-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit einem
Innenbehälter
zur Aufnahme von Kühl-
und/oder Gefriergut, mit einem thermoakustischen Kühler sowie
mit einem Wärmetauscher
zur Kühlung
des Innenraumes des Innenbehälters.
-
Aus
dem Stand der Technik sind Kühl- und/oder
Gefriergeräte
herkömmlicher
Art bekannt, die über
einen Kältemittelkreislauf
mit Verdichter, Verflüssiger,
Drossel und Verdampfer verfügen,
wobei der Verdampfer dazu dient, den Innenraum durch Verdampfung
des Kältemittels
zu kühlen.
-
Aus
dem Stand der Technik ist es ferner bekannt, zur Kühlung des
Innenraums eines Kühl- und/oder
Gefriergerätes
einen sogenannten thermoakustischen Kühler einzusetzen. Für derartige
thermoakustische Kühler
sind unterschiedliche Funktionsprinzipien bekannt.
-
Bei
der thermoakustischen Kühlung
wird der Effekt genutzt, dass akustische Wellen (Schallwellen) inhomogene
Temperaturverteilungen an begrenzenden Kontaktflä chen erzeugen können. Zum
Beispiel wird durch einen Resonator (z. B. Lautsprecher) das Arbeitsmedium
(z. B. Helium) zu monochromatischen Schwingungen hoher Intensität angeregt.
Das Arbeitsmedium wird durch die longitudinalen Wellen in einem
sogenannten Stack hin und hergeleitet. Dieser Stack besteht vorzugsweise
aus einem Material mit hoher Wärmekapazität und geringer
Wärmeleitfähigkeit.
Durch die longitudinale Schwingung wird nun durch Kompression und
Expansion des Arbeitsmediums dieses lokal erwärmt und abgekühlt. Im
vereinfachten Modell werden viele nebeneinander liegende Gaspakete
betrachtet, die in ihrer Zusammenarbeit dem einen Wärmetauscher
(kaltes Reservoir) Wärme
entnehmen und jeweils um eine Schwingungsamplitude pro Gaspaket
längs des
Stacks zum anderen Wärmetauscher
(warmes Reservoir) transportieren. Mit diesem Prozeß ist es
möglich,
Wärme von
einem Wärmeüberträger auf
einen anderen zu übertragen
und somit eine Kältemaschine
anzutreiben.
-
Ein
denkbarer Kältekreislauf
umfasst einen kalten Wärmetauscher,
den thermoakustischen Kühler,
einen warmen Wärmetauscher
und eine Pumpe zur Förderung
des Wärmeträgermediums.
Während der
Resonator des thermoakustischen Kühlers läuft, wird das durch den thermoakustischen
Kühler
strömende
Wärmeträgermedium
in einem Wärmeüberträger erwärmt und
sodann mittels der genannten Pumpe in den warmen Wärmetauscher
geführt,
in dem es abgekühlt
wird. Der warme Wärmetauscher entspricht
dabei in seiner Funktion dem Verflüssiger eines allgemein bekannten
Kühlkreislaufs
mit Kompressor, Verflüssiger
und Verdampfer. Währenddessen
wird im zweiten Wärmeüberträger im thermoakustischen
Kühler
das Wärmeträgermedium
abgekühlt
und durchströmt
anschließend
den kalten Wärmetauscher,
der sich üblicherweise
in dem Kühl-
bzw. dem Gefrierraum bzw. in dessen Bereich befindet und zur Aufnahme
von Wärme
aus diesem Raum dient.
-
Von
der Erfindung ist jede beliebige Art der Ausführung bzw. des Funktionsprinzips
eines thermoakustischen Kühlers
umfasst.
-
Stand
der Technik ist es, dass der Wärmetauscher
in Form einer Aluminiumplatine (Rohr auf Blech oder Roll-Bond) auf
der Rückwand
des Innenbehälters,
d. h. des Kühlgutbehälters, im
Schaum mit einem Doppelklebeband fixiert wird. Um eine mechanisch
und thermisch hinreichende Verbindung zwischen dem Wärmetauscher
und dem Innenbehälter zu
erhalten, muss der Wärmetauscher
maschinell aufgepresst werden.
-
Der
Wärmeübergang
findet somit zwischen Aluminium, dem genannten Doppelklebeband und dem
Innenbehälter
statt.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühl- und/oder
Gefriergerät
der eingangs genannten Art in vorteilhafter Weise weiterbilden,
insbesondere dahingehend, dass dieses vergleichsweise einfach aufgebaut
ist und eine effiziente Kühlung
ermöglicht.
-
Diese
Aufgabe wird durch ein Kühl-
und/oder Gefriergerät
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Kühl- und/oder
Gefriergerät
mit den Merkmalen des Anspruchs 2 gelöst.
-
Erfindungsgemäß ist gemäß Anspruch
1 vorgesehen, dass ein Kühl-
und/oder Gefriergerät
einen Innenbehälter
zur Aufnahme von Kühl-
und/oder Gefriergut, wenigstens einen thermoakustischen Kühler sowie
wenigstens einen Wärmetauscher
mit einem darin befindlichen Wärmeträgermedium
zur Kühlung des
Innenraums des Innenbehälters
aufweist, wobei der wenigstens eine Wärmetauscher derart angeordnet
ist, dass der Wärmetransport
aus dem Innenraum des Innenbehälters
zum Wärmeträgermedium
nur über
die Wandung des Innenbehälters
oder nur über die
Wandung des Wärmetauschers
erfolgt. Der Wärmeübergang
findet abweichend von der aus dem Stand der Technik bekannten Anordnung
demzufolge nur über
eine der genannten Wandungen statt und ist daher besonders effektiv.
-
Erfindungsgemäß ist nach
Anspruch 2 vorgesehen, dass ein Kühl- und/oder Gefriergerät einen Innenbehälter zur
Aufnahme von Kühl-
und/oder Gefriergut, wenigstens einen thermoakustischen Kühler sowie
wenigstens einen Wärmetauscher
mit einem darin befindlichen Wärmeträgermedium
zur Kühlung des
Innenraums des Innenbehälters
aufweist, wobei der wenigstens eine Wärmetauscher integraler Bestandteil
des Innenbehälters
ist oder dass der wenigstens eine Wärmetauscher unmittelbar mit
dem Innenbehälter
in Verbindung steht.
-
Die
Wandung bzw. die Wandungen, durch die die Wärme aus dem Geräteinnenraum
an das Wärmeträgermedium übertragen
wird, kann Mittel aufweisen, durch die der Wärmeübergang verbessert wird. In
Betracht kommt eine geeignete Beschichtung oder das Vorliegen eines
den Wärmeübergang
verbessernden Mediums in die Wandung. Denkbar ist das Einbringen
von Feststoffen, die eine gute Wärmeleitfähigkeit
aufweisen. Vorzugsweise ist der Einsatz von Metallen oder Metalllegierungen
vorgesehen. Denkbar ist es somit beispielsweise, dass die Wandung
Metallpartikel und/oder sonstige eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisende Feststoffe
aufweist, die in dem Kunststoffmaterial verteilt sind und die den Zweck
haben, den Wärmedurchgang
durch die Wand zu verbessern.
-
Von
der Erfindung sind somit beispielsweise Ausführungsformen umfasst, bei denen
der Wärmetauscher
einen integralen Bestandteil des Innenbehälters bildet, d. h. einstückig mit
diesem in Verbindung steht. Auch ist von der Erfindung umfasst,
dass der Wärmetauscher
unmittelbar mit dem Innenbehälter
in Verbindung steht. Eine derartige unmittelbare Verbindung kann
beispielsweise durch ein Ultraschallverfahren realisiert werden.
-
Der
Wärmetauscher
kann auf der zum Innenraum gerichteten Seite des Innenbehälters oder
auch auf der nach außen
gerichteten Seite des Innenbehälters
angeordnet sein. Er kann auch derart angeordnet sein, dass er einen
Teil des Innenbehälters
bildet.
-
Denkbar
ist, dass der Wärmetauscher
als Wanne ausgeführt
ist. Diese Wanne kann beliebig ausgeführt bzw. verformt sein.
-
Denkbar
ist beispielsweise, dass der Wärmetauscher
derart ausgeführt
ist, dass der Wärmeträger durch
einen Kanal bzw. durch ein Kanalsystem strömen muss. Dabei ist das Kanalsystem
vorzugsweise derart ausgeführt,
dass der Kanal unmittelbar an den Innenbehälter angrenzt, so dass der
Wärmeübergang
nur über
den Innenbehälter
stattfindet. Da bei dieser Ausführungsform
der Erfindung der Wärmetauscher
nicht mittelbar, beispielsweise nicht mittels eines Klebebandes,
sondern unmittelbar mit dem Innenbehälter in Verbindung steht, ist
der Wärmeübergang
nur über
das Innenbehältermaterial
vorzunehmen, wodurch sich eine besonders effiziente Kühlung ergibt.
-
Auch
ist es denkbar den Wärmetauscher
beispielsweise als Rohr oder als Rohrsystem auszuführen. Dabei
ist es beispielsweise möglich,
dass der Wärmetauscher
derart in den Innenbehälter
integriert ist, dass die Rohre einen Abschnitt des Innenbehälters bilden
bzw. in einem bestimmten Abschnitt des Innenbehälters verlaufen. In diesem
Fall findet der Wärmeübergang
nur über
die Rohrwandung statt, wodurch sich ebenfalls ein effizienter Wärmeübergang
ergibt.
-
Wie
oben bereits ausgeführt,
kann der Wärmetauscher
mittels Ultraschall an dem Innenbehälter fixiert sein. Selbstverständlich sind
auch andere Verfahren denkbar, mittels derer eine unmittelbare Verbindung
zwischen Wärmetauscher
einerseits und dem Innenbehälter
andererseits vorgenommen werden kann.
-
In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wärmetauscher
mit Rohren zur Zu- und Ableitung des Wärmeträgermediums in den bzw. aus
dem Wärmetauscher
in Verbindung steht und dass wenigstens eines dieser Rohre aus Kunststoff
besteht. Dabei können
auch Rohre aus Kunststoff vorgesehen sein, die als Bypassleitungen zwischen
dem kalten und dem warmen Teilkreislauf des Wärmeträgerkreislaufs mit thermoakustischem Kühler dienen.
-
Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass der Wärmetauscher überwiegend
oder ausschließlich
aus Kunststoff besteht.
-
Die
Ausführung
der Verbindungsrohre zwischen dem kalten Wärmetauscher und dem thermoakustischen
Kühler
aus Kunststoff spart ebenso wie die Ausführung des Wärmetauschers aus Kunststoff Kosten.
Abgesehen davon, ist z. B. das Recycling von PS-Material günstiger
als das von Aluminium.
-
Darüber hinaus
kann vorgesehen sein, dass die Wandung bzw. wenigstens eine der
Wandungen, durch die die Wärme
aus dem Geräteinnenraum
an das Wärmeträgermedium übertragen
wird, Mittel aufweist, durch die der Wärmeübergang verbessert wird.
-
Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
dargestellt. Es zeigen:
-
1:
eine schematische Zeichnung eines Wärmeträgerkreislaufs mit thermoakustischen
Kühler;
-
2:
eine schematische Zeichnung eines Wärmeträgerkreislaufs mit thermoakustischen
Kühler
in einer weiteren Ausführungsform;
-
3:
eine schematische Zeichnung eines Wärmeträgerkreislaufs mit thermoakustischen
Kühler
in einer weiteren Ausführungsform;
-
4:
eine schematische Darstellung eines thermoakustischen Kühlers.
-
1 zeigt
in schematischer Darstellung eine Ausführungsform eines Wärmeträgerkreislaufs mit
thermoakustischem Kühler 10.
Der thermoakustische Kühler 10 befindet
sich zwischen einem kalten Teilkreislauf 20 und einem warmen
Teilkreislauf 30, die jeweils an einer Seite des thermoakustischen Kühlers 10 angeschlossen
sind. Dabei ist der kalte Teilkreislauf 20 mit einer Pumpe 21 und
zwei seriell geschalteten kalten Wärmetauscher 23, 24 ausgeführt. Dabei
kann der erste kalte Wärmetauscher 24 dem
Gefrierteil und der zweite kalte Wärmetauscher 23 dem
Kühlteil
des Kühl-
und/oder Gefriergerätes zugeordnet
sein. Die kalten Wärmetauscher 23, 24 können dabei
im Kühl-
bzw. Gefrierraum oder um den Kühl-
oder Gefrierraum herum angeordnet sein.
-
Der
warme Teilkreislauf 30 weist einen luftgekühlten, an
der Außenseite
des Kühl- und/oder Gefriergerätes angebrachten
warmen Wärmetauscher 32 auf,
wobei das Wärmeträgermedium
im warmen Teilkreislauf 30 durch die Pumpe 31 gefördert wird.
-
Die
Verbindungsrohre 29, 39 zu den Wärmetauschern 23, 24, 32 sind
als Kunststoffrohre ausgeführt
und dienen der Zu- bzw. Ableitung von Wärmeträgermedium.
-
2 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Wärmeträgerkreislaufs
für ein
Kühl- und/oder
Gefriergerät
mit einem thermoakustischen Kühler 10.
Vergleichbare Komponenten sind dabei mit gleichen Bezugszeichen
versehen. Der Teilkreislauf 20 weist dabei eine Pumpe 21 auf, die
stromabwärts
des thermoakustischen Kühlers
im kalten Teilkreislauf 20 angeordnet ist.
-
Nachgeordnet
der Pumpe 21 befindet sich ein als 3-Wege-Ventil ausgeführtes Ventil 22,
von dem am Ventilausgang 22' mit
der aus Kunststoff ausgeführten
Leitung 27 beginnend ein kalter Unterkreislauf 26 abzweigt.
Der kalte Unterkreislauf 26 weist dabei einen kalten Wärmetauscher 23 auf,
der dem Kühlteil
eines Kühl- und/oder Gefriergerätes zugeordnet
ist. Stromabwärts
des kalten Wärmetauschers 23 und
stromabwärts
des Ventils 22 befindet sich ein weiterer kalter Wärmetauscher 24,
der im hier gezeigten Ausführungsbeispiel
dem Gefrierteil eines Kühl- und/Gefriergerätes zugeordnet
ist. Dabei ist es möglich,
bei entsprechender Schaltung des Ventils 22 den kalten
Wärmetauscher 23 und 24 parallel
mit Wärmeträgermedium
zu versorgen bzw. Wärmeträgermedium
in die Wärmetauscher 23 und 24 einzuspritzen.
Hierzu ist sowohl der Ventilausgang 22' als auch der Ventilausgang 22'' geöffnet. Durch die Serienschaltung
des kalten Wärmetauschers 23 mit
dem kalten Wärmetauscher 24,
wobei der kalte Wärmetauscher 23 auslaufseitig
mit dem Einlauf des kalten Wärmetauschers 24 verbunden ist,
wird verhindert, dass es zu Verlagerungen des Wärmeträgermediums kommt.
-
Genausogut
ist es jedoch auch möglich,
die kalten Wärmetauscher 23, 24 zumindest
für ein
begrenztes Zeitintervall seriell zu betreiben. Hierzu ist der Ventilausgang 22'' geschlossen, während der Ventilausgang 22' geöffnet ist.
Auch ist es möglich, bei
Sperrung des Ventilausgangs 22' und bei gleichzeitiger Öffnung des
Ventilausgangs 22'' nur den kalten
Wärmetauscher 24 mit
Wärmeträgermedium
zu versorgen, wobei der kalte Unterkreislauf 26 während dieses
Intervalls gesperrt ist.
-
Stromabwärts des
kalten Wärmetauschers 24 befindet
sich ein weiteres 3-Wege-Ventil 25,
von ein Auslauf 25'' zurück zum thermoakustischen
Kühler 10 führt und
von dessen weiteren Auslauf bzw. Ventilausgang 25' eine Bypassleitung 40 abzweigt, die
zur Leitung 34 des warmen Teilkreislaufs 30 führt. Dabei
ist die Leitung 34 eine Rückführleitung 34, die Wärmeträgermedium
aus dem warmen Wärmekreislauf 30 zurück zum thermoakustischen
Kühler 10 führt. Der
warme Teilkreislauf 30 wird dabei von einer Pumpe 31 betrieben,
die das Wärmeträgermedium kommend
vom thermoakustischen Kühler 10 in
den warmen Wärmetauscher 32 hineinpumpt.
Der warme Wärmetauscher 32 ist
z. B. luftgekühlt
sowie auf der Außenseite
des Gerätes
angeordnet und dient zur Wärmeabfuhr
aus dem Wärmeträgermedium
in die Umgebung. Stromabwärts
des warmen Wärmetauschers 32 befindet
sich ein weiteres 3-Wege-Ventil 33, das ebenfalls zwei
Ausläufe 33', 33'' aufweist. Dabei ist der Auslauf 33' mit einer weiteren
Bypassleitung 42 verbunden, mittels derer warmes Wärmeträgermedium
zur Leitung 27 des kalten Unterkreislaufs 26 zugeführt werden
kann. Im Arbeitsbetrieb ist jedoch der Ventilauslauf 33' gesperrt, so
dass vom warmen Wärmetauscher 32 kommende
Wärmeträgermedium über die
Leitung 34 erneut dem thermoakustischen Kühler 10 zugeführt wird.
-
Durch
die Bypassleitungen 40, 42 wird es möglich, dass
der thermoakustische Kühler 10 z.
B. während
einer Abtauphase umgangen werden kann. Diese Bypassleitungen 40, 42 sind
aus Kunststoff ausgeführt.
-
Es
kann vorgesehen sein, dass die Pumpen 21, 31 zu
einer Doppelpumpe 31 zusammengefasst sind, die das Wärmeträgermedium
in beiden Teilkreisläufen 20, 20 fördert.
-
Darüber hinaus
zeigt 3 eine weitere Ausführungsform eines Wärmeträgerkreislaufs
mit thermoakustischem Kühler 10.
In 3 sind vergleichbare, bereits in 1 und 2 gezeigte
Komponenten mit gleichen Bezugszeichen versehen. Dabei ist der kalte
Teilkreislauf 20 mit einem großen, kalten Wärmetauscher 24 ausgeführt. Mittels
eines Ventilators 50 wird dabei warme Luft aus dem Kühl- und/oder
Gefrierraum des Kühl-
und/oder Gefriergerätes
zuführt.
Durch diese Zwangskonvektion kann eventuell anhaftende Feuchtigkeit
getrocknet werden. Ferner wird ein verbesserter Wärmeübergang vom
Kühl- und/oder
Gefrierraum auf den/die entsprechenden Wärmetauscher 23, 24 erreicht.
Die Wärmeaufnahme
durch den kalten Wärmetauscher 24 erfolgt
somit im Wesentlichen durch die durch den Ventilator 50 zugeführte Luft,
wie dies in vergleichbarer Form bereits aus sogenannten NoFrost-Geräten bekannt
ist.
-
4 zeigt
den schematischen Aufbau eines thermoakustischen Kühlers 10,
der zwei Wärmetauschereinheiten 14, 18 umfasst,
die als bauliche Einheit oder auch voneinander getrennt ausgeführt sein
können.
Diese Wärmetauschereinheiten 14, 18 bestehen
aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit
oder weisen ein solches Material auf. Durch die durch den Resonator 12 erzeugten
Schallwellen werden die Gasmoleküle
im Stack 16 erwärmt
und transportieren Wärme
von dem kalten Wärmeüberträger 18 auf
den warmen Wärmeüberträger 14. Dementsprechend
erfährt
das Wärmeträgermedium das
durch die erwärmte
Wärmetauschereinheit 14 geführt wird,
eine Erwärmung
und das Wärmeträgermedium,
das durch die abgekühlte
Wärmetauschereinheit 18 geführt wird,
eine Abkühlung.
Die warme Wärmetauschereinheit 14 steht
dabei mit dem warmen Teilkreislauf 30 in Verbindung, während die
kalte Wärmetauschereinheit 18 mit
dem kalten Teilkreislauf 20 in Verbindung steht.
-
In
den in 1–3 dargestellten
Ausführungsbeispielen
ist vorgesehen, dass der/die Wärmetauscher 23, 24 der
kalten Seite aus einer Art Wanne bestehen, die mittels Ultraschallverfahren
direkt auf dem in den Figuren nicht näher dargestellten Innen behälter, d.
h. dem Kühlgutbehälter fixiert
ist. Das Wärmeträgermedium
fließt
zwischen dem Kühlgutbehälter und
der Wärmetauscherwanne 23, 24.
-
Die
Wärmetauscherwanne/n 23, 24 kann/können beliebig
verformt sein, so dass das Wärmeträgermedium
beispielsweise durch eine Art Kanal strömen muss.
-
Der
Wärmeübergang
findet nur über
den Innenbehälter
statt.
-
Alternativ
dazu ist auch denkbar, dass der/die Wärmetauscher 23, 24 einen
integralen Bestandteil des Innenbehälters bildet/n, der beispielsweise
auf der Innenseite des Innenbehälters
oder auf der Außenseite
des Innenbehälters
angeordnet ist oder der einen integralen Bestandteil der Innenbehälterwand
bildet.
-
Die
oben genannte Art von Wärmetauschern 23, 24 ist
bei Kühl-
und/oder Gefriergeräten
im Zusammenhang mit einem thermoakustischen Kühler 10 möglich, weil
kein nennenswerter Überdruck
im System herrscht.
-
Wie
oben ausgeführt,
können
außerdem
die Verbindungsrohre 27, 29, 39, 40, 42 zum
thermoakustischen Kühler 10 in
Kunststoff ausgeführt
werden. Dies spart Kosten, abgesehen davon ist das Recycling der
verwendeten Materialien vergleichsweise günstig, so dass sich auch hieraus
ein Kostenvorteil ergibt.