WO2021043573A1 - Kältegerät mit heiz- und kühlbaren fächern - Google Patents

Kältegerät mit heiz- und kühlbaren fächern Download PDF

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heat exchanger
condenser
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switchable
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Niels Liengaard
Andreas BABUCKE
Clemens Mack
Berthold Pflomm
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BSH Hausgeräte GmbH
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    • F25D2400/16Convertible refrigerators

Definitions

  • Refrigeration device with compartments that can be heated and cooled
  • the following invention relates to a refrigeration device, in particular a domestic refrigeration device, with at least one compartment which, at the user's option, can be kept at an operating temperature below or above the ambient temperature, for example in order to cool food or to keep it warm for consumption soon.
  • This variability of the operating temperature is achieved in a known refrigeration device from the applicant by connecting a condenser, a first controllable throttle point, a heat exchanger of the variable compartment, a second controllable throttle point and a first evaporator of a cooled compartment in series in a refrigerant circuit between an outlet of a compressor are.
  • the pressure drop at the first controllable throttle point is high, so that condensation only takes place in the condenser and the heat exchanger of the variable compartment also works as an evaporator;
  • the pressure drop essentially takes place at the second throttle point, so that refrigerant also condenses in the heat exchanger and releases heat in the process.
  • the condenser is forced-ventilated, and the output of a fan of the condenser can be reduced compared to cooling mode in order to control the amount of refrigerant vapor that reaches the heat exchanger and thus the heat output of the heat exchanger.
  • the conventional refrigeration device provides a branch designed as a separator downstream of the condenser, which separates the liquid refrigerant in order to use it in a second evaporator arranged parallel to the heat exchanger.
  • the temperature of the liquid refrigerant is below its evaporation temperature when the second evaporator is reached and no evaporation takes place in at least a part of the second evaporator;
  • the temperature of the refrigerant vapor when it reaches the compressor can still be so low that water vapor condenses on the suction line, which not only affects the efficiency of refrigeration, but can also lead to electrical problems and corrosion.
  • a refrigeration device in particular a household refrigeration device, with a compressor, a condenser, at least one first evaporator, a suction line running from the first evaporator to the compressor, at least one heat exchanger that can be switched between condenser and evaporator operation and with a Valve arrangement for switching the heat exchanger between an evaporator operating state in which an inlet of the switchable heat exchanger is connected to the condenser via a first throttle point and an outlet of the switchable heat exchanger is connected to the evaporator, and a condenser operating state in which the outlet of the switchable heat exchanger is connected via a second throttle point is connected to the evaporator, the switchable heat exchanger has a first supply line for supplying refrigerant in the evaporator operating state and a second supply line separate from the first supply line for the Supply of refrigerant is assigned in the condenser operating state and that only the first supply line is connected to the
  • Pre-cooling of the refrigerant reaching the switchable heat exchanger by the internal heat exchanger can thus remain limited to the case of the evaporator operating state, while in the case of the condenser operating state, liquefaction of the refrigerant before reaching the switchable heat exchanger is excluded.
  • a controlled expansion valve is preferably provided as a second throttle point between the two.
  • the switchable evaporator can be connected in parallel to the condenser in the condenser operating state. In this way, refrigerant can be fed to the switchable evaporator immediately after leaving the compressor, without it having the opportunity to give off heat via the condenser.
  • a frame heater can be connected upstream of the condenser and the switchable heat exchanger, or it can be arranged in series with the condenser in parallel with the switchable heat exchanger.
  • a shut-off valve should be provided on the first supply line in order to enable the first supply line to be blocked in the condenser operating state.
  • the refrigeration device preferably comprises at least two switchable heat exchangers, which can be switched independently of one another between the evaporator operating state and the condenser operating state. If these compartments of the refrigeration device of different sizes are assigned, a user can choose between various volumes of the area that can be used in the condenser operating state.
  • volume of one of these compartments is between 150% and 250% of the volume of the other.
  • the valve arrangement can comprise a directional valve which is closed in the evaporator operating state and in the condenser operating state at least one of the switchable heat exchangers connects the inlet of the relevant heat exchanger at least temporarily to an outlet of the compressor. Furthermore - and preferably by means of said directional valve - the valve arrangement can be switched between a first open position, in which it connects an outlet of the compressor to the inlet of the first heat exchanger, and a second open position, in which it connects the outlet of the compressor to the inlet of the second Heat exchanger connects, be switchable clocked.
  • Clocked switchover is understood here to mean a periodic switchover, the period being short enough to allow condensation in both switchable heat exchangers at the same time.
  • a second evaporator can be connected in series upstream of the first evaporator and connected in parallel to the at least one switchable heat exchanger in order to be able to cool a compartment simultaneously with the operation of the at least one switchable heat exchanger in the condenser operating state.
  • the temperature of the second evaporator can be set higher than that of the first in order to keep the compartments of the two evaporators at different operating temperatures.
  • a normal refrigerator compartment and a freezer compartment can be implemented in this way; other combinations such as normal refrigeration and cold storage compartments or cold storage and freezing compartments are of course also possible.
  • a connecting line between the first evaporator and the second evaporator can be connected to the suction pipe to a section of the internal heat exchanger, in particular this section can connect directly to an outlet of the first evaporator in order to bring about a first heating of the refrigerant vapor circulating in the suction line before this reaches a second section of the internal heat exchanger, in which the heat exchange with the first supply line takes place.
  • the third throttle point also preferably comprises a controlled expansion valve.
  • Fig. 1 shows a block diagram of a refrigeration device according to the invention.
  • the refrigeration device of Fig. 1 comprises in a heat-insulating housing a cold, refrigerated compartment 1, typically a freezer compartment, a warm, refrigerated compartment 2, typically a normal refrigeration compartment, and a first and a second flexible, i.e. optionally coolable and heatable compartment 3, 4.
  • a fan 26 can be assigned to the condenser 10 to control its output.
  • the refrigerant line 7 forks into three branches 12a-c.
  • a valve 13a-c In each branch 12a-c follow one another: a valve 13a-c, a supply line 14a-c, which can be designed as a capillary, a heat exchanger 15a, b or an evaporator 15c and a controlled expansion valve 16a-c.
  • the heat exchangers 15a, b are each in thermal contact with one of the compartments 3, 4, the evaporator 15c is in contact with the compartment 2. There are not necessarily structural differences between the evaporator 15c and the heat exchangers 15a, b; both can be identical or only different from one another in their dimensions.
  • the heat exchangers 15a, b and the evaporator 15c are designed as lamellar heat exchangers of a known type, in which a large number of mutually parallel lamellae are combined into a block, the refrigerant line 7 meanders the lamellae and air in the spaces circulates between the lamellas, and each lamellar heat exchanger is assigned a fan 17a-c, which controls the intensity of the air circulation and thus the thermal power exchanged with the respectively assigned compartment 2, 3 or 4.
  • the three branches 12a-c unite at a confluence 18.
  • the confluence 18 can be upstream of an evaporator 19 cooling the compartment 1; it is preferably located in the evaporator 19 itself, ie the evaporator 19 has one inlet for each branch 12a-c.
  • a fan 27 is also assigned to the evaporator 19.
  • a suction line 20 runs from an outlet of the evaporator 19 to an inlet 21 of the compressor 6.
  • the suction line 20 forms, with a connecting line 22 of the branch 12c located downstream of the evaporator 15c and with the supply lines 14a-c, an internal heat exchanger 23 in which the refrigerant vapor circulating in the suction line 20 is initially heated in thermal contact with the connecting line 22, then in thermal contact with the supply lines 14a-c.
  • the connecting line 22 and the supply lines 14a-c can be attached to the surface of the suction line 20 or routed inside it.
  • An inlet of a directional valve 24 is connected to the branch 8.
  • the directional control valve 24 each has an outlet which is connected to the inlet of the heat exchanger 15a or 15b via a supply line 25a or 25b, and is between a closed position, a position open to heat exchanger 15a and a position open to heat exchanger 15b switchable.
  • the first operating state In a first operating state, the open position towards the heat exchanger 15a and the closed position of the directional valve 24 alternate with one another, the valve 13a is closed and the expansion valve 16a is controlled in order to maintain a high pressure difference between the heat exchanger 15a and the evaporator 19 .
  • the heat exchanger 15a In each open phase of the directional valve 24, the heat exchanger 15a is charged with warm, tight refrigerant from the compressor 6, and the condensation taking place in the heat exchanger 15a heats the compartment 3. That is, the first operating state is a condenser operating state of the heat exchanger 15a.
  • Refrigerant liquefied in the heat exchanger 15a reaches the evaporator 19 via the expansion valve 16a, where it evaporates again and thus cools the compartment 1.
  • dense refrigerant vapor reaches the condenser 10 and condenses there.
  • the liquid refrigerant obtained in this way is distributed via the valves 13b, 13c to the supply lines 14b, 14c or the heat exchanger 15b and the evaporator 15c, so that evaporation takes place there and the compartments 2, 4 are cooled, ie for the heat exchanger 15b is the first operating state an evaporator operating state.
  • Liquid refrigerant not consumed in the heat exchanger 15b or evaporator 15c reaches the evaporator 19 via one of the expansion valves 16b, 16c and thus contributes to the cooling of the compartment 1.
  • the amount of heating power released in compartment 3 (or its operating temperature) is determined on the one hand by the pulse duty factor of the position of valve 13a open to heat exchanger 15a and on the other hand by the speed of fan 17a; the slower it runs, the slower the condensation, and the less refrigerant vapor can flow into the heat exchanger 15a despite the valve 13a being open, and the more refrigerant vapor must therefore travel via the condenser 10.
  • valves 13a-c which are not only able to shut off their branch 12a-c if necessary, but also to maintain a predetermined pressure difference in the open state.
  • the second operating state in which the open position towards the heat exchanger 15b and the closed position of the directional valve 24 alternate and the valve 13b is closed, so that the compartment 4 is heated and the compartment 3 is cooled, that is, the second operating state an evaporator operating state for the heat exchanger 15a and a condenser operating state for the heat exchanger 15b.
  • the compartments 3, 4 are of different sizes, so a user can make the selection between the first and the second operating state on the basis of the space required by the item to be kept warm.
  • the volume of compartment 3 can be between 150 and 250% of the volume of compartment 4, or vice versa.
  • both compartments 2, 3 are heated, i.e. both heat exchangers 15a, 15b are in the condenser operating state. Since both valves 13a, 13b are closed, no heat exchange takes place via the supply lines 14a, 14b in the internal heat exchanger 23; only the current flowing through the evaporator 15c is available to preheat the extracted refrigerant.
  • the heating power allocated to each compartment 3, 4 can be controlled via the duty cycle of the phases open to the heat exchanger 15a or to the heat exchanger 15b and, if desired, different operating temperatures can be set for the two compartments 3, 4.
  • the directional control valve 24 In a fourth operating state, the directional control valve 24 is permanently in the closed position.
  • the valves 13a, 13b are open, the heat exchangers 15a, 15b are in the evaporator operating state and cool the compartments 3, 4.Coolant on the way to the heat exchangers 15a, 15b passes through the supply lines 14a, 14b and thus also the internal heat exchanger 23.
  • heat losses and condensation of the refrigerant before it reaches the heat exchanger 15a or 15b are avoided when the latter is operating in the condenser operating mode; on the other hand, a high degree of efficiency is achieved in the evaporator operating mode.

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Abstract

Ein Kältegerät, insbesondere Haushaltskältegerät, umfasst einen Verdichter (6), einen Verflüssiger (10), wenigstens einen ersten Verdampfer (19), eine vom ersten Verdampfer (19) zum Verdichter (6) verlaufenden Saugleitung (20), wenigstens einen zwischen Verflüssiger- und Verdampferbetrieb umschaltbaren Wärmeübertrager (15a) und eine Ventilanordnung zum Umschalten des Wärmeübertragers (15a) zwischen einem Verdampferbetriebszustand, in dem ein Einlass des umschaltbaren Wärmeübertragers (15a) über eine erste Drosselstelle mit dem Verflüssiger (10) und ein Auslass des umschaltbaren Wärmeübertragers (15a) mit dem ersten Verdampfer (19) verbunden ist, und einem Verflüssigerbetriebszustand, in dem der Auslass des umschaltbaren Wärmeübertragers (15a) über eine zweite Drosselstelle mit dem Verdampfer (19) verbunden ist. Dem umschaltbaren Wärmeübertrager (15a) ist eine erste Zufuhrleitung (14a) für die Zufuhr von Kältemittel im Verdampferbetriebszustand und eine von der ersten Zufuhrleitung (14a) getrennte zweite Zufuhrleitung (25a) für die Zufuhr von Kältemittel im Verflüssigerbetriebszustand zugeordnet. Nur die erste Zufuhrleitung (14a) ist mit der Saugleitung (20) zu einem internen Wärmetauscher (23) verbunden.

Description

Kältegerät mit heiz- und kühlbaren Fächern
Die folgende Erfindung betrifft ein Kältegerät, insbesondere ein Haushaltskältegerät, mit wenigstens einem Fach, das nach Wahl eines Benutzers auf einer Betriebstemperatur unterhalb oder oberhalb der Umgebungstemperatur gehalten werden kann, um etwa Speisen zu kühlen oder für den baldigen Verzehr warmzuhalten.
Diese Variabilität der Betriebstemperatur wird bei einem bekannten Kältegerät der Anmelderin erreicht, indem in einem Kältemittelkreislauf zwischen einem Auslass eines Verdichters ein Verflüssiger, eine erste steuerbare Drosselstelle, ein Wärmeübertrager des variablen Fachs, eine zweite steuerbare Drosselstelle und ein erster Verdampfer eines gekühlten Fachs in Reihe verbunden sind. Im Kühlbetrieb des variablen Fachs ist der Druckabfall an der ersten steuerbaren Drosselstelle hoch, so dass Kondensation nur im Verflüssiger stattfindet und auch der Wärmeübertrager des variablen Fachs als Verdampfer arbeitet; im Heizbetrieb findet der Druckabfall im Wesentlichen an der zweiten Drosselstelle statt, so dass auch im Wärmeübertrager Kältemittel kondensiert und dabei Wärme freisetzt. Um sicherzustellen, dass ausreichend Wärme den Wärmeübertrager erreicht, ist der Verflüssiger zwangsbelüftet, und die Leistung eines Lüfters des Verflüssigers kann im Vergleich zum Kühlbetrieb reduziert werden, um die Menge des Kältemitteldampfs, die den Wärmeübertrager erreicht, und damit die Heizleistung des Wärmeübertragers zu steuern.
Flüssiges Kältemittel, das während des Heizbetriebs im Verflüssiger anfällt, sollte vom Wärmeübertrager ferngehalten werden; deswegen sieht das herkömmliche Kältegerät stromabwärts vom Verflüssiger eine als Abscheider ausgelegte Verzweigung vor, die das flüssige Kältemittel abtrennt, um es in einem parallel zu dem Wärmeübertrager angeordneten zweiten Verdampfer zu nutzen.
Eine Leitung, die das flüssige Kältemittel dem zweiten Verdampfer zuführt, bildet mit einer Saugleitung, die von einem Auslass des ersten Verdampfers zu einem Einlass des Verdichters führt, einen internen Wärmeübertrager, in dem sich das flüssige Kältemittel in thermischem Kontakt mit dem abgesaugten Kältemitteldampf abkühlt. Wenn infolge von Heizbetrieb des variablen Fachs der Massenstrom des flüssigen Kältemittels zu gering ist, kann der Fall eintreten, dass die Temperatur des flüssigen Kältemittel bei Erreichen des zweiten Verdampfers unter dessen Verdampfungstemperatur liegt und zumindest in einem Teil des zweiten Verdampfers keine Verdampfung stattfindet; außerdem kann die Temperatur des Kältemitteldampfs bei Erreichen des Verdichters noch so niedrig sein, dass Wasserdampf an der Saugleitung kondensiert, was nicht nur die Effizienz der Kälteerzeugung beeinträchtigt, sondern auch zu elektrischen Problemen und Korrosion führen kann.
Es besteht daher Bedarf nach einem Kältegerät mit wenigstens einem in Heiz- oder Kühlbetrieb nutzbaren Fach; bei dem die Betauungsgefahr vermindert und der Wirkungsgrad verbessert sind.
Um diesen Bedarf zu befriedigen, ist vorgesehen, dass an einem Kältegerät, insbesondere Haushaltskältegerät, mit einem Verdichter, einem Verflüssiger, wenigstens einem ersten Verdampfer, einer vom ersten Verdampfer zum Verdichter verlaufenden Saugleitung, wenigstens einem zwischen Verflüssiger- und Verdampferbetrieb umschaltbaren Wärmeübertrager und mit einer Ventilanordnung zum Umschalten des Wärmeübertragers zwischen einem Verdampferbetriebszustand, in dem ein Einlass des umschaltbaren Wärmeübertragers über eine erste Drosselstelle mit dem Verflüssiger und ein Auslass des umschaltbaren Wärmeübertragers mit dem Verdampfer verbunden ist, und einem Verflüssigerbetriebszustand, in dem der Auslass des umschaltbaren Wärmeübertragers über eine zweite Drosselstelle mit dem Verdampfer verbunden ist, dem umschaltbaren Wärmeübertrager eine erste Zufuhrleitung für die Zufuhr von Kältemittel im Verdampferbetriebszustand und eine von der ersten Zufuhrleitung getrennte zweite Zufuhrleitung für die Zufuhr von Kältemittel im Verflüssigerbetriebszustand zugeordnet ist und dass nur die erste Zufuhrleitung mit der Saugleitung zu einem internen Wärmeübertrager verbunden ist.
Eine Vorkühlung des den umschaltbaren Wärmeübertrager erreichenden Kältemittels durch den internen Wärmeübertrager kann so auf den Fall des Verdampferbetriebszustands beschränkt bleiben, während im Fall des Verflüssigerbetriebszustands eine Verflüssigung des Kältemittels vor Erreichen des umschaltbaren Wärmeübertragers ausgeschlossen bleibt. Um den Druckabfall zwischen dem umschaltbaren Wärmeübertrager und dem ersten Verdampfer entsprechend dem Verdampfer- und Verflüssigerbetriebszustand in weitem Umfang variieren zu können, ist als zweite Drosselstelle zwischen beiden vorzugsweise ein gesteuertes Expansionsventil vorgesehen.
Um eine Einbuße an am umschaltbaren Verdampfer nutzbarer Heizleitung durch Wärmeabgabe über den Verflüssiger zu vermeiden, kann der umschaltbare Verdampfer im Verflüssigerbetriebszustand zum Verflüssiger parallel geschaltet sein. So kann Kältemittel dem umschaltbaren Verdampfer unmittelbar nach Verlassen des Verdichters zugeführt werden, ohne dass es Gelegenheit hat, Wärme über den Verflüssiger abzugeben.
Eine Rahmenheizung kann dem Verflüssiger und dem umschaltbaren Wärmeübertrager gemeinsam vorgeschaltet sein, oder sie kann in Reihe mit dem Verflüssiger parallel zum umschaltbaren Wärmeübertrager angeordnet sein.
An der ersten Zufuhrleitung sollte ein Absperrventil vorgesehen sein, um eine Sperrung der ersten Zufuhrleitung im Verflüssigerbetriebszustand zu ermöglichen.
Vorzugsweise umfasst das Kältegerät wenigstens zwei umschaltbare Wärmeübertrager, die unabhängig voneinander zwischen Verdampferbetriebszustand und Verflüssigerbetriebszustand umschaltbar sind. Wenn diese jeweils unterschiedlich großen Fächern des Kältegeräts zugeordnet sind, kann ein Benutzer zwischen diversen Volumina des im Verflüssigerbetriebszustand nutzbaren Bereichs wählen.
Vorzugsweise beträgt das Volumen eines dieser Fächer zwischen 150% und 250% des Volumens des anderen.
Um die Versorgung der umschaltbaren Verdampfer zu steuern, kann die Ventilanordnung ein Wegeventil umfassen, das im Verdampferbetriebszustand geschlossen ist und im Verflüssigerbetriebszustand wenigstens eines der umschaltbaren Wärmeübertrager den Einlass des betreffenden Wärmeübertragers wenigstens zeitweilig mit einem Auslass des Verdichters verbindet. Des weiteren - und vorzugsweise mittels des besagten Wegeventils - kann die Ventilanordnung zwischen einer ersten Offenstellung, in der sie einen Auslass des Verdichters mit dem Einlass des ersten Wärmeübertragers verbindet, und einer zweiten Offenstellung, in der sie den Auslass des Verdichters mit dem Einlass des zweiten Wärmeübertragers verbindet, getaktet umschaltbar sein. Unter getakteter Umschaltung wird hier eine periodische Umschaltung verstanden, wobei die Periode kurz genug ist, um eine Kondensation in beiden umschaltbaren Wärmeübertragern gleichzeitig zu ermöglichen.
Ein zweiter Verdampfer kann dem ersten Verdampfer in Reihe vorgeschaltet und parallel zu dem wenigstens einen umschaltbaren Wärmeübertrager angeschlossen sein, um gleichzeitig mit dem Betrieb des wenigstens einen umschaltbaren Wärmeübertragers im Verflüssigerbetriebszustand noch ein Fach kühlen zu können.
Wenn der erste Verdampfer und der zweite Verdampfer über eine dritte Drosselstelle verbunden sind, kann die Temperatur des zweiten Verdampfers höher eingestellt werden als die des ersten, um die Fächer der beiden Verdampfer auf unterschiedlichen Betriebstemperaturen zu halten. Typischerweise können auf diese Weise ein Normalkühlfach und ein Gefrierfach implementiert werden; andere Kombinationen wie etwa Normalkühl- und Kaltlagerfach oder Kaltlager- und Gefrierfach sind selbstverständlich auch möglich.
Eine Verbindungsleitung zwischen dem ersten Verdampfer und dem zweiten Verdampfer kann mit dem Saugrohr zu einem Abschnitt des internen Wärmeübertragers verbunden sein, insbesondere kann dieser Abschnitt unmittelbar an einen Auslass des ersten Verdampfers anschließen, um eine erste Erwärmung des in der Saugleitung zirkulierenden Kältemitteldampfs zu bewirken, bevor dieser einen zweiten Abschnitt des internen Wärmeübertragers erreicht, in welchem der Wärmeaustausch mit der ersten Zufuhrleitung stattfindet.
Um die Temperaturdifferenz zwischen den Fächern des ersten und des zweiten Verdampfers an den Bedarf anpassen zu können, umfasst auch die dritte Drosselstelle vorzugsweise ein gesteuertes Expansionsventil. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.
Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Kältegeräts.
Das Kältegerät der Fig. 1 umfasst in einem wärmeisolierenden Gehäuse ein kaltes gekühltes Fach 1, typischerweise ein Gefrierfach, ein warmes gekühltes Fach 2, typischerweise ein Normalkühlfach, sowie ein erstes und ein zweites flexibles, d.h. wahlweise kühl- und heizbares Fach 3, 4.
Eine von einem Auslass 5 eines Verdichters 6 ausgehende Kältemittelleitung 7 erreicht über eine Verzweigung 8 zunächst eine Rahmenheizung 9 und einen Verflüssiger 10. Dem Verflüssiger 10 kann zum Steuern seiner Leistung ein Lüfter 26 zugeordnet sein. An einer weiteren Verzweigung 11 stromabwärts vom Verflüssiger 10 gabelt sich die Kältemittelleitung 7 in drei Zweige 12a-c. In jedem Zweig 12a-c folgen aufeinander: ein Ventil 13a-c, eine Zufuhrleitung 14a-c, die als Kapillare ausgebildet sein kann, ein Wärmeübertrager 15a, b bzw. ein Verdampfer 15c und ein gesteuertes Expansionsventil 16a-c. Die Wärmeübertrager 15a, b stehen jeweils in thermischem Kontakt mit einem der Fächer 3, 4, der Verdampfer 15c steht in Kontakt mit dem Fach 2. Es bestehen nicht notwendigerweise strukturelle Unterschiede zwischen dem Verdampfer 15c und den Wärmeübertragern 15a, b; beide können identisch oder lediglich in ihren Abmessungen voneinander verschieden sein. Typischerweise sind die Wärmeübertrager 15a, b und der Verdampfer 15c als Lamellen-Wärmeübertrager von an sich bekannter Bauart ausgeführt, bei denen jeweils eine Vielzahl von untereinander parallelen Lamellen zu einem Block zusammengefasst sind, die Kältemittelleitung 7 in Mäandern die Lamellen kreuzt und Luft in den Zwischenräumen zwischen den Lamellen zirkuliert, und jedem Lamellen- Wärmeübertrager ist ein Lüfter 17a-c zugeordnet, der die Intensität der Luftzirkulation und damit die mit dem jeweils zugeordneten Fach 2, 3 oder 4 ausgetauschte thermische Leistung steuert.
Stromabwärts der Expansionsventile 16a-c vereinigen die drei Zweige 12a-c sich an einem Zusammenfluss 18. Der Zusammenfluss 18 kann stromaufwärts von einem das Fach 1 kühlenden Verdampfer 19 liegen; vorzugsweise befindet er sich im Verdampfer 19 selbst, d.h. der Verdampfer 19 verfügt über je einen Einlass für jeden Zweig 12a-c. Analog zu den Lüftern 17a-c ist auch dem Verdampfer 19 ein Lüfter 27 zugeordnet.
Von einem Auslass des Verdampfers 19 aus verläuft eine Saugleitung 20 zu einem Einlass 21 des Verdichters 6. Die Saugleitung 20 bildet mit einem stromabwärts vom Verdampfer 15c gelegenen Verbindungsleitung 22 des Zweigs 12c sowie mit den Zufuhrleitungen 14a-c einen internen Wärmeübertrager 23, in dem der in der Saugleitung 20 zirkulierende Kältemitteldampf zunächst in thermischem Kontakt mit der Verbindungsleitung 22, anschließend in thermischem Kontakt mit den Zufuhrleitungen 14a-c, erwärmt wird. Zu diesem Zweck können die Verbindungsleitung 22 und die Zufuhrleitungen 14a-c an der Oberfläche der Saugleitung 20 befestigt oder in deren Innerem geführt sein.
An die Verzweigung 8 ist ein Einlass eines Wegeventils 24 angeschlossen. Das Wegeventil 24 hat je einen Auslass, der mit dem Einlass des Wärmeübertragers 15a bzw. 15b über je eine Zufuhrleitung 25a bzw. 25b verbunden ist, und ist zwischen geschlossenen Stellung, einer zum Wärmeübertrager 15a hin offenen Stellung und einer zum Wärmeübertrager 15b hin offenen Stellung umschaltbar.
Mit dem oben beschriebenen Aufbau ist eine Vielzahl an Betriebszuständen realisierbar:
In einem ersten Betriebszustand wechseln die zum Wärmeübertrager 15a hin offene Stellung und die geschlossene Stellung des Wegeventils 24 miteinander ab, das Ventil 13a ist geschlossen, und das Expansionsventil 16a ist gesteuert, um eine hohe Druckdifferenz zwischen dem Wärmeübertrager 15a und dem Verdampfer 19 aufrecht zu erhalten. So wird in jeder offenen Phase des Wegeventils 24 der Wärmeübertrager 15a mit warmem, dichtem Kältemittel aus dem Verdichter 6 beaufschlagt, und die im Wärmeübertrager 15a stattfindende Kondensation beheizt das Fach 3. D.h. der erste Betriebszustand ist ein Verflüssigerbetriebszustand des Wärmeübertragers 15a.
Dabei im Wärmeübertrager 15a verflüssigtes Kältemittel gelangt über das Expansionsventil 16a in den Verdampfer 19, verdampft dort wieder und kühlt so das Fach 1. In jeder Schließphase des Wegeventils 24 gelangt dichter Kältemitteldampf in den Verflüssiger 10 und kondensiert dort. Das so erhaltene flüssige Kältemittel verteilt sich über die Ventile 13b, 13c auf die Zufuhrleitungen 14b, 14c bzw. den Wärmeübertrager 15b und den Verdampfer 15c, so dass dort Verdampfung stattfindet und die Fächer 2, 4 gekühlt werden, d.h. für den Wärmeübertrager 15b ist der erste Betriebszustand ein Verdampferbetriebszustand. Im Wärmeübertrager 15b bzw. Verdampfer 15c nicht verbrauchtes flüssiges Kältemittel erreicht über eines der Expansionsventile 16b, 16c den Verdampfer 19 und trägt so zur Kühlung des Fachs 1 bei.
Die Höhe der im Fach 3 freigesetzten Heizleistung (bzw. seine Betriebstemperatur) ist einerseits durch das Tastverhältnis der zum Wärmeübertrager 15a hin offenen Stellung des Ventils 13a, zum anderen durch die Drehzahl des Lüfters 17a bestimmt; je langsamer dieser läuft, umso langsamer ist die Kondensation, und umso weniger Kältemitteldampf kann trotz offenen Ventils 13a in den Wärmeübertrager 15a nachfließen und umso mehr Kältemitteldampf muss daher den Weg über den Verflüssiger 10 nehmen.
Der Massenstrom über den Verdichter 10 ist daher mit der Zeit veränderlich, und mit ihm auch der Druckabfall auf den Zufuhrleitungen 14b, 14c. Um dennoch den Wärmeübertrager 15b und den Verdampfer 15c auf einem gewünschten Verdampfungsdruck halten zu können, empfiehlt es sich, als Ventile 13a-c gesteuerte Expansionsventile zu verwenden, die nicht nur in der Lage sind, ihren Zweig 12a-c bei Bedarf abzusperren, sondern auch, in offenem Zustand eine vorgegebene Druckdifferenz aufrechtzuerhalten.
Denkbar ist aber auch, mit dem veränderlichen Massenstrom einhergehende Schwankungen des Verdampfungsdrucks in Wärmeübertrager 15b und Verdampfer 15c zu tolerieren und eine Betriebstemperatur der Fächer 2, 4 konstant zu halten, indem die Drehzahl der Lüfter 17b, c bei sinkender Verdampfungstemperatur reduziert bzw. bei steigender Verdampfungstemperatur erhöht wird.
So können im ersten Betriebszustand unterschiedliche Betriebstemperaturen unterhalb der Umgebungstemperatur in den Fächern 1, 2, 4 aufrechterhalten werden, wobei die Betriebstemperatur des Fachs 2 höher oder niedriger als die des Fachs 4 sein kann. Sowohl das dem Verdampfer 15c zufließende als auch das von dort abfließende Kältemittel durchlaufen den internen Wärmetauscher 23; desgleichen das Kältemittel auf dem Weg zum Wärmeübertrager 15b, so dass sämtliches Kältemittel, dessen Wärme nicht zum Heizen eines Fachs benötigt wird, den internen Wärmetauscher 23 durchläuft.
Analoges gilt für einen zweiten Betriebszustand, in welchem die zum Wärmeübertrager 15b hin offene Stellung und die geschlossene Stellung des Wegeventils 24 miteinander abwechseln und das Ventil 13b geschlossen ist, so dass das Fach 4 beheizt und das Fach 3 gekühlt wird, d.h. der zweite Betriebszustand ist ein Verdampferbetriebszustand für den Wärmeübertrager 15a und ein Verflüssigerbetriebszustand für den Wärmeübertrager 15b.
Die Fächer 3, 4 sind unterschiedlich groß, so kann ein Benutzer die Auswahl zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebszustand anhand des Platzbedarfs des warmzuhaltenden Guts treffen. Z.B. kann das Volumen des Fachs 3 zwischen 150 und 250% des Volumens des Fachs 4 betragen, oder umgekehrt.
In einem dritten Betriebszustand wechseln die zum Wärmeübertrager 15a hin offene Stellung, die zum Wärmeübertrager 15b hin offene Stellung und die geschlossene Stellung des Wegeventils 24 miteinander ab. Beide Fächer 2, 3 werden beheizt, d.h. beide Wärmeübertrager 15a, 15b befinden sich im Verflüssigerbetriebszustand. Da beide Ventile 13a, 13b geschlossen sind, findet über die Zufuhrleitungen 14a, 14b im internen Wärmetauscher 23 kein Wärmeaustausch statt; zum Vorwärmen des abgesaugten Kältemittels steht nur der über den Verdampfer 15c laufende Strom zur Verfügung. Über die Tastverhältnisse der zum Wärmeübertrager 15a bzw. zum Wärmeübertrager 15b offenen Phasen kann die auf jedes Fach 3, 4 entfallende Heizleistung gesteuert und können wenn gewünscht unterschiedliche Betriebstemperaturen für die beiden Fächer 3, 4 eingestellt werden.
In einem vierten Betriebszustand befindet sich das Wegeventil 24 dauerhaft in der geschlossenen Stellung. Die Ventile 13a, 13b sind offen, die Wärmeübertrager 15a, 15b befinden sich im Verdampferbetriebszustand und kühlen die Fächer 3, 4. Kältemittel auf dem Weg zu den Wärmeübertragern 15a, 15b durchläuft die Zufuhrleitungen 14a, 14b und damit auch den internen Wärmetauscher 23. So werden einerseits Wärmeverluste und Kondensation des Kältemittels vor Erreichen des Wärmeübertragers 15a oder 15b vermieden, wenn dieser im Verflüssigerbetriebsmodus arbeitet; andererseits wird im Verdampferbetriebsmodus ein hoher Wirkungsgrad erreicht.
BEZUGSZEICHEN
Fach
2 Fach
3 Fach
4 Fach
5 Auslass
6 Verdichter
7 Kältemittelleitung
8 Verzweigung
9 Rahmenheizung
10 Verflüssiger
11 Verzweigung
12a-c Zweig
13a-c Ventil
14a-c Zufuhrleitung
15 a-c Wärmeübertrager/Wärmeübertrager/Verdampfer 16a-c Expansionsventil
17 a-c Lüfter
18 Zusammenfluss
19 Verdampfer
20 Saugleitung
21 Einlass
22 Verbindungsleitung
23 Interner Wärmetauscher
24 Wegeventil
25 a-c Zufuhrleitung
26 Lüfter

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Kältegerät, insbesondere Haushaltskältegerät, mit einem Verdichter (6), einem Verflüssiger (10), wenigstens einem ersten Verdampfer (19), einer vom ersten Verdampfer (19) zum Verdichter (6) verlaufenden Saugleitung (20), wenigstens einem zwischen Verflüssiger- und Verdampferbetrieb umschaltbaren Wärmeübertrager (15a) und mit einer Ventilanordnung zum Umschalten des Wärmeübertragers (15a) zwischen einem Verdampferbetriebszustand, in dem ein Einlass des umschaltbaren Wärmeübertragers (15a) über eine erste Drosselstelle mit dem Verflüssiger (10) und ein Auslass des umschaltbaren Wärmeübertragers (15a) mit dem ersten Verdampfer (19) verbunden ist, und einem Verflüssigerbetriebszustand, in dem der Auslass des umschaltbaren Wärmeübertragers (15a) über eine zweite Drosselstelle mit dem Verdampfer (19) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem umschaltbaren Wärmeübertrager (15a) eine erste Zufuhrleitung (14a) für die Zufuhr von Kältemittel im Verdampferbetriebszustand und eine von der ersten Zufuhrleitung (14a) getrennte zweite Zufuhrleitung (25a) für die Zufuhr von Kältemittel im Verflüssigerbetriebszustand zugeordnet ist und dass nur die erste Zufuhrleitung (14a) mit der Saugleitung (20) zu einem internen Wärmetauscher (23) verbunden ist.
2. Kältegerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Drosselstelle ein gesteuertes Expansionsventil (16a) umfasst.
3. Kältegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der umschaltbare Wärmeübertrager (15a) im Verflüssigerbetriebszustand zum Verflüssiger (10) parallel geschaltet ist.
4. Kältegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung ein absperrbares Ventil (13a) an der ersten Zufuhrleitung (14a) umfasst.
5. Kältegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei umschaltbare Wärmeübertrager (15a, 15b) umfasst, die unabhängig voneinander zwischen Verdampferbetriebszustand und Verflüssigerbetriebszustand umschaltbar sind.
6. Kältegerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei umschaltbaren Wärmeübertrager (15a, 15b) angeordnet sind, um ein erstes und ein zweites Fach (3, 4) zu heizen oder zu kühlen, und dass das Volumen des ersten Fachs(3) zwischen 150% und 250% des Volumens des zweiten Fachs (4) beträgt.
7. Kältegerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung ein Wegeventil (24) umfasst, das im Verdampferbetriebszustand geschlossen ist und im Verflüssigerbetriebszustand wenigstens eines der umschaltbaren Wärmeübertrager (15a, 15b) den Einlass des betreffenden Wärmeübertragers (15a, 15b) wenigstens zeitweilig mit einem Auslass (5) des Verdichters (6) verbindet.
8. Kältegerät nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung zwischen einer ersten Offenstellung, in der sie einen Auslass (5) des Verdichters (6) mit dem Einlass des ersten Wärmeübertragers (15a) verbindet, und einer zweiten Offenstellung, in der sie den Auslass (5) des Verdichters (6) mit dem Einlass des zweiten Wärmeübertragers (15b) verbindet, getaktet umschaltbar ist.
9. Kältegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Verdampfer (15c) dem ersten Verdampfer (19) in Reihe vorgeschaltet und parallel zu dem wenigstens einen umschaltbaren Wärmeübertrager (15a, b) angeschlossen ist.
10. Kältegerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verdampfer (19) und der zweite Verdampfer(15c) über eine dritte Drosselstelle verbunden sind.
11. Kältegerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Drosselstelle ein gesteuertes Expansionsventil (16c) umfasst.
12. Kältegerät nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindungsleitung (22) zwischen dem ersten Verdampfer (19) und dem zweiten Verdampfer (15c) mit dem Saugrohr (20) zu einem Abschnitt des internen Wärmetauschers (23) verbunden ist.
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