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Kühlgerät, insbesondere Kühlschrank, mit mindestens zwei Räumen unterschiedlicher
Temperatur Kühlgeräte, insbesondere Kühlschränke ' werden in immer stärkerem
Maße als Zweitemperaturschränke ausgeführt. Es besteht daher das Bedürfnis, in einem
solchen Gerät zwei Temperaturbereiche unabhängig voneinander zu regeln. Da das Kälteaggregat
(Absorber oder Kompressor) einen erheblichen Anteil der Gesamtkosten des Schrankes
ausmacht, verbietet sich die Verwendung je eines Aggregates für jeden Temperaturbereich
von selbst. Arbeitet man aber nur mit einem Aggregat, so gestatten alle bekannten
Anordnungen dieser Art keine wirklich unabhängige Doppeltemperaturregelung.
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Man hat aus diesem Grunde auch schon versucht, den Kältetransport
vom Tiefkühlraum, in dem der Verdampfer angeordnet wird, zum Raum höherer Temperatur
mit Sekundärsystemen zu bestreiten. Aber auch in diesen Fällen richtet sich der
Wärmeübergang zwischen beiden Räumen nach dem Temperaturgefälle, das seinerseits
nur durch die Außentemperatur, die Gerätekonstante und durch die eingeregelte Kälteleistung
am Aggregat bestimmt wird. Stellt man das Aggregat auf volle Leistung, wird es demzufolge
in beiden Räumen im gleichen Verhältnis kälter, drosselt man die Leistung, steigt
die Temperatur ebenfalls im gleichen Verhältnis.
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Die Erfindung betrifft ein Kühlgerät, insbesondere Kühlschrank mit
mindestens zwei Räumen unterschiedlicher Temperatur, wobei in dem Raum tieferer
Temperatur (Tiefkühlraum) der Verdampfer einer Kältemaschine angeordnet ist, während
der andere Raum (Normalkühlraum) von demselben Verdampfer mit Hilfe eines Wärme
transportierenden Sekundärsystems gekühlt wird. Sie zielt darauf ab, eine weitgehend
unabhängige Temperaturregelung in beiden Räumen zu ermöglichen. Zu diesem Zweck
wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß das Sekundärsystem an dem Verdampfer
unter Einschaltung einer elektrothennischen Wärmepumpe angekoppelt ist. Auf diese
Weise kann man erreichen, daß selbst bei tiefer Verdampfertemperatur im Tiefkühlraum
keine Wärme vom anderen Raum dem Tiefkühlraum zufließen kann. Man braucht nur dafür
zu sorgen, daß die elektrothermische Wärmepumpe auf ihrer dem Normalkühlraum zugewandten
Seite eine höhere oder mindestens die gleiche Temperatur aufweist, die im Normalkühlraum
herrscht. Das kann mit einfachen Mitteln &durch geschehen, daß man die genannte
Seite der elektrothermischen Wärmepumpe beheizt.
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Man wird bei einer Anordnung gemäß der Erfindung vorzugsweise so vorgehen,
daß man das Peltieraggregat und die Isolation zwischen den',beiden Kühlräumen so
auslegt, daß beide Teile zusammen bei ausgeschaltetem Peltieraggregat bei einer
bestimmten Umgebungstemperatur (beispielsweise 20" Q gerade einen ausreichenden
Wärmeentzug des NormalkÜhlraumes für eine vorgegebene Lufttemperatur durch den Verdampfer
des Tiefkühlraumes gewährleisten. Bei höherer Umgebungstemperatur würde demnach
die Temperatur im Normalkühlraum ansteigen. In diesem Fall muß man den Peltiereffekt
für den Wärmetransport vom Normal- zum Tiefkühlraum einsetzen. Sinkt dagegen die
Außentemperatur, so würde auch die Temperatur im Normalkühlraum sinken, wenn man
nicht durch Heizen der dem Normalkühlraum. zugekehrten Seite &s Peltieraggregates
verhindert, daß zuviel Wärme vom Normalkühlraum zum Tiefkühlraum transportiert wird.
Das elektrothermische Aggregat wird man vorteilhafterweise so bemessen, daß der
gesamte Wärinefluß zwischen beiden Räumen erforderlichenfalls gesperrt werden kann.
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Die Regelung kann man dabei so durchführen, daß man das elektrothermische
Aggregat derart abhängig von der Umgebungsteinperatur steuert, daß bei anderer als
der bei der Auslegung des Aggregates angenommenen Umgebungstemperatur das elektrothermische
Aggregat mit einer von der Größe und Richtung der Temperaturdifferenz abhängigen
Stromstärke betrieben wird. Man kann aber auch die Temperatur im Normalkühlraum
in Abhängigkeit von der Verdampfertemperatur dieses Raumes regeln. Da-bei wird man
so vorgehen, daß bei Unterschreiten einer vorgegebenen Temperatur das elektrothermische
Aggregat mit einer fest eingestellten Heizstromstärke, bei überschreiten einer durch
die Regelbreite gegebenen
höheren Temperatur dagegen mit einer
fest eingestellten Kühlstromstärke betrieben wird.
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Um im ausgeschalteten Zustand des elektrothermischen Aggregates einen
ausreichend großen Wärmeleitwert sicherzustellen, kann man die die kalte und warme
Seite des Aggregates verbindenden, zum Verspannen und Kapseln dienenden Teile als
gute Wärmeleiter ausbilden. Das widerspricht eigentlich den Regeln, die man bei
elektrothermischen Wärmepumpen einzuhalten angehalten ist. Im vorliegenden Fall
hat aber das elektrothermische Aggregat eine neuartige Aufgabe zu erfüllen. Es dient
im wesentlichen nicht als Wärmepumpe, sondern als Regelorgan. Würde manden ausreichenden
Wärmeleitwert mit einer normal aufgebauten Peltiervorrichtung erzielen wollen, so
müßte man beispielsweise sechs handelsübliche Blöcke verwenden. Bildet man dagegen
einen einzigen dieser Blöcke in der angegebenen Weise aus (gut Wärme leitende Verbindung
zwischen der kalten und der warmen Seite), so kann man erreichen, daß dieser eine
Block den gleichen Wärmeleitwert aufweist, wie die zuvor erwähnten sechs Blöcke
in Normalausführung.
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Die Ankopplung,des elektrothermischen Aggregates an den Verdampfer
der Kältemaschine wird man vorzugsweise ebenfalls über ein Sekundärsystem vornehmen.
Man erzieli auf diese Weise einen sehr guten Wärmekontakt zwischender elektrothermischen
Vorrichtung und dem Verdampfer und ferner, daß bei abgeschaltetem Kompressor durch
Umpolen des Peltierstronies der Verdampfer des Tiefkühlraumes abgetaut wird, ohne
daß eine meist aufwendige zusätzliche Abtauvorrichtung erforderlich ist. Außerdem
vergleichmäßigt das Sekundärsystem (Kondensator) durch Verdarapfung und Kondensation
eventuelle Temperaturunterschiede am Verdampfer im Tiefkühlraum. Schließlich braucht
der Verdampfer im Normalkühlraum nicht mit einer besonderen Vorrichtung abgetaut
zu werden, weil in den Regelpausen dies von selbst geschieht.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Darin zeigt F i g. 1 einen schematisch gehaltenen senkrechten Schnitt durch
einen Kühlschrank, der mit einer Einrichtung gemäß der Erfindung ausgerüstet ist,
F i g. 2 den Aufbau des Sekundärsystems zwischen Tief- und Normalkühlfach,
F i g. 3 eine vergrößerte Darstellung des als Regelorgan dienenden Peltieraggregates,
F i g. 4 die Ankopplung des Peltieraggregates an den Verdampfer der Kältemaschine
mit Hilfe eines Sekundär-systems, F i g. 5- in einem Strom-Temperatur-Diagrainm
den Peltierstrom Ip in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur Tu und F i
g. 6 in einem Temperatur-Zeit-Diagramin den zeitlichen Verlauf der Verdampfertemperatur
Tv im Normalkühlfach.
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Als Beispiel für die Anwendung der Erfindung ist in F i
g. 1 ein Kühlschrank dargestellt, der in üblicher Weise aus einem Außengchäuse
1, einem Innenbehälter 2 und der dazwischenliegenden Isolation
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besteht. Der Schrank ist innendurch eine horizontale Isolierwand 4 in ein
Tiefkühlfach 5 und ein Normalkühlfach 6 unterteilt. Die Kühlung des
ganzen Schrankes erfolgt durch eine nicht dargestellte Kältemaschine bekannter Bauart.
Der dieser Maschine zugeordnete Verdampfer 11 (Primärverdampfer) ist im Tiefkühlfach
-angeordnet. Die Wärme aus dem Normalkühlfach 6 wird dem Verdampfer
11 über ein Sekundärsystein zugeführt, das mit Verdampfung und Kondensation
eines Mediums arbeitet und von einem Sekundärverdampfer 12, der. Verbindungsleitung
13 und einem Sekundärkondensator 15 gebildet wird. Zwischen dem Sek-undärkondensator
15 und dem Verdampfer 11 ist eine elektrothermische Wärmepumpe
31 geschaltet.
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Der Sekundärverdampfer 12 (F i g. 2) besteht aus einer Rohrschlange
21, die in einer senkrechten Ebene im Normalkühlfach 6 angeordnet ist und
quer zur Rohrrichtung auf beiden Seiten mit einer Vielzahl von Drähten 24 gut Wärme
leitend verbunden ist. An ihrer Oberseite 22 ist die Rohrschlange mit der zum Sekundärkondensator
15 führenden Leitung 13 verbunden, während sie an ihrer Unterseite
23 als Sackrohr ausgebildet ist. Der- Sekundär-kondensator 15 befindet
sich im Tiefkühlfach 5 und wird von einem auf einer Seite offenen Behälter
25 gebildet, der durch eine - Wärmeleitplatte 26 abgeschlossen
wird. Die dem Behälter 25 zugekehrte Seite der Wärmeleitplatte
26 ist für den besseren Wärmeüber-g gang mit oberflächenvergrößernden
Mitteln 27 (beispielsweise Rippen) versehen. Unterhalb des Sekundärverdampfers 12
ist eine Tropfrinne 17 angeordnet. Die Wärmeleitplatte 26 ist Teil
des elektrothermischen (Peltier-) Aggregates 31 (F i g. 3), dessen
einzelne Elemente 32 in bekannter Weise mittels Kontaktbrücken
33 und Wärmeleitplatten 26 und. 34 zu einem Block zusammengefaßt sind.
Die beiden Platten 26 und 34 sind gut Wärme leitend miteinander verspannt,
z. B. durch Schraubbolzen 35. An den Seiten sind sie durch Aluminiumplatten
36 derart verbunden, daß das Aggregat 31 vollständig von der Umgebung
abgekapselt ist. Der Wärmewiderstand der Verspannungsmittel 35 und der Alunum-umplat-m
ten 36 ist dabei so bemessen, daß der Wärmetransport vom Normalkühlfach
6 zuin Tiefkühlfach 5 über das nicht eingeschaltete Peltieraggregat
in ausreichendem Maße erfol-F i g. 4 zeigt schließlich die Ankopplung des
Peltieraggregates 31 an - den7 Primärverdampfer 11 mit Hilfe
eines weiteren Sekundärsystems 41, das analog dem in F i g. 2 dargestellten
Sekundärsystem aufgebaut ist. Die gute Wärmekopplung des Kondensatorteiles dieses
Systems mit dem Primärverdampfer 11
wird dadurch erreicht, daß die den Kondensatorte-il
bildenden Rohre 42 mindestens auf einem großen Teil ihrer Länge parallel zu der
Verdampferrohrschlänge 18 des mit der Kältemaschine verbundenen Primärverdampfers
geführt sind. Mit 43 ist -der Verdampferteil des zweiten Sekundärsystems 'und mit
44 die Verbindungsleitung des Vetdainpferteiles 43 mit dem Kondensatorteil 4Z bezeichnet.
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In F i g. 5 ist in einem Strom-Temperatur-Diagramm der Verlauf
des Peltierstromes Ip in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur Tü dargestellt.
Die Temperatur im Normalkühlfach wird in diesem Fall in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur
Tu geregelt. Im Beispiel sind 20' C für die Umgebungstemperatur als mittlerer
Wert angenommen worden. Für diese Temperatur ist die Isolation zwischen Normal-
und Tiefkühlfach ausgelegt, und die Dünensionierung des Peltieraggregates bezüglich
seiner Wärmeleitfähigkeit ist ebenfalls so getroffen, daß bei 20' C Außentemperatur
das Aggregat nicht eingeschaltet zu werden braucht.
Sinkt nun die
AÜßentemperatur, so würde auch die Temperatur im Normalkühlfach sinken, weil bei
gleichem Wärmetransport zwischen Normal- und Tiefkühltach die Verluste an die Umgebung
geringer werden. Das von der Umgebungstemperatur gesteuerte P.eltieraggregat wird
jetzt aber mit einem Heizstrom betrieben (im Diagramm als negativer Strom dargestellt),
der die dem Sekundärsystem im Normalkühlfach zugewandte Seite des Aggregates beheizt,
so daß der die Wärme in Richtung auf das Aggregat transportierendeKältemittelkreislauf
imSekundärsystem gedrosselt bzw. vollständig zum Stillstand gebracht wird.
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Steigt dagegen die Umgebungstemperatur, so steigt bei geänderten Verhältnissen
auch die Temperatur im Normalkühlfach. Jetzt wird das Aggregat mit einem Kühlstrom
betrieben (im Diagramm als positiver Strom dargestellt), so daß eine größere Temperaturdifferenz
zwischen Normalkühlfach und Peltieraggregat einen größeren Wärmetransport zur Folge
hat.
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In F i g. 6 ist in einem Temperatur-Zeit-Diagramm der zeitliche
Verlauf der Verdampfertemperatur Tv des Normalkühlfaches für den Fall aufgetragen,
daß zur Regelung der Temperatur Tv im Normalkühlfach in Abhängigkeit von dieser
das P#eltieraggregat mit einer fest eingestellten Stromstärke entweder im Sinne
»Heizen« (bei zu tiefen Temperaturen) oder im Sinne »Kühlen« (bei zu hohen Temperaturen)
betrieben wird. Beispielsweise kann man den Peltierstrom Ip auf ± 6 A einstellen.