Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kältemaschine, insbesondere für den Einsatz in einem Haushaltskältegerät. Die meisten gegenwärtig in Haushaltskältegeräten eingesetzten Kältemaschinen haben als Drosselelement, an dem eine Entspannung des zirkulierenden Kältemittels stattfindet, eine Kapillare. Diese Kapillare ist auf einem Teil ihrer Länge in engem thermischen Kontakt mit einem Saugrohr verlegt, das Kältemitteldampf aus einem Verdampfer zum Verdichter zurückführt, so dass über die Kapillare dem Verdampfer zugeführtes Kältemittel durch den Kältemitteldampf der Saugleitung vor Erreichen des Verdampfers vorgekühlt wird und andererseits durch die Erwärmung des Kältemitteldampfs der Gefahr von Taubildung auf der Saugleitung entgegengewirkt wird.

Die Kapillare als Drosselelement ist zwar robust und preiswert, sie hat jedoch den Nachteil, dass ihr Strömungswiderstand nicht regelbar ist und der an ihr auftretende Druckabfall nur durch die Leistung des Verdichters bestimmt ist. Die Durchlasseigenschaften der Kapillare bestimmen maßgeblich die Verdunstungstemperatur, die sich bei einem der Kapillare nachgeschalteten Verdampfer einstellt, und so letztlich auch den Temperaturbereich, in dem ein von dem betreffenden Verdampfer gekühltes Lagerfach eines Kältegeräts mit befriedigender Energieeffizienz betrieben werden kann. Um ein solches Fach in einem großen Temperaturbereich betreiben zu können und beispielsweise zwischen Kühl-, Gefrier- oder Null-Grad-Betrieb eines Fachs umschalten zu können, ist eine Kapillare nicht geeignet. Wenn hingegen ein Expansionsventil als Drosselstelle eingesetzt wird, kann der Strömungswiderstand zwar willkürlich gesteuert werden, doch findet die Entspannung des Kältemittels auf im Vergleich zur Kapillare sehr engem Raum statt, so dass ein die Energieeffizienz verbessernder Wärmeaustausch mit dem aus dem Verdampfer abgesaugten Kältemitteldampf nicht möglich ist. Aufgabe der Erfindung ist, eine Kältemaschine, insbesondere für ein Haushaltskältegerät, zu schaffen, die einen energieeffizienten Betrieb auch dann erlaubt, wenn keine Möglichkeit zum Wärmeaustausch entlang einer Kapillare besteht. Die Aufgabe wird gelöst, indem bei einer Kältemaschine mit einer von einem Verdichter über einen Verflüssiger zu einem Drosselelement verlaufenden Hochdruckleitung und einer von dem Drosselelement über einen Verdampfer zum Verdichter verlaufenden Niederdruckleitung ein sich zwischen dem Verflüssiger und dem Drosselelement erstreckender Abschnitt der Hochdruckleitung und ein sich zwischen dem Verdampfer und dem Verdichter erstreckender Abschnitt der Niederdruckleitung als Wärmetauscher ausgebildet sind.

Bei dem Drosselelement kann es sich insbesondere um ein Expansionsventil handeln; der Wärmetauscher kann aber auch bei anderen Typen von Drosselelementen effizienzsteigernd wirken.

Typischerweise umfasst der Wärmetauscher zwei in Kontakt miteinander stehende Leitungsabschnitte, von denen der eine der Hochdruckleitung und der andere der Niederdruckleitung angehört.

Ein intensiver Wärmeaustausch ist insbesondere dann möglich, wenn die beiden Leitungsabschnitte einteilig als Hohlprofil geformt sind. Da ein solcher Wärmetauscher jedoch relativ aufwändig mit angrenzenden Abschnitten der Hoch- und Niederdruckleitung zu verbinden ist, sind einer bevorzugten Ausgestaltung zu Folge die Leitungsabschnitte zwei getrennte Rohre, die auf wenigstens einem Teil ihrer Länge miteinander verbunden sind.

Ein besonders einfacher Aufbau der Kältemaschine mit einem Minimum an Fügestellen ergibt sich dann, wenn eines der zwei Rohre sich einteilig vom Verdampfer bis zum Verdichter und/oder das andere der zwei Rohre sich einteilig vom Verflüssiger zum Drosselelement erstreckt.

Die Leitungsabschnitte des Verdichters können aneinander verlötet sein. Das Lot unterstützt einen effizienten Wärmeaustausch zwischen den zwei Leitungsabschnitten, indem es Zwischenräume zwischen ihnen, wie etwa Zwickel beiderseits einer Kontaktlinie zwischen zwei zylindrischen Leitungsabschnitten, ausfüllt. Alternativ kann auch eine äußere Umhüllung, zum Beispiel durch um die Leitungsabschnitte gewickeltes Klebeband, oder durch einen Schrumpfschlauch, vorgesehen sein, um die Leitungsabschnitte in thermischem Kontakt miteinander zusammenzuhalten. Für eine hohe Wärmeaustauschleistung ist bevorzugt, dass die Leitungsabschnitte einander flächig berühren.

Eine Kontaktfläche, auf der sich die Leitungsabschnitte berühren, kann im Querschnitt durch die Leitungsabschnitte eben sein. Solche ebenen Kontaktflächen können an beiden Leitungsabschnitten unabhängig voneinander auf einfache Weise geformt werden, so dass die fertig geformten Leitungsabschnitte anschließend miteinander in Kontakt gebracht werden können.

Für einen noch effizienteren Wärmeaustausch kann es zweckmäßig sein, dass die Leitungsabschnitte sich auf einer Kontaktfläche berühren, die im Querschnitt durch die Leitungsabschnitte konvex gekrümmt ist. Eine solche Kontaktfläche kann zum Beispiel erhalten werden, indem als Leitungsabschnitte zwei Rohre, vorzugsweise mit unterschiedlichen Durchmessern, verwendet werden und das steifere Rohr aus seitlicher Richtung in den Mantel des nachgiebigeren Rohrs hineingedrückt wird.

Die engere der beiden Leitungen wird im Allgemeinen die Hochdruckleitung sein; deswegen ist in der Regel die Niederdruckleitung die nachgiebigere, und die konvexe Seite der Kontaktfläche ist vorzugsweise der Niederdruckleitung zugewandt. Der Wärmetauscher kann in eine Isolationsmaterialschicht eingebettet sein, um einen Zustrom von Umgebungswärme zum in der Niederdruckleitung zirkulierenden Kältemitteldampf zu beschränken und der Gefahr von Taubildung auf der Niederdruckleitung entgegenzuwirken. Eine solche Isolationsmaterialschicht kann insbesondere Teil eines Kältegerätegehäuses sein. Die Einbettung des Wärmetauschers in die Isolationsmaterialschicht ermöglicht insbesondere dann einen einfachen und kompakten Aufbau, wenn der Verflüssiger als Skin-Verflüssiger, zwischen der Isolationsmaterialschicht und einer Außenhaut des Kältegerätegehäuses, angeordnet ist. 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 der erfindungsgemäßen Kältemaschine;

Fig. 2 einen Schnitt durch den Wärmetauscher der Kältemaschine gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung;

Fig. 3 einen Schnitt durch den Wärmetauscher gemäß einer zweiten Ausgestaltung;

Fig. 4 einen Schnitt durch den Wärmetauscher gemäß einer dritten Ausgestaltung;

Fig. 5 einen Schnitt durch den Wärmetauscher gemäß einer vierten Ausgestaltung; und Fig. 6 einen Schnitt durch den Wärmetauscher gemäß einer fünften Ausgestaltung.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Kältemaschine eines Haushaltskältegeräts umfasst in an sich bekannter Weise einen Verdichter 1 mit einem Kältemittelauslass, von dem eine Hochdruckleitung 2 ausgeht. Die Hochdruckleitung 2 erstreckt sich über einen Verflüssiger 3 bis zu einem Expansionsventil 4, wobei der Leitungsabschnitt zwischen einem Ausgang des Verflüssigers 3 und dem Expansionsventil 4 mit 5 bezeichnet ist.

Jenseits des Expansionsventils 4 verläuft eine Niederdruckleitung 6 über einen Verdampfer 7 zurück zu einem Einlass des Verdichters 1. Ein auch als Saugleitung bezeichneter Abschnitt 9 der Niederdruckleitung 6, der den Auslass des Verdampfers 7 mit dem Verdichter 1 verbindet, ist auf einem Teil seiner Länge in Kontakt mit dem Leitungsabschnitt 5 verlegt, um einen Wärmetauscher 10 zu bilden. Der Strömungswiderstand des Expansionsventils 4 ist durch eine nicht dargestellte Steuerschaltung in Abhängigkeit von einer von einem Benutzer eingestellten Solltemperatur einer von dem Verdampfer 7 gekühlten Lagerkammer steuerbar. Der Verdampfer 7 kann in einer eigenen Verdampferkammer untergebracht sein; mit Hilfe eines den Luftaustausch antreibenden Ventilators und geeigneter, den Luftaustausch steuernder Klappen kann der Verdampfer 7 zu verschiedenen Zeiten verschiedene Lagerkammern kühlen, wobei die Verdampfungstemperatur über den Strömungswiderstand des Expansionsventils 4 jeweils passend zur für die betreffende Lagerkammer vorgegebenen Solltemperatur eingestellt werden kann. Wenn die gezeigte Kältemaschine in einem Haushaltskältegerät üblicher Bauart verbaut ist, befinden sich der Verdichter 1 und der Verflüssiger 3 an einer Außenseite eines Gehäuses des Geräts, außerhalb einer Schicht aus Isolationsmaterial 8, die die Lagerkammer des Geräts umgibt. Der Verdichter 1 ist üblicherweise in einem Maschinenraum an der Rückseite des Gehäuses untergebracht. Der Verflüssiger 3 kann ebenfalls im Maschinenraum oder darüber an der Rückseite des Gehäuses Platz finden, vorzugsweise ist er als Skin-Verflüssiger an einer Seitenwand des Gehäuses, zwischen dem Isolationsmaterial 8 und einer Außenhaut, untergebracht. Der Verdampfer 7 befindet sich im Inneren des Gehäuses, und der Wärmetauscher 10 ist in das Isolationsmaterial 8 eingebettet.

Durch die Einbettung in das Isolationsmaterial 8 ist der Wärmetauscher 10 im Idealfall luftdicht eingeschlossen, so dass sich an seinen Außenflächen kein Tauwasser niederschlagen kann. Daher können die Leitungsabschnitte 5 und 9, die im Wärmetauscher 10 in Kontakt miteinander verlaufen, miteinander wie in Fig. 2 gezeigt durch Lot 1 1 , das über die Länge des Wärmetauschers 10 hinweg Zwickel beiderseits eines Kontaktpunkts 14 zwischen den Leitungsabschnitten 5 und 9 ausfüllt, großflächig gut wärmeleitend miteinander verbunden sein, ohne dass die Gefahr von Kontaktkorrosion besteht. Wenn die Leitungsabschnitte 5 und 9 aus dem gleichen Metall, zum Beispiel Kupfer oder Aluminiumlegierung, bestehen, kann Kontaktkorrosion auch dann vermieden werden, wenn sich die Leitungsabschnitte auch außerhalb des Isolationsmaterials 8 berühren. Die in Fig. 2 gezeigten zylindrischen Rohre, die die Leitungsabschnitte 5 und 9 bilden, können sich einteilig durchgehend vom Verflüssiger 3 bis zum Expansionsventil 4 bzw. vom Verdampfer 7 bis zum Verdichter 1 erstrecken und sind dort typischerweise durch Lötung dicht angeschlossen. Fig. 3 zeigt eine zweite Ausgestaltung des Wärmetauschers 10 im Querschnitt. Die die Leitungsabschnitte 5 und 9 sind dieselben wie im Falle der Fig. 2; anstatt durch das Lot 1 1 sind sie durch eine unter Spannung stehende äußere Umhüllung 12 in thermischem Kontakt zusammengehalten. Die Umhüllung 12 kann durch einen Schrumpfschlauch oder durch ein um die Leitungsabschnitte 5 und 9 gewickeltes Klebeband gebildet sein. Um den Wärmeaustausch zu intensivieren, können von der Umhüllung 12 eingeschlossene Zwickel 13 beiderseits eines Kontaktpunkts 14 der die Leitungsabschnitte 5 und 9 mit einer Wärmeleitpaste oder anderem geeignetem plastischem Material ausgefüllt sein. Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch den Wärmetauscher 10 gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung. Der Wärmetauscher 10 ist hier als ein einteiliges Hohlprofil mit zwei parallel zueinander verlaufenden Kammern 16, 17 ausgebildet, die jeweils Teile der Leitungsabschnitte 5 bzw. 9 bilden. Die Einteiligkeit des Hohlprofils und die geringe Stärke einer die Kammern 16, 17 trennenden Wand 15 erlaubt einen effizienten Wärmeaustausch, allerdings ist die Anbringung von weiteren Rohrstücken, die die Kammer 16 mit dem Verflüssiger 3 und dem Expansionsventil 4 bzw. die Kammer 17 mit dem Verdampfer 7 und dem Verdichter 1 verbinden, relativ aufwändig.

Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch einen Wärmetauscher 10 gemäß einer vierten Ausgestaltung, der wie der Wärmetauscher der Fig. 4 einen Austausch auf einer großen, im Querschnitt ebenen Kontaktfläche, hier mit 18 bezeichnet, ermöglicht, allerdings ist diese Kontaktfläche 16 gebildet durch einander berührende Wandbereiche der Leitungsabschnitte 5 und 9, die im Bereich des Wärmetauschers 10 im Querschnitt abgeflacht sind. Außerhalb des Wärmetauschers 10 können sich die die Leitungsabschnitte 5 und 9 mit ihrem ursprünglichen runden Querschnitt einteilig bis zum Verflüssiger 3 und Expansionsventil 4 bzw. bis zum Verdampfer 7 und Verdichter 1 erstrecken. Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch den Wärmetauscher 10 gemäß einer fünften Ausgestaltung. In dieser Ausgestaltung ist die Tatsache ausgenutzt, dass der Leitungsabschnitt 5 bereits aufgrund seines kleineren Durchmessers weniger leicht verformbar ist als der Abschnitt 9. Um die Verformbarkeit des Abschnitts 9 weiter zu steigern, kann dieser, wie in der Figur gezeigt, zusätzlich mit kleinerer Wandstärke als das Rohrstück 5 ausgeführt sein. Der Wärmetauscher 10 ist hier gebildet, indem auf einer begrenzten Länge der die Leitungsabschnitt 5 in den die Leitungsabschnitt 9 seitlich hineingedrückt ist und dabei dessen Wand verformt, so dass eine zum die Leitungsabschnitt 9 hin konvex gekrümmte Kontaktfläche 19 erhalten wird. Die Einbettung in das Isolationsmaterial 8 kann ausreichend sein, um einen dauerhaft engen Kontakt der Leitungsabschnitte 5 und 9 entlang der Kontaktfläche 19 zu gewährleisten; vorzugsweise sind jedoch beide, analog zur Darstellung der Fig. 2 bzw. 3, durch entlang der Kontaktfläche 19 verteiltes Lot oder eine unter Spannung stehende Umhüllung in Kontakt gehalten.

BEZUGSZEICHEN

1 Verdichter

2 Hochdruckleitung

3 Verflüssiger

4 Expansionsventil

5 Rohrstück

6 Niederdruckleitung

7 Verdampfer

8 Isolationsmaterial

9 Abschnitt

10 Wärmetauscher

1 1 Lot

12 Umhüllung

13 Zwickel

14 Kontaktpunkt

15 Wand

16 Kammer

17 Kammer

18 Kontaktfläche

19 Kontaktfläche