Kühlgerät

Die Erfindung betrifft ein Kühlgerät mit einer Kühlraum-Befeuchtungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zur Kühlraum-Befeuchtung nach dem Patentanspruch 17.

Die Luft im Kühlraum eines Kühlgerätes ist üblicherweise unmittelbar in Kontakt mit dem Verdampfer eines Kältemittelkreislaufes. Der Verdampfer weist sehr niedrige Ober- flächentemperaturen auf, die zu einem sofortigen Auskondensieren der Luftfeuchtigkeit führen. Die auskondensierte Luftfeuchtigkeit gefriert auf der Verdampferoberfläche und wird damit dauerhaft gebunden. Bei gelegentlichen Abtauvorgängen wird das Eis geschmolzen und nach außen abgeführt. Für eine Befeuchtung der Kühlraumluft steht dieses Kondenswasser also nicht zur Verfügung. Die Luftfeuchtigkeit im Kühlschrank ist daher äußerst gering.

Zur Steigerung der Luftfeuchtigkeit im Kühlraum weist ein aus der US 5,042,266 bekanntes Kühlgerät eine Befeuchtungseinrichtung auf. Die innerhalb des Kühlraumes vorgesehene Befeuchtungseinrichtung arbeitet mit einem reversibel dehydrierbaren Sorp- tionsmittel, das unter Wärmebeaufschlagung Feuchtigkeit in den Kühlraum abgibt. Das Sorptionsmittel wird in einem Adsorptionsvorgang mit Umgebungsluft hoher Luftfeuchtigkeit durchströmt, wodurch das Sorptionsmittel der Umgebungsluft eine Wassermenge entzieht und diese speichert. In einem nachfolgenden Desorptionsvorgang wird die Kühlraumluft befeuchtet. Hierzu durchströmt die Kühlraumluft unter Wärmebeaufschla- gung das Sorptionsmittel. Mit der erwärmten Kühlraumluft wird die im Sorptionsmittel gespeicherte Wassermenge als Wasserdampf freigesetzt und in den Kühlraum geführt. Für die Wärmebeaufschlagung ist dem Sorptionsmittel ein Heizelement vorgeschaltet, das den Kühlraumluftstrom während des Desorptionsvorgangs energieaufwendig erwärmt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Kühlgerät bzw. ein Verfahren zur Kühlraum-Befeuchtung eines Kühlgerätes bereitzustellen, bei dem die Kühlraum-Befeuchtung mit reduziertem Energieaufwand erfolgt. Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 oder des Patentanspruches 17 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.

Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ist das Sorptionsmittel außerhalb des Kühlraumes des Kühlgerätes angeordnet. Auf diese Weise ist erreicht, dass keine Wärmequelle zum Erwärmen des Sorptionsmittels innerhalb des Kühlraumes vorzusehen ist. Entsprechend kann erfindungsgemäß die zur Kühlung des Kühlraumes erforderliche Kühlleistung reduziert werden. Außerdem wird im Vergleich zum Stand der

Technik bei einer externen Anordnung des Sorptionsmittels entsprechend der Kühlraum vergrößert.

Das Sorptionsmittel der Befeuchtungseinrichtung kann in einem separaten Befeuchtungskreislauf integriert sein, der zumindest über einen Lufteinlass und einen Luftauslass mit dem Kühlraum des Kühlgerätes strömungstechnisch verbunden ist. Für einen Adsorp- tionsvorgang, das heißt zur Speicherung von Feuchtigkeit im Sorptionsmittel, kann dem Befeuchtungskreislauf die mit Feuchtigkeit beladene Außenluft zugeführt werden.

Für eine gerätetechnisch einfache Ausführung kann der Befeuchtungskreislauf nach außen zur Umgebung geschlossen sein. Das heißt, dass im Gegensatz zum Stand der Technik der Kühlraum sowie das Sorptionsmittel in einem geschlossenen Kreislauf angeordnet sind, ohne dass eine unmittelbare Zuführung der mit Feuchtigkeit beladenen Luft aus der Umgebung ermöglicht ist.

In diesem Fall kann die mit Feuchtigkeit beladene Umgebungsluft nicht unmittelbar dem Befeuchtungskreislauf zugeführt werden, sondern gemäß einem Aspekt der Erfindung bei geöffneter Kühlgerätetür über den Kühlraum sowie den Lufteinlass der Befeuchtungseinrichtung.

Alternativ zu dem oben erwähnten geschlossenen Befeuchtungskreislauf kann dieser zusätzliche Ein- und/oder Auslässe aufweisen, über die der Befeuchtungskreislauf unmittelbar mit der Umgebung verbindbar ist. Auf diese Weise kann die mit Feuchtigkeit beladene Umgebungsluft dem Befeuchtungskreislauf unmittelbar zugeführt werden, ohne die Kühlgerätetür öffnen zu müssen. Zur Beschleunigung des Adsorptionsvorganges bzw. Desorptionsvorganges des Sorptionsmittels kann ein Fördergebläse im Befeuchtungskreislauf vorgesehen werden, wodurch die durch das Sorptionsmittel geführte Luftströmung beschleunigt wird. Das Fördergebläse kann gezielt durch eine Steuereinrichtung aktiviert oder deaktiviert werden, und zwar in Abhängigkeit davon, ob ein Adsorptionsvorgang bzw. Desorptionsvorgang er- folgen soll. Zusätzlich können in dem Befeuchtungskreislauf weitere Strömungselemente, etwa Drehklappen oder dergleichen, angeordnet werden, die Strömungswege im Befeuchtungskreislauf öffnen bzw. sperren.

In einer Ausführungsform kann das Sorptionsmittel mit einem, im Kältemittelkreislauf ge- schalteten Verdichter thermisch gekoppelt sein. Auf diese Weise kann die im Verdichter- Betrieb erzeugte Abwärme zur Wärmebeaufschlagung des Sorptionsmittels verwendet werden. Der Verdichter ist Teil eines an sich bekannten Kältemittel-Kreislaufes, in dem auch der den Kühlraum kühlende Verdampfer geschaltet ist.

Zwischen dem Verdichter des Kältemittelkreislaufes und dem Sorptionselement der Befeuchtungseinrichtung kann ein Wärmeübertragungskreislauf geschaltet sein, mit dem die Verdichter-Abwärme zum Sorptionsmittel übertragen wird. Der Wärmeübertragungskreislauf kann bevorzugt geschlossen sein. Als Wärmemittel eignet sich beispielsweise Wasser. Im Wärmeübertragungskreislauf kann ein Wärmetauscher vorgesehen, mit dem die Abwärme unmittelbar in das Sorptionsmittel übertragen werden kann. Durch Zwischenschaltung des Wärmeübertragungskreislaufes kann der Verdichter örtlich unabhängig von dem Sorptionsmittel angeordnet werden.

Das Sorptionsmittel kann beispielhaft als eine Sorptionskolonne mit darin angeordnetem reversibel dehydrierbaren Material vorgesehen sein. Die Sorptionskolonne kann einerseits von einem Kühlraumluftstrom durchströmbar sein. Andererseits kann in der Sorptionskolonne der oben genannte Wärmetauscher des Wärmeübertragungskreislaufes angeordnet sein.

Alternativ dazu kann der Verdichter unmittelbar in Wärmekontakt mit dem Sorptionsmittel gebracht sein. Auf diese Weise kann der Verdichter ohne Wärmeverluste die Abwärme auf das Sorptionsmittel übertragen. Wie oben bereits erwähnt, kann ein gegenüber der Umgebung geschlossener Befeuchtungskreislauf vorgesehen sein. In diesem Fall kann die Steuereinrichtung nach Erfassen der Kältegerätetür-Betätigung den Adsorptionsvorgang starten, bei dem das Sorptionsmittel die in den Kühlraum einströmende, mit Feuchtigkeit beladene Umgebungsluft aufnimmt. Für eine effektive Adsorption kann bei Erfassung der Türbetätigung das Förder- gebläse eingeschaltet werden, wodurch die in den Kühlraum einströmende Umgebungsluft in den Befeuchtungskreislauf gesaugt wird. Gleichzeitig kann die Steuereinrichtung während des Adsorptionsvorganges den Verdichter ausschalten. Auf diese Weise kondensiert die in den Kühlraum eingeströmte, mit Feuchtigkeit beladene Umgebungsluft nicht am Verdampfer, sondern kann diese mit hoher Feuchtigkeit zum Sorptionsmittel geführt werden. Der Steuereinrichtung kann hierzu signaltechnisch einfach ein Türöffnungssensor zugeordnet werden, der ein Öffnen bzw. Schließen der Gerätetür erfasst und entsprechend ein Türbetätigungssignal an die Steuereinrichtung leitet.

Das Fördergebläse kann nach erfolgter Türbetätigung über ein vorgegebenes Zeitinter- vall, etwa 1 min., nachlaufen. In diesem Zeitintervall kann bevorzugt die Steuereinrichtung den Verdichter des Kältemittelkreislaufes außer Betrieb setzen. Auf diese Weise ist erreicht, dass einerseits keine Wärmebeaufschlagung des Sorptionsmittels durch Verdichter-Abwärme erfolgt, wodurch der Adsorptionsvorgang nicht beeinträchtigt wird. Andererseits ist bei ausgeschaltetem Verdichter die Verdampfertemperatur entsprechend er- höht, so dass an der vom Verdampfer bereitgestellten Kondensationsfläche weniger Luftfeuchtigkeit auskondensiert.

Nach dem oben genannten Adsorptions-Zeitintervall erfolgt der Desorptionsvorgang, der erfindungsgemäß mit den Laufzeiten des Verdichters gekoppelt ist. Das heißt, dass die während einer Laufzeit des Verdichters erzeugte Abwärme das Sorptionsmittel beaufschlagt. Das erwärmte Sorptionsmittel setzt wiederum Feuchtigkeit frei, die bei aktiviertem Lüftergebläse in den Kühlraum einführbar ist. Der Desorptionsvorgang ist daher in voneinander getrennte Desorptionszeitintervalle aufgeteilt, die im Wesentlichen den Laufzeitintervallen des Verdichters entsprechen.

Für eine effektive Einleitung der vom Sorptionsmittel freigesetzten Feuchtigkeit ist eine zeitliche Abstimmung der Laufzeiten des Verdichters und des Lüftergebläses von Bedeutung. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, das Lüftergebläse zum Laufzeitende des Verdichters und/oder während der Standzeit des Verdichters zu aktivieren. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass beim Einströmen feuchter Luft in den Kühlraum zumindest teilweise der Kältemittelkreislauf ausgeschaltet ist. Dadurch ist vermieden, dass in den Kühlraum einströmende feuchte Luft sich unmittelbar an der Verdampferoberfläche niederschlägt.

Nachfolgend sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 in einer perspektivischen Prinzipdarstellung ein Kältegerät gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 ein Betriebs-Zeit-Diagramm, das die Laufzeiten des Fördergebläses bzw. des Ver- dichters des Kühlgerätes zeigt; und

Fig. 3 in einer der Fig. 2 entsprechenden Ansicht ein Kühlgerät gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.

In der Fig. 1 ist ein Kühlgerät mit einem Kühlraum 1 gezeigt. Der Kühlraum 1 ist frontseitig mit einer Gerätetür 3 verschlossen. An der Rückwand 5 des Kühlraumes 1 ist ein Verdampfer 7 eines Kältemittelkreislaufes vorgesehen. Bodenseitig weist der Kühlraum 1 ein über Trennwände 9 separiertes Kühlfach 1 1 auf. In dem Kältemittelkreislauf des Kühlgerätes ist in bekannter Weise neben dem Verdampfer 7 ein Verdichter 13 geschaltet, der das Kältemittel über ein Expansionsventil 15 in den Verdampfer 7 führt.

Dem in der Fig. 1 gezeigten Kühlgerät ist außerdem eine Befeuchtungseinrichtung 17 zugeordnet, mit der dem Kühlfach 1 1 gezielt und aktiv Luftfeuchtigkeit zugeführt werden kann. Hierzu ist der Kühlraum 1 über einen Lufteinlass 19 an einem Einlasskanal 21 der Befeuchtungseinrichtung 17 angeschlossen. Der Einlasskanal 21 mündet in einer Sorptionskolonne 23, die ein reversibel deydrierbares Material enthält, das bei niedrigen Temperaturen Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen kann und bei höheren Temperaturen diese Feuchtigkeit wieder freisetzen kann. Die Sorptionskolonne 23 ist an ihrer Aus- lassseite mit einem Fördergebläse 25 gekoppelt, das über einen Auslasskanal 27 mit einem, in das Kühlfach 11 mündenden Luftauslass 29 verbunden ist.

Wie aus der Fig. 1 weiter hervorgeht, ist der Verdampfer 13 des Kältemittelkreislaufes über einen Wärmeübertragungskreislauf W thermisch mit dem in der Sorptionskolonne 23 erhaltenen Material gekoppelt. Auf diese Weise wird die während eines Verdichter- Betriebes erzeugte Abwärme in die Sorptionskolonne 23 geführt, wodurch das darin vorgesehene reversibel deydrierbare Material die gespeicherte Feuchtigkeit freisetzt.

Die Befeuchtung der Kühlraumluft wird im Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 mittels einer Steuereinrichtung 31 gesteuert. Die Steuereinrichtung ist gemäß der Fig. 1 über gestrichelt dargestellte Signalleitungen 33 in Signalverbindung mit einem Türbetätigungssensor 35, der eine Betätigung der Gerätetür 3 erfasst und ein entsprechendes Türbetätigungssignal T _s an die Steuereinrichtung 31 leitet.

Bei Erfassen des Türbetätigungssignales T _s startet die Steuereinrichtung 31 einen Adsorptionsvorgang Δt _A , wie er in dem Diagramm der Fig. 2 gezeigt ist. Während des Adsorptionsvorganges Δt _A aktiviert die Steuereinrichtung 31 das Lüftergebläse 25. Dadurch wird die bei geöffneter Gerätetür 3 in den Kühlraum 1 einströmende, mit Feuchtigkeit beladene Umgebungsluft über den Lufteinlass 19, sowie den Einlasskanal 21 durch die Sorptionskolonne 23 geführt. Gleichzeitig hält die Steuereinrichtung 31 den Verdichter 13 des Kältemittelkreislaufes während des gesamten Adsorptionsvorganges Δt _A außer Betrieb. Die Sorptionskolonne 23 wird daher für eine effektive Adsorption bei niedrigen Temperaturen nicht mittels Verdichter-Abwärme erwärmt.

Wie aus der Fig. 2 hervorgeht, erstreckt sich der Adsorptionsvorgang Δt _A zwischen den Zeitpunkten t ₀ , zu dem das Türbetätigungssignal T ₃ erfasst ist, und dem Zeitpunkt t|. Nach dem Ende des Adsorptionsvorganges Δt _A wird der Verdichter 13 wieder in üblicher weise angesteuert, um den Kühlraum 1 auf vorgegebener Kühlraum-Temperatur zu halten. Der Adsorptionsvorgang Δt _A kann nach dem Schließen der Gerätetür 3 etwa 1 min. andauern. Die Sorptionskolonne 23 kann während dieses Zeitintervalles die in der Kühlraumluft enthaltene Feuchtigkeit aufnehmen und diese speichern. Nach erfolgtem Adsorptionsvorgang Δt _A startet der Desorptionsvorgang Δt _D der Befeuchtungseinrichtung 17. Der Desorptionsvorgang Δt _D ist erfindungsgemäß gekoppelt mit den Laufzeiten den Verdichters 13. Bei aktiviertem Verdichter 13 wird nämlich über den Wärmeübertragungskreislauf W Verdichter-Abwärme in die Sorptionskolonne 23 geführt, wodurch die Temperatur des reversibel dehydrierbaren Materials ansteigt. Durch die Wärmebeaufschlagung der Sorptionskolonne 23 wird die darin gespeicherte Feuchtigkeit freigesetzt. Wie aus der Fig. 2 hervorgeht, ist der Desorptionsvorgang Δt _D in voneinander zeitlich getrennte Desorptionsintervalle Δt _D1, Δt _D2, Δt _D3 aufgeteilt, die den Laufzeitintervallen des Verdichters 13 entsprechen.

Die freigesetzte Feuchtigkeit kann durch erneutes Einschalten des Lüftergebläses 25 über den Auslasskanal 27 in das Kühlfach 11 eingeführt werden. Die Laufzeiten des Lüftergebläses 25 können während der Desorptionsphase Δt _D derart gesteuert sein, dass das Lüftergebläse 25 insbesondere zum Laufzeitende des Verdichters 13 und/oder unmittelbar anschließend an die Laufzeit, d. h. bereits während der Standzeit des Verdichters, aktiviert wird. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass beim Einströmen feuchter Luft in das Kühlfach 11 zumindest teilweise der Kältemittelkreislauf außer Betrieb gesetzt ist, wodurch ein unmittelbares Auskondensieren der zugeführten feuchten Luft an der Verdampferoberfläche vermieden werden kann.

In der Fig. 3 ist ein Kältegerät gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Das Kältegerät gemäß der Fig. 3 entspricht in Aufbau und Funktionsweise größtenteils dem in der Fig. 1 gezeigten Kältegerät. Insofern wird auf dessen Beschreibung verwiesen.

Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist der Befeuchtungskreislauf B der Be- feuchtungseinrichtung 17 nach außen hin nicht geschlossen, sondern weist dieser zusätzliche Ein- und Auslässe 37, 38 auf, über die der Befeuchtungskreislauf B strömungstechnisch ohne Zwischenschaltung des Kühlraumes 1 unmittelbar mit der Umgebung verbindbar ist. Der zusätzliche Einlass 37 ist durch entsprechende Schaltung einer im Befeuchtungskreislauf B vorgesehenen Strömungsklappe 39 mit der Sorptions- kolonne 23 strömungstechnisch verbindbar. Je nach Stellung der Strömungsklappe 39 kann daher die Sorptionskolonne 23 eingangsseitig mit dem Kühlraum 1 oder unmittelbar mit der Umgebung verbunden werden. Analog ist dem Lüftergebläse 25 ebenfalls eine Strömungsklappe 41 nachgeschaltet, die je nach Schaltstellung das Lüftergebläse 25 ausgangsseitig mit der Umgebung bzw. mit dem Kühlraum 1 strömungstechnisch verbindet.

Die beiden Strömungsklappen 39, 41 sind von der Steuereinrichtung 31 betätigbar. Auf diese Weise kann der Adsorptionsvorgang Δt _A unabhängig von einer Türöffnung erfolgen. Zur Durchführung des Adsorptionsvorganges Δt _A werden die Strömungsklappen 39, 41 von der Steuereinrichtung 31 in die, in der Fig. 3 gezeigte Schaltstellung verbracht und das Lüftergebläse 25 aktiviert. Gleichzeitig wird der Verdichter 13 deaktiviert. Somit wird die mit Feuchtigkeit beladene Außenluft über den zusätzlichen Lufteinlass 37 durch die Sorptionskolonne 23 geführt, in der das reversibel dehydrierbare Material die Feuchtigkeit der Luft aufnimmt, so dass vergleichsweise trockene Luft über den zusätzlichen Luftauslass 38 wieder in die Umgebung rückgeführt wird. Der Desorptionsvorgang Δt _D, kann, wie bereits anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben ist, erfolgen.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Kuhlraum

3 Gerätetür

5 Rückwand

7 Verdampfer

9 Trennwände

11 Kühlfach

13 Verdichter

15 Expansionselement

17 Befeuchtungseinrichtung

19 Lufteinlass

21 Lufteinlasskanal

23 Sorptionsmittel

25 Lüftergebläse

27 Auslasskanal

29 Luftauslass

31 Steuereinrichtung

33 Signalleitungen

35 Türbetätigungssensor

37, 38 zusätzliche Lufteinlass- Luftauslassöffnungen

39, 41 Strömungsklappen

Ts Türbetätigungssignal

Δt _A Adsorptionsvorgang

Δt _D Desorptionsvorgang

Δt _m , Δt _D2 , Δt _D3 Desorptionsintervalle

B Befeuchtungskreislauf

W Wärmeübertragungskreislauf