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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältegerät mit einer Außenwand, die eine Flächenheizeinrichtung zum Erwärmen einer Oberfläche der Außenwand umfasst.
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Beim einem Einsatz von Kältegräten, wie beispielsweise bei Einbaugeräten in Breiten mit einer hohen Luftfeuchtigkeit und Temperatur, kommt es aufgrund einer zu geringen Isolationswandstärke zu einem Temperaturunterschied zwischen einer Oberfläche einer Außenwand des Kältegerätes und der Umgebungstemperatur. Aufgrund der niedrigeren Temperatur der Außenwand des Kältegerätes kann es an dieser Stelle zu einer Taubildung kommen. Das hierbei entstehende Tauwasser kann zu Korrosion und Beschädigungen an den betroffenen Stellen führen. Eine dauerhafte Beheizung der Außenwand zum Verhindern einer Taubildung ist energieineffizient.
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Es ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, ein Kältegerät mit niedrigem Energieverbrauch anzugeben, bei dem ein Entstehen von Tauwasser an einer Außenwand verhindert wird.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand mit den Merkmalen nach dem unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Figuren, der Beschreibung und der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Kältegerät mit einer Außenwand gelöst, bei dem die Außenwand eine Flächenheizeinrichtung zum Erwärmen einer Oberfläche der Außenwand umfasst und das Kältegerät eine Steuereinrichtung zum Steuern einer Temperatur der Flächenheizeinrichtung umfasst. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Heizung der Außenwand je nach Bedarf erfolgen kann und die Energieeffizienz des Kältegerätes gesteigert wird. Eine ununterbrochene und unkontrollierte Heizung der Außenwand mittels einer Flächenheizeinrichtung kann hierdurch vermieden werden. Durch eine kontinuierliche Überwachung des Taupunkts und der Oberflächentemperatur wird eine Energieersparnis erzielt. Eine Einbaunische des Kältegerätes wird vor Feuchtigkeit und den daraus resultierenden Schäden geschützt.
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Unter einem 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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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist die Steuereinrichtung ausgebildet ist, die Temperatur der Flächenheizeinrichtung auf einen Temperatursollwert zu steuern. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine vorbestimmte Temperatur an der Oberfläche der Außenwand eingestellt werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes umfasst das Kältegerät einen Raumtemperatursensor zum Erfassen einer Raumtemperatur. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass das Kältegerät eine Raumtemperatur erfassen kann, die zur weiteren Steuerung der Flächenheizeinrichtung herangezogen werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist der Raumtemperatursensor an einem oberen Anschraubpunkt für einen Türanschlagswechsel angeordnet. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine thermische Kopplung vermindert und eine Beeinflussung des Messwertes durch das Kältegerät verringert wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes umfasst das Kältegerät einen Luftfeuchtigkeitssensor zum Erfassen einer Luftfeuchtigkeit. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass das Kältegerät eine Luftfeuchtigkeit erfassen kann, die zur weiteren Steuerung der Flächenheizeinrichtung herangezogen werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes umfasst das Kältegerät einen Oberflächentemperatursensor zum Erfassen einer Temperatur der Oberfläche der Außenwand. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass das Kältegerät eine Temperatur der Oberfläche erfassen kann, die zur weiteren Steuerung der Flächenheizeinrichtung herangezogen werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist der Oberflächentemperatursensor in die Flächenheizeinrichtung integriert. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass sich der Aufbau des Kältegerätes vereinfacht und eine Flächenheizeinrichtung realisiert werden kann, die eine Temperatur der Oberfläche mittels einer Messung zurückgeben kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist der integrierte Oberflächentemperatursensor durch eine gedruckte Messschleife in der Flächenheizeinrichtung gebildet. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass ein flacher Aufbau der Flächenheizeinrichtung beibehalten werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist der Luftfeuchtigkeitssensor, der Oberflächentemperatursensor und/oder der Raumtemperatursensor über einen seriellen Datenbus verbunden. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass beliebige Daten und Steuersignale schnell von und zu den Sensoren mit einer geringen Anzahl von Leitungen übermittelt werden können.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist die Steuereinrichtung ausgebildet, eine Taupunkttemperatur an der Außenwand zu berechnen. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Flächenheizeinrichtung derart gesteuert werden kann, dass deren Temperatur stets über der berechneten Taupunkttemperatur liegt und sich der Energieaufwand zur Vermeidung von Tauwasser noch weiter verringert.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist die Steuereinrichtung ausgebildet, die Taupunkttemperatur auf Grundlage einer erfassten Raumtemperatur und/oder einer erfassten Luftfeuchtigkeit zu berechnen. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine besonders präzise Berechnung der Taupunkttemperatur erfolgt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist die Steuereinrichtung ausgebildet, die Flächenheizeinrichtung bei einer ersten Raumtemperatur einzuschalten und bei einer zweiten Raumtemperatur auszuschalten, wobei die erste Raumtemperatur niedriger als die zweite Raumtemperatur ist. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Anzahl von Einschalt- und Ausschaltzyklen der Flächenheizeinrichtung vermindert wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist die Steuereinrichtung ausgebildet, die Flächenheizeinrichtung über einen vorbestimmten Zeitraum einzuschalten. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine zuverlässige Anhebung der Temperatur an der Oberfläche der Außenwand erreicht wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes umfasst das Kältegerät mehrere, unabhängig voneinander steuerbare Flächenheizeinrichtungen zum Erwärmen der Oberfläche der Außenwand. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass gezielt diejenige Flächenheizeinrichtung angesteuert werden kann, an deren Stelle eine Taupunkttemperatur unterschritten wird. Dadurch kann die Energieeffizient des Kältegerätes weiter verbesset werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes umfasst das Kältegerät eine Leistungsversorgungseinrichtung für die Flächenheizeinrichtung. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine getrennte Leistungsversorgungseinrichtung mit zusätzlichem Steckanschluss unterbleiben kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist die Leistungsersorgungseinrichtung ausgebildet ist, eine Kleinspannung oder eine Sicherheitskleinspannung zur Versorgung der Flächenheizeinrichtung auszugeben. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine niedrige Spannung zur Versorgung der Flächenheizeinrichtung verwendet werden kann.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht eines Kältegerätes;
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2 eine schematische Ansicht einer Außenwand mit einer Flächenheizeinrichtung;
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3 eine Außenwand mit mehreren Flächenheizeinrichtungen; und
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4 ein Gehäuse für einen Raumtemperatursensor.
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1 zeigt einen Kühlschrank stellvertretend für ein Kältegerät 100 mit einer oberen Kühlschranktür und einer unteren Kühlschranktür. Der Kühlschrank dient beispielsweise zur Kühlung von Lebensmitteln und umfasst einen Kältemittelkreislauf mit einem Verdampfer, einem Verdichter, einem Verflüssiger und einem Drosselorgan. Der Verdampfer ist ein Wärmeaustauscher, in dem nach der Expansion das flüssige Kältemittel durch Wärmeaufnahme von dem zu kühlenden Medium, d.h. der Luft im Inneren des Kühlschranks, verdampft wird.
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Der Verdichter ist ein mechanisch betriebenes Bauteil, das Kältemitteldampf vom Verdampfer absaugt und bei einem höheren Druck zum Verflüssiger ausstößt. Der Verflüssiger ist ein Wärmeaustauscher, in dem nach der Kompression das verdampfte Kältemittel durch Wärmeabgabe an ein äußeres Kühlmedium, d.h. die Umgebungsluft, verflüssigt wird. Das Drosselorgan ist eine Vorrichtung zur ständigen Verminderung des Druckes durch Querschnittsverengung.
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Das Kältemittel ist ein Fluid, das für die Wärmeübertragung in dem kälteerzeugenden System verwendet wird, das bei niedrigen Temperaturen und niedrigem Druck des Fluids Wärme aufnimmt und bei höherer Temperatur und höherem Druck des Fluids Wärme abgibt, wobei üblicherweise Zustandsänderungen des Fluids inbegriffen sind.
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Das Kältegerät 100 umfasst eine Außenwand 103. Zwischen dem Inneren des Kältegerätes 100 und einer Außenumgebung entsteht beim Betrieb des Kältegerätes 100 ein Temperaturgefälle. Dabei befindet sich die Oberflächentemperatur der Außenwand unter der Raumtemperatur. Daher kommt es zu einem Temperaturdelta von der Oberfläche der Außenwand 103 zur Umgebungstemperatur. Dies kann insbesondere bei Einbaugeräten in Subtropen-Ländern mit einer hohen Luftfeuchtigkeit aufgrund einer geringen Isolationswandstärke der Fall sein.
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Durch ein Zusammenspiel des Temperaturdeltas mit der Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft kann auf der Oberfläche der Außenwand 103 ein Taupunkt unterschritten werden, so dass sich Tau auf der Außenwand 103 bildet. Durch das hierbei entstehende Tauwasser kann zu Korrosion und Beschädigungen an den betroffenen Stellen führen. Eine dauerhafte Beheizung der Außenwand zur Verhindern eines Unterschreitens des Taupunktes ist energieineffizient.
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2 zeigt eine schematische Ansicht der Außenwand 103 mit einer Flächenheizeinrichtung 105. Die Flächenheizeinrichtung 105 ist eine großflächige Heizung, die beispielsweise mittels einer Folienheizung mit einer Mäanderform realisiert sein kann.
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Das Kältegerät 100 umfasst eine Steuereinrichtung 109 zur elektronischen Steuerung der Temperatur der Oberfläche 107 der Außenwand 103. Dadurch kann die Temperatur der Oberfläche 107 dauerhaft über einer Taupunkttemperatur gehalten werden, ohne dass die Flächenheizeinrichtung 105 ununterbrochen mit Strom versorgt wird. Stattdessen steuert die Steuereinrichtung 109 die Flächenheizeinrichtung 105 je nach den gegebenen Bedingungen derart, dass die Temperatur der Oberfläche 107 nicht unter die Taupunkttemperatur sinkt. Die Außenwand 107 ist beispielsweise eine Seitenwand des Kältegerätes 100.
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Die Flächenheizeinrichtung 105 kann zusammen mit der Steuereinrichtung 109 auch nachträglich durch einen Kundendienst angebracht werden. In diesem Fall wird die bedruckte Flächenheizeinrichtung 105 mithilfe einer Klebeschicht vom Kundendienst auf der Außenwand 107 angebracht. Zur Energieversorgung kann das Kältegerät 100 eine Leistungsversorgungseinrichtung, wie beispielsweise einen Transformator oder ein Netzteil, für die Flächenheizeinrichtung 105 umfassen, die eine Kleinspannung oder eine Sicherheitskleinspannung zur Versorgung der Flächenheizeinrichtung 105 ausgibt. Die Spannungsversorgung kann jedoch auch über ein separates Netzteil erfolgen. In diesem Fall kann eine Schutzkleinspannung erreicht werden und auf eine doppelte Isolierung und eine Zugentlastung verzichtet werden.
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Zu diesem Zweck kann über eine Wärmebildkamera wird die kälteste Stelle der Außenwand ermittelt werden. An dieser Stelle wird dann zielgenau eine bedruckte Flächenheizeinrichtung 107 durch den Kundendienst aufgeklebt, die beispielsweise eine Leistung von 24 Watt aufweist. Die Mindestfestigkeit beträgt hierbei 8 Ncm.
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Die Steuerungseinrichtung 109 umfasst beispielsweise einen Mikrocontroller. In einem Steuerprogramm für die Steuerungseinrichtung 109 können die Schaltzeit der Flächenheizeinrichtung 107 und die Schalthysterese festgelegt werden. Standartmäßig sind diese Werte auf 30 Minuten bei einer Temperaturdifferenz von 2°C eingestellt. Diese Werte können jedoch beliebig verändert werden.
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Die Auswertung der Raumtemperatur und der Luftfeuchtigkeit erfolgen über einen Temperatur- und Luftfeuchtigkeitssensor, der in einem Gehäuse montiert ist, das eine Zirkulation der Umgebungsluft ermöglicht. Die Position des Gehäuses befindet sich beispielsweise an den oberen freien Anschraubpunkten für einen Türanschlagswechsel. An dieser Stelle ist die Beeinflussung des Messwertes durch das Kältegerät 100 am geringsten.
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Zusätzlich umfasst das Kältegerät 100 einen Oberflächentemperatursensor 111 zum Erfassen einer Temperatur der Oberfläche 107 der Außenwand. Der Oberflächentemperatursensor kann in die bedruckte Flächenheizeinrichtung 107 integriert sein. Zu diesem Zweck kann die Flächenheizeinrichtung 105 gedruckte Messschleifen umfassen, die als integrierter Oberflächentemperatursensor 111 wirken.
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Durch die Verwendung des Oberflächentemperatursensors 111 kann eine Regelschleife innerhalb des Kältegerätes realisiert werden, so dass der tatsächliche Istwert der Temperatur der Flächenheizeinrichtung 107 fortlaufend über einen Regler auf Grundlage eines Soll-Istwert-Vergleichs an einen Sollwert der Temperatur angepasst wird. Das Vergleichsergebnis nähert sich dabei trotz unbekannter auf die Regelstrecke einwirkender Störungen einem Minimum. Das Kältegerät 100 kann eine Regelschleife zum Regeln der Temperatur auf Basis eines Vergleichs zwischen einer Solltemperatur und einer von dem Oberflächentemperatursensor 111 erfassten Isttemperatur umfassen. Die Messschleifen können in beliebiger Anordnung gedruckt sein. Die Ansteuerung der Sensoren kann über einen seriellen Bus erfolgen, wie beispielsweise I2C, bei dem bei unterschiedlichen Spannungsversorgungen ein I2C-Level-Shifter verwendet wird.
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3 zeigt eine Außenwand mit mehreren Flächenheizeinrichtungen 105-1 bis 105-6. Die Flächenheizeinrichtungen 105-1 bis 105-6 sind in einzelnen Segmenten angeordnet, die jeweils unterschiedliche Bereiche der Außenwand 107 bedecken. Die Flächenheizeinrichtungen 105-1 bis 105-6 sind beispielsweise mit einzelnen PTC-Segmenten gebildet, so dass eine großflächige Heizung mit mehreren Segmenten erreicht wird. Die Flächenheizeinrichtungen 105-1 bis 105-6 sind unabhängig voneinander steuerbar.
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Für jede der Flächenheizeinrichtungen 105-1 bis 105-6 ist eine gesonderte Spannungsversorgung 113 vorgesehen. Anhand eines fließenden Stromes in der Spannungsversorgung 113 kann aufgrund des stark temperaturabhängigen Widerstandes von PTC-Segmenten die Temperatur gleichzeitig sowohl bestimmt als auch geregelt werden. Bei der Verwendung von PTC-Segmenten ergibt sich zusätzlich ein selbstregulierender Effekt durch die PTC-Charakteristik.
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4 zeigt ein Gehäuse 115 für einen Raumtemperatur- und Luftfeuchtigkeitssensor. Das Gehäuse 115 ist aus Kunststoffformteilen gebildet und umfasst eine Rückplatte 117 und eine Abdeckschale 121. Der Raumtemperatursensor wird auf der Rückplatte 117 in einer Halterung 123 eingesetzt. Zum Befestigen der Abdeckschale 121 weist die Rückplatte 117 seitlich angeordnete Rastarme 119 auf, die beim Aufsetzen der Abdeckschale 121 seitlich in die Abdeckschale 121 eingreifen. Dadurch kann die Abdeckschale 121 auf einfache Weise mit der Rückplatte 117 verbunden werden. Das Gehäuse 115 wird an einem geeigneten Ort des Kältegerätes 100 angebracht.
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Die Abdeckschale 121 weist langgestreckte Belüftungsschlitze 125 auf, so dass Umgebungsluft in das Innere des Gehäuses 115 eindringen kann und eine Zirkulation der Umgebungsluft ermöglicht wird. Dadurch kann eine exakte Messung der Raumtemperatur und der Luftfeuchtigkeit gewährleistet werden.
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Alle in Verbindung mit einzelnen Ausführungsformen der Erfindung erläuterten und gezeigten Merkmale können in unterschiedlicher Kombination in dem erfindungsgemäßen Gegenstand vorgesehen sein, um gleichzeitig deren vorteilhafte Wirkungen zu realisieren.
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Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die Ansprüche gegeben und wird durch die in der Beschreibung erläuterten oder den Figuren gezeigten Merkmale nicht beschränkt.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Kältegerät
- 103
- Außenwand
- 105
- Flächenheizeinrichtung
- 107
- Oberfläche
- 109
- Steuereinrichtung
- 111
- Oberflächentemperatursensor
- 113
- Stromversorgung
- 115
- Gehäuse
- 117
- Rückplatte
- 119
- Rastarm
- 121
- Abdeckschale
- 123
- Halterung
- 125
- Belüftungsschlitz
