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.
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Die
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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:
Das Kältegerät der
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.
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Anderen Ausgestaltungen der Erfindung zufolge kann der Kältemittelkreislauf eines Kältegeräts auch mehr als die in
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