Kältegerät mit Feuchtigkeitsabscheidung und Betriebsverfahren dafür

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältegerät mit einer Lagerkammer und einer von der Lagerkammer abgesetzten Nebenkammer sowie einem Ventilator zum Umwälzen von Luft zwischen der Lagerkammer und der Nebenkammer.

Herkömmlicherweise ist in einem solchen Kältegerät, auch als No-Frost-Kältegerät bezeichnet, der Verdampfer eines Kältemittelkreises untergebracht, und durch die Luftumwälzung gelangt Kaltluft aus der Nebenkammer in die Lagerkammer und kühlt diese.

Auf dem Verdampfer eines Kältegeräts, egal ob vom No-Frost-, Coldwall- oder einem anderen Typ, schlägt sich im Betrieb Feuchtigkeit nieder. Diese kann aus dem eingelagerten Kühlgut selbst herrühren, aus Außenluft, die aufgrund von Temperaturschwankungen der Lagerkammer während des Betriebs in diese eingesaugt wird, oder aus Umgebungsluft, die beim öffnen der Tür in die Lagerkammer eindringt. Unter üblichen Betriebsbedingungen in der Praxis ist die letztgenannte die bei weitem wichtigste Feuchtigkeitsquelle.

Indem die Feuchtigkeit am Verdampfer auskondensiert, setzt sie eine erhebliche Kondensationswärme frei, die vom Kältemittelkreis aufgenommen und abgeführt werden muss. Wenn das auskondensierte Wasser auf dem Verdampfer vereist, wird abermals abzuführende Wärme freigesetzt. Dies erhöht die zum Halten der Lagerkammer auf einer vorgegebenen Lagertemperatur erforderliche Energieaufnahme, d.h. es beeinträchtigt den Wirkungsgrad des Kältegeräts.

Wird die Vereisung am Verdampfer zu stark, so muss das Kältegerät abgetaut werden. Eine hierfür erforderliche Zuheizung erhöht wiederum die Energieaufnahme des Geräts. Die durch das Zuheizen vom Verdampfer aufgenommene Wärmeenergie muss nach Beendigung des Abtauens wieder abgeführt werden, was sich ebenfalls auf die Energiebilanz des Geräts auswirkt.

Es besteht daher erheblicher Bedarf nach Kältegeräten und Betriebsverfahren für Kältegeräte, die es ermöglichen, die Vereisung des Verdampfers zu verhindern oder zumindest stark einzuschränken.

Dieser Bedarf wird erfindungsgemäß erfüllt durch ein Kältegerät mit einer Lagerkammer und einer von der Lagerkammer abgesetzten Nebenkammer, die einen reversiblen Absorber für Feuchtigkeit enthält, sowie einem Ventilator zum Umwälzen von Luft zwischen der Lagerkammer und der Nebenkammer eine Ventilanordnung zum Abtrennen der Nebenkammer von der Lagerkammer und zum in Verbindung Setzen der Nebenkammer mit der Umgebung vorgesehen ist. Durch Umwälzen von Luft zwischen der Lagerkammer und der Nebenkammer kann so Luftfeuchtigkeit aus der Lagerkammer an dem Absorber der Nebenkammer gebunden werden. Bei einer anschließenden Luftumwälzung zwischen der Nebenkammer und der Umgebung kann die absorbierte Feuchtigkeit wieder an die Umgebung abgegeben werden.

Als Absorber kann im einfachsten Fall ein herkömmlicher Verdampfer dienen; mit anderen Worten kann die Erfindung an einem No-Frost-Kältegerät von an sich bekannter Bauart realisiert werden, indem ein Durchgang von der Verdampferkammer ins Freie geschaffen wird und die Ventilanordnung den Luftaustausch der Verdampferkammer wahlweise mit der Lagerkammer oder mit der Umgebung unterstützt. Vorzugsweise ist der Absorber jedoch ein Sorptionsmaterial. Die Nebenkammer, die das Sorptionsmaterial aufnimmt, ist zweckmäßigerweise vom Verdampfer getrennt.

Um die Feuchtigkeitsabgabe des Absorbers zu fördern, ist es wichtig, dass die Nebenkammer beheizbar ist.

Vorteilhaft ist, wenn die Nebenkammer einen Wärmetauscher enthält, der mit heißem Gas von einem Verdichter beaufschlagt ist. So ist die Abwärme des Verdichters vorteilhaft für die Regenerierung des absorbierenden Materials nutzbar, das heißt die Beseitigung der Feuchtigkeit aus dem absorbierenden Material belastet die Energiebilanz des Kältegeräts nicht.

Vorteilhaft ist ferner, wenn der Wärmetauscher aus dem Kältemittelkreis des Kältegeräts auskoppelbar ist. So kann die Zeit, in der die Nebenkammer beheizt wird, im Wesentlichen auf die Zeit beschränkt werden, die zum Entfeuchten des Absorbers tatsächlich erforderlich ist. So ist die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass wenn der Ventilator in Gang gesetzt wird, um die Luft der Lagerkammer zu entfeuchten, die Nebenkammer sich auf einer niedrigen Temperatur befindet und nicht mehr Wärme als nötig durch Luftzirkulation zwischen ihr und der Lagerkammer in letztere eingetragen wird.

Eine Steuerschaltung des Kältegeräts ist zweckmäßigerweise eingerichtet, die Versorgung eines der Lagerkammer zugeordneten Verdampfers mit Kältemittel zu unterbinden, während der Ventilator in Betrieb ist. So wird vermieden, dass Feuchtigkeit sich am Verdampfer niederschlägt, bevor sie in der Nebenkammer absorbiert werden kann.

Die Steuerschaltung ist zweckmäßigerweise ferner eingerichtet, das öffnen und Schließen einer Tür des Kältegeräts zu erfassen und den Ventilator jeweils nach Schließen der Tür in Betrieb zu setzen, um so die bei offener Tür in die Lagerkammer gelangte Feuchtigkeit schnell wieder zu beseitigen.

Zweckmäßig kann es auch sein, wenn die Steuerschaltung eingerichtet ist, den Absorber zu einer vorgegebenen Tageszeit zu regenerieren. Dabei kann es sich, zum Beispiel durch Vorgabe des Herstellers, um die Nacht- oder frühen Morgenstunden handeln, in denen die Wahrscheinlichkeit, dass ein Benutzer auf das Kältegerät zugreift, gering ist; es kann aber auch dem Benutzer die Möglichkeit gegeben werden, die Tageszeit entsprechend seinen Lebensgewohnheiten zu spezifizieren.

Die Menge des Feuchtigkeit absorbierenden Materials sollte wenigstens ausreichen, um die bei einem einzigen öffnen der Tür in die Lagerkammer gelangende Feuchtigkeitsmenge zu absorbieren. Um die Wärmekapazität der Nebenkammer nicht unnötig zu erhöhen, sollte die Menge des absorbierenden Materials auch nicht wesentlich größer sein. Daher kann es zweckmäßig sein, in Abhängigkeit vom Klima am vorgesehenen Einsatzort eines Geräts unterschiedliche Menge des absorbierenden Materials in die Nebenkammer einzufüllen.

Falls das Material zu einer vorgegebenen Tageszeit regeneriert wird, kann eine größere Menge des Materials erforderlich sein, um die durch mehrere Türöffnungen im Laufe eines Tages eingetragene Feuchtigkeitsmenge binden zu können.

Die Nebenkammer ist vorzugsweise außerhalb einer Wärmeisolationsschicht des Kältegeräts angeordnet. So verhindert die Wärmeisolationsschicht einen unerwünschten

übergang von Wärme aus der Nebenkammer in die Lagerkammer während der

Regeneration des Absorbers. Falls der Absorber ein Feuchtigkeit absorbierendes Material wie etwa Silicagel oder Lithiumfluorid enthält, das beim Binden von Wasser

Sorptionswärme freisetzt, so wird auch diese durch die Isolationsschicht von der Lagerkammer ferngehalten.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Kältegeräts mit den Schritten a) Erfassen von Trocknungsbedarf in einer Lagerkammer des Kältegeräts; b) wenn Trocknungsbedarf erfasst wird, Umwälzen von Luft zwischen der Lagerkammer und einer einen Absorber für Feuchtigkeit enthaltenden Nebenkammer; und c) Umwälzen von Luft zwischen der Nebenkammer und der Umgebung, um die am Absorber gesammelte Feuchtigkeit an die Umgebung abzugeben.

Trocknungsbedarf wird in Schritt a) in erster Linie dann erkannt, wenn eine Tür des Kältegeräts geöffnet worden ist.

Das in Schritt b) umgewälzte Luftvolumen sollte - je nach Effizienz des Absorbers - zweckmäßigerweise ein Mehrfaches des Volumens der Lagerkammer sein, um eine gründliche Trocknung zu gewährleisten.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kältegeräts; und

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Kältegeräts gemäß einer abgewandelten Ausgestaltung.

Das Kältegerät umfasst in an sich bekannter Weise einen Korpus 1 und eine Tür 2, die jeweils eine Schicht aus einem Isolationsmaterial enthalten und eine Lagerkammer 3 umgeben. Ein Kältemittelkreis des Geräts umfasst einen Verdichter 4, einen Verflüssiger 5 und einen Verdampfer 6, der in der Figur als Rückwandverdampfer dargestellt ist, der aber auch in dem Fachmann vertrauter Weise als No-Frost-Verdampfer in einer von der Lagerkammer 3 abgetrennten, wärmeisolierten Kammer untergebracht sein kann.

Eine elektronische Steuereinheit 7 steuert den Betrieb des Verdampfers 6 anhand einer von einem Sensor 8 in der Lagerkammer 3 erfassten Temperatur. Die Steuereinheit ist mit einem das öffnen und Schließen der Tür 2 erfassenden Schalter 17 verbunden.

Eine außerhalb der Wärmeisolationsschichten von Korpus 1 und Tür 2 angeordnete Nebenkammer 9 hat eine Füllung 10 aus einem Luftfeuchtigkeit bindenden Material wie etwa Silicagel, Lithiumfluorid oder dergleichen. Eine durch die Füllung 10 verlaufende Wendel 1 1 ist in den Kältemittelkreislauf zwischen dem Verdichter 4 und dem Verflüssiger 5 eingegliedert. Eine Einlassöffnung der Nebenkammer 9 ist über eine T-förmige Leitung 12 mit der Lagerkammer 3 verbunden. Ein Ventil 14 am Verzweigungspunkt der T- förmigen Leitung 12, in der Figur dargestellt als eine schwenkbare Klappe, ist zwischen der in Figur 1 gezeigten Konfiguration, in der es die Einlassöffnung der Nebenkammer 9 mit der Lagerkammer 3 verbindet, und einer spiegelbildlichen Stellung schwenkbar, in der es eine Verbindung zwischen der Nebenkammer 9 und der Umgebung herstellt.

An einer auslassseitigen öffnung der Kammer 9 ist ein Ventilator 15 angeordnet, der über eine ebenfalls T-förmige Leitung 13 mit einem am Verzweigungspunkt angeordneten Ventil 16 wahlweise mit der Lagerkammer 3 oder der Umgebung kommuniziert.

Die Steuereinheit 7 arbeitet wie folgt: während des überwiegenden Teils der Betriebszeit des Kältegeräts überwacht die Steuereinheit 7 die vom Sensor 8 gemeldete Temperatur der Lagerkammer 3 und entscheidet anhand dieser, ob der Verdichter 4 ein- oder ausgeschaltet wird. Wenn die Steuereinheit 7 über den Schalter 17 erfasst, dass die Tür 2 geöffnet worden ist, schaltet sie den Verdichter 4 aus, unabhängig von der in der

Lagerkammer 3 erfassten Temperatur. Sobald der Schalter 17 anzeigt, dass die Tür 2 wieder geschlossen worden ist, schaltet die Steuereinheit 7 den Ventilator 15 ein, um Luftzirkulation zwischen der Lagerkammer 3 und der Nebenkammer 9 anzutreiben. Feuchtigkeit, die durch das öffnen der Tür in die Lagerkammer 3 gelangt ist, wird auf diese Weise durch die Nebenkammer 9 gepumpt und in der Füllung 10 absorbiert. Die Zeitspanne, während derer der Ventiltor 15 in Betrieb ist, ist so festgelegt, dass in ihr das Volumen der Lagerkammer 3 mehrmals die Nebenkammer 9 durchlaufen kann.

Nachdem auf diese Weise die eingedrungene Luftfeuchtigkeit in der Füllung 10 gebunden worden ist, setzt die Schaltung die Steuerung des Betriebs des Verdichters in normaler Weise, anhand der vom Sensor 8 erfassten Temperatur, fort und schaltet die Ventile 14, 16 in die in Fig. 1 als gestrichelter Umriss dargestellten Stellungen, um die Nebenkammer mit der Umgebung in Verbindung zu setzen. Wenn die vom Sensor 8 erfasste Temperatur unter einem vorgegebenen Grenzwert für die Temperatur der Lagerkammer 3 liegt, kann der Ventilator 15 zunächst ausgeschaltet werden.

Wenn die von dem Sensor 8 erfasste Temperatur den Grenzwert überschreitet und die Steuereinheit 7 daraufhin den Verdichter 4 in Gang setzt, zirkuliert durch das Verdichten erhitztes Kältemittel durch die Wendel 1 1 und heizt so die Füllung 10 der Nebenkammer 9 auf. Spätestens jetzt wird auch der Ventilator 15 wieder eingeschaltet. Umgebungsluft, die die in Kontakt mit der Wendel 11 erhitzte Füllung 10 passiert, nimmt von der Füllung 10 abgegebene Feuchtigkeit auf, so dass die Füllung 10 regeneriert wird. So kann sie beim nächsten öffnen und Schließen der Tür 2 erneut die Luftfeuchtigkeit aus der Lagerkammer 3 aufnehmen.

Wenn die Füllung 10 wie oben beschrieben jedes Mal regeneriert wird, nachdem sie die bei offener Tür in die Lagerkammer 3 eingedrungene Feuchtigkeit gebunden hat, ist die Menge der Füllung 10 zweckmäßigerweise so bemessen, dass sie zum Binden der eingedrungenen Feuchtigkeit knapp ausreicht. Indem die Menge der Füllung 10 knapp gehalten wird, wird auch die Wärmekapazität der Nebenkammer 9 gering gehalten, so dass sie durch das in der Wendel 1 1 zirkulierende Kältemittel schnell auf eine für die Regeneration geeignete Temperatur erhitzt wird.

Einer zweiten Ausgestaltung zufolge erfolgt die Regenerierung der Füllung 10 nicht jedes Mal nach dem Wiederschließen der Tür 2, sondern zu einer an der Steuereinheit 7 voreingestellten Tageszeit. In diesem Fall muss die Menge der Füllung 10, um wirksam zu sein, groß genug bemessen sein, um die bei jedem öffnen der Tür 2 im Laufe des Tages eingedrungene Feuchtigkeitsmenge aufzunehmen und zu binden. Die Tageszeit kann vom Hersteller des Kältegeräts vorgegeben oder durch den Benutzer einstellbar sein.

Wenn, wie oben beschrieben, die Wendel 11 in einem Kältemittelkreislauf in Reihe mit dem Verdichter 4 und dem Verdampfer 6 geschaltet ist, so wird die Füllung 10 jedes Mal erhitzt, wenn der Verdichter 4 arbeitet, unabhängig davon, ob Feuchtigkeit in der Füllung 10 gebunden ist oder nicht. So besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass wenn die Tür 2 geöffnet wird, die Füllung 10 warm ist und infolge dessen die Wärme der Füllung 10 in die Lagerkammer 3 eingetragen wird, wenn nach dem Schließen der Tür 2 der Ventilator 15 in Betrieb geht. Um dies zu vermeiden, ist bei einer in Fig. 2 gezeigten Weiterentwicklung der Ausgestaltung der Erfindung ein Wegeventil 18 im Kältemittelkreis zwischen dem Verdichter 4 und der Wendel 1 1 vorgesehen, das zwischen einer Stellung, in der es das Kältemittel über die Wendel 11 führt, und einer Stellung, in der es das Kältemittel unter Umgehung der Wendel 11 direkt zum Verflüssiger 5 über eine zur Wendel 11 parallele Leitung führt, umschaltbar ist. Indem die Steuereinheit 7 das Wegeventil 18 bei jedem öffnen der Tür 2 in die erstgenannte und bei Ablauf der Trocknungsbetriebszeit des Ventilators zurück in die zweitgenannte Stellung schaltet, wird die Wahrscheinlichkeit reduziert, dass bei einem neuerlichen öffnen der Tür 2 die Füllung 10 warm ist und die in ihr enthaltene Wärmeenergie beim Trocknen nach erneutem Schließen der Tür 2 in die Lagerkammer 3 befördert wird. So wird mit Hilfe des Wegeventils 18 die Energieeffizienz des Gerätes weiter verbessert.