DE19724151A1 - Kühlgerät für den Haushalt - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Kühlgeräte für den Haus­ halt, die einen mittels einer Kältemaschine kühlbaren Lagerraum aufweisen. Gemäß der prEN ISO 7371 versteht man unter einem Kühlgerät ein wärmedämmendes Gerät von geeig­ neter Größe und Ausstattung für die Verwendung im Haus­ halt, das zwei oder mehrere Fächer zur Aufbewahrung von Lebensmitteln hat, von denen mindestens ein Fach zur Lagerung von frischen Lebensmitteln geeignet ist und das durch eine oder mehrere Energie aufnehmende Einrichtungen gekühlt wird.

Die Kühlgeräte unterscheiden sich hinsichtlich der Auf­ stellungsweise, zum Beispiel freistehende Geräte oder Einbaugeräte, der Größe, der Zahl der Fächer und der Türen sowie hinsichtlich des Temperaturbereichs. Bei Kühlschränken liegt der Temperaturbereich in der Regel zwischen 0°C und 15°C. Zu den Kühlgeräten rechnen auch die Gefriergeräte, beispielsweise Gefrierschränke und Gefriertruhen, bei denen die Maximaltemperatur in durch Sterne gekennzeichnete Klassen eingeteilt ist und bei­ spielsweise bei -6°C, -12°C oder -18°C liegen kann.

Eine andere Sammelbezeichnung für kleinere Kühlgeräte wie Kühlschrank, Gefrierschrank oder Gefriertruhe, die haupt­ sächlich im Haushalt eingesetzt werden, ist Kühlmöbel.

Bei den bekannten Kühlgeräten für den Haushalt wird dem Lagerraum die Wärme mittels einer Kältemaschine entzogen und die Abwärme an die umgebende Raumluft abgegeben. Nach dem Stand der Technik wird als Kältemaschine zumeist eine Kaltdampfmaschine zur Kälteerzeugung eingesetzt, die nach dem Kaltdampfprozeß arbeitet. Diese umfaßt ein Kältemit­ tel, das in einem im Lagerraum des Kühlgeräts angeordne­ ten Verdampfer verdampft und dabei dem Lagerraum Wärme entzieht. Der dabei freigesetzte Dampf wird von einem Kompressor abgesaugt, der den Dampf komprimiert und dem Verflüssiger (Kondensator, Kondensor) zuführt. In dem Verflüssiger werden die Kondensationswärme und Überhit­ zungswärme abgeführt und das Kältemittel wird flüssig. Die Wärmemenge wird an Luft abgeführt und das flüssige Kältemittel wird durch ein Drosselventil auf den Aus­ gangszustand entspannt, womit der Kältemittelkreislauf geschlossen ist.

Insbesondere bei größeren Kühlschränken, die beispiels­ weise mit einer integrierten Eisbereitung einen Energie­ verbrauch von über 4 kWh pro Tag aufweisen können, ergeben sich folgende Nachteile.

Zum einen ist der Energieverbrauch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten betrachtet relativ hoch, wobei hinzu­ kommt, daß nahezu die gesamte dem Kühlgerät zugeführte elektrische Leistung als Abwärme verlorengeht.

Ein zweiter Nachteil besteht darin, daß die von den Kühl­ geräten erzeugte Abwärme zu einer Erhöhung der Raumtem­ peratur führt, die insbesondere in wärmeren Jahreszeiten unerwünscht ist und bis zu 3°C oder mehr betragen kann.

Drittens wird die Abwärme der Kühlgeräte nach dem Stand der Technik über einen Verflüssiger an die Luft in der unmittelbaren Umgebung des Kühlgeräts abgegeben. Aufgrund der zumeist engen Platzverhältnisse kommt es dabei leicht zu einem Wärmestau oder zu einer Reduzierung der für die Kühlung des Verflüssigers erforderlichen Luftströmung, so daß sich die daraus resultierende Erhöhung der Verflüssi­ gertemperatur nachteilig auf den Wirkungsgrad der Kälte­ maschine auswirkt und somit einen erhöhten Energiever­ brauch zur Folge hat.

Aus diesen Gründen besteht allgemein das Bestreben, den Energieverbrauch und somit die Abwärme von Kühlgeräten zu reduzieren. Nach dem Stand der Technik werden hierzu op­ timierte Kältemaschinen, insbesondere verbesserte Kom­ pressoren oder Verflüssiger, verstärke Isolationen des Kühlgeräts oder zusätzliche Unterteilungen und Türen in dem Kühlgerät zum Verhindern des Ausströmens von kalter Luft beim Öffnen eingesetzt. Den diesbezüglichen Maß­ nahmen sind praktische und technische Grenzen gesetzt.

Der Erfindung liegt unter Berücksichtigung dieses Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, die einem Kühlgerät zugeführte Energie wirtschaftlicher zu nutzen.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß ein Kühl­ gerät für den Haushalt mit einem mittels einer Kälte­ maschine kühlbaren Lagerraum geschaffen wird, das derart ausgebildet ist, daß Abwärme der Kältemaschine zum Er­ wärmen von Brauchwasser einem Brauchwassertank zuführbar ist.

Die Grundidee der Erfindung besteht somit darin, die Ab­ wärme des Kühlgeräts nicht ungenutzt an die Umgebung ab­ zugeben, sondern für die Erwärmung von Brauchwasser zu benutzen. Damit werden verschiedene Vorteile erzielt.

Zum einen die wird ansonsten anderweitig für das Erwärmen des Brauchwassers aufzubringende Energie eingespart. Eine Energie von 4 kWh pro Tag reicht theoretisch aus, um bei­ spielsweise eine Menge von 115 l Wasser pro Tag um 30°C zu erwärmen. Die erzielbare Temperatur von typischerweise 30°C bis 40°C ist für den Bedarf in der Küche ausrei­ chend. Wegen des in der Küche intervallmäßig anfallenden Kleinverbrauchs ist die erfindungsgemäße Form der lokalen Warmwassergewinnung ohne festes Temperaturniveau ideal für den Küchenbedarf. In der Praxis wird natürlich die vollständige Nutzung der Abwärme zur Erwärmung von Brauchwasser nicht erzielbar sein. Aber auch bei prak­ tisch anzunehmenden Wirkungsgraden für die Wärmegewinnung aus der Abwärme eines Kühlgeräts zur Brauchwassererzeu­ gung zeigen diese Zahlenbeispiele, daß in der Nutzung der Abwärme ein bisher nicht erkanntes, wirtschaftlich inter­ essantes Potential liegt.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß die Erwär­ mung des Raums, in dem das Kühlgerät aufgestellt ist, erheblich reduziert ist, da die Abwärme nicht mehr an die Raumluft abgegeben, sondern in Brauchwasser gespeichert wird. Damit ergeben sich deutlich vorteilhaftere raum­ klimatische Verhältnisse, beispielsweise in der Küche.

Ein dritter Vorteil ist darin zu sehen, daß durch die Abgabe der Abwärme des Verflüssigers an Wasser dessen Temperatur reduziert ist und aus thermodynamischen Gründen sich daher der Wirkungsgrad der Kältemaschine erhöht. Dies hat zur Folge, daß zur Erzielung derselben Kühlleistung weniger Energie erforderlich ist und somit der Energieverbrauch eines erfindungsgemäßen Kühlgeräts gegenüber einem konventionellen reduziert ist. Diesen Vorteil kann man sich auch dadurch zunutze machen, daß die raumaufwendige Wärmedämmung des Kühlgeräts reduziert und somit bei insgesamt gleicher Baugröße ein größerer Lagerraum geschaffen wird.

Erfindungsgemäß wird als Wärmequelle zur Erwärmung des Wassers der Verflüssiger der Kältemaschine, sofern es sich um eine Kaltdampfmaschine handelt, bzw. ein entspre­ chendes Aggregat eines anderen Kälteerzeugungsprozesses verwendet. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde überraschenderweise festgestellt, daß die schwierigen Anforderungen bei Kühlgeräten hinsichtlich der Kühlung und des Energieverbrauchs mit einer erfindungsgemäßen Nutzung der Abwärme gelöst werden können, ohne daß Wasser- und Kältemittelkreisläufe bei Kühlgeräten (bei­ spielsweise mit integrierten Eisbereitern) immer streng getrennt sind, was man bisher für erforderlich gehalten hat, um mit einer Kopplung der Kreise verbundene tech­ nische Komplikationen zu vermeiden.

Ferner hat sich im Rahmen der Erfindung herausgestellt, daß der Platzbedarf für einen erfindungsgemäßen Brauch­ wassertank oder einen entsprechenden Wärmetauscher oder Warmwasserspeicherbehälter oder Boiler nicht oder nur unwesentlich größer ist als der Platzbedarf der bishe­ rigen Verflüssiger, welche die Wärme an die Luft abgeben. Bei einem Rückwandverflüssiger muß nämlich zur Vermeidung der Erwärmung der Rückwand des Kühlgeräts ein deutlicher Abstand zwischen Verflüssiger und Rückwand eingehalten werden, und auch eine Lamellenverflüssiger, der bei­ spielsweise im Bodenraum eines Kühlschranks angeordnet sein kann, hat einen erheblichen Platzbedarf.

Die folgenden Ausführungsbeispiele der Erfindung lassen weitere vorteilhafte Merkmale und Besonderheiten erken­ nen, die anhand der Darstellung in den Zeichnungen im folgenden näher beschrieben und erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erste erfindungsgemäße Variante mit einem in das Kühlgerät integrierten Verflüssiger,

Fig. 2 eine zweite erfindungsgemäße Variante mit einem außerhalb des Kühlgeräts angeordneten Warmwas­ serspeicher und

Fig. 3 eine Abwandlung zu Fig. 2.

Die Fig. 1 zeigt schematisch einen Kühlschrank 1 mit einem gekühlten Lagerraum 2 und einen darunter angeord­ neten, vergrößert dargestellten Bodenraum 3, der nicht gekühlt ist. In dem Lagerraum 2 befindet sich der Ver­ dampfer 4 einer Kaltdampfmaschine, die ferner einen Kompressor 5, einen Verflüssiger 6 und ein Drosselventil 7 umfaßt, die im Bodenraum 3 angeordnet sind.

Die Besonderheit des Kühlschranks 1 besteht darin, daß er einen integrierten Brauchwassertank 8 aufweist, dem über einen Kaltwasseranschluß 9 Wasser zugeführt und über eine Zapfstelle 10 erwärmtes Wasser von ca. 30°C bis 40°C entnommen werden kann. Der Brauchwassertank 8 kann, wie allgemein bei allen Ausführungsformen der Erfindung, ent­ weder ein Druckspeicher oder ein druckloser Tank sein. Als Druckspeicher steht er unter dem eventuell gedrossel­ ten Druck des Kaltwasseranschlusses, als druckloser Tank wird das Brauchwasser allein durch die Schwerkraft oder mittels einer Hilfspumpe entnommen. Der Brauchwassertank 8 besteht aus einem geschlossenen, druckfesten Gehäuse.

Der Verflüssiger 6 ist in dem Brauchwassertank 8 angeord­ net und wird von dem Wasser umspült. Wenn die Kältema­ schine in Betrieb ist, wird somit die von dem Verflüs­ siger 6 abgegebene Abwärme von dem im Brauchwassertank 8 enthaltenen Wasser aufgenommen und dieses erwärmt. Damit wird einerseits eine effektive Kondensation in dem Kälte­ mittelkreislauf der Kältemaschine erzielt und anderer­ seits die Abwärme für die Erwärmung von Brauchwasser zurückgewonnen.

Um eine Überhitzung des Brauchwassertanks 8 oder des Brauchwassers zu vermeiden, kann nach einem zusätzlichen vorteilhaften Merkmal vorgesehen sein, daß ein Teil 11 des Verflüssigers 6 außerhalb des Brauchwassertanks 8, d. h. an Luft angeordnet ist. Wenn ein Teilabschnitt der Kühlschlange des Verflüssigers außerhalb des Brauchwas­ sertanks angeordnet ist, wird ein Teil der Abwärme in konventioneller Weise an die Raumluft abgegeben. Dabei kann nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal ein Venti­ lator 12 vorgesehen sein, mittels dessen dem Teil 11 des Verflüssigers außerhalb des Brauchwassertanks 8 Kühlluft 13 zuführbar ist. Der Ventilator 12 kann in einer vor­ teilhaften Weiterbildung thermostatisch gesteuert oder geregelt sein, wobei der Ventilator 12 entweder ein- oder ausgeschaltet werden oder auch drehzahlgeregelt sein kann.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform beträgt das Volumen des Brauchwassertanks 8 ca. 20 l. Bei dieser Ausführungsform ist die Temperatur des Brauchwassers nicht thermostatisiert. Dies ist für den im Küchenbereich anfallenden Kleinmengenbereich, wie oben erläutert wurde, nicht erforderlich. Wegen der lokalen Erwärmung des Brauchwassers ergeben sich sehr kurze Leitungswege, so daß die Leitungswärmeverluste gegenüber einer zentralen Warmwassererzeugung reduziert sind und auch dadurch eine Energieeinsparung erzielt wird.

Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß der Kühl­ schrank 1 ein von externen Aggregaten unabhängiges Gerät ist. Im Vergleich zu konventionellen Kühlschränken ist lediglich ein Kaltwasseranschluß 9 erforderlich, der bei manchen Kühlschränken, beispielsweise solchen mit einer integrierten Eisbereitung, ohnehin bereits vorhanden ist und daher keinen zusätzlichen technischen Aufwand erfor­ dert.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Er­ findung ist der Brauchwassertank 8 außerhalb des Kühl­ geräts 1 angeordnet. Es handelt sich dabei um einen Warm­ wasserspeicher oder Boiler mit einem Kaltwasseranschluß 9, der mit einer Zapfstelle 10 verbunden ist und eine von dem Wasser umspülte Heizschlange 14 beinhaltet. Die Heiz­ schlange wird über einen Umwälzkreislauf, in dem ein Wärmetransportmittel, vorzugsweise Wasser, mittels einer Umwälzpumpe 15 umgewälzt wird, erwärmt. Die Umwälzpumpe kann permanent in Betrieb sein oder bei Bedarf einge­ schaltet werden. Bei dieser Ausführungsform sind keine Vorkehrungen gegen eine Überhitzung der Kältemaschine erforderlich, da der Warmwasserspeicher hinreichend groß ausgelegt werden kann.

Das Wärmetransportmittel wird in einem Wärmetauscher 16 mittels der Abwärme des Verflüssigers 6 der Kältemaschine erwärmt. Der Wärmetauscher 16 kann beispielsweise ein mit Wasser gefüllter Behälter sein, in dem sich eine Kühl­ schlange des Verflüssigers 6 und eine Kühlschlange des Wärmetransportmittels befinden. Bei dieser Ausführungs­ form wird also der Brauchwassertank 8 indirekt über einen dazwischen geschalteten Umwälzkreislauf mit einem Wärme­ transportmittel erwärmt. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß die aus dem Kühlschrank 1 gewonnene Abwärme in die Warmwasseraufbereitung einer Hausversorgungsanlage integriert werden kann.

Dieser Vorteil gilt auch für die in Fig. 3 dargestellte abgewandelte Ausführungsform, bei der der Verflüssiger 6 in einem als Warmwasserspeicher oder Boiler ausgebildeten Brauchwassertank 8 angeordnet und mittels Kältemittellei­ tungen 17 mit dem Kühlgerät 1 bzw. dessen Kältemaschine verbunden ist.

Bezugszeichenliste

1

Kühlgerät

2

Lagerraum

3

Bodenraum

4

Verdampfer

5

Kompressor

6

Verflüssiger

7

Drosselventil

8

Brauchwassertank

9

Kaltwasseranschluß

10

Zapfstelle

11

Teil des Verflüssigers

12

Ventilator

13

Kühlluft

14

Heizschlange

15

Umwälzpumpe

16

Wärmetauscher

17

Kältemittelleitung

Claims (12)

1. Kühlgerät (1) für den Haushalt mit einem mittels einer Kältemaschine kühlbaren Lagerraum (2), dadurch gekennzeichnet, daß Abwärme der Kältemaschine zum Erwärmen von Brauch­ wasser einem Brauchwassertank (8) zuführbar ist.

2. Kühlgerät (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kältemaschine eine Kaltdampfmaschine ist.

3. Kühlgerät (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Brauchwassertank (8) in das Kühl­ gerät (1) integriert ist.

4. Kühlgerät (1) nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Verflüs­ sigers (6) der Kältemaschine in dem Brauchwassertank (8) angeordnet ist.

5. Kühlgerät (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Teil (11) des Verflüssigers (6) außer­ halb des Brauchwassertanks (8) angeordnet ist.

6. Kühlgerät (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß es einen Ventilator (12) umfaßt, mittels dessen dem Teil (11) des Verflüssigers (6) außerhalb des Brauchwassertanks (8) Kühlluft (13) zuführbar ist.

7. Kühlgerät (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Brauchwassertank (8) ein außerhalb des Kühlgeräts (1) angeordneter Warmwasserspeicher oder Boiler ist.

8. Kühlgerät (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß es einen integrierten Wärmetauscher (16) umfaßt, in dem mittels Abwärme der Kältemaschine ein Wärmetransportmittel erwärmbar ist und mittels des erwärmten Wärmetransportmittels eine Heizschlange (14) in dem Warmwasserspeicher oder Boiler zum Er­ wärmen des darin befindlichen Brauchwassers erwärmbar ist.

9. Kühlgerät (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß das Wärmetransportmittel Wasser ist.

10. Kühlgerät (1) nach den Ansprüchen 2 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verflüssiger (6) in dem Warm­ wasserspeicher bzw. Boiler angeordnet und mittels Kältemittelleitungen (17) mit dem Kühlgerät (1) ver­ bunden ist.

11. Kühlgerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Brauchwassertank (8) ein Druckspeicher ist.

12. Kühlgerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Brauchwassertank (8) ein druckloser Tank ist.