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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Es
besteht daher erheblicher Bedarf nach Kältegeräten und Betriebsverfahren für Kältegeräte, die
es ermöglichen,
die Vereisung des Verdampfers zu verhindern oder zumindest stark
einzuschränken.
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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.
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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.
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Um
die Feuchtigkeitsabgabe des Absorbers zu fördern, ist es wichtig, dass
die Nebenkammer beheizbar ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Trocknungsbedarf
wird in Schritt a) in erster Linie dann erkannt, wenn eine Tür des Kältegeräts geöffnet worden
ist.
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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.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Figuren. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kältegeräts; und
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2 eine
schematische Darstellung des Kältegeräts gemäß einer
abgewandelten Ausgestaltung.
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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.
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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.
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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 11 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 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.
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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.
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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.
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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 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.
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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 11 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.
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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 11 zirkulierende
Kältemittel
schnell auf eine für
die Regeneration geeignete Temperatur erhitzt wird.
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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.
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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 2 gezeigten Weiterentwicklung
der Ausgestaltung der Erfindung ein Wegeventil 18 im Kältemittelkreis
zwischen dem Verdichter 4 und der Wendel 11 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.