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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältegerät, insbesondere Haushaltskältegerät, mit einer Lagerkammer zum Aufnehmen von Kühlgut und mit einem Kältemittelkreislauf zum Kühlen der Lagerkammer.
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In Kältegeräten werden für unterschiedliche Aufgaben Lüfter eingesetzt. Beispielsweise werden diese zur Erzeugung eines gerichteten Volumenstroms zur An- oder Umströmung eines Verdampfers oder Verflüssigers des Kältekreislaufs des Kältegerätes eingesetzt. Ein weiterer Einsatzbereich ist die Erzeugung einer Luftzirkulation innerhalb eines mehr oder weniger geschlossenen Fachs der gekühlten Lagerkammer des Kältegerätes, um Kondenswasser zu vermeiden oder mit der Umluft abzuführen. Mittels einer Luftzirkulation kann auch eine gleichmäßigere Temperaturverteilung in der Lagerkammer des Kältegerätes realisiert werden, indem eine Luftschichtung von Luft unterschiedlicher Temperaturen vermieden wird.
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Als Lüfter kommen im Stand der Technik Flügelradlüfter mit rotierenden Flügelrädern zum Einsatz, die in der Lagerkammer, an der die Lagerkammer begrenzenden Wand oder an Luftkanälen vorgesehen werden. Diese auf Flügelrädern basierenden Lüfter benötigen eine gewisse Einbautiefe und auch einen durch den Durchmesser des Flügelrades nicht geringen Bauraum. Ferner sind sie teuer, verursachen Geräusche und haben auf Grund der Lagerung des Flügelrades nur eine begrenzte Lebensdauer. Aus Kosten- und bauraumtechnischen Gründen werden oft wenige bzw. nur ein Lüfter im Kältegerät vorgesehen. Dadurch ist die Luftzirkulation in der Lagerkammer nicht homogen und es gibt Bereiche gering bewegter bzw. stehender Luft.
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Zur Verbesserung der Luftzirkulation werden im Stand der Technik auch mehrere Lufteinlässe vorgesehen. Hierbei ist es dann jedoch erforderlich, die Lufteinlässe über Kanäle mit dem Lüfter zu verbinden, was Kosten verursacht und Bauraum beansprucht, der dann für die Lagerkammer nicht zur Verfügung steht.
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Aus der
US 5,220,806 A ist ein Kältegerät bekannt, bei dem ein piezoelektrischer Lüfter eingesetzt wird, um Luft in einem Verbindungskanal zwischen einem Gefrierfach und einem Kühlfach zu fördern.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Kältegerät, insbesondere Haushaltskältegerät, zu schaffen, bei dem insbesondere die Belüftung verbessert ist.
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Die Aufgabe wird durch ein Kältegerät und ein Verfahren zum Betrieb des Kältegerätes mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Demgemäß weist ein erfindungsgemäßes Kältegerät eine Lagerkammer zum Aufnehmen von Kühlgut, einen Kältemittelkreislauf zum Kühlen der Lagerkammer und mindestens einen piezoelektrischer Lüfter zur Erzeugung einer Luftströmung am Kältegerät auf.
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Der piezoelektrische Lüfter ist beispielweise eingerichtet Luft entlang einer flächigen Wand zu fördern. Im Unterschied zum Stand der Technik, der piezoelektrischer Lüfter wie konventionelle Flügelradlüfter zum Fördern von Luft in Kanälen einsetzt, wird bei der vorliegenden Erfindung der piezoelektrische Lüfter zum Bewegen von Luft entlang von Flächen verwendet. Dadurch kann eine verbesserte Temperaturverteilung beispielsweise in der Lagerkammer des Kältegerätes und ein Abtransport von Feuchtigkeit, die sich beispielsweise als Kondenswasser an Oberflächen abgesetzt hat, erzielt werden. Piezoelektrische Lüfter lassen sich dabei mit sehr geringem Bauraum auf Oberflächen anbringen. Hierzu werden beispielsweise flächige piezoelektrische Lüfter eingesetzt, die unter 2 mm dick sind. Dadurch können solche Lüfter im Kältegerät auch dort verteilt werden, wo der Einbauraum für Flügelradlüfter unzureichend ist. Eine verbesserte Luftzirkulation im Kältegerät kann somit erreicht werden. Ferner können auch Wände gut angeströmt werden, die im Bereich des Lüfters öffnungsfrei sind, d.h. ohne einen einmündenden Luftkanal vorgesehen sind, wie dieser bei Flügelradlüftern verbreitet ist.
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Der Kältemittelkreislauf umfasst beispielsweise einen Verdichter zum Verdichten von Kältemitteldampf, einen dem Verdichter nachgeschalteten Verflüssiger zum Kondensieren des Kältemitteldampfes und einen dem Verflüssiger nachgeschalteten und dem Verdichter vorgeschalteten Verdampfer zum Verdampfen des verflüssigten Kältemittels. Verdichter und Verdampfer sind dann bevorzugt jeweils mit einem Wärmetauscher zur Wärmeübertragung zwischen zugeführter Luft und dem Fluid versehen.
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Das Kältegerät kann eine Verdunstungsschale zum Sammeln von an der Lagerkammer auftretendem Kondenswasser aufweisen. Das beim Betrieb anfallende Tauwasser kann über Leitungen oder Kanäle durch Fließen unter Gravitationseinwirkung nach in die, beispielsweise unterhalb von Austrittsdurchführungen der Lagerkammer angebrachte, Verdunstungsschale geleitet werden. Die Verdunstungsschale ist üblicherweise in einem Bereich des Maschinenraums, vorzugsweise oberhalb des Verdichters, angeordnet. Darin aufgefangenes Tauwasser verdunstet aufgrund der Erwärmung der Verdunstungsschale, insbesondere durch die Übertragung von Wärme vom Verdichter zum Auffangbehälter, und wird so an die Umgebungsluft abgegeben. Dadurch kann eine bestimmte Menge an Kondenswasser abgeführt werden, ohne dass die Verdunstungsschale geleert werden muss oder überläuft. Neben dem Einsatz des piezoelektrische Lüfters an der Lagerkammer für Kühlgut ist auch der Einsatz zum Belüften der Verdunstungsschale vorteilhaft, um durch den verstärkten Luftstrom am gesammelten Kondenswasser eine verstärkte Verdunstung von Kondenswasser zu ermöglichen und ein Überlaufen der Verdunstungsschale bei erhöhtem Kondenswasseraufkommen zu vermeiden.
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Unter einem Kältegerät wird insbesondere ein Haushaltskältegerät verstanden, also ein Kältegerät das zur Haushaltsführung in Haushalten oder eventuell auch im Gastronomiebereich eingesetzt wird, und insbesondere dazu dient Lebensmittel und/oder Getränke in haushaltsüblichen Mengen bei bestimmten Temperaturen zu lagern, wie beispielsweise ein Kühlschrank, ein Gefrierschrank, eine Kühlgefrierkombination, eine Gefriertruhe oder ein Weinlagerschrank.
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Gemäß einem Aspekt ist der piezoelektrische Lüfter eingerichtet, Luft entlang einer flächigen Wand der Lagekammer zu fördern. Dadurch wird eine Vorteilhafte Luftströmung zur Kühlung von an der Wand angebrachten Bauteilen, wie Verdampfern oder Verflüssigern, erzeugt.
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Gemäß einem Aspekt ist der piezoelektrische Lüfter an einer beispielsweise flächigen Wand angebracht, insbesondere auf diese aufgesetzt, die durch ihn angeströmt wird. Der piezoelektrische Lüfter kann beispielsweise an der Wand angeschraubt oder auf diese aufgeklebt werden. Auf Grund der geringen realisierbaren Dicke von piezoelektrischen Lüftern können diese an den verschiedensten Stellen angebracht werden. Da nur ein geringer Bauraum nötig ist, können die piezoelektrischen Lüfter auch in einem späten Entwicklungsstadium noch einfach in das Kältegerät integriert werden, beispielsweise wenn bei einem Prototypen im Hinblick auf Kondenswasser problematische Bereiche festgestellt werden. Neben einem Anbringen an Wänden, die die Lagerkammer begrenzen, können auch Behälter und deren Deckel mit piezoelektrischen Lüftern versehen werden. Dadurch kann insbesondere der Kondenswasserbildung an nur mit kleinen Öffnungen versehenen Behältern, z. B. Gemüsebehältern begegnet werden. Der Lüfter kann auch so auf die Wand aufgesetzt werden, die er anströmt, dass er Luft entlang der Wand schräg zu der Wand hin fördert. Dazu kann er so angebracht werden, dass seine Luftausstoßrichtung, d. h. die Richtung in der im Wesentlichen die Luft ausgestoßen wird, unter einem Winkel abweichend von der Parallelität zu der Wand auf die Wand zu ausgerichtet ist. Dieser Winkel kann beispielsweise 3 bis 20 Grad betragen, um eine optimale Anströmung der Wand mit Luft zu erzielen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt sind mehrere piezoelektrische Lüfter in einer Reihe nebeneinander angeordnet. Dadurch kann eine besonders gleichmäßige Anströmung von Flächen erzielt werden. Ferner summieren sich die Luftströme der einzelnen piezoelektrischen Lüfter, so dass geringere Strömungsgeschwindigkeiten für Luft an den einzelnen piezoelektrischen Lüftern eingesetzt werden können. Einige der piezoelektrischen Lüfter können beispielsweise als zweidimensionales Lüfterfeld an einer Oberfläche angeordnet werden, so dass eine besonders gleichmäßige Anströmung der Oberfläche ermöglicht wird. Es ist dabei denkbar, dass die piezoelektrischen Lüfter auch entlang einer gekrümmten Oberfläche angeordnet werden, was auf Grund der geringen Baumaße der piezoelektrischen Lüfter möglicht ist.
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Gemäß einem Aspekt ist der zumindest ein piezoelektrischer Lüfter oder sind zumindest einige Lüfter zur Belüftung der Verdunstungsschale vorgesehen. Dadurch wird in vorteilhafter Weise ein Luftstrom erzeugt, welcher die Verdunstungsschale belüftet und beispielsweise die feuchte Luft aufnimmt.
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Gemäß einem Aspekt ist der zumindest ein piezoelektrischer Lüfter oder sind zumindest einige Lüfter vorgesehen, ein elektrisches Bauelement des Kältegerätes, insbesondere einen Temperatursensor oder einen Feuchtigkeitssensor oder einen Schaltkreis, zu belüften. Dadurch wird in vorteilhafter Weise eine Kühlung des elektrischen Bauelementes erreicht.
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Gemäß einem Aspekt ist zusätzlich zu dem piezoelektrischen Lüfter wenigstens ein Flügelradlüfter vorgesehen. Dabei kann mittels des Flügelradlüfters eine große Menge an Luft an einer Stelle bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten auf Grund des relativ großen Querschnitts des Flügelrades bewegt werden. Für den Flügelradlüfter schlecht zugängliche Bereiche werden dann mit piezoelektrischen Lüftern angeströmt. Diese Belüftung mittels der zwei unterschiedlichen Lüfter ermöglicht es, den Flügelradlüfter mit geringerer Leistung vorsehen zu können, da die kritischen Bereiche mittels der piezoelektrischen Lüfter belüftet werden.
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Gemäß einem Aspekt weist der piezoelektrische Lüfter ein Gehäuse auf, indem eine Kammer vorgesehen ist, deren Volumen wenigstens ein piezoelektrisch bewegbares Element, insbesondere eine Membran, änderbar ist, beispielsweise verkleinert werden kann. An dem Gehäuse sind dann beispielsweise ein Lufteinlasskanal zum Ansaugen von Luft und ein Luftauslasskanal zum Abgeben der Luft vorgesehen. Lufteinlass und Luftauslass können auch durch einen gemeinsamen Kanal gebildet sein. Um ein Fördern der Luft durch das Gehäuse vom Lufteinlasskanal zum Luftauslasskanal zu erleichtern, können am Lufteinlasskanal ein Einlassventil und am Luftauslasskanal ein Auslassventil vorgesehen werden. Das Einlassventil und das Auslassventil arbeiten dabei bevorzugt gegenläufig, so dass das piezoelektrisch bewegbare Element wirkmäßig wie ein Kolben einmal Luft in den Lufteinlasskanal einsaugt und dann beim Bewegen in die andere Richtung durch den Luftauslasskanal des Gehäuses nach außen fördert.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben des Kältegerätes werden mehrere piezoelektrische Lüfter so betrieben, dass sie im Wechsel Luft ausstoßen, um einen gleichmäßigen Luftstrom zu erzeugen. Einzelne piezoelektrische Lüfter arbeiten zyklisch, d.h. sie saugen Luft ein und stoßen sie anschließend aus. Dadurch entsteht ein stoßartiges Strömungsverhalten. Um einen gleichmäßigen Luftstrom zu erreichen, können beispielsweise zwei piezoelektrische Lüfter parallel geschaltet werden, wobei der eine piezoelektrische Lüfter zu der Zeit ansaugt, zu der der andere piezoelektrische Lüfter Luft ausbläst. Dies erlaubt einen besonders gleichmäßigen Luftstrom insbesondere dann, wenn für beide piezoelektrischen Lüfter ein gemeinsamer Auslasskanal vorgesehen wird. Ein noch gleichmäßigerer Luftstrom kann realisiert werden, indem mehr als zwei Lüfter so betrieben werden, dass sie sequentiell Luft ansaugen und Luft ausstoßen.
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Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform des Kältegerätes hinzufügen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
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1: eine schematische Darstellung eines Kältegerätes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
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2: eine schematische Darstellung eines piezoelektrischen Lüfters des Kältegerätes aus 1;
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3: eine schematische Darstellung eines Kältegerätes gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
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4: eine schematische Darstellung eines Kältegerätes gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kältegerätes 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Das Kältegerät 1 weist eine Lagerkammer 3 zum Aufnehmen von Kühlgut auf. Es ist ferner ein Kältemittelkreislauf 2 zum Kühlen der Lagerkammer 3 vorgesehen. Der Kältemittelkreislauf 2 weist bei diesem Ausführungsbeispiel einen Verdichter 4 auf. Der Verdichter 4 ist bei diesem Ausführungsbeispiel in einem Maschinenraum des Kältegerätes 1 unterhalb der Lagerkammer 3 vorgesehen. Eine Verdunstungsschale 6 zum Sammeln von an der Lagerkammer 3 auftretendem Kondenswasser ist bei diesem Ausführungsbeispiel über dem Verdichter 4 und beabstandet zum Verdichter 4 angeordnet. Die Abwärme des Verdichters 4 kann so zur Erwärmung der Verdunstungsschale 6 verwendet werden. Im Bild ist die Verdunstungsschale 6 mit Kondenswasser befüllt dargestellt. Für das Kondenswasser sind gestichelte Linien verwendet. In der Lagerkammer 3 des Kältegerätes 1 ist ein Behälter 11 angeordnet, der zur Aufbewahrung von Kühlgut dient. Am Behälter 11 ist oben ein Deckel 15 beabstandet zum Behälter 11 angeordnet, so dass der Behälter 11 etwas verschlossen ist, jedoch Feuchtigkeit, die beispielsweise aus feuchtigkeitshaltigem Kühlgut austritt, aus dem Behälter 11 entweichen kann. Der Deckel 15 erstreckt sich flächig oberhalb des Behälters 11. An der dem Behälter 11 zugewandten Seite des Deckels 15 ist bei diesem Ausführungsbeispiel ein piezoelektrischer Lüfter 5 angeordnet. Der piezoelektrische Lüfter 5 kann beim Betrieb des Kältegerätes 1 Luft entlang dem Deckel 15 fördern und einer Kondenswasserbildung am Deckel entgegenwirken. Ferner ermöglicht der piezoelektrische Lüfter 5 eine Verstärkte Luftzirkulation im Behälter 11. Ein weiterer piezoelektrischer Lüfter 5 ist an der im Bild linken Wand 7, die die Lagerkammer 3 begrenzt, angeordnet. Dieser Lüfter 5 fördert die Luft im Betrieb entlang der Wand 7 und kann dadurch eine Kondenswasserbildung an der Wand 7 vermeiden. Zusätzlich zu den piezoelektrischen Lüftern 5 ist am Kältegerät ein Flügelradlüfter 19 vorgesehen, der oben rechts im Bild dargestellt ist und der verbesserten Luftzirkulation in der Lagerkammer dient. Es können natürlich auch nur ein oder mehrere piezoelektrische Lüfter 5 am Kältegerät vorgesehen werden. Die piezoelektrischen Lüfter 5 können dabei besonders platzsparend in Bereichen des Kältegerätes 1 vorgesehen werden, in denen die Anbringung von Flügelradlüftern 19 beispielsweise aus Platzgründen weniger vorteilhaft ist.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines piezoelektrischen Lüfters 5 des Kältegerätes 1 aus 1. Der piezoelektrische Lüfter 5 ist in 2 zweimal in verschiedenen Arbeitsstellungen dargestellt. Oben im Bild ist der piezoelektrische Lüfter 5 in der maximalen Ansaugstellung und unten im Bild in der maximalen Ausblasstellung dargestellt.
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Der piezoelektrische Lüfter 5 weist ein Gehäuse 21 auf, indem eine Kammer 23 vorgesehen ist, die durch zwei piezoelektrisch bewegbare Elemente 25, die hier als Membranen ausgeführt sind, verkleinert werden kann. Werden die Membranen 25 von der Kammer 23 weg nach außen gewölbt, wird die Kammer 23 vergrößert, wie dies oben im Bild dargestellt ist. Dabei wird Luft eingesaugt. An dem Gehäuse 21 ist dazu bei diesem Ausführungsbeispiel ein Lufteinlasskanal 27 zum Ansaugen von Luft an der linken Seite vorgesehen. Das Einströmen von Luft durch den Lufteinlasskanal 27 in die Kammer 23 ist oben im Bild durch einen Pfeil dargestellt, der von außen in die Kammer 23 verläuft. Ein am Gehäuse 21 vorgesehener Luftauslasskanal 29 zum Abgeben der Luft ist in der oberen Darstellung als gepunktete Doppellinie dargestellt. Ein Auslassventil 33 am Luftauslasskanal 29 ist beim Ansaugen von Luft verschlossen, so dass die Luft lediglich entsprechend dem links dargestellten Pfeil in die Kammer 23 einströmt.
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Im weiter unten dargestellten Ausblaszyklus des piezoelektrischen Lüfters 5 ist der Lufteinlasskanal 27 durch ein Einlassventil 31 am Lufteinlasskanal 27 verschlossen, so dass beim Verkleinern der Kammer 23 durch das nach innen Biegen der Membranen 25 die Luft durch den Luftauslasskanal 29 nach außen abgegeben wird. Das Auslassventil 33 ist dabei geöffnet. Durch ein zyklisches Betätigen der Membranen 25 wird somit eine Luftströmung durch das Gehäuse 21 erzielt. Luft wird dabei durch den Lufteinlasskanal 27 eingesaugt und durch den Luftauslasskanal 29 abgegeben. Ein solcher piezoelektrische Lüfter 5 lässt sich mit einer Bauhöhe von unter 2 mm herstellten und ist daher gut in ein Kältegerät 1 integrierbar. Ferner ist der piezoelektrische Lüfter 5 besonders langlebig, da keine dem Verschleiß unterliegenden Lagerungen wie bei Kolben- oder Kreiselpumpen vorhanden sind.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Kältegerätes 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Das Kältegerät 1 ist links in der Seitenansicht und rechts in der Vorderansicht dargestellt. Es ist ein Verdampfer 35 vorgesehen, der an der Lagerkammer 3 zum Kühlen der Lagerkammer 3 angeordnet ist. Der Verdampfer 35 erstreckt sich bei diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen in vertikaler Richtung. Nahe dem Verdampfer 35 sind mehrere piezoelektrische Lüfter 5 nebeneinander angeordnet. Die piezoelektrischen Lüfter 5 sind bei diesem Ausführungsbeispiel etwas oberhalb des Verdampfers 35 an der der Lagerkammer 3 abgewandten Seite des Verdampfers 35 angeordnet. Die piezoelektrischen Lüfter 5 fördern im Betrieb Luft entlang dem Verdampfer 35 nach unten. Strömungspfeile 37 zeigen den Strömungsweg der Luft an. Durch den Luftstrom hinter dem Verdampfer 35 nach unten wird die durch Abkühlung der Luft durch den Verdampfer 35 entstehende Luftströmung nach unten verstärkt. Auf diese Weise kann der Wärmeübergang von der Luft auf den Verdampfer 35 verbessert werden.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Kältegerätes 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Es ist ein Verflüssiger 39 vorgesehen, der bei diesem Ausführungsbeispiel an der Rückwand des Kältegerätes 1 oberhalb des Verdichters 4 angeordnet ist. Der Verflüssiger 39 erstreckt sich bei diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen in vertikaler Richtung. Nahe dem Verflüssiger 39 sind mehrere piezoelektrische Lüfter 5 nebeneinander angeordnet. Die piezoelektrischen Lüfter 5 sind bei diesem Ausführungsbeispiel etwa auf halber Höhe des Verflüssigers 39 auf der dem Kältegerät zugewandten Seite und unten am Verflüssiger 39 an der dem Kältegerät 1 abgewandten Seite angeordnet. Die piezoelektrischen Lüfter 5 fördern im Betrieb Luft entlang dem Verflüssiger 39 nach oben. Durch den Luftstrom entlang dem Verflüssiger 39 nach oben wird die durch Erwärmung der Luft durch den Verflüssiger 39 entstehende Luftströmung nach oben verstärkt. Auf diese Weise kann der Wärmeübergang von dem Verflüssiger 39 auf die vorbeiströmende Luft verbessert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kältegerät
- 2
- Kältemittelkreislauf
- 3
- Lagerkammer
- 4
- Verdichter
- 5
- piezoelektrischer Lüfter
- 6
- Verdunstungsschale
- 7
- Wand
- 11
- Behälter
- 15
- Deckel
- 19
- Flügelradlüfter
- 21
- Gehäuse
- 23
- Kammer
- 25
- piezoelektrisch bewegbares Element
- 27
- Lufteinlasskanal
- 29
- Luftauslasskanal
- 31
- Einlassventil
- 33
- Auslassventil
- 35
- Verdampfer
- 37
- Strömungspfeil
- 39
- Verflüssiger
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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