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EP3051231B1 - Kühl- und/oder gefriergerät - Google Patents

Kühl- und/oder gefriergerät Download PDF

Info

Publication number
EP3051231B1
EP3051231B1 EP15194244.8A EP15194244A EP3051231B1 EP 3051231 B1 EP3051231 B1 EP 3051231B1 EP 15194244 A EP15194244 A EP 15194244A EP 3051231 B1 EP3051231 B1 EP 3051231B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cooled space
cooling
heat exchanger
space
refrigeration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP15194244.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3051231A1 (de
Inventor
Jochen Hiemeyer
Martin Kerstner
Michael Freitag
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Liebherr Hausgeraete Lienz GmbH
Liebherr Hausgeraete Ochsenhausen GmbH
Original Assignee
Liebherr Hausgeraete Lienz GmbH
Liebherr Hausgeraete Ochsenhausen GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102015006559.9A external-priority patent/DE102015006559A1/de
Application filed by Liebherr Hausgeraete Lienz GmbH, Liebherr Hausgeraete Ochsenhausen GmbH filed Critical Liebherr Hausgeraete Lienz GmbH
Publication of EP3051231A1 publication Critical patent/EP3051231A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3051231B1 publication Critical patent/EP3051231B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D21/00—Defrosting; Preventing frosting; Removing condensed or defrost water
    • F25D21/14—Collecting or removing condensed and defrost water; Drip trays
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B21/02—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effect; using Nernst-Ettinghausen effect
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D11/00—Self-contained movable devices, e.g. domestic refrigerators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D2321/00—Details or arrangements for defrosting; Preventing frosting; Removing condensed or defrost water, not provided for in other groups of this subclass
    • F25D2321/14—Collecting condense or defrost water; Removing condense or defrost water
    • F25D2321/141—Removal by evaporation

Definitions

  • the present invention relates to a refrigerator and / or freezer that cools an interior of the refrigerator and / or freezer with the aid of several thermoelectric elements.
  • thermoelectric elements In the prior art, the production of refrigerators and / or freezers based on thermoelectric elements is considered to be of little promise because such a device has poor efficiency and high demands on the external heat exchanger for removal of those produced by the thermoelectric element or elements Waste heat calls.
  • thermoelectric elements So-called multi-stage Peltier elements are known from Peltier technology, which treats thermoelectric elements, with which it is possible to achieve larger temperature differences than with single-stage Peltier elements.
  • the outer Peltier element is dimensioned so that it can pump off the waste heat from the next inner Peltier element. Due to the low efficiency of Peltier elements, a significantly higher cooling capacity of the outer Peltier element is required.
  • the heat exchanger for the removal of the waste heat is the critical variable.
  • a locally installed two-stage Peltier element would generate too much waste heat, which would create a large temperature gradient when it was removed. This large temperature gradient would conflict with the effect of the Peltier element.
  • the heat-insulated container has at least one temperature-controlled interior, which can be cooled or heated, so that a temperature below or above the ambient temperature of e.g. 21 ° C results.
  • DE 11 34 395 B relates to a refrigerator which is equipped with two cooling devices which are assigned to two refrigerated goods compartments of different temperature, of which one compartment is designed as a freezer compartment and which is separated from the normal refrigerating compartment by a flap and by an intermediate wall accommodating an electrothermal cooling device such that the heat-emitting side of the electrothermal cooling device built into the partition protrudes into the normal cooling compartment.
  • the object of the invention is to provide a refrigerator and / or freezer which is cooled with the aid of thermoelectric elements without attaching too much importance to the prejudices prevailing in the prior art.
  • thermoelectric element makes it possible to dissipate the heat of the thermoelectric element particularly advantageously with the aid of the temperature level prevailing in the first cooling space. This makes it possible to control the critical size of the waste heat generated by the thermoelectric element.
  • a vacuum element can preferably be used as the insulation element, the outer boundaries of which consist of a high barrier film which closes the inner region defined by the high barrier film in a diffusion-tight manner.
  • a vacuum element is typically called a vacuum insulation body.
  • a particularly preferred embodiment is one in which thermal insulation, which consists of a full vacuum system, is arranged between the inner wall of the container delimiting the interior and the outer skin of the container.
  • thermal insulation that consists exclusively or predominantly of an evacuated area that is filled with a core material.
  • the boundary of this area can be formed, for example, by a vacuum-tight film and preferably by a high barrier film.
  • thermal insulation between the inner wall of the container, preferably a device, and the outer skin of the container, preferably a device, only such a film body can be present as thermal insulation, which has a region surrounded by a vacuum-tight film, in which vacuum prevails and in which a core material is arranged.
  • Foaming and / or vacuum insulation panels as thermal insulation or other thermal insulation apart from the full vacuum system between the inside and the outside of the container or device are preferably not provided.
  • This preferred type of thermal insulation in the form of a full vacuum system can be between the wall delimiting the interior and the outer skin of the body and / or between the inside and the outside of the closure element, e.g. a door, flap, cover or the like.
  • the full vacuum system can be obtained in such a way that an envelope made of a gas-tight film is filled with a core material and then vacuum-tight is sealed.
  • both the filling and the vacuum-tight sealing of the casing are carried out at normal or ambient pressure.
  • the evacuation is then carried out by connecting a suitable interface, for example an evacuation socket, which may have a valve, incorporated into the casing to a vacuum pump.
  • a suitable interface for example an evacuation socket, which may have a valve, incorporated into the casing to a vacuum pump.
  • ambient or ambient pressure prevails outside the casing during the evacuation.
  • a vacuum chamber can be dispensed with during the production of the vacuum insulation.
  • a vacuum-tight or diffusion-tight sheathing or a vacuum-tight or diffusion-tight connection or the term high-barrier film is preferably understood to mean a sheathing or a connection or a film by means of which the gas entry into the vacuum insulation body is reduced to such an extent that that caused by gas entry conditional increase in the thermal conductivity of the vacuum insulation body over its service life is sufficiently small.
  • a period of 15 years, preferably 20 years and particularly preferably 30 years, is to be assumed as the life span, for example.
  • the increase in the thermal conductivity of the vacuum insulation body over its service life caused by the introduction of gas is preferably ⁇ 100% and particularly preferably ⁇ 50%.
  • the area-specific gas passage rate of the casing or of the connection or of the high barrier film is preferably ⁇ 10-5 mbar * l / s * m 2 and particularly preferably ⁇ 10-6 mbar * l / s * m 2 (measured in accordance with ASTM D-3985) .
  • This gas passage rate applies to nitrogen and oxygen.
  • gas in particular water vapor
  • there are also low gas passage rates preferably in the range of ⁇ 10-2 mbar * l / s * m 2 and particularly preferably in Range of ⁇ 10-3 mbar * l / s * m 2 (measured according to ASTM F-1249-90). These low gas passage rates preferably achieve the aforementioned slight increases in thermal conductivity.
  • a wrapping system known from the field of vacuum panels are so-called high barrier films.
  • this is preferably understood to mean single-layer or multilayer films (which are preferably sealable) with one or more barrier layers (typically metallic layers or oxide layers, aluminum or an aluminum oxide preferably being used as the metal or oxide), which above requirements (increase in thermal conductivity and / or area-specific gas passage rate) are sufficient as a barrier against the gas entry.
  • barrier layers typically metallic layers or oxide layers, aluminum or an aluminum oxide preferably being used as the metal or oxide
  • thermoelectric element is preferably embodied by a Peltier element, which can form a temperature difference between two surfaces by the supply of current.
  • the two surfaces typically run parallel to one another and are spaced apart from one another.
  • the second cooling space can preferably be used as a freezer compartment.
  • thermoelectric element for cooling the second cooling space is in contact with a heat exchanger which is also in contact with a thermoelectric element for cooling the first cooling space.
  • thermoelectric element for cooling the second cooling space The waste heat from the thermoelectric element for cooling the second cooling space is released to the heat exchanger in regular operation of the refrigerator and / or freezer.
  • the heat exchanger is also in a thermal connection with the cooling side or heat side of the other thermoelectric element for cooling the first cooling space.
  • thermoelectric element for cooling the first cooling space there is more than one thermoelectric element for cooling the first cooling space.
  • the thermoelectric element for cooling the first cooling space is preferably also arranged in an insulating element which surrounds the first cooling space.
  • the thermoelectric element for cooling the first cooling space is not arranged in an area that is arranged between the first cooling space and the second cooling space, but in a region between the first cooling space and an outer wall of the cooling device.
  • thermoelectric element for cooling the first cooling space is in a thermal or physical connection with the outer wall of the refrigerator and / or freezer.
  • the outer wall is used to dissipate any waste heat generated at the thermoelectric element and to dissipate it to the surroundings or to conduct heat required by the thermoelectric element and to draw it from the surroundings.
  • thermoelectric element is arranged in a vacuum body, there is a high barrier film between the outer wall of the device and the waste heat surface or heat absorption surface of the thermoelectric element, but this does not prevent effective heat conduction.
  • the heat exchanger which is connected to both the thermoelectric element for cooling the first and the second cooling space, is the inner container itself or part of the inner container of the first cooling space.
  • a metal in particular an aluminum, is suitable as the material for this heat exchanger.
  • the use of a metal makes it possible to distribute or absorb the waste heat to be dissipated or heat to be absorbed particularly quickly and to cool or heat it with the aid of the temperature prevailing in the first compartment, preferably the first cooling space, or the other thermoelectric elements.
  • thermoelectric element for cooling the second cooling space is arranged within the insulating element, which separates the first cooling space and the second cooling space.
  • the second temperature level is lower than the first temperature level.
  • the refrigerator and / or freezer preferably comprises a heat exchanger which is arranged in the second cooling space and which represents a thermally delimited surface which has a colder or warmer temperature than the air present in the second cooling space.
  • the heat exchanger is arranged in the second cooling space near the thermoelectric element for cooling the second cooling space and is at a lower or higher temperature level than the air present in the second cooling space.
  • thermoelectric element for cooling the second cooling space can be operated in reverse in order to heat the heat exchanger in the second cooling space and to defrost an ice layer that forms on this heat exchanger.
  • the cooling of the second cooling space by means of the thermoelectric element offers a simple and efficient possibility to design the second cooling space as a so-called "no-frost" cooling space. This is achieved by exchanging the polarity on the thermoelectric element so that the heat exchanger heats the second cooling room. As a result, the ice that may have formed on the heat exchanger melts and can be guided out of the second cooling space using suitable means. In this case, it is particularly advantageous to integrate a line for draining condensation and / or condensation water into the heat exchanger into the insulation, in order to discharge the condensation and / or condensation water through the insulation.
  • thermoelectric element can be operated as a heat pump with a very high degree of efficiency, the "no-frost" cycle in this structure is associated with very low energy losses.
  • thermoelectric element for cooling the second cooling space can preferably be operated in reverse in order to heat the heat exchanger in the second cooling space and to defrost an ice layer that forms on this heat exchanger.
  • the refrigerator and / or freezer can be advantageous for the refrigerator and / or freezer if it comprises a fan in the second cooling space in order to support natural convection in the second cooling space.
  • the refrigerator and / or freezer according to the invention is a household appliance or a commercial refrigerator.
  • devices are included that are designed for a stationary arrangement in the household, in a hotel room, in a commercial kitchen or in a bar.
  • it can also be a wine refrigerator.
  • the invention also includes freezers and / or freezers.
  • the devices according to the invention can have an interface for connection to a power supply, in particular to a household power network (for example a plug) and / or a standing or installation aid such as adjustable feet or an interface for fixing within a Have furniture niches.
  • the device can be a built-in device or a free-standing device.
  • the device is designed in such a way that it is supplied with an AC voltage, such as, for example, with a domestic network voltage of e.g. 120 V and 60 Hz or 230 V and 50 Hz can be operated.
  • the device is designed such that it can be operated with direct current of a voltage of, for example, 5 V, 12 V or 24 V.
  • a plug-in power supply is provided inside or outside the device, via which the device is operated.
  • the refrigerator and / or freezer has a cabinet-like shape and has a usable space which is accessible to a user on its front side (in the case of a chest on the top).
  • the usable space can be divided into several compartments, all of which are operated at the same or at different temperatures. Alternatively, only one compartment can be provided.
  • Storage aids such as storage compartments, drawers or bottle holders (in the case of a chest also room dividers) can also be provided within the usable space or a compartment to ensure optimal storage of refrigerated or frozen goods and optimal use of space.
  • the usable space can be closed by at least one door pivotable about a vertical axis.
  • a flap that can be pivoted about a horizontal axis or a sliding lid is conceivable as a closing element.
  • the door or another locking element can be closed are essentially airtight in connection with the body by means of a circumferential magnetic seal.
  • the door or another closure element is preferably also thermally insulated, the heat insulation being able to be achieved by means of a foaming process and, if appropriate, using vacuum insulation panels, or preferably using a vacuum system and particularly preferably using a full vacuum system.
  • door racks can be provided on the inside of the door in order to also be able to store refrigerated goods there.
  • the usable space defined by the inner wall of the container has, for example, a volume of less than 0.5 m 3 , less than 0.4 m 3 or less than 0.3 m 3 .
  • the outer dimensions of the container or device are preferably in the range up to 1 m in terms of height, width and depth.
  • Fig. 1 shows a refrigerator and / or freezer, with a first refrigerator 1, which is arranged above a second refrigerator 2.
  • the two are limited Cold rooms through respective insulation elements 3, which define the dimensions of the cold room.
  • each of the two cold rooms is accessible from the outside via a separate or a common access door (not shown).
  • thermoelectric element 4 for cooling the second cooling space, which is arranged between the first cooling space 1 and the second cooling space 2. With its surfaces, between which a temperature gradient can be created, it is oriented towards the cold rooms. In normal operation, the second cooling space 2 is cooled by the colder surface of the thermoelectric element 4 to a second temperature level, which is lower than the temperature level of the first cooling space 1. The surface of the thermoelectric element 4 that emits waste heat is in contact with a heat exchanger, which at the same time defines the inner container of the first cold room.
  • thermoelectric elements 7 in Fig. 1 a total of 3 pieces which are arranged between the first cooling space 1 and the outside 5 of the refrigerator and / or freezer.
  • the cold side of the thermoelectric elements 7 is oriented toward the first cooling space and is in thermal connection with the heat exchanger, at which the thermoelectric element 4 emits its waste heat for cooling the second cooling space.
  • the warm side of the thermoelectric elements 7 is in (thermal) contact with the outer surface 5 of the refrigerator and / or freezer and releases the waste heat produced to the environment.
  • the reference numeral 8 denotes the heat exchanger in the second cooling space, which has a colder temperature than air in the second cooling space 2.
  • a heat exchanger 8 is first formed Ice layer, provided there is sufficient convection in the second cooling space 2.
  • the Peltier elements (thermoelectric elements) 7 for cooling the first cooling space 1 serve to maintain the temperature level in the first cooling space 1. They give off their cooling capacity to a heat exchanger 6, which is located in the Fig. 1 corresponds to the inner container of the first cold room 1.
  • the Peltier element 4, which is arranged between the first cooling space 1 and the second cooling space 2 also gives off its waste heat to the heat exchanger 6.
  • the size and insulation of the first cooling space 1 and the second cooling space 2 are dimensioned such that the heat exchanger 6 does not generate any waste heat from the Peltier element 4, which is arranged between the first cooling space 1 and the second cooling space 2, without a large temperature difference from the Peltier elements 7 can transport and can be released into the air via the outer skin 5 of the refrigerator and / or freezer.
  • the outer skin 5 of the refrigerator and / or freezer also acts like a heat exchanger, since heat can be given off to the environment.
  • Reference number 9 denotes an evaporation tray for condensed and / or condensed water.

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  • Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Kühl- und/oder Gefriergerät, das mit Hilfe von mehreren thermoelektrischen Elementen einen Innenraum des Kühl- und/oder Gefriergeräts kühlt.
  • Im Stand der Technik wird die Herstellung von Kühl- und/oder Gefriergeräten auf Basis von thermoelektrischen Elementen als wenig erfolgsversprechend angesehen, da ein solches ein Gerät einen schlechten Wirkungsgrad aufweist und hohe Anforderungen an den äußeren Wärmetauscher zum Abtransport der durch das oder die thermoelektrischen Elemente produzierten Abwärme fordert.
  • Aus der Peltier-Technik, die thermoelektrische Elemente behandelt, sind sogenannte mehrstufige Peltier-Elemente bekannt, mit denen es möglich ist, größere Temperaturdifferenzen zu erreichen als mit einstufigen Peltier-Elementen.
  • Hierbei wird das jeweils äußere Peltier-Element so dimensioniert, dass es die anfallende Abwärme des nächst inneren Peltier-Elements abpumpen kann. Aufgrund des geringen Wirkungsgrades von Peltier-Elementen ist dazu eine deutlich größere Kälteleistung des äußeren Peltier-Elements nötig.
  • In Bezug auf die in einem Kältegerät benötigten Kühlleistungen ist dabei der Wärmetauscher zum Abtransport der abfallenden Abwärme die kritische Größe. Ein lokal installiertes zweistufiges Peltier-Element würde zu viel Abwärme erzeugen, die beim Abtransport einen großen Temperaturgradienten erzeugen. Dieser große Temperaturgradient würde der Wirkung des Peltier-Elements entgegenstehen.
  • Diese Überlegungen sind aber keineswegs auf Kühl- und/oder Gefriergeräte beschränkt sondern gelten für wärmeisolierte Behältnisse im Allgemeinen.
  • Das wärmeisolierte Behältnis weist mindestens einen temperierten Innenraum auf, wobei dieser gekühlt oder beheizt sein kann, so dass sich in dem Innenraum eine Temperatur unterhalb oder oberhalb der Umgebungstemperatur von z.B. 21 °C ergibt.
  • DE 11 34 395 B betrifft einen Kühlschrank, der mit zwei Kühleinrichtungen ausgerüstet ist, die zwei Kühlgutfächern verschiedener Temperatur zugeordnet sind, von denen das eine Fach als Tiefkühlfach ausgebildet ist und das von dem Normalkühlfach durch eine Klappe und durch eine eine elektrothermische Kühleinrichtung aufnehmende Zwischenwand derart abgetrennt ist, daß die wärmeabgebende Seite der in die Zwischenwand eingebauten elektrothermischen Kühleinrichtung in das Normalkühlfach hineinragt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es ein Kühl- und/oder Gefriergerät vorzusehen, das mit Hilfe von thermoelektrischen Elementen gekühlt wird, ohne den im Stand der Technik vorherrschenden Vorurteilen zu viel Bedeutung beizumessen.
  • Diese Aufgabe wird durch das wärmeisolierte Behältnis mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst.
  • Durch diese Anordnung des thermoelektrischen Elements ist es möglich die anfallende Wärme des thermoelektrischen Elements mit Hilfe des in dem ersten Kühlraum herrschenden Temperaturniveaus besonders vorteilhaft abzuleiten. Dadurch ist es möglich die kritische Größe der bei dem thermoelektrischen Element anfallenden Abwärme unter Kontrolle zu bringen.
  • Als Dämmelement kann vorzugsweise ein Vakuumelement verwendet werden, dessen Außenbegrenzungen aus einer Hochbarrierefolie besteht, die den von der Hochbarrierefolie definierten Innenbereich diffusionsdicht abschließt. Ein solches Vakuumelement wird typischerweise Vakuumdämmkörper genannt.
  • Besonders bevorzugt ist eine Ausführung, bei der zwischen der den Innenraum begrenzenden Innenwand des Behältnisses und der Außenhaut des Behältnisses eine Wärmedämmung angeordnet ist, die aus einem Vollvakuumsystem besteht. Darunter ist eine Wärmedämmung zu verstehen, die ausschließlich oder überwiegend aus einem evakuierten Bereich besteht, der mit einem Kernmaterial gefüllt ist. Die Begrenzung dieses Bereiches kann beispielsweise durch eine vakuumdichte Folie und vorzugsweise durch eine Hochbarrierefolie gebildet werden. Somit kann zwischen der Innenwand des Behältnisses, vorzugsweise Geräts und der Außenhaut des Behältnisses, vorzugsweise Gerätes, als Wärmedämmung ausschließlich ein solcher Folienkörper vorliegen, der einen durch eine vakuumdichte Folie umgebenen Bereich aufweist, in dem Vakuum herrscht und in dem ein Kernmaterial angeordnet ist. Eine Ausschäumung und/oder Vakuumisolationspaneele als Wärmedämmung oder eine sonstige Wärmedämmung außer dem Vollvakuumsystem zwischen der Innenseite und der Außenseite des Behältnisses bzw. Gerätes sind vorzugsweise nicht vorgesehen.
  • Diese bevorzugte Art der Wärmedämmung in Form eines Vollvakuumsystems kann sich zwischen der den Innenraum begrenzenden Wand und der Außenhaut des Korpus und/oder zwischen der Innenseite und der Außenseite des Verschlusselementes, wie z.B. einer Tür, Klappe, Deckel oder dergleichen erstrecken.
  • Das Vollvakuumsystem kann so erhalten werden, dass eine Umhüllung aus einer gasdichten Folie mit einem Kernmaterial gefüllt und anschließend vakuumdicht versiegelt wird. In einer Ausführungsform erfolgt sowohl das Befüllen als auch das vakuumdichte Versiegeln der Umhüllung bei Normal- bzw. Umgebungsdruck. Die Evakuierung erfolgt dann durch Anschluss einer geeigneten in die Umhüllung eingearbeiteten Schnittstelle, beispielsweise eines Evakuierungsstutzens, der ein Ventil aufweisen kann, an eine Vakuumpumpe. Vorzugsweise herrscht während der Evakuierung außerhalb der Umhüllung Normal- bzw. Umgebungsdruck. Es ist in dieser Ausführungsform vorzugsweise zu keinem Zeitpunkt der Herstellung erforderlich, die Umhüllung in eine Vakuumkammer einzubringen. Insofern kann in einer Ausführungsform während der Herstellung der Vakuumdämmung auf eine Vakuumkammer verzichtet werden.
  • Unter einer vakuumdichten oder diffusionsdichten Umhüllung bzw. unter einer vakuumdichten oder diffusionsdichten Verbindung bzw. unter dem Begriff Hochbarrierefolie wird vorzugsweise eine Umhüllung bzw. eine Verbindung bzw. eine Folie verstanden, mittels derer der Gaseintrag in den Vakuumdämmkörper so stark reduziert ist, dass der durch Gaseintrag bedingte Anstieg in der Wärmeleitfähigkeit des Vakuumdämmkörpers über dessen Lebensdauer hinweg ausreichend gering ist. Als Lebensdauer ist beispielsweise ein Zeitraum von 15 Jahren, vorzugsweise von 20 Jahren und besonders bevorzugt von 30 Jahren anzusetzen. Vorzugsweise liegt der durch Gaseintrag bedingte Anstieg in der Wärmeleitfähigkeit des Vakuumdämmkörpers über dessen Lebensdauer bei < 100 % und besonders bevorzugt bei < 50 %.
  • Vorzugsweise ist die flächenspezifische Gasdurchgangsrate der Umhüllung bzw. der Verbindung bzw. der Hochbarrierefolie < 10-5 mbar * l / s *m2 und besonders bevorzugt < 10-6 mbar * l / s *m2 (gemessen nach ASTM D-3985). Diese Gasdurchgangsrate gilt für Stickstoff und Sauerstoff. Für andere Gassorten (insbesondere Wasserdampf) bestehen ebenfalls niedrige Gasdurchgangsraten vorzugweise im Bereich von < 10-2 mbar * l / s * m2 und besonders bevorzugt im Bereich von < 10-3 mbar * l / s * m2 (gemessen nach ASTM F-1249-90). Vorzugsweise werden durch diese geringen Gasdurchgangsraten die vorgenannten geringen Anstiege der Wärmeleitfähigkeit erreicht.
  • Ein aus dem Bereich der Vakuumpaneele bekanntes Hüllsystem sind sogenannte Hochbarrierefolien. Darunter werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise Ein- oder Mehrschichtfolien (die vorzugsweise siegelfähig sind) mit einer oder mehreren Barriereschichten (typischerweise metallische Schichten oder Oxid-Schichten, wobei als Metall oder Oxid vorzugsweise Aluminium bzw. ein Aluminiumoxid Verwendung findet) verstanden, die den oben genannten Anforderungen (Anstieg der Wärmeleitfähigkeit und/oder flächenspezifische Gasdurchgangsrate) als Barriere gegen den Gaseintrag genügen.
  • Bei den oben genannten Werten bzw. bei dem Aufbau der Hochbarrierefolie handelt es sich um exemplarische, bevorzugte Angaben, die die Erfindung nicht beschränken.
  • In der Erfindung wird das thermoelektrische Element vorzugsweise durch ein Peltier-Element verkörpert, das durch die Zufuhr von Strom eine Temperaturdifferenz zwischen zwei Flächen bilden kann. Typischerweise verlaufen die beiden Flächen parallel zueinander und sind voneinander beabstandet.
  • Vorzugsweise ist der zweite Kühlraum als Gefrierfach verwendbar.
  • Erfindungsgemäß ist das thermoelektrische Element zum Kühlen des zweiten Kühlraums mit einem Wärmetauscher in Kontakt, der ebenfalls mit einem thermoelektrischen Element zum Kühlen des ersten Kühlraums in Kontakt steht.
  • Die Abwärme des thermoelektrischen Elements zum Kühlen des zweiten Kühlraums wird in einem Regelbetrieb des Kühl- und/oder Gefriergeräts an den Wärmetauscher abgegeben. Dabei steht der Wärmetauscher auch mit der Kühlseite oder Wärmseite des anderen thermoelektrischen Elements zum Kühlen des ersten Kühlraums in einer thermischen Verbindung.
  • Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass es zum Kühlen des ersten Kühlraums mehr als ein thermoelektrisches Element gibt. Vorzugsweise ist das thermoelektrische Element zum Kühlen des ersten Kühlraums ebenfalls in einem Dämmelement angeordnet, das den ersten Kühlraum umgibt. Das thermoelektrische Element zum Kühlen des ersten Kühlraums ist nicht in einem Bereich angeordnet, der zwischen dem ersten Kühlraum und dem zweiten Kühlraum angeordnet ist, sondern in einem Bereich zwischen dem ersten Kühlraum und einer Außenwand der Kühlvorrichtung.
  • Das thermoelektrische Element zum Kühlen des ersten Kühlraums steht mit der Außenwand des Kühl- und/oder Gefriergeräts in einer thermischen oder physischen Verbindung. Hierbei wird die Außenwand genutzt, um eine an dem thermoelektrischen Element anfallende Abwärme abzuleiten und an die Umgebung abzugeben oder eine von dem thermoelektrischen Element benötigte Wärme zu leiten und aus der Umgebung zu beziehen. Ist das thermoelektrische Element in einem Vakuumkörper angeordnet, so befindet sich zwischen der Außenwand des Geräts und der Abwärmefläche bzw. Wärmeaufnahmefläche des thermoelektrischen Elements eine Hochbarrierefolie, die einer wirksamen Wärmeleitung jedoch nicht entgegensteht.
  • Der Wärmetauscher, der sowohl mit dem thermoelektrischen Element zum Kühlen des ersten als auch des zweiten Kühlraums in Verbindung steht, ist der Innenbehälter selbst oder ein Teil des Innenbehälters des ersten Kühlraums. Als Material für diesen Wärmetauscher kommt beispielsweise ein Metall, insbesondere ein Aluminium in Frage. Durch die Verwendung eines Metalls ist es möglich, die abzuleitende Abwärme oder aufzunehmende Wärme besonders rasch zu verteilen oder aufzunehmen und mit Hilfe der in dem ersten Kompartiment, vorzugsweise dem ersten Kühlraum herrschenden Temperatur bzw. der anderen thermoelektrischen Elemente zu kühlen bzw. zu erwärmen.
  • Nach einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist das thermoelektrische Element zum Kühlen des zweiten Kühlraums innerhalb des Dämmelements angeordnet, das den ersten Kühlraum und den zweiten Kühlraum voneinander trennt. Gemäß der Erfindung ist das zweite Temperaturniveau kleiner als das erste Temperaturniveau.
  • Vorzugsweise umfasst das Kühl-und/oder Gefriergerät einen Wärmetauscher, der in dem zweiten Kühlraum angeordnet ist und eine thermisch begrenzte Fläche darstellt, die eine kältere oder wärmere Temperatur aufweist als die in dem zweiten Kühlraum vorhandene Luft. Typischerweise ist der Wärmetauscher in dem zweiten Kühlraum nahe dem thermoelektrischen Element zum Kühlen des zweiten Kühlraums angeordnet und befindet sich auf einem niedrigeren oder höheren Temperaturniveau als die in dem zweiten Kühlraum vorhandene Luft.
  • Das thermoelektrische Element zum Kühlen des zweiten Kühlraums ist in einer Ausführungsform umgekehrt betreibbar, um den Wärmetauscher in dem zweiten Kühlraum zu erwärmen und eine sich an diesem Wärmetauscher bildendende Eisschicht abzutauen.
  • Feuchtigkeit, die im zweiten Kühlraum vorliegt, wird sich aufgrund der niedrigen Temperatur am Wärmetauscher des zweiten Kühlraums niederschlagen und möglicherweise gefrieren. Die Kühlung des zweiten Kühlraums mittels des thermoelektrischen Elements bietet eine einfache und effiziente Möglichkeit den zweiten Kühlraum als sogenannten "No-Frost"-Kühlraum ausbilden. Dies wird erreicht, indem die Polung am thermoelektrischen Element vertauscht wird, sodass der Wärmetauscher den zweiten Kühlraum beheizt. Dadurch schmilzt das eventuell an dem Wärmetauscher gebildete Eis und kann mit geeigneten Mitteln aus dem zweiten Kühlraum geführt werden. Hierbei ist es insbesondere von Vorteil, eine Leitung zum Ableiten von Tau- und/oder Kondenswasser bis in die Dämmung hinein in den Wärmetauscher zu integrieren, um das Tau- und/oder Kondenswasser durch die Dämmung abzuleiten.
  • Da das thermoelektrische Element als Wärmepumpe mit sehr hohem Wirkungsgrad beitreibbar ist, ist in diesem Aufbau der "No-Frost"-Zyklus mit sehr geringen Energieverlusten behaftet.
  • Vorzugsweise ist demnach das thermoelektrische Element zum Kühlen des zweiten Kühlraums umgekehrt betreibbar, um den Wärmetauscher in dem zweiten Kühlraum zu erwärmen und eine sich an diesem Wärmetauscher bildende Eisschicht abzutauen.
  • Dabei kann es von Vorteil sein eine Leitung zum Befördern von Tauwasser und/oder Kondenswasser des Wärmetauschers in dem zweiten Kühlraum vorzusehen, die das Wasser in Richtung einer Außenhaut des Kühl- und/oder Gefriergeräts befördert, um ein Verdunsten des Tauwassers und/oder Kondenswasser zu ermöglichen. Vorzugsweise ist es möglich, das Tauwasser und/oder das Kondenswasser durch Kapillarkräfte an eine bestimmte Stelle einer Kühlschrankaußenseite zu transportieren.
  • Darüber hinaus kann es für das Kühl- und/oder Gefriergerät von Vorteil sein, wenn dieses einen Lüfter in dem zweiten Kühlraum umfasst, um eine natürliche Konvektion in dem zweiten Kühlraum zu unterstützen.
  • Für einen "No-Frost"-Betrieb in einem Kühl- und/oder Gefriergerät kann es sinnvoll sein in den zweiten Kühlraum einen Lüfter einzubringen, wenn die sich einstellende natürliche Konvektion nicht ausreichend stark ist, um die Feuchtigkeit zuverlässig an den kältesten Punkt in dem zweiten Kühlraum (Wärmetauscher) zu transportieren. Hierzu ist es dann von Vorteil, einen Lüfter mit sehr kleiner Leistung einzusetzen, der die Konvektion antreibt und einen Transport der Feuchtigkeit hin zum Wärmetauscher garantiert. So wird eine Eisbildung an anderen Stellen als dem Wärmetauscher verhindert und eine erfolgreicher "No-Frost"-Betrieb unterstützt. Es ist jedoch ratsam einen Lüfter mit sehr kleiner Leistung zu verwenden, da die elektrische Leistung des Lüfters im zweiten Kühlraum als Wärme anfällt und ebenfalls abtransportiert werden muss.
  • In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass es sich bei dem erfindungsgemäßen Kühl- und/oder Gefriergerät um ein Haushaltsgerät bzw. ein gewerbliches Kühlgerät handelt. Beispielsweise sind solche Geräte umfasst, die für eine stationäre Anordnung im Haushalt, in einem Hotelzimmer, in einer gewerblichen Küche oder in einer Bar konzipiert sind. Beispielsweise kann es sich auch um einen Weinkühlschrank handeln. Ferner sind auch Kühl- und/oder Gefriertruhen von der Erfindung umfasst. Die erfindungsgemäßen Geräte können eine Schnittstelle zur Anbindung an eine Stromversorgung, insbesondere an ein Haushaltsstromnetz (z.B. einen Stecker) und/oder eine Steh- oder Einbauhilfe wie beispielsweise Stellfüße oder Schnittstelle zur Fixierung innerhalb einer Möbelnische aufweisen. Beispielsweise kann es sich bei dem Gerät um ein Einbaugerät oder auch um ein Standgerät handeln.
  • In einer Ausführungsform ist das Gerät derart ausgebildet, dass es mit einer Wechselspannung, wie beispielsweise mit einer Hausnetzspannung von z.B. 120 V und 60 Hz oder 230 V und 50 Hz betrieben werden kann. In einer alternativen Ausführungsform ist das Gerät derart ausgebildet, dass es mit Gleichstrom einer Spannung von beispielsweise 5 V, 12 V oder 24 V betrieben werden kann. In dieser Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass innerhalb oder außerhalb des Gerätes ein Steckernetzteil vorgesehen ist, über welches das Gerät betrieben wird. Ein Vorteil der Verwendung von thermoelektrischen Wärmepumpen ist in dieser Ausführungsform, dass die komplette EMV-Problematik lediglich am Netzteil auftritt.
  • Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Kühl- und/oder Gefriergerät eine schrankartige Gestalt hat und einen Nutzraum aufweist, der an seiner Vorderseite (im Falle einer Truhe an der Oberseite) für einen Benutzer zugänglich ist. Der Nutzraum kann in mehrere Kompartimente unterteilt sein, die alle bei derselben oder bei unterschiedlichen Temperaturen betrieben werden. Alternativ kann lediglich ein Kompartiment vorgesehen sein. Innerhalb des Nutzraumes bzw. eines Kompartiments können auch Lagerungshilfen wie beispielsweise Ablagefächer, Schubladen oder Flaschenhalter (im Falle einer Truhe auch Raumteiler) vorgesehen sein, um eine optimale Lagerung von Kühl- oder Gefriergütern und eine optimale Platzausnützung zu gewährleisten.
  • Der Nutzraum kann durch wenigstens eine um eine vertikale Achse schwenkbare Türe verschlossen sein. Im Falle einer Truhe ist eine um eine horizontale Achse schwenkbare Klappe oder ein Schiebedeckel als Verschlusselement denkbar. Die Türe oder ein sonstiges Verschlusselement kann im geschlossenen Zustand anhand einer umlaufenden Magnetdichtung mit dem Korpus im Wesentlichen luftdicht in Verbindung stehen. Vorzugsweise ist auch die Türe bzw. ein sonstiges Verschlusselement wärmeisoliert, wobei die Wärmeisolierung anhand einer Ausschäumung und ggf. anhand von Vakuumisolationspaneelen erreicht werden kann, oder auch vorzugsweise anhand eines Vakuumsystems und besonders bevorzugt anhand eines Vollvakuumsystems. An der Innenseite der Türe können ggf. Türabsteller vorgesehen sein, um auch dort Kühlgüter lagern zu können.
  • In einer Ausführungsform kann es sich um ein Kleingerät handeln. In derartigen Geräten weist der Nutzraum, der durch die Innenwand des Behälters definiert ist, beispielsweise ein Volumen von kleiner 0,5 m3, kleiner 0,4 m3 oder kleiner 0,3 m3 auf.
  • Die Außenabmessungen des Behälters bzw. Gerätes liegen vorzugsweise im Bereich bis 1 m hinsichtlich der Höhe, der Breite und der Tiefe.
  • Nachfolgend werden anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Figur dargestellt ist, weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung detailliert beschrieben. Es zeigt:
    • Fig. 1:
    eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühl und/oder Gefriergeräts in einer Querschnittsansicht.
  • Fig. 1 zeigt ein Kühl- und/oder Gefriergerät, mit einem ersten Kühlraum 1, der oberhalb eines zweiten Kühlraums 2 angeordnet ist. Begrenzt sind die beiden Kühlräume durch jeweilige Dämmelemente 3, die den Kühlraum in seinen Abmessungen definieren. Selbstverständlich ist jeder der beiden Kühlräume über eine separate oder eine gemeinsame Zugangstür (nicht dargestellt) von außen zugänglich.
  • Man erkennt das thermoelektrische Element 4 zum Kühlen des zweiten Kühlraums, das zwischen dem ersten Kühlraum 1 und dem zweiten Kühlraum 2 angeordnet ist. Es ist mit seinen Flächen, zwischen denen ein Temperaturgefälle hergestellt werden kann, jeweils zu den Kühlräumen ausgerichtet. In einem Normalbetrieb wird der zweite Kühlraum 2 durch die kältere Fläche des thermoelektrischen Elements 4 auf ein zweites Temperaturniveau gekühlt, das niedriger ist als das Temperaturniveau des ersten Kühlraums 1. Die Abwärme abgebende Fläche des thermoelektrischen Elements 4 ist mit einem Wärmetauscher in Kontakt, der gleichzeitig den Innenbehälter des ersten Kühlraums definiert.
  • Zudem erkennt man weitere thermoelektrische Elemente 7 (in Fig.1 insgesamt 3 Stück), die die zwischen dem ersten Kühlraum 1 und der Außenseite 5 des Kühl-und/oder Gefriergeräts angeordnet sind. Auch hier ist in einem Normalbetrieb die kalte Seite der thermoelektrischen Elemente 7 hin zum ersten Kühlraum ausgerichtet und befinden sich in einer thermischen Verbindung mit dem Wärmetauscher, an dem das thermoelektrische Element 4 zum Kühlen des zweiten Kühlraums seine Abwärme abgibt. Die warme Seite der thermoelektrischen Elemente 7 steht in einem (thermischen) Kontakt mit der Außenfläche 5 des Kühl-und/oder Gefriergeräts und gibt hierüber die produzierte Abwärme an die Umwelt ab.
  • Mit dem Bezugszeichen 8 ist der Wärmetauscher in dem zweiten Kühlraum bezeichnet, der eine im Vergleich zu Luft im zweiten Kühlraum 2 kältere Temperatur aufweist. Somit bildet sich zuerst an diesem Wärmetauscher 8 eine Eisschicht, vorausgesetzt es herrscht eine ausreichend hohe Konvektion in dem zweiten Kühlraum 2.
  • Die Peltier-Elemente (thermoelektrische Elemente) 7 zum Kühlen des ersten Kühlraums 1 dienen zur Aufrechterhaltung des Temperaturniveaus in dem ersten Kühlraum 1. Sie geben ihre Kälteleistung an einen Wärmetauscher 6 ab, der in der Fig. 1 den Innenbehälter des ersten Kühlraums 1 entspricht. Das Peltier-Element 4, das zwischen erstem Kühlraum 1 und zweiten Kühlraum 2 angeordnet ist, gibt ebenfalls seine Abwärme an den Wärmetauscher 6 ab. Hierbei ist Größe und Dämmung des ersten Kühlraums 1 und des zweiten Kühlraums 2 so dimensioniert, dass der Wärmetauscher 6 die anfallende Abwärme des Peltier-Elements 4, das zwischen erstem Kühlraum 1 und zweitem Kühlraum 2 angeordnet ist, ohne größere Temperaturdifferenz zu den Peltier-Elementen 7 transportieren kann und über die Außenhaut 5 des Kühl- und/oder Gefriergeräts an die Luft abgegeben werden kann. Die Außenhaut 5 des Kühl- und/oder Gefriergeräts wirkt hierbei ebenfalls wie ein Wärmetauscher, da Wärme an die Umgebung abgegeben werden kann. Mit dem Bezugszeichen 9 ist eine Verdunstungsschale für Kondens-und/oder Tauwasser bezeichnet.

Claims (7)

  1. Kühl- und/oder Gefriergerät umfassend einen ersten Kühlraum (1) zum Kühlen auf ein erstes Temperaturniveau und einen zweiten Kühlraum (2) zum Kühlen auf ein zweites Temperaturniveau, wobei das zweite Temperaturniveau kleiner als das erste Temperaturniveau ist, wobei der zweite Kühlraum (2) von dem ersten Kühlraum (1) durch ein thermisch isolierendes Dämmelement (3) getrennt ist, wobei erste thermoelektrische Elemente (7) zum Kühlen des ersten Kühlraums (1) vorgesehen sind, die in einem Bereich zwischen dem ersten Kühlraum und einer Außenwand (5) des Geräts angeordnet sind, und wobei ein zweites thermoelektrisches Element (4) zum Kühlen des zweiten Kühlraums (2) innerhalb des Dämmelements (3) angeordnet ist, das den ersten Kühlraum (1) und den zweiten Kühlraum (2) voneinander trennt, und bei einem Kühlbetrieb des zweiten Kühlraums (2) seine Abwärme in den ersten Kühlraum (1) abgibt, wobei die ersten thermoelektrischen Elemente (7) zum Kühlen des ersten Kühlraums (1) ihre Kälteleistung an einen Wärmetauscher (6) abgeben, der einem Innenbehälter des ersten Kühlraums (1) entspricht, und das zweite thermoelektrische Element (4) zum Kühlen des zweiten Kühlraums (2) seine Abwärme an diesen Wärmetauscher (6) abgibt.
  2. Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Kühlraum und der zweite Kühlraum in einem gemeinsamen Gehäuse des Geräts angeordnet sind.
  3. Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Innenbehälter aus einem Metall, vorzugsweise aus Aluminium aufgebaut ist.
  4. Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Wärmetauscher in dem zweiten Kühlraum, der eine thermisch begrenzte Fläche darstellt, die eine kältere Temperatur aufweist als der zweite Kühlraum.
  5. Kühl- und/oder Gefriergerät nach Anspruch 4, wobei das zweite thermoelektrische Element zum Kühlen des zweiten Kühlraums umgekehrt betreibbar ist, um den Wärmetauscher in dem zweiten Kühlraum zu erwärmen und eine sich an diesem Wärmetauscher bildende Eisschicht abzutauen.
  6. Kühl- und/oder Gefriergerät nach Anspruch 5, ferner mit einer Leitung zum Befördern von Tauwasser und/oder Kondenswasser des Wärmetauschers in dem zweiten Kühlraum in Richtung einer Außenhaut des Kühl- und/oder Gefriergeräts, um ein Verdunsten des Tauwassers und/oder Kondenswassers zu ermöglichen, wobei vorzugsweise das Tauwasser und/oder Kondenswasser durch Kapillarkräfte an eine bestimmte Stelle einer Kühlschrankaußenseite transportiert wird.
  7. Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Lüfter in dem zweiten Kühlraum, um eine natürliche Konvektion in dem zweiten Kühlraum zu unterstützen.
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