Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältegerät, insbesondere ein Haushaltskältegerät, mit einer Lagerkammer für Kühlgut, einem in thermischem Kontakt mit der Lagerkammer angeordneten, zum Halten der Lagerkammer in einem vorgegebenen Temperaturbereich intermittierend arbeitenden Verdampfer und einem dem Verdampfer zugeordneten Wärmespeicher, der ein Speichermedium enthält, das in Betriebs- und Ruhephasen des Verdampfers jeweils seinen Aggregatzustand ändert. Ein Kältegerät dieses Typs ist aus DE 10 2004 035 017 A1 bekannt.

In einer Ruhephase, in der der Verdichter eines Kältegerätes stillsteht, gleichen sich die Temperaturen eines Verflüssigers und eines Verdampfers denen der Umgebung des Kältegerätes bzw. einer von dem Verdampfer gekühlten Lagerkammer an. Bei einem Neustart des Verdichters muss daher jedes Mal Energie aufgewandt werden, um eine Temperaturdifferenz zwischen Verflüssiger und Umgebung bzw. Verdampfer und

Lagerkammer aufzubauen, damit der Wärmefluss von der Lagerkammer zum Verdampfer bzw. vom Verflüssiger zur Umgebung in Gang kommt. Der dem Verdampfer zugeordnete Wärmespeicher erlaubt es, diesen Energieaufwand zu verringern, indem er zu einer Verlängerung der Betriebs- und Ruhephasen des Verdichters führt. Um diese Wirkung zu erzielen, muss der Wärmespeicher eine beträchtliche Wärmekapazität aufweisen. Das zur Unterbringung eines entsprechend großformatigen Wärmespeichers erforderliche

Volumen steht zur Unterbringung von Kühlgut nicht mehr zur Verfügung und

beeinträchtigt somit indirekt wiederum die Wirtschaftlichkeit des Kältegerätes.

Aufgabe der Erfindung ist, ein Kältegerät mit Wärmespeicher zu schaffen, das auch bei geringer Wärmekapazität des Wärmespeichers einen energieeffizienten Betrieb ermöglicht. Unter einem Kältegerät wird insbesondere ein Haushaltskältegerät verstanden, also ein Kältegerät das zur Haushaltsführung in Haushalten oder eventuell auch im

Gastronomiebereich eingesetzt wird, und insbesondere dazu dient Lebensmittel und/oder Getränke in haushaltsüblichen Mengen bei bestimmten Temperaturen zu lagern, wie beispielsweise ein Kühlschrank, ein Gefrierschrank, eine Kühlgefrierkombination, eine Gefriertruhe oder ein Weinlagerschrank.

Die Aufgabe wird gelöst, indem bei einem Kältegerät der eingangs definierten Art die Phasenübergangstemperatur des Speichermediums näher an dem vorgegebenen

Temperaturbereich als an einer im Dauerbetrieb erreichbaren Grenztemperatur des Verdampfers liegt.

Der Kontakt des Wärmespeichers zum Verdampfer bewirkt, dass dieser, solange das Speichermedium des Wärmespeichers noch nicht gefroren ist, sich nicht weit unter die Schmelztemperatur des Speichermediums abkühlen kann. Insbesondere kann er die Grenztemperatur nicht erreichen, solange das Speichermedium nicht vollständig gefroren ist. Indem somit der Wärmespeicher den Verdampfer in einer Betriebsphase lange auf einer hohen Temperatur, nahe dem vorgegebenen Temperaturbereich der Lagerkammer, hält, ist ein hoher Dampfdruck des Kältemittels im Verdampfer gewährleistet. Bei gegebenem Volumendurchsatz des Verdichters wird eine folglich große Menge des Kältemittels umgewälzt, und da die Reibungs- und sonstigen Verluste des Verdichters im Wesentlichen proportional zum Volumendurchsatz sind, arbeitet der Verdichter mit hohem Wirkungsgrad. Erst wenn das Speichermedium vollständig gefroren ist, kann sich der Verdampfer weiter abkühlen, mit der Folge, dass proportional zur Verringerung des

Dampfdrucks im Verdampfer auch die Menge des zirkulierenden Kältemittels und damit der Wirkungsgrad des Verdichters abnimmt.

Die Differenz zwischen der Phasenübergangstemperatur des Speichermediums und der erreichbaren Grenztemperatur sollte vorzugsweise wenigstens 10°C betragen, d.h. im Falle des Verdampfers eines Normal- oder Frischkühlfachs, der im Dauerbetrieb eine Temperatur von -20°C erreichen kann, sollte die Schmelztemperatur des

Speichermediums nicht unter -10°C liegen. Andererseits ist eine Schmelztemperatur des Speichermediums von unter -2°C bevorzugt, damit ein eventuell erforderliches Abtauen des Verdampfers nicht dadurch verzögert wird, dass gleichzeitig das Wärmespeichermedium geschmolzen werden muss. Als Speichermedium, das die obigen Anforderungen erfüllt, ist im Allgemeinen eine wässrige Lösung geeignet, insbesondere eine Lösung von Ethylenglykol oder Harnstoff.

Um die Abkühlung des Verdampfers bei laufendem Verdichter wirksam zu verzögern, genügt eine relativ geringe, das Fassungsvermögen einer Lagerkammer des Kältegerätes nicht merklich beeinträchtigende Menge an Speichermedium. Vorzugsweise ist die Menge des Speichermediums so auf die Kühlleistung des Verdampfers abgestimmt, dass höchstens 20 Minuten Verdampferbetrieb ausreichen, um das Speichermedium zu gefrieren. Eine zu geringe Menge des Speichermediums, die zum Gefrieren des

Speichermediums nicht länger als 2 Minuten benötigt, wirkt sich auf die Effizienz des Kältegerätes nur wenig aus und ist daher nicht bevorzugt.

Wenn ein Speichermedium mit ausreichend hoher Schmelzwärme, insbesondere auf Wassergrundlage, verwendet wird, genügt davon eine Menge, die einer über die

Oberfläche des Verdampfers verteilten Schicht von höchstens 5mm Stärke entspricht.

Die mittlere Dauer einer Betriebsphase eines Verdampfers sollte länger als die zum Gefrieren des Speichermediums erforderliche Zeit sein, um dessen Wirkungspotenzial voll auszuschöpfen. Andererseits sollte sie nicht wesentlich länger, insbesondere maximal doppelt so lang wie die zum Gefrieren des Speichermediums erforderliche Zeit sein, um den Anteil der Zeit, in der die Temperatur des Verdampfers deutlich unter der

Gefriertemperatur des Speichermediums liegt und die Energieeffizienz des Verdampfers dementsprechend eingeschränkt ist, an der Gesamtbetriebszeit des Kältegerätes gering zu halten.

Da ein Temperatursensor, der zum Erfassen der mittleren Temperatur des Kühlguts in der Lagerkammer beabstandet vom Verdampfer angeordnet ist, kaum geeignet ist, um das vollständige Gefrieren des Speichermediums zu erfassen, sollte ein solcher Sensor zweckmäßigerweise nur zum Festlegen des Einschaltzeitpunktes des Verdichters herangezogen werden. Um den Ausschaltzeitpunkt zu bestimmen kann ein zweiter

Temperatursensor herangezogen werden, der nahe genug an dem Verdampfer oder dem Wärmespeicher angeordnet ist, um eine auf das vollständige Gefrieren des

Speichermediums folgende Temperaturabnahme zu erfassen, oder es kann ein

Zeitschalter vorgesehen sein, der die Betriebsphasen des Verdichters jeweils auf eine vorab bekannte, zum vollständigen Gefrieren des Speichermediums ausreichende Zeitspanne begrenzt.

Da Lösungen, insbesondere wässrige Lösungen, unter Umständen zu Ermischung neigen und Lösungsmittel sich verflüchtigen kann, ist es zweckmäßig, wenn das Speichermedium in dem Wärmespeicher fein verteilt ist. Dies kann z.B. erreicht werden, indem das Speichermedium in einer Kunststoffmatrix des Wärmespeichers gebunden ist. Alternativ kann der Wärmespeicher ein Trägermaterial umfassen, in dem das Speichermedium tröpfchenweise in Zellen gebunden ist.

Eine besonders hohe Stabilität des Speichermediums und eine gute Handhabbarkeit des Trägermaterials sind erreichbar, wenn das Speichermedium in Kapseln enthalten ist, die in das Trägermaterial eingebettet sind. Wenn das Material der Kapseln bei einer

Temperatur noch stabil ist, bei der das Trägermaterial weich wird, ist es beispielsweise möglich, das Trägermaterial mit samt den darin enthaltenen Kapseln thermoplastisch zu formen, um den Wärmespeicher zu fertigen.

Besonders wirksam ist der Wärmespeicher, wenn der Verdampfer in der Lagerkammer angeordnet ist. Die Erfindung ist zwar auch z.B. an einem Coldwall-Verdampfer anwendbar, der außerhalb der Lagerkammer, zwischen dieser und einer

Isolationsmaterialschicht des Kältegeräts angeordnet ist, doch ist der Zugewinn an Effizienz bei einem in der Lagerkammer angeordneten Verdampfer größer.

Um wirksam zu sein, ist der Wärmespeicher vorzugsweise in körperlichem Kontakt mit dem Verdampfer angeordnet.

Wenn der Verdampfer plattenförmig ist, kann ein enger thermischer Kontakt zwischen Verdampfer und Wärmespeicher erzielt werden, wenn eine Seite des Verdampfers wenigstens überwiegend von dem Wärmespeicher bedeckt ist.

Wenn der Verdampfer benachbart zu einer Wand der Lagerkammer angeordnet ist, befindet sich der Wärmespeicher vorzugsweise an einer von der Wand abgewandten Seite des Verdampfers, so dass Kühlgut in der Lagerkammer im Wesentlichen durch den Wärmespeicher hindurch gekühlt wird. Wenn der Verdampfer ein Rollbond- oder Tube-on-sheet-Verdampfer ist, ist der

Wärmespeicher zweckmäßigerweise an einer ebenen Seite des Verdampfers angeordnet. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Aus dieser Beschreibung und den Figuren gehen auch Merkmale der

Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können;

stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die

Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt. Es zeigen: einen schematischen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kältegerät; ein vergrößertes Detail aus Fig. 1 gemäß einer ersten Ausgestaltung; dasselbe Detail gemäß einer zweiten Ausgestaltung; typische Temperaturverläufe herkömmlicher Verdampfer und eines Verdampfers gemäß der vorliegenden Erfindung während einer Betriebsph und im Anschluss daran; und einen typischen Temperaturverlauf eines Verdampfers gemäß der vorliegenden Erfindung während einer Abtauphase.

Fig. 1 zeigt einen Haushaltskühlschrank gemäß der vorliegenden Erfindung in einem schematischen Schnitt entlang einer vertikalen Schnittebene. Ein Korpus 1 und eine daran anschlagende Tür 2 umgeben eine Lagerkammer 3. Korpus 1 und Tür 2 umfassen jeweils in an sich bekannter Weise eine feste äußere Schale, eine innere Schale und eine wärmeisolierende Schicht aus Schaumstoff, die einen Zwischenraum zwischen den Schalen ausfüllt.

Im Inneren der Lagerkammer 3 ist in geringem Abstand zu einer Rückwand 4 des Korpus 1 ein plattenförmiger Verdampfer 5 montiert. Bei dem Verdampfer 5 kann es sich insbesondere, wie in der Figur angedeutet, um einen Rollbond-Verdampfer oder einen Tube-on-sheet-Verdampfer handeln. Beide Verdampfertypen umfassen

herkömmlicherweise eine Platine 6, die eine ebene erste Hauptoberfläche des

Verdampfers bildet, und eine Kältemittelleitung 8 in Form eines in einer zweiten Platine 7 eingetieften Kanals oder eines einseitig an die Platine 6 angelöteten Rohrs springt an der gegenüberliegenden zweiten Hauptoberfläche des Verdampfers 5 vor. Die erste, ebene Hauptoberfläche ist hier dem für Kühlgut nutzbaren Teil der Lagerkammer 3 zugewandt, während die die Kältemittelleitung 8 tragende Hauptoberfläche der Rückwand 4 unter Ausbildung eines schmalen Spalts 9 zugewandt ist. Die freie Anordnung innerhalb der Lagerkammer 3 ermöglicht es dem Verdampfer 5, über seine beiden Hauptoberflächen Wärme mit der Lagerkammer 3 auszutauschen. Die Abmessungen des Verdampfers 5 können daher im Vergleich zu einem Coldwall-Verdampfer gering gehalten werden.

Die dem Hauptteil der Lagerkammer 3 zugewandte ebene Hauptoberfläche ist vollständig oder nahezu vollständig von einem Wärmespeicher 10 bedeckt. Der Wärmespeicher 10 ist eine Folie oder eine dünne Platte mit einer Stärke von wenigen Millimetern aus einem Kunststoff-Trägermaterial, in dem ein Speichermedium gebunden ist. Das

Speichermedium, eine wässrige Lösung von z.B. Ethylenglykol oder Harnstoff, kann in der Matrix des Kunststoffmaterials homogen verteilt sein, oder in Tröpfchenform kleine Hohlräume des Kunststoffmaterials ausfüllen.

Ein Verdichter 15 und ein Verflüssiger, die den Verdampfer 5 mit flüssigem Kältemittel versorgen, sind in einer Maschinenraumnische am Fuß der Rückwand 4 untergebracht. Ein Temperaturfühler 16, der bei Überschreitung einer vom Benutzer eingestellten Schwellentemperatur den Verdichter 15 einschaltet, ist in an sich üblicher Weise entfernt vom Verdampfer 5 an der Lagerkammer 3 angeordnet. Aufgrund der Entfernung vom Wärmespeicher 10 lässt die vom Temperaturfühler 16 in einer Betriebsphase des

Verdichters 15 erfasste Temperatur keinen sicheren Rückschluss auf den

Aggregatzustand des Speichermediums zu. Fig. 2 zeigt einen vergrößerten schematischen Schnitt durch den Wärmespeicher 10 und die ihn tragende Platine 6, in dem eine Vielzahl von zufällig verteilten, mit dem

Speichermedium gefüllten Hohlräumen 1 1 unterschiedlicher Größe in dem Trägermaterial 14 des Wärmespeichers 10 zu erkennen sind. In der Darstellung der Fig. 2 sind die Hohlräume 1 1 sphärisch, und die Dicke von Wänden des Trägermaterials 14, die benachbarte Hohlräume 1 1 trennen, ist von derselben Größenordnung wie die

Durchmesser der Hohlräume 1 1. Im Extremfall könnte das Trägermaterial 14 einen geschlossenporigen Schaumstoff bilden, d.h. die Hohlräume 1 1 wären nicht mehr sphärisch, wie in der Figur gezeigt, sondern hätten die Form unregelmäßiger, jeweils durch dünne Membranen des Trägermaterials voneinander getrennter und mit dem Speichermedium gefüllter Polyeder.

Einer in Fig. 3 veranschaulichten bevorzugten Variante zufolge ist das Speichermedium 12 in dünnwandigen, diffusionsdichten Kunststoff-Hohlkugeln 13 gekapselt, die ihrerseits in das Trägermaterial 14 eingebettet sind. Die Kapselung erlaubt eine bequeme Fertigung des Wärmespeichers 10 durch Untermischen der Kapseln unter das Trägermaterial und Ausformen des Gemischs zu Platten der gewünschten Stärke. Fig. 4 zeigt im Vergleich typische Temperaturverläufe des Verdampfers 5 vom in Fig. 1 gezeigten Typ mit Wärmespeicher 10, eines frei in einer Lagerkammer angeordneten Verdampfers ohne Wärmespeicher und eines Coldwall-Verdampfers. Der frei aufgehängte Verdampfer ohne Wärmespeicher, repräsentiert durch die Kurve A, weist zu Beginn seiner Betriebsphase, der Zeit t=0, einen sehr steilen Temperaturabfall auf; es dauert knapp eine Minute, um ihn von +5°C auf -15°C abzukühlen, und nach vier Minuten des Betriebs ist eine im Wesentlichen stationäre Grenztemperatur von ca. -20°C erreicht. Der Dampfdruck im Verdampfer hat daher im bei weitem überwiegenden Teil der

Betriebsphase des Verdampfers einen sehr niedrigen Wert, so dass ein an den

Verdampfer angeschlossener Verdichter ein großes Volumen verdichten muss, um eine gegebene Masse des Kältemittels aus dem Verdampfer abzusaugen, und die zum

Verflüssigen des Kältemittels zu überwindende Druckdifferenz hoch ist. Der Grund für den sehr schnellen Temperaturabfall ist die geringe Wärmekapazität des Verdampfers und die Tatsache, dass Wärme aus der umgebenden Lagerkammer 3 den Verdampfer über die ihn allseits umgebende Luft nur langsam erreicht. Ein etwas langsamerer Temperaturabfall zu Beginn der Betriebsphase ist beim Coldwall- Verdampfer, dargestellt durch die Kurve B, zu beobachten. Der Grund für den

langsameren Abfall liegt im engen thermischen Kontakt des Coldwall-Verdampfers zur inneren Schale des Kältegerätekorpus und der Isolationsmaterialschicht, zwischen denen er eingebettet ist und die sich zusammen mit dem Verdampfer abkühlen. Dennoch genügen auch hier knapp zwei Minuten, um den Verdampfer auf -10°C abzukühlen, und während etwa der Hälfte der Betriebsphase arbeitet der Verdampfer stationär bei einer Grenztemperatur von ca. -20°C.

Die Kurve C zeigt den Temperaturverlauf für den Verdampfer 5 des Kältegerätes aus Fig. 1 . Zu Beginn der Betriebsphase entspricht die Geschwindigkeit der Abkühlung in etwa der Kurve B, da die Wärmekapazität des Wärmespeichers 10 in diesem Temperaturbereich mit denen der inneren Schale und der Isolationsschicht beim Coldwall-Verdampfer vergleichbar ist. Nach knapp zwei Minuten ist mit -5°C die Gefriertemperatur des

Speichermediums 12 des Wärmespeichers 10 erreicht. Die Temperatur bleibt nun solange im Wesentlichen konstant, bis das Speichermedium 12 komplett gefroren ist. Solange dies der Fall ist, ist der Dampfdruck im Verdampfer 5 hoch, und das Kältemittel kann effizient umgewälzt werden. Erst nach dem vollständigen Gefrieren des

Speichermediums setzt sich der Temperaturabfall fort, doch endet die Betriebsphase des Verdampfers 5 bereits, bevor er auf die Grenztemperatur der Kurven A, B abgekühlt ist.

Um den Verdichter 15 unter Berücksichtigung dieser Entwicklung der

Verdampfertemperatur steuern und lang andauernden Betrieb bei niedriger Temperatur vermeiden zu können, kann ein zweiter Temperaturfühler 17 am Verdampfer 5

angeordnet sein, der bei Unterschreitung einer zweiten Schwellentemperatur, die unter der Gefriertemperatur des Speichermediums 12 liegt, den Verdichter 15 wieder ausschaltet. Bevorzugt, weil nicht durch zufällige Temperaturgradienten in der

Lagerkammer beeinflussbar, ist eine Steuerung durch einen Zeitschalter, der jeweils bei Einschalten des Verdichters 15 in Gang gesetzt wird und diesen nach einer

vorgegebenen, zum Gefrieren des Speichermediums ausreichenden Zeitspanne, im Fall der Fig. 4 ca. 25 min, wieder ausschaltet. Wenn man als Kühlleistung des Verdampfers 5 in einer Betriebsphase beispielsweise einen Wert von 100 Watt zugrunde legt und der Einfachheit halber annimmt, dass diese ausschließlich den Wärmespeicher 10, nicht aber die umgebende Lagerkammer 3 kühlt, dann beträgt die dem Wärmespeicher 10 bis zum vollständigen Gefrieren des

Speichermediums 12 in einer Zeitspanne von ca. 15 Minuten entzogene Wärmemenge 750 kJ. Die beim Gefrieren eines wässrigen Speichermediums frei werdende

Latentwärme beträgt ca. 300 J/g. Es genügt daher eine Menge von ca. 250 g des

Speichermediums 12, um eine 15minütige Gefrierphase zu erhalten. Nimmt man an, dass sich diese 250g des Speichermediums 12 auf eine Fläche des Verdampfers 5 von z.B. 40 x 40 cm verteilen, dann entfallen auf jeden cm ² des Verdampfers ca. 0,15g des

Speichermediums 12. Dies zeigt, dass eine Schichtdicke des Wärmespeichers 10 von wenigen mm ausreicht, um den Temperaturverlauf der Kurve C zu realisieren.

Am Ende der Betriebsphase des Verdampfers, bei t= ca. 25 min, steigt die Temperatur bei allen drei Kurven A, B, C wieder an, wobei die Anstiegsgeschwindigkeit aufgrund vergleichbarer Wärmekapazitäten bei den Kurven B, C, zunächst wieder ähnlich und niedriger als bei der Kurve A ist. Sobald jedoch die Gefriertemperatur des

Speichermediums 12 erreicht ist, stagniert die Kurve C, und es kann der Fall auftreten, dass sie nicht wieder auf 0°C ansteigt, bevor die nächste Betriebsphase des Verdampfers beginnt. Da dies zur Akkumulation von Reif auf dem Verdampfer 5 führt, ist in

regelmäßigen Abständen ein Abtauen des Verdampfers 5 erforderlich. Zu diesem Zweck wird die nächste Betriebsphase des Verdampfers 5 verzögert, und es resultiert der in Fig. 5 gezeigte Temperaturverlauf. Die Stagnationsphase nimmt hier das Zeitintervall von t=0 bis ca. t=16 min ein. Nach dem Auftauen des Speichermediums 12 folgt ein relativ schneller Anstieg der Verdampfertemperatur auf 0°C und eine neuerliche

Stagnationsphase, in der der Reif auf dem Verdampfer 5 abtaut und das Tauwasser abfließt. Der Abschluss dieser Phase ist zu erkennen an einem weiteren

Temperaturanstieg des Verdampfers 5 bis auf die Betriebstemperatur der Lagerkammer 3 oder, da ein eigentlich erforderlicher Betrieb des Verdampfers herausgezögert worden ist, um das Abtauen zu ermöglichen, sogar auf eine etwas über der Betriebstemperatur der Lagerkammer liegende Temperatur. Zur Zeit t = ca. 30 min setzt der Betrieb des

Verdampfers 5 wieder ein, und es wiederholt sich der in Fig. 4 als Kurve C dargestellte Verlauf.