DE2433499A1

DE2433499A1 - Kuehlvorrichtung fuer ein kuehlgeraet, insbesondere fuer ein tiefkuehlgeraet oder einen kuehlschrank

Info

Publication number: DE2433499A1
Application number: DE2433499A
Authority: DE
Inventors: Johann Dipl Chem Dr Schroeder
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1974-07-12
Filing date: 1974-07-12
Publication date: 1976-01-29

Description

Kühlvorrichtung für ein Kühlgerät, insbesondere für ein Tiefkühlgerät oder einen Kühlschrank Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlvorrichtung für ein Kühigerät, insbesondere für ein Tiefkühlgerät oder einen Kühlschrank, dessen Innenraum auf einer Betriebskühltemperatur gehalten wird.
In der gleichen Weise bezieht sich die Erfindung auf eine Kühivorrichtung für ein Kühlgerät, insbesondere für ein Tiefkühlgerät oder einen Kühlschrank, mit einer auf einer vorbestimmten Betriebskühltemperatur gehaltenen Kühlzone und einer Gefrierzone zum Einfrieren von verderblichen Gütern, wie Nahrungsmitteln.
Kühigeräte sind mit einem Kühlaggregat, im allgemeinen einem Kompressoraggregat ausgerüstet, welches den Innenraum des Gerätes auf eine bestimmte, gegenüber der Umgebungstemperatur niedrigere Temperatur einstellt. Je nach dem Zweck der Kühlung, zur kurzfristigen oder andauernden Konservierung, wird der Innenraum des Gerätes auf einer Temperatur von +20C bis 40C bzw. einer Temperatur von -180C gehalten.
Das Kühlaggregat ist entsprechend der Größe und der benötigten Kühlleistung des Kühlgerätes ausgelegt und arbeitet intermittierend. Im allgemeinen benötigt es aber auch während der Tageszeiten Betriebsstrom. Eine Speicherung, die einen Betrieb mit verbilligtem Nachtstrom möglich macht, ähnlich wie bei Elektroheizungen, ist nicht möglich.
Ein weiteres Problem bei der Kühlung besteht darin, daß durch die Einbringung. von warmem Kühlgut, zv B. Fleisch oder Fisch, bei Zimmertemperatur infolge des thermischen Kontaktes die Temperatur der bereits eingelagerten Lebensmittel angehoben wird. Es ist zwar möglich, durch die Verwendung eines größeren oder zweiten Kühlaggregates in einer Gefrierzone für die Zeit kurz nach der Einlagerung von neuen Lebensmitteln dem Bereich der Gefrierzone zusätzlich Wärmeenergie zu entziehen.
Der damit verbundene Aufwand ist aber recht erheblich.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Kühlvorrichtung zu schaffen, die einerseits den Einsatz von Nachtstrom ermöglicht und andererseits bei Zeiten größeren Kühlleistungsbedarfes diesen Bedarf selbsttätig deckt, ohne das Kühlaggregat zusätzlich zu belasten.
Die gestellte Aufgabe, eine verstärkte Ausnutzung elektrischer Energie zu Niederlastzeiten sowie eine effektive Kühlung bei Spitzenbelastung mit einem relativ kleinen, nur für mittlere Kühlleistung ausgelegten Kühlaggregat zu erreichen, wird gemäß der Erfindung gelöst durch einen Kältespeicher, der das Gerät auf der Betriebstemperatur hält und der ein Kältespeichermedium enthält, dessen Schmelzbemperatur unterhalb der Betriebskühltemperatur liegt.
Der verstärkte Wärmeentzug im Augenblick des Einbringens von warmem, zu kühlendem Gut gemäß der Erfindung wird z. B.
dadurch erreicht, daß sich um die Gefrierzone ein doppelwandiger Mantel erstreckt, in dem sich ein Kältespeichermedium befindet, dessen Schmelztemperatur unterhalb der Betriebskühltemperatur liegt Der wichtigste Bestandteil der Kühlvorrichtung nach der Erfindung ist das Kältespeichermedium, dessen Aufbau und Eigenschaften den Kühlerfordernissen angepaßt sein müssen.
Bei einem Kältespeichermedium im Kältespeicher muß die Schmelztemperatur beispielsweise zwischen ca. -18°C und -400C liegen. Demgegenüber ist es empfehlenswert, die Schmelztemperatur des Kältespeichermediums in Haushaltskühlgeräten auf eine Temperatur von ca. -5°C bis -80C einzustellen.
Weiterhin hat es sich als empfehlenswert herausgestellt, die Schmelztemperatur des Kältespeichermediums, das die Gefrierozone umgibt, so einzustellen, daß die Schmelztemperatur bei ca. -180C bis ca. -220C liegt.
Das Kältespeichermedium selbst ist vorzugsweise eine eutektische Salzwasserlösung. Bei einer anderen bevorzugten Ausbildungsart des Kältespeichermediums besteht dieses aus einer anorganischen oder organischen Substanz oder einer eutektischen Mischung solcher Substanzen, die einen passenden Schmelzpunkt besitzen.
Für alle in Betracht kommenden Kältespeichermedien gilt, daß sie eine hohe Schmelzwärme aufweisen.
Bei einem Kühlgerät, das mit einem Kältespeicher nach der Erfindung versehen ist, wird dem Kühlraum mittels des Kältespeichermediums dem Bedarf angepaßt so viel 1æRårme entzogen, wie erforderlich ist, den Kühlraum auf der vorgesehenen Betriebstemperatur zu halten. Während der Kältespeicher bzw. das in ihm befindliche Kältespeichermedium Wärmeenergie aus dem Kühlraum aufnimmt, wird ein der aufgenommenen Wärmemenge entsprechender Teil des Kältespeichermediums geschmolzen. Ein den Kälte speicher versorgendes Kühlaggregat sorgt dann dafür, daß gleichmäßig über längere Zeit eine Kühlung und Wiedergefrierung des Kältespeichermediums erfolgt. Die Leistung des Kühlaggregates braucht also nur der mittleren geforderten Kühlleistung, nicht jedoch der Spitzenbelastung zu entsprechen.
Dasselbe gilt, wenn sich das Kältespeichermedium in einem doppelwandigen Mantel befindet, der eine Gefrierzone in dem Kühlgerät umgibt. Durch das Einbringen warmen Kühlgutes in die Gefrierzone wird von dem Kältespeichermedium die in dem eingebrachten zu kühlenden Gut enthaltene Wärmeenergie aufgenommen, was zu einem Schmelzen des Kältespeichermediums führt, ohne daß die Temperatur in der Gefrierzone ansteigt und vom Kühlaggregat zusätzliche Leistung verlangt wird.
Die in der anliegenden Tabelle aufgeführten eutektischen Kältespeicherlösungen haben ein Speichervermögen von etwa 30 bis 55 kcal pro kg. Das bedeutet, daß etwa doppelt soviel Speichermaterial wie in die Gefrierzone eingebrachtes Wasser nötig ist, um genügend Schmelzwärme zur Verfügung zu haben.
Ein 50-l-Gefrierfach soll deswegen von ca. 10 1 Kühlsubstanz im Mantel umschlossen werden.
Für die Kühlvorrichtung geeignete Kältespeichermedien ergeben sich aus der nun folgenden Tabelle, die nur als Beispiel anzusehen ist.
Tabelle: Eutektische Kältespeicherlösungen Wässrige Salzlösungen Schmelzpunkte Salzgehalte H2O - Salz in °C in Gew.% NaCl - 21,2 22,42 KF - 21,8 21,5 KJ - 23 52 K3P04 - 24 38,3 MnC12 - 26,5 30,5 NH4F - 26,5 32,3 NH4SCN - 25,2 42 (NH4)2SO4 - 18,5 39,7 NaBr - 28 40,3 NaNO3 - 18,5 36,9 ZnS04 - 6,55 27,2 Weiterhin eignet sich Propionsäure, deren chemische und psychologische Eigenschaften denen der Essigsäure verwandt sind. Folgende Werte sind bei der Propionsäure anzugeben: Propionsäure Molekulargewicht 74,08 g Dichte bei 200C 0,9916 gZcm3 Schmelzpunkt (eigene Messung) -20,8 Siedepunkt 141,35 0c Schmelzwärme 7,53 kJ/Mol Spez. Wärme Cp ca. 0135 J/Mol °C Gesamte Speicherkapazität ca. 107 kJ/kg entsprechend ca. 25,5 kcal/kg Die Erfindung wird anhand der in den Zeichnungen dargestellten schematischen Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Kuhlgerät bzw. einen Kühlraum mit einem in diesem befindlichen Kältespeicher.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform des Kältespeichers im Schnitt.
Fig. 3 zeigt den Innenraum eines Kühlgerätes mit einer separaten Gefrierzone oder einem Gefrierfach, das in einem die Zone bzw. das Fach umgebenden Mantel mit einem Kältespeicherinedium nach der Erfindung umgeben ist.
Der Innenraum 1 eines Kühlgerätes nach Fig. 1 wird von einer Wärmeisolierung 3 umgeben. In dem Innenraum 1 befindet sich ein Kältespeicher 5, der ein Kältespeichermedium enthält, dessen Schmelztemperatur unterhalb der Betriebstemperatur des Innenraumes 1 liegt. Dem Kältespeichermedium in dem Kälte speicher 5 wird mit Hilfe eines Kühlaggregates 7 zu Zeiten, in denen billige Betriebsenergie zur Verfügung steht, Wärmeenergie entzogen. In den übrigen Tages- und Nachtzeiten entzieht der Kältespeicher 5 dem Innenraum 1 des Kühlgerätes gerade soviel Wärmeenergie, wie notwendig ist, um die Betriebstemperatur des Innenraumes auf einer gleichen Temperatur zu halten.
Der Aufbau des Kältespeichers ist in-Fig. 2 dargestellt. Die Darstellung ist als rein schematisch zu betrachten und soll nur als Beispiel dienen. In dem Innenraum 9 des Kältespeichers befindet sich eines, der zuvor erwähnten Kältespeichermedien.
Um dem Kältespeichermedium Wärmeenergie zu entziehen, erstreckt sich durch den Innenraum 9 eine Kühlschlange 11, die an ein nicht näher definiertes bekanntes Kühlaggregat 13 angeschlossen ist. Der Innenraum 9 wird von einem Mantel 15 und einer Kupfer- oder Aluminiumfolienschichtung 17 umgeben. Der Raum der Kupfer- oder Aluminiumfolienschichtung 17 ist mit Hilfe einer Getterpumpe 19 evakuierbar. Besteht in dem Innenraum 17 der Kupfer- oder Aluminiumfolienschichtung ein Vakuum, das nicht sehr hoch zu sein braucht, dann kann keine Wärmeenergie von außen in den Innenraum 9 eintreten.
Wird das Vakuum jedoch herabgesetzt, dann kann Wärmeenergie von außen in den Innenraum 9 hinein absorbiert werden, womit eine Kühlung erfolgt. Die Getterpumpe kann mit Hilfe eines Thermostaten 21 gesteuert werden.
Befindet sich in einem Kühlraum 1 gekühltes oder tiefgekühltes Gut, dann erwärmt sich dieses, wenn in die Gefrierzone 23 warmes zu kühlendes Gut eingefüllt wird. Diese Aufwärmung des gekühlten oder tiefgekühlten Gutes läßt sich dadurch vermeiden, daß die Gefrierzone 23 von einem doppelwandigen Mantel 25 umgeben ist, in dem sich eines der zuvor erwähnten Kältespeichermedien 27 befindet. Dieses Kältespeichermedium absorbiert die durch das eingeführte warme zu kühlende Gut freigewordene Wärmeenergie und schmilzt dabei auf. Die Masse des im Mantel 25 befindlichen Kältespeichermediums ist so bemessen, daß sie soviel Wärmeenergie aufnehmen kann, wie das unter normalen Bedingungen in die Tiefkühlzone 23 eingebrachte warme zu kühlende Gut abgeben kann. Bei einer Gefrierzone von beispielsweise 50 1 wird der Mantel beispielsweise einen Wandabstand von 1 cm aufweisen bzw. werden etwa 10 1 Kältespeichermedium benötigt werden.
Der doppelwandige Mantel kann entweder aus Kunststoff oder aus Metall bestehen.
Patentansprüche:

Claims

Patentansprüche: s Kühlvorrichtung für ein Kühlgerät, insbesondere für ein Tiefkühlgerät oder einen Kühlschrank, dessen Innenraum auf einer Betriebskühltemperatur gehalten wird, gekennzeichnet durch einen Kältespeicher (5), der das Gerät auf der Betriebstemperatur hält und der ein Kältespeichermedium enthält, dessen Schmelztemperatur unterhalb der Betriebskühltemperatur liegt.
2o- Kühlvorrichtung für ein Kühlgerät, insbesondere für ein Tiefkühlgerät oder einen Kühlschrank, mit einer auf einer vorbestimmten Betriebskühltemperatur gehaltenen Kühlzone und einer Gefrierzone zum Einfrieren von verderblichen Gütern, wie Nahrungsmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß sich um die Gefrierzone (23) ein doppelwandiger Mantel (25) erstreckt, in dem sich ein Kältespeichermedium (27) befindet, dessen Schmelztemperatur unterhalb der Betriebskühltemperatur liegt.
3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelztemperatur des Kältespeichermediums im Kältespeicher zwischen ca. -180C und ca. -400C liegt.
4. Kühlvorrichtung nach Anspruch.2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelztemperatur des Kältespeichermediums bei Kühlgeräten zwischen ca. -5°C und ca. -8°C liegt.
5. Kühlvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelztemperatur des Mediums im Mantel bei Tief-0 bei kühlgeräten bei ca. -18°C und ca. -22°C liegt.
6. Kühlvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kältespeichermedium eine eutektische Salzwasserlösung ist.
7. Kühlvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kaltespeichermedium aus einer anorganischen oder organischen Substanz oder einer Mischung dieser Substanzen besteht.
8. Kühlvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch- gekennzeichnet, daß die Kältespeicherlösungen eine hohe Schmelzwärme aufweisen.
9. Kühlvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die eutektische Kältespeicherlösung aus Wasser- und NaCl mit einem Schmelzpunkt von -21,20C und einem Salzgehalt Von 22,42 Gew.% besteht.
10. Kühlvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die eutektische Kältespeicherlösung aus Wasser und KF mit einem Schmelzpunkt von-21,80C und einem Salzgehalt von 21,5 Gew.% besteht.
11. Kühlvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die eutektische Kältespeicherlösung aus Wasser und KJ mit einem Schmelzpunkt von -230C und einem Salzgehalt von 52 Ges.% besteht.
12. Kühlvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die eutektische Kältespeicherlösung aus Wasser und K3P04 mit einem Schmelzpunkt von -240C und einem Salzgehalt von 38,3 Ges.% besteht.
13. Kühlvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die eutektische Kältespeicherlösung aus Wasser und Ein12 mit einem Schmelzpunkt -von -26,5°C und einem Salzgehalt von 30,5 Ges.% besteht.
14. Kühlvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die eutektische Kältespeicherlösung aus Wasser und NH4F mit einem Schmelzpunkt von -26,50C und einem Salzgehalt von 32,3 Gew.% besteht.
15. Kühlvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die eutektische Kältespeicherlösung aus Wasser und tE4SCN mit einem Schmelzpunkt von -25,2°C und einem Salzgehalt von 42 Gew.% besteht.
16. Kühlvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die eutektische Kältespeicherlösung aus Wasser und (NH4)2S04 mit einem Schmelzpunkt von -18,5°C und einem Salzgehalt von 39,7 Gew.% besteht.
17. Kühlvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die eutektische Kältespeicherlösung aus Wasser und NaBr mit einem Schmelzpunkt von -28°C und einem Salzgehalt von 40,3 Ges.% besteht.
18. Kühlvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die eutektische Kältespeicherlösung aus Wasser und NaN03 mit einem Schmelzpunkt von -18,5°C und einem Salzgehalt von 36,9 Gew.% besteht.
19. Kühlvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 4, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die eutektische Kältespeicherlösung aus Wasser und ZnS04 mit einem Schmelzpunkt von -6,55 0C und einem Salzgehalt von 27,2 Gew.% besteht.
20. Kühlvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kältespeicherlösung Propionsäure ist.