Die Erfindung betrifft ein Kältegerät nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Es ist bekannt, im Kühlraum von Kältegeräten Eisbereiter anzuordnen. Hierbei kommen zum einen Eisbereiter zum Einsatz, die mit Wasser gefüllt und von Außen gekühlt werden, wobei das Wasser von Außen nach Innen gefriert und dabei schließlich einen Eiswürfel ergibt. Ferner gibt es sogenannte Klareisbereiter, bei denen eine Mehrzahl von Kühlfingern in einen mit Wasser gefüllten Behälter eintaucht. An den in das Wasser eintauchenden Kühlfingern wächst eine Eisschicht, die, sobald sie eine gebrauchsfertige Größe erreicht hat, von den Kühlfingern gelöst wird. Ein derartiger Klareisbereiter ist in der DE 103 36 834 A1 beschrieben. Diese Art von Eisbereitern gibt es schließlich in einer Vielzahl von Ausführungsformen. Derartige Eisbereiter werden im Allgemeinen im Kühlfach einer Kühl-Gefrier-Kombination eingebaut.

Der Kälteerzeuger des Kältegeräts besteht üblicherweise aus einen Kühlkreislauf für ein Kältemittel mit einem Verdichter, einem Verflüssiger und einem Verdampfer, der dem zu kühlenden Innenraum die Wärme entzieht und auf das Kältemittel überträgt. In der Regel ist der Verdampfer als Drahtrohrverdampfer ausgebildet und im Gefrierfach angeordnet. Der Verdampfer fungiert dadurch als Wärmetauscher zwischen der Luft im Innenraum und dem Kältemittel. Bei Drahtrohrverdampfern wird das Kältemittel führende Verdampferrohr in parallele Schlaufen gebogen. Die Rohrschlaufen werden mit Drahtstäben - meist durch Punktschweißungen - fest verbunden und so stabilisiert. Die Drahtstäbe verlaufen in parallelen Abständen rechtwinklig zu den geraden Rohrstücken der Rohrschlaufen an deren Ober- und Unterseite. Das Verbinden der Kältemittel führenden Rohrschlaufen mit den Drahtstäben hat zum Ziel, einerseits ein Durchhängen der Rohrschlaufen zu verhindern und andererseits durch eine Oberflächenvergrößerung eine höhere Kühlleistung zu erzielen.

Ist in dem Kältegerät ein Eisbereiter vorgesehen, kann dieser beispielsweise an den Kühlkreislauf des Kältegeräts angeschlossen sein. Eine weitere Möglichkeit ist, den Eisbereiter mit einem eigenen Kältemittelkreislauf auszustatten und diesen thermisch an den Verdampfer des Kältegeräts zu koppeln.

Bei den Klareisbereitern hat es sich herausgestellt, dass klares, transparentes Eis nur dann hergestellt werden kann, wenn die Kühlfinger eine Temperatur aufweisen, die bei wenigen Grad unter Null liegt. Es ist dabei unabdingbar, dass die Temperatur sehr gleichmäßig eingehalten wird. Ohne zusätzliche Regelung ist dies jedoch nicht möglich, da sich die Kühlleistung des Kältegeräts nach anderen Bedingungen, wie z. B. der Menge an eingelagertem Kühl- und Gefriergut, richtet.

Die Offenlegungsschrift EP 0 453 809 A2 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung von Klareisstücken, gemäß Oberbegriff des Anspruch 1.

Die Offenlegungsschrift FR 2 880 676 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung von Eis, wobei zwei unabhängig voneinander betreibbare Kühlmittelkreisläufe vorgesehen sind.

Die Offenlegungsschrift US 2005/109056 A1 zeigt ein Kältegerät umfassend zwei Kühlräume mit jeweils einem in dem Kühlraum angeordneten Verdampfer. Die beiden Verdampfer sind Teil eines Kältemittelkreislaufes umfassend einen Verdichter und einen Verflüssiger.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kältegerät so auszugestalten, dass die an den Kühlfingern eines Klareisbereiters notwendige Temperatur, ohne Beeinflussung durch die Temperaturregelung des Kältegeräts, sehr konstant eingehalten werden kann. Die hierfür notwendigen Bauteile müssen preiswert sein und dürfen die Herstellkosten des Kühlgeräts nicht stark erhöhen.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung durch ein Kältegerät mit den Merkmalen von Anspruch 1. Durch das Vorhandensein einer Bypassleitung, über die Kältemittel an dem Kälteerzeuger vorbei geführt werden kann, ist die Möglichkeit vorhanden, Kältemittel aus den Kühlfingern des Klareisbereiters, welches bereits Wärme aufgenommen hat, so mit dem von dem Kälteerzeuger kommenden Kältemittel zu mischen, dass sich in den Kühlfingern des Klareisbereiters die vorgeschriebene Temperatur konstant einstellt.

Im einfachsten Fall wird ein Kältemittel verwendet, dessen Viskosität sich mit der Temperatur in dem relevanten Temperaturbereich verändert. In die Rückflussleitung zu dem Kälteerzeuger wird zwischen Bypassleitung und Kälteerzeuger eine entsprechend dimensionierte Drossel, in die Bypassleitung selbst ein Überdruckventil, eingebaut. Ist nun das von den Kühlfingern zurück strömende Kältemittel von niederer Temperatur und daher zähflüssig, strömt nur ein kleiner Teil durch die Drossel zu dem Kälteerzeuger. Der größere Teil des Kältemittels wird in die Bypassleitung gedrückt, da der anstehende Druck das Überdruckventil öffnet. Am Ende der Bypassleitung wird der direkt aus den Kühlfingern stammende Volumenstrom von der Bypassleitung mit dem kleinen Volumenstrom aus dem Kälteerzeuger gemischt und wieder den Kühlfingern zugeführt. Ist dagegen die Temperatur des von den Kühlfingern zurück strömenden Kältemittels verhältnismäßig hoch, so wird eine größere Menge dieses dünnflüssigen Kältemittels durch die Drossel zu dem Kälteerzeuger gedrückt, während nur ein geringer Volumenstrom über die Bypassleitung fließt. Würde sich die Temperatur aus unbestimmtem Grund noch weiter erhöhen, wird so viel Kältemittel durch die Drossel gedrückt, dass der anstehende Druck nicht ausreicht um das Überdruckventil zu öffnen. In diesem Fall wird das gesamte Kältemittel dem Kälteerzeuger zugeführt, so dass sich an den Kühlfingern sehr schnell wieder eine niedrige Temperatur einstellt.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist jedoch eine steuerbare Einrichtung vorgesehen, mit der die Mengenströme an Kältemittel durch den Kälteerzeuger und die Bypassleitung geregelt werden. Weiterhin ist ein Temperatursensor vorhanden, der die Regelbedingung für die Steuereinrichtung liefert.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die steuerbare Einrichtung als 3-Wege-Ventil ausgebildet. Solche 3-Wege-Ventile sind auch unter der Bezeichnung "Mischer" oder "Mischventil" bekannt. Das 3-Wege-Ventil kann beispielsweise dort vorgesehen sein, wo die Bypassleitung mit einer von dem Kälteerzeuger kommenden Leitung zusammen geführt ist. Die beiden Kältemittelströme können dann so zusammen gemischt werden, dass sich an dem Temperatursensor genau die gewünschte Temperatur einstellt.

In einem anderen Ausführungsbeispiel ist ein 2-Wege-Ventil vorgesehen. Dieses einfache Ventil kann in der Leitung zum, oder der Leitung vom Kälteerzeuger, aber auch direkt in der Bypassleitung vorgesehen sein. Vorteilhaft befindet es sich jedoch in der Leitung, die von dem Kälteerzeuger kommt, an einer Stelle, bevor diese Leitung mit der Bypassleitung zusammengeführt wird. Auf diese Weise wird nur der Volumenstrom des von dem Kälteerzeuger kommenden kalten Kältemittels reguliert. Der Volumenstrom durch die Bypassleitung stellt sich dann entsprechend ein.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein zweites 2-Wege-Ventil in der Bypassleitung vorgesehen. Hierdurch wird eine direkte Steuerung beider Volumenströme, also des Kältemittels, das mit höherer Temperatur durch die Bypassleitung fließt und des Kältemittels, das mit niedrigerer Temperatur von dem Kälteerzeuger kommt, möglich.

Die 2-Wege-Ventile können in ihrer einfachsten Form so ausgeführt sein, dass nur eine Offen- oder Geschlossenstellung möglich ist. Um nun den Volumenstrom jeweils möglichst genau regulieren zu können, können die Ventile beispielsweise mit veränderbarer Frequenz getaktet werden. Das bedeutet, dass entweder einer festen Geschlossen-Zeit jeweils unterschiedliche Offen-Zeiten, oder aber einer festen Offen-Zeit verschiedene Geschlossen-Zeiten zugeordnet werden.

Besonders bevorzugt ist der Kälteerzeuger in dem Kühlkreislauf des Klareisbereiters als Wärmetauscher ausgebildet. Dieser Wärmetauscher ist thermisch an den Verdampfer des Kältegeräts gekoppelt. Es muss für den Klareisbereiter daher weder ein Kältemittelkreislauf mit eigenem Kompressor, Verdampfer und Verflüssiger vorgesehen werden, noch muss der Klareisbereiter direkt an den Kältemittelkreislauf des Kältegeräts angeschlossen werden. Um das Kältemittel durch den Wärmetauscher und die Kühlfinger des Klareisbereiters zu bewegen ist eine Umwälzpumpe in den Kühlkreislauf integriert.

Als Kältemittel hat sich eine Mischung aus Glykol und Wasser als vorteilhaft herausgestellt. Diese Mischung kann so eingestellt werden, dass sie in dem benötigten Temperaturbereich flüssig bleibt und ist trotzdem preiswert herstellbar.

In vorteilhafter Weise ist in dem Kühlkreislauf des Klareisbereiters eine Heizeinrichtung vorgesehen. Durch die Aktivierung dieser Heizeinrichtung kann das Kältemittel so weit erwärmt werden, dass sich das erzeugte Klareis von den Kühlfingern löst und in einer Auffangschale gesammelt werden kann. Hierdurch kann eine separate Heizeinrichtung an jedem einzelnen Kühlfinger eingespart werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen im Zusammenhang mit der Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die anhand der Zeichnung eingehend erläutert werden.

Es zeigt:

Fig. 1

ein erfindungsgemäßes Kältegerät mit Gefrierfach und Eisbereiter,

Fig. 2

eine Detaildarstellung eines Drahtrohrverdampfers mit angekoppeltem Wärmetauscher,

Fig. 3

ein erstes Ausführungsbeispiel des Kältekreislaufs eines Klareisbereiters,

Fig. 4

ein zweites Ausführungsbeispiel und

Fig. 5

ein weiteres Ausführungsbeispiel.

Figur 1 zeigt ein Kältegerät 1 mit geöffneter Tür und einem Innenraum 11. Der Innenraum 11 teilt sich in einen Kühlraum 2 und ein Gefrierfach 3 auf. Aus Übersichtlichkeitsgründen ist an dem Gefrierfach 3 keine Verschlussklappe dargestellt. In dem Kühlraum 2 befindet sich ein Klareisbereiter 4. In diesem Klareisbereiter 4 wird in einem hier nicht näher zu erläuternden Prozess mittels mehrerer Kühlfinger Klareis hergestellt, das in einer Auffangschale 10 abgelegt wird. Die Auffangschale 10 befindet sich unterhalb des Klareisbereiters 4. Die zur Herstellung des Klareises benötigte Kälte wird mit einem Wärmetauscher 5 (s. auch Fig. 2) erzeugt, der mit den Kältefingern fest verbunden ist.

Der sich in dem Gefrierfach 3 befindliche, waagrecht angeordnete Drahtrohrverdampfer 6 besteht aus einem zu parallelen Schlaufen gebogenen Verdampferrohr 7. Das Verdampferrohr 7 des Drahtrohrverdampfers 6 ist auf der Ober- und Unterseite mit Drahtstäben 8 fest verbunden, die alle parallel zur Stirnseite verlaufen und zueinander den gleichen Abstand besitzen. Das Anbringen der Drahtstäbe 8 bewirkt einerseits eine Oberflächenvergrößerung, durch die die Wärme aus dem Gefrierfach 3 besser aufgenommen werden kann, und verhindert andererseits ein Durchhängen des Verdampferrohrs 7 des Drahtrohrverdampfers 6. Der besseren Übersichtlichkeit halber sind in Figur 2 nur die Drahtstäbe 8 des Drahtrohrverdampfers 6 dargestellt, die sich an der Stirnseite und an der ihr gegenüberliegenden Seite befinden.

Der Wärmetauscher 5 besteht aus einem Wärmetauscherrohr 9. Das Wärmetauscherrohr 9 des Wärmetauschers 5 wird im Bereich des Drahtrohrverdampfers 6 parallel zu dem Verdampferrohr 7 ebenfalls in Schlaufen in der gleichen Ebene geführt. Hierbei befindet sich das Wärmetauscherrohr 9 des Wärmetauschers 5 genauso zwischen den Drahtstäben 8 wie das Verdampferrohr 7 des Drahtrohrverdampfers 6.

Um genügend Wärme aus dem Wärmetauscher 5 in den Drahtrohrverdampfer 6 einkoppeln zu können, ist ein guter Wärmekontakt zwischen diesen beiden Komponenten notwendig. Hierzu ist das Wärmetauscherrohr 9 des Wärmetauschers 5 fest mit dem Verdampferrohr 7 und den unteren und oberen Drahtstäben 8 des Drahtrohrverdampfers 6 verbunden. Das Wärmetauscherrohr 9 des Wärmetauschers 5 besitzt den gleichen Außendurchmesser und besteht aus dem gleichen Werkstoff wie das Verdampferrohr 7 des Drahtrohrverdampfers 6.

Als gut wärmeleitfähige Verbindungen sind Punktschweißen, Löten oder Kleben möglich. Auch ist eine Lackierung, im Besonderen eine Pulverbeschichtung, die auf das fertig montierte Konstrukt aus Wärmetauscher 5 und Drahtrohrverdampfer 6 aufgetragen wird, ausreichend wärmeleitfähig.

Fig. 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für den Kühlkreislauf des Klareisbereiters 4. Der Kühlkreislauf ist insbesondere mit einer Wasser-Glykol-Mischung gefüllt, die preiswert herzustellen und in dem relevanten Temperaturbereich flüssig ist. Das Kältemittel wird in dem Wärmetauscher 5 durch den Drahtrohrverdampfer 6 abgekühlt. Mit Hilfe der Umwälzpumpe 17 wird das Kältemittel im Kreislauf geführt. Im Kreislauf vor dem Klareisbereiter 4 befindet sich der Temperatursensor 13, mit dessen Hilfe kontrolliert wird, ob das Kältemittel die für die Herstellung von Klareis erforderliche Temperatur aufweist. Die Heizeinrichtung 14 wird benötigt, um das fertige Klareis von den Kühlfingern des Klareisbereiters zu lösen, so dass es in der Auffangschale 10 gesammelt werden kann. Die Bypassleitung 18 ist so in den Kühlkreislauf eingeschaltet, dass Kältemittel an dem Wärmetauscher 5 vorbeigeführt werden kann. Über die Rückflussleitung 19 wird Kältemittel, welches den Klareisbereiter 4 bereits durchflossen hat, wieder dem Wärmetauscher 5 zugeführt. Das Kalt-Ventil 12 ist zwischen dem Wärmetauscher 5 und der Bypassleitung 18 in den Kühlkreislauf eingeschaltet. In einer sehr einfachen Version ist das Kalt-Ventil 12 als Absperrventil ausgebildet, welches nur in eine Geschlossen- oder eine Offenstellung gesteuert werden kann.

Sobald die Umwälzpumpe 17 in Betrieb gesetzt wird, wird ein Teilstrom des Kältemittels über die Rückflussleitung 19 und ein anderer Teilstrom über die Bypassleitung 18 geführt. Dies führt dazu, dass sich vor der Umwälzpumpe 17 ein kalter Teilstrom aus dem Wärmetauscher 5 und ein wärmerer Teilstrom aus der Bypassleitung 18 mischen. Der Strömungsquerschnitt der Bypassleitung 18 ist so eingestellt, dass sich unter normalen Bedingungen durch die Mischung des kalten und des wärmeren Teilstroms am Temperatursensor 13 eine Temperatur des Kältemittels ergibt, die unterhalb der für den Klareisbereiter 4 idealen Temperatur liegt. Das Kalt-Ventil 12 ist vorgesehen, um die Temperatur des Kältemittels in dem Klareisbereiter 4 beeinflussen zu können. Wird nun an dem Temperatursensor 13 eine Temperatur detektiert, die zu tief liegt, um wirklich klares Eis erzeugen zu können, muss der Teilstrom über die Rückflussleitung 19 und den Wärmetauscher 5 verringert und der Teilstrom durch die Bypassleitung 18 erhöht werden. Hierzu wird das Kalt-Ventil 12 getaktet, das heißt mit einer bestimmten Frequenz geschlossen und wieder geöffnet. Je länger die Schließzeiten des Kalt-Ventils 12 sind, desto größer wird der Teilstrom durch die Bypassleitung 18. Bei einer zu tiefen gemessenen Temperatur des Kältemittels müssen folglich die Schließzeiten des Kalt-Ventils 12 verlängert und bei einer zu hohen gemessenen Temperatur des Kältemittels die Schließzeiten des Kalt-Ventils 12 verringert werden.

Das Kalt-Ventil 12 kann jedoch auch als steuerbares Ventil ausgeführt sein. Ein solches Ventil muss nicht getaktet werden, da der Öffnungsquerschnitt des Ventils einstellbar ist. Mit jeder Stellung des Ventils lässt sich also ein bestimmtes Mischungsverhältnis der Teilströme aus der Bypassleitung 18 und dem Wärmetauscher 5 erzielen.

Ist an den Kühlfingern des Klareisbereiters 4 eine entsprechende Eisdicke erreicht, wird die Heizeinrichtung 14 eingeschaltet. Gleichzeitig wird das Kalt-Ventil 12 komplett geschlossen. Das Kältemittel wird auf eine Temperatur knapp über 0 °C erwärmt und vollständig über die Bypassleitung 18 geführt. Sobald die Temperatur in dem Klareisbereiter 4 oberhalb der 0°C-Grenze liegt, schmilzt das direkt mit den Kühlfingern in Kontakt stehende Eis und das fertige Klareis fällt in die Auffangschale 10.

In dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich das Bypassventil 15 in die Bypassleitung 18 eingeschaltet. Unabhängig davon ob die Ventile 12 und 15 getaktet oder mit kontinuierlich veränderbarem Strömungsquerschnitt versehen sind, lässt sich in diesem Ausführungsbeispiel die Temperatur des Kältemittels schneller und direkter steuern, so dass die gewünschte Temperatur des Kältemittels in dem Klareisbereiter 4 mit geringeren Schwankungen aufrecht erhalten werden kann.

Eine noch direktere Temperaturregelung ist mit dem Ausführungsbeispiel möglich, welches in Fig. 5 aufgezeigt ist. Hier ist statt der beiden Ventile 12 und 15 ein Mischventil 16 eingesetzt. Dieses Mischventil 16 befindet sich dort wo der Teilstrom aus dem Wärmetauscher 5 mit dem Teilstrom aus der Bypassleitung 18 vereinigt wird. Mit dem Mischventil 16 können diese Teilströme direkt geregelt werden. Auf diese Weise ist die Temperatur des Kältemittels in dem Klareisbereiter 4 sehr exakt und schwankungsfrei einstellbar.

1

Kältegerät

2

Kühlraum

3

Gefrierfach

4

Klareisbereiter

5

Wärmetauscher

6

Drahtrohrverdampfer

7

Verdampferrohr

8

Drahtstab

9

Wärmetauscherrohr

10

Auffangschale

11

Innenraum

12

Kalt-Ventil

13

Temperatursensor

14

Heizeinrichtung

15

Bypassventil

16

Mischventil

17

Umwälzpumpe

18

Bypassleitung

19

Rückflussleitung