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Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Kälteerzeugung.
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Zur Kälteerzeugung werden üblicherweise Kältemaschinen eingesetzt, welche auf der Basis von Kältemitteln arbeiten. Die häufigste Bauform einer Kältemaschine ist die Kompressionskältemaschine, bei der zur Kälteerzeugung ein Wechsel des Aggregatszustandes des Kältemittels von flüssig zu gasförmig genutzt wird. Das Kältemittel wird in einem Kältemittelkreislauf bewegt und durch einen Kompressor komprimiert, d. h. verdichtet. Das verdichtete Kältemittel wird einem Wärmetauscher, insbesondere einem Verflüssiger, zugeführt und verflüssigt dort unter Wärmeabgabe. Das verflüssigte Kältemittel wird zur Druckänderung unter Verwendung einer Drossel, beispielsweise eines Expansionsventils, entspannt und einem weiteren Wärmetauscher, insbesondere einem Verdampfer, zugeführt. Im Verdampfer verdampft das Kältemittel unter Wärmeaufnahme bei einer niedrigen Temperatur und wird daraufhin dem Kompressor zugeführt.
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Die Aufrechterhaltung der Kühlleistung ist jedoch insbesondere bei einem Stromausfall nicht möglich, weil dann der Kältemittelkreislauf unterbrochen ist.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein effizientes Konzept zur Kältespeicherung und Kältefreigabe in einem Kältegerät der vorgenannten Art insbesondere bei einem Stromausfall zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die obige Aufgabe durch eine Vorratsspeicherung von gekühltem Kältemittel in einem Kältespeicher gelöst werden kann. Das gekühlte Kältemittel kann beispielsweise bei Stromausfall einem Kältemittelkreislauf eines Kältegerätes, beispielsweise eines Haushaltskältegerätes, zugeführt werden, so dass zumindest temporär einem starken Temperaturanstieg im Inneren des Kältegerätes vorgebeugt werden kann.
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Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Kältegerät, insbesondere ein Haushaltskältegerät, mit einem Kältemittelkreislauf zum Umwälzen von Kältemittel gekennzeichnet durch einen Kältespeicher zum Speichern von gekühltem Kältemittel, und eine Ventilanordnung zum Zuführen des gekühlten Kältemittels zu dem Kältemittelkreislauf in Abhängigkeit von einem Energiekriterium. Das Kältegerät kann beispielsweise ein Haushaltskältegerät sein. Das gekühlte Kältemittel kann beispielsweise dem Kältemittelkreislauf entnommen und diesem bei Bedarf durch die Ventilanordnung wieder zugeführt werden. Die Ventilanordnung kann beispielsweise ein elektrisches Ventil mit einer Rücksetzfeder umfassen, welche bei Stromausfall dieses öffnet oder schließt, um das gekühlte Kältemittel dem Kältemittelkreislauf zuzuführen. Die Zuführung von gekühltem Kältemittel kann jedoch auch dann erfolgen, wenn kein Stromausfall vorliegt. In diesem Fall kann die Entscheidung über die Zufuhr des gekühlten Kältemittels zu dem Kältemittelkreislauf beispielsweise zeitabhängig erfolgen, so dass das gekühlte Kältemittel dem Kältemittelkreislauf regelmäßig zu einer vorbestimmten Zeit zugeführt wird. Auf diese Weise kann die Leistungsaufnahme des Kältegerätes beispielsweise zu hochpreisigen Stromabnahmezeiten bei Beibehaltung der Kühlleistung reduziert werden.
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Unter Kältegerät wird insbesondere ein Haushaltskältegerät verstanden, also ein Kältegerät, das zur Haushaltsführung in Haushalten oder im Gastronomiebereich eingesetzt wird, und insbesondere dazu dient Lebensmittel und/oder Getränke bei bestimmten Temperaturen zu lagern, wie beispielsweise ein Kühlschrank, ein Gefrierschrank, eine Kühlgefrierkombination, eine Gefriertruhe oder ein Weinkühlschrank.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Energiekriterium zumindest eines der folgenden Kriterien auf: einen Ausfall der das Kältegerät versorgenden Versorgungsspannung, eine Reduktion der Leistungsaufnahme durch das Kältegerät, eine Abschaltung des Kältegerätes, eine Reduktion der Kühlleistung des Kältegerätes, oder ein Erreichen einer maximalen Kühlleistung des Kältegerätes.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Ventilanordnung ausgebildet, das gekühlte Kältemittel dem Kältemittelkreislauf bei Vorliegen des Energiekriteriums zuzuführen.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Kältemittelkreislauf einen Verdampfer, wobei die Ventilanordnung strömungstechnisch dem Verdampfer nachgeschaltet oder vorgeschaltet ist. Ist die Ventilanordnung strömungstechnisch dem Verdampfer nachgeschaltet, so kann das gekühlte Kältemittel dem vom Verdampfer stammenden Kältemittel beigefügt werden, wodurch die Temperatur des sich im Kreislauf befindenden Kältemittels insgesamt sinkt. Ist die Ventilanordnung strömungstechnisch dem Verdampfer vorgeschaltet, so kann das Kältemittel beispielsweise dem von einem Verflüssiger oder von einem Kompressor abgegebenen Kältemittel beigemischt werden, wodurch die Temperatur des sich im Kältemittelkreislauf befindenden Kältemittels sinkt.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Kältemittelkreislauf einen Kompressor, wobei die Ventilanordnung dem Kompressor strömungstechnisch nachgeschaltet oder vorgeschaltet ist. Ist die Ventilanordnung dem Kompressor strömungstechnisch nachgeschaltet, so kann das gekühlte Mittel dem komprimierten Kältemittel beigefügt werden, wodurch die Kältemitteltemperatur insgesamt sinkt. Ist die Ventilanordnung dem Kompressor hingegen vorgeschaltet, so führt die Beimengung des gekühlten Kältemittels zu dem Kompressor zuzuführenden Kältemittel ebenfalls zu einer Senkung der Kältemitteltemperatur.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Kältemittelkreislauf einen Verdampfer und einen Kompressor, wobei die Ventilanordnung ein zwischen dem Verdampfer und dem Kompressor angeordnetes Steuerungsventil zum Steuern einer Zufhr von Kältemittel zu dem Kältespeicher aufweist, und wobei ein Kältemitteleingang des Kältespeichers strömungstechnisch zwischen einen Kältemitteleingang des Steuerungsventils und einen Kältemittelausgang des Verdampfers geschaltet ist. Durch das Steuerungsventil kann die Zufuhr von gekühltem Kältemittel zu dem Kältemittelspeicher reguliert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist ein Kältemittelausgang des Kältespeichers strömungstechnisch zwischen einen Kältemittelausgang des Ventils und einen Kältemitteleingang des Kompressors geschaltet. Der Kältemittelausgang des Kältespeichers kann ferner über ein weiteres Ventil mit dem Kältemitteleingang des Kompressors verbunden werden. Dadurch kann die Abgabe von gekühltem Kältemittel durch den Kältespeicher reguliert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist ein Kältemittelzuflussventil einem Kältemitteleingang des Kältespeichers strömungstechnisch vorgeschaltet. Alternativ oder zusätzlich ist ein Kältemittelabflussventil einem Kältemittelausgang des Kältespeichers strömungstechnisch nachgeschaltet. Das Kältemittelzuflussventil und das Kältemittelabflussventil ermöglichen eine Regulierung eines Kältemittelzuflusses zu dem Kältespeicher zwecks Bevorratung und der Kältemittelabgabe durch den Kältespeicher an den Kältemittelkreislauf.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Kältemittelkreislauf einen Kompressor mit einem Kältemittelausgang, wobei der Kältemittelausgang mit einem Kältemitteleingang des Kältespeichers verbunden ist. Somit kann der Kompressor den Kältespeicher unmittelbar mit zu bevorratendem Kältemittel versorgen.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Kältemittelkreislauf einen Verdampfer, wobei ein Kältemittelausgang des Kältespeichers mit einem Kältemitteleingang des Verdampfers über ein Kältemittelabflussventil strömungstechnisch verbunden sind. Auf diese Weise kann dem Verdampfer unmittelbar gekühltes Kältemittel zugeführt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist eine den Kältespeicher umgehende Kältemittel-Bypassleitung vorgesehen. Die Kältemittel-Bypassleitung ist dann vorteilhaft, falls der Kältespeicher strömungstechnisch seriell in den Kältemittelkreislauf integriert ist. In diesem Falle ermöglicht die Kältemittel-Bypassleitung eine zumindest teilweise Umgehung des Kältespeichers.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Kältespeicher eine Sorptionskältemaschine, insbesondere eine Adsorptionskältemaschine oder eine Absorptionskältemaschine.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Kältegerätes mit einem Kältemittelkreislauf. Das verfahren umfasst das Speichern von gekühltem Kältemittel, und das Zuführen des gekühlten Kältemittels zu dem Kältemittelkreislauf in Abhängigkeit von einem Energiekriterium.
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Weitere Verfahrensmerkmale ergeben sich unmittelbar aus der Funktionalität des erfindungsgemäßen Kältegerätes.
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Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein prinzipielles Schaubild eines Kältegerätes mit einem Kältemittelkreislauf; und
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2 ein prinzipielles Schaubild eines Kältegerätes mit einem Kältemittelkreislauf.
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1 zeigt ein prinzipielles Schaubild eines Kältegerätes, in dessen Innerem 101 ein Kältemittelkreislauf mit einem Verdampfer 103 und mit einem Kompressor 105 angeordnet ist. Das Kältegerät umfasst ferner einen Kältespeicher 107 sowie eine Ventilanordnung 109. Die Ventilanordnung 109 umfasst ein Steuerungsventil 111, das einen Kältemittelausgang 113 des Verdampfers 103 mit einem Kältemitteleingang 115 des Kompressors 105 verbindet. Die Ventilanordnung 109 umfasst ferner ein Kältemittelzuflussventil 117, das strömungstechnisch den Kältemittelausgang 113 des Verdampfers 103 mit einem Kältemitteleingang 119 des Kältespeichers 107 verbindet. Die Ventilanordnung 109 umfasst ferner ein Kältemittelabflussventil 121, das einen Kältemittelausgang 123 des Kältespeichers 107 mit dem Kältemitteleingang 115 des Kompressors und mit einem Kältemittelausgang 125 des Steuerventils 111 verbindet.
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Das durch den Verdampfer 103 abgegebene Kältemittel wird in dem Kältespeicher 107 gespeichert, wobei der Kältespeicher 107 gemäß einer Ausführungsform auch die Funktion eines weiteren Verdampfers übernehmen kann. Die Steuerung der Kältemittelspeicherung kann mithilfe der Ventile 111, 117 und 121 der Ventilanordnung 107 erfolgen, so dass das gekühlte Kältemittel von dem Speicher 107 an den Kältemittelkreislauf bei Bedarf abgegeben werden kann.
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Im Nennbetrieb des Kältegerätes ist das Steuerungsventil 111 geöffnet, während die Ventile 117 und 121 geschlossen sind. Auf diese Weise wird der Kältemittelfluss gewährleistet. Zur Kältespeicherung kann das Steuerungsventil 111 geschlossen oder teilweise geschlossen werden, während das Kältemittelzuflussventil 117 geöffnet oder teilweise geöffnet wird. Das Kältemittelabflussventil 121 bleibt währenddessen geschlossen. Bei einem Stromausfall werden die Ventile 111, 117 und 121 zunächst geschlossen. Zur Kältemittelabgabe kann das Kältemittelabflussventil 121 und/oder das Kältemittelzuflussventil 117 geöffnet oder teilweise geöffnet werden.
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2 zeigt ein weiteres Schaubild eines Kältegerätes, bei dem im Unterschied zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Ventilanordnung 201, welche beispielsweise ein Steuerungsventil 201 umfasst, zwischen dem Kältemittelausgang 123 des Kältespeichers 107 und einen Kältemitteleingang 203 des Verdampfers 103 strömungstechnisch geschaltet ist. Optional kann eine Bypassleitung 205 vorgesehen sein, welche das gekühlte Kältemittel von dem Kältemittelspeicher 107 oder unmittelbar an dessen Kältemitteleingang 119 abzweigt und dem Kältemitteleingang 203 des Verdampfers 103 zuführt. Ein Kältemittelausgang 207 der Bypassleitung 205 kann somit zwischen einen Kältemittelausgang 209 der Kältemittelanordnung 201 und den Kältemitteleingang 203 des Verdampfers 103 geschaltet sein.
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Wie vorstehend ausgeführt, kann die Ventilanordnung 201 aus einem einzelnen Steuerungsventil bestehen, das bei Nennbetrieb beispielsweise geschlossen ist. In diesem Fall übernimmt die Bypassleitung 205 die Umgehung des geschlossenen Ventils 201 für die Kältemlttelumwälzung. Zur Kältespeicherung sowie bei Stromausfall kann das Steuerungsventil 201 geöffnet werden. Auf diese Weise können die Kälteverluste des Speichers 107 an das Innere 211 des Kältegerätes abgegeben werden.
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Bezugszeichenliste
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- 101
- Kältegerät-Inneres
- 103
- Verdampfer
- 105
- Kompressor
- 107
- Kältespeicher
- 109
- Ventilanordnung
- 111
- Steuerungsventil
- 113
- Kältemittelausgang
- 115
- Kältemitteleingang
- 117
- Kältemittelzuflussventil
- 119
- Kältemitteleingang
- 121
- Kältemittelabflussventil
- 123
- Kältemittelausgang
- 125
- Kältemittelausgang
- 201
- Ventilanordnung
- 203
- Kältemitteleingang
- 205
- Bypassleitung
- 207
- Kältemittelausgang
- 209
- Kältemittelausgang
- 211
- Kältegerät-Inneres
