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Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für ein Kombigerät, ein Verfahren zum Betreiben der Kühlvorrichtung und ein Kombigerät.
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Kühlgeräte, wie beispielsweise Kühlschränke oder Gefriergeräte weisen üblicherweise Kompressorkühlkreise auf, für deren Betrieb spezielle Fluide eingesetzt werden.
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Die
US 2012 186 273 A1 beschreibt ein Kühlsystem, das eine Absorptionseinrichtung auf Ammoniakbasis und eine Peltiereinrichtung umfasst.
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Der hier vorgestellte Ansatz stellt sich die Aufgabe, eine verbesserte Kühlvorrichtung für ein Kombigerät, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben der Kühlvorrichtung sowie ein verbessertes Kombigerät zu schaffen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Kühlvorrichtung für ein Kombigerät, ein Verfahren zum Betreiben der Kühlvorrichtung sowie durch ein Kombigerät mit den Merkmalen der Hauptansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.
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Durch den hier vorgestellten Ansatz kann eine umweltfreundliche und zugleich leistungseffiziente Kühlvorrichtung geschaffen werden, die beispielsweise für ein einfach zu wartendes Kombigerät verwendet werden kann.
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Es wird eine Kühlvorrichtung für ein Kombigerät vorgestellt. Die Kühlvorrichtung weist eine erste Kühleinrichtung mit einem ersten Verdampfer und einem ersten Zeolithspeicher auf, die durch eine ein erstes Ventil umfassende erste Verbindungsleitung verbunden sind. Weiterhin weist die Kühlvorrichtung eine zweite Kühleinrichtung mit einem zweiten Verdampfer und einem zweiten Zeolithspeicher auf, die durch eine ein zweites Ventil umfassende zweite Verbindungsleitung verbunden sind. Ferner weist die Kühlvorrichtung ein Peltierelement auf, das zwischen dem ersten Zeolithspeicher und dem zweiten Zeolithspeicher angeordnet ist.
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Das Kombigerät kann beispielsweise ein Gargerät, eine Mikrowelle oder ein Ofen sein, der aber auch eine Kühlfunktion, beispielsweise eine Schockfrostfunktion umfasst. Die Kühleinrichtungen können beispielsweise als jeweils ein Kühlkreis aufgefasst werden. Die Kühlvorrichtung kann vorteilhafterweise umweltverträglich realisiert sein, indem in der Kühlvorrichtung entstehende Abwärme vorteilhaft genutzt wird. Vorteilhafterweise können sich die beiden Kühleinrichtungen gegenseitig positiv beeinflussen, wodurch ein Stromverbrauch der Kühlvorrichtung reduziert werden kann. Die Zeolithspeicher können parallel zueinander ausgerichtet sein. Das Peltierelement kann wärmeübertragungsfähig mit den Zeolithspeichern verbunden sein und einen Wärmeaustausch zwischen den Zeolithspeichern ermöglichen. Auf diese Weise kann thermische Energie zwischen den Zeolithspeichern übertragen werden, sodass bei einer Degenerierung eines der Zeolithspeicher auftretende Abwärme vorteilhafterweise für eine Regenerierung des anderen Zeolithspeichers genutzt werden kann. Vorteilhafterweise ist die Kühlvorrichtung durch Verwendung des Zeoliths umweltfreundlich, da auf umweltschädliche Chemikalien verzichtet werden kann. Ein Zeolithspeicher kann ein Zeolith bevorratender Behälter sein. Bei dem Verdampfer kann es sich um ein Bauteil handeln, wie es beispielsweise von Wärmepumpen bekannt ist. Beispielsweise können die Verdampfer zum Verdampfen von Wasser verwendet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Kühlvorrichtung eine Steuereinheit aufweisen, die ausgebildet ist, um das Peltierelement in einem ersten Betriebsmodus betreiben zu können. Im ersten Betriebsmodus kann eine dem ersten Zeolithspeicher zugewandte erste Seite des Peltierelements gekühlt und eine dem zweiten Zeolithspeicher zugewandte zweite Seite des Peltierelements erwärmt werden. Die Steuereinheit kann ausgebildet sein, um das Peltierelement in einem zweiten Betriebsmodus zu betreiben, bei dem die erste Seite erwärmt und die zweite Seite gekühlt wird. Die Steuereinheit kann beispielsweise als ein geräteinternes Steuergerät ausgeformt sein, das beispielsweise Signale einlesen, ausgeben und zusätzlich oder alternativ verarbeiten kann. Zum Betreiben des Peltierelements in den entsprechenden Betriebsmodi kann die Steuereinheit ausgebildet sein, um Spannungen mit geeigneten Vorzeichen an das Peltierelement anzulegen beziehungsweise Ströme mit geeigneten Vorzeichen durch das Peltierelement zu leiten.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Steuereinheit ausgebildet sein, um das Peltierelement im ersten Betriebsmodus betreiben zu können, um eine Regeneration der zweiten Kühleinrichtung zu bewirken. Die Steuereinheit kann ausgebildet sein, um das Peltierelement im zweiten Betriebsmodus betreiben zu können, um eine Regeneration der ersten Kühleinrichtung zu bewirken. Vorteilhafterweise kann dadurch eine vollständige Degeneration und eine vollständige Regeneration der Zeolithspeicher erreicht werden. Zudem kann ein schnelles Herabkühlen durch das Peltierelement erreicht werden, das den Adsorptionsprozess von Wasser in Zeolith unterstützt.
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Der erste Betriebsmodus kann aktiviert werden, wenn die zweite Kühleinrichtung teilweise regeneriert ist. Der zweite Betriebsmodus kann aktiviert werden, wenn die erste Kühleinrichtung teilweise regeneriert ist. Auf diese Weise kann das Peltierelement temporär stromlos geschaltet sein und nur dann aktiviert werden, wenn dies zum Betrieb der Kühlvorrichtung vorteilhaft ist, beispielsweise um die Regeneration einer der Kühleinrichtungen voranzutreiben.
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Die Steuereinheit kann ausgebildet sein, um die Ventile zu öffnen, um eine Kühlfunktion der Kühlvorrichtung zu aktivieren. Dabei kann die Steuereinheit ausgebildet sein, um eines der Ventile so zu öffnen, dass der mit dem Ventil gekoppelte Verdampfer eine Funktionalität als Verdampfer zur Verfügung stellen kann, und das andere der Ventile so zu öffnen, dass der mit diesem Ventil gekoppelte Verdampfer eine Funktionalität als Verflüssiger zur Verfügung stellen kann. Andererseits kann die Steuereinheit ausgebildet sein, um die Ventile zu schließen, um einen Heizbetrieb zu ermöglich, in dem die Kühlvorrichtung deaktiviert ist.
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Es wird ferner ein Verfahren zum Betreiben der Kühlvorrichtung in einer zuvor genannten Variante vorgestellt. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Degenerierens. Im Schritt des Degenerierens wird die erste Kühleinrichtung degeneriert und die zweite Kühleinrichtung regeneriert, um unter Verwendung der ersten Kühleinrichtung eine Kühlfunktion der Kühlvorrichtung bereitzustellen.
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Vorteilhafterweise wird die Abwärme der ersten Kühleinrichtung für die Regenerierung der zweiten Kühleinrichtung verwendet, sodass keine Wärmeenergie verloren geht.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren einen Schritt des Aktivierens des Peltierelements umfassen, um ein weiteres Degenerieren der ersten Kühleinrichtung und weiteres Regenerieren der zweiten Kühleinrichtung zu bewirken. Vorteilhafterweise kann das Peltierelement erst dann angesteuert werden, wenn beide Zeolithspeicher ähnlich gesättigt sind, um das vollständige Degenerieren und Regenerieren zu ermöglichen.
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Weiterhin kann das Verfahren einen Schritt des Umpolens des Peltierelements umfassen, um ein Degenerieren der zweiten Kühleinrichtung und ein Regenerieren der ersten Kühleinrichtung zu bewirken, um unter Verwendung der zweiten Kühleinrichtung eine Kühlfunktion der Kühlvorrichtung bereitstellen zu können. Vorteilhafterweise kann das Peltierelement derart angesteuert werden, dass zwischen den Kühleinrichtungen umgeschaltet werden kann.
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Es wird ein Kombigerät mit einer Heizfunktion und einer Kühlfunktion vorgestellt, wobei das Kombigerät eine Kühlvorrichtung in einer der zuvor genannten Varianten aufweist. Das Kombigerät weist zudem eine Lüftervorrichtung zum Umwälzen von Luft in einem Innenraum des Kombigeräts auf. Das Kombigerät weist ferner mindestens eine unter Verwendung der Steuereinheit ansteuerbare Luftklappe auf, die ausgebildet ist, um ein Ausströmen der umgewälzten Luft aus dem Innenraum zu steuern.
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Vorteilhafterweise kann das Kombigerät als eine Mikrowelle oder als ein Ofen realisiert sein, der es einem Nutzer zusätzlich ermöglicht, Lebensmittel zu kühlen, beispielsweise schockzufrosten. Die Lüftervorrichtung kann beispielsweise sowohl für die Heizfunktion als auch für die Kühlfunktion eingesetzt werden. Während der Kühlfunktion kann der erste Lüfter vorteilhafterweise mit der ersten Kühleinrichtung und der zweite Lüfter mit der zweiten Kühleinrichtung gekoppelt sein.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die mindestens eine Luftklappe ausgebildet sein, um das Ausströmen der umgewälzten Luft zu verhindern, wenn die Heizfunktion des Kombigeräts aktiv ist. Die Luftklappe kann weiterhin ausgebildet sein, um das Ausströmen der umgewälzten Luft zu ermöglichen, wenn die Kühlfunktion des Kombigeräts aktiv ist. Die Luftklappe kann vorteilhafterweise als eine mechanische Platte ausgeformt sein, die von der umgewälzten Luft aufgedrückt werden kann. Alternativ kann die Luftklappe unter Verwendung eines Aktors verstellt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Kombigerät ein Heizelement aufweisen, das ausgebildet ist, um den Innenraum zu erhitzen, wenn die Heizfunktion aktiv ist. Das Heizelement kann beispielsweise zumindest einen Heizstab umfassen. Vorteilhafterweise lässt sich auf diese Weise eine Temperatur im Innenraum des Kombigeräts in einem weiten Temperbereich einstellen.
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Die Kühlfunktion kann gemäß einer Ausführungsform deaktiviert sein, wenn die Heizfunktion aktiv ist. Entsprechend kann die Heizfunktion deaktiviert sein, wenn die Kühlfunktion aktiv ist. Vorteilhafterweise können dadurch zwei gegensätzliche Funktionen innerhalb des Kombigeräts ermöglicht werden, sodass ein Nutzer vorteilhafterweise nicht zwei einzelne Geräte benötigt und dadurch Platz einsparen kann.
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Der beschriebene Ansatz kann entsprechend als Haushaltgerät oder im Zusammenhang mit einem gewerblichen oder professionellen Gerät, eingesetzt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt
- 1 eine schematische Darstellung eines Kombigeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Kombigeräts;
- 3 eine schematische Darstellung einer Kühlvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einer aktiven ersten Kühleinrichtung;
- 4 eine schematische Darstellung einer Kühlvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einem aktiven Peltierelement;
- 5 eine schematische Darstellung einer Kühlvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einer aktiven zweiten Kühleinrichtung;
- 6 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben der Kühlvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 7 ein Blockschaltbild einer Steuereinheit der Kühlvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kombigeräts 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Kombigerät 100 weist eine Heizfunktion und eine Kühlfunktion auf, sodass es beispielsweise als ein Ofen oder eine Mikrowelle oder Mikrowellenofen mit einer zusätzlich Kühlfunktion, beispielsweise einer Schockfrostfunktion ausgeformt ist.
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Für die Kühlfunktion weist das Kombigerät 100 eine Kühlvorrichtung 102 und für eine Heizfunktion ein Heizelement 103 auf. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Kombigerät 100 ferner eine Lüftervorrichtung 104 zum Umwälzen von Luft in einem Innenraum 106 des Kombigeräts 100 sowie optional mindestens eine Luftklappe, hier eine erste Luftklappe 108 und eine zweite Luftklappe 109, auf. Die Luftklappen 108, 109 sind ausgebildet, um ein Ausströmen der umgewälzten Luft aus dem Innenraum 106 heraus und gegebenenfalls in den Innenraum 106 zurück zu steuern. Die Lüftervorrichtung 104 umfasst beispielhaft einen ersten Lüfter 110 und einen zweiten Lüfter 112.
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Wenn das Kombigerät 100 in einem Heizbetrieb betrieben wird, kann eine Beladung 115, beispielsweise ein Gargut, erhitzt werden. Wenn das Kombigerät 100 in einem Kühlbetrieb betrieben wird, kann die Beladung 115 beispielsweise geschockfrostet werden.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist das Kombigerät 100 das Heizelement 103 auf, das ausgebildet ist, um den Innenraum 106 zu erhitzen, wenn die Heizfunktion aktiv ist. Dabei ist die Kühlfunktion deaktiviert. Umgekehrt ist die Heizfunktion deaktiviert, wenn die Kühlfunktion aktiv ist. Das Heizelement 103 ist beispielsweise als ein Mikrowellenemitter oder ein einfacher Heizer ausgeführt. In einem Kombibetrieb sind gemäß einem Ausführungsbeispiel sowohl die Heizfunktion als auch die Kühlfunktion aktiv. Dies ermöglicht ein Tiefkühlen bei gleichzeitigem Garvorgang. Somit sind beispielsweise Eisspeisen oder Kuchen oder Torten mit teilweise geschmolzener Schokolade im Inneren und gefrorener Hülle oder Getränke in Eisverpackung (Eisbombe) realisierbar.
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Die Kühlvorrichtung 102 weist eine erste Kühleinrichtung 116 mit einem ersten Verdampfer 118 und einem ersten Zeolithspeicher 120 auf, die durch eine ein erstes Ventil 122 umfassende Verbindungsleitung 124 verbunden sind. Weiterhin weist die Kühlvorrichtung 102 eine zweite Kühleinrichtung 126 mit einem zweiten Verdampfer 128, einem zweiten Ventil 130 und einem zweiten Zeolithspeicher 132 auf, die durch eine Verbindungsleitung 134 verbunden sind. Weiterhin weist die Kühlvorrichtung 102 ein Peltierelement 136 auf, das zwischen dem ersten Zeolithspeicher 120 und dem zweiten Zeolithspeicher 132 angeordnet ist. Das Peltierelement 136 ist ausgebildet, um einen Wärmeaustausch zwischen den Zeolithspeichern 120, 132 zu ermöglichen. Dazu ist eine erste Seite 140 des Peltierelements 136 wärmeleitfähig mit dem ersten Zeolithspeicher 120 und eine zweite Seite 142 des Peltierelements 136 wärmeleitfähig mit dem zweiten Zeolithspeicher 132 verbunden. Die Zeolithspeicher 120, 132 sind beispielsweise parallel zueinander ausgerichtet. Beispielsweise bilden die Zeolithspeicher 120, 132 zusammen mit dem Peltierelement 136 einen Stapel, wobei das Peltierelement 136 zwischen den Zeolithspeichern 120, 132 angeordnet ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Kühlvorrichtung 102 eine Steuereinheit 138 auf, die ausgebildet ist, um das Peltierelement 136 in einem ersten Betriebsmodus zu betreiben, bei dem die dem ersten Zeolithspeicher 120 zugewandte erste Seite 140 des Peltierelements 136 gekühlt und die dem zweiten Zeolithspeicher 132 zugewandte zweite Seite 142 des Peltierelements 136 erwärmt wird. Weiterhin ist die Steuereinheit 138 ausgebildet, um das Peltierelement 136 in einem zweiten Betriebsmodus zu betreiben, bei dem die erste Seite 140 erwärmt und die zweite Seite 142 gekühlt wird. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird das Peltierelement 136 unter Verwendung der Steuereinheit 138 im ersten Betriebsmodus betrieben, um eine Regeneration der zweiten Kühleinrichtung 126 zu bewirken und in dem zweiten Betriebsmodus betrieben, um eine Regeneration der ersten Kühleinrichtung 116 zu bewirken.
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Beispielsweise ist die Steuereinheit 138 ausgebildet, um den ersten Betriebsmodus zu aktivieren, wenn die zweite Kühleinrichtung 126 regeneriert ist, und den zweiten Betriebsmodus zu aktivieren, wenn die erste Kühleinrichtung 116 regeneriert ist.
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Um den ersten Betriebsmodus zu aktivieren, ist die Steuereinheit 138 beispielsweise ausgebildet, um eine erste Betriebsspannung an das Peltierelement 136 bereitzustellen und um den zweiten Betriebsmodus zu aktivieren, ist die Steuereinheit 138 beispielsweise ausgebildet, um eine der ersten Betriebsspannung entgegengesetzte zweite Betriebsspannung an das Peltierelement 136 bereitzustellen
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Die Kühlvorrichtung 102 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel mindestens teilweise um den Innenraum 106 herum angeordnet, also in einem Zwischenraum zwischen einem äußeren Gehäuse des Kombigeräts 100 und einem Gehäuse des Innenraums 106. Dabei sind die Zeolithspeicher 120, 132 lediglich beispielhaft benachbart zu einer Decke 144 des Innenraums 106 und außerhalb des Innenraums 106 angeordnet. An einer gegenüberliegenden Seite der Decke 144 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel das Heizelement 103 angeordnet. Die Verdampfer 118, 128 sind außerhalb des Innenraums 106 angeordnet, beispielsweise benachbart zu einander gegenüberliegenden Seitenwänden des Innenraums 106.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der erste Verdampfer 118 benachbart zu der ersten Luftklappe 108 und der zweite Verdampfer 128 benachbart zu der zweiten Luftklappe 109 angeordnet. In diesem Fall kann der erste Lüfter 110 aktiviert und die erste Luftklappe 108 geöffnet werden, um einen Luftstrom aus dem Innenraum 106 über den ersten Verdampfer 118 wieder zurück in den Innenraum 106 zu leiten. Auf diese Weise wird der Luftstrom gekühlt, wenn in dem ersten Verdampfer 118 bevorratete Flüssigkeit verdampft. Entsprechend kann der zweite Lüfter 112 aktiviert und die zweite Luftklappe 109 geöffnet werden, um einen Luftstrom aus dem Innenraum 106 über den zweiten Verdampfer 118 wieder zurück in den Innenraum 106 zu leiten. Auf diese Weise wird der Luftstrom gekühlt, wenn in dem zweiten Verdampfer 128 bevorratete Flüssigkeit verdampft.
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Die Lüftervorrichtung 104 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel an einer Rückwand des Innenraums 106 angeordnet und ermöglicht beispielsweise eine Umluftfunktion des Kombigeräts 100 als Ofen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Luftklappen 108, 109 ausgebildet, um das Ausströmen der umgewälzten Luft zu verhindern, wenn die Heizfunktion des Kombigeräts 100 aktiv ist.
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Wenn die Kühlfunktion des Kombigeräts 100 aktiv ist, ermöglichen die Luftklappen 108, 109 dagegen das Vorbeiführen der umgewälzten Luft zumindest an dem Verdampfer 118, 128 der aktuell aktiven, also kühlenden der beiden Kühleinrichtungen 116, 126. Wird das Kombigerät 100 beispielsweise als Schockfrostgerät verwendet, so ist die Lüftervorrichtung 104 beispielsweise ausgebildet, um die Luft aus dem Innenraum 106 zu mindestens einem der Verdampfer 118, 128 zu bewegen. Derjenige der Verdampfer 118, 128, in dem gerade Flüssigkeit verdampft, ist ausgebildet, um der vorbeiströmenden Luft Wärme zu entziehen, bevor sie gemäß diesem Ausführungsbeispiel durch die entsprechende der Luftklappen 108, 109 erneut in den Innenraum 106 befördert wird. Das bedeutet, dass der erste Lüfter 110 beispielsweise mit der ersten Kühleinrichtung 116 und der zweite Lüfter 112 mit der zweiten Kühleinrichtung 126 funktional gekoppelt ist. Zu demjenigen Verdampfer 118, 128, in dem gerade Flüssigkeit kondensiert, wird gemäß einem Ausführungsbeispiel keine Luft aus dem Innenraum 106 geleitet. Derjenige der Verdampfer 118, 128, in dem gerade Flüssigkeit kondensiert, wirkt als ein Verflüssiger.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Steuereinheit 138 ausgebildet, um die Ventile 122, 130 zu öffnen, um eine Kühlfunktion der Kühlvorrichtung zu aktivieren. Beispielsweise ist die Steuereinheit 138 ausgebildet, um ansprechend auf ein Anforderungssignal, das einen erwünschten Kühlbetrieb des Kombigeräts 100 anzeigt, Öffnungssignale an die Ventile 122, 130 bereitzustellen. Durch Öffnen des ersten Ventils 122 wird eine fluidische Verbindung zwischen dem ersten Verdampfer 118 und dem ersten Zeolithspeicher 120 hergestellt. Durch Öffnen des zweiten Ventils 130 wird eine fluidische Verbindung zwischen dem zweiten Verdampfer 128 und dem zweiten Zeolithspeicher 132 hergestellt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Steuereinheit 138 ausgebildet, um ansprechend auf ein weiteres Anforderungssignal, das einen erwünschten Heizbbetrieb des Kombigeräts 100 anzeigt, Schließsignale an die Ventile 122, 130 bereitzustellen. Durch Schließen des ersten Ventils 122 wird eine fluidische Verbindung zwischen dem ersten Verdampfer 118 und dem ersten Zeolithspeicher 120 gesperrt. Durch Schließen des zweiten Ventils 130 wird eine fluidische Verbindung zwischen dem zweiten Verdampfer 128 und dem zweiten Zeolithspeicher 132 gesperrt. Ferner ist die Steuereinheit 138 gemäß einem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um ansprechend auf das weitere Anforderungssignal ein Heizsignal zum Aktivieren des Heizelements 103 an das Heizelement 103 bereitzustellen.
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Die Kühlvorrichtung 102 kann auch als Dual-Zeolith-Kühler bezeichnet werden, der umweltfreundlich und nachhaltig aufgebaut ist sowie keine Gefahr durch beispielsweise explosive Stoffe birgt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Hauptbestandteile für die Kühlvorrichtung 102 Zeolith und Wasser. Es wird ein geräuschloser oder mindestens geräuscharmer Betrieb ermöglicht.
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Dazu verdampft gemäß einem Ausführungsbeispiel die Flüssigkeit im ersten Verdampfer 118 auf Grund von Unterdruck in der ersten Kühleinrichtung 116 und kühlt dadurch den ersten Verdampfer 118 ab. Der erste Zeolithspeicher 120 nimmt den Wasserdampf unter Wärmeabgabe auf, wodurch der Unterdruck in der ersten Kühleinrichtung 116 aufrechterhalten wird. Die abgegebene Wärmeenergie der ersten Kühleinrichtung 116 wird von dem zweiten Zeolithspeicher 132 der zweiten Kühleinrichtung 126 aufgenommen, sodass die Flüssigkeit im zweiten Zeolithspeicher 132 ausgedampft wird und im zweiten Verdampfer 128 kondensiert, der somit als Verflüssiger arbeitet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der erste Lüfter 110 angeschaltet, wenn die erste Kühleinrichtung 116 aktiv ist. Der zweite Lüfter 112 der zweiten Kühleinrichtung 126, die zeitgleich regeneriert, ist dabei gemäß einem Ausführungsbeispiel deaktiviert. Die Luftklappen 108, 109 können dabei angesteuert werden um den Luftstrom gezielt zu dem ersten Verdampfer 118 zu lenken.
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Wenn die erste Kühleinrichtung 116 degeneriert ist, also keine weitere Flüssigkeit mehr in dem ersten Verdampfer 118 verdampfen kann, wird der Prozess umgeschaltet. Dadurch verdampft Flüssigkeit im zweiten Verdampfer 128 auf Grund von Unterdruck in der zweiten Kühleinrichtung 126 und kühlt dadurch den zweiten Verdampfer 128 ab. Der zweite Zeolithspeicher 132 nimmt den Wasserdampf unter Wärmeabgabe auf, wodurch der Unterdruck in der zweiten Kühleinrichtung 126 aufrechterhalten wird. Die abgegebene Wärmeenergie der zweiten Kühleinrichtung 126 wird von dem ersten Zeolithspeicher 120 der ersten Kühleinrichtung 116 aufgenommen, sodass die Flüssigkeit im ersten Zeolithspeicher 120 ausgedampft wird und im ersten Verdampfer 118 kondensiert, der somit als Verflüssiger arbeitet.
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Wenn die zweite Kühleinrichtung 126 degeneriert ist, also keine weitere Flüssigkeit mehr in dem zweiten Verdampfer 128 verdampfen kann, wird der Prozess wieder umgeschaltet. Somit können fortlaufend und alternierend die erste Kühleinrichtung 116 und die zweite Kühleinrichtung 126 aktiv also kühlend betreiben werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel verläuft bei einem aktiven Kühlkreis, also aktiver Kühleinrichtung 116, 126, der Luftstrom über den entsprechenden Verdampfer 118, 128, während bei einem regenerierenden Kühlkreis kein Luftstrom oder lediglich ein verringerter und umgelenkter Luftstrom vorhanden ist. Dies kann beispielsweise unter Verwendung der Luftklappen 108, 109 geregelt werden. Auch kann eine Abfuhr von Luft aus dem Innenraum 106 in eine Umgebung des Kombigeräts 100 gesteuert werden.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ein Betrieb der Kühlvorrichtung 102 ohne Energiezufuhr für eine längere Zeit, beispielsweise bis zu einer oder mehreren Stunden, möglich. Die Kühlvorrichtung 102 weist gegenüber adsorptionsbasierten Kühlkreisläufen den Vorteil auf, dass sie zwei identisch aufgebaute Kühleinrichtungen aufweist, wie sie in den 3 bis 5 beschrieben sind.
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Gemäß einem Ausführungsbespiel ermöglicht die Kühlvorrichtung 102 eine Abkühlung des Innenraums bis unter 0°C, beispielsweise bis auf eine Temperatur von weniger als -10°C oder weniger als -20°C.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Kombigeräts 100. Das hier dargestellte Kombigerät 100 entspricht oder ähnelt mindestens dem in 1 beschriebenen Kombigerät 100. Lediglich weist das Kombigerät 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel abweichend von dem in 1 beschriebenen Kombigerät 100 keine Luftklappen auf.
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Dennoch kann bei aktivierten Lüftern 110, 112 Luft aus dem Innenraum 106 hinaus und über die Verdampfer 118, 128 zurück in den Innenraum 106 gefördert werden.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer Kühlvorrichtung 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einer aktiven ersten Kühleinrichtung 116. Die hier dargestellte Kühlvorrichtung 102 entspricht beispielsweise der in 1 beschriebenen Kühlvorrichtung 102. Die Kühlvorrichtung 102 ist demnach in einem Kombigerät realisiert oder realisierbar, wie es in einer der 1 bis 2 beschrieben wurde.
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Die erste Kühleinrichtung 116 umfasst den ersten Verdampfer 118, der über das erste Ventil 122 mit dem ersten Zeolithspeicher 120 verbunden ist. Die zweite Kühleinrichtung 126 umfasst den zweiten Verdampfer 128, der über das zweite Ventil 130 mit dem zweiten Zeolithspeicher 132 verbunden ist.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die erste Kühleinrichtung 116 aktiviert, sodass die zweite Kühleinrichtung 126 regenerieren kann. Der erste Verdampfer 118 ist dabei ausgebildet, um der den Verdampfer 118 umgebenden Luft Wärme zu entziehen und eine Flüssigkeit 300 im ersten Verdampfer 118, beispielsweise Wasser, damit zu erhitzen. Sofern das erste Ventil 122 geöffnet ist, strömt innerhalb des ersten Verdampfers 118 entstehender Dampf durch die erste Verbindungsleitung 124 und das erste Ventil 122 zu dem ersten Zeolithspeicher 120 bis dieser gesättigt ist. Die im Bereich des ersten Zeolithspeichers 120 vorhandene Wärmeenergie wird auf den zweiten Zeolithspeicher 132 übertragen und unterstützt dabei die Regeneration der zweiten Kühleinrichtung 126 derart, dass eine in dem zweiten Zeolithspeicher 132 gespeicherte Flüssigkeitsmenge verdampft und in Richtung des zweiten Verdampfers 128 gedrängt wird und in dem zweiten Verdampfer 128 kondensiert. Somit wirkt der zweite Verdampfer 128 im Regenerationszustand der zweiten Kühleinrichtung 126 als Verflüssiger.
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In dem in 3 dargestellten Zustand ist ein Flüssigkeitspegel im ersten Verdampfer 118 höher als ein Flüssigkeitspegel im zweiten Verdampfer 128.
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Während die auch als Kühlkreis bezeichnenbare erste Kühleinrichtung 116 aktiv ist, regeneriert die zweite Kühleinrichtung 126, wozu diese einen erheblichen Teil der dafür benötigten Wärmeenergie aus einer Abwärme der ersten Kühleinrichtung 116 nutzt. Das Peltierelement 136, welches die beiden Kühleinrichtungen 116, 126 an ihren Zeolithspeichern 120, 132 miteinander verbindet, optimiert gemäß diesem Ausführungsbeispiel diesen Prozess. Ein damit einhergehender geringer Wirkungsgrad an Kühlleistung spielt eine untergeordnete Rolle, da die Abwärme sinnvollerweise zur Regenerierung in der zweiten Kühleinrichtung 126 beiträgt. Energie wird in diesem dualen Adsorptionskühlkreis daher jederzeit optimal verwertet. Durch Umschalten des Stromflusses durch das Peltierelement 136 und entsprechendes Schalten der Ventile 122, 130 wird der Prozess umgeschaltet und der jeweils andere Kreis aktiviert oder regeneriert.
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Dadurch wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein sicheres und nachhaltiges Kombigeräts möglich, das beispielsweise die Funktionalitäten eines Backofens, eines Toasters und/oder einer Mikrowelle und zusätzlich eines Kühlgeräts, wie beispielsweise eines Schockfrosters, umfasst.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die zwei Kühleinrichtungen 116, 126 identisch aufgebaut. Die zwei Kühleinrichtungen 116, 126 werden auch als Adsorptionskühlkreise bezeichnet und laufen gemäß einem Ausführungsbeispiel auf Zeloith/Wasser Basis. Die zwei Kühleinrichtungen 116, 126 sind mit dem Peltierelement 136 gekoppelt. Die durch das Peltierelement 136 erzeugte Kühlleistung unterstützt dabei bei aktiven Peltierelement 136 den Kühlprozess in der ersten Kühleinrichtung 116, indem es die abgegebene Wärmeenergie des Zeoliths transferiert und kühlt. Dadurch nimmt das Zeloith in dem ersten Zeolithspeichers 120 den Wasserdampf aus dem ersten Verdampfer 118 effizient auf, wodurch insgesamt der Kühlprozess beschleunigt und optimiert wird.
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Auf der anderen Seite transferiert das Peltierelement 136 die Abwärme der ersten Kühleinrichtung 116 zuzüglich der eigenen erzeugten Wärme an das Zeolith der zweiten Kühleinrichtung 126. Die Hitze sogt in dieser zweiten Kühleinrichtung 126 für ein Ausdampfen von zuvor aufgenommenem Wasser aus dem gesättigten Zeolith des zweiten Zeolithspeichers 132, sodass eine Regernation stattfindet.
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Der Prozess wird optional durch Wechseln des aktiven und regenerierenden Kreislaufs und Umpolen der Stromrichtung im Peltierelement 136 umgeschaltet, wodurch keine Totzeiten durch die Regeneration entstehen. Das Peltierelement 136 ist in diesem Prozess gemäß diesem Ausführungsbeispiel als Effizienzbooster sowohl für die Kühlung als auch für die Regeneration zu sehen. Zeolith, Wasser und Peltierelement 136 sind ungefährliche und umweltfreundliche Komponenten. Zudem erfolgt eine Wartung gefahrlos.
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Entsprechende Adsorptionskühlkreise ermöglichen einen Betrieb ohne zusätzlich hinzugefügte Energie über einen längeren Zeitraum. Da diese Technik keine Gefahren hinsichtlich Explosivität im Gegensatz zu Kompressorkühlkreisen aufweist, ist sie in Kombigeräten einsetzbar, in denen zuvor eine Kombination aus Kühlung und Erhitzen nicht möglich war.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kühlt sich der erste Verdampfer 118 der aktiven und damit kühlenden ersten Kühleinrichtung 116 bis auf -20° ab während sich der erste Zeolithspeicher 120 bis auf +130° erhitzt.
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4 zeigt eine schematische Darstellung der anhand von 3 beschriebenen Kühlvorrichtung 102 mit weiterhin aktiver erster Kühleinrichtung 116. Mittlerweile sind beide Zeolithspeicher 120, 132 gleichmäßig gesättigt.
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Beispielsweise weist der erste Verdampfer 118 in dem in 3 gezeigten Zustand weiterhin eine Temperatur von -20°C und der erste Zeolithspeicher 120 eine Temperatur von +130° auf. Der zweite Zeolithspeicher 132 hat sich über das Peltierelement 136 ebenfalls auf +130° und der zweite Verdampfer 128 auf eine Temperatur von +30°C erwärmt.
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5 zeigt eine schematische Darstellung der anhand von 4 beschriebenen Kühlvorrichtung 102 mit weiterhin aktiver erster Kühleinrichtung 116. Um über den anhand von 4 beschriebenen Zustand hinaus eine vollständige Degeneration des ersten Zeolithspeichers 120 und eine vollständige Regeneration des zweiten Zeolithspeichers 132 zu erreichen, ist das Peltierelement 136 nun aktiviert und wirkt als aktiver Peltier Booster. Dabei wird das Peltierelement 136 so betrieben, dass seine dem ersten Zeolithspeicher 120 zugewandte Seite aktiv gekühlt und die dem zweiten Zeolithspeichers 132 zugewandte Seite aktiv erwärmt wird.
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Beispielsweise wird der erste Verdampfer 118 dadurch bis auf -25°C gekühlt und der zweite Verdampfer 128 auf eine Temperatur von +50°C erwärmt. Der erste Zeolithspeicher 120 ist kühler als der zweite Zeolithspeicher 132. Beispielsweise weist der erste Zeolithspeicher 120 eine Temperatur von +100° und der zweite Zeolithspeicher 132 eine Temperatur von +200° auf.
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Das aktive Peltierelement 136 ermöglicht eine zumindest annähernd vollständige Degeneration des ersten Zeolithspeichers 120 und eine zumindest annähernd vollständige Regeneration des zweiten Zeolithspeichers 132. Wenn dieser Zustand erreicht ist, wird der Prozess durch ein geeignetes Schalten der Ventile 122, 130 und ausschalten oder umkehren des Stromflusses durch das Peltierelement 136 umgeschaltet. Dadurch wird die zweite Kühleinrichtung 126 aktiviert, sodass die erste Kühleinrichtung 116 regenerieren kann. Die zweite Kühleinrichtung 126 verhält sich dabei analog zu der in den 3 bis 5 beschriebenen ersten Kühleinrichtung 116. Sobald eine zumindest annähernd vollständige Regeneration des ersten Zeolithspeichers 120 und eine zumindest annähernd vollständige Degeneration des zweiten Zeolithspeichers 132 erreicht ist, wird der Prozess erneut umgeschaltet. Ein solches Umschalten kann solange durchgeführt werden, wie ein Kühlbetrieb der Kühlvorrichtung 102 erwünscht ist.
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6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 600 zum Betreiben der Kühlvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Durch das Verfahren 600 wird beispielsweise eine Kühlvorrichtung betrieben, wie sie in einer der 1 bis 5 beschrieben wurde. Das Verfahren 600 wird dabei beispielsweise von einer Steuereinheit der Kühlvorrichtung angesteuert oder durchgeführt. Es umfasst dabei einen Schritt 602 des Degenerierens der ersten Kühleinrichtung und Regenerierens der zweiten Kühleinrichtung, um unter Verwendung der ersten Kühleinrichtung eine Kühlfunktion der Kühlvorrichtung bereitzustellen.
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Optional umfasst das Verfahren 600 einen Schritt 604 des Aktivierens des Peltierelements, um ein weiteres Degenerieren der ersten Kühleinrichtung und weiteres Regenerieren der zweiten Kühleinrichtung zu bewirken. Das bedeutet, dass das Peltierelement angesteuert wird, wenn mindestens einer der Zeolithspeicher halb gesättigt ist, bzw. die Sättigung der Zeolithspeicher sich einander annähern. Dadurch wird eine vollständige Degeneration des einen und eine vollständige Regeneration des anderen Zeolithspeichers bewirkt. Weiterhin optional umfasst das Verfahren 600 zusätzlich einen Schritt 606 des Umkehrens des Betriebsmodus des Peltierelements, um ein Degenerieren der zweiten Kühleinrichtung und ein Regenerieren der ersten Kühleinrichtung zu bewirken, um unter Verwendung der zweiten Kühleinrichtung eine Kühlfunktion der Kühlvorrichtung bereitzustellen. Das bedeutet, dass gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein Umschalten zwischen beiden Kühleinrichtungen möglich ist.
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7 zeigt ein Blockschaltbild einer Steuereinheit 138 der Kühlvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die hier dargestellte Steuereinheit 138 entspricht beispielsweise der in 1 beschriebenen Steuereinheit 138 und ist beispielsweise als Teil der Kühlvorrichtung realisiert, wie sie in den 1 bis 5 beschrieben wurde. Die Steuereinheit 138 ist ausgebildet, um ein Verfahren zum Betreiben der Kühlvorrichtung anzusteuern oder durchzuführen, wie es in 6 beschrieben wurde. Die Steuereinheit 138 weist dazu gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Degeneriereinheit 700 auf, die ausgebildet ist, um ein Degenerieren der ersten Kühleinrichtung und Regenerieren der zweiten Kühleinrichtung zu bewirken, um unter Verwendung der ersten Kühleinrichtung eine Kühlfunktion der Kühlvorrichtung bereitzustellen. Lediglich optional weist die Steuereinheit 138 eine Aktiviereinheit 702 auf, die ausgebildet ist, um ein Aktivieren des Peltierelements zu bewirken, um ein weiteres Degenerieren der ersten Kühleinrichtung und weiteres Regenerieren der zweiten Kühleinrichtung zu erreichen. Außerdem weist die Steuereinheit 138 gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Umkehreinheit 704 auf, die ausgebildet ist, um ein Umkehren des Betriebsmodus des Peltierelements zu bewirken. Dadurch wird ein Degenerieren der zweiten Kühleinrichtung und ein Regenerieren der ersten Kühleinrichtung bewirkt, um unter Verwendung der zweiten Kühleinrichtung eine Kühlfunktion der Kühlvorrichtung bereitzustellen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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