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Die Erfindung betrifft ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit einem gekühlten Innenraum, der wenigstens zwei für einen Betrieb bei unterschiedlicher Kühltemperatur ausgelegte Kompartimente umfasst. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kühlgerätes.
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Bisher wurden zusätzlichen Temperaturzonen innerhalb des gekühlten Innenraums eines Kühl- und/oder Gefriergeräts entweder durch spezielle Schaltungen im Kältekreislauf oder durch zusätzliche Luftführungsmittel und Klappensysteme realisiert. Derartige Lösungen waren verhältnismäßig aufwändig und teuer. Ferner war der Platzbedarf oft erheblich, was zu einer Verringerung des für den Kunden nutzbaren Kühlraumvolumens führte.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit wenigstens zwei für einen Betrieb bei unterschiedlicher Kühltemperatur ausgelegten Kompartimenten bereitzustellen, welches diese Nachteile des Standes der Technik überwindet.
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Vor diesem Hintergrund betrifft die Erfindung ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit einem gekühlten Innenraum und einer primären Wärmepumpe zur Kühlung des Innenraums, wobei der Innenraum zwei benachbarte und durch eine Trennplatte separierte Kompartimente umfasst, die für einen Betrieb bei unterschiedlicher Kühltemperatur ausgelegt sind, und wobei die Trennplatte ein thermoelektrisches Element umfasst, welches ausgelegt ist, einem der Kompartimente aktiv Wärme zu entziehen und diese Wärme in das andere Kompartiment einzutragen.
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In einem erfindungsgemäßen Gerät kann also die primäre Wärmepumpe einfach und energieeffizient ausgeführt werden, während zusätzliche Temperaturzonen anhand des thermoelektrischen Elements in der Trennplatte realisiert werden. Bei dem thermoelektrischen Element handelt es sich vorzugsweise um ein Peltier-Element. Die Auslegung der Kompartimente für einen Betrieb bei unterschiedlichen Kühltemperaturen ist dahingehend zu verstehen, dass am Gerät unterschiedliche Betriebstemperaturen für die jeweiligen Kompartimente eingestellt werden können. Im Betrieb eines erfindungsgemäßen Kühl- und/oder Gefriergeräts ist vorgesehen, dass die primäre Wärmepumpe und das thermoelektrische Element von der Steuerelektronik des Geräts so angesteuert werden, dass die Temperaturen in den Kompartimenten entsprechend den Temperaturvorgaben eingestellt werden.
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Die Trennplatte kann waagrecht verlaufen und einen Zwischenboden darstellen, wobei die Kompartimente in diesem Fall übereinander im Innenraum liegen. Diese Variante ist bevorzugt, zumal eine sich ohnehin einstellende vertikale Temperaturdifferenz im Innenraum die Arbeit des thermoelektrischen Elements bei der Einstellung unterschiedlicher Temperaturen in den Kompartimenten unterstützen kann. In diesem Sinne ist bevorzugt, dass das für den Betrieb bei der niedrigeren Kühltemperatur ausgelegte Kompartiment unterhalb des für den Betrieb bei der höheren Kühltemperatur ausgelegten Kompartiments liegt. Alternativ ist auch ein senkrechter Verlauf im Sinne einer zwischen nebeneinanderliegenden Kompartimenten angeordneten Trennwand denkbar.
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Die Erfindung ist nicht auf eine Anordnung eines thermoelektrischen Elements in der Trennplatte beschränkt, sondern es können ebenso mehrere thermoelektrische Elemente in der Trennplatte vorgesehen sein. Entsprechend kann der Innenraum auch mehr als zwei Kompartimente aufweisen, von denen wenigstens zwei aber optional auch mehrere im Sinne der Erfindung ausgebildet und durch Trennplatten umfassend wenigstens ein thermoelektrisches Element separiert sein können.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass es sich bei der primären Wärmepumpe zur Kühlung des Innenraums um einen Kältemittelkreislauf mit einem Kompressor, einem Verflüssiger, einer Drossel und einem Verdampfer handelt. Die grundsätzliche Kühlung des Innenraums kann also anhand eines klassischen Kältemittelkreislaufs erfolgen.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich die Zieltemperaturen, für welche die Kompartimente ausgelegt sind, um weniger als 10°C und vorzugsweise um weniger als 5°C unterscheiden. Beispielsweise kann es sich bei einem Kompartiment um ein klassisches Kühlkompartiment mit einer einstellbaren Zieltemperatur von rund 4±2°C handeln und bei dem anderen Kompartiment um ein Kaltlagerfach mit einer einstellbaren Zieltemperatur von 0±2°C. Das thermoelektrische Element ist also nicht für eine große Last ausgelegt, sondern dient mehr einer Feineinstellung der Temperaturverteilung zwischen sich in deren Zieltemperatur nicht allzu sehr unterscheidenden Kompartimenten eines gekühlten Innenraums.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die primäre Wärmepumpe so ausgebildet ist, dass die Aufteilung der von ihr abgeführten Wärme zwischen den Kompartimenten nicht regulierbar ist. In dieser Ausführungsform fehlt es also an Mitteln zur variablen Verteilung der Kälteleistung wie beispielsweise entsprechenden Luftklappen oder wahlweise mit Kältemittel durchströmten Verdampfern. Die Kälteleistung wird stets im selben Verhältnis oder zumindest in einem nicht steuerbaren Verhältnis gesammelt an beide Kompartimente abgegeben und die Feineinstellung der unterschiedlichen Temperaturen in den Kompartimenten erfolgt ausschließlich anhand des thermoelektrischen Elements.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die primäre Wärmepumpe so ausgebildet ist, dass mehr als 60 % der von ihr abgeführten Wärme aus nur einem (Haupt-)Kompartiment der beiden Kompartimente abgeführt wird. In einer Variante kann die primäre Wärmepumpe so ausgebildet sein, dass mehr als 80 % der von ihr abgeführten Wärme aus dem Hauptkompartiment abgeführt wird. Beispielsweise kann der Verdampfer sich ausschließlich oder größtenteils im Hauptkompartiment befinden oder ausschließlich oder größtenteils hinter der Wand nur des Hauptkompartiments angeordnet sein. Im Falle eines Kaltlufteintrags kann vorgesehen sein, dass die gesamte Kaltluft oder ein Großteil der Kaltluft nur in das Hauptkompartiment eingetragen wird. In diesem Fall besteht eine große Freiheit hinsichtlich der Temperaturwahl im Nebenkompartiment der beiden Kompartimente, da die Temperatur im anderen Nebenkompartiment wesentlich durch das thermoelektrische Element festgelegt ist.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein (Haupt-)Kompartiment größer als das andere (Neben-)Kompartiment der beiden Kompartimente ist. In dieser Ausführungsform wird also das größere Hauptkompartiment direkt anhand der primären Wärmepumpe gekühlt, während das kleinere Nebenkompartiment im Wesentlichen anhand des thermoelektrischen Elements temperiert wird, dessen Kühlleistung in der Regel weitaus geringer ist als die Kühlleistung der primären Wärmepumpe. Das Hauptkompartiment kann wenigstens das doppelte oder wenigstens das dreifache Volumen des Nebenkompartiments aufweisen. Bei dem Hauptkompartiment kann es sich beispielsweise um ein Kühlkompartiment mit einer typischen einstellbaren Zieltemperatur von rund 4±2°C handeln, das im Wesentlichen durch die Arbeit der primären Wärmepumpe auf diese Temperatur gekühlt wird. Im Nebenkompartiment kann anhand des thermoelektrischen Elements eine Temperatur eingestellt werden, die sich in Maßen von der Temperatur des Kühlkompartiments unterscheidet, beispielsweise eine typische Temperatur eines Kaltlagerfachs von 0±2°C.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Gerät eine Steuereinheit aufweist, die mit dem thermoelektrischen Element verbunden ist und so ausgebildet ist, dass die Richtung des Wärmetransfers durch die Trennplatte variabel festgelegt werden kann. In dieser Ausgestaltung ist also beispielsweise eine variable Verwendung des Nebenfachs als relativ wärmeres oder als relativ kälteres Fach möglich.
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Unabhängig von einer Variabilität der Richtung des Wärmetransfers ist denkbar, dass das hauptsächlich vom primären Wärmetauscher gekühlte und fallweise grö-ßere Hauptkompartiment, entweder durch Richtungswahl oder Voreinstellung, als Wärmesenke dient und das Nebenkompartiment als Wärmequelle. In diesem Fall liegt die Temperatur des Nebenkompartiments tiefer. Dieser Fall stellt den Regelfall dar und umfasst das Ausführungsbeispiel des als Kühlkompartiment mit einer typischen einstellbaren Zieltemperatur von rund 4±2°C ausgebildeten Hauptkompartiments und des als Kaltlagerfach mit einer typischen einstellbaren Zieltemperatur von rund 0±2°C ausgebildeten Nebenkompartiments. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass das hauptsächlich vom primären Wärmetauscher gekühlte und fallweise größere Hauptkompartiment, entweder durch Richtungswahl oder Voreinstellung, als Wärmequelle dient und das Nebenkompartiment als Wärmesenke. In diesem Fall liegt die Temperatur des Nebenkompartiments höher. Dieser Fall umfasst das Ausführungsbeispiel des als Kühlkompartiment mit einer typischen einstellbaren Zieltemperatur von rund 4±2°C ausgebildeten Hauptkompartiments und des als Abtaufach mit einer typischen einstellbaren Zieltemperatur von rund 10±4°C ausgebildeten Nebenkompartiments.
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Das erfindungsgemäße Konzept findet insbesondere auch Anwendung auf Weinkühlschränke mit mehreren unterschiedlichen Temperaturzonen, beispielsweise unterschiedlichen Temperaturzonen zur Lagerung von Rotwein, Weißwein und Schaumwein. Dabei kann das Fach mittlerer Temperatur, beispielsweise das Fach zur Lagerung von Weißwein (typischerweise 14±2°C), das durch die primäre Wärmepumpe gekühlte Hauptfach darstellen und das kühlere Fach, beispielsweise das Fach zur Lagerung des Schaumweins (typischerweise kleiner 12°C), sowie das wärmere Fach, beispielsweise das Fach zur Lagerung des Rotweins (typischerweise größer 16°C), können Nebenfächer darstellen.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Trennplatte eine Schicht an Isolationsmaterial mit einer Wärmeleitfähigkeit von vorzugsweise kleiner als 0,1 W/(m.K) aufweist und thermisch isoliert ist. Durch die Isolation wird ein Temperaturausgleich zwischen den Kompartimenten behindert und es ist lediglich ein sporadischer Betrieb des thermoelektrischen Elements erforderlich, um die Temperaturdifferenz zwischen den Kompartimenten zu erhalten. Geeignete Isolationsmaterialien umfassen beispielsweise Faserplatten, Schaummaterial oder Vakuumisolationspaneele.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das thermoelektrische Element an einer oder beiden Seiten der Trennplatte mit einem passiven Wärmeleitelement in Verbindung steht, dessen Wärmeleitfähigkeit vorzugsweise mehr als 100 W/(m.K) beträgt. Dadurch lässt sich ein optimaler Wirkungsgrad mit Blick auf das thermoelektrische Element erreichen. Das Wärmeleitelement erstreckt sich vorzugsweise vom thermoelektrischen Element bis an die jeweilige Oberfläche der Trennplatte, wobei es an der Oberfläche frei liegt oder allenfalls von einer dünnen, maximal 3 mm dicken Oberflächenschicht aus beispielsweise Kunststoff überdeckt ist. Beispiele umfassen metallische Wärmeleitkörper, wie etwa Wärmeleitkörper aus Aluminium. Es kann vorgesehen sein, dass sich die Wärmeleitkörper ausgehend von dem thermoelektrischen Element zur Oberfläche hin erweitern, beispielsweise kegelförmig erweitern.
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In einer Ausführungsform kann zur Verstärkung des Wärmeaustauschs auch wenigstens ein Wärmerohr vorgesehen sein, das eine Wärmeleitung zwischen dem thermoelektrischen Element und der Oberfläche verstärkt. Alternativ oder zusätzlich kann ein Gebläse vorgesehen sein, das einen Luftstrom über die Oberfläche der Trennplatte bewirkt.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Trennplatte eine Steuereinheit zur Regelung des thermoelektrischen Elements sowie wenigstens einen mit dieser Steuereinheit verbundenen Temperaturfühler umfasst, der die Temperatur eines angrenzenden Kompartiments misst. Es kann vorgesehen sein, die Trennplatte mit dem thermoelektrischen Element als Nachrüstlösung für ein Kühl- und/oder Gefriergerät vorzusehen, um eine zusätzliche Temperaturzone innerhalb des gekühlten Innenraums zu schaffen. Soweit die Steuereinheit für das thermoelektrische Element und die zugehörige Temperaturfühlung in der Trennplatte verbaut sind, wäre die Trennplatte dann lediglich zu verbauen, beispielsweise durch Einschub auf vorhandene Ablagerippen des Innenbehälters, und an eine Niederspannungsversorgung im Geräteinnenraum anzuschließen. So kann beispielsweise ein Gerät mit einer nicht eigens temperierten Gemüselade auf einfache Weise zu einem hochwertigeren Gerät mit einem Kaltlagerfach für Gemüse nachgerüstet werden.
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Es kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass die Trennplatte so im Gerät montiert ist, dass diese werkzeugfrei entnommen werden kann, beispielsweise in das Gerät eingelegt oder in eine Aufnahme des Geräts gerastet oder geklemmt ist.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kühl- und/oder Gefriergeräts, wobei die Trennplatte mit dem thermoelektrischen Element in den gekühlten Innenraum eines Kühl- und/oder Gefriergeräts eingebracht wird, um eine zusätzliche Temperaturzone innerhalb des Innenraums zu schaffen. Es kann sich insbesondere um ein Nachrüstverfahren handeln, wobei die Trennplatte nachträglich und vorzugsweise am Aufstellort des Kühl- und/oder Gefriergerätes eingebracht wird.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend anhand der Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen. In den Figuren zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung des gekühlten Innenraums einer Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Kühl- und/oder Gefriergeräts;
- 2: eine schematische Darstellung des gekühlten Innenraums einer anderen Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Kühl- und/oder Gefriergeräts; und
- 3: eine schematische Darstellung der Trennplatte einer Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Kühl- und/oder Gefriergeräts.
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In 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Gerät dargestellt, bei dem es sich um ein Kühl- und Gefrier-Kombinationsgerät handelt. Das Gerät 1 umfasst einen wärmeisolierten Gerätekorpus 2, ein im oberen Bereich des Gerätekorpus 2 angeordnetes Kühlkompartiment 3 und ein im unteren Bereich des Gerätekorpus 2 angeordnetes Gefrierkompartiment 4, das vom Kühlkompartiment 3 durch eine wärmeisolierende Zwischenwand 2a getrennt ist. Das Kühlkompartiment 3 ist für einen Betrieb bei Temperaturen von 4±2°C ausgelegt, wobei eine Temperatur innerhalb dieses Bereichs an einem nicht näher dargestellten Benutzerinterface ausgewählt werden kann. Das Gefrierkompartiment 4 ist für einen Betrieb bei Temperaturen von -30 bis -10°C ausgelegt, wobei eine konkrete Temperatur innerhalb dieses Bereichs ebenfalls am Benutzerinterface ausgewählt werden kann. Zur Einstellung von Temperaturen innerhalb dieser Kompartimente 3 und 4 umfasst das Gerät als primäre Wärmepumpe einen Kältemittelkreislauf mit einem Kompressor, einem Verflüssiger, einer Drossel und einem Verdampfer. Der Kältemittelkreislauf dient der Kühlung sowohl des Kühlkompartiments 3 als auch des Gefrierkompartiments 4, wobei eine variable Leistungsverteilung lediglich zwischen den Kompartimenten 3 und 4 als Ganzes möglich ist, nicht aber hinsichtlich einzelner Bereiche innerhalb der Kompartimente 3 und 4.
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Die nachfolgende Diskussion konzentriert sich auf die Ausbildung des Kühlkompartiments 3, da dieses für die Beschreibung der vorliegenden Erfindung relevant ist. Nämlich befindet sich innerhalb des Kühlkompartiments 3 eine wärmeisolierte Trennplatte 5, die ein zusätzliches Nebenfach 3a innerhalb des Kühlkompartiments 3 definiert.
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Die Trennplatte 5 ist in 3 in größerem Detail dargestellt. Die Trennplatte 5 ist wärmeisolierend ausgebildet und umfasst eine Schaumisolierung 6, die zwischen zwei oberflächlichen Kunststoffschichten 7a und 7b eingefasst ist. Im Inneren der Trennplatte 5 ist ein thermoelektrisches Peltier-Element 8 aufgenommen, das beidseitig mit passiven Wärmeleitkörpern 9a und 9b aus Aluminium in Kontakt steht. Die Wärmeleitkörper 9a und 9b erweitern sich ausgehend vom Peltier-Element 8 kegelförmig in Richtung der Oberflächen der Trennplatte 5, sodass sie großflächig an der Innenseite der oberflächlichen Kunststoffschichten 7a und 7b anliegen.
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Das Peltier-Element 8 kann von der Steuerelektronik des Geräts 1 wahlweise derart angesteuert werden, dass Wärme entweder aus dem Kühlkompartiment 3a in das Nebenfach 3a oder aus dem Nebenfach 3a in das Kühlkompartiment 3 transferiert wird. Die entsprechende Auswahl kann am Benutzerinterface getroffen werden. Im ersten Fall kann das Nebenfach 3a beispielsweise als Abtaufach dienen, wozu am Benutzerinterface eine Zieltemperatur im Bereich von 10±4°C eingestellt werden kann. Im zweiten Fall kann das Nebenfach 3a beispielsweise als Kaltlagerfach dienen, wozu am Benutzerinterface eine Zieltemperatur im Bereich von 0±2°C eingestellt werden kann. Der zweite Fall ist in der Figur schematisch dargestellt, wobei der Pfeil P die Richtung des Wärmetransfers symbolisiert. Auch ein Nichtbetrieb des Peltier-Elements 8 und mithin eine Einstellung der normalen Kühltemperatur von 4±2°C des Kühlkompartiments 3 kann am Benutzerinterface des Geräts 1 ausgewählt werden. Somit ist das Gerät 1 in seiner Handhabung sehr flexibel.
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In 3 ist eine andere Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Geräts 1 dargestellt. In dieser Variante handelt es sich bei dem Gerät 1 um ein reines Kühlgerät, dessen wärmeisolierter Gerätekorpus 2 lediglich ein Kühlkompartiment 3 beinhaltet, das für einen Betrieb bei Temperaturen von 4±2°C ausgelegt ist. Eine Temperatur innerhalb dieses Bereichs kann, wie auch im Zusammenhang mit dem Gerät der 1 erklärt, an einem nicht näher dargestellten Benutzerinterface ausgewählt werden. Wie auch das Gerät der 1 ist auch im vorliegenden Gerät 1 der 2 zur Einstellung der Temperatur innerhalb des Kühlkompartiments eine primäre Wärmepumpe vorgesehen, die einen klassischen Kältemittelkreislauf mit einem Kompressor, einem Verflüssiger, einer Drossel und einem Verdampfer umfasst. Eine variable Verteilung der Kühlleistung der primären Wärmepumpe hinsichtlich einzelner Bereiche innerhalb des Kühlkompartiments 3 ist nicht möglich.
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Das Kühlkompartiment 3 ist durch eine vertikal verlaufende wärmeisolierte Trennplatte 5 in zwei Hälften unterteilt, sodass neben dem normalen Kühlkompartiment 3 ein zusätzliches Nebenfach 3a definiert wird. Die Trennplatte 5 ist so aufgebaut, wie dies oben im Zusammenhang mit 3 erklärt wurde.
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Das Peltier-Element 8 der Trennplatte 5 kann von der Steuerelektronik des Geräts 1 wahlweise derart angesteuert werden, dass Wärme entweder aus dem normalen Kühlkompartiment 3a in das Nebenfach 3a oder aus dem Nebenfach 3a in das Kühlkompartiment 3 transferiert wird. Die entsprechende Auswahl kann am Benutzerinterface getroffen werden. Im ersten Fall kann im Nebenfach 3a eine höhere Temperatur als im Hauptfach eingestellt werden, im zweiten Fall eine niedrigere Temperatur. Der zweite Fall ist in der Figur schematisch dargestellt, wobei der Pfeil P die Richtung des Wärmetransfers symbolisiert. So können unterschiedliche Lagerzonen realisiert werden und die Lagertemperatur insbesondere des Nebenfachs 3a kann flexibel auf bestimmte Waren eingestellt werden.
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Die Bereitstellung der Geräte gemäß 1 oder 2 ist insbesondere auch durch eine Nachrüstung klassischer Kühl- und Gefrier-Kombinationsgeräte (im Falle der 1) und klassischer Kühlgeräte (im Falle der 2) möglich. So kann vorgesehen sein, dass die Trennplatte 5 selbst eine in der Figur nicht näher dargestellte Steuerelektronik zur Regelung des Peltier-Elements 8 und einen mit dieser Steuerelektronik verbundenen Temperaturfühler umfasst, der die Temperatur des angrenzenden Nebenfachs 3a misst. Die Trennplatte 5 kann dann in das Kühlkompartiment 3 eines bestehenden Gerätes eingeschoben und dort fixiert werden. Zur funktionalen Integration ist lediglich erforderlich, die Elektronik der Trennplatte 5, also das Peltier-Element 8 und die dazugehörige Steuerelektronik, mit einem Niederspannungsanschluss des Gerätes 1 zu verbinden. Die Anbindung der Steuerelektronik der Trennplatte 5 an die Steuereinheit des Gerätes kann drahtlos erfolgen.
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Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass anhand der Erfindung ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit Kompressionskältekreislauf bereitgestellt werden kann, in dessen gekühltem Innenraum mit minimalen zusätzlichen Aufwand bezüglich Material, Platzbedarf und Kosten eine zusätzliche Temperaturzone realisiert werden können. Bei geringer Temperaturdifferenz der weiteren Zone (z.B. des Kaltlagerfachs oder Abtaufachs) zum verbleibenden Teil des Innenraums (z.B. dem Kühlkompartiment) kann das thermoelektrische System effektiv die notwendige Leistung bereitstellen und die Temperatur in der zusätzlichen Temperaturzone kann stufenlos in einem bestimmten Maß eingestellt werden. Das erfindungsgemäße Konzept eignet sich zur werksmäßigen oder nachrüstungsweisen Erweiterung von klassischen Kühlkompartimenten um ein Kaltlagerfach und/oder Abtaufach ebenso wie für Weinkühlschränke.
