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EP3344931B1 - Kältegerät mit mehreren lagerkammern - Google Patents

Kältegerät mit mehreren lagerkammern Download PDF

Info

Publication number
EP3344931B1
EP3344931B1 EP16751305.0A EP16751305A EP3344931B1 EP 3344931 B1 EP3344931 B1 EP 3344931B1 EP 16751305 A EP16751305 A EP 16751305A EP 3344931 B1 EP3344931 B1 EP 3344931B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
evaporator
branch
choke point
refrigeration appliance
temperature
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.)
Active
Application number
EP16751305.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3344931A1 (de
Inventor
Niels Liengaard
Vitali ULRICH
Alexander Foeldi
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 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 Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Hausgeraete GmbH
Publication of EP3344931A1 publication Critical patent/EP3344931A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3344931B1 publication Critical patent/EP3344931B1/de
Active 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
    • F25B5/02—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity arranged in parallel
    • 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
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/30—Expansion means; Dispositions thereof
    • F25B41/39—Dispositions with two or more expansion means arranged in series, i.e. multi-stage expansion, on a refrigerant line leading to the same evaporator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • 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
    • 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
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D11/00—Self-contained movable devices, e.g. domestic refrigerators
    • F25D11/02—Self-contained movable devices, e.g. domestic refrigerators with cooling compartments at different temperatures
    • F25D11/022—Self-contained movable devices, e.g. domestic refrigerators with cooling compartments at different temperatures with two or more evaporators

Definitions

  • the present invention relates to a refrigeration appliance, in particular a domestic refrigeration appliance, with at least two storage chambers that can be operated at different temperatures.
  • the operating temperatures of the storage compartments are roughly determined by the design of the refrigeration device and can only be adjusted in narrow, non-overlapping ranges, so that the possibility of using a compartment, for example as a refrigerator or freezer, can be determined by the user of the Refrigeration device is not changeable.
  • a refrigeration device in which the evaporators of two storage chambers are connected in series via a throttle point with an adjustable flow conductivity.
  • the throttling point makes it possible to vary the temperature of both storage chambers over a relatively wide range.
  • the operating temperature of one compartment also limits the setting range of the other. Since the pressure in the downstream evaporator can never be higher than that in the upstream, if the temperature of the compartment cooled by the upstream evaporator is given, the temperature of the other can only be set lower, or if the temperature of the compartment cooled by the downstream evaporator is given, that of the others only be set higher. This makes it difficult to adapt the refrigeration device to the changing needs of its users.
  • GB 2 017 890A discloses a refrigeration system with several parallel compressors and several parallel evaporators, which can be adjusted to different operating temperatures with the help of upstream and downstream expansion or pressure control valves.
  • the DE 10 2013 223737 A1 shows a refrigerator with two serially connected evaporators.
  • the U.S. 2010/218519 A1 discloses a refrigerator with an icemaker.
  • the object of the present invention is to improve the energy efficiency of a refrigeration device with multiple storage chambers.
  • the object is achieved by a refrigeration device having the features of claim 1.
  • the third evaporator also uses the cold that is generated when the refrigerant expands as it passes through the second throttle point to cool a third storage chamber.
  • the adjustable throttle points Due to the parallel connection of the branches, it is possible to use the adjustable throttle points to set a higher pressure in the first evaporator than in the second and thus a higher operating temperature in the first storage chamber than in the second, and vice versa.
  • Both the first and second and/or the third and fourth throttling point can be adjustable, so that in particular the pressure in the evaporator in between can be varied without affecting the total pressure drop or the refrigerant throughput of the relevant branch.
  • At least one capillary can comprise the first and third throttle points. Such a throttling point can nevertheless be adjustable if the capillary, which itself is not adjustable, is connected in series with an electronic expansion valve.
  • At least one, preferably exactly one, of the first and third throttle point has a fixed flow conductance and is in particular formed exclusively by a capillary.
  • Changes in the refrigerant throughput in a branch which can result from the fact that a change in the flow conductance in the second or fourth throttling point cannot be compensated for by an opposite adjustment in the first or third throttling point designed as a capillary, can be reduced by using a compressor with variable speed be avoided.
  • the compressor when the compressor is a variable speed compressor, its speed can be adjusted so that the compressor operates substantially uninterrupted. In this way, efficiency losses associated with the interim heating of parts of the refrigeration device when the compressor is at a standstill and these parts cooling down again after the compressor has started can be avoided.
  • a throttling point should be provided between the downstream evaporator of each branch and a confluence where the branches meet, in order to be able to set different pressures in the evaporators of the two branches located upstream of these throttling points.
  • the confluence is upstream of this third evaporator; in this case, the design of the refrigeration device is simpler and more energy-efficient operation is possible, in the third evaporator that part of the cooling capacity can still be used that is bound in the refrigerant that flows out of the second evaporator in an incompletely expanded state.
  • a suction tube heat exchanger may be arranged between the discharge port of the compressor and at least the first evaporator to pre-cool compressed refrigerant en route to the evaporator in thermal contact with refrigerant vapor drawn from the evaporators.
  • the intake manifold heat exchanger is arranged in the first branch, it only enables energy-efficient cooling there, but vice versa it can be compressed Refrigerants in the second branch reach the second evaporator without first being cooled in the draft tube heat exchanger.
  • the refrigerant can therefore reach the second evaporator at a higher temperature than the ambient temperature and, instead of being cooled, give up its heat to the second storage chamber.
  • the second evaporator can even function as a condenser be operated and in this way release a considerable heat output even with a small refrigerant flow rate.
  • the refrigeration device 1 comprises three storage chambers 1, 2, 3 which are arranged in a body above and/or next to each other and are thermally insulated from each other and from the environment.
  • Each storage chamber 1, 2, 3 is assigned an evaporator 4, 5 and 6, respectively.
  • the evaporators 4, 5, 6 are basically of any known design; as indicated in the figure, they can be plate evaporators, on the plate 7 of which a refrigerant line 8 runs in meanders and each of which runs within its storage chamber 1, 2, 3 or between an inner container of the storage chamber and a thermal insulation layer surrounding the inner container, but it can also be a wire tube or finned evaporator, possibly in combination with a fan driving the air circulation via the evaporator.
  • the evaporator 4 forms a first branch 11 of a refrigerant circuit together with an upstream throttling point 9 with an adjustable flow conductance, a downstream throttling point 10 with an adjustable flow conductance and a pipeline on which the components mentioned are lined up.
  • a second branch 12 parallel to the first branch 11 comprises the evaporator 5 together with an upstream adjustable throttle point 13 and a downstream adjustable throttle point 14.
  • the two branches 11, 12 join at a confluence 15, at which the evaporator is connected downstream in the direction of circulation of the refrigerant 6 connects.
  • the evaporator 6 is connected to a suction connection 17 of a compressor 18 via a suction line 16 .
  • the refrigerant circuit runs from a pressure connection 19 of the compressor 18 via a condenser 20 to a branch 21 from which the two branches 11, 12 originate.
  • part of branch 11 runs in close contact with, or even inside, the surface of suction line 16 to form a suction tube heat exchanger 22 in which the compressed refrigerant, after having passed through condenser 20 has been cooled to just above the ambient temperature, gives off further heat to refrigerant vapor in the suction pipe 16 in order to preheat it to such an extent that condensation of ambient moisture on parts of the suction pipe 16 which extend outside the thermal insulation layer is avoided.
  • the pressure that occurs in the evaporators 4, 5 and 6 during operation depends on the speed of the compressor 18 and on the flow conductance values of the throttle points 9, 10, 13, 14, which are determined by an electronic control unit 23 based on the measured values from in temperature sensors 24 arranged in the storage chambers 1, 2, 3 and operating temperatures selected by the user for the storage chambers 1, 2, 3.
  • the pressures in the evaporators 4 and 5 can be set to any values between the outlet pressure of the compressor 18 and the pressure of the evaporator 6 using the throttle points 9, 10 and 13, 14, respectively.
  • the pressure in the evaporator 4 can be varied without this having an effect on the amount of refrigerant that reaches the evaporator 6 per unit of time, and without consequently increasing the saturation temperature there influence.
  • the pressure in the evaporator 5 can be varied via the throttle points 13, 14 without this affecting the evaporator 6.
  • the throttling points 9, 10, 13, 14 can all be designed as electronic expansion valves, preferably of identical construction, the flow conductance of which can vary widely, preferably between a completely closed state and a wide open state in which the pressure drop at the throttling point is negligible. is adjustable. If, for example, the throttling point 10 is wide open and the pressure difference between the evaporators 4, 6 is therefore negligible, then the storage chamber 1 also works as a freezer compartment.
  • the throttle point is wide open, the refrigerant does not expand between the condenser 20 and the evaporator 4 and there is no evaporation in the evaporator 4, and the temperature at which the refrigerant enters the evaporator 4 essentially corresponds to that in the intake manifold heat exchanger accepted 22.
  • the range of temperatures to which the evaporator 4 can be set extends between the temperature reached in the intake manifold heat exchanger 22, which is slightly below the condensation temperature but can even be slightly higher than the ambient temperature, and the temperature of the evaporator 6.
  • a pressure drop in the throttle point 9 has no cooling effect on the storage chamber 1 as long as it is not sufficient to lower the boiling point of the refrigerant in the evaporator 4 below the temperature of the storage chamber 1 . It is therefore possible to implement the throttling point 9 as a series connection of an expansion valve and a capillary, the capillary being sized to create a pressure drop which lowers the pressure in the evaporator 4 to such an extent that the boiling temperature of the refrigerant therein corresponds to the ambient temperature.
  • This series connection allows a more precise control of the pressure in the evaporator 4 than only with an expansion valve.
  • the capillary expediently includes that part of the branch 11 which runs through the intake manifold heat exchanger 22 .
  • the pressure in the evaporator 5 can be set independently of that in the evaporator 4 and can assume both lower and higher values. If, for example, the storage chamber 3 is operated as a freezer compartment with a temperature of typically -17°C and the storage chamber 1 as a normal refrigeration compartment with a temperature of +4°C, for example, the saturation temperature in the evaporator 6 can be any value between -17°C and the condensation temperature prevailing in the condenser 20 can be set.
  • the evaporator 5 Since the evaporator 5 is connected to the condenser 20 bypassing the suction tube heat exchanger 22, when the refrigerant reaches the throttling point 13, it is generally at a temperature higher than the ambient temperature, so that when the throttling point 13 is wide open and the pressure drop across it is negligible, the storage chamber 3 can be heated by the refrigerant instead of being cooled. If the saturation temperature in the evaporator 5 is lower than that of the inflowing refrigerant, the liquefaction of the refrigerant can even continue in the evaporator 5 and the storage chamber 2 can be heated by released heat of condensation.
  • a temperature of +18°C which is appropriate for tempering red wine, can be achieved in storage chamber 3, even if the ambient temperature is lower.
  • the only limitation is that the temperature of the evaporator 5 cannot be lower than that of the downstream evaporator 6, but this in no way limits the possibilities of using the storage chamber 2, provided that the chamber 3 is operated as a freezer compartment and the temperature of its evaporator 6 is in any case the lowest temperature that can be practically achieved in the refrigerant circuit.
  • the throttle point 9 is formed exclusively by a capillary 25 as described above, without an expansion valve.
  • the throttling point 9 cannot then be adjusted, but the pressure in the evaporator 4 can still be adjusted by adjusting the flow conductance of the throttling point 10, can be set arbitrarily.
  • an adjustment of the throttling point 10 affects the total refrigerant throughput of the two branches 11, 12, this can be compensated for by adjusting the speed of the compressor 18 and the flow conductance values of the throttling points 13, 14.
  • the refrigerant circuit of a refrigeration device can also have more than the 1 shown two mutually parallel branches 11, 12 have.
  • such an additional parallel branch could also include two evaporators connected in series and only meet the suction line again downstream of the evaporator 6 .
  • either the pressure and temperature in the downstream evaporator of the additional branch would be the same as in the evaporator 6, or a throttling point would be required at the outlet of the two branches, which, if it causes a pressure drop, would also result in an unsuitably low temperature of the refrigerant causes in the suction line 16.
  • each branch comprises only one evaporator and their confluence 15 is always followed by a common evaporator 6 of a storage chamber 4 that can be used as a freezer compartment.

Landscapes

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältegerät, insbesondere ein Haushaltskältegerät, mit wenigstens zwei auf unterschiedlichen Temperaturen betreibbaren Lagerkammern.
  • Bei den meisten derartigen Kältegeräten sind die Betriebstemperaturen der Lagerfächer durch die Bauart des Kältegeräts bedingt grob festgelegt und jeweils nur in engen, sich nicht überschneidenden Bereichen einstellbar, so dass die Nutzungsmöglichkeit eines Fachs, zum Beispiel als Kühl- oder als Gefrierfach, durch den Benutzer des Kältegeräts nicht veränderbar ist.
  • Aus DE 10 2013 223 737A1 ist ein Kältegerät bekannt, bei dem die Verdampfer von zwei Lagerkammern über eine Drosselstelle mit verstellbarem Strömungsleitwert in Reihe verbunden sind. Die Drosselstelle erlaubt es, die Temperatur beider Lagerkammern in relativ weitem Umfang zu variieren. Allerdings begrenzt auch hier die Betriebstemperatur eines Fachs den Einstellbereich des anderen. Da der Druck im stromabwärtigen Verdampfer niemals höher sein kann als der im stromaufwärtigen, ist bei vorgegebener Temperatur des vom stromaufwärtigen Verdampfer gekühlten Fachs die Temperatur des anderen nur tiefer einstellbar, bzw. wenn die Temperatur des vom stromabwärtigen Verdampfer gekühlten Fachs vorgegeben ist, kann die des anderen nur höher eingestellt werden. Dies erschwert die Anpassung des Kältegeräts an sich ändernde Bedürfnisse seiner Benutzer.
  • GB 2 017 890 A offenbart eine Kälteanlage mit mehreren parallelen Verdichtern und mehreren parallelen Verdampfern, die mit Hilfe vor- und nachgeschalteter Expansions- bzw. Druckregelventile auf unterschiedliche Betriebstemperaturen einstellbar sind.
  • Die DE 10 2013 223737 A1 zeigt ein Kältegerät mit zwei seriell verbundenen Verdampfern.
  • Die US 2010/218519 A1 offenbart ein Kältegerät mit einem Icemaker.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die Energieeffizienz eines Kältegeräts mit mehreren Lagerkammern zu verbessern.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Kältegerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Mittels des dritten Verdampfers wird zum Kühlen einer dritten Lagerkammer auch die Kälte noch genutzt, die bei der Entspannung des Kältemittels beim Durchgang durch die zweite Drosselstelle erzeugt wird.
  • Aufgrund der Parallelschaltung der Zweige ist es mithilfe der einstellbaren Drosselstellen möglich, sowohl im ersten Verdampfer einen höheren Druck als im zweiten und damit in der ersten Lagerkammer eine höhere Betriebstemperatur als in der zweiten einzustellen, als auch umgekehrt.
  • Es können von erster und zweiter und/oder von dritter und vierter Drosselstelle jeweils beide einstellbar sein, so dass insbesondere der Druck in dem dazwischenliegenden Verdampfer variiert werden kann, ohne dass sich dies auf den Gesamtdruckabfall oder den Kältemitteldurchsatz des betreffenden Zweiges auswirkt.
  • Von erster und dritter Drosselstelle kann wenigstens eine Kapillare umfassen. Eine solche Drosselstelle kann dennoch einstellbar sein, wenn die selbst nicht einstellbare Kapillare mit einem elektronischen Expansionsventil in Reihe verbunden ist.
  • Der Einfachheit wegen bevorzugt ist, dass von erster und dritter Drosselstelle wenigstens eine, vorzugsweise genau eine, einen festen Strömungsleitwert hat und insbesondere ausschließlich durch eine Kapillare gebildet ist. Um den Druck im ersten oder zweiten Verdampfer willkürlich einzustellen, genügt es, wenn jeweils nur eine Drosselstelle in jedem Zweig einstellbar ist.
  • Veränderungen des Kältemitteldurchsatzes in einem Zweig, die daraus resultieren können, dass eine Verstellung des Strömungsleitwerts in der zweiten oder vierten Drosselstelle nicht durch eine gegenläufige Verstellung in der als Kapillare ausgeführten ersten oder dritten Drosselstelle ausgeglichen werden kann, können durch die Verwendung eines Verdichter mit variabler Drehzahl vermieden werden.
  • Wenn der Verdichter ein Verdichter mit variabler Drehzahl ist, kann dessen Drehzahl ferner so angepasst werden, dass der Verdichter im Wesentlichen unterbrechungsfrei arbeitet. Effizienzverluste, die mit zwischenzeitlicher Erwärmung von Teilen des Kältegeräts bei Stillstand des Verdichters und Wiederabkühlung dieser Teile nach dem Start des Verdichters zusammenhängen, können so vermieden werden.
  • Zwischen dem stromabwärtigen Verdampfer eines jeden Zweiges und einem Zusammenfluss, an dem die Zweige zusammentreffen, sollte jeweils eine Drosselstelle vorgesehen sein, um unterschiedliche Drücke in den stromaufwärts von diesen Drosselstellen liegenden Verdampfern der beiden Zweige einstellen zu können.
  • Der Zusammenfluss liegt, erfindungsgemäß, stromaufwärts von diesem dritten Verdampfer ; hierbei ist der Aufbau des Kältegeräts einfacher, und ein energieeffizienterer Betrieb ist möglich, im dritten Verdampfer auch derjenige Teil der Kühlleistung noch genutzt werden kann, der in dem Kältemittel gebunden ist, das unvollständig expandiert aus dem zweiten Verdampfer abfließt..
  • Ein Saugrohr-Wärmetauscher kann zwischen dem Druckanschluss des Verdichters und wenigstens dem ersten Verdampfer angeordnet sein, um verdichtetes Kältemittel auf dem Weg zum Verdampfer in thermischem Kontakt mit aus den Verdampfern abgesaugtem Kältemitteldampf vorzukühlen.
  • Wenn der Saugrohr-Wärmetauscher im ersten Zweig angeordnet ist, ermöglicht er dort zwar nur dort eine energieeffiziente Kühlung, umgekehrt kann aber verdichtetes Kältemittel im zweiten Zweig den zweiten Verdampfer erreichen, ohne vorher im Saugrohr-Wärmetauscher gekühlt zu werden. Das Kältemittel kann daher den zweiten Verdampfer mit einer höheren Temperatur als der Umgebungstemperatur erreichen und, anstatt zu kühlen, seine Wärme an die zweite Lagerkammer abgeben.
  • Wenn der Druck im zweiten Verdampfer so hoch eingestellt ist, dass die Sättigungstemperatur, d.h. die Temperatur, bei der das Kältemittel beim eingestellten Druck kondensiert oder verdampft, über der Fachtemperatur, aber unter der Temperatur des zuströmenden Kältemittels liegt, kann der zweite Verdampfer sogar als Verflüssiger betrieben werden und auf diese Weise auch bei kleinem Kältemitteldurchsatz eine beträchtliche Heizleistung freisetzen.
  • 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 Blockdiagramm eines Kältegeräts gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung; und
    Fig. 2
    Blockdiagramm eines Kältegeräts gemäß einer zweiten Ausgestaltung.
  • Das Kältegerät der Fig. 1 umfasst drei Lagerkammern 1, 2, 3 die in einem Korpus über und/oder nebeneinander angeordnet und sowohl gegeneinander als auch gegen die Umgebung thermisch isoliert sind. Jeder Lagerkammer 1, 2, 3 ist ein Verdampfer 4, 5 bzw. 6 zugeordnet. Die Verdampfer 4, 5, 6 sind von grundsätzlich beliebiger bekannter Bauart, es kann sich, wie in der Figur angedeutet, um Plattenverdampfer handeln, auf deren Platte 7 eine Kältemittelleitung 8 jeweils in Mäandern verläuft und die jeweils innerhalb ihrer Lagerkammer 1, 2, 3 oder zwischen einem Innenbehälter der Lagerkammer und einer den Innenbehälter umgebenden Wärmedämmschicht angebracht sein können, es kann sich aber auch um Drahtrohr- oder Lamellenverdampfer, gegebenenfalls in Kombination mit einem die Luftzirkulation über den Verdampfer antreibenden Ventilator, handeln.
  • Der Verdampfer 4 bildet zusammen mit einer ihm vorgeschalteten Drosselstelle 9 mit verstellbarem Strömungsleitwert, einer nachgeschalteten Drosselstelle 10 mit verstellbarem Strömungsleitwert und einer Rohrleitung, an der die genannten Komponenten aufgereiht sind, einen ersten Zweig 11 eines Kältemittelkreislaufs. Ein zu dem ersten Zweig 11 paralleler zweiter Zweig 12 umfasst den Verdampfer 5 zusammen mit einer vorgeschalteten einstellbaren Drosselstelle 13 und einer nachgeschalteten einstellbaren Drosselstelle 14. Die zwei Zweige 11, 12 vereinigen sich an einem Zusammenfluss 15, an den in Zirkulationsrichtung des Kältemittels stromabwärts der Verdampfer 6 anschließt.
  • Der Verdampfer 6 ist über eine Saugleitung 16 mit einem Sauganschluss 17 eines Verdichters 18 verbunden. Von einem Druckanschluss 19 des Verdichters 18 verläuft der Kältemittelkreis über einen Verflüssiger 20 zu einer Verzweigung 21, von der die zwei Zweige 11, 12 ausgehen.
  • Zwischen der Verzweigung 21 und der Drosselstelle 9 verläuft ein Teil des Zweiges 11 in engem Kontakt mit der Oberfläche der Saugleitung 16 oder sogar im Inneren von dieser, um einen Saugrohr-Wärmetauscher 22 zu bilden, in welchem das verdichtete Kältemittel, nachdem es im Verflüssiger 20 auf knapp oberhalb der Umgebungstemperatur abgekühlt worden ist, weitere Wärme an Kältemitteldampf im Saugrohr 16 abgibt, um diesen soweit vorzuwärmen, dass eine Kondensation von Umgebungsfeuchtigkeit an Teilen des Saugrohrs 16, die sich außerhalb der Wärmedämmschicht erstrecken, vermieden wird.
  • Der Druck, der sich im Betrieb in den Verdampfern 4, 5 und 6 einstellt, hängt ab von der Drehzahl des Verdichters 18 sowie von den Strömungsleitwerten der Drosselstellen 9, 10, 13, 14, die von einer elektronischen Steuereinheit 23 anhand der Messwerte von in den Lagerkammern 1, 2, 3 angeordneter Temperatursensoren 24 und von vom Benutzer für die Lagerkammern 1, 2, 3 gewählten Betriebstemperaturen eingestellt werden.
  • Der niedrigste Druck herrscht immer im Verdampfer 6. Dementsprechend wird in der Lagerkammer 3 die niedrigste Betriebstemperatur erreicht, was die Lagerkammer 3 zur Nutzung als Gefrierfach prädestiniert.
  • Die Drücke in den Verdampfern 4 und 5 sind mithilfe der Drosselstellen 9, 10 bzw. 13, 14 auf weitgehend beliebige Werte zwischen dem Ausgangsdruck des Verdichters 18 und dem Druck des Verdampfers 6 einstellbar. Indem die Strömungsleitwerte der Drosselstellen 9, 10 jeweils gegenläufig verändert werden, kann der Druck im Verdampfer 4 variiert werden, ohne dass dies einen Einfluss auf die Menge des Kältemittels hat, die pro Zeiteinheit in den Verdampfer 6 gelangt, und ohne folglich die Sättigungstemperatur dort zu beeinflussen. Entsprechend kann auch der Druck im Verdampfer 5 über die Drosselstellen 13, 14 variiert werden, ohne das sich dies auf den Verdampfer 6 auswirkt.
  • Die Drosselstellen 9, 10, 13, 14 können allesamt als - vorzugsweise untereinander baugleiche - elektronische Expansionsventile ausgeführt sein, deren Strömungsleitwert in weitem Umfang, vorzugsweise zwischen einem vollständig geschlossenen Zustand und einem weit geöffneten Zustand, in dem der Druckabfall an der Drosselstelle vernachlässigbar ist, verstellbar ist. Wenn z.B. die Drosselstelle 10 weit offen und deshalb der Druckunterschied zwischen den Verdampfern 4, 6 vernachlässigbar ist, dann arbeitet auch die Lagerkammer 1 als Gefrierfach. Ist hingegen die Drosselstelle weit offen, dann findet zwischen Verflüssiger 20 und Verdampfer 4 keine Entspannung des Kältemittels und im Verdampfer 4 keine Verdampfung statt, und die Temperatur, mit der das Kältemittel in den Verdampfer 4 gelangt, entspricht im Wesentlichen derjenigen, die es im Saugrohrwärmetauscher 22 angenommen hat. Der Bereich der Temperaturen, auf die der Verdampfer 4 einstellbar ist, erstreckt sich also zwischen der im Saugrohrwärmetauscher 22 erreichten Temperatur, die geringfügig unterhalb der Verflüssigungstemperatur liegt, aber sogar etwas höher als die Umgebungstemperatur sein kann, und der Temperatur des Verdampfers 6.
  • Ein Druckabfall in der Drosselstelle 9 hat so lange keine Kühlwirkung auf die Lagerkammer 1, wie er nicht ausreicht, um die Siedetemperatur des Kältemittels im Verdampfer 4 unter die Temperatur der Lagerkammer 1 abzusenken. Es ist daher möglich, die Drosselstelle 9 als eine Reihenschaltung aus einem Expansionsventil und einer Kapillare zu realisieren, wobei die Kapillare bemessen ist, um einen Druckabfall zu erzeugen, durch den der Druck im Verdampfer 4 so weit abgesenkt wird, dass die Siedetemperatur des Kältemittels darin der Umgebungstemperatur entspricht. Diese Reihenschaltung ermöglicht eine präzisere Steuerung des Drucks im Verdampfer 4 als allein mit einem Expansionsventil. Die Kapillare umfasst hier zweckmäßigerweise denjenigen Teil des Zweiges 11, der durch den Saugrohr-Wärmetauscher 22 verläuft.
  • Der Druck im Verdampfer 5 ist unabhängig von dem im Verdampfer 4 einstellbar und kann sowohl niedrigere als auch höhere Werte annehmen. Wenn zum Beispiel die Lagerkammer 3 als Gefrierfach mit einer Temperatur von typischerweise -17°C und die Lagerkammer 1 als Normalkühlfach mit zum Beispiel einer Temperatur von +4°C betrieben wird, kann die Sättigungstemperatur im Verdampfer 6 auf beliebige Werte zwischen -17°C und der im Verflüssiger 20 herrschenden Kondensationstemperatur eingestellt werden. Da der Verdampfer 5 unter Umgehung des Saugrohr-Wärmetauschers 22 mit dem Verflüssiger 20 verbunden ist, hat das Kältemittel, wenn es die Drosselstelle 13 erreicht, im Allgemeinen eine Temperatur, die höher ist als die Umgebungstemperatur, so dass, wenn die Drosselstelle 13 weit offen und der Druckabfall an ihr vernachlässigbar ist, die Lagerkammer 3 durch das Kältemittel erwärmt statt gekühlt werden kann. Wenn die Sättigungstemperatur im Verdampfer 5 niedriger ist als die des zuströmenden Kältemittels, kann sogar die Verflüssigung des Kältemittels im Verdampfer 5 fortgesetzt und die Lagerkammer 2 durch freigesetzte Kondensationswärme beheizt werden. So ist zum Beispiel eine für die Temperierung von Rotwein angemessene Temperatur von + 18°C in der Lagerkammer 3 realisierbar, auch wenn die Umgebungstemperatur niedriger ist. Dies macht die Lagerkammer 2 äußerst vielseitig verwendbar, und bei wechselnden Anforderungen kann ihre Betriebstemperatur verändert werden, ohne dass dies Auswirkungen auf die Temperaturen der Lagerkammern 1, 2 hat und ohne dass die Temperatur der Lagerkammer 1 den Bereich der für die Kammer 2 einstellbaren Temperaturen einschränkt. Die einzige Einschränkung besteht darin, dass die Temperatur des Verdampfers 5 nicht niedriger werden kann als die des nachgeschalteten Verdampfers 6, doch schränkt dies die Nutzungsmöglichkeiten der Lagerkammer 2 in keiner Weise ein, sofern die Kammer 3 als Gefrierfach betrieben ist und die Temperatur ihres Verdampfers 6 ohnehin die niedrigste in dem Kältemittelkreis praktisch realisierbare Temperatur ist.
  • Einer in Fig. 2 gezeigten kostengünstigen Variante zufolge ist die Drosselstelle 9 ausschließlich durch eine Kapillare 25 wie oben beschrieben, ohne Expansionsventil, gebildet. Die Drosselstelle 9 ist dann zwar nicht einstellbar, doch der Druck im Verdampfer 4 kann weiterhin, durch Verstellen des Strömungsleitwerts der Drosselstelle 10, willkürlich eingestellt werden. Zwar beeinflusst in diesem Fall eine Verstellung der Drosselstelle 10 den Gesamtkältemitteldurchsatz der beiden Zweige 11, 12, doch kann dies durch eine Anpassung der Drehzahl des Verdichters 18 und der Strömungsleitwerte der Drosselstellen 13, 14 ausgeglichen werden.
  • Anderen Ausgestaltungen der Erfindung zufolge kann der Kältemittelkreislauf eines Kältegeräts auch mehr als die in Fig. 1 gezeigten zwei zueinander parallelen Zweige 11, 12 aufweisen. Prinzipiell könnte ein solcher zusätzlicher paralleler Zweig auch zwei in Reihe verbundene Verdampfer umfassen und erst stromabwärts vom Verdampfer 6 wieder auf die Saugleitung treffen. Allerdings wären in einem solchen Fall entweder Druck und Temperatur im stromabwärts gelegenen Verdampfer des zusätzlichen Zweiges dieselben wie im Verdampfer 6, oder es wäre eine Drosselstelle am Ausgang der beiden Zweige erforderlich, die, wenn sie einen Druckabfall herbeiführt, auch eine unzweckmäßig tiefe Temperatur des Kältemittels in der Saugleitung 16 bewirkt. Deswegen ist bevorzugt, dass, unabhängig von der Zahl der Zweige, jeder Zweig nur einen Verdampfer umfasst und ihrem Zusammenfluss 15 stets noch ein gemeinsamer Verdampfer 6 einer als Gefrierfach nutzbaren Lagerkammer 4 nachgeschaltet ist.
    • BEZUGSZEICHEN
    • 1
    Lagerkammer
    2
    Lagerkammer
    3
    Lagerkammer
    4
    Verdampfer
    5
    Verdampfer
    6
    Verdampfer
    7
    Platte
    8
    Kältemittelleitung
    9
    Drosselstelle
    10
    Drosselstelle
    11
    1. Zweig
    12
    2. Zweig
    13
    Drosselstelle
    14
    Drosselstelle
    15
    Zusammenfluss
    16
    Saugleitung
    17
    Sauganschluss
    18
    Verdichter
    19
    Druckanschluss
    20
    Verflüssiger
    21
    Verzweigung
    22
    Saugrohrwärmetauscher
    23
    Steuereinheit
    24
    Temperatursensor
    25
    Kapillare

Claims (8)

  1. Kältegerät, insbesondere Haushaltskältegerät, mit einem Kältemittelkreislauf, an dem zwischen einem Druckanschluss (19) und einem Sauganschluss (17) eines Verdichters (18) der Reihe nach hintereinandergeschaltet sind: ein Verflüssiger (20), eine erste Drosselstelle (9), ein erster Verdampfer (4) zum Kühlen einer ersten Lagerkammer (1), eine zweite Drosselstelle (10), wobei von erster und zweiter Drosselstelle (9, 10) wenigstens eine einstellbar ist, um den Druck im ersten Verdampfer (4) zu steuern, wobei der Kältemittelkreislauf einen ersten Zweig (11), der die erste Drosselstelle (9), den ersten Verdampfer (4) und die zweite Drosselstelle (10) enthält, und wenigstens einen zu dem ersten Zweig (11) parallelen zweiten Zweig (12) umfasst, in dem eine dritte Drosselstelle (13), ein in thermischem Kontakt mit einer zweiten Lagerkammer angeordneter zweiter Verdampfer (5) und eine vierte Drosselstelle (14) in Reihe verbunden sind, wobei von dritter und vierter Drosselstelle (13, 14) wenigstens eine einstellbar ist, um den Druck im zweiten Verdampfer (5) zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Verdampfer (6) zum Kühlen einer dritten Lagerkammer (3) zwischen der zweiten Drosselstelle (10) und dem Sauganschluss (17) angeschlossen ist, ein Zusammenfluss (15), an dem der erste Zweig(11) und der zweite Zweig (12) zusammentreffen, stromaufwärts des dritten Verdampfers (6) liegt, und die dritte Drosselstelle (13) einstellbar ist.
  2. Kältegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Drosselstelle (9, 10) und oder die dritte und vierte Drosselstelle (13, 14) jeweils beide einstellbar sind.
  3. Kältegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von erster und dritter Drosselstelle (9, 13) wenigstens eine Kapillare (25) umfasst.
  4. Kältegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (18) ein Verdichter mit variabler Drehzahl ist.
  5. Kältegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem stromabwärtigsten Verdampfer (4, 5) eines jeden Zweiges (11, 12) und einem Zusammenfluss (15), an dem die Zweige (11, 12) zusammentreffen, jeweils eine Drosselstelle (10, 14) vorgesehen ist.
  6. Kältegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Verdampfer (6) ferner zwischen der vierten Drosselstelle (14) und dem Sauganschluss (17) angeschlossen ist.
  7. Kältegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Saugrohr-Wärmetauscher (22) zwischen dem Druckanschluss (19) und wenigstens dem ersten Verdampfer (4) angeordnet ist.
  8. Kältegerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Saugrohr-Wärmetauscher (22) im ersten Zweig (11) angeordnet ist.
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