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EP2126482A2 - Kühlmöbel mit wenigstens zwei thermisch voneinander getrennten fächern - Google Patents

Kühlmöbel mit wenigstens zwei thermisch voneinander getrennten fächern

Info

Publication number
EP2126482A2
EP2126482A2 EP07847278A EP07847278A EP2126482A2 EP 2126482 A2 EP2126482 A2 EP 2126482A2 EP 07847278 A EP07847278 A EP 07847278A EP 07847278 A EP07847278 A EP 07847278A EP 2126482 A2 EP2126482 A2 EP 2126482A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
expansion valve
refrigerant
compartments
evaporator
refrigeration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP07847278A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2126482B1 (de
Inventor
Peter Bauer
Matthias Mrzyglod
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Priority to EP11190861A priority Critical patent/EP2426434A1/de
Publication of EP2126482A2 publication Critical patent/EP2126482A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2126482B1 publication Critical patent/EP2126482B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B5/00—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity
    • F25B5/04—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity arranged in series
    • 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
    • F25B41/37—Capillary tubes
    • 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
    • F25B41/385—Dispositions with two or more expansion means arranged in parallel 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
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    • 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
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    • F25B2341/06—Details of flow restrictors or expansion valves
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    • F25D2700/12—Sensors measuring the inside temperature
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    • F25D2700/12—Sensors measuring the inside temperature
    • F25D2700/122—Sensors measuring the inside temperature of freezer compartments

Definitions

  • the invention relates to a refrigerator with at least two thermally separated compartments, the evaporator are together with a compressor and a condenser in a refrigeration circuit and are acted upon by the compressor at a signaling of a refrigeration demand in the subjects with liquid refrigerant, wherein the contribution to refrigeration refrigerant amount is controllable. Furthermore, the invention relates to a method suitable for operating this refrigerated appliance.
  • a reservoir for temporary storage of liquid refrigerant is provided in the refrigerant circuit in front of a branch leading to the evaporators. From this it is possible to introduce additional refrigerant into the refrigerant circuit in a targeted manner by heating the reservoir in the event of an increased demand for refrigerant, in particular during simultaneous operation of both evaporators.
  • the refrigerant to be introduced into the evaporator is withdrawn from the condenser in accordance with its need for one or at the same time at several removal points.
  • variable amount of refrigerant energy-consuming storage means or inefficiently used condenser can be used.
  • the parallel arrangement of several evaporators due to the dual design of the injection system (valve, throttle capillary, injection point) leads to significant additional costs compared to single circuits.
  • the object of the invention is to find a cost-effective refrigerated cabinets with at least two thermally separated compartments and a suitable method for operating this cabinet in which a subject-specific temperature control using only a single common refrigeration cycle and given a uniform, modular production of the evaporator components is possible ,
  • each of these compartments is associated with an evaporator.
  • an expansion valve and these evaporators are connected in series in a refrigerant circuit.
  • at least two states with different non-vanishing flow coefficients can be set on the expansion valve.
  • the invention is thus based on a targeted change in the flow coefficient of an expansion valve in the refrigerant circuit of a refrigerated cabinet.
  • the refrigerant flow through the evaporator of the refrigerator can be changed specifically.
  • this causes a change in the ratio of liquid to gaseous refrigerant in the individual evaporators, and thus a change in the cooling capacity available in the evaporators.
  • the dimensions of the individual evaporators no longer exist, as was previously the case with refrigerated cabinets connected in series Evaporators usual, is determined by the expected ratio of the cooling capacities required in the individual subjects.
  • the evaporators can therefore be sized large in terms of optimum energy efficiency.
  • the evaporator of the cabinet by the invention can be independent of the refrigeration demand in the individual subjects free / dimension, opens up the potential profitable Mehrzonenkühl conjug produce whose components (especially evaporator) can be used uniformly (modular) in large quantities and In this case, the advantages of known from the prior art cooling furniture opens in terms of energy efficiency and controllability of the subjects.
  • the expansion valve In order to enable a targeted control or regulation of the refrigerant flow through the evaporator, it is conceivable on the one hand to design the expansion valve such that its flow coefficient is infinitely adjustable. On the other hand, it is also very possible to carry out the expansion valve with switchable discrete flow coefficients. Such a discrete switchability is particularly useful in embodiments of refrigerated furniture, which have a few thermally separated compartments.
  • thermoly separated compartments of the refrigerator temperature sensor are connected to an evaluation circuit for signaling a refrigeration demand in the individual compartments, this evaluation circuit forming part of a temperature control. If this Temperature control is signaled by one of the temperature sensor in at least one of the compartments of the refrigerator furniture a refrigeration demand, is set by the flow coefficient of the expansion valve so that the refrigerant flowing through it is preferably evaporated in the compartment in which the refrigeration demand was detected.
  • Fig. 1 is a refrigerated cabinet with an expansion valve according to the present invention
  • Fig. 2 possible embodiments of a usable in the refrigerator, three-stage switchable expansion valve.
  • FIG. 1 a refrigeration cabinet with only two compartments was used to simplify the illustration.
  • the invention is not limited to such an embodiment, but can be transferred by expert action thereof on cooling furniture with any number of subjects.
  • Fig. 1 shows a cooling cabinet 20, which has two compartments 21, 21 ', which are to be regulated to different temperatures. Each of the compartments 21, 21 'is associated with an evaporator 2, 2'. These evaporators 2, 2 'lie in a refrigerant circuit 1 through which refrigerant flows in series behind a compressor 3, a condenser 4 and an expansion valve 5.
  • Each of the compartments 21, 21 ' is associated with a temperature sensor 12, 12'.
  • These temperature sensors 12, 12 ' are connected to an evaluation circuit 1 1 for signaling a refrigeration demand, which forms part of a temperature control 10.
  • the temperature control 10 turns on a control line 14, the compressor 3 when in one of the subjects refrigeration demand is detected, and off again when no more refrigeration demand is detected.
  • the temperature control 10 controls in the signaling of a refrigeration demand in at least one compartment 12, 12 'via a control line 13, the expansion valve 5 to set depending on the detected refrigeration demand whose flow coefficient.
  • the temperature control 10 at the expansion valve 5 will enter one of two discrete non-zero values of the flow coefficient, namely a low refrigeration requirement in the compartment 21' and a high value Refrigeration demand in compartment 21.
  • the passage coefficient of the expansion valve 5 is set small by the temperature control 10, more refrigerant is sucked through the compressor 3 from the evaporators 2, 2 ', as is introduced via the expansion valve 5 in the evaporator 2, 2'.
  • the pressure in the evaporators is low, the evaporation temperature accordingly low. In this way, the refrigerant evaporates only in the vicinity of its exit point from the expansion valve 5, in the evaporator 2 ', and essentially only the compartment 21' is cooled.
  • the passage coefficient of the expansion valve 5 is made large by the temperature control 10. Because of the Compressor 3 less refrigerant is sucked, as is introduced via the expansion valve 5 in the evaporator 2, 2 ', the pressure in the evaporator and, accordingly, the boiling point of the refrigerant increases. If it is higher than the temperature of the compartment 21 ', the refrigerant passes through the evaporator 2' without evaporating, and first evaporates in the evaporator 2 of the warmer compartment 21. In this way, substantially only the compartment 21 'is cooled.
  • a mean transmission coefficient can be selected if there is a simultaneous need for refrigeration in both compartments 21, 21 '. Then in each case a part of the refrigerant evaporates in the evaporator 21 'and the rest in the evaporator 21st
  • the same average transmission coefficient can be selected if the compartment 21 'has an unusually high refrigeration demand, for example during rapid freezing of newly stored refrigerated goods.
  • a refrigerator has three or more fans cooled by series-connected evaporators, and an expansion valve upstream of the evaporators in a refrigerant circuit is switchable between at least as many values of the transmission coefficient as there are compartments.
  • the values are each chosen such that, when one of these values is set, the evaporation of the refrigerant takes place predominantly in an evaporator assigned to this value.
  • the value of the passage coefficient assigned to an evaporator is the higher the further downstream the associated evaporator lies in the refrigerant circuit.
  • an expansion valve with continuously variable transmission coefficient can be used. Particularly simple and sufficient for most applications are expansion valves where only a small number of discrete values of the transmission coefficient are adjustable.
  • FIG. 2 In the case of the refrigerated cabinet 20 outlined in FIG. 1, which only has two compartments 21, 21 'to be cooled, it is sufficient if two different non-vanishing transmission coefficients of the expansion valve 5 are adjustable. In this way, a very cost-effective temperature control can be realized profitably.
  • Fig. 2 three possible embodiments of this suitable expansion valve 5 are shown. All embodiments are the same splitting (for example by means of T-piece) of the main line 31 of the refrigerant circuit at the entrance to the expansion valve 5 in two parallel conduit paths. After this splitting, these two conduction paths are fed to a blocking member 30. This locking member 30, z. B.
  • a directional control valve has a first switching stage, in which both conduction paths are shut off, a second switching stage, in which one of the two conduction paths open and the other is shut off, and a third switching stage, in which the other conduction path is open, wherein the a conduction path in this third switching stage may be open or disabled.
  • a capillary tube 34 At the exit of the locking member 30 is a capillary tube 34, which opens in a conventional manner directly into the evaporator 21 '.
  • the above-mentioned parallel-guided line paths comprise capillary tubes 32, 33 of different lengths and the same cross-section, which are connected upstream of the inputs of the blocking element 30.
  • the refrigerant flows through the capillary tube 32, the capillary tube 33 or through both parallel, resulting in each case different flow coefficients of the expansion valve 5.
  • a capillary tube 52 is provided on only one of the two line branches; the other leg 53 does not have a substantial one due to its short length or large cross-section
  • Line branch 53 this corresponds to a direct switching of the main line 31 to the capillary located at the output of the locking member 30 capillary 34.
  • the line branch 53 thus forms a bypass around the capillary tube 52nd
  • a multi-stage controllable expansion valve is not limited to the embodiments shown in FIG. 2.
  • Capillary tubes can be used in screens in an otherwise spacious refrigerant line.
  • More than two non-zero values of the flow coefficient can be realized by providing a four-position directional control valve corresponding to the four possible combinations of "open” and “locked” of the two branches, or by making the main line 31 in the expansion valve 5 more than two parallel, individually switchable line branches is split.

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Description

Kühlmöbel mit wenigstens zwei thermisch voneinander getrennten Fächern
Die Erfindung betrifft ein Kühlmöbel mit wenigstens zwei thermisch voneinander getrennten Fächern, deren Verdampfer zusammen mit einem Verdichter und einem Verflüssiger in einem Kältekreis liegen und von dem Verdichter bei einer Signalisierung eines Kältebedarfs in den Fächern mit flüssigem Kältemittel beaufschlagt werden, wobei die zur Kälteerzeugung beitragende Kältemenge steuerbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein zum Betrieb dieses Kühlmöbels geeignetes Verfahren.
Zur Regelung unterschiedlicher Fächer eines Kühlmöbels auf unterschiedliche Temperaturniveaus sind unterschiedlichste Ausgestaltungen von Kühlmöbeln bekannt.
So wird beispielsweise in der deutschen Auslegeschrift DE 23 50 998 ein Kühlmöbel mit Einfachkreislauf beschrieben, welches kostengünstig mit lediglich einer einzigen Eintrittstelle für das Kältemittel in die Verdampfer ausgestaltet ist. Hierbei sind einem Tiefkühlfach und einem Normalkühlfach jeweils Verdampfer zugeordnet, welche im Kältekreislauf hintereinander geschaltet sind. Diese Hintereinanderschaltung der Verdampfer hat jedoch den Nachteil, dass die Dimensionierung der einzelnen Verdampfer entsprechend des in den einzelnen Fächern bestehenden Kältebedarfs, beziehungsweise den dort gegebenen Temperaturanforderungen, erfolgen muss. Folglich lassen sich die Verdampfer in ihrer Gestaltung nicht hinsichtlich einer erwünschten Energieeffizienz optimieren, da hierzu die Verdampfer möglichst großflächig ausgelegt werden müssten. Auch ist es von besonderem Nachteil, dass sich die Temperatur der einzelnen Fächer nicht unabhängig voneinander einstellen lässt, da bei derartigen Kühlmöbeln bei benötigter Kühlung in einem im Kälte mitte Istrom abwärtsliegenden Fach gleichzeitig auch eine Kühlung in den bezüglich dieses Fachs stromaufwärts liegenden Fächern erfolgt.
Um bei Kühlmöbeln mit mehreren Kühlfächern diese möglichst unabhängig voneinander kühlen zu können, wird vorgeschlagen, den einzelnen Kühlfächern individuell ansteuer- bare Kühlkreisläufe zuzuordnen. Derartige Kühlmöbel werden beispielsweise in den deutschen Offenlegungsschriften DE 35 08 805 A1 oder DE 40 20 537 A1 beschrieben. Dabei sind die den einzelnen Kühlfächern zugeordneten Verdampfer in einem Kältemittelkreis miteinander parallelgeschaltet. Die Eintrittstellen des Kältemittels in diese Verdampfer weisen absperrbare Drosselventile auf. Diese Drosselventile werden von einer Temperaturregelung individuell angesteuert und hierdurch dann geöffnet, wenn in dem jeweiligen Kühlfach ein Kältebedarf festgestellt wird. Bei dem in der DE 35 08 805 A1 beschriebenen Kühlmöbel ist im Kältemittelkreis vor einer zu den Verdampfern führenden Verzweigung ein Reservoir zur Zwischenspeicherung von flüssigem Kältemittel vorgesehen. Hieraus kann bei erhöhtem Kältemittelbedarf, insbesondere bei gleichzeitigem Betrieb beider Verdampfer, gezielt durch Beheizung des Reservoirs zusätzliches Kältemittel in den Kältemittelkreis eingebracht werden. Bei dem in der DE 40 20 537 A1 beschriebenen Kühlmöbel wird das in die Verdampfer einzubringende Kältemittel entsprechend dessen Bedarf an einer bzw. gleichzeitig an mehreren Entnahmestellen dem Verflüssiger entzogen. Nachteilig wirkt sich bei diesem Stand der Technik aus, dass zum Zweck der Steuerung der aus der Zu- bzw. Abschaltung der einzelnen Verdampfer resultierenden, variablen Menge an Kältemittel energieverbrauchende Speichermittel oder aber ineffizient genutzte Verflüssiger verwendet werden. Auch führt die parallele Anordnung von mehreren Verdampfern auf Grund der zweifachen Auslegung des Einspritzsystems (Ventil, Drosselkapillare, Einspritzstelle) zu deutlichen Mehrkosten gegenüber Einfachkreisläufen.
Ein Einfachkreislauf, der gegenüber den obigen Systemen kostengünstig und energieeffizient realisierbar ist und trotzdem die einzelnen Kühlfächer des Kühlmöbels weitgehend individuell in ihrer Temperatur regelbar gestaltet, wird in der deutschen Offenlegungsschrift DE 44 33 712 A1 beschrieben. Hierbei liegen im dem Kältekreislauf mehrere Verdampfer in Reihe, welchen entlang der Strömungsrichtung des Kältemittels einem Gefrierfach, einem Kaltlagerfach und einem Normalkühlfach zugeordnet sind. Um die einzelnen Fächer des Kühlmöbels individuell zu kühlen, wird die Menge der in die Kette von Verdampfern eingebrachten Kältemenge gezielt gesteuert. Dann, wenn nur der an erster Stelle hinter dem Verflüssiger liegende Verdampfer des Gefrierfachs gekühlt werden soll, wird dem Kühlkreislauf Kältemittel entzogen und in einem Reservoir zwischengespeichert. Dies führt in der Verdampferkette zu einer Verarmung an Kältemittel, so dass in dem nachgeordneten Verdampfer des Normalkühlfachs keine Kühlung mehr erfolgt. Soll aber nun dieses Normalkühlfach gekühlt werden, so wird der vom Verflüssiger kommende Kältemittelstrom durch Umlenkung des Kühlkreislaufes durch das Reservoir geführt, so dass hierdurch aus diesem eine erhöhte Menge von Kältemittel in die Verdampfer einfließt. Durch diesen mittels eines Magnetventils gesteuerten Umlenkmechanismus im Kältekreislauf kann mit minimalem Energieaufwand die Menge an zur Verfügung stehendem Kältemittel gesteuert werden und im gleichen Zuge der Verflüssiger auch bei geringem Bedarf an Kältemittel dieses ungehindert zur Einlagerung im Reservoir erzeugen und Zwischenspeichern. Auch hier führt die geschaltete Kältemittelleitung durch das Reservoir bzw. an diesem vorbei zu erhöhten Mehrkosten bei der Fertigung des Kühlmöbels.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein kostengünstiges Kühlmöbel mit wenigstens zwei thermisch voneinander getrennten Fächern sowie ein zum Betrieb dieses Kühlmöbels geeignetes Verfahren zu finden, bei welchem eine fachspezifische Temperaturregelung unter Verwendung nur eines einzigen gemeinsamen Kältekreislaufs gegeben und eine einheitliche, modulare Fertigung der Verdampferkomponenten ermöglicht ist.
Die Aufgabe wird durch ein Kühlmöbel und ein zum Betrieb dieses Kühlmöbels geeignetes Verfahren mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung werden durch die Unteransprüche beschrieben.
Bei dem Kühlmöbel mit wenigstens zwei thermisch voneinander getrennten Fächern ist jedem dieser Fächer ein Verdampfer zugeordnet. Hierbei sind ein Expansionsventil und diese Verdampfer in einem Kältemittelkreis hintereinander geschaltet. In erfinderischer Weise sind hierbei an dem Expansionsventil wenigstens zwei Zustände mit unterschiedlichen nichtverschwindenden Durchflusskoeffizienten einstellbar.
Die Erfindung beruht somit auf einer gezielten Veränderung des Durchflusskoeffizienten eines Expansionsventils im Kältemittelkreis eines Kühlmöbels. Hiermit lässt sich der Kältemittelstrom durch die Verdampfer des Kühlmöbels gezielt verändern. In einem Kühlmöbel mit Einfachkreislauf bewirkt dies eine Veränderung des Verhältnisses von flüssigem zu gasförmigem Kältemittel in den einzelnen Verdampfern und somit eine Veränderung der in den Verdampfern verfügbaren Kühlleistung.
Aus der so erreichten Variabilität der Kühlleistung ergibt sich, dass die Abmessungen der einzelnen Verdampfer nicht mehr, wie bisher bei Kühlmöbeln mit in Reihe verbundenen Verdampfern üblich, durch das erwartete Verhältnis der in den einzelnen Fächern benötigten Kühlleistungen bestimmt ist. Die Verdampfer können daher im Hinblick auf optimale Energieeffizienz großformatig bemessen werden.
Die Vorteile der Erfindung kommen insbesondere bei Mehrzonenkühlgeräten zum Tragen, bei denen einzelnen Fächer wie etwa Gefrierfach, Normalkühlfach, Kellerfach und/oder O°-Fach individuell versorgt und aktiv geregelt werden sollen.
Da sich die Verdampfer des Kühlmöbels durch die Erfindung unabhängig vom Kältebedarf in den einzelnen Fächern frei gestalten/dimensionieren lassen, eröffnet sich gewinn- bringend das Potential, Mehrzonenkühlmöbel herzustellen, deren Komponenten (insbesondere Verdampfer) einheitlich (modular) in großer Stückzahl verwendet werden können und hierbei die Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Kühlmöbel hinsichtlich Energieeffizienz und Regelbarkeit der Fächer eröffnet.
Es ist bei der Fertigung der Verdampfer für die einzelnen Kühlfächer des Kühlmöbels dabei nicht notwendig, diese als einzelne, individuelle Komponenten zu fertigen und zur Montage am Kühlmöbel zur Verfügung zu stellen. Es ist vielmehr besonders vorteilhaft, die einzelnen Verdampfer auf einem gemeinsamen Träger auszubilden und so ein schnell und kostengünstig verbaubares Verdampfermodul zu schaffen.
Um eine gezielte Steuerung bzw. Regelung des Kältemittelflusses durch die Verdampfer zu ermöglichen, ist es zum einen denkbar das Expansionsventil so auszugestalten, dass sein Durchflusskoeffizient stufenlos einstellbar ist. Zum anderen ist es sehr wohl auch möglich, das Expansionsventil mit umschaltbaren diskreten Durchflusskoeffizienten auszuführen. Eine derartig diskrete Umschaltbarkeit bietet sich insbesondere bei Ausgestaltungen von Kühlmöbeln an, welche wenige thermisch voneinander getrennte Fächer aufweisen.
Um die Temperatur in dem Kühlmöbel besonders vorteilhaft regeln zu können, ist es möglich, den thermisch voneinander getrennten Fächern des Kühlmöbels Temperaturfühler zuzuordnen. Dabei stehen diese Temperaturfühler mit einer Auswerteschaltung zur Signalisierung eines Kältebedarfs in den einzelnen Fächern in Verbindung, wobei diese Auswerteschaltung einen Teil einer Temperaturregelung bildet. Wenn dieser Temperaturregelung über einen der Temperaturfühler in wenigstens einem der Fächer des Kühlmöbels ein Kältebedarf signalisiert wird, wird durch diese der Durchflusskoeffizient des Expansionsventils so eingestellt, dass das hindurchströmende Kältemittel bevorzugt in demjenigen Fach verdampft, in dem der Kältebedarf erfasst wurde.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
Fig. 1 ein Kühlmöbel mit einem Expansionsventil gemäß der vorliegenden
Erfindung,
Fig. 2 mögliche Ausgestaltungen eines in dem Kühlmöbel einsetzbaren, dreistufig schaltbaren Expansionsventils.
Bei dem in der Fig.1 beispielhaft aufgezeigten Ausführungsbeispiel wurde zur Vereinfachung der Darstellung ein Kühlmöbel mit nur zwei Fächern herangezogen. Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf eine derartige Ausgestaltungsform, sondern lässt sich durch fachmännisches Handeln hiervon ausgehend auf Kühlmöbel mit einer beliebigen Anzahl Fächern übertragen.
Die Fig. 1 zeigt ein Kühlmöbel 20, welches zwei Fächer 21 , 21 ' aufweist, welche auf unterschiedliche Temperatur zu regeln sind. Jedem der Fächer 21 , 21 ' ist ein Verdampfer 2, 2' zugeordnet. Diese Verdampfer 2, 2' liegen in einem von Kältemittel durchströmten Kältemittelkreis 1 in Reihe hinter einem Verdichter 3, einem Verflüssiger 4 und einem Expansionsventil 5.
Jedem der Fächer 21 , 21 ' ist ein Temperaturfühler 12, 12' zugeordnet. Diese Temperaturfühler 12, 12' stehen mit einer Auswerteschaltung 1 1 zur Signalisierung eines Kältebedarfs in Verbindung, welche einen Teil einer Temperaturregelung 10 bildet. In an sich bekannter Weise schaltet die Temperaturregelung 10 über eine Steuerleitung 14 den Verdichter 3 ein, wenn in einem der Fächer Kältebedarf erfasst wird, und wieder aus, wenn kein Kältebedarf mehr erfasst wird. Zusätzlich steuert die Temperaturregelung 10 bei der Signalisierung eines Kältebedarfs in wenigstens einem Fach 12, 12' über eine Steuerleitung 13 das Expansionsventil 5 an, um in Abhängigkeit vom erfassten Kältebedarf dessen Durchflusskoeffizienten einzustellen.
Solange in keinem der Fächer 21 , 21 ' ein Kältebedarf besteht und folglich der Verdichter 3 ausgeschaltet ist, wird das Expansionsventil s durch die Temperaturregelung 10 geschlossen gehalten. Durch die hierdurch bewirkte Verhinderung des Druckausgleichs zwischen Verflüssiger 4 und Verdampfer 5 während der Standzeit des Verdichters 3 lässt sich je nach Auslegung des Kältemittelkreises eine Energieersparnis von rund 3%-10% erzielen.
Um bei großem Kältebedarf kurzfristig eine größere Menge flüssiges Kältemittel in die Verdampfer 2, 2' einbringen zu können, ist es von Vorteil, in den Kältekreis 1 ein dem Verflüssiger 4 nachgeordnetes Reservoir 6 einzubringen, das der Aufnahme von flüssigem Kältemittel dient. Hieraus kann bei Bedarf, beispielweise durch Erwärmung des Reservoirs 6, kurzfristig zusätzliches Kältemittel in den Kühlkreislauf eingebracht werden.
Wenn in einem der Fächer 21 , 21 ' Kältebedarf erfasst wird, stellt einer einfachen Ausgestaltung zufolge die Temperaturregelung 10 am Expansionsventil 5 einen von zwei diskreten nichtverschwindenden Werten des Durchflusskoeffizienten ein, und zwar einen niedrigen Wert bei Kältebedarf im Fach 21 ' und einen hohen Wert bei Kältebedarf im Fach 21.
Wenn der Durchlasskoeffizient des Expansionsventils 5 durch die Temperaturregelung 10 klein eingestellt ist, wird durch den Verdichter 3 aus den Verdampfern 2, 2' mehr Kälte- mittel abgesaugt, als über das Expansionsventil 5 in die Verdampfer 2, 2' eingebracht wird. Der Druck in den Verdampfern ist niedrig, die Verdampfungstemperatur dementsprechend tief. Auf diese Weise verdampft das Kältemittel nur in der Nähe seiner Austrittstelle aus dem Expansionsventil 5, im Verdampfer 2', und es wird im Wesentlichen nur das Fach 21 ' gekühlt.
Wenn der Kältebedarf in dem von dem Expansionsventil 5 entlang des Strömungsweges des Kältemittels weiter entfernten Verdampfer 2 besteht, wird der Durchlasskoeffizient des Expansionsventils 5 durch die Temperaturregelung 10 groß gewählt. Da durch den Verdichter 3 weniger Kältemittel abgesaugt wird, als über das Expansionsventil 5 in die Verdampfer 2, 2' eingebracht wird, steigt der Druck in den Verdampfern und dementsprechend auch der Siedepunkt des Kältemittels. Wenn er höher ist als die Temperatur des Fachs 21 ', durchläuft das Kältemittel den Verdampfer 2', ohne zu verdampfen, und verdampft erst im Verdampfer 2 des wärmeren Fachs 21. Auf diese Weise wird im Wesentlichen nur das Fach 21 ' gekühlt.
Ein mittlerer Durchlasskoeffizient kann gewählt werden, wenn in beiden Fächern 21 , 21 ' gleichzeitig Kältebedarf besteht. Dann verdampft jeweils ein Teil des Kältemittels im Verdampfer 21 ' und der Rest im Verdampfer 21.
Derselbe mittlere Durchlasskoeffizient kann gewählt werden, wenn das Fach 21 ' einen ungewöhnlich hohen Kältebedarf hat, etwa beim Schnellfrosten von neu eingelagertem Kühlgut.
Einer nicht gezeichneten Ausgestaltung zufolge hat ein Kühlmöbel drei oder mehr durch in Reihe verbundene Verdampfer gekühlte Fächer, und ein den Verdampfern in einem Kältemittelkreis vorgelagertes Expansionsventil ist zwischen wenigstens so vielen Werten des Durchlasskoeffizienten umschaltbar, wie Fächer vorhanden sind. Die Werte sind jeweils so gewählt, dass bei Einstellung eines dieser Werte die Verdampfung des Kältemittels überwiegend in einem diesem Wert zugeordneten Verdampfer stattfindet. Der einem Verdampfer zugeordnete Wert des Durchlasskoeffizienten ist um so höher, je weiter stromabwärts der zugeordnete Verdampfer im Kältemittelkreis liegt.
Um die benötigten verschiedenen Werte des Durchlasskoeffizienten einzustellen, kann ein Expansionsventil mit stufenlos steuerbarem Durchlasskoeffizienten verwendet werden. Besonders einfach und für die meisten Anwendungen ausreichend sind Expansionsventile, bei denen nur eine kleine Zahl von diskreten Werten des Durchlasskoeffizienten einstellbar sind.
In dem Fall des in Fig. 1 skizzierten Kühlmöbels 20, welches nur über zwei zu kühlende Fächer 21 , 21 ' verfügt, genügt es, wenn zwei verschiedene nichtverschwindende Durchlasskoeffizienten des Expansionsventils 5 einstellbar sind. Auf diese Weise lässt sich gewinnbringend eine sehr kostengünstige Temperaturregelung realisieren. In der Fig. 2 werden drei mögliche Ausgestaltungen hierfür geeigneten Expansionsventils 5 aufgezeigt. Allen Ausführungsformen gleich ist die Aufspaltung (beispielsweise mittels T-Stück) der Hauptleitung 31 des Kältemittelkreises am Eingang zum Expansionsventil 5 in zwei parallele Leitungspfade. Nach dieser Aufspaltung werden diese beiden Leitungspfade einen Sperrglied 30 zugeführt. Dieses Sperrglied 30, z. B. ein Wegeventil, verfügt über eine erste Schaltstufe, in der beide Leitungspfade abgesperrt sind, eine zweite Schaltstufe, in der einer der beiden Leitungspfade offen und der andere abgesperrt ist, und eine dritte Schaltstufe, in der der andere Leitungspfad offen ist, wobei der eine Leitungspfad in dieser dritten Schaltstufe offen oder gesperrt sein kann. Am Ausgang des Sperrglieds 30 befindet sich ein Kapillarrohr 34, das in an sich bekannter Weise unmittelbar in den Verdampfer 21 ' mündet.
Bei der in der Fig. 2a) skizzierten beispielhaften Ausgestaltung des Expansionsventils 5 umfassen die oben erwähnten parallel geführten Leitungspfade den Eingängen des Sperrglieds 30 vorgeschaltete Kapillarrohre 32, 33 von unterschiedlicher Länge und gleichem Querschnitt. Je nach Schaltstufe des Sperrglieds 30 fließt das Kältemittel durch das Kapillarrohr 32, das Kapillarrohr 33 oder durch beide parallel, woraus sich jeweils unterschiedliche Durchflusskoeffizienten des Expansionsventils 5 ergeben.
Der gleiche Effekt wird bei der in der Fig. 2b) skizzierten Ausgestaltung des Expansionsventils 5 durch Verwendung von Kapillarrohren 42, 43 mit unterschiedlichen Querschnitten.
Bei dem in der Fig. 2c) skizzierten Expansionsventil ist auf nur einem der beiden Leitungszweige ein Kapillarrohr 52 vorgesehen; der andere Leitungszweig 53 weist aufgrund von geringer Länge oder großem Querschnitt keinen wesentlichen
Strömungswiderstand auf. Schaltet das Sperrglied 30 seinen Durchgang auf den
Leitungszweig 53, so entspricht dies einem direkten Durchschalten der Hauptleitung 31 auf das am Ausgang des Sperrgliedes 30 befindliche Kapillarrohr 34. Der Leitungszweig 53 bildet somit einen Bypass um das Kapillarrohr 52.
Selbstverständlich ist die Ausgestaltung eines mehrstufig steuerbaren Expansionsventils nicht auf die in der Fig. 2 aufgezeigten Ausführungsformen beschränkt. Anstelle der Kapillarrohre können Blenden in einer ansonsten geräumigen Kältemittelleitung eingesetzt werden. Mehr als zwei nichtverschwindende Werte des Durchflusskoeffizienten sind realisierbar, indem ein Wegeventil mit vier Stellungen, entsprechend den vier möglichen Kombinationen von „Offen" und „Gesperrt" der zwei Leitungszweige vorgesehen wird, oder indem die Hauptleitung 31 im Expansionsventil 5 in mehr als zwei parallele, einzeln schaltbare Leitungszweige aufgespalten wird.

Claims

Patentansprüche
1. Kühlmöbel (20) mit wenigstens zwei thermisch voneinander getrennten
Fächern (21 , 21'), wobei jedem der Fächer (21 , 21') ein Verdampfer (2, 2') zugeordnet ist, bei welchem ein Expansionsventil und diese Verdampfer (2, 2') in einem von Kältemittel durchströmten Kältekreis (1 ) hintereinander geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Expansionsventil wenigstens zwei Zustände mit unterschiedlichen nichtverschwindenden Durchflusskoeffizienten einstellbar sind.
2. Kühlmöbel nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der
Durchflusskoeffizient des Expansionsventils (5) stufenlos einstellbar ist.
3. Kühlmöbel nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das
Expansionsventil (5) zwischen diskreten Werten des Durchflusskoeffizienten umschaltbar ist.
4. Kühlmöbel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das
Expansionsventil zwei parallele Leitungsabschnitte (32, 33, 42, 43, 52, 53) und ein Sperrglied (30) zum Absperren eines der zwei Leitungsabschnitte in einem der zwei Zustände umfasst.
5. Kühlmöbel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Expansionsventil (5) ferner ein dritter Zustand einstellbar ist, in dem es für das Kältemittel undurchlässig ist.
6. Kühlmöbel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfer (2,2') auf einem gemeinsamen Träger ausgebildet sind.
7. Kühlmöbel nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Kältekreis (1 ) ein dem Verflüssiger (4) nachgeordnetes Reservoir (6) befindet, das der Aufnahme bzw. Zwischenspeicherung von flüssigem Kältemittel dient.
8. Kühlmöbel nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den thermisch voneinander getrennten Fächern jeweils ein Temperaturfühler (12, 12') zugeordnet ist, wobei diese Temperaturfühler (12, 12') mit einer Auswerteschaltung (1 1 ) zur Signalisierung eines Kältebedarfs in Verbindung stehen, welche einen Teil einer Temperaturregelung (10) bildet.
9. Verfahren zum Betrieb eines Kühlmöbels(20) mit wenigstens zwei thermisch voneinander getrennten Fächern (21 , 21 '), insbesondere nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, bei welchem Kältebedarf in den Fächern (21 , 21 ') des Kühlmöbels (20) erfasst wird und die Versorgung von zur Kälteerzeugung den Fächern (21 , 21') zugeordneten und in Reihe verbundenen Verdampfern (2,2') mit flüssigem Kältemittel in Abhängigkeit von dem Kältebedarf gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Kältemittelversorgung durch Einstellen wenigstens zweier Zustände mit unterschiedlichen nichtverschwindenden Durchflusskoeffizienten in einem steuerbaren Expansionsventil (5) erfolgt, wobei der Zustand danach gewählt wird, in welchem der Fächer (21 , 21 ') der Kältebedarf erfasst wird.
10. Verfahren nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erfassung von Kältebedarf in einem Fach, dessen Verdampfer weit von dem Expansionsventil entfernt ist, ein hoher Durchflusskoeffizient des
Expansionsventils (5) eingestellt wird und bei Erfassung von Kältebedarf in einem Fach, dessen Verdampfer nah am Expansionsventil (5) liegt, ein niedriger Durchflusskoeffizient des Expansionsventils (5) eingestellt wird.
1. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn in keinem der Fächer (21 , 21 ') des Kühlmöbels (20) ein Kältebedarf besteht, das Expansionsventil (5) geschlossen gehalten wird.
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