14) stromabwärts vom Verdichter (16) angeordneten und mit diesem verbundenen Verflüssigers (42);
Verdampfen des verflüssigten Kältemittels mittels eines in Strömungsrichtung (46) stromabwärts vom Verflüssiger (42) angeordneten Verdampfers (44); dadurch gekennzeichnet, dass ein in Strömungsrichtung (46) stromabwärts hinter dem Verdichter (16) und stromaufwärts vor dem Verflüssiger (42) angeordnetes Absperrventil (48) geschlossen wird, sobald der Verdichter (16) deaktiviert wird, wodurch bei deaktiviertem Verdichter (16) ein Volumenstrom des Kältemittels von dem
Verflüssiger (42) durch den Verdichter (16) zum Verdampfer (44) entgegen der Strömungsrichtung (46) unterbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Absperrventil (48) mit einem vorgegebenen zeitlichen Vorlauf geöffnet wird, bevor der deaktivierte Verdichter (16) zum Komprimieren des Kältemittels wieder aktiviert wird.
Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zeitliche Vorlauf vor dem Aktivieren des Verdichters (16) so groß gewählt wird, dass mittels des von einem Hochdruckausgang (40) in den Verdichter (16) einströmenden Kältemittels das Gasdrucklager zwischen dem Kolben (24) und dem Zylinder (22) ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein weiteres in Strömungsrichtung (46) nach dem Verflüssiger (42) und vor dem Verdampfer (44) angeordnetes Absperrventil (50) geschlossen wird, sobald der Verdichter (16) deaktiviert wird, wodurch bei deaktiviertem Verdichter (16) ein Volumenstrom des Kältemittels in Strömungsrichtung (46) von dem Verflüssiger (42) zum Verdampfer (44) unterbunden wird.
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