DE102012207687A1

DE102012207687A1 - Haushaltskältegerät mit einem mit dem Gefrierfach gekoppelten Kältespeicher

Info

Publication number: DE102012207687A1
Application number: DE201210207687
Authority: DE
Inventors: Bertram Wolf
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2012-05-09
Filing date: 2012-05-09
Publication date: 2013-11-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Haushaltskältegerät (1) mit zumindest einem kühlbaren Innenraum (3a bis 3c) zum Lagern von Kältegut, mit einem Kältespeicher (5) mit einem Speichermaterial (7), sowie einem ersten Kältekreislauf zum Kühlen des Speichermaterials (7), und einem zweiten Kältekreislauf, welcher mit dem ersten Kältekreislauf thermisch gekoppelt ist und welcher zur Kühlung des Innenraums (3a bis 3c) angeordnet ist, wobei der Kältespeicher (5) an einem als Gefrierfach ausgebildeten Innenraum (3b) angeordnet ist und eine Wärme dämmende und nicht Wärme isolierende Wand (6) den Kältespeicher (5) von dem Gefrierfach trennt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Haushaltskältegerät mit zumindest einem kühlbaren Innenraum zum Lagern von Kältegut sowie mit einem Kältespeicher mit einem Speichermaterial. Das Haushaltskältegerät umfasst einen ersten Kältekreislauf zum Kühlen des Speichermaterials und einen zweiten Kältekreislauf, welcher mit dem ersten Kältekreislauf thermisch gekoppelt ist und welcher zur Kühlung des Innenraums angeordnet ist. Der Kältespeicher ist durch eine wärmedämmende Wand von dem Innenraum separiert.
Aus der DE 10 2010 041 951 A1 ist ein Kältegerät als Haushaltskältegerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Das Haushaltskältegerät umfasst einen ersten Kältekreislauf, der einen Primärkreislauf darstellt, wobei der Primärkreislauf einen Verdampfer, einen Verdichter und einen Verflüssiger aufweist. Der Verdampfer ist dabei in einem Behälter angeordnet, in dem ein Speichermaterial in Form eines PCM (Phase Change Material) angeordnet ist. Das Haushaltskältegerät umfasst darüber hinaus einen als Sekundärkreislauf ausgebildeten zweiten Kältekreislauf, der zwei Wärmetauscher aufweist, wobei ein Wärmetauscher innerhalb des Behälters mit dem Speichermaterial angeordnet ist und ein zweiter Wärmetauscher in dem kühlbaren Innenraum angeordnet ist. Darüber hinaus ist auch eine Pumpe in dem Sekundärkreislauf enthalten. Der Behälter mit dem Speichermaterial ist durch eine isolierende Wand von dem Innenraum entkoppelt. In weiteren Ausführungen kann darüber hinaus vorgesehen sein, dass ein zusätzlicher Verdampfer in dem Innenraum angeordnet ist, der thermisch mit dem Wärmetauscher des Sekundärkreislaufs, der sich in dem Innenraum befindet, gekoppelt ist. Dieser zusätzliche Verdampfer ist darüber hinaus mit dem Primärkreislauf verbunden. In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass der sich außerhalb des Behälters mit dem Speichermaterial befindliche Wärmetauscher im Innenraum des Haushaltskältegeräts befindet und über Leitungen mit dem pumpfähigen Speichermaterial in Verbindung steht, wobei in diesem Fall das pumpfähige Speichermaterial eine breiige Mischung aus gefrorenen und nicht gefrorenen Bestandteilen ausgeführt ist und auch als „Slurry“ bezeichnet werden kann. Über eine Umwälzpumpe wird dieses Speichermaterial über die Leitungen durch den Wärmetauscher gepumpt.
Darüber hinaus ist aus der DE 10 2010 041 952 A1 ein Kältegerät als Haushaltskältegerät bekannt. Bei dieser Ausgestaltung ist vorgesehen, dass im Bereich einer Rückwand des Innenbehälters des Haushaltskältegeräts ein jedoch von dem kühlbaren Innenraum durch eine wärmeisolierende Wand getrennt Verdampfer eines Kältekreislaufs angeordnet ist. Der Verdampfer ist mit einem Kältespeicher, der ein Speichermaterial aufweist, thermisch gekoppelt. Der Kältespeicher ist innerhalb eines Luftkanals angeordnet, der zwischen dem Wandbereich des Isolierbehälters und der wärmeisolierenden Wand gebildet ist, angeordnet, wobei dieser Luftkanal mit dem Innenraum gekoppelt ist, wobei dazu entsprechende Klappen vorgesehen sind.
Durch die aus dem Stand der Technik bekannten Haushaltskältegeräte ist es möglich, diese sowohl in einem Netzbetrieb als auch in einem vom Netz entkoppelten Betrieb zu betreiben. Auch dann, wenn keine direkte elektrische Energieversorgung vom Netz erfolgt, ist ein derartiges Haushaltskältegerät ebenso voll funktionsfähig betreibbar.
Ein weiterer Vorteil von Haushaltskältegeräten, die über zwei separate Kältekreisläufe verfügen, die thermisch miteinander gekoppelt sind, ist darin zu sehen, dass der Innenraum des Haushaltskältegeräts über einen Wärmetauscher und das Speichermaterial gekühlt wird. Auch dann, wenn der erste Kältekreislauf nicht in Betrieb ist, weil beispielsweise keine elektrische Energie aus einem elektrischen Energieversorgungsnetz für das Kältegerät zur Verfügung steht, ist der bereits oben angesprochene netzunabhängige Betrieb möglich.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Haushaltskältegerät mit zwei thermisch gekoppelten Kältekreisläufen zu schaffen, mittels welchen bedarfsgerecht eine energieeffiziente Separierung zum Betriebspezifischer Fächer möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Haushaltskältegerät gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst.
Ein erfindungsgemäßes Haushaltskältegerät umfasst zumindest einen kühlbaren Innenraum zum Lagern von Kältegut. Das Haushaltskältegerät umfasst darüber hinaus einen Kältespeicher mit einem Speichermaterial, wobei das Speichermaterial zur Speicherung thermischer Energie ausgebildet ist. Das Haushaltskältegerät umfasst einen ersten Kältekreislauf zum Kühlen des Speichermaterials, und umfasst einen zweiten Kältekreislauf, welcher mit dem ersten Kältekreislauf thermisch gekoppelt ist und welcher zur Kühlung des Innenraums angeordnet ist. Der Kältespeicher ist durch eine wärmedämmende Wand von dem Innenraum separiert. Insbesondere ist der Kältespeicher an einem als Gefrierfach ausgebildeten Innenraum angeordnet und durch die wärmedämmende Wand ist der Kältespeicher von dem Gefrierfach getrennt. Durch eine derartige Ausgestaltung eines Haushaltskältegeräts kann über zwei separate thermisch gekoppelte Kältekreisläufe und eine ganz spezifische Positionierung des Kältespeichers ein entsprechender Kälteeintrag bedarfsgerecht in ein spezifisches Innenfach, nämlich das Gefrierfach, erreicht werden. Durch die spezifische Positionierung des Kältespeichers und die lediglich wärmedämmende, jedoch nicht vollständig wärmeisolierende Wand kann auch ein entsprechender Kälteeintrag von dem Kältespeicher über diese Wand in das Gefrierfach erfolgen. Dadurch wird ein sehr bedarfsgerechter und energieeffizienter Betrieb des Haushaltskältegeräts im Hinblick auf einen Kälteeintrag in das Gefrierfach erreicht. Da gerade ein Gefrierfach besonders niedrige Temperaturen erfordert, ist daher bei herkömmlichen bekannten Haushaltskältegeräten ein entsprechender energetisch aufwändig erzeugter Kälteeintrag erforderlich. Durch die Erfindung ist dies nicht mehr erforderlich.
Das Speichermaterial ist vorzugsweise ein PCM.
Unter einem Haushaltskältegerät wird ein Kältegerät, das zur Haushaltsführung in Haushalten oder eventuell auch im Gastronomiebereich eingesetzt wird, verstanden. Das Haushaltskältegerät dient insbesondere dazu, 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.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass diese wärmedämmende Wand eine Dicke derart aufweist, dass ein Kälteeintrag vom Kältespeicher auf das Gefrierfach über diese Wand gezielt durchführbar ist, wenn der Kältespeicher eingefroren ist. Gerade dann lässt sich diese thermische Kopplung im Hinblick auf einen möglichst umfänglichen Kälteeintrag mit tiefen Temperaturen in das Gefrierfach erreichen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Kältespeicher mit dem Speichermaterial so ausgebildet ist, dass im gefrorenem Zustand des Kältespeichers die Temperatur des Kältespeichers kleiner ist als die Temperatur im Gefrierfach. Durch diese Spezifikation kann im gewissen Maße eine selbständig ablaufende Energieübertragung im Hinblick auf einen Kälteeintrag in das Gefrierfach erfolgen. Die ganz spezifisch gebildete und mit einer spezifischen Dicke ausgebildete Wand ist diesbezüglich entsprechend vorteilhaft und optimiert.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Kältespeicher mit dem Speichermaterial so ausgebildet ist, dass im gefrorenen Zustand des Kältespeichers die Temperatur des Kältespeichers < 3°C niedriger ist als die Temperatur im Gefrierfach. Indem einerseits die Temperatur des vollständig gefrorenen Kältespeichers niedriger ist als die im Gefrierfach erforderliche Temperatur, andererseits dieser Unterschied jedoch relativ klein gehalten wird, ist der energetische Übertrag im Hinblick auf den Kälteeintrag besonders vorteilhaft.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die wärmedämmende Wand eine Dicke derart aufweist, dass ein Kälteeintrag vom Kältespeicher auf das Gefrierfach über die Wand gezielt durchführbar ist, ohne dass der zweite Kältekreislauf aktiviert ist. Dies ist energetisch besonders vorteilhaft. Der Energieverbrauch des Haushaltskältegeräts wird dadurch deutlich gesenkt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der erste Kältekreislauf einen Verdampfer aufweist, der mit einem Wärmetauscher des zweiten Kältekreislaufs thermisch gekoppelt ist. Insbesondere sind der Verdampfer und der erste Wärmetauscher direkt aneinander anliegend angeordnet, beispielsweise stoffschlüssig verbunden. Die thermische Kopplung und die mechanisch stabile Verbindung sind dadurch besonders begünstigt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Verdampfer und der erste Wärmetauscher in dem Speichermaterial angeordnet sind. Die thermische Kopplung und entsprechende thermische Energieübertragung ist dadurch besonders schnell und effizient möglich.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass ein zweiter Innenraum ausgebildet ist, der von dem ersten, als Gefrierfach ausgebildeten Innenraum durch eine wärmeisolierende Wand getrennt ist, und in dem zweiten Innenraum ein dritter Wärmetauscher angeordnet ist, der mit dem zweiten Kältekreislauf gekoppelt ist, insbesondere über ein Mehr-Wege-Ventil gekoppelt ist. Jedes eigene Fach bzw. jeder Innenraum weist vorzugsweise einen eigenen Wärmetauscher des sekundären Kältekreislaufs auf, so dass diesbezüglich individuelle Kühlungsszenarien vorgenommen werden können.
Die Regelung der Innenraumtemperatur erfolgt über den zweiten Kältekreislauf sowie einer Steuer- und/oder Regeleinheit. Über eine in den zweiten Kältekreislauf geschaltete Pumpe kann das Kältemittel bzw. Fluid, welches in dem zweiten Kältekreislauf zirkuliert, aus dem ersten Wärmetauscher über ein entsprechendes Mehr-Wege-Ventil in den zweiten und/oder dritten Wärmetauscher gepumpt werden. Hier kann dann das Fluid Wärme von der Innenraumluft aufnehmen, welche anschließend nach dem Rücktransport des Fluids in den ersten Wärmetauscher an das Speichermaterial oder direkt an das Kältemittel im ersten Kältekreislauf übergeben werden kann. Je nachdem, ob mehr oder weniger kaltes Fluid in den zweiten und/oder dritten Wärmetauscher gepumpt wird, können die unterschiedlichen Temperaturen in den Fächern erreicht werden.
Soll das Haushaltskältegerät, insbesondere in Form eines Speicherkühlschranks, netzunabhängig bzw. mit deutlich reduziertem Stromverbrauch betrieben werden, kann das eingefrorene Speichermaterial bzw. der eingefrorene Kältespeicher die Wärme aus dem Kältemittel des ersten Kältekreislaufs und damit aus dem Kühlgeräteinnenraum aufnehmen, ohne dass der erste Kältekreislauf eingeschaltet werden muss. Der geringe Strombedarf der Pumpe und der Steuereinheit kann entweder aus dem externen Energieversorgungsnetz bezogen werden oder durch einen kleinen geräteseitigen Akku abgedeckt werden, wodurch ein vollständig netzunabhängiger Betrieb des Haushaltskältegeräts, bei geringem Stromverbrauch aus dem Akku, über einen gewissen Zeitraum, bis hin zu mehr als 20 Stunden, erfolgen kann.
Ebenso kann vorgesehen sein, dass zumindest einem in einem Innenraum angeordneten Wärmetauscher des zweiten Kältekreislaufs ein weiterer Verdampfer zugeordnet ist bzw. mit diesem thermisch gekoppelt ist, vorzugsweise direkt mit dem entsprechenden Wärmetauscher anliegend verbunden ist. Während des Netzbetriebs des Haushaltskältegeräts können dadurch je nach Bedarf über ein Mehr-Wege-Ventil gleichzeitig oder unabhängig voneinander der Kältespeicher und/oder die einzelnen Innenräume über den ersten Kältekreislauf und die jeweils separaten Verdampfer, die in den ersten Kältekreislauf geschaltet sind, gekühlt bzw. eingefroren werden. Die direkte Kühlung der einzelnen Fächer bzw. Innenräume durch die separaten Verdampfer über den ersten Kältekreislauf ist energetisch effizienter als die Kühlung über den zweiten Kältekreislauf, da u.a. die Pumpe des zweiten Kältekreislaufs nicht betrieben werden muss.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die wärmedämmende Wand die obere Wand des Gefrierfachs bildet und der Kältespeicher über dem Gefrierfach angeordnet ist. Insbesondere stellt der Kältespeicher die oberste Komponente über allen möglichen Innenräumen des Haushaltskältegeräts dar.
Durch das erfindungsgemäße Haushaltskältegerät oder eine vorteilhafte Ausgestaltung davon kann auch ein Mehrfächer-Speicherkühlgerät bereitgestellt werden, welches über einen relativ langen Zeitraum ohne Einschränkung des Benutzerverhaltens auch vollständig netzunabhängig oder mit deutlich verringertem Stromverbrauch betrieben werden. Ein anschließendes Wiederabkühlen des Kältespeichers, welcher auch als Kälteakku bezeichnet werden kann, erfolgt automatisch während des normalen Netzbetriebs. Im Gegensatz zu passiven Kühlboxen mit einsetzbaren Kälteakkus kann eine beliebige Kühlgerätinnenraumtemperatur unabhängig von der Umgebungstemperatur bei dem erfindungsgemäßen Haushaltskältegerät oder einer vorteilhaften Ausgestaltung davon eingestellt werden. Aufgrund der aktiven Regelung der Innenraumtemperatur können zudem Leistungsspitzen an benötigter Kälteleistung, beispielsweise bei der Einlagerung von warmen Lebensmitteln, im Haushaltskältegerät realisiert werden.
Durch den wechselnden Netzbetrieb und netzunabhängigen Betrieb des Haushaltskältegeräts kann außerdem beispielsweise günstiger Nachtstrom zum Einfrieren des Kältespeichers verwendet werden, wodurch ein kostengünstiger Betrieb des Haushaltskältegeräts erreicht ist.
Vorzugsweise ist die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu ausgebildet, unabhängig von einem extern empfangenen Signal Zeiträume während eines Tages festzustellen, bei denen der Bezug von Strom über das externe Energieversorgungsnetz im Vergleich zu anderen Zeiträumen günstiger ist. Unabhängig davon ist die Steuer- und/oder Regeleinheit vorzugsweise auch dahingehend ausgebildet, den Betrieb des Haushaltskältegeräts und insbesondere des ersten und/oder des zweiten Kältekreislaufs so zu steuern oder zu regeln, dass das Einfrieren des Kältespeichers zu den Zeitpunkten erfolgt, zu denen der externe Strombezug im Vergleich zu anderen Zeiträumen kostengünstig ist. Vorzugsweise kann dazu vorgesehen sein, dass das Haushaltskältegerät Signale drahtlos oder drahtgebunden empfangen kann, wobei diese Signale beispielsweise über das Internet und/oder von einem Stromanbieter und/oder von einer Strombörse erhalten werden können.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Haushaltskältegeräts;
2 eine Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Haushaltskältegeräts; und
3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Haushaltskältegeräts in einer Schnittdarstellung.
In den schematischen und im Hinblick auf gezeigte Funktionsprinzipien skizzenhaften Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist in einer Schnittdarstellung ein Haushaltskältegerät 1, welches als Speicherkühlschrank ausgebildet ist, gezeigt, welches einen Innenbehälter 2 mit einem kühlbaren Innenraum 3a, der ein Kühlfach ist, und einen Innenraum 3b, der ein Gefrierfach ist, aufweist. Der Innenraum 3a wird beispielsweise auf Temperaturen zwischen 4°C und 10°C temperiert, und der Innenraum 3b auf Temperaturen unter 0°C temperiert. Die kühlbaren Innenräume 3a und 3b sind vorgesehen, Kältegut, beispielsweise in Form von Lebensmitteln und/oder Getränken zu lagern. Am Innenbehälter 2 ist eine Tür 4 schwenkbar angeordnet, damit die Innenräume 3a und 3b zugänglich sind.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist im oberen Teil des Innenbehälters 2 ein Kältespeicher 5 angeordnet, der thermisch mittels einer Dämmung bzw. einer wärmedämmende aber nicht wärmeisolierenden Wand 6 vom kühlbaren Innenraum 3b getrennt ist. Der Kältespeicher 5 kann jedoch auch völlig vom restlichen Haushaltskältegerät 1, insbesondere vom Innenbehälter 2, getrennt angeordnet sein oder auch innerhalb des Innenraums 3b thermisch isoliert angeordnet sein.
Im Kältespeicher 5 ist ein Speichermaterial 7 angeordnet, welches im Ausführungsbeispiel ein PCM ist. Ein solches Speichermaterial ist zur Speicherung von Kälte ausgebildet. Als Speichermaterial 7 sind insbesondere Stoffe oder Stoffgemische vorgesehen, welche einen Schmelzpunkt (oder Phasenwechselpunkt) unterhalb der gewünschten Temperatur des kühlbaren Innenraums 3b aufweisen. Als beispielhafte geeignete Speichermaterialien 7 können Solelösungen genannt werden.
Der Kältespeicher 5 ist insbesondere ein Tank bzw. ein Behälter, in dem das Speichermaterial 7 aufgenommen ist. Dieser Kältespeicher 5 dient im eingefrorenen Zustand als Kälteakku.
Das Haushaltskältegerät 1 umfasst darüber hinaus einen ersten Kältekreislauf, welcher ein Kompressor-Kältekreislauf ist und welcher den Primärkreislauf darstellt. Der erste Kältekreislauf umfasst einen Verflüssiger 8, einen Verdampfer 9 und einen Verdichter 10. Der erste Kältekreislauf ist insbesondere als ein Kaltdampfkompressionskreislauf ausgeführt und wird mittels eines nicht näher dargestellten elektrischen Energieversorgungsnetzes mit elektrischer Energie versorgt.
Der Verdampfer 9 ist wärmeleitend mit dem Kältespeicher 5 verbunden und es ist insbesondere vorgesehen, dass der Verdampfer 9 innerhalb des Kältespeichers 5 angeordnet ist und von dem Speichermaterial 7 umgeben ist. Der Verdampfer 9 steht also direkt mit dem Speichermaterial 7 in Kontakt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel strömt bzw. zirkuliert in diesem ersten Kältekreislauf ein erstes Kältemittel.
Der erste Kältekreislauf kann mit einer Steuer- und/oder Regeleinheit 1a des Haushaltskältegeräts 1 verbunden sein, um bei Bedarf ein- und ausgeschaltet zu werden, um das Speichermaterial 7 des Kältespeichers 5 zu kühlen.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels weist das Haushaltskältegerät 1 einen kompressorlosen Kältemittel-Kältekreislauf auf, welcher den zweiten Kältekreislauf und somit den Sekundärkreislauf darstellt. Dieser zweite Kältekreislauf umfasst einen zweiten Wärmetauscher 11, einen mit dem zweiten Wärmetauscher 11 verbundenen ersten Wärmetauscher 12 und eine Umwälzpumpe 13. Der erste Wärmetauscher 12 ist wärmeleitend mit dem Kältespeicher 5 gekoppelt. Darüber hinaus ist der erste Wärmetauscher 12 ebenfalls wärmeleitend mit dem Verdampfer 9 des ersten Kältekreislaufs verbunden. Im Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass sich der erste Wärmetauscher 12 innerhalb des Kältespeichers 5 befindet und ebenfalls von dem Speichermaterial 7 umgeben ist, also direkt mit dem Speichermaterial 7 in Kontakt steht.
Darüber hinaus sind der erste Wärmetauscher 12 und der Verdampfer 9 thermisch gekoppelt oder sind unmittelbar aneinander angeordnet und berühren sich flächig.
Der zweite Wärmetauscher 12 ist thermisch mit dem kühlbaren Innenraum 3a gekoppelt. Er ist insbesondere innerhalb des kühlbaren ersten Innenraums 3a angeordnet. Er kann insbesondere an einer in Richtung des Innenraums 3a gerichteten Wand des Innenbehälters 2, insbesondere an der Rückwand 14 des Innenbehälters 2, angeordnet sein. Der zweite Wärmetauscher 11 kann auch in eine der Wände des Innenbehälters 2 integriert sein.
Der die beiden Wärmetauscher 11 und 12 umfassende zweite Kältekreislauf ist mit einem geeigneten Fluid zum Wärme- bzw. Kältetransport gefüllt und ist derart eingerichtet, dass das gekühlte Fluid vom ersten Wärmetauscher 12 mittels der Umwälzpumpe 13 zum zweiten Wärmetauscher 11 befördert werden kann.
Im Betrieb des Haushaltsgeräts 1 erfolgt die Regelung bzw. Steuerung der Temperaturen der kühlbaren Innenräume 3a und 3b über den zweiten Kältekreislauf, der die beiden Wärmetauscher 11 und 12 umfasst. Dazu ist die Umwälzpumpe 13 mit der genannten Steuer- und/oder Regeleinheit 1a des Haushaltskältegeräts 1 verbunden, die beispielsweise die Umwälzpumpe 13 aufgrund einer Soll-Temperatur des Innenraums 3a und aufgrund einer gemessenen oder ermittelten Ist-Temperatur des Innenraums 3a bei Bedarf ein- und ausschaltet. Ist die Umwälzpumpe 13 eingeschaltet, dann pumpt diese von dem Speichermaterial 7 und gegebenenfalls vom Verdampfer 9 gekühltes, im ersten Wärmetauscher 12 befindliches Fluid in den zweiten Wärmetauscher 11. Hier kann das Fluid, welches ebenfalls ein Kältemittel darstellt, Wärme von der Luft des kühlbaren Innenraums 3a aufnehmen, welches anschließend nach dem Rücktransport des Fluids in den ersten Wärmetauscher 12 an das Speichermittel 7 oder direkt an das Kältemittel im Kompressor-Kältekreislauf über den Verdampfer 9 übergeben werden kann. Je nachdem, ob mehr oder weniger kaltes Fluid in den zweiten Wärmetauscher 11 gepumpt wird, kann die Temperatur des Innenraums 3a eingestellt oder auch geregelt werden.
Wird das Haushaltskältegerät 1 netzunabhängig betrieben, was bedeutet, dass das Haushaltskältegerät 1 nicht mit elektrischer Energie aus dem Energieversorgungsnetz versorgt wird, dann kann im Betrieb des Haushaltskältegeräts 1 das gekühlte, gegebenenfalls das eingefrorene Speichermaterial 7 die Wärme aus dem Fluid und damit aus dem Innenraum 3a und dem Innenraum 3b aufnehmen, ohne dass der erste Kältekreislauf eingeschaltet werden muss. Der relativ geringe elektrische Strombedarf der Umwälzpumpe 13 und der Steuer- und/oder Regeleinheit 1a kann durch einen nicht näher dargestellten, gegebenenfalls wieder aufladbaren, relativ kleinen Akku des Haushaltsgeräts1 abgedeckt werden, wodurch ein vollständig netzunabhängiger Betrieb des Haushaltskältegeräts 1 bei relativ geringem Stromverbrauch aus dem Akku über einen gewissen Zeitraum möglich ist.
Zur Kühlung und somit zur Erzeugung der entsprechenden Temperaturen, insbesondere unter 0°C im als Gefrierfach dienenden zweiten Innenraum 3b, ist dort ein weiterer Wärmetauscher 25 vorgesehen, der über ein Ventil, insbesondere ein Zwei-Wege-Ventil 24 mit dem zweiten Kältekreislauf gekoppelt ist, so dass entsprechendes Fluid über die Umwälzpumpe 13 in den Wärmetauscher 25 gepumpt werden kann.
Wie aus der Darstellung in 1 zu erkennen ist, ist bei dieser Ausgestaltung der Kältespeicher 5 in einem oberen Bereich des Haushaltskältegeräts 1 angeordnet, insbesondere oberhalb und somit über dem zweiten und diesbezüglich oberen Innenraum 3b. Da somit eine unmittelbar benachbarte Anordnung über die isolierende Wand 6 zu dem als Gefrierfach ausgebildeten Innenraum 3b gegeben ist, kann diese Wand 6 auch sehr dünn gestaltet werden, da die Temperatur im Kältespeicher 5 im eingefrorenen Zustand nur geringfügig unter der Temperatur des Innenraums 3b ist. Zudem kann der eingefrorene Kältespeicher 5 über die dünne Wand 6 das Gefrierfach bzw. den Innenraum 3b bereits kühlen, ohne dass der zweite Kältekreislauf betrieben wird.
Bei dieser Ausgestaltung kommen als Speichermaterial 7 vorzugsweise PCM-Materialien als Stoffe oder -Stoffgemische zum Einsatz, welche einen Schmelzpunkt (oder Phasenwechselpunkt) unterhalb der gewünschten Innenraumtemperatur des kältesten Fachs und somit des Innenraums 3b haben.
Die Regelung der Innenraumtemperatur erfolgt über den Sekundärkreislauf bzw. den zweiten Kältekreislauf, welcher mit einem geeigneten Fluid zum Wärme- bzw. Kältetransport gefüllt ist. Über die Umwälzpumpe 13 kann das abgekühlte Fluid aus dem Wärmetauscher 12 über das Zwei-Wege-Ventil 24 in den Wärmetauscher 11 und/oder 25 gepumpt werden. Hier kann das Fluid Wärme von der Innenraumluft aufnehmen, welche anschließend nach dem Rücktransport des Fluids in den Wärmetauscher 12 an das Speichermaterial 7 oder direkt an das Kältemittel im ersten Kältekreislauf übergeben werden kann. Je nachdem, ob mehr oder weniger kaltes Fluid in den Wärmetauscher 11 und/oder 25 gepumpt wird, können die unterschiedlichen Temperaturen in den Innenräumen 3a und 3b erreicht werden.
Soll der Speicherkühlschrank bzw. das Haushaltskältegerät 1 netzunabhängig oder mit deutlich reduziertem Stromverbrauch betrieben werden, kann das eingefrorene Speichermaterial 7 die Wärme aus dem Fluid und damit aus dem Innenraum 3a und 3b aufnehmen, ohne dass der erste Kältekreislauf eingeschaltet werden muss. Der geringe Strombedarf der Umwälzpumpe 13 und der Steuer- und/oder Regeleinheit kann entweder aus dem normalen Stromnetz bezogen werden oder durch einen kleinen Akku abgedeckt werden, so dass auch ein vollständig netzunabhängiger Betrieb des Haushaltskältegeräts 1, bei geringem Stromverbrauch aus dem Akku auch über einen relativ langen Zeitraum, beispielsweise bis hin zu mindestens einem ganzen Tag, erreicht werden kann. Ein entsprechend langer netzunabhängiger Betrieb kann auch bei den anderen, bisher erläuterten Ausführungsbeispielen erreicht werden.
In 2 ist in einer weiteren schematischen Schnittdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Haushaltskältegeräts 1 gezeigt. Im Unterschied zur Ausgestaltung gemäß 1 ist hier ein weiteres drittes Fach in Form eines dritten Innenraums 3c zur Aufnahme von Kältegut ausgebildet. Dieses ist als Frischhaltefach ausgebildet und ist in vertikaler Richtung betrachtet zwischen dem Kühlfach und somit dem ersten Innenraum 3a, und dem Gefrierfach und somit dem zweiten Innenraum 3b angeordnet. Zwischen dem Innenraum 3c und dem Innenraum 3a ist wiederum eine wärmeisolierende Wand 26 angeordnet. Darüber hinaus ist ein weiterer Wärmetauscher 27 vorgesehen, der in dem Innenraum 3c oder an oder in der Rückwand 14 auf entsprechender Höhe des Innenraums 3c angeordnet ist. Diesbezüglich, kann auch in 1 der Wärmetauscher 25 an oder in der Rückwand 14 angeordnet sein. Der Wärmetauscher 27 ist in dem ersten Kältekreislauf geschaltet und mit dem Zwei-Wege-Ventil 24 verbunden. Im Übrigen gelten die Erläuterungen zu 1.
Für jedes weitere Fach bzw. jeden weiteren Innenraum, welcher zur Aufnahme von Kältegut ausgebildet ist, ist dann ein weiterer Wärmetauscher vorgesehen, welcher über das Mehr-Wege-Ventil 24 zum Erreichen der jeweils gewünschten Temperatur mit einer entsprechenden Menge des gekühlten Fluids versorgt werden kann.
In 3 ist eine Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Haushaltskältegeräts 1 gezeigt. Im Unterschied zur Ausgestaltung gemäß 2 ist hier vorgesehen, dass zumindest einige der Wärmetauscher 11, 25 und 27, insbesondere alle diese Wärmetauscher, jeweils mit einem separaten Verdampfer 28, 29 und 30, thermisch gekoppelt werden.
Durch die Ausführung in 3 kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass während des Netzbetriebs und bei laufendem ersten Kältekreislauf die einzelnen Fächer 3a bis 3b auch direkt über den zweiten Kältekreislauf abgekühlt werden können. Die Verdampfer 28, 29 und 30 sind in den ersten Kältekreislauf geschaltet. Während des Netzbetriebs des Haushaltskältegeräts 1 können je nach Bedarf über das Ventil 24 gleichzeitig oder unabhängig voneinander der Kältespeicher 5 und/oder die einzelnen Innenräume 3a bis 3c über den ersten Kältekreislauf und die separaten Verdampfer 9, 28, 29 und 30 gekühlt bzw. eingefroren werden. Die direkte Kühlung der einzelnen Innenräume 3a bis 3c durch diese separaten Verdampfer 9, 28 bis 30 über den ersten Kältekreislauf ist energetisch effizienter als die Kühlung über den zweiten Kältekreislauf, da u.a. die Umwälzpumpe 13 nicht betrieben werden muss.
Die zusätzlichen Verdampfer 28 bis 30 können bei Bedarf die Innenräume 3a, 3b und 3c direkt kühlen. Die zusätzlichen Verdampfer 28 bis 30 können beispielsweise auch innerhalb der Innenräume 3a bis 3c, beispielsweise an der Rückwand 14 des Innenbehälters 3 angeordnet oder auch in diese integriert sein. Mittels der zusätzlichen Verdampfers 28 bis 30 kann demnach zusätzlich oder alternativ gekühlt werden. Insbesondere ist es vorgesehen, einen Innenraum 3a bis 3c mittels eines zusätzlichen Verdampfers 28 bis 30 zu kühlen, wenn elektrische Energie über das Energieversorgungsnetz verfügbar ist.
Die zusätzlichen Verdampfer 28 bis 30 sind Teil eines Kompressions-Kältekreislaufs, der beispielsweise einen eigenen, nicht näher dargestellten Verdichter und Verflüssiger umfasst. Dieser Kompressions-Kältekreislauf kann von der Steuer- und/oder Regeleinheit 1a des Haushaltskältegeräts 1 angesteuert werden, um die Temperatur eines Innenraums 3a bis 3c insbesondere zu regeln.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist es jedoch vorgesehen, dass ein zusätzlicher Verdampfer 28 bis 30 mittels eines Ventils, insbesondere des Zwei-Wege-Ventils 24, am Kompressions-Kältekreislauf und somit am ersten Kältekreislauf angeschlossen ist, der auch den Verdampfer 9 für den Kältespeicher 5 umfasst. Das Zwei-Wege-Ventil 24 ist beispielsweise mit der Steuer- und/oder Regeleinheit 1a verbunden und ist dahingehend eingerichtet, je nach Bedarf den Verdampfer 9 und/oder die zusätzlichen Verdampfer 28 bis 30 mit Kältemittel des Kompressor-Kältekreislaufs zu versorgen.
Bezugszeichenliste

1: Haushaltskältegerät
1a: Steuer- und/oder Regeleinheit
2: Innenbehälter
3a–c: Innenräume
4: Tür
5: Kältespeicher
6: Wand
7: Speichermaterial
8: Verflüssiger
9: Verdampfer
10: Verdichter
11, 12: Wärmetauscher
13: Umwälzpumpe
14: Rückwand
23: Wand
24: Zwei-Wege-Ventil
25: Wärmetauscher
26: Wand
27: Wärmetauscher
28, 29, 30: Verdampfer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010041951 A1 [0002]
DE 102010041952 A1 [0003]

Claims

Haushaltskältegerät (1) mit zumindest einem kühlbaren Innenraum (3a bis 3c) zum Lagern von Kältegut, mit einem Kältespeicher (5) mit einem Speichermaterial (7), sowie einem ersten Kältekreislauf zum Kühlen des Speichermaterials (7), und einem zweiten Kältekreislauf, welcher mit dem ersten Kältekreislauf thermisch gekoppelt ist und welcher zur Kühlung des Innenraums (3a bis 3c) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältespeicher (5) an einem als Gefrierfach ausgebildeten Innenraum (3b) angeordnet ist und eine Wärme dämmende und nicht Wärme isolierende Wand (6) den Kältespeicher (5) von dem Gefrierfach trennt.
Haushaltkältegerät (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (6) eine Dicke derart aufweist, dass ein Kälteeintrag vom Kältespeicher (5) auf das Gefrierfach über die Wand (6) gezielt durchführbar ist, wenn der Kältespeicher (5) eingefroren ist.
Haushaltskältegerät (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältespeicher (5) mit dem Speichermaterial (7) so ausgebildet ist, dass im gefrorenen Zustand des Kältespeichers (5) die Temperatur des Kältespeichers (5) kleiner ist als die Temperatur im Gefrierfach.
Haushaltskältegerät (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältespeicher (5) mit dem Speichermaterial (7) so ausgebildet ist, dass im gefrorenen Zustand des Kältespeichers (5) die Temperatur des Kältespeichers (5) kleiner 3°C niedriger ist als die Temperatur im Gefrierfach.
Haushaltskältegerät (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (6) eine Dicke derart aufweist, dass ein Kälteeintrag vom Kältespeicher (5) auf das Gefrierfach über die Wand (6) gezielt durchführbar ist, ohne das der zweite Kältekreislauf aktiviert ist.
Haushaltskältegerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kältekreislauf einen Verdampfer (9) aufweist, der mit einem ersten Wärmetauscher (12) des zweiten Kältekreislaufs thermisch gekoppelt ist.
Haushaltskältegerät (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (9) und der erste Wärmetauscher (12) direkt aneinander anliegend angeordnet sind, insbesondere stoffschlüssig verbunden sind.
Haushaltskältegerät (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (9) und der erste Wärmetauscher (12) in dem Speichermaterial (7) angeordnet sind.
Haushaltskältegerät (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kältekreislauf einen zweiten Wärmetauscher (11) aufweist, der im Innenraum (3a, 3b, 3c) oder an oder in einer den Innenraum (3a, 3b, 3c) begrenzenden Wand (14) angeordnet ist.
Haushaltskältegerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Innenraum (3b, 3c) ausgebildet ist, der von dem ersten Innenraum (3a) durch eine Wärme isolierende Wand (26) getrennt ist, und in dem zweiten Innenraum ein dritter Wärmetauscher (25, 27) angeordnet ist, der mit dem zweiten Kältekreislauf gekoppelt ist, insbesondere über ein Mehr-Wege-Ventil (24) gekoppelt ist.
Haushaltskältegerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme dämmende Wand (6) die obere Wand des Gefrierfachs bildet und der Kältespeicher (5) über dem Gefrierfach angeordnet ist.
Haushaltkältegerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuer- und/oder Regeleinheit (1a) des Haushaltskältegeräts (1) derart ausgebildet ist, die abhängig von einem empfangenen Signal über den Bezugspreis von über ein Energieversorgungsnetz extern beziehbarer elektrischer Energie den Betrieb des ersten und/oder zweiten Kältekreislaufs zum Einfrieren des Kältespeichers (5) aktiviert und deaktiviert.