CH703730B1 - Haushalts-Kühlgerät mit Wärmepumpe und Peltier-Element. - Google Patents

Haushalts-Kühlgerät mit Wärmepumpe und Peltier-Element. Download PDF

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Abstract

In einem Haushalts-Kühlgerät ist eine Wärmepumpe (4–6) zum Kühlen des Nutzraums (1) vorgesehen. Zusätzlich hierzu besitzt das Kühlgerät mindestens ein Peltier-Element (7, 12), um einen Teil des Nutzraums (1) zusätzlich zu kühlen. Dies erlaubt eine genauere Temperaturregelung und eine einfache Anpassung des Geräts an jeweilige Anforderungen.

Description

Gebiet der Erfindung
[0001] Die Erfindung betrifft ein Haushalts-Kühlgerät mit einem Nutzraum zur Aufnahme von Kühlgut und mit einer Wärmepumpe zum Kühlen des Nutzraums. Unter «Haushalts-Kühlgerät» wird dabei ein Kühlgerät für den Haushaltbereich bezeichnet, insbesondere ein Kühlschrank, eine Kühltruhe oder ein anderes Gerät zum Kühlen von Lebensmitteln, einschliesslich Getränken.
Hintergrund
[0002] Kühlschränke, Kühltruhen, Klimaschränke für Getränke (z.B. Wein), etc. besitzen in der Regel einen Nutzraum zur Aufnahme des Kühlguts und eine Wärmepumpe zum Kühlen des Nutzraums.
[0003] Wärmepumpen sind in der Anwendung wenig flexibel, d.h., sie können den jeweiligen Anforderungen nicht sehr gut angepasst werden. Sollen z.B. unterschiedliche Teile des Nutzraums auf unterschiedlichen Temperaturen gehalten werden, so sind komplexe mechanische Bauteile wie z.B. Zusatzventile oder zusätzliche Verdampfer erforderlich. Sollen gewisse Temperaturen sehr exakt eingehalten werden, so wird eine aufwändige Kontrolle und Steuerung der Wärmepumpe benötigt.
Darstellung der Erfindung
[0004] Es stellt sich deshalb die Aufgabe, ein Haushalt-Kühlgerät der eingangs genannten Art bereitzustellen, dessen Kühlsystem möglichst hohe Flexibilität besitzt.
[0005] Diese Aufgabe wird mit einem Haushalts-Kühlgerät gemäss Anspruch 1 erfüllt. Demgemäss besitzt das Haushalts-Kühlgerät, zusätzlich zur Wärmepumpe, mindestens ein Peltier-Element zum zusätzlichen Kühlen mindestens eines Teils des Nutzraums. Der Begriff «zum zusätzlichen Kühlen» ist dabei so zu verstehen, dass das Peltier-Element derart angeordnet und angesteuert ist, dass es dazu in der Lage ist, im besagten Teil des Nutzraums eine geringere Temperatur zu erzeugen, als dies ohne das Peltier-Element oder bei ausgeschaltetem Peltier-Element der Fall wäre.
[0006] Da ein Peltier-Element wesentlich einfacher geregelt oder gesteuert werden kann als eine Wärmepumpe, wird eine höhere Flexibilität als mit nur der Wärmepumpe erreicht. Die Wärmepumpe kann jedoch eine Hauptlast der Kühlung übernehmen, so dass ein Peltier-Element nur geringer Leistung benötigt wird.
[0007] Vorteilhaft ist das Peltier-Element derart angeordnet, dass eine erste Seite des Peltier-Elements von der Wärmepumpe gekühlt werden kann. Unter dem Begriff «erste Seite» ist dabei eine der thermisch aktiven, d.h. kühl- bzw. heizbaren Seiten des Peltier-Elements zu verstehen. Somit wird also sozusagen eine Serieschaltung von Peltier-Element und Wärmepumpe erreicht, was es erlaubt, die zu erreichende Temperaturdifferenz zwischen der Wärmepumpe und dem Peltier-Element aufzuteilen. Auf diese Weise kann der Temperaturabfall über dem Peltier-Element kleiner gehalten werden, wodurch dessen Effizienz ansteigt.
[0008] Weiter kann das Gerät eine Steuerung besitzen, welche dazu ausgestaltet ist, das Peltier-Element derart zu steuern, dass es den Teil des Nutzraums wahlweise kühlt oder heizt. Mit anderen Worten kann der Strom durch das Peltier-Element also von der Steuerung umgepolt werden.
[0009] Weiter kann das Gerät eine Kammer besitzen, welche eine Isolation gegen den Nutzraum aufweist. Das Peltier-Element ist derart angeordnet und ausgestaltet, dass es in der Lage ist, den Innenraum der Kammer zusätzlich zu kühlen. Unter einem «zusätzlichen Kühlen» wird dabei verstanden, dass das Peltier-Element derart angeordnet und angesteuert ist, dass es dazu in der Lage ist, im Innenraum der Kammer eine geringere Temperatur zu erzeugen, als dies ohne das Peltier-Element oder bei ausgeschaltetem Peltier-Element der Fall wäre.
[0010] Weiter kann ein Ventilator vorgesehen sein, mit welchem ein Luftfluss über eine Seite des Peltier-Elements erzeugt werden kann. Auf diese Weise kann der Wärmeübertrag zwischen Peltier-Element und Innenraum bzw. Kammer verbessert werden.
[0011] Beim Haushalts-Kühlgerät kann es sich, wie erwähnt, insbesondere um einen Kühlschrank, eine Kühltruhe oder einen Getränkekühler (inkl. Klimaschrank für Wein) handeln, wobei die Temperaturbereiche entsprechend angepasst sind.
[0012] Der Begriff Wärmepumpe bezeichnet im vorliegenden Text – ein System mit einem Kreislauf mit Kompressor, Expansionsmittel und Verdampfer, durch welchen ein Fluid gepumpt wird, das im Kondensator kondensiert und Wärme abgibt und im Verdampfer verdampft und Wärme aufnimmt oder – eine Absorptions- oder Adsorptionswärmepumpe.
[0013] Ein Peltier-Element ist keine Wärmepumpe in diesem Sinne.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0014] Weitere Ausgestaltungen, Vorteile und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der nun folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen: <tb>Fig. 1<SEP>einen vereinfachten Schnitt durch ein Kühlgerät und <tb>Fig. 2<SEP>einen Detailschnitt durch ein in der Wand versenktes Peltier-Element.
Wege zur Ausführung der Erfindung
[0015] Das Kühlgerät gemäss Fig. 1 besitzt einen Nutzraum 1 zur Aufnahme des Kühlguts. Im Nutzraum 1 sind z.B. Tablare oder Gitter 2 vorgesehen, um das Kühlgut zu lagern. Eine Türe 3 verschafft dem Benutzer Zugang zum Nutzraum 1.
[0016] Zur Kühlung des Nutzraums 1 dient primär eine Wärmepumpe. Diese umfasst in bekannter Weise einen Kompressor 4, mit welchem ein Fluid durch einen Kondensator 5 ausserhalb des Geräts, ein Expansionsventil (nicht gezeigt) sowie einen Verdampfer 6 geführt wird. Dabei wird der Verdampfer 6, der in thermischem Kontakt mit dem Nutzraum 1 steht, gekühlt, während der Kondensator 5 Wärme an die Umgebung abgibt. Der Verdampfer ist angrenzend an eine Innenwand 8 des Nutzraums 1 angeordnet, innerhalb der Isolation.
[0017] An oder im Nutzraum 1 ist mindestens ein Peltier-Element vorgesehen.
[0018] In der Ausführung nach Fig. 1 ist ein erstes Peltier-Element 7 an oder in der Innenwand 8 des Nutzraums 1 angeordnet, so dass eine erste (vom Nutzraum 1 abgewandte) der zwei aktiven Seiten des Peltier-Elements 7 thermisch mit dem Verdampfer 6 gekoppelt ist, während die zweite Seite zum Nutzraum 1 hin orientiert ist.
[0019] In der Ausführung nach Fig. 1 steht das Peltier-Element 7 über die Wandfläche hinaus in den Nutzraum 1 vor. Das Peltier-Element 7 kann jedoch auch in der Innenwand 8 mindestens teilweise versenkt angeordnet sein, wie dies in Fig. 2 illustriert ist, so dass die Oberfläche im Wesentlichen flach ist oder zumindest im Bereich des Peltier-Elements weniger vorsteht. Dies vereinfacht die Reinigung derselben.
[0020] In Fig. 1 ist weiter eine Kammer 10 dargestellt, welche eine Isolation 11 gegen den Nutzraum 1 aufweist. Ein Peltier-Element 12 dient dazu, den Innenraum 13 der Kammer 10 zu kühlen.
[0021] Die Kammer 10 kann vollständig vom Nutzraum 1 isoliert sein, oder auch nur teilweise, um z.B. einen zumindest begrenzten Luftaustausch zu erlauben. Die Isolation 11 besteht vorzugsweise aus thermischem Dämmmaterial, bei geringen Temperaturunterschieden genügen jedoch auch Wände z.B. aus Kunststoff.
[0022] In der Ausführung nach Fig. 1 ist die Kammer 10 als aus dem Nutzraum 1 entnehmbare Einheit ausgestaltet, d.h., die Kammer 10 kann als Ganzes dem Nutzraum 1 entnommen werden. Dies ermöglicht eine flexible Konfiguration des Geräts mit oder ohne Kammer 10.
[0023] Das Peltier-Element 12 ist vorzugsweise an oder in der Kammer 10 angeordnet und bildet eine Einheit mit dieser.
[0024] Wie aus Fig. 1 ersichtlich, erstreckt sich das Peltier-Element 12 vorzugsweise durch die Isolation 11 der Kammer 10 hindurch, so dass die Wärme von dessen äusserer Seite abgeführt werden kann. Zu diesem Zweck ist das Peltier-Element 12 vorzugsweise so an der Kammer 10 angeordnet, dass dessen äussere aktive Seite in Wärmekontakt mit einer von der Wärmepumpe gekühlten Oberfläche, vorzugsweise der an den Verdampfer 6 angrenzenden Oberfläche der Innenwand 8, gebracht werden kann.
[0025] Damit die Kammer 10 samt Peltier-Element 12 dem Nutzraum 1 einfach entnommen bzw. in diesen eingesetzt werden kann, ist in der Ausführung nach Fig. 1 ein Stromübertragungssystem 14 vorgesehen. Dieses ist zweiteilig ausgeführt, wobei die beiden Teile dazu geeignet sind, bei eingesetzter Kammer 10 das Peltier-Element 12 mit Strom zu versorgen. In einer besonders einfachen Ausführung wird das Stromübertragungssystem von Kontakten 15 an der Kammer 10 und im Nutzraum 1 gebildet. Die Kontakte 15 können z.B. als Steckkontakte oder Berührungskontakte ausgestaltet sein. Denkbar ist auch die Verwendung eines induktiven Stromübertragungssystems.
[0026] In der Ausführung nach Fig. 1 ist die Kammer 10 aus dem Nutzraum 1 entnehmbar. Die Kammer 10 kann jedoch auch fest im oder am Nutzraum 1 angeordnet sein.
[0027] Um den Wärmeübertrag zwischen dem Peltier-Element 7 bzw. 12 und dem Nutzraum 1 bzw. Innenraum 13 der Kammer 10 zu verbessern, kann ein Ventilator 16 vorgesehen sein, der einen Luftfluss über die eine Seite des Peltier-Elements 7 bzw. 12 erzeugt. In Fig. 1 ist dieser Ventilator 16 im Nutzraum 1 angeordnet, um das Peltier-Element 7 mit einem Luftstrom zu überdecken. Ein Ventilator kann jedoch auch an oder in der Kammer 10 vorgesehen sein, um dort einen Luftstrom für das Peltier-Element 12 zu erzeugen.
[0028] Der Betrieb des Peltier-Elements 7 bzw. 12 sowie jener der Wärmepumpe 4–6 wird von einer Steuerung 18 des Geräts gesteuert. Diese kann mit Temperatursensoren gekoppelt sein, um eine Temperaturregelung im Nutzraum 1 bzw. Innenraum 13 der Kammer 10 durchzuführen.
[0029] Der Innenraum 13 von Kammer 10 kann z.B. auf eine Temperatur in einen Bereich von unter 0 °C bis ca. 4 °C geregelt werden, z.B. zur Lagerung von Fleisch in einem Kühlschrank. Zur Lagerung von Gemüse und Salat sollte die Temperatur von 0.5 °C nicht unterschritten werden. Da die Temperatur mit einem Peltier-Element genauer und schneller geregelt werden kann als mit einer Wärmepumpe, kann diese Temperatur mit hoher Genauigkeit eingehalten werden. Um eine genaue Temperaturregelung zu ermöglichen, sollte vorzugsweise an oder in der Kammer 10 ein mit dem Innenraum 13 thermisch verbundener Temperatursensor 19 vorgesehen sein. Der Temperatursensor kann auch im Bereich des Peltier-Elements 7 vorgesehen sein.
[0030] Vorteilhaft ist das Kühlgerät derart ausgestaltet, dass die Temperatur in der Kammer 10, d.h. im Innenraum 13, um 1 bis 10 °C unter der Temperatur im Nutzraum 1 liegt.
[0031] Kammer 10 kann auch ein Gefrierfach eines Kühlschranks bilden, oder einen Schockgefrierbereich in einem Tiefkühler. In diesem Fall sind die Temperaturbereiche entsprechend tiefer. Sie kann auch fest im Gerät eingebaut sein.
[0032] Die Steuerung 18 kann auch so ausgestaltet sein, dass das Peltier-Element 7 bzw. 12 den ihm zugeordneten Teil des Nutzraums wahlweise kühlt oder heizt. Dies kann z.B. im Rahmen einer Temperaturregelung auf eine Temperatur nahe der (schwankenden) Temperatur im übrigen Nutzraum 1 der Fall sein, oder zum Abtauen des Peltier-Elements und seiner Umgebung.
[0033] Während in der vorliegenden Anmeldung bevorzugte Ausführungen der Erfindung beschrieben sind, ist klar darauf hinzuweisen, dass die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist und in auch anderer Weise innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche ausgeführt werden kann.

Claims (15)

1. Haushalts-Kühlgerät mit einem Nutzraum (1) zur Aufnahme von Kühlgut und mit einer Wärmepumpe (4–6) zum Kühlen des Nutzraums (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Haushalts-Kühlgerät mindestens ein Peltier-Element (7, 12) zum zusätzlichen Kühlen mindestens eines Teils des Nutzraums (1) aufweist.
2. Haushalts-Kühlgerät nach Anspruch 1, wobei das Peltier-Element (7, 12) derart angeordnet ist, dass eine erste Seite des Peltier-Elements (7, 12) von der Wärmepumpe (4–6) kühlbar ist.
3. Haushalts-Kühlgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einer Steuerung (18), welche dazu ausgestaltet ist, das Peltier-Element (7, 12) derart zu steuern, das es den Teil des Nutzraums (1) wahlweise kühlt oder heizt.
4. Haushalts-Kühlgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer Kammer (10), welche eine Isolation gegen den Nutzraum (1) aufweist, wobei das Peltier-Element (12) zum zusätzlichen Kühlen eines Innenraums (13) der Kammer (10) ausgestaltet ist.
5. Haushalts-Kühlgerät nach Anspruch 4, wobei die Kammer (10) als aus dem Nutzraum (1) entnehmbare Einheit ausgestaltet ist.
6. Haushalts-Kühlgerät nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei das Peltier-Element (12) an oder in der Kammer (10) angeordnet ist.
7. Haushalts-Kühlgerät nach den Ansprüchen 5 und 6, wobei an der Kammer (10) und am Nutzraum (1) zwei Teile eines Stromübertragungssystems (14) vorgesehen sind, um bei eingesetzter Kammer (10) Strom an das Peltier-Element (12) zu liefern.
8. Haushalts-Kühlgerät nach Anspruch 7, wobei das Stromübertragungssystem (14) Kontakte (15) an der Kammer (10) und im Nutzraum (1) aufweist.
9. Haushalts-Kühlgerät nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei der Innenraum (13) der Kammer (10) auf eine Temperatur in einem Bereich kleiner 4 °C geregelt ist und/oder wobei der Innenraum (13) der Kammer (10) auf eine Temperatur geregelt ist, welche 1 bis 10 °C unterhalb der Temperatur des Nutzraums (1) liegt.
10. Haushalts-Kühlgerät nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei an oder in der Kammer (10) oder im Bereich des Peltier-Elements (7) ein Temperatursensor (19) angeordnet ist.
11. Haushalts-Kühlgerät nach einem der Ansprüche 4 bis 10, wobei das Peltier-Element (12) derart an der Kammer (10) angeordnet ist, dass eine äussere Seite des Peltier-Elements (12) in Wärmeleitkontakt mit einer von der Wärmepumpe (4–6) gekühlten Oberfläche bringbar ist.
12. Haushalts-Kühlgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einem Ventilator (16), um einen Luftfluss über eine Seite des Peltier-Elements (7, 12) zu erzeugen.
13. Haushalts-Kühlgerät nach Anspruch 1, wobei das Peltier-Element (7, 12) an oder in einer Innenwand (8) des Nutzraums (1) angeordnet ist.
14. Haushalts-Kühlgerät nach Anspruch 13, wobei das Peltier-Element (7, 12) in der Innenwand (8) mindestens teilweise versenkt angeordnet ist.
15. Haushalts-Kühlgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei es als Kühlschrank, Kühltruhe oder Getränkekühler ausgestaltet ist.
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