-
Die
Erfindung betrifft ein Kühlgerät mit einer Kühlraum-Befeuchtungseinrichtung
nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zur
Kühlraum-Befeuchtung nach dem Patentanspruch 17.
-
Die
Luft im Kühlraum eines Kühlgerätes ist üblicherweise
unmittelbar in Kontakt mit dem Verdampfer eines Kältemittelkreislaufes.
Der Verdampfer weist sehr niedrige Oberflächentemperaturen
auf, die zu einem sofortigen Auskondensieren der Luftfeuchtigkeit
führen. Die auskondensierte Luftfeuchtigkeit gefriert auf
der Verdampferoberfläche und wird damit dauerhaft gebunden.
Bei gelegentlichen Abtauvorgängen wird das Eis geschmolzen
und nach außen abgeführt. Für eine Befeuchtung
der Kühlraumluft steht dieses Kondenswasser also nicht
zur Verfügung. Die Luftfeuchtigkeit im Kühlschrank
ist daher äußerst gering.
-
Zur
Steigerung der Luftfeuchtigkeit im Kühlraum weist ein aus
der
US 5,042,266 bekanntes Kühlgerät
eine Befeuchtungseinrichtung auf. Die innerhalb des Kühlraumes
vorgesehene Befeuchtungseinrichtung arbeitet mit einem reversibel
dehydrierbaren Sorptionsmittel, das unter Wärmebeaufschlagung
Feuchtigkeit in den Kühlraum abgibt. Das Sorptionsmittel
wird in einem Adsorptionsvorgang mit Umgebungsluft hoher Luftfeuchtigkeit
durchströmt, wodurch das Sorptionsmittel der Umgebungsluft
eine Wassermenge entzieht und diese speichert. In einem nachfolgenden
Desorptionsvorgang wird die Kühlraumluft befeuchtet. Hierzu
durchströmt die Kühlraumluft unter Wärmebeaufschlagung
das Sorptionsmittel. Mit der erwärmten Kühlraumluft
wird die im Sorptionsmittel gespeicherte Wassermenge als Wasserdampf
freigesetzt und in den Kühlraum geführt. Für
die Wärmebeaufschlagung ist dem Sorptionsmittel ein Heizelement
vorgeschaltet, das den Kühlraumluftstrom während
des Desorptionsvorgangs energieaufwendig erwärmt.
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Kühlgerät
bzw. ein Verfahren zur Kühlraum-Befeuchtung eines Kühlgerätes
bereitzustellen, bei dem die Kühlraum-Befeuchtung mit reduziertem
Energieaufwand erfolgt.
-
Die
Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 oder des Patentanspruches
17 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in
den Unteransprüchen offenbart.
-
Gemäß dem
kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ist das Sorptionsmittel
außerhalb des Kühlraumes des Kühlgerätes
angeordnet. Auf diese Weise ist erreicht, dass keine Wärmequelle zum
Erwärmen des Sorptionsmittels innerhalb des Kühlraumes
vorzusehen ist. Entsprechend kann erfindungsgemäß die
zur Kühlung des Kühlraumes erforderliche Kühlleistung
reduziert werden. Außerdem wird im Vergleich zum Stand
der Technik bei einer externen Anordnung des Sorptionsmittels entsprechend
der Kühlraum vergrößert.
-
Das
Sorptionsmittel der Befeuchtungseinrichtung kann in einem separaten
Befeuchtungskreislauf integriert sein, der zumindest über
einen Lufteinlass und einen Luftauslass mit dem Kühlraum des
Kühlgerätes strömungstechnisch verbunden
ist. Für einen Adsorptionsvorgang, das heißt zur
Speicherung von Feuchtigkeit im Sorptionsmittel, kann dem Befeuchtungskreislauf
die mit Feuchtigkeit beladene Außenluft zugeführt
werden.
-
Für
eine gerätetechnisch einfache Ausführung kann
der Befeuchtungskreislauf nach außen zur Umgebung geschlossen
sein. Das heißt, dass im Gegensatz zum Stand der Technik
der Kühlraum sowie das Sorptionsmittel in einem geschlossenen
Kreislauf angeordnet sind, ohne dass eine unmittelbare Zuführung
der mit Feuchtigkeit beladenen Luft aus der Umgebung ermöglicht
ist.
-
In
diesem Fall kann die mit Feuchtigkeit beladene Umgebungsluft nicht
unmittelbar dem Befeuchtungskreislauf zugeführt werden,
sondern gemäß einem Aspekt der Erfindung bei geöffneter
Kühlgerätetür über den Kühlraum
sowie den Lufteinlass der Befeuchtungseinrichtung.
-
Alternativ
zu dem oben erwähnten geschlossenen Befeuchtungskreislauf
kann dieser zusätzliche Ein- und/oder Auslässe
aufweisen, über die der Befeuchtungskreislauf unmittelbar
mit der Umgebung verbindbar ist. Auf diese Weise kann die mit Feuchtigkeit
beladene Umgebungsluft dem Befeuchtungskreislauf unmittelbar zugeführt
werden, ohne die Kühlgerätetür öffnen
zu müssen.
-
Zur
Beschleunigung des Adsorptionsvorganges bzw. Desorptionsvorganges
des Sorptionsmittels kann ein Fördergebläse im
Befeuchtungskreislauf vorgesehen werden, wodurch die durch das Sorptionsmittel
geführte Luftströmung beschleunigt wird. Das Fördergebläse
kann gezielt durch eine Steuereinrichtung aktiviert oder deaktiviert
werden, und zwar in Abhängigkeit davon, ob ein Adsorptionsvorgang
bzw. Desorptionsvorgang erfolgen soll. Zusätzlich können
in dem Befeuchtungskreislauf weitere Strömungselemente,
etwa Drehklappen oder dergleichen, angeordnet werden, die Strömungswege
im Befeuchtungskreislauf öffnen bzw. sperren.
-
In
einer Ausführungsform kann das Sorptionsmittel mit einem,
im Kältemittelkreislauf geschalteten Verdichter thermisch
gekoppelt sein. Auf diese Weise kann die im Verdichter-Betrieb erzeugte
Abwärme zur Wärmebeaufschlagung des Sorptionsmittels
verwendet werden. Der Verdichter ist Teil eines an sich bekannten
Kältemittel-Kreislaufes, in dem auch der den Kühlraum
kühlende Verdampfer geschaltet ist.
-
Zwischen
dem Verdichter des Kältemittelkreislaufes und dem Sorptionselement
der Befeuchtungseinrichtung kann ein Wärmeübertragungskreislauf
geschaltet sein, mit dem die Verdichter-Abwärme zum Sorptionsmittel übertragen
wird. Der Wärmeübertragungskreislauf kann bevorzugt
geschlossen sein. Als Wärmemittel eignet sich beispielsweise Wasser.
Im Wärmeübertragungskreislauf kann ein Wärmetauscher
vorgesehen, mit dem die Abwärme unmittelbar in das Sorptionsmittel übertragen
werden kann. Durch Zwischenschaltung des Wärmeübertragungskreislaufes
kann der Verdichter örtlich unabhängig von dem
Sorptionsmittel angeordnet werden.
-
Das
Sorptionsmittel kann beispielhaft als eine Sorptionskolonne mit
darin angeordnetem reversibel dehydrierbaren Material vorgesehen
sein. Die Sorptionskolonne kann einerseits von einem Kühlraumluftstrom
durchströmbar sein. Andererseits kann in der Sorptionskolonne
der oben genannte Wärmetauscher des Wärmeübertragungskreislaufes angeordnet
sein.
-
Alternativ
dazu kann der Verdichter unmittelbar in Wärmekontakt mit
dem Sorptionsmittel gebracht sein. Auf diese Weise kann der Verdichter ohne
Wärmeverluste die Abwärme auf das Sorptionsmittel übertragen.
-
Wie
oben bereits erwähnt, kann ein gegenüber der Umgebung
geschlossener Befeuchtungskreislauf vorgesehen sein. In diesem Fall
kann die Steuereinrichtung nach Erfassen der Kältegerätetür-Betätigung
den Adsorptionsvorgang starten, bei dem das Sorptionsmittel die
in den Kühlraum einströmende, mit Feuchtigkeit
beladene Umgebungsluft aufnimmt. Für eine effektive Adsorption
kann bei Erfassung der Türbetätigung das Fördergebläse
eingeschaltet werden, wodurch die in den Kühlraum einströmende
Umgebungsluft in den Befeuchtungskreislauf gesaugt wird. Gleichzeitig
kann die Steuereinrichtung während des Adsorptionsvorganges
den Verdichter ausschalten. Auf diese Weise kondensiert die in den
Kühlraum eingeströmte, mit Feuchtigkeit beladene
Umgebungsluft nicht am Verdampfer, sondern kann diese mit hoher
Feuchtigkeit zum Sorptionsmittel geführt werden. Der Steuereinrichtung kann
hierzu signaltechnisch einfach ein Türöffnungssensor
zugeordnet werden, der ein Öffnen bzw. Schließen
der Gerätetür erfasst und entsprechend ein Türbetätigungssignal
an die Steuereinrichtung leitet.
-
Das
Fördergebläse kann nach erfolgter Türbetätigung über
ein vorgegebenes Zeitintervall, etwa 1 min., nachlaufen. In diesem
Zeitintervall kann bevorzugt die Steuereinrichtung den Verdichter
des Kältemittelkreislaufes außer Betrieb setzen.
Auf diese Weise ist erreicht, dass einerseits keine Wärmebeaufschlagung
des Sorptionsmittels durch Verdichter-Abwärme erfolgt,
wodurch der Adsorptionsvorgang nicht beeinträchtigt wird.
Andererseits ist bei ausgeschaltetem Verdichter die Verdampfertemperatur
entsprechend erhöht, so dass an der vom Verdampfer bereitgestellten
Kondensationsfläche weniger Luftfeuchtigkeit auskondensiert.
-
Nach
dem oben genannten Adsorptions-Zeitintervall erfolgt der Desorptionsvorgang,
der erfindungsgemäß mit den Laufzeiten des Verdichters
gekoppelt ist. Das heißt, dass die während einer
Laufzeit des Verdichters erzeugte Abwärme das Sorptionsmittel
beaufschlagt. Das erwärmte Sorptionsmittel setzt wiederum
Feuchtigkeit frei, die bei aktiviertem Lüftergebläse
in den Kühlraum einführbar ist. Der Desorptionsvorgang
ist daher in voneinander getrennte Desorptionszeitintervalle aufgeteilt,
die im Wesentlichen den Laufzeitintervallen des Verdichters entsprechen.
-
Für
eine effektive Einleitung der vom Sorptionsmittel freigesetzten
Feuchtigkeit ist eine zeitliche Abstimmung der Laufzeiten des Verdichters
und des Lüftergebläses von Bedeutung. Als vorteilhaft
hat es sich erwiesen, das Lüftergebläse zum Laufzeitende des Verdichters
und/oder während der Standzeit des Verdichters zu aktivieren.
Auf diese Weise ist gewährleistet, dass beim Einströmen
feuchter Luft in den Kühlraum zumindest teilweise der Kältemittelkreislauf
ausgeschaltet ist. Dadurch ist vermieden, dass in den Kühlraum
einströmende feuchte Luft sich unmittelbar an der Verdampferoberfläche
niederschlägt.
-
Nachfolgend
sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der
beigefügten Figuren beschrieben.
-
Es
zeigen:
-
1 in
einer perspektivischen Prinzipdarstellung ein Kältegerät
gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
-
2 ein
Betriebs-Zeit-Diagramm, das die Laufzeiten des Fördergebläses
bzw. des Verdichters des Kühlgerätes zeigt; und
-
3 in
einer der 2 entsprechenden Ansicht ein
Kühlgerät gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel.
-
In
der 1 ist ein Kühlgerät mit einem
Kühlraum 1 gezeigt. Der Kühlraum 1 ist
frontseitig mit einer Gerätetür 3 verschlossen.
An der Rückwand 5 des Kühlraumes 1 ist
ein Verdampfer 7 eines Kältemittelkreislaufes
vorgesehen. Bodenseitig weist der Kühlraum 1 ein über
Trennwände 9 separiertes Kühlfach 11 auf.
In dem Kältemittelkreislauf des Kühlgerätes
ist in bekannter Weise neben dem Verdampfer 7 ein Verdichter 13 geschaltet,
der das Kältemittel über ein Expansionsventil 15 in
den Verdampfer 7 führt.
-
Dem
in der 1 gezeigten Kühlgerät ist außerdem
eine Befeuchtungseinrichtung 17 zugeordnet, mit der dem
Kühlfach 11 gezielt und aktiv Luftfeuchtigkeit
zugeführt werden kann. Hierzu ist der Kühlraum 1 über
einen Lufteinlass 19 an einem Einlasskanal 21 der
Befeuchtungseinrichtung 17 angeschlossen. Der Einlasskanal 21 mündet
in einer Sorptionskolonne 23, die ein reversibel deydrierbares
Material enthält, das bei niedrigen Temperaturen Feuchtigkeit
aus der Luft aufnehmen kann und bei höheren Temperaturen
diese Feuchtigkeit wieder freisetzen kann. Die Sorptionskolonne 23 ist
an ihrer Aus lassseite mit einem Fördergebläse 25 gekoppelt, das über
einen Auslasskanal 27 mit einem, in das Kühlfach 11 mündenden
Luftauslass 29 verbunden ist.
-
Wie
aus der 1 weiter hervorgeht, ist der Verdampfer 13 des
Kältemittelkreislaufes über einen Wärmeübertragungskreislauf
W thermisch mit dem in der Sorptionskolonne 23 erhaltenen
Material gekoppelt. Auf diese Weise wird die während eines
Verdichter-Betriebes erzeugte Abwärme in die Sorptionskolonne 23 geführt,
wodurch das darin vorgesehene reversibel deydrierbare Material die
gespeicherte Feuchtigkeit freisetzt.
-
Die
Befeuchtung der Kühlraumluft wird im Ausführungsbeispiel
gemäß der 1 mittels
einer Steuereinrichtung 31 gesteuert. Die Steuereinrichtung
ist gemäß der 1 über
gestrichelt dargestellte Signalleitungen 33 in Signalverbindung
mit einem Türbetätigungssensor 35, der
eine Betätigung der Gerätetür 3 erfasst
und ein entsprechendes Türbetätigungssignal TS an die Steuereinrichtung 31 leitet.
-
Bei
Erfassen des Türbetätigungssignales TS startet
die Steuereinrichtung 31 einen Adsorptionsvorgang ΔtA, wie er in dem Diagramm der 2 gezeigt
ist. Während des Adsorptionsvorganges ΔtA aktiviert die Steuereinrichtung 31 das
Lüftergebläse 25. Dadurch wird die bei
geöffneter Gerätetür 3 in den Kühlraum 1 einströmende,
mit Feuchtigkeit beladene Umgebungsluft über den Lufteinlass 19,
sowie den Einlasskanal 21 durch die Sorptionskolonne 23 geführt.
Gleichzeitig hält die Steuereinrichtung 31 den Verdichter 13 des
Kältemittelkreislaufes während des gesamten Adsorptionsvorganges ΔtA außer Betrieb. Die Sorptionskolonne 23 wird
daher für eine effektive Adsorption bei niedrigen Temperaturen
nicht mittels Verdichter-Abwärme erwärmt.
-
Wie
aus der 2 hervorgeht, erstreckt sich der
Adsorptionsvorgang ΔtA zwischen
den Zeitpunkten t0, zu dem das Türbetätigungssignal
TS erfasst ist, und dem Zeitpunkt t1. Nach dem Ende des Adsorptionsvorganges ΔtA wird der Verdichter 13 wieder
in üblicher Weise angesteuert, um den Kühlraum 1 auf vorgegebener
Kühlraum-Temperatur zu halten. Der Adsorptionsvorgang ΔtA kann nach dem Schließen der Gerätetür 3 etwa
1 min. andauern. Die Sorptionskolonne 23 kann während
dieses Zeitintervalles die in der Kühlraumluft enthaltene
Feuchtigkeit aufnehmen und diese speichern.
-
Nach
erfolgtem Adsorptionsvorgang ΔtA startet
der Desorptionsvorgang ΔtD der
Befeuchtungseinrichtung 17. Der Desorptionsvorgang ΔtD ist erfindungsgemäß gekoppelt
mit den Laufzeiten den Verdichters 13. Bei aktiviertem
Verdichter 13 wird nämlich über den Wärmeübertragungskreislauf
W Verdichter-Abwärme in die Sorptionskolonne 23 geführt, wodurch
die Temperatur des reversibel dehydrierbaren Materials ansteigt.
Durch die Wärmebeaufschlagung der Sorptionskolonne 23 wird
die darin gespeicherte Feuchtigkeit freigesetzt. Wie aus der 2 hervorgeht,
ist der Desorptionsvorgang ΔtD in
voneinander zeitlich getrennte Desorptionsintervalle ΔtD1, ΔtD2, ΔtD3 aufgeteilt, die den Laufzeitintervallen
des Verdichters 13 entsprechen.
-
Die
freigesetzte Feuchtigkeit kann durch erneutes Einschalten des Lüftergebläses 25 über
den Auslasskanal 27 in das Kühlfach 11 eingeführt
werden. Die Laufzeiten des Lüftergebläses 25 können während
der Desorptionsphase ΔtD derart
gesteuert sein, dass das Lüftergebläse 25 insbesondere
zum Laufzeitende des Verdichters 13 und/oder unmittelbar
anschließend an die Laufzeit, d. h. bereits während
der Standzeit des Verdichters, aktiviert wird. Auf diese Weise ist
gewährleistet, dass beim Einströmen feuchter Luft
in das Kühlfach 11 zumindest teilweise der Kältemittelkreislauf
außer Betrieb gesetzt ist, wodurch ein unmittelbares Auskondensieren
der zugeführten feuchten Luft an der Verdampferoberfläche vermieden
werden kann.
-
In
der 3 ist ein Kältegerät gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel gezeigt. Das Kältegerät gemäß der 3 entspricht
in Aufbau und Funktionsweise größtenteils dem
in der 1 gezeigten Kältegerät. Insofern
wird auf dessen Beschreibung verwiesen.
-
Im
Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist der Befeuchtungskreislauf
B der Befeuchtungseinrichtung 17 nach außen hin
nicht geschlossen, sondern weist dieser zusätzliche Ein-
und Auslässe 37, 38 auf, über
die der Befeuchtungskreislauf B strömungstechnisch ohne
Zwischenschaltung des Kühlraumes 1 unmittelbar
mit der Umgebung verbindbar ist. Der zusätzliche Einlass 37 ist
durch entsprechende Schaltung einer im Befeuchtungskreislauf B vorgesehenen
Strömungsklappe 39 mit der Sorptionskolonne 23 strömungstechnisch
verbindbar. Je nach Stellung der Strömungsklappe 39 kann daher
die Sorptionskolonne 23 eingangsseitig mit dem Kühlraum 1 oder
unmittelbar mit der Umgebung verbunden werden. Analog ist dem Lüftergebläse 25 ebenfalls
eine Strömungsklappe 41 nachgeschaltet, die je
nach Schaltstellung das Lüftergebläse 25 ausgangsseitig
mit der Umgebung bzw. mit dem Kühlraum 1 strömungstechnisch
verbindet.
-
Die
beiden Strömungsklappen 39, 41 sind von
der Steuereinrichtung 31 betätigbar. Auf diese Weise
kann der Adsorptionsvorgang ΔtA unabhängig von
einer Türöffnung erfolgen. Zur Durchführung
des Adsorptionsvorganges ΔtA werden
die Strömungsklappen 39, 41 von der Steuereinrichtung 31 in
die, in der 3 gezeigte Schaltstellung verbracht
und das Lüftergebläse 25 aktiviert. Gleichzeitig
wird der Verdichter 13 deaktiviert. Somit wird die mit
Feuchtigkeit beladene Außenluft über den zusätzlichen
Lufteinlass 37 durch die Sorptionskolonne 23 geführt,
in der das reversibel dehydrierbare Material die Feuchtigkeit der
Luft aufnimmt, so dass vergleichsweise trockene Luft über
den zusätzlichen Luftauslass 38 wieder in die
Umgebung rückgeführt wird. Der Desorptionsvorgang ΔtD, kann, wie bereits anhand der 1 und 2 beschrieben
ist, erfolgen.
-
- 1
- Kühlraum
- 3
- Gerätetür
- 5
- Rückwand
- 7
- Verdampfer
- 9
- Trennwände
- 11
- Kühlfach
- 13
- Verdichter
- 15
- Expansionselement
- 17
- Befeuchtungseinrichtung
- 19
- Lufteinlass
- 21
- Lufteinlasskanal
- 23
- Sorptionsmittel
- 25
- Lüftergebläse
- 27
- Auslasskanal
- 29
- Luftauslass
- 31
- Steuereinrichtung
- 33
- Signalleitungen
- 35
- Türbetätigungssensor
- 37,
38
- zusätzliche
Lufteinlass-Luftauslassöffnungen
- 39,
41
- Strömungsklappen
- TS
- Türbetätigungssignal
- ΔtA
- Adsorptionsvorgang
- ΔtD
- Desorptionsvorgang
- ΔtD1, ΔtD2, ΔtD3
- Desorptionsintervalle
- B
- Befeuchtungskreislauf
- W
- Wärmeübertragungskreislauf
-
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
-