DE102007062002A1 - Verflüssiger für ein Kältegerät - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verflüssiger (10), welcher insbesondere für ein Kältegerät wie einen Kühl- oder Gefrierschrank geeignet ist. Erfindungsgemäß umfasst er ein Kältemittel führendes Verflüssigerrohr (20) und ein Kühlmedium führendes zweites Rohr (40) zum Kühlen des Verflüssigerrohrs (20). Das zweite Rohr (40) ist außerhalb des Verflüssigerrohrs (20) und in Wärmeleitungskontakt zum Verflüssigerrohr (20) angeordnet. Der erfindungsgemäße Verflüssiger (10) hat zum Vorteil, dass er besonders energieeffizient arbeitet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verflüssiger für ein Kältegerät, insbesondere für einen Kühl- oder Gefrierschrank, umfassend ein Kältemittel führendes Verflüssigerrohr, und ein Kühlmedium führendes zweites Rohr zum Kühlen des Verflüssigerrohrs. Die Erfindung ist auch auf ein Kältegerät mit einem entsprechenden Verflüssiger gerichtet.
  • Kältegeräte entziehen einem Raum – in der Regel ist dies der Innenraum des Kältegeräts – mit niedrigem Temperaturniveau Wärme, um sie in einem Raum mit höherem Temperaturniveau – in der Regel ist dies der das Kältegerät umgebende Raum – abzugeben. Der genannte Wärmetransport findet mittels eines Kreisprozesses statt, der die besondere Energieintensität des Verdampfungs- bzw. des Verdunstungsprozesses ausnutzt. Der Verflüssiger hat in diesem Kreislauf die Aufgabe, warmes, gasförmiges Kältemittel unter hohem Druck abzukühlen und dabei zu verflüssigen. Der dabei erfolgende Verflüssigungsvorgang erzeugt weitere Wärme. Die Wärmeabfuhr im Verflüssiger erfolgt durch eine Temperaturdifferenz zwischen dem warmen Kältemittel und der kälteren Umgebung.
  • Verflüssiger von Kältegeräten zeichnen sich heutzutage marktüblich dadurch aus, dass sie das warme Kältemittel in Rohrschleifen durch Umgebungsluft führen und die Wärme durch den Übergang von dem Kältemittel durch die Rohrwand mittels Konvektion an die Umgebung abführen. Die natürliche Konvektion zur Außenluft beträgt meist nur etwa 5 W/m2K, und deswegen ist eine große Oberfläche zur Ableitung der entstandenen Wärme erforderlich.
  • Unterstützt wird die Wärmeabfuhr in der Regel daher durch die Vergrößerung der relevanten wärmeabgebenden Oberfläche mittels Lamellen oder Drähten, die auf/an den Rohren befestigt sind, so dass sie mittels Wärmeleitung Wärme aus dem Rohrmaterial abführen und über ihre eigene Oberfläche an die Umgebung abgeben. Die geringe Effizienz dieser Art der Wärmeabgabe führt zu großen benötigten Oberflächen und damit zu einem hohen Platzverbrauch. Lösungen mit Zwangskonvektion, also einer Erhöhung der Geschwindigkeit der am Verflüssiger vorbeigeführten Luft, zum Beispiel mittels eines Ventilators, führen zu einer Verbesserung der Kühlung, jedoch immer noch nicht zu optimalen Lösungen.
  • Darüber hinaus ist zu berücksichtigen, dass der Energieverbrauch eines Kältegeräts von größter Bedeutung ist, und zwar nicht nur aus wirtschaftlichen Gründen, sondern auch aus Umweltaspekten heraus. Um den Energiebedarf im Kältekreislauf zu senken, sollte eine möglichst niedrige Verflüssigungstemperatur erzielt werden. Dies kann mit einer verbesserten Kühlung des Verflüssigers erreicht werden.
  • Ein wassergekühlter Verflüssiger für ein Kühlregal ist beispielsweise aus der EP 0 583 152 A1 bekannt. Diese Lösung benötigt jedoch einen eigenen Kühlwasserkreislauf. Die US 2003/0159458 A1 beschreibt einen Verflüssiger mit einem durch Luft und Wasser gekühlten Abschnitt, in welchem Wasser auf den Verflüssiger gesprüht wird und unter Einwirkung eines Luftstroms verdunstet. Dabei können jedoch Rückstände des verdunsteten Wassers auf dem Verflüssiger verbleiben.
  • Ferner ist aus der DE 15 01 036 A1 bekannt, nach dem Rohr-im-Rohr-Prinzip eine Verflüssigerrohrschlange, die ein zu kühlendes Kältemittel transportiert, innerhalb eines Wasserrohrs anzuordnen und es auf diese Weise zu kühlen. Das Kühlwasser kann aus dem öffentlichen Wassernetz zugeführt werden. Diese Lösung hat sich jedoch aufgrund der komplexen Anordnung als nicht als optimal herausgestellt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verflüssiger bereitzustellen, bei dem die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise beseitigt sind und der eine möglichst energieeffiziente Bauweise zulässt.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Verflüssiger gemäß Anspruch 1 und ein Kältegerät gemäß Anspruch 10. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Da das zweite Rohr zum Kühlen des Verflüssigerrohrs aus einem ersten, ein Kühlmedium aufweisendem Reservoir gespeist wird, handelt es sich im Gegensatz zu den vorbekannten Lösungen um einen offenen Kühlwasserkreislauf. Dies hat den großen Vorteil, dass der Verflüssiger bzw. ein mit diesem ausgestattetes Kältegerät keine Einrichtungen zum Kühlen des Kühlmediums benötigt. Darüber hinaus ist in der Regel keine Pumpe für das Kühlmedium erforderlich, da das Kühlmedium durch die Schwerkraft aus einem oberhalb gelegenen Reservoir fließen kann.
  • Die Erfindung nutzt die Erkenntnis, dass die heute übliche Konvektionskühlung von Kältegeräten schon eine relativ gute Wärmeabfuhr des Verflüssigers gewährleistet, so dass die durch die Erfindung vorgesehene zusätzliche Kühlung durch das Kühlmedium nicht ununterbrochen im Einsatz sein muss. Daher kann das Kühlmedium bei Bedarf aus einem ersten Reservoir eingespeist werden, ohne in einem Kreislauf zurückgeführt zu werden.
  • Vorzugsweise ist das erste, ein Kühlmedium aufweisende Reservoir ein Wasserreservoir. Bei dem ersten Wasserreservoir kann es sich um einen Wassertank wie z. B. eine Regentonne handeln. Besonders bevorzugt ist das erste Wasserreservoir jedoch ein Wasserkreislauf, wie beispielsweise das Trinkwassernetz. Dies hat den Vorteil, dass eine unbegrenzten Menge an relativ kühlem Leitungswasser zur Verfügung steht, welches darüber hinaus unter ausreichend Druck steht, um ohne Pumpe durch das zweite Rohr zu fließen. Durch Verwenden einer, meist ohnehin vorhandenen Trinkwasserleitung entfällt beispielsweise die Errichtung bzw. Montage von zusätzlichen, Wasser führenden Einrichtungen. Darüber hinaus sind heutige Kältegeräte oft mit einer Wasserversorgung zur Herstellung von Eis oder Eiswasser sowie mit einem Wasserablauf versehen. Diese oft bereits an dem Kältegerät vorhandenen Anschlüsse können zur Speisung des zweiten Rohrs zum Kühlen des Verflüssigers verwendet werden.
  • Das Abflussende des zweiten Rohrs ist vorzugsweise mit dem Abfluss oder mit einem zweiten Reservoir verbunden. Mit Abfluss ist beispielsweise der Wasserabfluss des Gebäudes gemeint. Das zweite Reservoir kann beispielsweise ein Wassertank sein, aus dem andere Verbraucher wie z. B. eine Toilettenspülung gespeist werden. Wird das zweite Rohr aus dem Trinkwassernetz gespeist, besteht auch die weitere Möglichkeit, das Kühlwasser am Abflussende wieder in die Trinkwasserversorgung einzuspeisen. Diese Alternative hat den Vorteil, dass kein Wasserverbrauch entsteht. Ggf. ist das Kühlwasser vor der Rückspeisung in das Trinkwassernetz durch eine Pumpe auf den notwendigen Wasserdruck zu bringen.
  • Dadurch, dass das zweite Rohr außerhalb und in Wärmeleitungskontakt zu dem Verflüssigerrohr angeordnet ist, kann der Verflüssiger auf einfache Weise hergestellt werden und arbeitet zudem energieeffizient. Vorzugsweise ist das zweite Rohr entlang und parallel zu dem Verflüssigerrohr angeordnet, kann jedoch auch z. B. wendelförmig um diesen herum geführt sein. Dabei folgt es vorzugsweise der Grundform des Verflüssigerrohrs, z. B. sind beide Rohre als Rohrschlangen ausgebildet. Unter „Wärmeleitungskontakt" wird ein Kontakt verstanden, welche eine Wärmeleitung oder Konduktion vom Verflüssigerrohr zum zweiten Rohr ermöglicht. Diese Wärmekonduktion kann durch einen Kontakt direkt zwischen den beiden Rohren, oder durch ein zwischen den Rohren angeordnetes Wärme leitendes Zwischenteil erfolgen, z. B. durch einen Klebstoff. Der Wärmeleitungskontakt besteht vorzugsweise über zumindest einen Teil der Länge jedes der beiden Rohre, besonders bevorzugt über im Wesentlichen die gesamte Länge des Verflüssigerrohrs. Besonders bevorzugt sind das zweite Rohr und das Verflüssigerrohr zumindest über einen Teil ihrer Länge stoffschlüssig miteinander verbunden, insbesondere miteinander verschweißt, verklebt oder verlötet. Eine andere Art der Verbindung ist jedoch auch denkbar, z. B. kann das zweite Rohr auch kraftschlüssig an dem Verflüssigerrohr befestigt sein, z. B. durch vorzugsweise gut Wärme leitende Klemmen.
  • Vorzugsweise ist im Bereich des Abflussendes des zweiten Rohrs eine Abschaltvorrichtung, insbesondere ein Ventil, vorzugsweise ein Dosierventil und/oder ein Absperrventil, angeordnet. Dieses kann durch einen Regelmechanismus betätigt werden und sorgt dafür, dass das Kühlmedium nur bei Bedarf fließt.
  • Bevorzugt weisen das zweite Rohr und das Verflüssigerrohr zumindest ungefähr den gleichen Innendurchmesser auf. Das Kühlmedium fließt dann vorzugsweise ungefähr mit der gleichen Fließgeschwindigkeit wie das Kältemittel, jedoch in die entgegengesetzte Richtung.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform sind sowohl das Verflüssigerrohr als auch das zweite Rohr zur Verbesserung der Wärmeabgabe mit Lamellen, Rippen und/oder Drähten fest verbunden, insbesondere verschweißt.
  • Die Erfindung ist auch auf ein Kältegerät, insbesondere einen Kühl- oder Gefrierschrank gerichtet, welcher mit dem oben beschriebenen Verflüssiger ausgestattet ist. Besonders bevorzugt handelt es sich hierbei um ein Haushaltsgerät. Es kann jedoch ebenfalls ein kommerziell genutztes Kühlregal oder dergleichen mit der zuvor genannten Einrichtung versehen sein.
  • Wie oben bereits erwähnt, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Bereich des Abflussendes des zweiten Rohrs ein Ventil angeordnet ist. Ferner ist bei dieser Ausführungsform bevorzugt ein Temperatursensor am Kältegerät vorhanden, welcher die Temperatur in einem Kühlfach des Kältegerätes misst, sowie ein Regelmechanismus, der die vom Temperatursensor gemessene Temperatur empfängt und das Ventil öffnet, wenn die Temperatur über einen bestimmten ersten Wert steigt, und das Ventil schließt, wenn die Temperatur unter einen bestimmten zweiten Wert fällt. Dadurch wird gewährleistet, dass das Kühlmedium nicht ständig fließt. Die Regeltemperaturen sind dabei so einzustellen, dass die mit dem Verbrauch des Kühlmediums verbundenen Kosten geringer sind als die Kosten, die durch den geringeren Energieverbrauch des Verflüssigers eingespart werden können. Bei einem normalen Haushaltskühlschrank steht das Ventil z. B. nur etwa 0.5% bis 30%, besonders bevorzugt etwa 1 bis 5% der Zeit offen.
  • Der Verflüssiger ist vorzugsweise so eingerichtet, dass er auch ohne die Kühlung durch das Kühlmedium funktioniert, was eine deutliche Sicherheit für den Verbraucher bedeutet. Bei Ausfall der Kühlung steigt lediglich der Energieverbrauch des Verflüssigers.
  • Die Energieeffizienz kann noch weiter erhöht werden, wenn das zusätzlich vorgesehene zweite Rohr auch in Wärmeleitungskontakt zu dem Verdichter des Kältegeräts steht, insbesondere um diesen herum geführt ist.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
  • Es zeigen schematisch:
  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verflüssigers in Seitenansicht, und
  • 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verflüssigers in Seitenansicht.
  • Bei der nachfolgenden Beschreibung der Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Elemente.
  • Der Verflüssiger 10 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst eine meanderförmig geführtes Verflüssigerrohr, im Folgenden Verflüssigerrohrschlange 20 genannt, das erwärmtes Kältemittel aus dem Inneren des Kältegeräts transportiert. Die Verflüssigerrohrschlange 20 ist in gutem Wärmekontakt auf einem Netz von Drähten oder Lamellen 22 befestigt, vorzugsweise angeschweißt, und kann dadurch Wärme an die Drähte oder Lamellen 22 abgeben, wobei durch Konvektion sowohl die Verflüssigerrohrschlange 20 als auch die Drähte oder Lamellen 22 gekühlt werden.
  • Die Kühlung wird noch dadurch verbessert, dass eine aus einem ersten Wasserreservoir, insbesondere aus dem Trinkwassernetz, gespeiste Kühlwasserrohrschlange 40 an der Verflüssigerrohrschlange 20 entlang und in Kontakt mit ihr geführt ist. Durch Verschweißen der Verflüssigerrohrschlange 20 mit der Kühlwasserrohrschlange 40 wird ein besonders guter Wärmekontakt und damit eine besonders gute Wärmeübertragung erzielt.
  • Im Bereich des Abflussendes 42 der Kühlrohrschlange 40 ist bei der in 1 dargestellten Ausführungsform ein Ventil 44 – beispielsweise ein Magnetventil – vorgesehen, um den Wasserdurchfluss durch die Kühlrohrschlange 40 einstellen bzw. regeln zu können. Diese Maßnahme kann den Wasserverbrauch minimieren, falls das am Abflussende 42 der Kühlrohrschlange 40 austretende Wasser in die Kanalisation geleitet wird.
  • Alternativ kann das am Abflussende 42 der Kühlrohrschlange 40 austretende Wasser auch in das Trinkwassernetz zurück oder in ein zweites Wasserreservoir (nicht gezeigt) eingespeist werden, um nicht unnötig Wasser zu verbrauchen. Die Weiterverwendung des bereits aufgewärmten Wassers – beispielsweise für die Warmwasserversorgung – verbessert die ohnehin schon günstige Energiebilanz des erfindungsgemäßen Verflüssigers 10 noch weiter.
  • Bei einer zweiten Ausführungsform gemäß 2 ist die Kühlrohrschlange 40 noch zusätzlich um den Verdichter 50, der zu dem Kälteerzeugungssystem des Kältegeräts gehört, gewunden und kann diesen somit mitkühlen. Dadurch muss dieser nicht mehr eigens gekühlt oder zumindest nicht mehr so stark gekühlt werden, was die Energiekosten zum Betrieb eines Kältegeräts noch weiter senkt.
    • 10
    Verflüssiger
    20
    Verflüssigerrohrschlange
    22
    Drähte
    30
    Kältemittel
    40
    Kühlrohrschlange
    42
    Abflussende
    44
    Dosierventil
    50
    Verdichter
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - EP 0583152 A1 [0006]
    • - US 2003/0159458 A1 [0006]
    • - DE 1501036 A1 [0007]

Claims (12)

  1. Verflüssiger (10) für ein Kältegerät, insbesondere einen Kühl- oder Gefrierschrank, umfassend ein Kältemittel führendes Verflüssigerrohr (20), und ein Kühlmedium führendes zweites Rohr (40) zum Kühlen des Verflüssigerrohrs (20), dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Rohr (40) außerhalb des Verflüssigerrohrs (20) und in Wärmeleitungskontakt zu dem Verflüssigerrohr (20) angeordnet ist.
  2. Verflüssiger (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Rohr (40) aus einem ersten, ein Kühlmedium aufweisendem Reservoir gespeist ist.
  3. Verflüssiger (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste ein Kühlmedium aufweisende Reservoir ein Wasserkreislauf, insbesondere ein Trinkwassernetz ist.
  4. Verflüssiger (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abflussende (42) des zweiten Rohrs (40) an den Abfluss oder an ein zweites Reservoir angeschlossen ist.
  5. Verflüssiger (10) nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass das Abflussende (42) des zweiten Rohrs (40) an das erste Reservoir angeschlossen ist, um das Kühlmedium in das erste Reservoir zurück zu speisen.
  6. Verflüssiger (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verflüssigerrohr (20) und das Rohr (40) zumindest über einen Teil ihrer Länge kraftschlüssig oder stoffschlüssig miteinander verbindbar angeordnet sind.
  7. Verflüssiger (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verflüssigerrohr (20) und das zweite Rohr (40) zumindest über einen Teil ihrer Länge miteinander verschweißt oder verlötet sind.
  8. Verflüssiger (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Abflussendes (42) des zweiten Rohrs (40) eine Abschaltvorrichtung, insbesondere ein Ventil (44), angeordnet ist.
  9. Verflüssiger (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verflüssigerrohr (20) und/oder das zweite Rrohr (40) zur Verbesserung der Wärmeabgabe mit Lamellen, Rippen und/oder Drähten (22) fest verbunden, insbesondere verschweißt, sind.
  10. Kältegerät, insbesondere Kühl- oder Gefrierschrank gekennzeichnet durch einen Verflüssiger (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  11. Kältegerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Abflussendes (42) des zweiten Rohrs (40) ein Ventil (44) angeordnet ist, ein Temperatursensor am Kältegerät vorhanden ist, welcher die Temperatur in einem Kühlfach des Kältegerätes misst, und eine Regeleinrichtung die vom Temperatursensor gemessene Temperatur empfängt und das Ventil (44) öffnet, wenn die Temperatur über einen bestimmten ersten Wert steigt und das Ventil (44) schließt, wenn die Temperatur unter einen bestimmten zweiten Wert fällt.
  12. Kältegerät (10) nach Anspruch 10 oder 11 mit einem Verdichter (50), dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Rohr (40) auch in Wärmeleitungskontakt mit den Verdichter (50) angeordnet ist.
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