DE3544445C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühl- oder Gefriergerät, insbes. einen Haushalts-Kühl- oder Gefrierschrank nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Kühl- oder Gefriergeräten der hier betroffenen Gattung wird die als Arbeitsmit­ tel genutzte atmosphärische Luft im Kreislauf umgewälzt. Da diese dabei in der Lage ist, aus der Umgebung und aus dem Kühl- bzw. Gefriergut Wasserdampf aufzunehmen, bilden sich bei den hinter der Expansionsstufe herrschenden tiefen Temperaturen Eiskristalle. Hierdurch besteht die Gefahr, daß diese hinter der Ex­ pansionsstufe ausgefällt werden und sich in Form von Reif oder Eis anlagern, wo­ durch die Funktion des Kaltluft-Kreislaufes stark beeinträchtigt wird.

Bei einer gattungsgemäßen, aus der US-PS 36 86 893 bekannten Anordnung sind daher Labyrinthabscheider vorgesehen, mit denen die hinter der Expansionsstufe entste­ henden Eiskristalle aus dem Luftstrom ausgeschieden werden. Die ausgeschiedenen Eiskristalle werden dann aufgetaut und in Form von Tauwasser aus dem System ent­ fernt.

Sofern dabei als Expansionsstufe eine Expansionsturbine verwendet wird, ist die Reifentstehung jedoch unkontrollierbar; da diese z. B. von der Keimzahl der umge­ wälzten Luft, der örtlichen Unterkühlung, den örtlichen Strömungsbedingungen, der Lufttemperatur und der Luftfeuchte abhängt, besteht hier die Möglichkeit, daß sich Eiskristalle - anders als im Normalfall, wo sie wegen ihrer endlichen Wachstumsge­ schwindigkeiten erst dahinter entstehen - bereits innerhalb des Laufkranzes der Ex­ pansionsturbine bilden können. Sofern hierbei kompakte Eiskristalle entstehen, die mit hoher Relativgeschwindigkeit bewegt werden, besteht die Gefahr, daß diese zu mechanischen Beanspruchungen und Beschädigungen sowohl der Lauf- als auch der Leitschaufeln der Expansionsturbine führen können.

Ein aus der DE-PS 29 17 721 bekanntes Kühlgerät weist einen zweiten Verdampfer auf, auf welchem sich Feuchtigkeit durch Sublimation niederschlägt, dieses Kühlgerät arbeitet jedoch nicht nach dem Prinzip der Gaskältemaschine, sondern auf konventionelle Weise mit einem Kältemittel.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem gattungsgemäßen Kühl- oder Gefriergerät die Lebensdauer der Kompressor- wie auch der Expansionsvorrichtung zu erhöhen und gleichzeitig die Ausbildung von Reif im Nutzraum zu vermindern.

Diese Aufgabe wird nach der vorliegenden Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Weitere, in den Unteransprüchen aufgezeigte, vorteilhafte Ausgestaltungen sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand eines in der Zeichnung vereinfacht dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen schematisch dargestellten Luftkreislauf in einer Gaskältemaschine für ein Gefriergerät, mit dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher, zwischen Nutzraum und Kompressorvorrichtung,

Fig. 2 den thermodynamischen Ablauf des Idealprozesses des Luftkreislaufes mit dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher in einem TS-Diagramm,

Fig. 3 bis 5 verschiedene Ansichten des als einfacher Kreuzstrom-Plattenwärmetau­ scher ausgebildeten, erfindungsgemäßen Wärmetauschers und

Fig. 6 einen durch Klappen steuerbaren Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher als Alternativbeispiel zu dem Ausführungsbeispiel in den Fig. 3 bis 5.

In der Fig. 1 ist mit K der Nutzraum eines Gefriergerätes bezeichnet, welches in der üblichen Weise ein mit einer nicht dargestellten Tür verschließbares, wärmeiso­ liertes Gehäuse aufweist. Das Gefriergerät ist mit einer Gaskältemaschine versehen, welche kontinuierlich oder intermittierend be­ trieben werden kann. Bei intermittierendem Betrieb steigt in den Stehzeiten der Gaskältemaschine die Temperatur der Luft im Nutzraum K an. Dies ist sowohl auf den Wärmeeinfall von außen durch die Wärmeisolation des Gehäuses als auch durch das Eindringen der Außenluft beim Öffnen der Tür und nicht zuletzt auf die mit frisch eingelagertem Gefriergut in den Nutzraum K eingebrachte Wärmeenergie zurückzu­ führen.

Steigt die Lufttemperatur im Inneren des Nutzraumes bis auf den oberen Ein­ schaltpunkt eines nicht dargestellten Thermostaten an, so wird der Stromkreis für einen Antriebsmotor EM geschlossen, der einen kombinierten Turbinensatz aus einer hochtourigen Kompressionsturbine V und einer Expansionsturbine E antreibt. Dabei wird Luft vom Zustand 0 aus dem Nutzraum K angesaugt und über einen Wärmetauscher A geleitet, in dem sich ihr Zustand auf wei­ ter unten beschriebene Weise auf den Zustand 0′ ändert. In diesem Zustand wird sie dann über die kalte Seite eines inneren Wärmetauschers WTI geleitet. Aus diesem inneren Wärmetauscher WTI gelangt die Luft darauf im Zustand 1 in die Kompres­ sionsturbine V, aus welcher sie im Zustand 2 in einen der Raumtemperatur ausge­ setzten äußeren Wärmetauscher WTA geleitet wird. In diesem der Raumluft ausge­ setzten äußeren Wärmetauscher WTA wird die Temperatur der komprimierten Luft auf den Zustand 3′ oberhalb der Raumtemperatur gesenkt. Die beim Durchlauf der einzelnen Phasen sich ändernden, mit Ziffern bezeichneten Zustände der Luft ent­ sprechen dabei den Zuständen nach dem TS-Diagramm in Fig. 2.

Die Luft verläßt den äußeren Wärmetauscher WTA im Zustand 3′ und tritt auf der warmen Seite des inneren Wärmetauschers WTI ein, in welchem ein Wärmeaustausch mit den aus dem Nutzraum angesaugten, im Wärmetauscher A auf den Zustand 0′ gebrachten Luft stattfindet. Dabei wird die Temperatur der Luft auf den Zustand 3 gesenkt.

In diesem Zustand 3 wird dann die Luft aus dem inneren Wärmetauscher WTI von der Expansionsturbine E angesaugt und dort auf den Zustand 4 expandiert, wobei ih­ re Temperatur auf ca. -25°C abgesenkt wird. Über den Wärmetauscher A tritt dann die kalte Luft in dem Zustand 5 wieder in den Nutzraum K ein.

In dem Wärmetauscher A findet ein Wärmetausch zwischen der aus dem Nutzraum K abgesaugten warmen Luft vom Zustand 0 und der von der Expansionsturbine E kommenden extrem kalten Luft vom Zustand 4 statt. Dabei schlägt sich die von der Luft im Zustand 0 im Nutzraum K aufgenommene Feuchtigkeit in Form von Reif im Wärmetauscher A nieder, so daß die Luft diesen Wärmetauscher im Zustand 0′ getrocknet verläßt. Auf diese Weise wird eine unkontrollierte Bildung von Reif- oder Eiskristallen in oder hinter der Expansionsturbine E mit Sicherheit ausgeschaltet, da bei entsprechender Auslegung des Wärmetauschers A die Luft vom Zustand 0 nahezu bis auf die Tau­ punkttemperatur 4 entfeuchtet werden kann.

Der Wärmetauscher A ist als Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher mit ei­ nem äußeren Gehäuse G und stehend darin angeordneten Platten P ausgebildet, siehe Fig. 3 bis 6.

Die aus dem Nutzraum K des Gefriergeräts kommende wärmere und feuchte Luft vom Zustand 0 durchströmt den als Abscheider ausgebildeten, Wärme­ tauscher A in Kontakt mit den kalten Platten P, deren Hohlraum von dem nach der Expansionsturbine E entstehenden Kaltluftstrom im Zustand 4 durchströmt werden. Dabei scheidet sich die von der Luft im Nutzraum aufgenommene Feuchtigkeit in Form von Reif auf den Wänden der Platten P ab, wodurch die Luft auf den Zustand 0′ gekühlt und entfeuchtet wird. Die im Kreuzstrom dazu strömende Kaltluft vom Zustand 4 erwärmt sich auf den Zustand 5, in welchem sie in den Nutzraum einge­ blasen wird.

Die Platten P sind als einfache Blechwände in Endverteilern EV eingeschweißt oder eingebördelt und zweckmäßigerweise an Haltelaschen L eingehängt. An die Dichtheit werden im übrigen keine großen Anforderungen gestellt, da die Drücke der Luft in den Zuständen 0 und 4 nahezu gleich sind.

An den Plattenkanten, die ebenfalls geschweißt oder gebördelt sein können, sind Elektroheizdrähte H angebracht, die zweckmäßigerweise auch durch einen untenlie­ genden Wasserablauf S nach außen und von dort noch durch eine Ablaufrohrleitung ER geführt sind.

Die aus dem Luftstrom vom Zustand 0 als Reif ausgeschiedene Feuchtigkeit läuft beim Abtauen durch Durchbrüche D ab, welche kurz oberhalb der unteren Endvertei­ lerplatte EV, die wegen des Wasserablaufes schräg ausgeführt ist, die Platten P auf der Luftseite 0 durchsetzt in ein Durchsteckrohr R, welches an der tiefsten Stelle der Plattentasche durch die Endverteilerplatte P geführt ist. Danach ist beispiels­ weise ein flexibler, durch H beheizbarer Schlauch ER in Form eines Siphons mit R verbunden, um das Wasser mit einem Wasserverschluß durch den Siphon auf eine nicht gezeigte Verdunstungsschale zu führen und wieder verdunsten zu lassen.

Der Abtauvorgang kann entweder zeitgesteuert sein oder beim Überschreiten eines bestimmten Druckabfalls im Luftstrom vom Zustand 0 und 0′ oder aber auch durch optosensorische Kontrolle der Reifdicke eingeleitet werden. Dazu wird die Gaskältemaschine ausgeschaltet und die Elektroheizung H eingeschaltet. Die Beendigung des Abtauvorganges geschieht entweder zeitgesteuert oder durch Messung der Ober­ flächentemperatur der Platten P bei Überschreitung des Gefrierpunktes durch Ab­ schalten der Abtauheizung H.

Bei dem in der Fig. 6 nur in der einen Hälfte dargestellten alternativen Ausfüh­ rungsbeispiel zu dem Wärmetauscher A′ handelt es sich um einen perio­ disch abtaubaren Abscheider, bei dem im Gegensatz zu dem vorstehend beschriebe­ nen Ausführungsbeispiel auf beiden Luftseiten ein- und austrittsseitig Klappensteue­ rungen KL angebracht sind. Diese bestehen gemäß Fig. 6 aus einem Wellenantrieb W, welcher die Umlenkklappe KL zwischen den beiden Anschlägen A 1 und A 2 hin und her zu bewegen vermag.

Die aus dem Nutzraum K des Gefriergerätes kommende Luft vom Zustand 0 durch­ strömt im dargestellten Ausführungsbeispiel die unteren Luftkanäle und wird durch die dort in den Kaltluftkanälen der Platten P entgegenströmende Kaltluft vom Zu­ stand 4 gekühlt und entfeuchtet. Hierbei ist im oberen Abteil die Elektroheizung H ₁ eingeschaltet, wodurch in diesem Abteil gerade abgetaut wird. Um eine Wärmeüber­ tragung zwischen beiden Abteilen zu vermeiden, ist zwischen den beiden Hälften ein Isolierstück I angebracht, welches auch einen Luftdurchtritt in Höhe der Wellenebe­ ne W verhindert. Die aus schlecht wärmeleitendem Werkstoff angefertigte Umlenk­ klappe KL, die hierbei auf der Anschlagseite A 1 anliegt, verhindert den Luftdurch­ tritt durch die gerade abtauende andere Hälfte.

Ist diese Hälfte abgetaut - z. B. durch Thermofühler oder zeitgesteuert kontrolliert - wird die Elektroheizung H 1 abgeschaltet, mit einer bestimmten Zeitverzögerung luft­ seitig umgeschaltet und die Elektroheizung H 2 eingeschaltet. Der Vorgang wird zyklisch so weitergeführt. In diesem Falle kann im übrigen die Heizung für die Ab­ laufleitung auch durch Warmluft erfolgen, da sie zum Eisfreihalten des Wasserablaufes S ständig in Betrieb sein muß.

In der nicht dargestellten Hälfte des Kreuzstrom-Plattenwärmetauschers ist ebenfalls eine Umlenkklappe angeordnet, die analog zur dargestellten, jedoch gegen­ läufig zu dieser bewegt wird.

Claims (4)

1. Kühl- oder Gefriergerät, dessen Nutzraum durch die umgewälzte Kaltluft einer Gaskältemaschine gekühlt wird, welche in einem geschlossenen Kreislauf aus dem Nutzraum angesaugte Luft mit einer Kompressorvorrichtung zunächst komprimiert und nach­ folgend mit Hilfe eines der Umgebungsluft ausgesetzten Wärmetauschers sowie durch Expansion in einer Expansionsvorrichtung abkühlt und in den Nutzraum zurückleitet, wobei im Luftkreislauf Mittel zum Entfeuchten des umge­ wälzten Luftstromes vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfeuchtung des umgewälzten Luftstromes zwischen dem Nutzraum (K) und der Kompressorvorrichtung (V) erfolgt, und zwar mit Hilfe eines Kondensations-Wärmetauschers (A) dessen Kondensationsflächen (P) durch den aus der Expansionsvorrichtung (E) in den Nutzraum (K) eintretenden Luftstrom ge­ kühlt werden.

2. Kühl- oder Gefriergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensations-Wärmetauscher (A) als Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher ausge­ führt ist, dessen Kondensationsflächen (P) senkrecht angeordnet sind und an ihrem unteren Ende einen gegen die Senkrechte geneigten Endverteiler (EV) mit einem Ablauf (S, ER) für Tauwasser aufweisen.

3. Kühl- oder Gefriergerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensationsflächen (P) des Kreuzstrom-Plattenwärmetauschers mit einer Ab­ tauheizung (H) versehen sind.

4. Kühl- oder Gefriergerät nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher (A′) zwei über Steuerklap­ pen (KL) alternativ in den Luftstrom einschaltbare Abteile aufweist, die ther­ misch durch eine Isolierwand (I) voneinander getrennt sind.