DE102005056245A1

DE102005056245A1 - Kühlvorrichtung und Verfahren zu deren Betrieb

Info

Publication number: DE102005056245A1
Application number: DE102005056245A
Authority: DE
Inventors: Christoph Korinth; Volker Müller
Original assignee: Dometic GmbH
Current assignee: Dometic GmbH
Priority date: 2005-11-25
Filing date: 2005-11-25
Publication date: 2007-06-14

Abstract

Kühlvorrichtung 1 mit einem thermisch isolierten, über eine Öffnung 6 zugänglichen Gehäuse 2, welches aus einem Außengehäuse 3 und einem Innengehäuse 4 besteht. Im Inneren des Innengehäuses 4 ist ein Kühlraum 7 ausgebildet, der zur Kühlung und Aufbewahrung kühlungsbedürftiger Gegenstände 18 vorgesehen ist. Ferner umfasst die Kühlvorrichtung 1 ein Kühlsystem 8 mit einem Adsorptionsaggregat 20, einem in einer Kühleinrichtung 30 angeordneten Kondensator 40 und einem Verdampfer 54. Das Adsorptionsaggregat 20 und die den Kondensator 40 beinhaltende Kühleinrichtung 30 sind dabei zwischen dem Innengehäuse 4 und dem Außengehäuse 3 angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung, insbesondere Kühlschrank zur Kühlung und Aufbewahrung kühlungsbedürftiger Gegenstände gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb derselben.
Zur üblichen Ausstattung von Hotelzimmern gehört unter anderem eine Kühlvorrichtung, insbesondere ein Kühlschrank oder eine so genannte „Minibar", welche beispielsweise die Aufbewahrung von gekühlten Getränken aber auch zahlreichen anderen leicht verderblichen Lebensmitteln und Konsumgütern ermöglicht. Verwendung finden solche Kühlsysteme zudem auch im Freizeit- und Campingbereich, insbesondere aufgrund ihrer geringe Baugröße und Robustheit.

Aus dem Stand der Technik sind bereits Kühlvorrichtungen für den Einsatz in der Hotellerie sowie im Freizeit- und Campingbereich bekannt. Diese herkömmlichen Kühlvorrichtungen bzw. deren die Kühlwirkung erzeugende Kühlsysteme arbeiten weitestgehend nach dem so genannten Absorptionsverfahren. Bei diesem herkömmlichen Kühlverfahren wird ein chemisches Arbeitsmittel, meist Ammoniak, welches in einem Lösungsmittel, meist Wasser, löslich ist, in einem Kühlkreislauf geführt. Dieser Kreislauf umfasst dabei im Wesentlichen einen auch als Kocher oder Pumpe bezeichneten Austreiber, einen Kondensator, einen Verdampfer und einen Absorber.

Während des Betriebes wird dabei in dem Austreiber das Arbeitsmittel aus dem mit Arbeitsmittel angereicherten Lösungsmittel unter Zuführung externer Energie, beispielsweise durch eine Heizung, ausgetrieben. In gasförmigem Zustand wird das Arbeitsmittel von dem Austreiber in den Kondensator überführt, in welchem das Arbeitsmittel Wärme an die Umgebung abgibt, abkühlt und schließlich kondensiert. Das kondensierte Arbeitsmittel wird vom Kondensator in den Verdampfer, beispielsweise eines Kühlschranks, überführt, in welchem es unter Aufnahme von Wärme auf niedrigem Niveau verdampft. Das gasförmig vorliegende Arbeitsmittel wird anschließend wieder in den Absorber überführt. In dem Absorber wird das Arbeitsmittel unter Abgabe von Wärme in dem Lösungsmittel absorbiert und sodann in im Lösungsmittel gelöster Form wieder dem Austreiber zugeführt, wodurch der beschriebene Arbeitsmittelkreislauf geschlossen ist.

Es sind auch Kühlvorrichtungen aus dem Stand der Technik bekannt, welche ein Kühlsystem aufweisen, dass mittels Kompressortechnik betrieben wird. Dabei verdichtet ein Kompressor das zuvor gasförmige Kühlmittel, welches dadurch verflüssigt wird und das Leitungssystem bis zu einem Verdampfer im Inneren des Kühlraums der Minibar durchläuft. Hier geht es vom flüssigen Zustand wieder in den gasförmigen über. Dabei entzieht es der Umgebung Wärme und fließt wieder zurück in den Kompressor. Somit ist der Kühlkreislauf geschlossen.

Obwohl die vorbekannten Vorrichtungen an sich befriedigend arbeiten, hat sich doch gezeigt, dass die Konstruktion der herkömmlichen Kühlsysteme wie beispielsweise der Kompressortechnik sowie die Verwendung eines chemischen Arbeitsmittels – zumeist Ammoniak – im Kühlkreislauf konstruktive und systembedingte Verbesserungspotentiale hinsichtlich eines Einsatzes in Kühlvorrichtungen, beispielsweise in Form einer Minibar, aufweisen. Zum einen beansprucht bei herkömmlichen Kühlvorrichtungen das Kühlsystem mit seiner Vielzahl an unterschiedlichen Baugruppen und Einzelteilen eine recht großen Bauraum, wobei dieses insbesondere bei Kühlvorrichtungen welche in Hotelzimmern Anwendung finden aufgrund des sehr beschränkten Platzangebots im Wesentlichen zu Lasten des zur Aufbewahrung von kühlungsbedürftigen Gegenständen zur Verfügung stehenden Kühlrau mes geht. Eine optimale Ausnutzung des geringen zur Verfügung stehenden Bauraums in Verbindung mit einer Maximierung des Kühlraums ist daher wünschenswert.

Zudem ist die Verwendung von Chemikalien wie beispielsweise Ammoniak im Kühlkreislauf der Kühlvorrichtung nicht optimal. Beispielsweise werden bei einer anschließenden Verwertung spezielle Maßnahmen nötig, um die eingesetzten Chemikalien sachgerecht zu entsorgen. Auch ist insbesondere aufgrund des stechenden Geruchs sowie der toxischen Wirkung von Chemikalien, insbesondere von Ammoniak, eine Abschirmung als auch eine absolute Abdichtung des Systems nötig, um einen nicht störenden und gefahrlosen Betrieb der Kühlvorrichtung, welche beispielsweise bei einem Einsatz als Minibar überwiegend in engen geschlossenen Räumen zum Einsatz kommt, zu gewährleisten. Ferner erzeugen insbesondere kompressorbetriebene Kühlvorrichtungen durch den Betrieb des Kompressors während des Kühlbetriebes störende Geräusche. Diese können zwar mit viel Aufwand durch entsprechende Maßnahmen gedämpft werden, insbesondere in engen Hotelräumen erscheint dies aber als schwierig. Zudem geht wieder zusätzlicher Stauraum verloren. Eine Effizienzsteigerung der Kühltechnik in Kühlvorrichtungen, was insbesondere den Energieverbrauch in Relation zur Kühlleistung angeht, ist in Kenntnis des bekannten Stands der Technik ebenfalls wünschenswert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die oben genannten, sich im Vergleich zum Stand der Technik ergebenden Entwicklungsmöglichkeiten zu realisieren. Im Einzelnen ist es daher das Ziel der Erfindung, die bekannten Kühlvorrichtungen und deren Kühlsysteme dahingehend derart konstruktiv sowie systemtechnisch zu verändern, dass einerseits ein vorgegebener Bauraum ideal ausgenutzt und damit ein möglichst großer Stauraum geschaffen und gleichzeitig ein im Wesentlichen chemikalienfreier, weitestgehend umweltfreundlicher und nahezu geräuschloser Betrieb der Kühlvorrichtungen ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Betrieb der Kühlvorrichtungen nach Anspruch 22 in vorteilhafter Weise gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der sich anschließenden Unteransprüche. Dabei wird vorgeschlagen, dass das Kühlsystem der Kühlvorrichtung ein Adsorptionsaggregat, eine zur Kühlung des Kondensators vorgesehene Kühleinrichtung und einen Verdampfer umfasst, wobei das Adsorptionsaggregat und die den Kondensator beinhaltende Kühleinrichtung zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse angeordnet sind.

Bei der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung ist der Kühlraum durch das Innengehäuse definiert. Dabei weist das Innengehäuse zur Begrenzung des Kühlraums neben Seitenflächen und einer Bodenfläche eine nach Decke, eine eine Frontöffnung aufweisende Frontseite und eine Rückseite auf. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung ist das Innengehäuse im oberen Bereich gegenüber dem Außengehäuse zurückgenommen, so dass ein durch das Außen- und Innengehäuse begrenzter Hohlraum gebildet wird. Damit ergibt sich erfindungsgemäß ein Zwischenraum zwischen Innen- und Außengehäuse der Kühlvorrichtung. Denkbar sind zahlreiche Ausgestaltungsformen des Hohlraums, die im Wesentlichen von der Gestaltung der Decke des Innengehäuses in Relation zum Außengehäuse abhängen wie beispielsweise eine nach hinten schräg abfallende oder abgestufte Ausformung des Innengehäuses gegenüber dem Außengehäuse.

Der Verdampfer ist zur Entfaltung einer optimalen Kühlwirkung im Kühlraum selbst angeordnet. Der als flächiges plattenförmiges Bauteil ausgebildete Verdampfer ist dabei parallel zu der inneren Oberfläche der Decke des Innengehäuses mittels entsprechender Befestigungsmittel, vorzugsweise gleichmäßig beabstandet befestigt. Vorteilhafterweise beinhaltet der Verdampfer ein saugfähiges beispielsweise fliesartiges Material in seinem Inneren, so dass das Arbeitsmittel durch den Verdampfer aufgenommen, über dessen gesamte Querschnittsfläche verteilt und in diesem gespeichert werden kann. In einer besonderen Ausführungsform weist der Verdampfer eine erfindungsgemäße Neigung in Richtung der Rückwand des Innengehäuses auf, wodurch ein geringerer Raumbedarf sowie eine bessere Optik beim Öffnen der Fronttür erreicht wird, da der Benutzer beim Öffnen der Tür auf den vorteilhafterweise in Innengehäusefarbe gefärbten Verdampfer blickt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung ist der Verdampfer als ein aus mehreren einzelnen Bauteilen zusammengesetztes Verdampfermodul ausgestaltet. Dabei ist das Verdampfermodul im Wesentlichen aus einem vorzugsweise als Kunststoffspritzteil ausgestalteten Außengehäuse gebildet, welches den Verdampfer selbst, eine Belüftungseinrichtung, mindestens ein Beleuchtungselement und einen Tank beinhaltet. Das Verdampfermodul ist gegenüber dem Innenraum der Kühlvorrichtung weitestgehend thermisch isoliert. Die zu kühlende Luft zirkuliert durch das Verdampfermodul und erfährt in diesem eine Abkühlung. Mittels der Belüftungseinrichtung wird die zu kühlende Innenraumluft aktiv in das Verdampfermodul eingeführt, vorzugsweise eingesaugt, in dem Verdampfermodul durch geeignete Leitmittel an dem Verdampfer vorbei geführt, dabei mittels des Verdampfers abgekühlt und in den Innenraum zur Kühlung desselben zurückgeführt. Der Tank ist vorzugsweise mit Wasser befüllt, wobei aber auch eine Gelmasse oder eine andere geeignete Lösung denkbar ist, so dass der Tank in der Art eines eutektischen Speichers als thermischer Puffer oder Wärmepuffer zwischen sich periodisch erwärmendem und erkaltendem Verdampfer fungiert und so eine gleichmäßige und kontinuierliche Kühlung des Innenraums sicherstellt. Insbesondere nimmt dieser die vom Verdampfer während des Einleitens des Arbeitsmittels in den Verdampfer aufgrund von noch im Folgenden zu beschreibenden Zusammenhängen entstehende Wärme auf und gibt diese erst langsam, d.h. mit einer zeitlichen Verzögerung an den Innenraum der Kühlvorrichtung ab. Dabei ist eine Anordnung des Tanks an der dem Verdampfer gegenüber liegenden Seite im Gehäuse des Verdampfermoduls als besonders vorteilhaft zu erachten, da die Kälteleistung des Kühlaggregats in der Kühlphase nicht an den Wasserspeicher verloren geht. Mittels des mindestens einen Beleuchtungselements ist ferner neben einer Beleuchtung des Innenraums auch eine besondere optische Ausgestaltung der Kühlvorrichtung möglich. Vorteilhafterweise verfügt das Außengehäuse des Verdampfermoduls über eine Tropfschale oder -rinne. In dieser sammelt sich im Wesentlichen das kondensierte Wasser, welches in Form von Wasserdampf mit der wärmeren Umgebungsluft beim Öffnen der Tür in die Kühlvorrichtung gelangt und an dem kälteren Verdampfer kondensiert. Zum Abführen des Kondenswassers ist die Tropfschale oder -rinne mit einem aus dem Kühlraum herausführenden in den Raum zwischen Innen- und Außengehäuse oder auch nach außerhalb des Außengehäuses weisenden Ablauf ausgestattet. Das aus dem Kühlraum über den Ablauf abgeführte Wasser verdunstet sodann in die Atmosphäre.

Es wird erfindungsgemäß zunächst vorgeschlagen, das Verdampfermodul, wie oben beschrieben, als geschlossenes Modul auszugestalten. Denkbar ist aber auch, den Verdampfer aus dem Modul auszunehmen und das Modul selbst in Form eines abgeschlossenen Aufsat zes auszubilden, welcher in der Art einer Abdeckung über den bereits im Innenraum vorgesehenen Verdampfer angeordnet wird und diesen unter Beibehaltung der vollen Funktionalität gegenüber dem Innenraum der Kühlvorrichtung weitestgehend abschirmt. Damit ist ebenfalls die Nachrüstung des Verdampfermoduls in eine bereits bestehende Kühlvorrichtung ermöglicht.

Mittels des aktiv belüfteten Verdampfermoduls wird in besonders vorteilhafter Weise die Temperaturregelung in der Kühlvorrichtung durch die Regelung der Wärmeaufnahme des Verdampfers in der Kühlphase, d.h. bei Verdunstung des darin befindlichen Arbeitsmittels, ermöglicht. Aufgrund seiner isolierten und thermisch neutralen Ausgestaltung wird auch eine gewisse Flexibilität bei der Anordnung des Verdampfers im Innenraum der Kühlvorrichtung erreicht. Um die Belüftungseinrichtung und das mindestens eine Beleuchtungselement bedarfsgerecht ansteuern zu können, deren Leistung zu regeln und diese insbesondere mit Energie zu versorgen, sind entsprechende Steuerungszugänge in Form von Kabeln oder dergleichen vorgesehen, die mit der Elektrik der Kühlvorrichtung verbunden sind.

Erfindungsgemäß ist weiterhin die zur Kühlung des Kondensators vorgesehene Kühleinrichtung als mit einem Kühlmittel, insbesondere Wasser, gefüllter Tank ausgebildet. Dabei ist der den Kondensator beinhaltende Tank derart ausgeformt, dass er in den Hohlraum zwischen Außengehäuse und Innengehäuse einsetzbar ist und diesen im Wesentlichen ausfüllt. Der Tank ist in dem Hohlraum derart gehalten, dass zwischen ihm und den ihn umgebenden Gehäusewänden ein Spalt verbleibt, durch welchen ein Luftstrom zum Kühlen des Tanks hindurch führbar ist. Die nach oben strömende erwärmte Luft kann z.B. durch an der Oberseite der Kühlvorrichtung angeordnete Schlitze entweichen. Dabei ist auch denkbar, den Tank wie auch schon das Verdampfermodul aktiv mittels einer Belüftungseinrichtung zu belüften. Insgesamt handelt es sich bei dem Tank um ein autarkes, geschlossenes System, durch welchen der Kondensator durchgeführt wird. Die Ausgestaltung der Rückseite des Tanks erfolgt dabei derart, dass diese vorteilhafterweise nicht über die gedachte senkrechte Begrenzungsebene der Rückwand des Innengehäuses hinausragt, um weiteren Rohrleitungen und Bauteilen des Kühlsystems genügend Bauraum zur Verfügung zu stellen. Auch eine größenmäßige Anpassung des Tanks und dessen Volumen kann über die Gestaltung der Rückwand erreicht werden. Ferner ist denkbar, die Rückwand des Tanks beispielsweise nach innen zu neigen, um weiteren Raum für die Elemente der Kältemaschine zur Verfügung zu stellen.

Das Innengehäuse weist an der Rückseite, vorteilhafterweise im unteren Bereich, eine Vertiefung auf, in der erfindungsgemäß das gesamte Adsorptionsaggregat angeordnet ist. Dieses ist dabei über entsprechende Haltemittel beabstandet zu der Rückwand befestigt, ragt aber nicht über die gedachte senkrechte Begrenzungsebene der Rückwand des Innengehäuses hinaus. Im Allgemeinen beinhaltet dabei das Adsorptionsaggregat das Adsorptionsmittel, den so genannten Adsorbens. Das Adsorptionsaggregat ist im Einzelnen derart aufgebaut, dass sich der Adsorbens in einem oder mehreren zusammenhängenden Vakuumbehältern befindet, die vorzugsweise aus metallischen Werkstoffen bestehen. Das Adsorptionsaggregat und darüber der Adsorbens selbst ist über entsprechend angeordnete Heizmittel beispielsweise in Form von elektrisch oder auch gasbetriebenen flächenförmigen Heizplatten, -schlangen oder -stäben beheizbar. Diese können entweder an den äußeren aufgrund der besseren Wärmeleitfähigkeit vorzugsweise aus metallischen Werkstoffen gebildeten Oberflächen des Adsorptionsaggregats angebracht oder mit dem Adsorbens gemeinsam im Inneren des oder der Vakuumbehälter eingeschlossen sein, um den Adsorbens direkt zu beheizen. Um die Heizelemente bedarfsgerecht ansteuern zu können, deren Leistung zu regeln und diese insbesondere mit Energie zu versorgen, sind ferner entsprechende Steuerungszugänge in Form von Kabeln oder dergleichen vorgesehen. Die Ausführungsform der außen liegenden Heizmittel erfordert diesbezüglich keine weitere konstruktive Tätigkeit. Die Steuerungszugänge des Vakuumbehälters mit innen liegendem Heizmittel sind dagegen besonders gegenüber dem Gehäuse des Adsorptionsaggregats abgedichtet. Die Rückseite des Außengehäuses ist vorteilhafterweise offen oder höchstens mit einer diverse Belüftungsöffnungen aufweisenden Verkleidung versehen, so dass die während der Adsorption des Kühlmittels entstehende Wärme ausreichend abgeführt werden kann.

Ferner sind die einzelnen Bauteile der Kältemaschine der Kühlvorrichtung, nämlich Adsorptionsaggregat, zwischen Außengehäuse und Innengehäuse der Kühleinrichtung befindlicher Kondensator und der im Inneren des Kühlraums angeordnete Verdampfer, über ein Rohrsystem miteinander verbunden. Dabei umfasst das Rohrsystem eine erste Rohrleitung, die das Adsorptionsaggregat mit dem Kondensator, und eine zweite Rohrleitung, die den Verdampfer mit dem Kondensator verbindet. Der in sich geschlossene Tank weist dabei entsprechende Zugänge auf, so dass ein Anschluss der ersten Rohrleitung und der zweiten Rohrleitung an den im Inneren befindlichen Kondensator erfolgen kann.

Eine erste erfindungsgemäße Ausbildungsform der Kühlvorrichtung beinhaltet einen Kondensator, der als so genannter Einrohrkondensator ausgebildet ist. Dabei besteht der Kondensator im wesentlichen aus einem sich von oben nach unten mäanderförmig durch den Wassertank windenden vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff gefertigten Rohr, welches keinerlei Verbindung zu dem Inneren des Tanks aufweist, so dass das Kühlmittel ohne in Kontakt mit dem Inhalt des Tanks zu kommen durch diesen hindurch geleitet werden kann. Das Kondensatorrohr verlässt den Tank an den beiden entsprechenden Zugängen, um die Einbindung des Kondensators in das die einzelnen Bauteile der Kältemaschine verbindenden Rohrsystem zu ermöglichen.

Eine alternative zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung weist einen Kondensator auf, der als so genannter Doppelrohrkondensator gestaltet ist. Dabei weist der im Inneren des Wassertanks angeordnete Doppelrohrkondensator ein mit der ersten Rohrleitung verbundenes Innenrohr und ein mit der zweiten Rohrleitung über einen Abfluss verbundenes Außenrohr auf. Das Außenrohr ist dabei derart gestaltet, dass es das Innenrohr sowie eine Auslassöffnung des Innenrohrs vollständig umschließt. Über den am in Richtung der Rückseite des Innengehäuses weisenden Ende des Doppelrohrkondensators angeordneten Abfluss ist die im Kondensator an dessen inneren Oberflächen kondensierte Flüssigkeit dem Verdampfer zuführbar ist. Die besondere Anordnung des Innenrohrs im Außenrohr gewährleistet dabei, dass das verflüssigte Kühlmittel nicht wieder in die Auslassöffnung des Innenrohrs zurück läuft.

Ferner ist vorteilhafterweise denkbar, dass das vorgeschlagene, den Tank belüftende Belüftungssystem die gesamte Kühleinrichtung rundum belüftet. Die um die Kühleinrichtung strömende Luft wird dabei durch entsprechende Auslassöffnungen im Außengehäuse der Kühlvorrichtung abgeleitet.

Erfindungsgemäß wird insbesondere Zeolith als Adsorbens und Wasser als Arbeitsmittel – auch als so genanntes Adsorptiv in „freiem" Zustand oder Adsorbat im adsorbierten Zustand bezeichnet – im Adsorptionsaggregat der Kühlvorrichtung eingesetzt. Die erfindungsgemäße Kältemaschine der Kühlvorrichtung arbeitet daher nach dem bereits aus dem Stand der Technik bekannten Kühlprinzip der Adsorption von Wasser durch Zeolith.

Wie in Cube/Steimle/Lotz/Kunis: Lehrbuch der Kältetechnik, 1997, beschrieben und hier zur Erläuterung des Funktionsprinzips der Kühlvorrichtung kurz aufgegriffen, wird dabei in einer ersten Phase, der Adsorption, im wesentlichen durch den nichtflüchtigen ersten Stoff Zeolith, dem Adsorbens, der flüchtige zweite Stoff Wasser, das Adsorptiv, aufgesogen und an der Oberfläche des ersten Stoffs als Adsorbat gebunden. Dem Rest des zweiten flüchtigen, an anderer Stelle verdampfenden Adsorptivs wird durch Verdampfung beispielsweise in dem Verdampfer einer Kältemaschine Wärme entzogen und so die Kühlwirkung erzeugt. Der Adsorbens gibt dabei Wärme ab. Diese Phase läuft im Allgemeinen bis zur Sättigung des Adsorbens bzw. bis zum vollständigen Aufsaugen des Adsorptivs. Während einer zweiten Phase, der Desorption, Regeneration oder Austreibung, wird durch Zufuhr von Wärme das Adsorbat dampfförmig aus dem Adsorbens, nunmehr als so genanntes Desorbat bezeichnet, ausgetrieben. Die Verwendung von Zeolith erweist sich in diesem Zusammenhang unter anderem als besonders vorteilhaft, da hiervon keinerlei Umweltgefährdung ausgeht und es keine toxische Wirkung entfaltet. Zudem verläuft der gesamte Prozess nahezu geräuschlos.

Die Kühlvorrichtung weist weiterhin eine thermisch isolierte verschließbare Tür auf, durch welche das den Kühlraum umfassende Innengehäuse thermisch isolierbar ist. Ferner weisen die Wandflächen des Kühlraums geeignete Montagevorrichtungen auf, um an diesen variable Ablagevorrichtungen zur möglichst flexiblen Lagerung der kühlungsbedürftigen Gegenstände zu befestigen.

Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Verfahren zum Betrieb der beschriebenen Kühlvorrichtung vorgeschlagen, das von einem bereits gesättigten Adsorbens ausgeht und folgende Schritte umfasst:

– Beheizen des gesättigten Adsorptionsaggregats und damit des Adsorbens über Heizmittel;
– Verdunsten (Desorption) des im Adsorbens adsorbierten Adsorbats und Überführung des entstehenden Desorbats in den Kondensator;
– Abkühlung des Desorbats im Kondensator durch Entzug von Wärme und daraus folgende Kondensation an den Innenflächen des Kondensators;
– Selbständiges Ablaufen des kondensierten Adsorptivs durch die Schwerkraft und Speicherung im Verdampfer, und
– Beenden des Heizvorgangs des Sorptionsaggregats und Adsorption des im Verdampfer befindlichen und über den Kondensator und das Rohrsystem zurück geführten Adsorptivs im Adsorptionsaggregat als Adsorbat und daraus folgende Entstehung von Verdampfungskälte im Kühlgehäuse.

Die vorteilhaften Wirkungen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf den bisherigen Stand der Technik dargelegt.

Als besonders vorteilhaft erweist sich die konstruktive Ausgestaltung und Anordnung der einzelnen Bauteile des Kühlsystems im Inneren des Außengehäuses. Aufgrund der in einer Ausführungsform gezeigten vorzugsweise schräg, nach hinten abfallenden Decke des Kühlraumes und des daran ebenfalls schräg vorgesehenen, nach hinten geneigten Verdampfers sowie der erfindungsgemäßen Anordnung des Kondensators oberhalb des Kühlraums ausgebildeten Wassertanks wird neben einer besseren Optik nach dem Öffnen der Tür insbesondere der zur Verfügung stehende Bauraum optimal ausgenutzt. Auch die erfindungsgemäße Anordnung des lediglich einen geringen Bauraum benötigenden Adsorptionsaggregats an der Rückwand des Innengehäuses ist in diesem Zusammenhang als vorteilhaft zu sehen.

Zudem ist die besondere Ausgestaltung des Verdampfermoduls als besonders vorteilhaft anzusehen, da mittels des aktiv belüfteten Verdampfermoduls die Temperaturregelung in der Kühlvorrichtung durch die Regelung der Wärmeaufnahme des Verdampfers in der Adsorptionsphase, d.h. bei Verdunstung des im Verdampfer befindlichen Arbeitsmittels, ermöglicht wird. Aufgrund seiner isolierten und thermisch neutralen Ausgestaltung wird zudem eine Flexibilität bei der Anordnung des Verdampfers im Innenraum der Kühlvorrich tung erreicht. Zudem ist eine Nachrüstung mit dem erfindungsgemäßen Modul ebenfalls möglich.

Die Ausnutzung des Adsorptionskälteprinzips unter Verwendung von Zeolith als Adsorbens in Verbindung mit Wasser als Adsorptiv in der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung erweist sich weiterhin als insofern vorteilhaft gegenüber dem Stand der Technik, da die Kühlvorrichtung insgesamt eine relativ kurze Heizphase, zwar verbunden mit einer relativ hohen Heizleistung zur Desorption des Adsorbats, benötigt, energetisch gesehen jedoch günstiger als ein herkömmlicher Absorberkühlschrank arbeitet. Dies liegt im Wesentlichen an der stark verkürzten Heizphase. Zudem arbeitet die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Kompressor-Kühlgeräten nahezu geräuschlos, was sich insbesondere bei der Verwendung in kleinen Hotelzimmern als besonders vorteilhaft auswirkt.

Ein weiterer Vorteil ist in dem vollkommenen Verzicht auf chemische Kühlmittel wie beispielsweise dem unangenehm riechenden Ammoniak mit toxischen Zusätzen auszumachen. Von dem hier verwendeten vorteilhaften Adsorbens Zeolith geht dabei keinerlei Umweltgefährdung sowie keinerlei toxische Wirkung aus. Dies hat zudem einen positiven Effekt hinsichtlich der Entsorgung der Kühlvorrichtung, da diese unproblematisch möglich ist. Teilweise sind die Materialien zudem wieder verwertbar.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand zweier bevorzugter, nachfolgend beschriebener Ausführungsformen sowie anhand der beigefügten Figuren ersichtlich, bei welchen
1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung mit Einrohrkondensator,
2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung mit Doppelrohrkondensator,
3 das Verdampfermodul der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung,
4a-4b ein Prinzipschaubild des erfindungsgemäßen Adsorptionsprozesses, und
5 den alternierenden Verlauf des Heiz- und Kühlprozesses über der Zeit zeigen.
Das Gehäuse 2 der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform der Kühlvorrichtung 1 ist aus einem Außengehäuse 3 und einem darin befindlichen, einen Kühlraum 7 definierenden Innengehäuse 4 zusammengesetzt. Das Außen- und Innengehäuse 3, 4 und der Kühlraum 7 weisen auf der Forderseite der Kühlvorrichtung 1 eine Öffnung 6 auf, welche mittels einer thermisch isolierten Tür 5 verschlossen werden kann, um den Kühlraum 7 gegenüber der Umwelt thermisch zu isolieren. Das Innengehäuse 4 selbst weist dabei neben Seitenwänden und einem Boden eine Decke 9 sowie eine entgegen der Frontöffnung 6 ausgerichtete Rückwand 10 auf. Ausgehend von einem im Bereich der Frontöffnung 6 an dem Außengehäuse 3 anliegenden Deckenabschnitt 11 fallt die Decke 9 in Richtung der Rückseite der Kühlvorrichtung 1 über ihre gesamte Breite bezüglich des Außengehäuses 3 schräg ab, so dass zwischen Außengehäuse 3 und schräg abfallendem Innengehäuse 4 ein in seinem Querschnitt keilförmiger Hohlraum 12 ausgebildet ist. Alternativ wäre jedoch beispielsweise auch ein stufenförmiger Verlauf der Decke 9 möglich, so dass sich die Form des Hohlraums 12 im Wesentlichen in Abhängigkeit von der Ausgestaltung der Decke 9 ergibt.
Auf der Rückseite des Innengehäuses 4 ist zudem eine sich vom Boden des Innengehäuses 4 bis in etwa der halben Höhe der Kühlvorrichtung 1 erstreckende Vertiefung 13 vorgesehen. Ferner sind im Kühlraum 7 variable Ablagevorrichtungen 17 vorgesehen, um die zu kühlenden Gegenstände 18 flexibel im Kühlraum 7 unterzubringen und dessen Aufteilung an die zu lagernden Gegenstände anzupassen. Die variablen Ablagevorrichtungen 17 sind dabei über entsprechend ausgeformten Montagevorrichtungen 19 montier- bzw. einsetzbar.
Die in 1 dargestellte Kühlvorrichtung 1 umfasst weiterhin eine im weiteren als Kältesystem 8 bezeichnete, die Kühlwirkung erzeugende Kühlanordnung, welche ein Adsorptionsaggregat 20, einen in einer Kühleinrichtung 30 angeordneten Kondensator 40, ein Verdampfermodul 50 und ein Rohrsystem 60 umfasst. Wie in 1 gezeigt, ist die Mehrzahl der einzelnen Elemente 20, 30, 40, 60 des Kühlsystems 8 im wesentlichen zwischen Außen- und Innengehäuse 3, 4, das Verdampfermodul 50 dagegen im Kühlraum 7 der Kühlvorrichtung 1 angeordnet.
Das Verdampfermodul 50 ist aus einem vorzugsweise als Kunststoffspritzteil ausgestalteten Außengehäuse 52 gebildet, welches einen Verdampfer 54, eine Belüftungseinrichtung 55, zwei Beleuchtungselemente 56 und einen Tank 57 beinhaltet. Das Verdampfermodul 50 ist gegenüber dem Innenraum 7 der Kühlvorrichtung 1 thermisch isoliert. Die zu kühlende Luft zirkuliert durch das Verdampfermodul 50 und erfährt in diesem eine Abkühlung. Mittels der Belüftungseinrichtung 55 wird die zu kühlende Innenraumluft aktiv in das Verdampfermodul eingesaugt, in dem Verdampfermodul 50 durch geeignete Leitmittel (nicht gezeigt) an dem Verdampfer 54 vorbei geführt, dabei mittels des Verdampfers 54 abgekühlt und in den Innenraum 7 zur Kühlung desselben zurückgeführt. Der Tank 57 ist vorzugsweise mit Wasser befüllt, wobei aber auch eine Gelmasse oder eine andere geeignete Lösung denkbar ist, so dass der Tank in der Art eines eutektischen Speichers als thermischer Puffer oder Wärmepuffer zwischen sich periodisch erwärmendem und erkaltendem Verdampfer fungiert und so eine gleichmäßige und kontinuierliche Kühlung des Innenraums 7 sicherstellt. Dabei ist der Tank 57 an der dem Verdampfer 54 gegenüber liegenden Innenseite im Gehäuse 52 des Verdampfermoduls 50 angeordnet, damit die Kälteleistung des Verdampfers 54 in der Kühlphase nicht an den Tank 57 verloren geht. Die beiden Beleuchtungselemente 56, vorzugsweise in Form von LEDs, dienen insbesondere der Beleuchtung des Innenraums 7 der Kühlvorrichtung 1. Das Außengehäuse 52 des Verdampfermoduls 50 weist eine Tropfschale oder -rinne 14 auf. In dieser sammelt sich das Wasser, welches in Form von Wasserdampf mit der wärmeren Umgebungsluft beim Öffnen der Tür 5 in die Kühlvorrichtung 1 gelangt und an dem kälteren Verdampfer 54 kondensiert. Zum Abführen des Kondenswassers ist die Tropfschale oder -rinne 14 mit einem aus dem Kühlraum 7 herausführenden in den Raum zwischen Innen- und Außengehäuse 3, 4 oder auch nach außerhalb des Außengehäuses 3 weisenden Ablauf 58 ausgestattet. Die notwendigen elektrischen Anschlüsse des Verdampfermoduls sind hier nicht gezeigt.
Der Verdampfer 54 selbst ist in Form einer im Wesentlichen flachen Platte umfassend ein metallisches, vorzugsweise aus Aluminium gefertigtes Gehäuse 53 ausgestaltet. Auf beiden Verdampferplattenseiten sind beispielsweise in Form von Aluminiumfinnen ausgebildete Abstrahler 51 vorgesehen. An den Abstrahlern 51 wird dann die Luft vorbei geführt, um diese abzukühlen. Der Verdampfer 54 beinhaltet ein saugfähiges Material, beispielsweise von der Art eines Flies, welches die Eigenschaft besitzt, Flüssigkeiten – bis zur vollständigen Sättigung des gesamten zur Verfügung stehenden Materials – aufzusaugen und zu speichern.
Das Verdampfermodul 50 ist in der hier dargestellten Ausführungsform parallel zur schräg nach hinten abfallenden Decke 9 angeordnet und mittels entsprechenden nicht gezeigten Montageeinrichtungen an dieser befestigt. Der Verdampfer 54 weist an seinem nach unten weisenden Ende eine Zu- bzw. Ableitung 59 auf, um das zu verdampfende Kältemittel des Kühlsystems 8 dem im Inneren des Verdampfers 54 befindlichen saugfähigen Material zuzuführen bzw. das während der Adsorptionsphase verdampfende Kältemittel abzuführen.
Wie weiterhin in der ersten Ausführungsform der Kühlvorrichtung 1 realisiert und in 1 gezeigt, ist der Kondensator 40, welcher im wesentlichen lediglich ein durchgängiges vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff gefertigtes Kondensatorrohr 41 umfasst und daher im weiteren als Einrohrkondensator bezeichnet wird, im Inneren des Tanks 30 ausgebildet. Das Kondensatorrohr 41 windet sich dabei mäanderförmig von einem oberen Anschluss 42 zu einem unteren Anschluss 43 durch den Wassertank 30 und weist dabei gegenüber dem Inhalt des Tanks 30 keine Verbindung auf. Weiterhin ist wiederum der Tank 30 selbst als autarkes System gegenüber der Umwelt und dem Kondensatorrohr 41 abgeschlossen und beinhaltet vorzugsweise Wasser. Denkbar ist hier allerdings auch eine mögliche Anreicherung mit entsprechend geeigneten Zusatzstoffen, die beispielsweise ein Schimmeln des Wassers bei nicht vollkommen reiner Abfüllung verhindern. Der Wassertank 30 ist dabei vollkommen befüllt, so dass keine Lufteinschlüsse im Inneren vorhanden sind. Die äußere Form des Wassertanks 30 ist dabei in den Zwischenraum 12 eingepasst, so dass die Rückseite des Wassertanks 30 mit der Außenfläche der Rückwand 10 des Innengehäuses 4 in einer Ebene liegt.
Ferner ist vorteilhafterweise ein Belüftungssystem 70 vorgesehen, welches den Tank 30 rundum belüftet. Die um die Kühleinrichtung 30 strömende Luft wird dabei durch entspre chende Auslassöffnungen im Außengehäuse 3 der Kühlvorrichtung 1 abgeleitet, wie durch Pfeile angedeutet ist.
Im Bereich der unteren Rückwand 10 in der im Innengehäuse 4 vorgesehenen Vertiefung 13 ist ferner das Adsorptionsaggregat 20 angeordnet. In der in 1 gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 1 ist das Adsorptionsaggregat 20 derart gestaltet, dass es zwei das Adsorptionsmittel, also den Adsorbens 25, beinhaltende flache, vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff gefertigte Vakuumbehälter 24 aufweist. Der Adsorbens 25 ist dabei aus Zeolith gebildet. Es ist selbstverständlich denkbar, das Adsorptionsaggregat 20 alternativ auch mit nur einem oder auch einer Mehrzahl an den Adsorbens 25 beinhaltenden Behältern 24 auszustatten. Wie in 1 gezeigt, liegt dabei der Adsorbens 25 in gepresster Plattenform im Inneren der Behälter 24 vor, wobei wiederum im Inneren der jeweiligen Platte zahlreiche Kanäle 22 zur besseren Durchleitung und Verteilung des Adsorptivs vorgesehen sind. Zwischen den den Adsorbens 25 beinhaltenden Behältern 24 dem Adsorptionsaggregat 20 sind Heizmittel 21, vorzugsweise in Form von Heizplatten, vorgesehen. Diese sind dabei in direktem Kontakt zu den metallischen Behältern 24 angeordnet, so dass diese über die Heizmittel 21 beheizbar sind. Die Heizmittel 21 werden dabei über elektrische Betriebszugänge, in diesem Fall über Kabel 23, angesteuert bzw. in Betrieb gesetzt. Denkbar ist in diesem Zusammenhang aber auch der Einsatz gasbetriebener oder in sonstiger Weise betriebener Heizmittel. Die einzelnen Behälter 24 sind über entsprechende hier nicht gezeigte Leitungen miteinander verbunden, so dass sie ein im Ganzen geschlossenes Adsorptionsaggregat 20 bilden. Dieses weist ferner einen Anschluss 26 auf. Im Inneren des im Adsorptionsaggregat 20 befindlichen Adsorbens 25 ist im Ausgangszustand vor Inbetriebnahme der Kühlvorrichtung 1 das hier nicht gezeigte im Kühlsystem 8 befindliche Kältemittel als Adsorbat adsorbiert.
Zur Verbindung der einzelnen Bauteile 20, 30, 40, 50 des Kältesystems 8 umfasst die Kühlvorrichtung 1 das entsprechend gestaltete Rohrsystem 60, welches eine erste das Adsorptionsaggregat 20 und den Kondensator 40 verbindende Rohrleitung 61 und eine zweite den Kondensator 40 und den Verdampfer 50 miteinander verbindende Rohrleitung 62 umfasst. Das Rohrsystem 60 ist dabei vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff gefertigt und über entsprechende hier nicht gezeigte Mittel am Innengehäuse 4 der Kühlvorrichtung 1 befestigt. Dabei erstreckt sich die erste Rohrleitung 61 innerhalb des Außengehäuses 3 entlang der Rückseite des Innengehäuses 4 zwischen dem Anschluss 26 des Adsorptionsaggregats 20 und dem oberen Anschluss 42 des Kondensators, die zweite Rohrleitung 62 zwischen dem unteren Anschluss 43 des Kondensators 40 und der Zu- bzw. Ableitung 59 des Verdampfers 54, wobei diese zunächst die Decke 9 des Innengehäuses 4 durchdringt und weiterhin derart geneigt am Verdampfer 54 ansetzt, dass ein Ausfluss des im Kondensator 40 kondensierenden Kühlmittels in den Verdampfer 54 ohne weitere Hilfsmittel alleine durch die Schwerkraft erreicht wird. Die für den Durchtritt der zweiten Rohrleitung durch die schräge Decke 9 des Innengehäuses 4 nötige Bohrung ist dabei entsprechend thermisch abgedichtet.
Das Außengehäuse 4 umschließt das gesamte Kühlsystem 8 sowie das oben beschriebene erfindungsgemäß ausgestaltete Innengehäuse 3. Die für Montagezwecke offene Rückseite des Außengehäuses 4 kann dabei mit einer Abdeckplatte verschlossen werden.
Der Gehäuseaufbau bzw. die Gehäuseausgestaltung der in 2 gezeigten zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 1 ist bezüglich ihres konstruktiven Aufbaus im Wesentlichen vergleichbar zu der der ersten, in 1 gezeigten Ausführungsform. Lediglich bei der konstruktiven Ausgestaltung des Kühlsystems 8 sind Unterschiede im Hinblick auf die Kühleinrichtung 30, den darin befindlichen Kondensator 140 sowie des an der Rückseite des Innengehäuses 4 angeordneten Adsorptionsaggregats 120 auszumachen, auf die nachfolgend eingegangen werden soll.
Im Gegensatz zu der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform der Kühlvorrichtung 1 beinhaltet die in 2 dargestellte Kühlvorrichtung 1 einen Kondensator 140, der im Wesentlichen aus einem Innenrohr 141 und einem das Innenrohr 141 umfassenden, einen größeren Durchmesser aufweisenden Außenrohr 144 gebildet ist und daher im Weiteren als Doppelrohrkondensator bezeichnet wird. Dieser ist ebenfalls im Tank 30 angeordnet und in seiner Gesamtheit parallel zu der schräg in Richtung Rückseite abfallenden Decke 9 ausgerichtet, weist also demnach ein erstes oberes Ende und ein zweites unteres Ende auf. Das Innenrohr 141 weist dabei an seinem oberen in Richtung der Frontseite der Kühlvorrichtung weisenden, vom Außenrohr 144 umschlossenen Ende eine im Außenrohr 144 freiliegende Auslassöffnung 142 und an seinem zweiten in Richtung der Rückseite der Kühlvorrichtung 1 weisenden unteren Ende einen ersten Anschluss 145 auf. Das Außenrohr 144 dagegen ist an seinem oberen Ende geschlossen ausgeführt und weist an seinem unteren in Richtung Rückseite der Kühlvorrichtung 1 weisenden Ende eine Öffnung zur Durchführung des Innenrohrs 141 einerseits sowie einen aus dem Außenrohr 144 führenden Abfluss 143 auf, der mit der zweiten Rohrleitung 62 verbunden ist. Wie in 2 gezeigt, ist dabei das Innenrohr 141 derart im Inneren des Außenrohrs 144 des Doppelrohrkondensators angeordnet, dass an der Innenfläche des Außenrohrs 144 kondensierte Flüssigkeit nicht mehr in das Innenrohr 141 zurückläuft, sondern aufgrund der negativen Steigung das Außenrohr 144 über den entsprechend am unteren Ende angeordneten Abfluss 143 verlässt, um über die erste Rohrleitung 62 in den Verdampfer 54 zu gelangen.
Der Doppelrohrkondensator 140 ist dabei gegenüber dem Inhalt des Tanks 30 vollkommen separat ausgestaltet. Weiterhin ist wiederum der Tank 30 selbst als autarkes System gegenüber der Umwelt abgeschlossen und beinhaltet vorzugsweise Wasser. Denkbar ist hier allerdings auch eine mögliche Anreicherung mit entsprechend geeigneten Zusatzstoffen, die beispielsweise ein Schimmeln des Wassers bei nicht vollkommen reiner Abfüllung verhindern. Der Tank 30 ist dabei vollkommen befüllt, so dass keine Lufteinschlüsse im Inneren vorhanden sind. Die äußere Form des Tanks 30 ist dabei in den Zwischenraum 12 eingepasst, allerdings bildet bei der in 2 gezeigten Ausführungsform die Rückseite des Tanks 30 mit der Außenfläche der Rückwand 10 des Innengehäuses 4 keine Ebene, sondern ist vielmehr nach Innen abgewinkelt, um Raum für den ersten Anschluss 145 sowie den Abfluss 143 zur Verfügung zu stellen.
Ferner beinhaltet die in 2 gezeigte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 1 ein alternativ aufgebautes Adsorptionsaggregat 120. In der in 2 gezeigten Ausführungsform ist das Adsorptionsaggregat 120 derart gestaltet, dass es einen den Adsorbens 125 beinhaltenden, vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff gefertigten Vakuumbehälter 124 aufweist. Der Adsorbens 125 ist dabei vorzugsweise aus Zeolith gebildet, jedoch sind auch andere geeignete Materialien denkbar. Wie in 2 weiter angedeutet, liegt dabei der Adsorbens 125 in Granulatform im Inneren der Behälter 24 vor, so dass eine optimale Durchleitung bzw. Durchsetzung des Adsorptivs erreicht wird. Im Inneren des den Adsorbens 20 beinhaltenden Behälters 24 des Adsorptionsaggregats 20 ist ein Heizmittel 121 vorzugsweise in Form einer Heizschlange vorgesehen. Diese befindet sich dabei in direktem Kontakt zu dem Granulat des Adsorbens 125, so dass dieses über das Heizmittel 121 direkt beheizbar ist. Das Heizmittel 21 wird dabei über elektrische Betriebszugänge, in diesem Fall über Kabel 23, angesteuert bzw. in Betrieb gesetzt. Denkbar ist in diesem Zusammenhang aber auch der Einsatz gasbetriebener oder in sonstiger Weise betriebener Heizmittel. Es wird deutlich, dass Heizmittel 121 und das Granulat des Adsorbens 125 in dem Vakuumbehälter 124 eingeschlossen sind. Dieser weist ferner einen Anschluss 126 auf, der mit der ersten Rohrleitung 61 verbunden ist. Im Inneren des im Adsorptionsaggregat 120 befindlichen Adsorbens 125 ist im Ausgangszustand – vor Inbetriebnahme der Kühlvorrichtung 1 – das hier nicht gezeigte in das Kühlsystem 8 befindliche Adsorptiv adsorbiert.
Ausgehend von den beiden in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 1 ist auch denkbar, im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Kühlvorrichtung die differierenden Bauteile Adsorptionsaggregat und Kondensator miteinander auszutauschen, so dass beispielsweise eine Kühlvorrichtung, in welcher der Einrohrkondensator mit dem granulatgefüllten Adsorptionsaggregat oder der Doppelrohrkondensator mit dem plattenförmigen, mehrteiligen Adsorptionsaggregat kombiniert wird, realisierbar ist.
Obwohl zwei verschiedene Ausführungsformen in den 1 und 2 dargestellt sind, läuft der Kühlprozess bei beiden Ausführungsformen im Wesentlichen identisch ab. Lediglich durch die alternative Ausgestaltung der beiden Kondensatoren 40, 140, einerseits als Einrohrkondensator und andererseits als Doppelrohrkondensator, ergibt sich eine andere Zuführung des kondensierten Kühlmittels in den Verdampfer 54. Die Wirkung bzw. der physikalische Effekt der Verflüssigung des Adsorptivs bleibt jedoch unverändert.
Während des Adsorptionsprozesses bzw. Kühlprozesses erfolgt zunächst, wie in der 3a gezeigt, die Aktivierung des Adsorptionsaggregats 20, 120 der Kühlvorrichtung 1. Dabei wird den Heizmitteln 21, 121 über deren Betriebszugang 23, 123 entsprechend Energie zugeführt, so dass sich die Heizmittel 21, 121 aufheizen. Während des sich anschließenden Desorptionsprozesses wird der durch die Heizmittel 21, 121 erzeugte Wärmestrom Q_H auf grund der konstruktiven Ausgestaltung des Adsorptionsaggregats 20, 120 dem im Ausgangszustand mit dem Adsorbat – welches vorzugsweise durch Wasser gebildet ist – vollends gesättigten Adsorbens – welches vorzugsweise durch Zeolith gebildet ist – entweder über den metallischen Behälter 24 (erste Ausführungsform) oder direkt (zweite Ausführungsform) zugeführt. Durch Zuführung des Wärmestroms Q_H wird das Adsorbat während des Desorptionsprozesses aus dem Adsorbens ausgetrieben. Das so entstandene Desorpt – vorzugsweise als Wasserdampf ausgebildet – steigt nun durch die erste Rohrleitung 61 in den Kondensator 40, 140 auf, in welchem es unter Abgabe des Wärmestroms Q_K – dieser wird in das im Tank 30 befindliche, eine niedrigere Temperatur als der Dampf aufweisende Wasser abgeführt – an der inneren Oberfläche des Kondensators 40, 140 kondensiert. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kondensators 40, 140 sowie des Verdampfers 54 im Inneren des Verdampfermoduls 50 läuft das verflüssigte Adsorptiv über die Rohrleitung 62 in den Verdampfer 54 und wird von diesem aufgenommen.
Die Restwärme des Adsorptivs wird durch den Tank 57 im Inneren des Verdampfermoduls 50 aufgenommen und langsam, d.h. zeitlich verzögert über die vorbeiströmende Luft an den Innenraum 7 der Kühlvorrichtung 1 abgegeben.
Sodann wird die Energiezuführ zu dem im Adsorptionsaggregat 20, 120 befindlichen Heizelement 21, 121 beendet, so dass der Desorptionsprozess ebenfalls beendet und der Adsorptionsprozess automatisch in Gang gesetzt wird. Das im Verdampfer 54 aufgenommene Adsorptiv wird nunmehr aufgrund der speziellen Eigenschaft des Adsorbens im Verlauf des kompletten Adsorptionsprozesses durch das im Adsorptionsaggregat 20, 121 befindliche Adsorbens über das Rohrsystem 60 und den Kondensator 40, 140 aufgesogen und gebunden. Das nunmehr vom Adsorbens adsorbierte Adsorbat entzieht dabei während des Verdampfens im Verdampfer 54 der Umgebung des Verdampfers 54 Wärme, welche dem durch die Belüftungseinrichtung 55 im Verdampfermodul 50 erzeugten zirkulierenden Luftstrom aus dem Kühlraum 7 in Form des Wärmestroms Q_v entzogen wird. Der Kühlraum 7 kühlt ab während das Adsorptionsaggregat 20, 120 dem Adsorbat die gespeicherte Wärme als Wärmestrom Q_H entzieht. Dieser wird auf der Rückseite der Kühlvorrichtung über entsprechende Öffnungen abgeführt. Steigt nun die Temperatur im Kühlraum 7 der Kühlvorrichtung 1 über einen vordefinierten Grenzwert, startet der Prozess von Neuem mit der Behei zung des Adsorptionsaggregats 20, 120. Desorptionsprozess und Adsorptionsprozess bzw. Kühlungsprozess alternieren, je nachdem wie die Ansteuerung der Heizelemente 21, 121 im Inneren des Adsorptionsaggregats 20, 120 erfolgt. Zudem erfolgt über die aktive Belüftung mittels der im Verdampfermodul 50 vorgesehenen Belüftungseinrichtung 55 eine Temperaturregelung in der Kühlvorrichtung, nämlich durch die Regelung der Wärmeaufnahme des Verdampfers in der Kühlphase, d.h. während der Verdunstung des darin befindlichen Arbeitsmittels.
Wie in 4 weiterhin schematisch dargestellt ist, wechseln sich so Heiz- bzw. Desorptionsphase und Adsorptionsphase bzw. Kühlprozess ab. Im Prinzip stellt dabei die Linie bzw. der Abschnitt A die Heizphase und die Linie bzw. der Abschnitt B die Kühlphase dar, wobei der Abfall der Kühlwirkung der Einfachheit halber als proportional über der Zeit angesehen wird.

Claims

Kühlvorrichtung, insbesondere Kühlschrank (1) mit einem thermisch isolierten, über eine verschließbare Öffnung (6) zugänglichen Gehäuse (2), bestehend aus einem Außengehäuse (3) und einem einen Kühlraum (7) bildenden Innengehäuse (4), zur Kühlung und Aufbewahrung kühlungsbedürftiger Gegenstände (18), und einem Kühlsystem (8) dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem (8) ein Adsorptionsaggregat (20, 120), eine zur Kühlung eines Kondensators (40, 140) vorgesehene Kühleinrichtung (30) und einen Verdampfer (54) umfasst und das Adsorptionsaggregat (20, 120) und die den Kondensator (40, 140) kühlende Kühleinrichtung (30) zwischen dem Innengehäuse (4) und dem Außengehäuse (3) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengehäuse (4) im oberen Bereich gegenüber dem Außengehäuse (3) zurückgenommen ist, so dass ein durch das Außen- und Innengehäuse begrenzter Hohlraum (12) gebildet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengehäuse (4) einen an der Frontseite am Außengehäuse (3) anliegenden Deckenabschnitt (11) aufweist, der in Richtung der Rückseite des Innengehäuses (4) gegenüber dem Außengehäuse (3) schräg abfällt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (54) in einem ein thermisch isoliertes Außengehäuse (53) aufweisenden Verdampfermodul (50) angeordnet ist, und das Verdampfermodul (50) weiterhin eine regelbare Belüftungseinrichtung (55), mindestens ein Beleuchtungselement (56) und einen Tank (57) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (54) von einem Verdampfermodul (50) umschlossen wird und das Verdampfermodul (50) ferner ein thermisch isoliertes Außengehäuse (53), eine regelbare Belüftungseinrichtung (55), mindestens ein Beleuchtungselement (56) und einen Tank (57) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (54) im Kühlraum (7) im Wesentlichen parallel zu der inneren Oberfläche der Decke (9) des Innengehäuses (4) beabstandet angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die Kühleinrichtung (30) von einem mit einem Kühlmittel, insbesondere Wasser, gefüllten Tank (30) gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Tank (30) derart ausgeformt ist, dass er den Hohlraum (12) zwischen Innengehäuse (4) und Außengehäuse (3) im Wesentlichen ausfüllt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengehäuse (4) auf der Rückseite eine Vertiefung (13) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Adsorptionsaggregat (20) in der Vertiefung (13) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Adsorptionsaggregat (20) über ein Heizmittel (21, 121) beheizbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ferner ein Rohrsystem (60), umfassend eine erste und zweite Rohrleitung (61, 62), vorgesehen ist und das Adsorptionsaggregat (20, 120) über die erste Rohrleitung (61) und der Verdampfer (54) über die zweite Rohrleitung (62) mit dem Kondensator (40, 140) im Inneren des Wassertanks (30) verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (40) im Inneren des Wassertanks (30) als Einrohrkondensator in Form eines sich mäanderförmig von oben nach unten durch den Wassertank (30) erstreckenden Rohrsystems ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (140) im Inneren des Wassertanks (30) als Doppelrohrkondensator mit einem mit der ersten Rohrleitung (61) verbundenen Innenrohr (141) und einem dass Innenrohr (141) teilweise sowie dessen Auslassöffnung (142) umfassenden über einen Abfluss (143) mit der zweiten Rohrleitung (62) verbundenen Außenrohr (144) gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wassertank (30) an seiner Außenseite durch ein Belüftungssystem (70) belüftet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (54) von wenigstens zwei Platten flächenartiger Erstreckung gebildet ist, die ein saugfähiges Flies kammerartig umschließen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren des Verdampfermoduls (50) eine Tropfwanne oder -rinne (14) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Tropfwanne oder -rinne (14) einen aus dem Kühlraum (7) führenden Ablauf (58) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem (8) Zeolith als Adsorptionsmittel umfasst.
Vorrichtung einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem (8) Wasser als Arbeitsmittel umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Frontöffnung (6) durch eine thermisch isolierte Tür (5) verschließbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Kühlraum (7) variable Ablagevorrichtungen (17) zur Lagerung der kühlungsbedürftigen Gegenstände (18) vorgesehen sind.
Verfahren zum Betrieb einer Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22 folgende Schritte beinhaltend: – Beheizen des Adsorptionsaggregats über ein Heizmittel; – Verdunsten des im gesättigten Zeolith adsorbierten Wassers und Überführung des Wasserdampfes in den Kondensator; – Abkühlung des Wasserdampfes im Kondensator durch Entzug der Wärme und daraus folgende Kondensation an den Innenflächen des Kondensators; – Ablaufen des kondensierten Wassers durch die Schwerkraft und Speicherung im Verdampfer, und – Beenden des Heizvorgangs des Sorptionsaggregats und Adsorption des im Verdampfer befindlichen Wassers durch den Kondensator und über das Rohrsystem im Adsorptionsaggregat und daraus folgende Entstehung von Verdampfungskälte im Kühlgehäuse.
Verfahren zum Betrieb einer Kühlvorrichtung nach Anspruch 23 dadurch gekennzeichnet, dass durch die Belüftungseinrichtung (55) im Verdampfermodul (50) ein zu kühlender, durch das Verdampfermodul (50) zirkulierender Innenraumluftstrom erzeugt wird.
Verfahren zum Betrieb einer Kühlvorrichtung nach Anspruch 23 oder 24 dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenraumtemperaturregelung durch eine Regelung der Wärmeaufnahme des Verdampfers (54) mittels der Belüftungseinrichtung (55) des Verdampfermoduls (50) während der Adsorptionsphase erfolgt.