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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältegerät mit einem Wärmetauschelement.
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Beim Betrieb eines Kältegeräts wird das Innere des Kältegeräts durch einen Kältekreislauf gekühlt. Während der Kühlung wird eine Reduktion der Temperatur im Inneren des Kältegeräts durch die Aufwendung von mechanischer Arbeit durch Bauteile des Kältekreislaufs erreicht. Dadurch entsteht an bestimmten Stellen des Kältekreislaufs Wärme, die wirksam abgeführt werden muss, um einen vorteilhaften Wirkungsgrad des Kältekreislaufs sicherzustellen und um eine vorteilhafte Kühlung des Kältegeräts zu gewährleisten.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kältegerät anzugeben, bei dem Wärme von dem Kältekreislauf effizient abgeführt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen nach dem unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung und der Zeichnungen.
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Gemäß einem Aspekt wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein Kältegerät mit einem Kältekreislauf mit einem Verflüssiger, mit einem Wärmekreislaufsystem zum Erwärmen eines Elements des Kältegeräts, wobei das Wärmekreislaufsystem einen Wärmeleitbereich umfasst, und mit einem Wärmetauschelement, welches den Verflüssiger und den Wärmeleitbereich umfasst, gelöst, wobei der Verflüssiger und der Wärmeleitbereich in dem Wärmetauschelement thermisch gekoppelt sind, um Wärme von dem Kältekreislauf an den Wärmeleitbereich des Wärmekreislaufsystems abzugeben.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch die thermische Kopplung des Verflüssigers des Kältekreislaufs mit dem Wärmeleitbereich des Wärmekreislaufsystems in dem Wärmetauschelement, eine wirksame Wärmeübertragung von dem Kältekreislauf an den Wärmeleitbereich des Wärmekreislaufsystems stattfindet, und die Wärme beispielsweise von einer Wärmetransportsubstanz in dem Wärmekreislaufsystem aufgenommen werden kann. Die übertragene Wärme kann durch das Wärmekreislaufsystem, wie z.B. ein Thermosiphon oder ein Heizrohr, beispielsweise durch eine Wärmetransportsubstanz, zu einem Element des Kältegeräts transportiert und an das Element abgegeben werden, um das Element zu erwärmen.
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Ein Element des Kältegeräts kann einen Bereich oder ein Bauteil des Kältegeräts umfassen, der oder das nicht durch den Kältekreislauf des Kältegeräts aktiv gekühlt wird, und das erwärmt werden soll. Das Element kann beispielsweise die Kältegerätetür, den Rahmen des Kältegeräts, einen Oberflächenbereich des Rahmens des Kältegeräts, ein Netzteil, oder eine Verdunstungsschale des Kältegeräts umfassen.
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Um während des Kondensationsvorgangs in dem Kältekreislauf eine Verflüssigung des Kältemittels zu erreichen, wird eine Wärmemenge von dem Verflüssiger abgegeben. Die durch den Verflüssiger abgegebene Wärmemenge wird in dem Wärmetauschelement durch die thermische Kopplung auf den Wärmeleitbereich des Wärmekreislaufsystems übertragen. Die thermische Kopplung kann durch ein thermisch leitendes Element des Wärmetauschelements realisiert werden, wie beispielweise ein thermisch leitendes Metallelement, welches zwischen dem Verflüssiger und dem Wärmeleitbereich angeordnet ist.
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Die auf den Wärmeleitbereich übertragene Wärmemenge kann beispielsweise an eine vorhandene Wärmetransportsubstanz des Wärmekreislaufsystems abgegeben werden, welche die Wärme in dem Wärmeleitbereich aufnehmen kann. Das Wärmekreislaufsystem ist ausgebildet, die aufgenommene Wärme zu einem Element des Kältegeräts zu transportieren, an dem die Wärme benötigt wird, und die aufgenommene Wärmemenge an dieses Element des Kältegeräts abzugeben.
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Dadurch wird unter anderem erreicht, dass die während des Kühlvorgangs entstehende Wärme nicht ungenutzt an die Umgebung abgegeben wird, sondern die entstehende Wärme zur Erwärmung von Elementen des Kältegeräts verwendet werden kann, die Wärme benötigen. Zudem kann durch die Verwendung des Wärmekreislaufsystems zur Abführung von Wärme von dem Verflüssiger eine wirksame Kühlung des Verflüssigers erreicht werden, wodurch eine geringe Verflüssigungstemperatur des Kältemittels in dem Kältekreislauf erreicht wird. Je niedriger die Verflüssigungstemperatur des Kältemittels ist, umso größer ist der Wirkungsgrad des Verdichters in dem Kältekreislauf, und desto niedriger ist der gesamte Energieverbrauch des Kältegeräts. Somit kann durch das Wärmetauschelement eine effiziente Abführung von Wärme von dem Verflüssiger erreicht werden.
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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 Kältegeräts umfasst das Wärmetauschelement einen Verflüssiger aus Multi-Port extrudiertem Rohr.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch die Verwendung eines Verflüssigers aus Multi-Port extrudiertem Rohr (MPE-Verflüssiger) eine besonders wirksame Wärmeübertragung von dem Verflüssiger auf den Wärmeleitbereich des Wärmekreislaufes erreicht wird.
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Ein MPE-Verflüssiger weist eine große interne Oberfläche auf, wodurch eine wirksame Wärmeübertragung von dem Kältemittel an die Oberfläche des MPE-Verflüssigers ermöglicht wird. Wenn ein thermisch leitender Kontakt zwischen der Oberfläche des MPE-Verflüssigers und dem Wärmeleitbereich des Wärmekreislaufsystems vorhanden ist, wie z.B. durch eine thermisch leitende Metallverbindung, kann eine wirksame Wärmeübertragung von dem MPE-Verflüssiger auf das Wärmekreislaufsystem stattfinden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegeräts umfasst der Verflüssiger einen Kältekanal und umfasst der Wärmeleitbereich einen Wärmekanal, wobei der Kältekanal ausgebildet ist, ein Kältemittel des Kältekreislaufs in dem Wärmetauschelement zu befördern, und wobei der Wärmekanal ausgebildet ist, eine Wärmetransportsubstanz des Wärmekreislaufsystems in dem Wärmetauschelement zu befördern.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch den Kältekanal des Verflüssigers und durch den Wärmekanal des Wärmeleitbereichs eine konstante Förderung von Kältemittel, bzw. Wärmetransportsubstanz in dem Kältegerät erreicht wird. Zudem wird durch die Anordnung des Kältekanals des Verflüssigers und des Wärmekanals des Wärmeleitbereichs in dem Wärmetauschelement eine räumliche Nähe zwischen dem Kältekreislauf und dem Wärmekreislaufsystem erreicht. In dem Wärmetauschelement wird eine thermische Kopplung zwischen dem Kältemittel in dem Kältekanal und der Wärmetransportsubstanz in dem Wärmekanal hergestellt, wodurch eine wirksame Wärmeübertragung von dem Kältemittel auf die Wärmetransportsubstanz erreicht werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegeräts sind der Kältekanal und der Wärmekanal parallel zueinander angeordnet, wobei das in dem Kältekanal förderbare Kältemittel und die in dem Wärmekanal förderbare Wärmetransportsubstanz in zueinander entgegengesetzten Strömungsrichtungen durch den Kältekanal und durch den Wärmekanal förderbar sind.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch die parallele Anordnung von Kältekanal und Wärmekanal eine wirksame Wärmeübertagung von dem Kältekreislauf auf das Wärmekreislaufsystem ermöglicht wird. Durch die entgegengesetzten Strömungsrichtungen des Kältemittels in dem Kältekanal und der Wärmetransportsubstanz in dem Wärmekanal wird eine wirksame Wärmeübertragung zwischen den beiden Kreisläufen erreicht, wodurch der Temperaturunterschied zwischen dem Verflüssiger und dem Wärmeleitbereich gering gehalten wird. Dadurch kann eine konstante Wärmeübertragung zwischen den beiden Kreisläufen während des Wärmeaustauschprozesses erreicht werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegeräts ist der Kältekanal von dem Wärmekanal durch eine thermisch leitende Trennwand getrennt.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch die Trennwand zwischen Kältekanal und Wärmekanal eine strikte Trennung zwischen den beiden Kanälen sichergestellt wird, so dass es zu keinem physischen Austausch von Kältemittel und Wärmetransportsubstanz kommt. Da die Trennwand thermisch leitend ist, und beispielsweise aus einem Metall wie Aluminium besteht, kann durch die Trennwand dennoch ein wirksamer Wärmefluss von dem Kältemittel zu der Wärmetransportsubstanz stattfinden, um einen vorteilhaften Wärmeaustausch in dem Wärmetauschelement sicherzustellen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegeräts umfasst das Wärmetauschelement einen Aufsatz, wobei der Aufsatz ausgebildet ist, das Wärmetauschelement mit dem Kältekreislauf und mit dem Wärmekreislaufsystem zu verbinden, wobei der Kältekreislauf ein Kältemittel umfasst und wobei das Wärmekreislaufsystem eine Wärmetransportsubstanz umfasst.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch die duale Funktion des Aufsatzes sowohl den Kältekreislauf und auch das Wärmekreislaufsystem mit dem Wärmetauschelement zu verbinden, ein wirksamer Wärmeaustausch zwischen den beiden Kreisläufen ermöglicht wird. Insbesondere kann das Kältemittel des Kältekreislaufs durch den Aufsatz an einer ersten Position des Wärmetauschelements in das Wärmetauschelement eingeführt werden und an einer zweiten Position des Wärmetauschelements aus dem Wärmetauschelement geleitet werden.
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Der Aufsatz kann derart ausgebildet sein, damit das Kältemittel des Kältekreislaufs durch den Aufsatz an einer ersten Position des Wärmetauschelements in das Wärmetauschelement eingeführt wird und das Kältemittel an einen anderen Aufsatz an einer weiteren Position des Wärmetauschelement aus dem Wärmetauschelement geleitet wird. In diesem Fall kann durch den Aufsatz an einer zweiten Position des Wärmetauschelements Wärmetransportsubstanz aus dem Wärmekreislaufsystem in das Wärmetauschelement eingeleitet werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegeräts umfasst der Aufsatz einen Kältemittelraum zur Aufnahme des Kältemittels durch eine erste Öffnung und umfasst einen Substanzraum zur Aufnahme der Wärmetransportsubstanz durch eine zweite Öffnung, wobei der Kältemittelraum und der Substanzraum durch einen thermisch leitenden Mittelsteg voneinander getrennt sind.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass der Aufsatz sowohl für die Zuführung des Kältemittels aus dem Kältekreislauf, als auch für die Zuführung der Wärmetransportsubstanz aus dem Wärmekreislaufsystem geeignet ist, wodurch es zu einer wirksamen Wärmeübertragung zwischen den Kreisläufen kommt. Durch die erste Öffnung des Aufsatzes kann Kältemittel in den Kältemittelraum des Aufsatzes geleitetet werden, um danach dem Wärmetauschelement zugeführt werden. Durch die zweite Öffnung des Aufsatzes kann Wärmetransportsubstanz in den Substanzraum des Aufsatzes geleitet werden, um danach dem Wärmetauschelement zugeführt zu werden. Durch den Mittelsteg wird eine Trennung zwischen Kältemittelraum und Substanzraum in dem Aufsatz erreicht, wodurch eine Vermischung des Kältemittels und der Wärmetransportsubstanz verhindert wird. Da der Mittelsteg thermisch leitend ist, und beispielsweise aus Aluminium besteht, kann dennoch eine wirksame Wärmeleitung von dem Kältemittel in dem Kältemittelraum zu der Wärmetransportsubstanz in dem Substanzraum des Aufsatzes sichergestellt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegeräts umfasst die Wärmetransportsubstanz ein Alkan, einen Fluorkohlenwasserstoff oder Wasser, bevorzugt Isobutan, Tetrafluorethan oder Wasser, und besonders bevorzugt Wasser.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch die genannten Substanzen ein wirksamer Wärmetransport in dem Wärmekreislaufsystem sichergestellt werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegeräts beinhaltet das Wärmekreislaufsystem eine Wärmetransportsubstanz und umfasst einen Wärmeabgabebereich, wobei der Wärmeleitbereich ausgebildet ist, die von dem Verflüssiger des Wärmetauschelements aufgenommene Menge von Wärme an die Wärmetransportsubstanz in dem Wärmekreislaufsystem abzugeben, um die Wärmetransportsubstanz zu erwärmen, wobei das Wärmekreislaufsystem ausgebildet ist, die erwärmte Wärmetransportsubstanz von dem Wärmeleitbereich zu dem Wärmeabgabebereich zu leiten, und wobei der Wärmeabgabebereich ausgebildet ist, die von der Wärmetransportsubstanz aufgenommene Wärmemenge an das Element des Kältegeräts abzugeben.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch die Anordnung des Wärmekreislaufsystems, wie z.B. ein Thermosiphon oder Heizrohr, eine wirksame Wärmeaufnahme in dem Wärmeleitbereich, ein wirksamer Transport der aufgenommenen Wärme zu dem Wärmeabgabebereich, und eine wirksame Abgabe der aufgenommen Wärme an das Element des Kältegeräts sichergestellt wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegeräts umfasst der Kältekreislauf ein aktives System mit einem Verdampfer, einem Verdichter oder einem Drosselorgan.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch die Verwendung eines aktiven Systems mit den genannten Bauteilen ein wirksamer Kältekreislauf realisiert werden kann, wobei zumindest eines der genannten Bauteile durch elektrische Energie aktiv betrieben wird und dadurch Wärme entsteht, die an das Wärmekreislaufsystem abgegeben wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegeräts umfasst das Wärmekreislaufsystem ein passives System mit einem Thermosiphon oder einem Heizrohr.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch die Verwendung eines passiven Systems ein wirksames Wärmekreislaufsystem realisiert werden kann, das ausschließlich von einem Temperaturgradienten außerhalb des Wärmekreislaufsystems betrieben werden kann und nicht auf die Zuführung von elektrischer oder mechanischer Energie von außerhalb des Wärmekreislaufsystems angewiesen ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegeräts umfasst das Kältegerät eine Verdunstungsschale, wobei das Wärmekreislaufsystem ausgebildet ist, die aufgenommene Wärmemenge an die Verdunstungsschale des Kältegeräts abzugeben.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch die Kopplung eines Wärmekreislaufsystems, wie z.B. ein Thermosiphon oder Heizrohr, mit der Verdunstungsschale des Kältegeräts eine wirksame Erwärmung der Verdunstungsschale erreicht wird. Die Verdunstungsschale nimmt Tauwasser des Kältegeräts auf, die während des Betriebs des Kältegeräts durch Kondensation von Wasser aus der Umgebungsluft durch den Verdampfer des Kältegeräts entsteht. Durch die Erwärmung der Verdunstungsschale wird die Verdunstung von Tauwasser in der Verdunstungsschale beschleunigt. Zudem kann durch die von dem Wärmekreislaufsystem an die Verdunstungsschale abgeführte Wärme durch das Wärmekreislaufsystem zudem die Verflüssigungstemperatur des Kältemittels in dem Kältekreislauf gesenkt werden, wodurch es zu einer Effizienzsteigerung des Kältegeräts und zu einer Reduktion des Energieverbrauchs des Kältegeräts kommt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegeräts umfasst das Wärmekreislaufsystem einen Wärmeabgabebereich, wobei der Wärmeabgabebereich ein thermisch leitendes Element umfasst, welches in thermischen Kontakt mit der Verdunstungsschale steht, um eine wirksame Erwärmung der Verdunstungsschale sicherzustellen.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch den Kontakt des Wärmeabgabebereichs mit einem thermisch leitenden Element, wie beispielsweise ein oberflächenvergrößerndes Element wie Lamellen, eine besonders wirksame Abgabe von Wärme von dem Wärmeabgabebereich zu der Verdunstungsschale ermöglicht wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegeräts ist das Wärmekreislaufsystem ausgebildet ist, die aufgenommene Wärmemenge an den Rahmen des Kältegeräts abzugeben.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch die Abgabe von Wärme an den Rahmen eine wirksame Erwärmung des Außenbereichs des Kältegeräts ermöglicht wird und gleichzeitig eine wirksame Abkühlung des Kältemittels in dem Kältekreislauf kommt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegeräts ist das Wärmekreislaufsystem ausgebildet, die aufgenommene Wärmemenge an einen Oberflächenbereich des Rahmens des Kältegeräts abzugeben.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch die Abgabe von Wärme an den Oberflächenbereich des Rahmens eine Kondensation von Wasser aus der Umgebungsluft in dem Kältegerät verhindert werden kann. Der Oberflächenbereich des Rahmens befindet sich in der Nähe der Kältegerätetür. Wird die Kältegerätetür geöffnet, kann feuchte Luft mit dem Oberflächenbereich des Rahmens in Kontakt kommen, wodurch es zu einer Kondensation von Wasser an dem Oberflächenbereich kommen kann, und die nicht erwünscht ist. Durch eine Erwärmung des Oberflächenbereichs des Rahmens kann die Kondensation von Wasser reduziert oder verhindert werden.
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Weitere Ausführungsbeispiele werden Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Kältegerätes;
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2 eine schematische Darstellung eines Wärmekreislaufsystems in einem Kältegerät;
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3 eine schematische Darstellung eines Verflüssigers als Vergleichsbeispiel;
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4 eine schematische Darstellung eines MPE-Rohrs;
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5 eine schematische Darstellung eines Aufsatzes;
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6 eine schematische Darstellung eines Wärmetauschelements; und
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7 eine schematische Darstellung eines Kältegeräts mit einer Verdunstungsschale.
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1 zeigt einen Kühlschrank stellvertretend für ein allgemeines Kältegerät 100 mit einer Kältegerätetür 101, durch welche der Innenraum des allgemeinen Kältegeräts 100 verschließbar ist, und mit einem Rahmen 103.
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Das Kältegerät 100 umfasst einen Kältekreislauf mit einem Verdampfer, Verdichter, Verflüssiger und Drosselorgan. Der Verdampfer ist ein Wärmeaustauscher, in dem nach der Expansion das flüssige Kältemittel durch Wärmeaufnahme von dem zu kühlenden Medium, z.B. Luft, verdampft wird. 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, z.B. Luft, verflüssigt wird. Das Drosselorgan ist eine Vorrichtung zur ständigen Verminderung des Druckes durch Querschnittsverengung. Das Kältemittel ist ein Fluid, das für die Wärmeübertragung in dem kälteerzeugenden System verwendet wird, das bei niedrigen Temperaturen und niedrigem Druck des Fluides Wärme aufnimmt und bei höherer Temperatur und höherem Druck des Fluides Wärme abgibt, wobei üblicherweise Zustandsänderungen des Fluides inbegriffen sind.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Wärmekreislaufsystems 105 mit einer Wärmetransportsubstanz in einem Kältegerät 100, wobei das Wärmekreislaufsystem 105 einen Wärmeleitbereich 107 und einen Wärmeabgabebereich 109 umfasst. Voraussetzung für den Betrieb des Wärmekreislaufsystems 105 ist ein Temperaturunterschied zwischen den beiden Bereichen des Wärmekreislaufsystems 105, um einen Wärmetransport durch die Wärmetransportsubstanz in dem Wärmekreislaufsystem 105 zu ermöglichen. Da die Temperatur außerhalb des Wärmeleitbereichs 107 größer als die Temperatur der Wärmetransportsubstanz in dem Kältegerät 100 ist, wird in dem Wärmeleitbereich 107 eine Menge von Wärme durch die Wärmetransportsubstanz aufgenommen. Die erwärmte Wärmetransportsubstanz wird durch eine Substanzleitung 111 zu dem Wärmeabgabebereich 109 des Wärmekreislaufsystems 105 in der Strömungsrichtung 113 transportiert. Da die Temperatur außerhalb des Wärmeabgabebereichs 109 geringer als die Temperatur der erwärmten Wärmetransportsubstanz ist, wird die Wärmemenge von der Wärmetransportsubstanz in dem Wärmeabgabebereich 109 an einen Bereich außerhalb des Wärmeabgabebereichs 109 abgegeben.
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Zwischen dem Wärmeleitbereich 107 und dem Wärmeabgabebereich 109 umfasst das Wärmekreislaufsystem 105 einen Isolierbereich 115, um einen Wärmefluss außerhalb des Wärmekreislaufsystems 105 zwischen den beiden Bereichen mit unterschiedlicher Temperatur in dem Kältegerät 100 zu verhindern.
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Wenn das Wärmekreislaufsystem 105 ein Thermosiphon umfasst, dann wird die während des Betriebs des Kühlkreislaufs in dem Kältegerät 100 erzeugte Wärme an den Wärmeleitbereich 107 des Wärmekreislaufsystems 105 abgegeben, um die Wärmetransportsubstanz zu erwärmen, wodurch diese verdampft und das Gas in der Substanzleitung 111 nach oben aufsteigt. Im Wärmeabgabebereich 109 gibt die erwärmte Wärmetransportsubstanz die aufgenommene Wärme an die Umgebung des Wärmekreislaufsystems 105 ab und wird dadurch abgekühlt und kondensiert. Die abgekühlte kondensierte Wärmetransportsubstanz fließt aufgrund der Schwerkraft wieder nach unten und sammelt sich im Wärmeleitbereich 107.
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3 zeigt als Vergleichsbeispiel eine schematische Darstellung eines Verflüssigers aus extrudiertem MPE-Rohr (MPE-Verflüssiger). Der Verflüssiger 117 umfasst ein Eingangsrohr 119 und ein Ausgangsrohr 121, durch welches das Kältemittel des Kältekreislaufs in den Verflüssiger 117 eingeleitet, bzw. ausgeleitet werden kann. Der Verflüssiger 117 umfasst ein extrudiertes MPE-Rohr 123 durch das Kältemittel geleitet wird und welches eine maänderförmige Struktur aufweist. Zwischen den maänderförmigen Abschnitten des extrudierten MPE-Rohrs 123 sind Lamellen 125 angebracht, die eine wirksame Wärmeabgabe durch den Verflüssiger 117 an die Umgebung ermöglichen.
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Der Übergang des extrudierten MPE-Rohrs 123 zu dem Eingangsrohr 119 und zu dem Ausgangsrohr 121 wird durch jeweils einen Aufsatz 127 realisiert. Der Aufsatz 127 weist auf einer Vorderseite eine Öffnung auf, durch die das Eingangsrohr 119, bzw. das Ausgangsrohr 121 mit dem Aufsatz 127 verbunden wird. An der Längsseite des Aufsatzes 127 ist ein Spalt angebracht, in den das MPE-Rohr 123 eingeführt werden kann, um eine schlüssige Verbindung zwischen dem MPE-Rohr 123 und dem Eingangsrohr 119, bzw. dem Ausgangsrohr 121 zu realisieren.
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Somit kann erwärmtes Kältemittel durch das Eingangsrohr 119 durch das extrudierte MPE-Rohr 123 in den Verflüssiger 117 und durch das Ausgangsrohr 121 wieder aus dem Verflüssiger 117 geleitet werden. Durch die Lamellen 125 kann eine Wärmemenge von dem Kältemittel an den Außenbereich des Verflüssigers 117 abgegeben werden, um eine Verflüssigung des Kältemittels zu erreichen.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines MPE-Rohrs 123 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das MPE-Rohr 123 kann ein extrudiertes Rohr aus einem oder verschiedenen Metallen umfassen und kann aus Aluminium bestehen. Das MPE-Rohr 123 umfasst mehrere Kältekanäle 129 durch welche das Kältemittel des Kältekreislaufs strömen kann und die durch Stege 131 voneinander getrennt sind. Die Stege 131 versteifen das MPE-Rohr 123 und machen ein Biegen des MPE-Rohrs 123 in Maänderform möglich.
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Das MPE-Rohr 123 umfasst darüber hinaus mehrere Wärmekanäle 133 durch welche eine Wärmetransportsubstanz eines Wärmekreislaufsystems 105 strömen kann und die ebenfalls durch Stege 131 voneinander getrennt sind. Zwischen den Wärmekanälen 133 und den Kältekanälen 129 befindet sich eine Trennwand 135. Die Trennwand 135 verhindert ein Vermischen des durch die Kältekanäle 129 strömenden Kältemittels mit der durch die Wärmekanäle 133 strömenden Wärmetransportsubstanz. Die Trennwand 135 ist derart ausgestaltet, dass ein Wärmefluss von dem Kältemittel in den Kältekanälen 129 durch die Trennwand 135 zu der Wärmetransportsubstanz in den Wärmekanälen 133 ermöglicht wird.
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines Aufsatzes 127 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Aufsatz 127 kann ein extrudiertes Rohr aus einem oder verschiedenen Metallen umfassen und kann aus Aluminium bestehen. Der Aufsatz 127 weist auf einer Vorderseite eine erste Öffnung 137 auf, durch die ein Eingangsrohr 119, bzw. ein Ausgangsrohr 121 des Kältekreislaufs mit dem Aufsatz 127 verbunden wird. Durch die Öffnung 137 kann Kältemittel des Kältekreislaufs in einen Kältemittelraum 139 des Aufsatzes 127 strömen.
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Um ein Teil des MPE-Rohres 123 mit einem Wärmekreislaufsystem 105 zu kombinieren, weist der Aufsatz 127 auf der anderen Vorderseite eine zweite Öffnung 141 auf, durch die ein Eingangsrohr 119, bzw. ein Ausgangsrohr 121 des Wärmekreislaufsystems 105 mit dem Aufsatz 127 verbunden wird. Durch die zweite Öffnung 141 kann Wärmetransportsubstanz des Wärmekreislaufsystems 105 in einen Substanzraum 143 des Aufsatzes 127 strömen.
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Um ein Vermischen von Kältemittel in dem Kältemittelraum 139 und Wärmetransportsubstanz in dem Substanzraum 143 des Aufsatzes 127 zu verhindern, ist zwischen dem Kältemittelraum 139 und dem Substanzraum 143 ein Mittelsteg 145 angebracht. Der Mittelsteg 145 ermöglicht eine physische Trennung zwischen Substanzraum 143 und Kältemittelraum 139. Der Mittelsteg 145 ist aber derart ausgestaltet, dass ein Wärmefluss von dem Kältemittel in dem Kältemittelraum 139 durch den Mittelsteg 145 zu der Wärmetransportsubstanz in dem Substanzraum 143 ermöglicht wird.
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Damit der Aufsatz 127 mit dem MPE-Rohr 123 schlüssig verbunden werden kann, weist der Aufsatz 127 auf einer Längsseite einen Schlitz 147 auf, der derart ausgebildet ist, um das MPE-Rohr 123 aufzunehmen. Der Schlitz 147 umfasst ein Kältemittelschlitz 149, durch den der Kältemittelraum 139 des Aufsatzes 127 mit den Kältekanälen 129 des MPE-Rohr 123 schlüssig verbunden ist, um einen Fluss von Kältemittel durch die erste Öffnung 137 durch den Kältemittelraum 139 zu den Kältekanälen 129 des MPE-Rohrs 123 zu ermöglichen. Der Schlitz 147 umfasst zudem ein Substanzschlitz 151, durch den der Substanzraum 143 des Aufsatzes 127 mit den Wärmekanälen 133 des MPE-Rohrs 123 schlüssig verbunden ist, um einen Fluss von Wärmetransportsubstanz durch die zweite Öffnung 141 durch den Substanzraum 143 zu den Wärmekanälen 133 des MPE-Rohrs 123 zu ermöglichen.
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6 zeigt eine schematische Darstellung eines Wärmetauschelements gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem MPE-Rohr gemäß 4 und mit einem Aufsatz gemäß 5. Das Wärmetauschelement 153 umfasst einen Verflüssiger 117 und einen Wärmeleitbereich 107, deren Trennung durch die Trennwand 135 und durch den Mittelsteg 145 mittels einer Trennlinie 155 dargestellt ist. Der Verflüssiger 117 umfasst ein Eingangsrohr 119 und ein Ausgangsrohr 121, durch welches das Kältemittel in den Verflüssiger 117 eingeleitet, bzw. ausgeleitet werden kann. Der Verflüssiger 117 und der Wärmeleitbereich 107 umfasst ein extrudiertes MPE-Rohr 123 durch das Kältemittel, bzw. Wärmetransportsubstanz geleitet wird und welches eine maänderförmige Struktur aufweist. Zwischen den maänderförmigen Abschnitten des extrudierten MPE-Rohrs 123 sind Lamellen 125 angebracht.
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Der Übergang des extrudierten MPE-Rohrs 123 zu dem Eingangsrohr 119 und zu dem Ausgangsrohr 121 wird durch jeweils einen Aufsatz 127 realisiert. Der Aufsatz 127 weist auf einer Vorderseite eine erste Öffnung 137 auf, durch die das Eingangsrohr 119, bzw. das Ausgangsrohr 121 mit dem Aufsatz 127 verbunden wird. An der Längsseite des Aufsatzes 127 ist ein Schlitz 147 angebracht, in den das MPE-Rohr 123 eingeführt werden kann, um eine schlüssige Verbindung zwischen dem MPE-Rohr 123 und dem Eingangsrohr 119, bzw. dem Ausgangsrohr 121 zu realisieren.
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Der Aufsatz 127 umfasst ferner ein zweite Öffnung 141 in die ein weiteres Eingangsrohr 157 und in die ein weiteres Ausgangsrohr 159 eingeführt werden kann. Das weitere Eingangsrohr 157 und das weitere Ausgangsrohr 159 ist mit dem Wärmekreislaufsystem 105 verbunden, so dass die Wärmetransportsubstanz durch den Wärmeleitbereich 107 geleitet werden kann.
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Aufgrund der Trennwand 135 in dem MPE-Rohr 123 und aufgrund des Mittelstegs 145 in dem Aufsatz 127 wird ein Vermischen des durch die Kältekanäle 129 strömenden Kältemittels mit der durch die Wärmekanäle 133 strömenden Wärmetransportsubstanz verhindert, so dass durch die Trennlinie 155 eine Zweiteilung des Wärmetauschelements 153 gewährleistet ist. Der Verflüssiger 117 des durch die Trennlinie 155 getrennten Wärmetauschelements 153 ist Bestandteil eines aktiven Kältekreislaufs mit einem Verdichter, während der Wärmeleitbereich 107 des durch die Trennlinie 155 getrennten Wärmetauschelements 153 Bestandteil eines passiven Wärmekreislaufsystems 105, wie z.B. ein Thermosiphon oder ein Heizrohr, ist.
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Die Trennwand 135 und der Mittelsteg 145 sind aber derart ausgebildet, dass sie thermisch leitend sind, und somit ein Wärmefluss von dem Kältemittel in den Kältekanälen 129 zu der Wärmetransportsubstanz in den Wärmekanälen 133 ermöglicht wird. Somit fungiert das Wärmetauschelement 153 als Wärmetauscher, um Wärme von dem Kältekreislauf auf das Wärmekreislaufsystem 105 zu übertragen.
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Das Wärmekreislaufsystem 105 kann die durch den Verflüssiger 117 von dem Kältekreislauf abgeführte Wärme an ein Element des Kältegeräts 100 abgegeben. Beispielsweise kann die abgeführte Wärme an einen Oberflächenbereich des Rahmens 103 des Kältegeräts 100 abgegeben werden, um den Oberflächenbereich des Rahmens 103 zu erwärmen und eine Kondensation von Wasser auf einer kalten Oberfläche des Rahmens 103 zu verhindern.
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7 zeigt eine schematische Darstellung eines Kältegeräts 100 mit einer Verdunstungsschale 163. Das Kältegerät 100 umfasst ein Wärmekreislaufsystem 105, mit einem Wärmeleitbereich 107 zur Aufnahme von Wärme und einem Wärmeabgabebereich 109 zur Abgabe von Wärme an ein thermisch leitendes Element 161, wie z.B. ein Element mit einer großen Oberfläche, welches ausgebildet ist, die abgegebene Wärme an die Verdunstungsschale 163 abzugeben. Dadurch kann eine wirksame Wärmeübertragung von dem Wärmeleitbereich 107 zu der Verdunstungsschale 163 des Kältegeräts 100 sichergestellt werden.
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Das Wärmekreislaufsystem 105 kann neben einem Thermosiphon auch ein Heizrohr umfassen, um Wärme an die Verdunstungsschale 163 abzugeben. Ein Heizrohr ist ein geschlossenes Rohr, welches mit einer Wärmetransportsubstanz gefüllt ist und welches einen Docht an der Außenwand des Heizrohrs aufweist. In dem Docht befindet sich die Wärmetransportsubstanz in einem flüssigen Aggregatszustand. Wenn der Wärmeleitbereich 107 des Heizrohrs erwärmt wird, verdampft die Wärmetransportsubstanz unter Wärmeaufnahme, und durch die daraus resultierende Druckerhöhung in dem Heizrohr kondensiert gleichzeitig gasförmige Wärmetransportsubstanz in dem Wärmeabgabebereich 109 des Heizrohrs unter Wärmeabgabe. Somit wird durch das Heizrohr ein wirksamer Wärmetransport von einer warmen zu einer kalten Umgebung erreicht, die viel wirksamer als eine klassische Wärmeleitung in Kupfer ist.
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Da das Wärmekreislaufsystem 105, wie z.B. das Heizrohr, Wärme von dem Verflüssiger 117 abführt und dadurch kälter als die Umgebung ist, wird der Verflüssiger 117 besser gekühlt als durch eine Luftkühlung. Je niedriger die Verflüssigungstemperatur des Kältemittels in dem Kältekreislauf ist, umso größer ist der Wirkungsgrad des Verdichters im Kältekreislauf und desto niedriger wird der Energieverbrauch des gesamten Kältegeräts 100. Durch die bessere Kühlung des Verflüssigers 117 durch das Wärmekreislaufsystem 105 kann unter Umständen ein Ventilator in dem Kältegerät 100 langsamer laufen, wodurch die Lautstärke beim Betrieb des Kältegeräts 100 reduziert werden kann.
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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
- 101
- Kältegerätetür
- 103
- Rahmen
- 105
- Wärmekreislaufsystem
- 107
- Wärmeleitbereich
- 109
- Wärmeabgabebereich
- 111
- Substanzleitung
- 113
- Strömungsrichtung
- 115
- Isolierbereich
- 117
- Verflüssiger
- 119
- Eingangsrohr
- 121
- Ausgangsrohr
- 123
- MPE-Rohr
- 125
- Lamellen
- 127
- Aufsatz
- 129
- Kältekanäle
- 131
- Steg
- 133
- Wärmekanäle
- 135
- Trennwand
- 137
- Erste Öffnung
- 139
- Kältemittelraum
- 141
- Zweite Öffnung
- 143
- Substanzraum
- 145
- Mittelsteg
- 147
- Schlitz
- 149
- Kältemittelschlitz
- 151
- Substanzschlitz
- 153
- Wärmetauschelement
- 155
- Trennlinie
- 157
- Weiteres Eingangsrohr
- 159
- Weiteres Ausgangsrohr
- 161
- Thermisch leitendes Element
- 163
- Verdunstungsschale
