Kältegerät

Die Erfindung betrifft ein Kältegerät nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Um den Innenraum eines Kältegeräts zu kühlen ist üblicherweise ein Kühlkreislauf vorgesehen, in dem ein Kältemittel zirkuliert. Der Kühlkreislauf weist einen Verdichter, einen Verflüssiger, eine Expansionsdüse und einen Verdampfer auf. Der Verdichter und der Verflüssiger sind an der Außenseite des Kältegeräts vorgesehen, da von beiden Komponenten Wärme abgestrahlt wird. Der Verdampfer befindet sich dagegen im Innenraum. Das durch die Expansionsdüse entspannte Kältemittel triit dort in den gasförmigen Zustand über und kühlt dabei stark ab. über den Verdampfer kann es nun Wärme aus dem Innenraum aufnehmen. In dem Verdichter wird das Kältemittel an der Außenseite des Kältegeräts komprimiert und dabei erhitzt. In dem Verflüssiger tritt das unter Druck stehende Kältemittel wieder in den flüssigen Aggregatzustand über und gibt dabei Wärme ab. Es ist die Aufgabe des Verflüssigers dem Kältemittel die Wärmeenergie zu entziehen und an die Umgebung abzugeben. Um den notwendigen Wärmeaustausch gewährleisten zu können, muss der Verflüssiger eine bestimmte Größe aufweisen, die insbesondere bei Einbaugeräten auf Kosten der Größe des gekühlten Innenraums geht.

Der Verflüssiger muss grundsätzlich so konstruiert werden, dass die Wärmemenge, die während der Betriebszeit des Verdichters entsteht auch während der Betriebszeit des Verdichters abgeführt werden kann. Während der Ruhezeiten des Verdichters entsteht praktisch keine Wärme. In diesen Zeiten ist folglich auch keine Wärmeübertragung von dem Verflüssiger an die Umgebungsluft notwendig. Der Verflüssiger muss folglich so ausgelegt werden, dass die abzuführende Wärmemenge ausschließlich zu den Zeiten an die Umgebungsluft abgegeben wird, in denen der Verdichter betrieben wird.

Es sind bereits Verflüssiger bekannt geworden, die mit einer Wärmespeichermasse gekoppelt sind. Bei solchen Verflüssigern wird eine Wärmespeichermasse verwendet, deren Wärmeaufnahmevermögen um ein Vielfaches größer als dasjenige von Luft ist. Auf

diese Weise kann dem Kältemittel in kurzer Zeit eine wesentlich größere Wärmemenge als bei herkömmlichen Verflüssigern entzogen werden. Diese Wärmemenge wird zwischengespeichert und in den Stillstandszeiten des Verdichters langsam an die Umgebungsluft abgegeben.

Es sind auch bereits Verdampfer bekannt geworden, die in wärmeleitendem Kontakt mit einer Wärmespeichermasse stehen. Hier soll während der Laufzeiten des Verdichters nicht nur der Innenraum abgekühlt sondern auch der Wärmespeichermasse Wärmeenergie entzogen werden. In der folgenden Ruhephase des Verdichters kann die abgekühlte Wärmespeichermasse dem Innenraum weiterhin Wärme entziehen, so dass die Ruhephasen des Verdichters verlängert werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kältegerät mit einem Verflüssiger und/oder einem Verdampfer auszustatten, mit dem Wärmeenergie zwischen dem Kältemittel und einer Wärmespeichermasse sehr schnell und effektiv ausgetauscht und von der Wärmespeichermasse ebenso effektiv an die Umgebung abgegeben bzw. aus dem Innenraum aufgenommen werden kann. Weiterhin soll der Verflüssiger und/oder Verdampfer kostengünstig zu fertigen sein.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung durch ein Kältegerät mit den Merkmalen von Anspruch 1. Dadurch, dass der Verflüssiger und/oder Verdampfer wenigstens einen Kanal für das Kältemittel und wenigstens einen an die Struktur des Kanals angepassten Hohlraum für eine Wärmespeichermasse aufweist, kann innerhalb des Plattenverflüssigers und/oder Verdampfers ein schneller und effektiver Wärmeübergang zwischen dem Kältemittel und der Wärmespeichermasse erfolgen. Der Wärmeaustausch kann über eine große Fläche stattfinden, da sowohl der Kanal für das Kältemittel als auch der Hohlraum für die Wärmespeichermasse ein sehr günstiges Verhältnis zwischen Außenfläche und Volumen aufweisen.

In vorteilhafter Weise verläuft der Kanal mäanderartig, wobei der Hohlraum derart an den Verlauf des Kanals angepasst ist, dass sich der Hohlraum zumindest in einige der durch

die Mäanderanordnung des Kanals gebildeten Mäanderlücken erstreckt, aber von dem Kanal räumlich getrennt ist. Durch die räumliche Trennung von Kanal und Hohlraum findet ein Wärmeaustausch zwischen beiden nur durch die Wärmeleiteigenschaften des Verdampfer- oder Verflüssigerwerkstoffs statt.

Durch die Wärmespeichermasse wird erreicht, dass während des Betriebs des

Verdichters dem Kühlmittel mehr Wärme entzogen werden kann, als von dem Verflüssiger an die Umgebungsluft abgegeben wird. Diese Wärme wird in der Wärmespeichermasse zwischengespeichert. In den Zeiten in denen der Verdichter nicht arbeitet und normalerweise auch von dem Verflüssiger keine Wärme an die Umgebungsluft abgegeben wird, wird nun die von der Wärmespeichermasse zuvor aufgenommene Wärme wieder abgegeben. Damit wird durch den Verflüssiger über einen wesentlich längeren Zeitraum Wärme abgegeben. Der Verflüssiger kann daher kleiner ausgelegt und der vorhandene Raum besser genutzt werden.

Bei einem Verdampfer mit Wärmespeichermasse wird während des Betriebs des Verdichters nicht nur der Innenraum des Kältegeräts sondern auch die Wärmespeichermasse abgekühlt, da sowohl dem Innenraum als auch der Wärmespeichermasse Wärmeenergie entzogen wird. Nach dem Abstellen des Verdichters bleibt der Innenraum für lange Zeit auf gleicher Temperatur, da eindringende Wärme von der Wärmespeichermasse aufgenommen werden kann. Erst wenn sich die Wärmespeichermasse so weit erwärmt hat, dass ihre Temperatur oberhalb der zugelassenen Innenraumtemperatur liegt, muss der Verdichter wieder anlaufen.

Der Hohlraum für die Wärmespeichermasse weist wenigstens eine verschließbare öffnung auf. Durch diese öffnung kann die Wärmespeichermasse in der

Produktionsstätte eingefüllt werden. Je nach der Ausgestaltung des Hohlraums kann es zudem sinnvoll sein, weitere verschließbare öffnungen zum Entlüften während des Einfüllens der Wärmespeichermasse vorzusehen. Auf diese Weise kann eine vollständige Befüllung des Hohlraums gewährleistet werden.

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Vorteilhaft wird der Verflüssiger und/oder Verdampfer nach einem Bonding-Verfahren hergestellt. Hiermit lassen sich beliebig aufwändige Kanalformen und -strukturen realisieren. Trotzdem gewährleistet die Anwendung eines Bonding-Verfahrens niedrige Herstellkosten. Beispielsweise kann der Plattenverflüssiger und/oder Verdichter in Z-Bondtechnik hergestellt werden.

In besonders vorteilhafter weise wird der Verflüssiger und/oder Verdampfer in Roll-Bondtechnik gefertigt. Hier wird die Struktur für den wenigstens einen Kanal für das Kältemittel und die Struktur für den Hohlraum zur Aufnahme der Wärmespeichermasse mit einem Trennmittel auf eine Blechplatte aufgebracht. Die Struktur des Hohlraums wird dabei so an die Struktur des Kanals für das Kältemittel angepasst, dass möglichst geringe Abstände zwischen dem Kanal und dem Hohlraum für die Wärmespeichermasse bestehen. Die so vorbereitete Blechplatte wird nun in einem Walzwerk bei hoher Temperatur und unter großem Druck mit einer zweiten Blechplatte verbunden. An den Stellen, an denen das Trennmittel aufgebracht wurde, kommt keine Verbindung zustande. Durch das Anlegen von unter hohem Druck stehenden Gas an die öffnungen lösen sich die Blechplatten an den nicht mit einander in Verbindung stehenden Stellen und der Kanal für das Kältemittel und der Hohlraum für die Wärmespeichermasse können sich ausbilden und nehmen ihre endgültige Form an.

Der Verflüssiger und/oder Verdampfer besteht erfindungsgemäß aus Aluminium. Dieses Material leitet Wärme besonders gut, so dass dem Kältemittel die Wärme schnell entzogen und auf die Wärmespeichermasse bzw. der Wärmespeichermasse die Wärme schnell entzogen und auf das Kältemittel übertragen werden kann. Auch lässt sich Aluminium ausgezeichnet mit der Roll-Bondtechnik verarbeiten.

In einem Ausführungsbeispiel enthält die Wärmespeichermasse ein eutektisches Material. Dieses Material lässt sich als latenter Wärmespeicher nutzen und weist deshalb eine sehr hohe Wärmekapazität auf. Ein preisgünstiges eutektisches Material, welches hier eingesetzt werden kann, ist Paraffin.

In einem anderen Ausführungsbeispiel wird Wasser als Wärmespeichermasse verwendet. Auch Wasser hat eine hohe Wärmespeicherkapazität und besitzt den zusätzlichen Vorteil , praktisch keine Kosten zu verursachen. Wasser ist daher bestens für die Verwendung als Wärmespeichermasse geeignet.

Die Wärmespeichermasse wird in flüssigem Zustand durch die verschließbare öffnung in den dafür vorgesehenen Hohlraum eingefüllt. Um den Hohlraum vollständig füllen zu können, sollte die Wärmespeichermasse während des Füllvorgangs eine Temperatur aufweisen, die über der Temperatur liegt die im Betrieb des Kältegeräts höchstens erreicht wird. Auf diese Weise können sich nach dem Verschließen der öffnungen keine Probleme mit der Wärmeausdehnung der Wärmespeichermasse ergeben.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen im Zusammenhang mit der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das anhand der Zeichnung eingehend erläutert wird.

Es zeigt:

Fig. 1 die schematische Darstellung des Kühlkreislaufs eines erfindungsgemäßen

Kühlschranks und Fig. 2 die Ansicht des Plattenverflüssigers des Kühlschranks aus Fig. 1.

Die Erfindung wird hier beispielhaft an einem Kühlschrank mit einem entsprechend aufgebauten Verflüssiger erläutert. Sie lässt sich jedoch ebenso an allen anderen Kältegeräten wie z. B. Gefriertruhen, Gefrierschränken oder Kombinationsgeräten realisieren. Weiterhin ist die Erfindung nicht auf ein Kältegerät mit einem derart aufgebauten Verflüssiger beschränkt, sondern gilt auch für Kältegeräte mit einem entsprechend aufgebauten Verdampfer.

In Figur 1 ist schematisch der Kühlkreislauf eines Kühlschranks 1 dargestellt. Der Kühlkreislauf weist einen Verdichter 2 und einem Verflüssiger 3 auf, die beide außerhalb

eines gekühlten Innenraums 6 des Kühlschranks 1 montiert sind. Weiterhin ist eine Expansionsdüse 4 an der Grenze zum gekühlten Innenraum 6 vorgesehen. Ein Verdampfer 5 ist innerhalb des gekühlten Innenraums 6 angeordnet.

Bei dem Kühlkreislauf handelt es sich um einen geschlossenen Kreislauf, der mit Kältemittel gefüllt ist. Im Verdichter 2 wird das gasförmige Kältemittel komprimiert und durch den Kompressionsvorgang erhitzt. In dem Verflüssiger 3 wird dem gasförmigen Kältemittel Wärme entzogen und an die Umgebungsluft abgegeben, Dabei verflüssigt sich das Kältemittel. In der dem Verdampfer 5 vorgeschalteten Expansionsdüse 4 entspannt sich das Kältemittel beim übertritt in Niederdruckbereich des Kühlkreislaufs. Das Kältemittel ändert bei diesem übertritt seinen Aggregatzustand von flüssig nach gasförmig und kühlt sich dabei stark ab. über den Verdampfer 5 entzieht das Kältemittel nun dem Innenraum 6 Wärme und nimmt dabei eine höhere Temperatur an. In dem Verdichter 2 wird das weiterhin gasförmige Kältemittel dann wieder komprimiert und auf eine Temperatur gebracht die höher als die Umgebungstemperatur ist, so dass die im Innenraum 6 aufgenommene Wärme über den Verflüssiger 3 an die Umgebungsluft abgegeben werden kann. Die Größe des Wärmeentzugs durch den Verdampfer 5 wird durch eine hier nicht dargestellte Steuerung bestimmt, die die Einschaltdauer und die Einschaltpausen des Verdichters 2 steuert.

In Fig. 2 ist ein Verflüssiger 3 dargestellt, der eine besonders effektive

Verflüssigerfunktion besitzt. Dieser Verflüssiger ist aus zwei Blechplatten 7 aufgebaut und wird in Roll-Bondtechnik gefertigt. Es entsteht dabei ein Kanal 8 für das Kältemittel, der sich in hintereinander geschalteten Kanalschlaufen 9 über einen Großteil der Fläche des Verflüssigers 3 erstreckt. An dem Zulauf 1 1 wird eine Leitung zum Verdichter 2, an dem Ablauf 10 eine Leitung angeschlossen, die das unter Druck stehende flüssige Kältemittel über die Expansionsdüse 4 dem Verdampfer 5 zuführt.

Neben den Kanalschlaufen 9 ist ein Hohlraum 12 für eine Wärmespeichermasse angeordnet. Fingerförmige Fortsätze 13 des Hohlraums 12 erstrecken sich zwischen Kanalschlaufen 9 und ermöglichen es so die Wärmespeichermasse möglichst nah an das

Kältemittel in dem Kanal 8 heranzuführen. Der Hohlraum 12 besitzt eine Einfüllöffnung 14, durch die die Wärmespeichermasse in den Hohlraum 12 eingefüllt werden kann. Nach dem Einfüllvorgang wird die Einfüllöffnung 14 verschlossen.

In einem weiteren hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist rechts neben den Kanalschlaufen 9 ein weiterer Hohlraum für die Aufnahme von Wärmespeichermasse vorgesehen. Auch von diesem Hohlraum erstrecken sich fingerförmige Fortsätze zwischen die Kanalschlaufen 9. Selbstverständlich weist auch dieser Hohlraum eine verschließbare Einfüllöffnung für die Wärmespeichermasse auf. Durch die beiden Hohlräume sind die Kanalschlaufen 9 nun von allen Seiten von der Wärmespeichermasse umgeben und ein Wärmeaustausch zwischen Kältemittel und Wärmespeichermasse kann schnell und effektiv stattfinden.

Der Verflüssiger ist vorteilhaft aus Aluminium hergestellt. Bei dem Roll-Bondingverfahren werden zwei Aluminiumplatten zusammen gewalzt, wobei sich die Platten durch hohen Druck und hohe Temperatur miteinander verbinden. Vor dem Walzvorgang wird auf eine der Platten mit Hilfe eines Trennmittels die Struktur des Kanals 8 mit den Kanalschlaufen 9 und des Hohlraums 12 mit seinen fingerförmigen Fortsätzen 13 aufgebracht. An diesen mit Trennmittelversehenen Bereichen findet keine Verbindung der beiden Platten statt. Diese Bereiche können deshalb nach dem Walzvorgang durch das Einblasen von unter hohem Druck stehenden Gas voneinander gelöst werden. Auf diese Weise entstehen die Hohlräume, die den Kanal 8 für das Kältemittel und den Hohlraum 12 für die Wärmespeichermasse bilden.

Das durch den Kompressionsvorgang im Verdichter 2 erhitzte gasförmige Kältemittel strömt über den Zulauf 11 in den Verflüssiger 3 ein. Dort gibt seine Wärme an die gut wärmeleitenden Aluminiumplatten 7 ab. Diese Aluminiumplatte 7 wiederum führen einen Teil der Wärme an die Umgebungsluft, einen anderen Teil aber an die Wärmespeichermasse in dem Hohlraum 12 mit seinen fingerförmigen Fortsätzen 13 ab. Der Verflüssiger 3 ist so dimensioniert, dass während der Laufzeiten des Verdichters 2 dem Kältemittel soviel Wärme entzogen und an die Umgebungsluft und an die

Wärmespeichermasse übertragen werden kann, dass das Kältemittel am Ablauf 10 des Verflüssigers 3 nicht viel wärmer als die Temperatur der Umgebungsluft ist.

Durch den Einsatz der Wärmespeichermasse ist es möglich, die durch den Verdichter 2 erzeugte Wärme zwischenzuspeichern und diese Wärme auch in den Stillstandszeiten des Verdichters 2 an die Umgebungsluft abzugeben. Auf diese Weise findet eine Wärmeabgabe nicht nur während der Laufzeit des Verdichters 2 statt sonder die Wärmeabgabe kann kontinuierlich erfolgen.

Die Wärmespeichermasse soll eine hohe Wärmekapazität aufweisen, damit dem Kältemittel schnell Wärmeenergie entzogen werden kann. Die Wärmespeichermasse darf jedoch keine hohen Kosten verursachen, damit die Herstellkosten des Verflüssigers gegenüber einem herkömmlichen Verflüssiger nicht zu stark angehoben werden. Als ideale Wärmespeichermasse hat sich daher Wasser herausgestellt. Wasser erfüllt alle Anforderungen in herausragender Weise, da es eine hohe Wärmekapazität aufweist und gleichzeitig nur sehr geringe Kosten verursacht. Auch der Einfüllvorgang in den Hohlraum 12 kann in einfacher Weise von statten gehen, da Wasser bei den normalerweise vorherrschenden Bedingungen immer flüssig ist.

Bezugszeichenliste:

1 Kühlschrank

2 Verdichter

3 Verflüssiger

4 Expansionsdüse

5 Verdampfer

6 gekühlter Innenraum

7 verbundene Blechplatten

8 Kanal für das Kältemittel

9 Kanalschlaufen

10 Ablauf

1 1 Zulauf

12 Hohlraum für Wärmespeichermasse

13 fingerförmige Fortsätze

14 Einfüllöffnung