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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältegerät mit einem Wärmetauscher.
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Der Kältegeräteinnenraum wird beim Betrieb eines Kältegeräts durch einen oder mehrere Kältemittelkreisläufe gekühlt. Durch die Aufwendung von mechanischer Arbeit durch Bauteile des Kältemittelkreislaufs wird eine Temperaturreduktion des Kältegeräteinnenraums erreicht. An bestimmten Stellen des Kältemittelkreislaufs entsteht Wärme, die wirksam abgeführt werden muss, um einen vorteilhaften Wirkungsgrad des Kältemittelkreislaufs sicherzustellen und somit eine wirksame Kühlung des Kältegeräteinnenraums zu gewährleisten.
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In der
US 2014/0008044 A1 ist ein Kühlschrank mit zwei separaten Kältemittelkreisläufen beschrieben, durch die ein Gefrierfach, bzw. ein Kühlfach des Kühlschranks gekühlt wird. Die Kältemittelkreisläufe umfassen jeweils einen Verdampfer, einen Verdichter, einen Verflüssiger und ein Drosselorgan. Die Verflüssiger der Kältemittelkreisläufe werden durch jeweils einen Ventilator gekühlt.
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Die
US 6,705,386 B2 beschreibt einen Wärmetauscher mit einer aus Serpentinenrohren bestehenden Blockeinheit, wobei ein Teil der Rohre nebeneinander angeordnet ist. Das durch die Rohre geleitete Medium fließt durch jeweils angrenzende Rohre in unterschiedlichen Flussrichtungen, wodurch eine gleichförmige Temperaturverteilung des Mediums in dem Wärmetauscher erreicht wird.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kältegerät anzugeben, bei dem Wärme von dem Kältemittelkreislauf 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 Wärmetauscher gelöst, wobei der Wärmetauscher einen ersten Verflüssiger, einen zweiten Verflüssiger und ein zwischen dem ersten Verflüssiger und dem zweiten Verflüssiger angeordnetes Wärmeaufnahmeelement umfasst, wobei der erste Verflüssiger und der zweite Verflüssiger jeweils mit dem Wärmeaufnahmeelement thermisch gekoppelt ist, um Wärme von dem ersten Verflüssiger und von dem zweiten Verflüssiger an das Wärmeaufnahmeelement abzugeben.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass in dem Wärmetauscher durch die thermische Kopplung des ersten Verflüssigers und des zweiten Verflüssigers mit dem Wärmeaufnahmeelement, ein wirksames Abführen von Wärme von dem ersten Verflüssiger und von dem zweiten Verflüssiger erreicht wird. Insbesondere ist dies von Vorteil, wenn der erste Verflüssiger Bestandteil eines ersten Kältemittelkreislaufs mit einem ersten Verdichter ist, und wenn der zweite Verflüssiger Bestandteil eines zweiten Kältemittelkreislaufs mit einem zweiten Verdichter ist. Somit kann durch die Kombination des ersten Verflüssigers und des zweiten Verflüssigers in einem gemeinsamen Bauteil, dem Wärmetauscher, Bauraum in dem Kältegerät eingespart werden.
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In einem Kältegerät ist in räumlicher Nähe zu einem Verflüssiger ein Ventilator angeordnet, welcher ausgebildet ist, dem Verflüssiger einen Luftstrom zuzuführen, um den Verflüssiger zu kühlen. In dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher werden der erste Verflüssiger und der zweite Verflüssiger zum einen durch den Ventilator und zum anderen durch das Wärmeaufnahmeelement gekühlt, wodurch eine besonders wirksame Abführung von Wärme von dem ersten Verflüssiger und von dem zweiten Verflüssiger erreicht wird.
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Die von dem Wärmeaufnahmeelement aufgenommene Wärme kann z.B. an den Außenbereich des Kältegeräts abgegeben werden oder durch einen Wärmekreislauf zu einem Element des Kältegeräts transportiert und an das Element abgegeben werden, um das Element zu erwärmen. Dies ermöglicht, dass die während des Kühlvorgangs entstehende Wärme zur Erwärmung von Elementen des Kältegeräts verwendet werden kann, die Wärme benötigen, wie z.B. ein Rahmen des Kältegeräts oder eine Verdunstungsschale.
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Um während des Kondensationsvorgangs in einem oder mehreren Kältemittelkreisläufen eine Verflüssigung des Kältemittels zu erreichen, wird eine Wärmemenge von einem oder mehreren Verflüssigern abgegeben. In dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher wird die jeweils durch den ersten Verflüssiger und den zweiten Verflüssiger abgegebene Wärmemenge durch thermische Kopplung auf das Wärmeaufnahmeelement übertragen. Die thermische Kopplung kann z.B. durch thermisch leitende Elemente des Wärmetauschers realisiert werden, welche jeweils zwischen dem Wärmeaufnahmeelement und dem ersten Verflüssiger, bzw. dem zweiten Verflüssiger angeordnet sind.
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Durch die Positionierung des Wärmeaufnahmeelements zwischen dem ersten Verflüssiger und dem zweiten Verflüssiger kann eine besonders wirksame Abführung von Wärme von dem ersten Verflüssiger und von dem zweiten Verflüssiger erreicht werden. Dies beruht darauf, dass das Wärmeaufnahmeelement mit einer Seite mit dem ersten Verflüssiger und mit der anderen Seite mit dem zweiten Verflüssiger in thermisch leitendem Kontakt steht. Dadurch kann eine besonders wirksame Kühlung des ersten Verflüssigers und des zweiten Verflüssigers erreicht werden, wodurch eine geringe Verflüssigungstemperatur des Kältemittels in den Kältemittelkreisläufen erreicht wird. Je niedriger die Verflüssigungstemperatur des Kältemittels ist, umso größer ist der Wirkungsgrad der Verdichter in den Kältemittelkreisläufen, und desto niedriger ist der gesamte Energieverbrauch des Kältegeräts. Somit kann durch den Wärmetauscher eine effiziente Abführung von Wärme von dem ersten Verflüssiger und von dem zweiten 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 ist der erste Verflüssiger, der zweite Verflüssiger und/oder das Wärmeaufnahmeelement aus Multi-Port extrudiertem Rohr gebildet.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch die Verwendung von Multi-Port extrudiertem Rohr (MPE-Rohr) eine besonders wirksame Wärmeübertragung von dem ersten Verflüssiger und von dem zweiten Verflüssiger auf das Wärmeaufnahmeelement erreicht wird.
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Ein MPE-Rohr weist eine große interne Oberfläche auf, wodurch eine wirksame Wärmeübertragung von dem Kältemittel von Kältemittelkreisläufen an die Oberfläche des MPE-Rohrs ermöglicht wird. Wenn ein thermisch leitender Kontakt zwischen der Oberfläche des MPE-Rohrs und dem Wärmeaufnahmeelement vorhanden ist, kann eine wirksame Wärmeübertragung zwischen dem MPE-Rohr und dem Wärmeaufnahmeelement stattfinden. Auch das Wärmeaufnahmeelement kann ein MPE-Rohr umfassen, um eine besonders wirksame Wärmeübertragung zu ermöglichen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Kältegeräts ist der erste Verflüssiger, der zweite Verflüssiger und das Wärmeaufnahmeelement jeweils quaderförmig ausgebildet und weist jeweils Quaderflächen auf, wobei der erste Verflüssiger und der zweite Verflüssiger jeweils durch eine Quaderfläche mit dem Wärmeaufnahmeelement thermisch gekoppelt ist.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch die thermische Kopplung der Quaderflächen der genannten Bauteile eine besonders wirksame Wärmeübertragung von dem ersten Verflüssiger und von dem zweiten Verflüssiger auf das Wärmeaufnahmeelement erreicht wird.
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Insbesondere ist der erste Verflüssiger und ist der zweite Verflüssiger jeweils durch eine Quadergrundfläche bzw. Quaderdeckfläche mit einer Quadergrundfläche bzw. Quaderdeckfläche des Wärmeaufnahmeelements thermisch gekoppelt. Die Quadergrundflächen bzw. Quaderdeckflächen sind insbesondere die größten Quaderflächen der Bauteile im Vergleich zu den Quaderseitenflächen und den Quaderfront,- bzw. Quaderrückflächen. Insbesondere ist die Quadergrundfläche des ersten Verflüssigers mit der Quaderdeckfläche des Wärmeaufnahmeelements thermisch gekoppelt und ist die Quadergrundfläche des Wärmeaufnahmeelements thermisch mit der Quaderdeckfläche des zweiten Verflüssigers gekoppelt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Kältegeräts sind der erste Verflüssiger und der zweite Verflüssiger mit dem Wärmeaufnahmeelement formschlüssig, stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch die formschlüssigen, stoffschlüssigen oder kraftschlüssigen Verbindungen zwischen dem ersten Verflüssiger, dem zweiten Verflüssiger und dem Wärmeaufnahmeelement eine besonders stabile Befestigung der genannten Bauteile in dem Wärmetauscher erreicht wird.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Kältegeräts ist der erste Verflüssiger und ist der zweite Verflüssiger jeweils durch ein thermisches Leitelement, insbesondere ein thermischer Metallleiter, mit dem Wärmeaufnahmeelement thermisch gekoppelt.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch das thermische Leitelement, insbesondere ein Metallleiter, ein besonders wirksamer Wärmetransfer von dem ersten Verflüssiger und von dem zweiten Verflüssiger zu dem Wärmeaufnahmeelement ermöglicht wird.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Kältegeräts umfasst der erste Verflüssiger, der zweite Verflüssiger oder das Wärmeaufnahmeelement Lamellen, wobei die Lamellen ausgebildet sind, eine wirksame Abgabe von Wärme jeweils von dem ersten Verflüssiger und von dem zweiten Verflüssiger an das Wärmeaufnahmeelement sicherzustellen.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch die Verwendung von Lamellen die thermisch leitende Oberfläche des ersten Verflüssigers, des zweiten Verflüssigers und des Wärmeaufnahmeelements erhöht werden kann. Dadurch kann eine besonders wirksame Wärmeübertragung jeweils von dem ersten Verflüssiger und von dem zweiten Verflüssiger an das Wärmeaufnahmeelement sichergestellt werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Kältegeräts umfasst das Kältegerät einen ersten Kältemittelkreislauf mit einem ersten Kältemittel, einen zweiten Kältemittelkreislauf mit einem zweiten Kältemittel und einen Wärmekreislauf mit einer Wärmetransportsubstanz, wobei der erste Kältemittelkreislauf den ersten Verflüssiger, der zweite Kältemittelkreislauf den zweiten Verflüssiger und der Wärmekreislauf das Wärmeaufnahmeelement umfasst.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch die thermische Kopplung des ersten Verflüssigers des ersten Kältemittelkreislaufs und des zweiten Verflüssigers des zweiten Kältemittelkreislaufs mit dem Wärmeaufnahmeelement des Wärmekreislaufs in dem Wärmetauscher eine besonders große Wärmemenge jeweils von dem ersten und zweiten Kältemittelkreislauf abgeführt werden kann. Die abgeführte Wärme kann über das Wärmeaufnahmeelement des Wärmekreislaufs aufgenommen werden und mittels einer Wärmetransportsubstanz in dem Wärmekreislauf, wie z.B. ein Thermosiphon oder ein Heizrohr, zu einem Element des Kältegeräts transportiert werden, um das Element zu erwärmen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Kältegeräts umfasst der Wärmtauscher einen Aufsatz, wobei der Aufsatz ausgebildet ist, den ersten Verflüssiger mit dem ersten Kältemittelkreislauf, den zweiten Verflüssiger mit dem zweiten Kältemittelkreislauf und das Wärmeaufnahmeelement mit dem Wärmekreislauf zu verbinden.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch die dreifache Funktion des Aufsatzes sowohl den ersten und zweiten Kältemittelkreislauf als auch den Wärmekreislauf mit dem Wärmetauscher zu verbinden, ein wirksamer Wärmeaustausch zwischen den drei Kreisläufen ermöglicht wird. Insbesondere kann der Wärmtauscher einen Aufsatz und einen weiteren Aufsatz umfassen, wobei durch den Aufsatz das erste und zweite Kältemittel, sowie die Wärmetransportsubstanz aus den entsprechenden Kreisläufen in den Wärmetauscher geleitet wird und durch den weiteren Aufsatz das erste und zweite Kältemittel, sowie die Wärmetransportsubstanz aus den entsprechenden Kreisläufen wieder aus dem Wärmetauscher herausgeleitet wird.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Kältegeräts umfasst der Aufsatz einen ersten Kältemittelbereich zum Transfer des ersten Kältemittels zwischen dem ersten Verflüssiger und dem ersten Kältemittelkreislauf, einen zweiten Kältemittelbereich zum Transfer des zweiten Kältemittels zwischen dem zweiten Verflüssiger und dem zweiten Kältemittelkreislauf, einen Wärmesubstanzbereich zum Transfer der Wärmetransportsubstanz zwischen dem Wärmeaufnahmeelement und dem Wärmekreislauf, eine erste Trennwand zum Trennen des ersten Kältemittelbereichs und des Wärmesubstanzbereichs und eine zweite Trennwand zum Trennen des zweiten Kältemittelbereichs und des Wärmesubstanzbereichs.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass der Aufsatz sowohl für die Zuführung des ersten und zweiten Kältemittels aus dem ersten, bzw. zweiten Kältemittelkreislauf, als auch für die Zuführung der Wärmetransportsubstanz aus dem Wärmekreislauf geeignet ist. Somit kommt es zu einer wirksamen Wärmeübertragung jeweils von dem ersten und zweiten Kältemittelkreislauf auf den Wärmekreislauf.
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Durch den ersten Kältemittelbereich des Aufsatzes kann das erste Kältemittel zwischen dem ersten Verflüssiger und dem ersten Kältemittelkreislauf transferiert werden. Durch den zweiten Kältemittelbereich des Aufsatzes kann das zweite Kältemittel zwischen dem zweiten Verflüssiger und dem zweiten Kältemittelkreislauf transferiert werden. Durch den Wärmesubstanzbereich des Aufsatzes kann die Wärmetransportsubstanz zwischen dem Wärmeaufnahmeelement und dem Wärmekreislauf transferiert werden. Durch die erste und zweite Trennwand zwischen den Bereichen des Aufsatzes wird eine Vermischung des ersten, des zweiten Kältemittels und der Wärmetransportsubstanz verhindert. Insbesondere kann die erste und zweite Trennwand thermisch leitend sein, und beispielsweise aus Aluminium bestehen, um einen wirksamen Wärmetransport von dem ersten Kältemittel in dem ersten Kältemittelbereich und dem zweiten Kältemittel in dem zweiten Kältemittelbereich zu der Wärmetransportsubstanz in dem Wärmesubstanzbereich des Aufsatzes sicherzustellen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Kältegeräts umfasst der erste Kältemittelkreislauf oder der zweite Kältemittelkreislauf einen Verdampfer, einen Verdichter und/oder ein Drosselorgan.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch die Verwendung der genannten Bauteile wirksame Kältemittelkreisläufe realisiert werden können, wobei Wärme entsteht, die an den Wärmekreislauf abgegeben wird.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Kältegeräts umfasst der Wärmekreislauf ein Thermosiphon und/oder ein Heizrohr.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch die Verwendung eines Thermosiphons und/oder Heizrohrs ein wirksamer Wärmekreislauf realisiert werden kann, der ausschließlich von einem Temperaturgradienten außerhalb des Wärmekreislaufs betrieben werden kann und nicht auf die Zuführung von elektrischer oder mechanischer Energie von außerhalb des Wärmekreislaufs angewiesen ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Kältegeräts umfasst die Wärmetransportsubstanz ein Alkan, einen Fluorkohlenwasserstoff und/oder Wasser, insbesondere Isobutan, Tetrafluorethan und/oder Wasser, und insbesondere Wasser.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch die genannten Wärmetransportsubstanzen ein wirksamer Wärmetransport in dem Wärmekreislauf sichergestellt werden kann.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Kältegeräts ist der Wärmekreislauf ausgebildet ist, die durch das Wärmeaufnahmeelement aufgenommene Wärmemenge an einen 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 es gleichzeitig zu einer wirksamen Abkühlung des Kältemittels in den Kältemittelkreisläufen kommt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Kältegeräts umfasst das Kältegerät eine Verdunstungsschale, wobei der Wärmekreislauf ausgebildet ist, die durch das Wärmeaufnahmeelement aufgenommene Wärmemenge an die Verdunstungsschale abzugeben.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch die Kopplung des Wärmekreislaufs, wie z.B. Thermosiphon oder Heizrohr, mit der Verdunstungsschale des Kältegeräts eine wirksame Erwärmung der Verdunstungsschale erreicht wird und die Verdunstungsleistung der Verdunstungsschale erhöht werden kann.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Kältegeräts umfasst das Kältegerät ein weiteres Wärmeaufnahmeelement, wobei das weitere Wärmeaufnahmeelement zwischen dem Wärmeaufnahmeelement und dem zweiten Verflüssiger angeordnet ist, wobei der erste Verflüssiger mit dem Wärmeaufnahmeelement thermisch gekoppelt ist, um Wärme von dem ersten Verflüssiger an das Wärmeaufnahmeelement abzugeben, und wobei der zweite Verflüssiger mit dem Wärmeaufnahmeelement und mit dem weiteren Wärmeaufnahmeelement thermisch gekoppelt ist, um Wärme von dem zweiten Verflüssiger an das Wärmeaufnahmeelement und an das weitere Wärmeaufnahmeelement abzugeben.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch Kombination von zwei Wärmeaufnahmeelementen mit zwei Verflüssigern in dem Wärmetauscher eine besonders wirksame Wärmeabführung von dem ersten Verflüssiger und von dem zweiten Verflüssiger erreicht wird. Dadurch kann der Wirkungsgrad des ersten und des zweiten Kältemittelkreislaufes erhöht werden. Zudem können die beiden Wärmeaufnahmeelemente in zwei unterschiedlichen Wärmekreisläufen angeordnet sein, wodurch durch die beiden unterschiedlichen Wärmekreisläufe unterschiedliche Bauteile des Kältegeräts erwärmt werden können.
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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 Verflüssigers als Vergleichsbeispiel;
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3 eine schematische Darstellung eines Wärmetauschers mit zwei Kältemittelkreisläufen und einem Wärmekreislauf; und
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4 eine schematische Darstellung eines Wärmetauschers gemäß der vorliegenden Erfindung.
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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 oder mehrere Kältemittelkreisläufe mit jeweils 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 als Vergleichsbeispiel eine schematische Darstellung eines Verflüssigers aus extrudiertem MPE-Rohr (MPE-Verflüssiger). Der Verflüssiger 105 umfasst ein Eingangsrohr 107 und ein Ausgangsrohr 109, durch welches das Kältemittel des Kältemittelkreislaufs in den Verflüssiger 105 eingeleitet, bzw. ausgeleitet werden kann.
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Der Verflüssiger 105 umfasst ein extrudiertes MPE-Rohr 111 durch das Kältemittel geleitet wird und welches eine maänderförmige Struktur aufweist. Zwischen den maänderförmigen Abschnitten des extrudierten MPE-Rohrs 111 sind Lamellen 113 angebracht, die eine wirksame Wärmeabgabe durch den Verflüssiger 105 an die Umgebung ermöglichen.
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Der Übergang des extrudierten MPE-Rohrs 111 zu dem Eingangsrohr 107 und zu dem Ausgangsrohr 109 wird durch einen Aufsatz 115, bzw. einen weiteren Aufsatz 116 realisiert. Der Aufsatz 115 weist auf einer Vorderseite eine Öffnung auf, durch die das Eingangsrohr 107 mit dem Aufsatz 115 verbunden wird. Der weitere Aufsatz 116 weist auf einer Vorderseite eine Öffnung auf, durch die das Ausgangsrohr 109 mit dem weiteren Aufsatz 116 verbunden wird.
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Somit kann erwärmtes Kältemittel durch das Eingangsrohr 107 über den Aufsatz 115 durch das extrudierte MPE-Rohr 111 in den Verflüssiger 105 und durch das Ausgangsrohr 109 über den weiteren Aufsatz 116 wieder aus dem Verflüssiger 105 geleitet werden. Durch die Lamellen 113 kann eine Wärmemenge von dem Kältemittel an den Außenbereich des Verflüssigers 105 abgegeben werden, um eine Verflüssigung des Kältemittels zu erreichen.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers mit zwei Kältemittelkreisläufen und einem Wärmekreislauf. Der Wärmetauscher 117 ist mit einem ersten Kältemittelkreislauf 119, mit einem zweiten Kältemittelkreislauf 121 und mit einem Wärmekreislauf 123 verbunden. In 3 sind Verdampfer, Verdichter und Drosselorgan in dem ersten und zweiten Kältemittelkreislauf 119, 121 nicht dargestellt.
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Der Wärmetauscher 117 umfasst einen ersten Verflüssiger 125, der ebenfalls Bestandteil des ersten Kältemittelkreislaufs 119 ist, und einen zweiten Verflüssiger 127, der Bestandteil des zweiten Kältemittelkreislaufs 121 ist. Der Wärmetauscher 117 umfasst ferner ein Wärmeaufnahmeelement 129, das Bestandteil des Wärmekreislaufs 123 ist.
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Der Wärmetauscher 117 ist ausgebildet, um Wärme von den Kältemitteln abzuführen, wodurch das erste Kältemittel des ersten Kältemittelkreislaufs 119 in dem ersten Verflüssiger 125 und das zweite Kältemittel des zweiten Kältemittelkreislaufs 121 in dem zweiten Verflüssiger 127 kondensiert wird. Der erste Kältemittelkreislauf 119 gibt eine erste Wärmemenge durch den ersten Verflüssiger 125 an das Wärmeaufnahmeelement 129 ab. Der zweite Kältemittelkreislauf 121 gibt eine zweite Wärmemenge durch den zweiten Verflüssiger 127 an das Wärmeaufnahmeelement 129 des Wärmekreislaufs 123 ab.
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Um eine wirksame Wärmeübertragung zwischen dem ersten und zweiten Kältemittelkreislauf 119, 121 und dem Wärmekreislauf 123 sicherzustellen, muss der erste Verflüssiger 125 und der zweite Verflüssiger 127 jeweils mit dem Wärmeaufnahmeelement 129 des Wärmekreislaufs 123 thermisch gekoppelt sein.
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Der Wärmekreislauf 123 kann ein Thermosiphon oder Heizrohr sein, welches mit einer Wärmetransportsubstanz gefüllt ist. Der Wärmekreislauf 123 weist neben dem Wärmeaufnahmeelement 129 noch einen Heizbereich auf, durch den Wärme von dem Wärmekreislauf 123 entweder and die Umgebung oder an ein zu beheizendes Element des Kältegeräts 100 abgegeben werden kann. Der Heizbereich des Wärmekreislaufs 123 ist in 3 nicht dargestellt.
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Voraussetzung für den Betrieb des Wärmekreislaufs 123 ist ein Temperaturunterschied zwischen dem Wärmeaufnahmeelement 129 und dem Heizbereich des Wärmekreislaufs 123, um einen Wärmetransport durch die Wärmetransportsubstanz in dem Wärmekreislauf 123 zu ermöglichen. In dem Wärmeaufnahmeelement 129 wird Wärme durch die Wärmetransportsubstanz aufgenommen. Die erwärmte Wärmetransportsubstanz wird durch eine Substanzleitung in dem Wärmekreislauf 123 zu dem Heizbereich des Wärmekreislaufs 123 transportiert. Da die Temperatur außerhalb des Heizbereichs geringer als die Temperatur der erwärmten Wärmetransportsubstanz ist, wird die aufgenommene Wärmemenge von der Wärmetransportsubstanz in dem Heizbereich an einen Bereich oder ein Element des Kältegeräts 100 außerhalb des Heizbereichs abgegeben.
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Wenn der Wärmekreislauf 123 ein Thermosiphon umfasst, dann wird die während des Betriebs des ersten und zweiten Kältemittelkreislaufs 119, 121 in dem Kältegerät 100 erzeugte Wärme an das Wärmeaufnahmeelement 129 des Wärmekreislaufs 123 abgegeben, um die Wärmetransportsubstanz zu erwärmen, wodurch diese verdampft und das Gas in dem Thermosiphon nach oben aufsteigt. Im Heizbereich gibt die erwärmte Wärmetransportsubstanz die aufgenommene Wärme an die Umgebung des Wärmekreislaufs 123 ab und wird dadurch abgekühlt und kondensiert. Die abgekühlte kondensierte Wärmetransportsubstanz fließt aufgrund der Schwerkraft wieder nach unten und sammelt sich in dem Wärmeaufnahmeelement 129, wo sie erneut für die Aufnahme einer Wärmemenge zur Verfügung steht.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines als Verflüssiger ausgebildeten Wärmetauschers gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Der als Verflüssiger 105 ausgebildete Wärmetauscher 117 umfasst einen ersten Verflüssiger 125, einen zweiten Verflüssiger 127 und ein Wärmeaufnahmeelement 129. Die Trennung des ersten Verflüssigers 125 von dem Wärmeaufnahmeelement 129 ist durch eine erste Trennlinie 131 dargestellt. Die Trennung des zweiten Verflüssigers 127 von dem Wärmeaufnahmeelement 129 ist durch eine zweite Trennlinie 133 dargestellt.
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Der Wärmetauscher 117 umfasst einen Aufsatz 115 mit einem ersten Kältemittelbereich 135 durch welchen das erste Kältemittel des ersten Kältemittelkreislaufs 119 in den ersten Verflüssiger 125 eingeleitet werden kann. Der Wärmetauscher 117 umfasst einen weiteren Aufsatz 116 mit einem weiteren ersten Kältemittelbereich 137 durch welchen das erste Kältemittel aus dem ersten Verflüssiger 125 wieder in den ersten Kältemittelkreislauf 119 ausgeleitet werden kann.
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Der Aufsatz 115 umfasst ferner einen zweiten Kältemittelbereich 139 durch welchen das zweite Kältemittel des zweiten Kältemittelkreislaufs 121 in den zweiten Verflüssiger 127 eingeleitet werden kann. Der weiteren Aufsatz 116 umfasst einen weiteren zweiten Kältemittelbereich 141 durch welchen das zwei Kältemittel aus dem zweiten Verflüssiger 127 wieder in den zweiten Kältemittelkreislauf 121 ausgeleitet werden kann.
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Der Aufsatz 115 umfasst ferner einen Wärmesubstanzbereich 143 durch welchen die Wärmetransportsubstanz des Wärmekreislaufs 123 in das Wärmeaufnahmeelement 129 eingeleitet werden kann. Der weitere Aufsatz 116 umfasst ferner einen weiteren Wärmesubstanzbereich 145, durch welchen die Wärmetransportsubstanz aus dem Wärmeaufnahmeelement 129 wieder in den Wärmekreislauf 123 ausgeleitet werden kann.
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Mittels Bohrungen in den Aufsätzen 115, 116 wird sichergestellt, das Kältemittel, bzw. Wärmetransportsubstanz zwischen den Kreisläufen 119, 121, 123 und dem Wärmetauscher 117 transferiert werden kann.
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Der erste Verflüssiger 125, der zweite Verflüssiger 127 und das Wärmeaufnahmeelement 129 besteht jeweils aus einem extrudierten MPE-Rohr 111 durch welches das erste oder zweite Kältemittel, bzw. die Wärmetransportsubstanz geleitet wird und welches eine maänderförmige Struktur aufweist. Zwischen den maänderförmigen Abschnitten des extrudierten MPE-Rohrs 111 sind Lamellen 113 angebracht.
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Entlang der ersten und zweiten Trennlinie 131, 133 befinden sich Trennwände in den Bohrungen des Aufsatzes 115 und des weiteren Aufsatzes 116, wobei die Trennwände in 4 nicht dargestellt sind. Durch die Trennwände wird der erste Kältemittelbereich 135, 137, von dem zweiten Kältemittelbereich 139, 141 und dem Wärmesubstanzbereich 143, 145 abgetrennt, wodurch ein Vermischen des ersten Kältemittels, des zweiten Kältemittels, und der Wärmetransportsubstanz verhindert wird.
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Somit wird durch die erste und zweite Trennlinie 131, 133 die physische Dreiteilung des Wärmetauschers 117 dargestellt. Die Trennwände in dem Aufsatz 115 und in dem weiteren Aufsatz 116 sind thermisch leitend, wodurch ein Wärmefluss von dem ersten Kältemittel des ersten Kältemittelbereichs 135, 137 und des zweiten Kältemittels des zweiten Kältemittelbereichs 139, 141 zu der Wärmetransportsubstanz in dem Wärmesubstanzbereich 143, 145 ermöglicht wird. Somit überträgt der Wärmetauscher 117 Wärme von den Kältemittelkreisläufen 119, 121 auf den Wärmekreislauf 123.
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Der Wärmetauscher 117 ist durch den ersten Verflüssiger 125 und den zweiten Verflüssiger 127 somit sowohl Bestandteil von zwei Kältemittelkreisläufen 119, 121 mit jeweils einem Verdichter, als auch durch das Wärmeaufnahmeelement 129 Bestandteil eines Wärmekreislaufs 123, wie z.B. ein Thermosiphon oder ein Heizrohr.
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Da der Wärmekreislauf 123, wie z.B. Heizrohr oder Thermosiphon, Wärme von dem Wärmetauscher 117 abführt und dieser dadurch kälter als die Umgebung ist, wird der erste Verflüssiger 125 und der zweite Verflüssiger 127 besser gekühlt als durch eine ausschließliche Luftkühlung, wie sind in herkömmlichen Kältegeräten 100 vorhanden ist. Das erfindungsgemäße Kältegerät 100 umfasst einen Ventilator, welcher ausgebildet ist, dem Wärmetauscher 117 einen Luftstrom zuzuführen. Durch den Luftstrom kommt es zu einer Abkühlung des Wärmetauschers 117 und zu einer wirksamen Wärmeabfuhr von dem ersten Verflüssiger 125 und von dem zweiten Verflüssiger 127. Somit wird der Wärmetauscher 117 sowohl durch den Ventilator als auch durch das Wärmeaufnahmeelement 129 gekühlt, wodurch die Verflüssigungstemperatur des
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Kältemittels in den Kältemittelkreisläufen 119, 121 besonders wirksam reduziert werden kann.
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Je niedriger die Verflüssigungstemperatur des Kältemittels in den Kältemittelkreisläufen 119, 121 ist, umso größer ist der Wirkungsgrad des Verdichters in den Kältemittelkreisläufen 119, 121 und desto niedriger wird der Energieverbrauch des gesamten Kältegeräts 100.
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Zudem ist der Wärmetauscher 117 extrem platzsparend, da er die Funktion eines ersten Verflüssigers 125 des ersten Kältemittelkreislaufs 119, eines zweiten Verflüssigers 127 des zweiten Kältemittelkreislaufs 121 und die Funktion eines Wärmeaufnahmeelements 129 des Wärmekreislaufs 123 in einem einzigen Bauteil kombiniert und dadurch auf nicht benötigte Bauteile in dem Kältegerät 100 verzichtet werden kann.
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Zudem kann die vom Wärmetauscher 117 abgeführte Wärme zum Heizen von Elementen des Kältegeräts 100, wie z.B. von einer Verdunstungsschale oder eines Rahmens 103 des Kältegeräts 100 genutzt werden, wodurch auf eine separate Heizung der Verdunstungsschale oder des Rahmens 103 verzichtet 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
- Verflüssiger
- 107
- Eingangsrohr
- 109
- Ausgangsrohr
- 111
- MPE-Rohr
- 113
- Lamellen
- 115
- Aufsatz
- 116
- Weiterer Aufsatz
- 117
- Wärmetauscher
- 119
- Erster Kältemittelkreislauf
- 121
- Zweiter Kältemittelkreislauf
- 123
- Wärmekreislauf
- 125
- Erster Verflüssiger
- 127
- Zweiter Verflüssiger
- 129
- Wärmeaufnahmeelement
- 131
- Erste Trennlinie
- 133
- Zweite Trennlinie
- 135
- Erster Kältemittelbereich
- 137
- Weiterer erster Kältemittelbereich
- 139
- Zweiter Kältemittelbereich
- 141
- Weiterer zweiter Kältemittelbereich
- 143
- Wärmesubstanzbereich
- 145
- Weiterer Wärmesubstanzbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2014/0008044 A1 [0003]
- US 6705386 B2 [0004]
