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Die
Erfindung betrifft eine Haushaltsmaschine mit einer Kühlvorrichtung
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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In
vielen Haushaltsmaschinen wie Geschirrspülmaschinen, Wäschetrockner
oder dergleichen ist neben sonstigen Arbeitsvorgängen häufig
ein Kühlvorgang wenigstens als Teilprogrammschritt von
Vorteil.
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So
kann in Getränkeautomaten wie Espressomaschinen oder dergleichen,
die Abkühlung eines Heißgetränks sinnvoll
sein, um ein heiß aufbereitetes Getränk als Kaltgetränk,
zum Beispiel als Eiskaffee, zur Verfügung zu stellen.
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Auch
für Trocknungsvorgänge sind Kühleinheiten
von Vorteil, da damit Feuchtigkeit aus der Luft kondensierbar ist.
In einem Wäschetrockner ist beispielsweise der gesamte
Arbeitsvorgang ein Trocknungsvorgang, in einer Maschine wie einer
Geschirrspülmaschine oder einer Waschmaschine mit integrierter
Trocknung hingegen in der Regel als Teilprogrammschritt am Ende
eines Programmablaufs vorgesehen.
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Zur
Trocknung insbesondere von Spülgut in einer Geschirrspülmaschine
sind verschiedene Möglichkeiten bekannt geworden.
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So
kann beispielsweise das Spülgut durch die Eigenwärme
getrocknet werden, wenn das Spülgut im letzten Spülgang,
der in der Regel ein Klarspülgang ist, so heiß gespült
wird, dass das Spülgut anschließend von alleine
schnell abtrocknet.
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Durch
die große, auf das Spülgut übertragene
Wärmemenge verdampft das nach dem Spülgang am
Spülgut verbleibende Restwasser und kondensiert an kälteren
Flächen bzw. wird aktiv aus dem Geschirrspüler
ausgetragen.
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Weiterhin
sind separate Heizvorrichtungen zur Trocknung, beispielsweise in
Form von Heißluftgebläsen oder dergleichen bekannt,
um das zur Trocknung vorgesehene Luftgemisch zu erwärmen und
somit deren Aufnahmekapazität für Feuchtigkeit zu
erhöhen.
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In
allen diesen Fällen ist ein hoher Energiebedarf mit der
Trocknung verbunden.
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Eine
solche Haushaltsmaschine ist beispielsweise mit der Druckschrift
WO 2005/053503 bekannt
geworden. Diese Druckschrift beschreibt eine Geschirrspülmaschine,
bei der zur Trocknung des feuchten Geschirrs eine Kühleinheit
eingesetzt wird. Diese Kühleinheit verfügt über
einen Feststoffspeicher sowie einen Vorratsspeicher für
kondensiertes Kältemittel, die mittels einer Verbindungsleitung verbunden
sind. Das Kältemittel strömt bei Erhitzung des
Sorptionsmittels im Sorptionsbehälter in gasförmiger
Form in den Kältemittelspeicher und kondensiert dort aus.
Zu einem späteren Zeitpunkt, bei dem der Sorptionsbehälter
und das darin befindliche Sorptionsmittel abgekühlt ist,
strömt das Kältemittel ebenfalls in gasförmiger
Form durch die gleiche Verbindungsleitung in umgekehrter Strömungsrichtung zurück
in das Sorptionsmittel, wobei durch die Verdunstungskälte
der Kältemittelspeicher und seine Umgebung gekühlt
wird.
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Zwar
kann mit einer solchen Bauform kondensiertes Kältemittel als
Kältereservoir bevorratet werden, durch die Verwendung
des Kältemittelspeichers als Kühler sind der Effizienz
dieser Kühleinheit jedoch konstruktive Grenzen gesetzt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Haushaltsmaschine mit Kühleinheit
vorzuschlagen, bei der dieser Nachteil entfällt.
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Dies
wird ausgehend von einer Haushaltsmaschine der einleitend genannten
Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Dementsprechend
zeichnet sich eine erfindungsgemäße Haushaltsmaschine
mit Kühlvorrichtung dadurch aus, dass die Kühleinheit
zur Abgabe der durch Verdampfungskälte entstehenden Kälte
als von der Kondensationseinheit separate Baueinheit ausgebildet
und mit dieser über eine kältemittelführende
Leitung verbunden ist.
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Auf
diese Weise ist es möglich, die Kühleinheit konstruktiv
so zu gestalten und anzuordnen, dass eine effizientere Kälteausnutzung
möglich ist. Insbesondere kann eine Kühleinheit
mit vergleichsweise großer Oberfläche verwendet
werden. Auch die Anordnung, d. h. der Ort, der Kühleinheit
in der Haushaltsmaschine kann vom Ort der Kondensationseinheit getrennt
vorgenommen werden.
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Dies
kann insbesondere dort von Vorteil sein, wo in einem später
zu kühlenden Bereich der Haushaltsmaschine während
des Betriebs zunächst mit höheren Temperaturen
gearbeitet wird, so wie dies beispielsweise im Arbeitsraum einer
Geschirrspülmaschine der Fall ist. Soll während
des Betriebs einer solchen Haushaltsmaschine zugleich das Kältemittel
aus dem Sorptionsmittel ausgetrieben und in einem Kältemittelspeicher
in kondensierter Form bevorratet werden, so ist für die
Kondensation in der Kondensationseinheit eine thermische Trennung
von entsprechenden Wärmequellen, beispielsweise dem Innenraum
einer Geschirrspülmaschine, zu diesem Zeitpunkt für
eine effiziente Kondensation des ausgetriebenen Kühlmittels
erforderlich. Zu diesem Zeitpunkt ist es bei separat ausgebildeter
Kühleinheit völlig unerheblich, wenn diese in
wärmeleitenden Kontakt mit einer zu diesem Zeitpunkt warmen,
später jedoch zu kühlenden Umgebung, beispielsweise
mit der Wandung eines Spülraums einer Geschirrspülmaschine,
steht. Die Kondensationseinheit hingegen kann unabhängig
von der Kühleinheit in einer Umgebung untergebracht werden,
wo eine zur Kondensation des Kältemittels ausreichende
Wärmeabgabe möglich ist. Es ist auch hinsichtlich
der konstruktiven Ausgestaltung, insbesondere hinsichtlich der Formgebung
möglich, die Kondensationseinheit unabhängig von
der Kühleinheit funktionsgemäß anzupassen.
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Erst
zu einem späteren Zeitpunkt, in dem die Kühlung
erwünscht wird, kann sodann die Kältemittelströmung
von der Kondensationseinheit in die Kühleinheit erfolgen,
wobei durch Verdampfung des kondensierten Kältemittels
die Kühleinheit gekühlt und die entstehende Kälte
für die entsprechende Verwendung abgegeben werden kann.
So kann beispielsweise zu einem solchen späteren Zeitpunkt
die Innenwand eines Spülmaschinenraums gekühlt
werden, um Feuchtigkeit zu kondensieren. Die Kühleinheit
kann hierzu in einer besonderen Ausführungsform auch im
Spülraum einer Geschirrspülmaschine angeordnet
werden.
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Auch
die konstruktive Gestaltung der Kühleinheit ist im Falle
einer Trennung von der Kondensationseinheit wesentlich flexibler,
d. h. hier können unterschiedliche Bauformen für
die Kühleinheit verwendet werden, insbesondere auch solche,
die für die Funktion als Kältemittelspeicher weniger
geeignet sind.
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Vorteilhafterweise
wird die Kondensationseinheit nach dem Austreiben des Kältemittels
aus dem Sorptionsbehälter von diesem abgetrennt. Hierzu
wird vorteilhafterweise ein Sperrventil in der Verbindungsleitung
zwischen Sorptionsbehälter und Kondensationseinheit vorgesehen.
Im Falle flüssiger Sorptionsmittel kann diese Verbindungsleitung
wenigstens teilweise als Rektifikationsstrecke dienen, um flüssiges
Kältemittel von flüssigem Sorptionsmittel zu trennen.
In diesem Fall wird das Sperrventil bevorzugt in Strömungsrichtung
hinter der Rektifikationsstrecke angebracht. Ein solches Sperrventil
kann im Falle einer erfindungsgemäßen Trennung
zwischen Kühleinheit und Sorptionseinheit bzw. Kältemittelspeicher
einfach als Rückschlagventil ausgebildet werden.
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Vorzugsweise
ist weiterhin ein Steuerventil vorgesehen, um die Kondensationseinheit
zum gewünschten Zeitpunkt von dem Sorptionsmittel zu trennen
bzw. mit dem Sorptionsmittel zu verbinden. Ist dieses Steuerventil
geschlossen, so verbleibt kondensiertes Kältemittel in
der Kondensationseinheit, die dadurch gewissermaßen ein
Kältereservoir bildet. Ist das Steuerventil in den offenen
Zustand umgeschaltet, so strömt das Kältemittel
zum Sorptionsmittel zurück, wobei erfindungsgemäß der
Strömungspfad über die separat ausgebildete Kühleinheit
führt.
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Als
Sorptionsmittel können Feststoff-Sorptionsmittel ebenso
Verwendung finden wie flüssige Sorptionsmittel. Infrage
kommen beispielsweise als Feststoff-Sorptionsmittel Zeolith, Kalziumchlorid, Strontiumchlorid
oder dergleichen. Als Kältemittel kann bei Zeolith z. B.
Wasser, bei Kalzium- oder Strontiumchlorid Ammoniak eingesetzt werden.
Ein gutes flüssiges Sorptionsmittel bei Einsatz von Ammoniak
als Kältemittel liegt beispielsweise in Form von Wasser
vor. Auch eine Lithiumbromidlösung kann in Verbindung mit
dem Kältemittel Wasser als flüssiges Sorptionsmittel
dienen.
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Die
Kühleinheit wird hierzu vorteilhafterweise über
eine Rückführungsleitung für Kältemittel
mit dem Sorptionsmittel bzw. dem Sorptionsbehälter verbunden.
Der Sorptionsbehälter ist somit mit mindestens zwei Anschlüssen,
d. h. einem Kältemittelausgang und einem Kältemitteleinlass
versehen, wobei der Ausgang mit der Kondensationseinheit und der Eingang
mit der Kühleinheit verbunden ist.
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Wie
bereits oben angeführt, kann die Kühleinheit bei
erfindungsgemäßer separater Ausgestaltung konstruktiv
flexibel ausgebildet werden. Denkbar sind beispielsweise Ausgestaltungen
als Kühlschlange oder in Form eines Lamellenkühlers.
In beiden Varianten ist insbesondere eine sehr flache Bauweise denkbar,
die ohne Weiteres an die Wandung eines Arbeitsraums angefügt
werden kann.
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In
einer anderen Ausführungsform weist die Kühleinheit
einen konventionellen Wärmetauscher auf, beispielsweise
als Gegenstromwärmetauscher.
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Wie
bereits angedeutet, wird die Kondensationseinheit vorteilhafterweise
so ausgebildet, dass sie einen Vorratsbehälter für
kondensiertes Kältemittel umfasst, so dass ein Kältereservoir
bei abgeriegelter Kondensationseinheit gegeben ist. Ein solcher
Vorratsbehälter kann in einer besonderen Ausführungsform
als Rohrstück, ggf. in Schlangenform, ausgebildet werden.
Die Ausgestaltung der Kondensationseinheit mit Rohrschlangen als
Vorratsbehälter vereinfacht die Abkühlung des
durch Wärmezufuhr aus dem Sorptionsmittel ausgetriebenen
Kältemittels und somit die Kondensation. Je nach Ausführung
ist hierdurch eine ausreichende Wärmeabgabe an die Umgebung
möglich, so dass keine zusätzliche Abkühlung,
beispielsweise über ein Gebläse, durch Frischwasser
oder dergleichen, erforderlich ist.
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Da
eine Kühlvorrichtung gemäß der Erfindung
auf Grund der zeitlichen Entkopplung des Energieeintrags in das
Sorptionsmittel zur Trennung von Kältemittel vom Zeitpunkt
des Kälteabgriffs an der Kühleinheit keinen kontinuierlichen
Kältemittelkreislauf benötigt, wird in einer besonderen
Ausführungsform der Erfindung der Pfad in die Kondensationseineinheit
als Sackgasse, beispielsweise als Sackleitung, ausgebildet.
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Eine
solche Ausgestaltung bietet zum einen zusätzliche konstruktive
Freiheiten in Anordnung und Ausgestaltung der Kondensationseinheit.
So kann beispielsweise die Kondensationseinheit von unten mit verdampftem
Kältemittel angeströmt werden, so dass neu eintretendes
gasförmiges Kältemittel beim Durchtritt nach oben
innerhalb der Kondensationseinheit flüssiges Kältemittel
passiert und der Kondensationsvorgang hierdurch verbessert werden
kann. Darüber hinaus kann bei dieser Ausführungsform zum
Zeitpunkt der Kälteabgabe die Abfuhr des Kältemittels
aus der Kondensationseinheit wiederum am unteren Ende erfolgen,
so dass die Kältemittelströmung durch Gravitation
unterstützt wird.
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Durch
die konstruktive Trennung von Kondensationseinheit und Kühleinheit
sind nicht nur unterschiedliche Bauformen, sondern auch unterschiedliche
Größenverhältnisse, beispielsweise verschiedene
Volumen bei der Gestaltung der Kühleinheit im Vergleich
zur Kondensationseinheit verwendbar. Die Kondensationseinheit kann
beispielsweise im Hinblick auf das erforderliche Fassungsvermögen ausgestaltet
werden, während hingegen die Kühleinheit im Hinblick
auf die erforderliche Oberfläche für den Kälteübergang
bei entsprechendem Volumenstrom von Kältemitteln ausgelegt
werden kann. So können beispielsweise sowohl die Kondensationseinheit
als auch die Kühleinheit in Form von Rohrleitungen vorliegen,
die jedoch unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
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Die
Erfindung ist vor allem dort vorteilhaft einsetzbar, wo der Kältebedarf
zeitlich getrennt vom Wärmeeintrag in das Sorptionsmittel
auftreten kann, da ein Kältereservoir in Form eines bestimmten
Volumens von kondensiertem Kältemittel zyklisch bevorratet
wird. Neben den beschriebenen Trocknungsvorgängen ist u.
a. auch ein Einsatz in Getränkemaschinen denkbar, in denen
heiß zubereitete Getränke nachträglich
gekühlt werden, z. B. in Kaffee- bzw. Espressomaschinen
für die Zubereitung von „Cold Coffee".
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Grundsätzlich
kann die Erfindung in vorteilhafter Weise in Haushaltsmaschinen
eingesetzt werden, wobei aus einem Kältespeicher bzw. der
Kühleinheit insbesondere spontan bzw. unvermittelt und/oder
kurzfristig Kühlkälte zum Kühlen von
Betriebsmedien und/oder Gegenständen benötigt
bzw. nachgefragt wird bzw. abrufbar ist. Dies kann neben den bereits
oben genannten Anwendungen auch beispielsweise zum schnellen Abkühlen
von Weinflaschen, medizinischen Kühlpacks etc. in Kühlschränken
oder dergleichen von besonderem Vorteil sein.
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Verschiedene
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert.
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Im
Einzelnen zeigen
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1 ein
schematisches Blockdiagramm für eine Kühlvorrichtung
einer erfindungsgemäßen Haushaltsmaschine,
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2 ein
schematisches Diagramm für eine zweite Ausführungsvariante
einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung
und
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3 ein
schematisches Diagramm einer dritten Ausführungsvariante.
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Die
Kühlvorrichtung 1 gemäß der
Figur umfasst einen Sorptionsbehälter 2, in dem
ein Gemisch 3 aus Sorptionsmittel und Kältemittel
in flüssiger Form eingefüllt ist.
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In
dieses Gemisch aus Sorptionsmittel und Kältemittel ist
Wärme zuführbar, um das Kältemittel zur
Desorption zu bringen. Im vorliegenden Diagramm sind drei unterschiedliche
Möglichkeiten zur Wärmezufuhr beispielhaft dargestellt.
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So
ist beispielsweise eine Erwärmung des Sorptionsmittel/Kältemittel-Gemisches 3 über
eine elektrische Heizschlange 4 möglich, die nach
Art eines Tauchsieders in die im Sorptionsbehälter 2 stehende
Flüssigkeit hineinragt. Die Heizschlange 4 kann
dabei das Sorptionsmittel/Kältemittel-Gemisch nur lokal
anwärmen, da sich aufgrund der flüssigen Eigenschaft
dennoch eine gleichmäßige Wärmeverteilung
durch Konvektion ergibt. Gegebenenfalls kann die Wärmeverteilung
durch Rühr- oder Pumpelemente unterstützt werden.
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Eine
andere potentielle Möglichkeit der Wärmezufuhr
ist eine Fluidrohrschlange 5, die im Prinzip wie die elektrische
Heizschlange 4 ausgeführt ist, jedoch aus einem
Hohlrohr besteht, so dass ein heißes Fluid, beispielsweise
ein Arbeitsfluid aus dem Betrieb der Haushaltsmaschine erhitzt zugeführt
werden kann, so dass auf diese Weise das Sorptionsmittel/Kältemittel-Gemisch 3 erwärmt
wird. Durch eine solche Art der Erwärmung ist die Nutzung
der Prozesswärme aus dem Betrieb der Haushaltsmaschine für
den Betrieb der Kälteeinheit möglich.
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Eine
dritte Alternative der Erwärmung erfolgt über
einen externen Wärmetauscher 6, über
den das flüssige Sorptionsmittel/Kältemittel-Gemisch
umgewälzt wird. Über den Wärmetauscher 6 kann
wiederum ein Arbeitsfluid 7 zur Wärmezufuhr verwendet. Ein
solches Arbeitsfluid 7 ist mittels eines Pfeils angedeutet.
Es kann hierbei auch ein eigens dafür vorgesehenes Heizmedium
in Wechselwirkung mit dem Wärmetauscher 6 zur
Heizung des Sorptionsmittel/Kältemittel-Gemisches eingesetzt
werden.
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Alle
die beschriebenen Heizvarianten sind alternativ oder in Kombination,
gleichzeitig oder zeitlich nachgeordnet einsetzbar und bieten somit
eine Vielfalt an Möglichkeiten zur Nutzung der Prozesswärme
der Haushaltsmaschine im Betrieb.
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Bei
Erhitzung der Sorptionsmittel/Kältemittel-Gemisches wird
je nach Stoffauswahl das Kältemittel oder ein höher
konzentriertes Gemisch an Sorptionsmittel und Kältemittel
verdampft und gelangt über ein Sperrventil 8 in
einen Kühler 9. Optional kann eine Destillationskolonne 10 zwischengeschaltet
werden, um stufenweise ein aus dem Sorptionsbehälter 2 ausgetriebenes
Sorptionsmittel/Kältemittel-Gemisch aufzukonzentrieren.
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In
den Kühler 9 gelangt somit entweder Kältemittel
in Reinform oder ein Sorptionsmittel/Kältemittel-Gemisch
in hoher Konzentration an Kältemittel. Im Kühler 9 wird
aufgrund der Kühlung eine Kondensation eingeleitet, so
dass das aufkonzentrierte Gemisch bzw. das reine Kältemittel
in flüssiger Form in einem Kältemittelbehälter 11 gesammelt
werden kann. Zur Kühlung des Kühlers 9 kann
ein Kühlfluid 12 herangezogen werden, dass beispielsweise
dazu geeignet ist, die Abwärme weiter zu nutzen. An dieser
Stelle kann beispielsweise Frischwasser zum Einsatz gelangen, um
die beim Kühlvorgang abgezogene Desorptionswärme
zur Vorwärmung des Kühlwassers zu nutzen.
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Der
Kältemittelbehälter 11 ist vom Sorptionsmittelbehälter 2 über
ein weiteres Sperrventil 13 abtrennbar, so dass bei geschlossenem
Sperrventil 13 das in flüssiger Form im Kältemittelbehälter 11 vorliegende
Kältemittel als Kältespeicher bevorratet gehalten
werden kann.
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Das
Sorptionsmittel bzw. das an Kältemittel verarmte Gemisch
aus Sorptionsmittel und Kältemittel 3 im Sorptionsbehälter 2 kann
in diesem Arbeitsschritt gekühlt werden, was beispielsweise
wiederum durch Verwendung des Wärmetauschers 6 in
Verbindung mit einem Kühlfluid bewerkstelligt werden kann. Durch
die flüssige Form des Sorptionsmittel bzw. des Sorptionsmittel/Kältemittel-Gemischs
kann dieses auch zur Kühlung über einen Wärmetauscher 6 bzw. einen
Kühler umgewälzt werden. Ein Kühlfluid
kann jedoch auch über eine in den Sorptionsbehälter 2 hineinragende
Kühlschlange zur Kühlung umgewälzt werden
bzw. über die Behälterwandung des Sorptionsbehälters 2 eingesetzt
werden. Als Kühlschlange kann hierbei beispielsweise auch
die zuvor als Heizschlange dienende Fluidrohrschlange 5 eingesetzt werden.
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Zwischen
dem Kältemittelbehälter 11 und dem Sorptionsbehälter 2 ist
darüber hinaus ein weiterer Wärmetauscher 14 dargestellt,
der bei geöffnetem Sperrventil 13 die Kühleinheit
bildet und beispielweise als Kühler für einen
Heißluftstrom 15 ausgebildet sein kann. Die Heißluft 15 kann
beispielsweise aus dem Innenraum einer Haushaltsmaschine auf geeignete
Weise, z. B. mittels eines Gebläses abgezogen und über
den als Kühler dienenden Wärmetauscher 14 geleitet
werden. Das dabei anfallende Kondensat kann abgeführt oder,
wie weiter oben andeutet, zur Frischwasserkonditionierung oder einfach zur
Ergänzung des Brauchwasserbedarfs herangezogen werden.
Der trockene Kaltluftstrom 16 kann optional wieder unter
Nutzung der Sorptionswärme bei der Lösung des
Kältemittels im Sorptionsmittel 3 erwärmt
werden. So kann der Kaltluftstrom 16 beispielsweise über
die Fluidrohrschlange 5 und/oder dem Wärmetauscher 6 geleitet werden,
so dass er unter Nutzung der Sorptionswärme wieder erwärmt wird.
Dieser erwärmte trockene Luftstrom ist bestens zur Trocknung
von feuchten gereinigten Gegenständen, beispielsweise Spülgut
in einem Geschirrspüler geeignet.
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Selbstverständlichen
können für die unterschiedlichen Fluidströme
auch noch weitere voneinander unabhängig arbeitende Wärmetauscher
vorgesehen werden um die in einzelnen Verfahrensschritten anfallende
Abwärme der Kühleinheit 1 zu nutzen bzw.
um Prozesswärme aus dem Betrieb der Haushaltsmaschine für
die Kühleinheit 1 zu verwenden.
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Sämtliche
vorbeschriebene Möglichkeiten zur Abfuhr von Abwärme
bzw. zur Zufuhr von Prozesswärme im Zusammenhang mit dem
Sorptionsmittel/Kältemittel-Gemisch 3 im Sorptionsbehälter 2 können
darüber hinaus auch im Bereich der Destillationskolonne 10 eingesetzt
werden.
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Die
Ausführungsvariante gemäß 2 entspricht
im Wesentlichen dem vorgenannten Ausführungsbeispiel, ist
jedoch konstruktiv deutlich vereinfacht. Insbesondere zeichnet sich
diese Bauform dadurch aus, dass sie sehr flach realisierbar ist,
so dass sie an eine Seitenwand des Arbeitsraums einer Haushaltsmaschine
angebaut werden kann.
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Die
Kühlvorrichtung 21 gemäß 2 umfasst,
wie das vorgenannte Ausführungsbeispiel, einen Sorptionsbehälter 22,
in dem sich je nach Betriebszustand ein Sorptionsmittel/Kältemittelgemisch in
angereichertem bzw. abgereichertem Zustand befindet.
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Das
in Sorptionsbehälter 22 befindliche Sorptionsmittel/Kältemittel-Gemisch
ist durch nicht näher dargestellte Heizmittel beheizbar.
Hierdurch kann das Kältemittel verdampfen und in den Rektifikationsbereich 23 einer
Rohrleitung 24 entweichen. Der Rektifikationsbereich 23 ist
in der vorliegenden Ausführungsform mit Schikanen 25 versehen,
an denen mitverdampftes Sorptionsmittel kondensieren und zurückfließen
kann, so dass die Trennung von Sorptionsmittel und Kältemittel
im Rektifikationsbereich 23 verbessert wird. Der Rektifikationsbereich 23 entspricht
demnach in seiner Funktion der Destillationskolonne 10 des
vorbeschriebenen Ausführungsbeispiels.
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Ein
Rückschlagventil 26 trennt den Rektifikationsbereich 23 von
der anschließenden Kondensationseinheit 27, die
als Teilbereich der Rohrleitung 24 ausgebildet ist. Die
Kondensationseinheit ist schlangenförmig aufgebaut und
in ihrem Endbereich mit einer Querschnittsverjüngung 28 versehen.
Ein Schaltventil 29 begrenzt die Kondensationseinheit 27 und unterbricht
deren Verbindung zum Sorptionsbehälter 22 in Strömungsrichtung
des Kältemittels. Zwischen dem Rückschlagventil 26 und
dem Schaltventil 29 bildet die Rohrleitung 24 dementsprechend
den im vorgenannten Ausführungsbeispiel enthaltenen Kältemittelbehälter.
Die Kondensation des Kältemittels erfolgt im dargestellten
Ausführungsbeispiel durch die Wärmeabgabe an die
Umgebung ohne aktive Kühlung. Bei Bedarf kann jedoch ohne
weiteres eine aktive Kühlung in diesem Bereich, beispielsweise
mit Frischwasser, vorgesehen werden.
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Dem
Schaltventil 29 folgt eine Kühleinheit 30 in
Form eines Teilstücks der Rohrleitung 24, die
im Wesentlichen unterhalb des Kondensationsbereichs angeordnet und
ebenfalls schlangenförmig ausgebildet ist. Die Rohrleitung 24 endet
mit einem Endstück 31 hinter dem Verdampferbereich 30 im
Sorptionsbehälter 22. Die Kühleinheit
wird durch verdampfendes oder kaltes, bereits verdampftes Kältemittel
gekühlt und kann die so produzierte Kälte abgeben.
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Diese
Ausführungsvariante ist konstruktiv gegenüber
dem ersten Ausführungsbeispiel bereits erheblich vereinfacht.
Die gesamte Kreislaufführung des Kältemittels
findet in einer einzigen Rohrleitung statt. Zur Betätigung
dieser Kühlvorrichtung 21 müssen lediglich
zwei zeitlich entkoppelbare Steuervorgänge vorgenommen
werden. Zunächst muss zum Austreiben des Kältemittels
das Kältemittel/Sorptionsgemisch im Sorptionsbehälter 22 beheizt
werden. Danach steht kondensiertes Kältemittel in der Kondensationseinheit 27 als
Kältespeicher zur Verfügung. Zeitlich vom Heizvorgang
entkoppelt kann zum gewünschten Zeitpunkt das Schaltventil 29 geöffnet werden,
so dass das Kältemittel in Richtung Sorptionsbehälter 22 entweichen
und dabei in der Kühleinheit 30 unter Verdampfung
zur Kühlung verwendbar ist.
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Diese
Ausführungsvariante ist demnach nicht nur in Hinblick auf
den konstruktiven Aufbau, sondern auch in Hinblick auf den Steuerungsaufwand
gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel stark
vereinfacht.
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Die
Ausführungsvariante gemäß 3 weist wiederum
einen Rektifikationsbereich 32 einer Rohrleitung 33 auf,
die von einem Sorptionsbehälter 34 abzweigt. Der
Rektifikationsbereich 32 geht über ein Rückschlagventil 36 wiederum
in eine als Rohrleitung ausgebildete Kondensationseinheit 35 über,
die wiederum schlangenförmig aufgebaut ist.
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Abweichend
vom vorgenannten Ausführungsbeispiel endet die Kondensationseinheit 35 als Sackgasse
an ihrem oberen Ende 37. In dieser Ausführungsform
wird die Kondensationseinheit 35 demnach von unten her
gefüllt, das heißt, bereits kondensiertes Kältemittel
unterstützt den Kondensationsvorgang beim Durchtritt von
gasförmigem, durch nicht näher dargestellte Heizmittel
aus dem Sorptionsbehälter 34 ausgetriebenem Kältemittel.
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Im
unteren Bereich, d. h. in der dargestellten Ausführung
am tiefsten Punkt der Kondensationseinheit 35 zweigt eine
Kühlleitung 38 ab, die über ein Schaltventil 39 in
eine Steigleitung 40 mündet. Die Steigleitung 40 gehört
bereits zu einer Kühleinheit 41, die rohrförmig
ausgebildet ist und in der das Kältemittel verdampft. Die
Kühleinheit 41 ist an die schlangenförmige
Kondensationseinheit 35 angeschmiegt. Sie mündet
in einer Auslaufleitung 42 im Sorptionsbehälter 34.
Diese Ausführungsvariante kann wiederum sehr flach und
zugleich vergleichsweise niedrig aufgebaut werden. Anstelle der
Querschnittsverjüngung 28 ist nunmehr die abzweigende
Kühlleitung 38 mit verringertem Querschnitt vorgesehen.
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Bei
dieser Ausführungsvariante wird der Verdampfungsprozess
dadurch unterstützt, dass flüssiges Kältemittel
unter Gravitation in die Steigleitung 40 der Kühleinheit 41 gedrückt
wird. Durch den entstehenden Kühleffekt der Kondensationseinheit 35 aufgrund
des Wärmekontakts zwischen Kühleinheit 41 und
Kondensationseinheit 35 wird zugleich die restliche Auskondensation
etwaiger gasförmiger Reste von Kältemittel im
oberen Bereich der Kondensationseinheit 35 bewirkt. Es
findet somit eine nahezu vollständige Entleerung der Kondensationseinheit 35 statt,
wodurch das vorhandene Kältemittel hoch effizient genutzt
wird.
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Die
Ausführungsvariante gemäß 3 ist dementsprechend
noch kompakter als die Ausführungsvariante gemäß 2 bei
vergleichbarer Kühlleistung realisierbar. In beiden Fällen
handelt es sich um ein im Wesentlichen geschlossenes Rohrsystem, so
dass auch die Anforderungen an die Dichtigkeit leicht erfüllbar
sind.
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Die
Ausführungsvariante gemäß 3 nutzt den
Umstand, dass bei einer Kühlvorrichtung gemäß der
Erfindung der Zeitpunkt des Austriebs des Kältemittels
aus dem Sorptionsbehälter 34 durch Erhitzung vom
Zeitpunkt der gewünschten Kühlung entkoppelt ist.
Dementsprechend zeigt die Variante gemäß 3 keinen
geschlossenen Kreislauf, bestehend aus Rektifikationsbereich, Kondensationseinheit
und Kühleinheit. Es wird vielmehr die zeitliche Entkopplung
zwischen Wärmeeintrag und Kühlung dahingehend
genutzt, dass eine Umkehr der Strömungsrichtung in der
Kondensationseinheit 35 möglich ist. Die Füllung
der Kondensationseinheit 35 beim Austreiben des Kältemittels
aus dem Sorptionsmittel erfolgt demnach in umgekehrter Richtung
wie die Entleerung in die Kühleinheit.
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Wesentlich
bei allen Ausführungen der Erfindung ist die erfindungsgemäße
Trennung von Kühleinheit und Kondensationseinheit mit der
dazwischenliegenden Kältemittel führenden Verbindung.
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- 1
- Kühlvorrichtung
- 2
- Sorptionsbehälter
- 3
- Sorptionsmittel/Kältemittel
- 4
- Heizschlange
- 5
- Fluidrohrschlange
- 6
- Wärmetauscher
- 7
- Heizfluid
- 8
- Sperrventil
- 9
- Kühler
- 10
- Destillationskolonne
- 11
- Kältemittelbehälter
- 12
- Kühlfluid
- 13
- Sperrventil
- 14
- Wärmetauscher
- 15
- Heißluft
- 16
- Kaltluftstrom
- 21
- Kühlvorrichtung
- 22
- Sorptionsbehälter
- 23
- Rektifikationsbereich
- 24
- Rohrleitung
- 25
- Schikane
- 26
- Rückschlagventil
- 27
- Kondensationseinheit
- 28
- Querschnittsverjüngung
- 29
- Schaltventil
- 30
- Kühleinheit
- 31
- Endstück
- 32
- Rektifikationsbereich
- 33
- Rohrleitung
- 34
- Sorptionsbehälter
- 35
- Kondensationseinheit
- 36
- Rückschlagventil
- 37
- Ende
- 38
- Kühlleitung
- 39
- Schaltventil
- 40
- Steigleitung
- 41
- Kühleinheit
- 42
- Auslaufleitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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