AT518479B1 - Vorrichtung mit einem Kältemittelkreislauf - Google Patents

Abstract

Es wird eine Vorrichtung mit einem Kältemittelkreislauf (1), der eine Hochtemperaturseite (2) mit mindestens einem Kondensator (4) und eine Niedrigtemperaturseite (3) mit wenigstens einem Verdampfer (5) aufweist, und mit einem Wärme-Strom- Wandler (6) gezeigt, der eine Kalt- und Warmseite (8 bzw. 7) aufweist und mit seiner Warmseite (7) mit der Hochtemperaturseite (2) des Kältemittelkreislaufs (1) thermisch gekoppelt ist. Um den Wirkungsgrad des Kältemittelkreislaufs (1) zu erhöhen wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung eine thermisch isolierte Kammer (12) aufweist, in der zumindest ein Teil der Hochtemperaturseite (2) des Kältemittelkreislaufs (1) vorgesehen ist, und dass die Warmseite (6) des Wärme-Strom- Wandlers (6) innerhalb der Kammer (12) und die Kaltseite (8) des Wärme-Strom- Wandlers (6) außerhalb der Kammer vorgesehen sind.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem Kältemittelkreislauf, der eine Hochtemperaturseite mit mindestens einem Kondensator und eine Niedrigtemperaturseite mit wenigstens einem Verdampfer aufweist, und mit einem Wärme-Strom-Wandler, der eine Kalt- und Warmseite aufweist und mit seiner Warmseite mit der Hochtemperaturseite des Kältemittelkreislaufs thermisch gekoppelt ist.

[0002] Um den Energieverbrauch von Kältemittelkreislaufen zu reduzieren, ist es aus dem Stand der Technik (DE 10 2014 002 596 A1) bekannt, einen thermoelektrischen Generator an der Hochtemperaturseite eines Kondensators in einem Kältemittelkreislauf vorzusehen. Solche, an den Kältemittelkreislauf gekoppelten Generatoren erreichen jedoch lediglich niedrige Wirkungsgrade, da ein Großteil der Wärmeenergie als Abwärme an die Umgebung abgegeben wird.

[0003] Zudem sind aus dem Stand der Technik Vorrichtungen mit einem Kältemittelkreislauf mit einem Wärme-Strom-Wandler bekannt (vgl. WO 2013/175179 A1).

[0004] Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, die Energieeffizienz einer Vorrichtung mit einem Kältemittelkreislauf zu erhöhen und damit den Wirkungsgrad zu verbessern.

[0005] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass die Vorrichtung eine thermisch isolierte Kammer aufweist, in der zumindest ein Teil der Hochtemperaturseite des Kältemittelkreislaufs vorgesehen ist, und dass die Warmseite des Wärme-Strom-Wandlers innerhalb der Kammer und die Kaltseite des Wärme-Strom-Wandlers außerhalb der Kammer vorgesehen sind und dass die Hochtemperaturseite einen Kompressor aufweist, der in der thermisch isolierten Kammer vorgesehen ist.

Weist die Vorrichtung eine thermisch isolierte Kammer auf, in der zumindest ein Teil der Hochtemperaturseite des Kältemittelkreislaufs vorgesehen ist, so kann standfest vermieden werden, dass die durch den Kältemittelkreislauf anfallende Abwärme an die Umgebung abgegeben wird. Vielmehr kann die Abwärme in der thermisch isolierten Kammer gezielt über einen Wärme-Strom-Wandler abgeführt werden. Sind zudem die Warmseite des Wärme-Strom-Wandlers innerhalb der Kammer und die Kaltseite des Wärme-Strom-Wandlers außerhalb der Kammer vorgesehen, so kann durch die thermische Isolierung der Kammer die Temperaturdifferenz zwischen Warmseite und Kaltseite des Wärme-Strom-Wandlers und damit auch die elektrische Leistung erhöht werden. Eine Vorrichtung mit hoher Energieeffizient bzw. geringem Energieverlust kann damit geschaffen werden.

Weist die Hochtemperaturseite einen Kompressor auf, der in der thermisch isolierten Kammer vorgesehen ist, so können der Wärmeverlust noch weiter reduziert und die elektrische Leistung des Wärme-Strom-Wandlers weiter erhöht werden. Die Energieeffizienz der Vorrichtung ist somit weiter verbesserbar.

[0006] Im Allgemeinen wird festgehalten, dass es sich bei der beanspruchten Vorrichtung gleichsam um einen Kühlschrank, eine Klimaanlage oder andere Kühlvorrichtungen handeln kann. Beispielsweise kann diese Vorrichtung zur Kühlung der Außenhaut eines Fahrzeugs oder Teilen davon, einer Fassade eines Hauses oder irgendwelcher anderer Waren oder Teilen von diesen dienen. Auch kann diese Vorrichtung für sogenannte „Luftbrunnen“ Verwendung finden, um mit Hilfe des Kältemittelkreislaufs Luftfeuchtigkeit aus der Luft - beispielsweise in trockenen Gebieten - zu gewinnen.

[0007] Ist der Kondensator des Kältemittelkreislaufs zudem in der Kammer vorgesehen, so ist erreichbar, den Wärmeverlust an die Umgebung weiter zu reduzieren. Eine Vorrichtung mit ausgezeichneter Energieeffizienz kann somit geschaffen werden.

[0008] Die Effizienz der Energieumwandlung der Vorrichtung kann sich erhöhen, wenn der Wärme-Strom-Wandler als Wärmekraftmaschine oder als thermoelektrischer Generator ausgebildet ist. Als Wärmekraftmaschine können so etwa Sterling-Motoren oder Dampfturbinen zur Stromerzeugung genutzt werden. Thermoelektrische Generatoren hingegen haben den Vorteil, ohne mechanische Arbeit elektrische Energie aus Wärme zu erzeugen und können somit wartungsärmer betrieben werden. Zudem können derartige thermoelektrische Generatoren kostengünstig in bestehenden Kühlgeräten vorgesehen werden. Eine besonders kostengünstige und standfeste Vorrichtung kann somit geschaffen werden.

[0009] Weist die Hochtemperaturseite einen Kompressor auf, und ist der Wärme-Strom-Wandler mit dem Kompressor zu dessen Energieversorgung elektrisch verbunden, so kann ein Teil der vom Kompressor verbrauchten elektrischen Energie durch die vom Wärme-Strom-Wandler erzeugte elektrische Energie gestellt werden. Eine besonders energieeffiziente Vorrichtung kann somit geschaffen werden.

[0010] Vorteilhafterweise weist die Vorrichtung zudem eine Batterie auf, die mit dem Wärme-Strom-Wandler zu ihrer elektrischen Energiespeisung verbunden ist. Der Wärme-Strom-Wandler kann somit die Batterie aufladen, während weitere Komponenten des Kältemittelkreislaufs die in der Batterie gespeicherte Energie zu deren Versorgung konsumieren. Höhere Momentanleistungen der Komponenten - wie etwa des Kompressors - können somit standfest durch die Batterie versorgt werden. Eine zuverlässigere Vorrichtung kann somit geschaffen werden.

[0011] In den Figuren ist beispielsweise der Erfindungsgegenstand anhand einer Ausführungsvariante näher dargestellt.

Es zeigen [0012] Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kältemittelkreislaufs, [0013] Fig. 2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Kältemittelkreislaufs und [0014] Fig. 3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung, insbesondere einen Kühlschrank.

[0015] In Fig. 1 wird ein Kältemittelkreislauf 1 für eine erfindungsgemäße Vorrichtung 100 gezeigt. Der Kältemittelkreislauf 1 weist dabei eine Hochtemperaturseite 2 und eine Niedrigtemperaturseite 3 auf. Die Hochtemperaturseite 2 umfasst einen Kondensator 4, welcher Wärme an die Umgebung abgibt, und die Niedrigtemperaturseite 3 einen Verdampfer 5, welcher Wärme aus der Umgebung aufnimmt bzw. Kälte abgibt. Ein Kompressor 9 im Kältemittelkreislauf 1 sorgt für die Zirkulation 10 des Kältemittels. Das durch die Verdichtung stark erwärmte Kältemittel wird danach dem Kondensator 4 der Hochtemperaturseite 2 zugeführt. Durch ein entsprechendes Expansionsventil 11 kann das Kältemittel wieder expandieren und dabei stark abkühlen, woraufhin es durch den Verdampfer 5 strömt.

[0016] Zudem ist in dem Kältemittelkreislauf 1 ein Wärme-Strom-Wandler 6 vorgesehen, der eine Warmseite 7 und eine Kaltseite 8 aufweist, um in Abhängigkeit der Temperaturdifferenz zwischen Warm- und Kaltseite 7, 8 elektrische Energie zu erzeugen. Die Warmseite 7 des Wärme-Strom-Wandlers 6 ist mit der Hochtemperaturseite 2 des Kältemittelkreislaufs 1 thermisch gekoppelt, wodurch dieser durch die Abwärme-Energie des Kältemittelkreislaufs 1, insbesondere des Kondensators 4, gespeist wird. Die Kaltseite 8 des Wärme-Strom-Wandlers 6 ist wiederum mit einem kälteren Energiereservoir, wie etwa der Umgebungsluft der Vorrichtung 1, thermisch gekoppelt. Um eine möglichst effiziente Speisung des Wärme-Strom-Wandlers 6 mit der Abwärme des Kondensators 4 zu erreichen, wird der Kondensator 4 - zumindest teilweise -in einer thermisch isolierten Kammer 12 vorgesehen. Die Warmseite 7 des Wärme-Strom-Wandlers 6 ist ebenso in der thermisch isolierten Kammer 12 vorgesehen - dessen Kaltseite 8 hingegen außerhalb der Kammer 12. Hierdurch kann ein kontrollierter Abflussweg für die vom Kondensator 4 abgegebene Wärmeenergie über den Wärme-Strom-Wandler 6 geschaffen und dessen Effizienz sowie Leistung erhöht werden. Es ist zudem möglich, ebenso den Kompressor 9 innerhalb der thermisch isolierten Kammer 12 vorzusehen, wie dies im Ausführungsbeispiel in Fig. 2 gezeigt ist. Dabei ist es vorstellbar, den Netto-Energieverbrauch der Vorrichtung 100 deutlich zu senken und eine Vorrichtung 100 mit ausgezeichneter Energieeffizienz zu schaffen. [0017] In der Fig. 3 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 100, insbesondere ein Kühlschrank, gezeigt, in welchem ein Kältemittelkreislauf 1 vorgesehen ist. Die Niedrigtemperaturseite 3 des Kältemittelkreislaufs 1, insbesondere der Verdampfer 5 sind dabei zur Temperierung des Kühlraums 15 ausgelegt und gegenüber der Umgebung isoliert. Die Hochtemperaturseite 2 des Kältemittelkreislauf 1, insbesondere der Kondensator 4, ist in einer thermisch isolierten Kammer 12 zusammen mit der Warmseite 7 des Wärme-Strom-Wandlers 6 vorgesehen, wobei die isolierte Kammer 12 zur Außenseite hin ein Dämmmaterial 14 aufweist. Die durch den Wärme-Strom-Wandler 6 erzeugte elektrische Energie wird dabei dem Kühlschrank, insbesondere dem Kompressor 9, wieder zur Stromversorgung zugeführt. Dies kann entweder durch direkte Stromzufuhr erfolgen, alternativ ist jedoch auch möglich, dass die elektrische Energie aus dem Wärme-Strom-Wandler 6 in eine Batterie 13 eingespeist und der Kompressor 9 wiederum aus der Batterie 13 versorgt wird. Bei einer solchen Bauform können Strom Produktion aus der Abwärme und Strombedarf durch den Kompressor 9 zeitlich getrennt werden. Ein großer Teil der im Kompressor 9 eingesetzten Energie kann somit über die Abwärme rückgewonnen werden. Eine besonders energieeffiziente Vorrichtung 100, die sich zudem durch konstruktive Einfachheit auszeichnet kann, ist damit geschaffen worden.

Claims (5)

Patentansprüche

1. Vorrichtung mit einem Kältemittelkreislauf (1), der eine Hochtemperaturseite (2) mit mindestens einem Kondensator (4) und eine Niedrigtemperaturseite (3) mit wenigstens einem Verdampfer (5) aufweist, und mit einem Wärme-Strom-Wandler (6), der eine Kalt- und Warmseite (8 bzw. 7) aufweist und mit seiner Warmseite (7) mit der Hochtemperaturseite (2) des Kältemittelkreislaufs (1) thermisch gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine thermisch isolierte Kammer (12) aufweist, in der zumindest ein Teil der Hochtemperaturseite (2) des Kältemittelkreislaufs (1) vorgesehen ist, und dass die Warmseite (6) des Wärme-Strom-Wandlers (6) innerhalb der Kammer (12) und die Kaltseite (8) des Wärme-Strom-Wandlers (6) außerhalb der Kammer vorgesehen sind und dass die Hochtemperaturseite (2) einen Kompressor (9) aufweist, der in der thermisch isolierten Kammer (12) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (4) in der Kammer (12) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärme-Strom-Wandler (6) als Wärmekraftmaschine oder als thermoelektrischer Generator ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärme-Strom-Wandler (6) mit dem Kompressor (9) zu dessen Energieversorgung elektrisch verbunden ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Batterie (13) aufweist, die mit dem Wärme-Strom-Wandler (6) zu ihrer elektrischer Energiespeisung verbunden ist. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen