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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältegerät mit einem Wärmekreislaufsystem.
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Beim Betrieb eines Kältegerätes weist die Luft im Innenbereich des Kältegeräts in der Regel eine geringere Temperatur als die Luft im Außenbereich des Kältegerätes auf. Da kalte Luft eine geringere Menge von Feuchtigkeit aufnehmen kann als warme Luft, kann Wasser bei einer hohen Luftfeuchtigkeit an einer Oberfläche des Innenbereichs des Kältegerätes kondensieren. Bei einer Kondensation von Wasser kann es zu einer unerwünschten Befeuchtung oder Betauung der in dem Kältegerät gelagerten Waren kommen.
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Um eine Kondensation von Wasser in dem Innenbereich des Kältegerätes zu verhindern, können Kältegeräte über elektrische Rahmenheizungen verfügen, die den Rahmen des Kältegeräts erwärmen.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kältegerät anzugeben, bei dem die Kondensation von Wasser an dem Rahmen des Kältegerätes reduziert ist.
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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 einer Wärmequelle, mit einem Wärmekreislaufsystem zum Erwärmen eines Öffnungsbereichs eines Rahmens des Kältegeräts gelöst, wobei das Wärmekreislaufsystem eine Wärmetransportsubstanz umfasst, und wobei das Wärmekreislaufsystem einen Wärmeaufnahmebereich und eine Rahmenheizung umfasst, wobei die Wärmequelle ausgebildet ist, eine Wärmemenge durch den Wärmeaufnahmebereich an die Wärmetransportsubstanz in dem Wärmekreislaufsystem abzugeben, um eine erwärmte Wärmetransportsubstanz zu erhalten, wobei das Wärmekreislaufsystem ausgebildet ist, die erwärmte Wärmetransportsubstanz von dem Wärmeaufnahmebereich zu der Rahmenheizung zu leiten, und wobei die Rahmenheizung ausgebildet ist, die von der Wärmetransportsubstanz aufgenommene Wärmemenge an den Öffnungsbereich des Rahmens des Kältegeräts abzugeben.
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Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine Kondensation von Wasser an dem Öffnungsbereich des Rahmens des Kältegeräts verhindert wird. Um eine Kondensation von Wasser an dem Öffnungsbereich zu vermeiden, benötigen Kältegeräte oftmals eine separate Beheizung des Rahmens des Kältegeräts. Diese Rahmenheizung kann herkömmlich durch eine Verlängerung des Verflüssigers in einem Kältemittelsystem des Kältegeräts bereitgestellt werden, die rohrförmig um den Öffnungsbereich platziert ist. Durch die Verlängerung des Verflüssigers wird jedoch eine erhöhte Menge von Kältemittel in dem Kältemittelsystem des Kältegeräts benötigt, was zu einem vergrößerten Ressourcenverbrauch des Kältegeräts führt.
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Der Öffnungsbereich des Rahmens des Kältegeräts ist der Bereich der Oberfläche des Rahmens an der Vorderseite des Kältegeräts, welcher bei einem geschlossenen Kältegerät mit der Kältegerätetür des Kältegeräts in Kontakt steht und welcher beim Öffnen der Kältegerätetür freigelegt wird und dadurch mit dem Außenbereich des Kältegeräts in Kontakt steht.
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Da für die Reduktion der Kondensation von Wasser an dem Öffnungsbereich des Rahmens des Kältegeräts nur eine geringe Erwärmung benötigt wird, ist die Verwendung eines Wärmekreislaufsystems, wie z.B. ein Thermosiphon oder ein Heizrohr, ausreichend, um eine ausreichende Erwärmung des Öffnungsbereichs des Rahmens des Kältegeräts zu erreichen.
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Hierbei wird auf ein Bauteil des Kältemittelkreislaufs des Kältegeräts zurückgegriffen, welches aufgrund der Aufwendung von mechanischer Energie während des Kühlprozesses Wärme erzeugt und daher als Wärmequelle für das Wärmekreislaufsystem der vorliegenden Erfindung dient. Die durch die Wärmequelle erzeugte Wärme wird durch das Wärmeaufnahmeelement auf die Wärmetransportsubstanz des Wärmekreislaufes übertragen. Die Wärmetransportsubstanz gibt die aufgenommene Wärme durch die Rahmenheizung an den Öffnungsbereich des Rahmens des Kältegeräts ab.
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Die Rahmenheizung ist der Bereich des Wärmekreislaufsystems, also beispielsweise der Bereich eines Rohrs des Thermosiphons oder des Heizrohrs, welcher in thermischen Kontakt mit dem Öffnungsbereich des Rahmens des Kältegeräts steht. Die Rahmenheizung ist der Bereich des Wärmekreislaufsystems, der unter der Oberfläche des Öffnungsbereichs des Rahmens des Kältegeräts in dem Rahmen des Kältegeräts angeordnet ist.
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Der Wärmeübertragungsprozess des Wärmekreislaufsystems läuft ausschließlich aufgrund eines Temperaturunterschieds in dem Kältegerät ab, und benötigt deshalb keine zusätzliche Energie. Damit kann durch das Wärmekreislaufsystem eine energiesparende Erwärmung des Öffnungsbereichs des Rahmens des Kältegeräts sichergestellt werden, und die Größe des Kältemittelkreislaufs des Kältegeräts kann reduziert werden, wodurch die Menge des Kältemittels in dem Kältegerät verringert werden kann.
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Somit kann durch die Verwendung eines Wärmekreislaufsystems eine wirksame und energiesparende Erwärmung des Öffnungsbereichs des Rahmens des Kältegeräts erreicht werden, wodurch die Menge von kondensiertem Wasser an dem Öffnungsbereich des Rahmens des Kältegeräts wirksam reduziert werden kann.
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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 Wärmekreislaufsystem einen Thermosiphon oder ein Heizrohr.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch das Thermosiphon oder Heizrohr eine wirksame und energiesparende Wärmeübertragung von der Wärmequelle zu dem Öffnungsbereich des Rahmens des Kältegeräts ermöglicht wird.
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Ein Thermosiphon ist ein passives Wärmekreislaufsystem, welches einen Wärmeaustausch durch Nutzung der natürlichen Konvektion in einem vertikalen, geschlossenen Fluidkreislauf ermöglicht. Das Thermosiphon enthält eine Wärmetransportsubstanz, die im unteren Bereich des Thermosiphons von einer Wärmequelle erwärmt wird, wodurch es zu einer Verdampfung der Wärmetransportsubstanz kommt, wodurch diese in dem vertikalen Fluidkreislauf aufsteigt. Im oberen Bereich des Thermosiphons kommt es zu einer Kondensation der Wärmetransportsubstanz und zu einer Wärmeabgabe, wodurch die Wärmetransportsubstanz in dem vertikalen Fluidkreislauf aufgrund der Schwerkraft absinkt. Somit enthält ein Thermosiphon ein zwei-phasiges Gasgemisch mit einem konstanten Druck und einer konstanten Temperatur und wird durch einen Temperaturunterschied in verschiedenen Außenbereichen des Thermosiphons betrieben. Somit kann durch ein Thermosiphon eine wirksame und energiesparende Wärmeleitung von der Wärmequelle zu dem Öffnungsbereich des Rahmens des Kältegeräts ermöglicht werden.
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Ein Heizrohr ist ebenfalls ein passives Wärmekreislaufsystem, welches einen Wärmeaustausch durch eine Wärmetransportsubstanz in einem geschlossenen Rohr ermöglicht. Die Wirkungsweise des Heizrohrs ist ähnlich zu der Wirkungsweise des Thermosiphons, nur dass die Enden des Heizrohrs nicht miteinander verbunden sind und deshalb kein Rohrkreislauf vorhanden ist. Stattdessen sind die Innenwände des Heizrohrs mit einer Beschichtung ausgestattet, die eine hohe Kapillarwirkung aufweist. Wenn die Wärmetransportsubstanz aufgrund eines Temperaturunterschieds von Bereichen außerhalb des Heizrohrs in einem Kernbereich des Rohrs fließt, dann kann die Wärmetransportsubstanz aufgrund der Kapillarwirkung der Beschichtung an der Außenseite des Innenbereichs des Rohrs wieder zurückfließen. Dadurch kann ebenfalls eine wirksame Wärmeübertragung von der Wärmequelle zu dem Öffnungsbereich des Rahmens des Kältegeräts ermöglicht werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegeräts umfasst die Wärmequelle einen Verdichter oder einen Verflüssiger.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass der Verdichter oder der Verflüssiger als ein bereits vorhandenes Bauteil des Kältemittelkreislaufs des Kältegeräts als eine Wärmequelle verwendet werden kann und dadurch die durch den Betrieb des Kältegeräts zwangsläufig entstehende Abwärme zum Heizen des Öffnungsbereichs verwendet werden kann.
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Der Verdichter ist ein mechanisch betriebenes Bauteil, das Kältemitteldampf vom Verdampfer des Kältemittelkreislaufs absaugt und bei einem höheren Druck zum Verflüssiger ausstößt. Der Verflüssiger ist ein Wärmeaustauscher, in dem nach der Kompression das verdampfte Kältemittel des Kältemittelkreislaufs durch Wärmeabgabe an ein äußeres Kühlmedium, z.B. die Umgebungsluft, verflüssigt wird. Somit kann durch die Verwendung des Verdichters oder des Verflüssigers als Wärmequelle in Kombination mit einem Wärmekreislaufsystem eine wirksame Erwärmung des Öffnungsbereichs des Rahmens des Kältegeräts sichergestellt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegeräts umfasst die Wärmequelle 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) als Wärmequelle eine besonders wirksame Wärmeübertragung auf das Wärmekreislaufsystem ermöglicht wird.
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Ein MPE-Verflüssiger weist eine große interne Oberfläche auf, wodurch eine wirksame Wärmeübertragung von dem Kältemittel an den Außenbereich des MPE-Verflüssigers ermöglicht wird. Wenn ein thermisch leitender Kontakt zwischen dem MPE-Verflüssiger und dem Wärmekreislaufsystem vorhanden ist, kann eine wirksame Wärmeübertragung von dem MPE-Verflüssiger auf die Wärmetransportsubstanz in dem Wärmekreislaufsystem stattfinden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegeräts umfasst der Verflüssiger aus Multi-Port extrudiertem Rohr eine Vielzahl von Kanälen, die jeweils durch Stege getrennt sind.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch die Verwendung von Kanälen, die durch Stege getrennt sind, eine große Menge von Kältemittel in dem Kältemittelkreislaufs durch den MPE-Verflüssiger fließen kann. Wenn die Stege aus einem thermisch leitenden Material bestehen, steht eine große innere Oberfläche zur Verfügung, um eine Wärmemenge von dem Kältemittel aufzunehmen und an das Wärmekreislaufsystem abzugeben.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegeräts umfasst die Wärmetransportsubstanz ein Alkan oder einen Fluorkohlenwasserstoff, bevorzugt Tetrafluorethan oder Isobutan, und besonders bevorzugt Wasser.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass die genannten Wärmetransportsubstanzen vorteilhafte wärmetransportierende Eigenschaften aufweisen. Alkane, Fluorkohlenwasserstoffe und Wasser eignen sich aus diesem Grund besonders für die Verwendung eines Zwei-Phasen-Gemisches in einem Wärmekreislaufsystem eines Kältegeräts. Tetraflourethan und Isobutan haben sich als besonders vorteilhafte Wärmetransportsubstanzen erwiesen, die sich für den Einsatz in Kältegeräten eignen. Hier ist Isobutan und Wasser aufgrund seiner äußerst geringen Schädlichkeit besonders bevorzugt. In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt die Menge von Isobutan in dem Wärmekreislaufsystem zwischen 25 g und 57 g.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegeräts weist die Wärmetransportsubstanz in dem Wärmeaufnahmebereich vor Aufnahme der Wärmemenge einen flüssigen Aggregatszustand auf, wobei die Wärmetransportsubstanz in der Rahmenheizung vor Abgabe der Wärmemenge einen gasförmigen Aggregatszustand aufweist.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch die Verwendung eines Zwei-Phasen-Gemisches in dem Wärmekreislaufsystem eine besonders wirksame Wärmeübertragung von der Wärmequelle zu dem Öffnungsbereich des Rahmens des Kältegeräts ermöglicht wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegeräts sind der Wärmeaufnahmebereich und die Rahmenheizung des Wärmekreislaufsystems durch einen Isolationsbereich getrennt.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch den Isolationsbereich eine Wärmeisolierung zwischen dem Wärmeaufnahmebereich und der Rahmenheizung sichergestellt wird. Dadurch wird ein Temperaturgradient zwischen dem Außenbereich des Wärmeaufnahmebereichs und dem Außenbereich der Rahmenheizung gewährleistet, der notwendig ist, um eine Wärmeübertragung von dem Wärmeaufnahmebereich zu der Rahmenheizung durch die Wärmetransportsubstanz zu gewährleisten, wodurch eine wirksame Erwärmung des Öffnungsbereichs des Rahmens des Kältegeräts sichergestellt wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegeräts umfasst der Isolationsbereich einen Bereich mit einem Isolationsmaterial, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Styropor, Steinwolle und Kunststoffschaum.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch die genannten Isolationsmaterialien eine besonders wirksame Wärmeisolierung erreicht wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegeräts steht die Rahmenheizung mit dem Öffnungsbereich des Rahmens in thermisch leitenden Kontakt, um eine wirksame Abgabe der Wärmemenge an den Öffnungsbereich des Rahmens zu gewährleisten.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch den thermisch leitenden Kontakt zwischen der Rahmenheizung und dem Öffnungsbereich des Rahmens eine wirksame Erwärmung des Öffnungsbereichs des Rahmens sichergestellt wird. Insbesondere wird durch den thermisch leitenden Kontakt erreicht, dass ein Großteil der durch die Rahmenheizung abgegebenen Wärme nicht willkürlich an das Kältegerät abgegeben wird, sondern gezielt den Öffnungsbereich des Rahmens erwärmt. Der thermisch leitende Kontakt kann einen direkten Kontakt zwischen der Rahmenheizung und dem Öffnungsbereich des Rahmens umfassen. Der thermisch leitende Kontakt kann einen indirekten thermischen Kontakt umfassen, der durch ein thermisch leitendes Element, wie beispielsweise ein thermisch leitendes Metall realisiert werden kann, wodurch Wärme von der Rahmenheizung zu dem Öffnungsbereich des Rahmens geleitet wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegeräts umfasst die Fläche der Rahmenheizung mehr als 60% der Fläche des Öffnungsbereichs des Rahmens, bevorzugt mehr als 80%.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch den großen Anteil der Fläche der Rahmenheizung der in thermisch leitenden Kontakt mit der Fläche des Öffnungsbereichs des Rahmens steht, eine wirksame Erwärmung des Öffnungsbereichs des Rahmens ermöglicht wird. Insbesondere wird durch den großen Flächenanteil der Rahmenheizung eine gleichmäßige Erwärmung eines großen Teils des Öffnungsbereichs des Rahmens sichergestellt. Dadurch wird erreicht, dass fast alle Bereiche des Öffnungsbereichs des Rahmens, die in thermischen Kontakt mit der Rahmenheizung stehen, ausreichend erwärmt werden und dadurch eine Kondensation von Wasser an dem Öffnungsbereich des Rahmens verhindert werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegeräts umfasst die Wärmequelle eine Wärmequellenfläche, wobei der Wärmeaufnahmebereich eine Wärmeaufnahmefläche umfasst, die parallel zu der Wärmequellenfläche angeordnet ist, um eine wirksame Aufnahme der Wärmemenge durch den Wärmeaufnahmebereich zu gewährleisten.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch die parallele Anordnung von Wärmequellenfläche und Wärmeaufnahmefläche eine große Menge von Wärme von der Wärmequelle auf den Wärmeaufnahmebereich des Wärmekreislaufsystems übertragen werden kann. Die Wärmequellenfläche kann eine Außenfläche der Wärmequelle, wie beispielsweise die Außenfläche eines MPE-Verflüssigers, umfassen. Die Wärmeaufnahmefläche kann eine Fläche des Wärmeaufnahmebereichs des Wärmekreislaufsystems umfassen. Die Wärmeaufnahmefläche des Wärmeaufnahmebereichs kann eine große Wärmemenge an das Wärmekreislaufsystem übertragen, da die Wärmetransportsubstanz an der Wärmeaufnahmefläche vorbeiströmt und damit in einem bestimmten Zeitintervall eine große Wärmemenge von der Wärmeaufnahmefläche abführt. Durch die parallele Anordnung der Wärmequellenfläche und der Wärmeaufnahmefläche wird verhindert, dass die von der Wärmequelle abgegebene Wärme in das Kältegerät entweicht, sondern von der Wärmeaufnahmefläche aufgenommen werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegeräts ist die Wärmequelle mit dem Wärmeaufnahmebereich durch ein thermisch leitendes Element verbunden, um eine wirksame Wärmeaufnahme durch den Wärmeaufnahmebereich zu gewährleisten.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch das thermisch leitende Element eine wirksame Wärmeübertragung von der Wärmequelle auf den Wärmeaufnahmebereich des Wärmekreislaufsystems sichergestellt wird. Insbesondere wird durch das thermisch leitende Element erreicht, dass ein Großteil der durch die Wärmequelle abgegebenen Wärme nicht willkürlich an das Kältegerät abgegeben wird, sondern gezielt den Wärmeaufnahmebereich erreicht.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegeräts umfasst das thermisch leitende Element ein thermisch leitendes Material, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Silber, Kupfer, Eisen und Glas.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch die genannten thermisch leitenden Materialien eine besonders wirksame Wärmeleitung erreicht wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegeräts umfasst das Wärmekreislaufsystem einen Füllstutzen zum Einfüllen der Wärmetransportsubstanz.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch den Füllstutzen Wärmetransportsubstanz eingefüllt werden kann. Der Füllstutzen kann anschließend verschlossen werden, um ein nachträgliches Entweichen der Wärmetransportsubstanz aus dem Wärmekreislaufsystem zu verhindern.
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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 Thermosiphon;
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3 eine schematische Darstellung eines Wärmekreislaufsystems in einem Kältegerät; und
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4 eine schematische Darstellung einer Wärmequelle;
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1 zeigt einen Kühlschrank stellvertretend für ein allgemeines Kältegerät 100, welches durch eine Kältegerätetür 101 verschließbar ist und einen Rahmen 103 aufweist. Der Rahmen 103 des Kältegeräts 100 begrenzt die Ober-, Unter,- Vorder,- und Rückseite des Kältegeräts 100. Der Rahmen 103 umfasst an der Vorderseite des Kältegeräts 100 einen Öffnungsbereich 105, welcher in der Nähe der Öffnung des Kältegeräts 100 angeordnet ist. Der Öffnungsbereich 105 des Rahmens 103 wird, wenn die Kältegerätetür 101 geschlossen ist, durch die Kältegerätetür 101 bedeckt. Wenn die Kältegerätetür 101 geöffnet wird, wird der Öffnungsbereich 105 des Rahmens 103 freigelegt und steht mit dem Außenbereich des Kältegeräts 100 in Kontakt.
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Das Kältegerät 100 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, z.B. der Luft im Inneren des Kühlschranks, 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, 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 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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Wenn die Kältegerätetür 101 des Kältegeräts 100 geöffnet wird, und die Außenluft eine hohe Luftfeuchtigkeit aufweist, dann strömt feuchte Außenluft in das Innere des Kältegerätes 100 und bringt dadurch Feuchtigkeit in das Innere des Kältegerätes 100 ein. Dadurch wird die Luftfeuchtigkeit der Luft im Inneren des Kältegerätes 100 gesteigert. Da die kühle Luft im Inneren des Kältegerätes 100 eine geringere Menge von Feuchtigkeit aufnehmen kann, als die wärmere Außenluft kommt es zu einer Kondensation von Wasser in dem sich in der Nähe der Öffnung des Kältegerätes 100 befindenden Öffnungsbereich 105 des Rahmens 103 des Kältegerätes 100, wenn dieser eine geringe Oberflächentemperatur aufweist.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Thermosiphons 106 stellvertretend für ein Wärmekreislaufsystem mit einer Wärmetransportsubstanz, welches einen Wärmeaufnahmebereich 109 und eine Rahmenheizung 111 umfasst. In dem Thermosiphons 106 liegt ein Temperaturgradient vor, wodurch die Wärmetransportsubstanz im unteren Bereich des Thermosiphons 106 in einem flüssigen Aggregatszustand vorliegt, der durch einen Füllstand der Wärmetransportsubstanz 113 gekennzeichnet ist. Die Wärmetransportsubstanz liegt im oberen Bereich des Thermosiphons 106 in einem gasförmigen Aggregatszustand vor. Wenn ein Wärmestrom 115 dem Wärmeaufnahmebereich 109 zugeführt wird und die Wärmetransportsubstanz die Wärmemenge aufnimmt, kommt es zu einer Erwärmung der Wärmetransportsubstanz in dem Wärmeaufnahmebereich 109. Durch die Erwärmung verdampft die Wärmetransportsubstanz und steigt als gasförmige Wärmetransportsubstanz in dem Thermosiphons 106 nach oben. Die erwärmte Wärmetransportsubstanz kann die aufgenommene Wärmemenge durch die Rahmenheizung 111 wieder an den Außenbereich des Thermosiphons 106 abgeben, wodurch ein Wärmestrom 115 entsteht, der an den Öffnungsbereich 105 des Rahmens 103 des Kältegeräts 100 geleitet werden kann, um den Öffnungsbereich 105 des Rahmens 103 zu erwärmen. Durch die Abgabe der Wärme kommt es zu einer Abkühlung der Wärmetransportsubstanz in der Rahmenheizung 111, wodurch die Wärmetransportsubstanz kondensiert und als Flüssigkeit in dem Thermosiphon 106 nach unten sinkt. Wenn die abgekühlte flüssige Substanz den unteren Bereich des Thermosiphons 106 erreicht hat, steht sie in dem Wärmeaufnahmebereich 109 wieder erneut für die Aufnahme einer Wärmemenge zur Verfügung. Dadurch kann durch das dargestellte Thermosiphon 106 ein wirksamer Wärmetransport durch die Wärmetransportsubstanz durch das Thermosiphon 106 ermöglicht werden. Vorrausetzung dafür ist lediglich, dass ein Unterschied in der äußeren Temperatur zwischen dem Wärmeaufnahmebereich 109 und der Rahmenheizung 111 vorhanden ist, um den Wärmekreislaufprozess zu betreiben, und dass somit für den Wärmekreislaufprozess keine zusätzliche Energie benötigt wird.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Wärmekreislaufsystems 107 mit einer Wärmetransportsubstanz in einem Kältegerät 100. Voraussetzung für den Betrieb des Wärmekreislaufsystems 107 ist ein Temperaturunterschied zwischen zwei Bereichen des Kältegeräts 100, um einen Wärmetransport durch die Wärmetransportsubstanz in dem Wärmekreislaufsystem 107 zu ermöglichen. Das Wärmekreislaufsystem 107 umfasst einen Wärmeaufnahmebereich 109, in dem Wärme durch die Wärmetransportsubstanz mit einer geringen Temperatur aufgenommen wird und sich dadurch erwärmt, und umfasst eine Rahmenheizung 111, in dem Wärme durch die erwärmte Wärmetransportsubstanz an das Kältegerät 100 abgegeben wird.
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Zwischen dem Wärmeaufnahmebereich 109 und der Rahmenheizung 111 umfasst das Wärmekreislaufsystem 107 einen Isolationsbereich 117, der ausgebildet ist, einen externen Wärmefluss außerhalb des Wärmekreislaufsystems 107 zwischen dem Wärmeaufnahmebereich 109 und der Rahmenheizung 111 zu verhindern. Das Wärmekreislaufsystem 107 umfasst eine Substanzleitung 119, die ausgebildet ist, die Wärmetransportsubstanz in der Flussrichtung 121 von dem Wärmeaufnahmebereich 109 zu der Rahmenheizung 111 und von der Rahmenheizung 111 zu dem Wärmeaufnahmebereich 109 zu transportieren.
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Während eines Kälteerzeugungsprozesses in einem Kältegerät 100 wird der Innenraum des Kältegeräts 100 gekühlt. Allerdings gelingt eine Kälteerzeugung in dem Kühlkreislauf des Kältegeräts 100 nur durch die Aufwendung von mechanischer Energie, durch verschiedene Bauteile des Kühlkreislaufes, wie z.B. Verdichter, Verdampfer oder Verflüssiger. Die genannten Bauteile des Kühlkreislaufes erzeugen während der Aufwendung von mechanischer Energie selbst Wärme, wodurch die genannten Bauteile des Kühlkreislaufes als Wärmequellen 123 fungieren. Die durch die Wärmequelle 123 während des Betriebs des Kühlkreislaufs in dem Kältegerät 100 erzeugte Wärme wird an den Wärmeaufnahmebereich 109 des Wärmekreislaufsystems 107 abgegeben, um die Wärmetransportsubstanz zu erwärmen. Zwischen der Wärmequelle 123 und dem Wärmeaufnahmebereich 109 kann ein thermisch leitendes Element 125 angebracht sein, um eine wirkungsvolle Übertragung von Wärme zu ermöglichen.
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Die in dem Wärmeaufnahmebereich 109 erwärmte Wärmetransportsubstanz wird zu der Rahmenheizung 111 des Wärmekreislaufsystems 107 in Flussrichtung 121 durch die Substanzleitung 119 transportiert. Durch die Rahmenheizung 111 gibt die erwärmte Wärmetransportsubstanz die aufgenommene Wärme an die Umgebung des Wärmekreislaufsystems 107 ab und wird dadurch abgekühlt. Die Rahmenheizung 111 ist derart ausgebildet, dass sie mit dem Öffnungsbereich 105 des Rahmens 103 des Kältegeräts 100 in einem thermisch leitenden Kontakt steht. Dadurch kann eine wirksame Wärmeübertragung auf den Öffnungsbereich 105 des Rahmens 103 stattfinden, wodurch eine Kondensation von Feuchtigkeit auf dem Öffnungsbereich 105 verhindert wird. Die abgekühlte Wärmetransportsubstanz wird durch die Substanzleitung 119 wieder in den Wärmeaufnahmebereich 109 befördert, in dem eine erneute Erwärmung der Wärmetransportsubstanz stattfindet.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Verflüssigers 122 aus extrudiertem MPE-Rohr (Multi-Port-Extruded) stellvertretend für eine Wärmequelle 123, die beispielsweise, in dem Kältemittelkreislauf des Kältegeräts 100 verwendbar ist. Der Verflüssiger 122 umfasst ein Eingangsrohr 127 und ein Ausgangsrohr 129, durch welches das Kältemittel in den Verflüssiger 122 eingeleitet, bzw. ausgeleitet werden kann. Der Verflüssiger 122 umfasst das extrudierte MPE-Rohr 131 durch das Kältemittel geleitet wird und welches eine maänderförmige Struktur aufweist, welches Lamellen 133 zwischen den maänderförmigen Abschnitten des extrudierten MPE-Rohrs 131 umfasst. Der Verflüssiger 122 umfasst zwei flache Seitenwände 135, die in einer parallelen Anordnung mit der Oberfläche eines Wärmeaufnahmebereichs 109 eines Wärmekreislaufsystems 107 in Kontakt gebracht werden können. Dadurch kann eine wirksame Wärmeübertragung von den flachen Seitenwänden 135 des Verflüssigers 122 auf den Wärmeaufnahmebereich 109 des Wärmekreislaufsystems 107 ermöglicht werden. Alternativ kann das Wärmekreislaufsystem 107 an der Oberfläche des Verflüssigers 122 durch Schweißen, Löten und Klammern in verschiedener Weise angebracht werden.
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Durch die erfindungsgemäße Rahmenheizung 111 in einem Kältegerät 100 als abgeschlossenes Wärmekreislaufsystem 107 kann der Kältemittelkreislauf des Kältegeräts 100 kleiner gestaltet werden. Die Menge an Wärmetransportsubstanz, die für die Rahmenheizung 111 benötigt wird, wird in einem vom Kältemittelkreislauf des Kältegeräts 100 separaten Wärmekreislaufsystem 107 verwendet. Dadurch kann die Menge an Kältemittel in dem Kältegerät 100 verringert werden, und ein effizienter und wirtschaftlicher Betrieb des Kältegeräts 100 wird sichergestellt.
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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
- Öffnungsbereich
- 106
- Thermosiphon
- 107
- Wärmekreislaufsystem
- 109
- Wärmeaufnahmebereich
- 111
- Rahmenheizung
- 113
- Füllstand der Wärmetransportsubstanz
- 115
- Wärmestrom
- 117
- Isolationsbereich
- 119
- Substanzleitung
- 121
- Flussrichtung
- 122
- Verflüssiger
- 123
- Wärmequelle
- 125
- Thermisch leitendes Element
- 127
- Eingangsrohr
- 129
- Ausgangsrohr
- 131
- Extrudiertes MPE-Rohr
- 133
- Lamellen
- 135
- Seitenwände
