EP2159512A2 - Kühl- und/oder Gefriergerät - Google Patents

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Publication number
EP2159512A2
EP2159512A2 EP20090011223 EP09011223A EP2159512A2 EP 2159512 A2 EP2159512 A2 EP 2159512A2 EP 20090011223 EP20090011223 EP 20090011223 EP 09011223 A EP09011223 A EP 09011223A EP 2159512 A2 EP2159512 A2 EP 2159512A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
cold heat
exchanger units
units
cooling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP20090011223
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Dipl.-Ing. Ertel
Thomas Dipl.-Ing. Gindele
Holger Dipl.-Ing. Jendrusch
Dietmar Dipl.-Ing. Blersch
Eugen Dipl.-Ing. Schmid
Matthias Wiest
Didier Dipl.-Ing Siegel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Liebherr Hausgeraete Ochsenhausen GmbH
Original Assignee
Liebherr Hausgeraete Ochsenhausen GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Liebherr Hausgeraete Ochsenhausen GmbH filed Critical Liebherr Hausgeraete Ochsenhausen GmbH
Publication of EP2159512A2 publication Critical patent/EP2159512A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
    • F25B9/145—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle pulse-tube cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B25/00—Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00
    • F25B25/005—Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00 using primary and secondary systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D11/00—Self-contained movable devices, e.g. domestic refrigerators
    • F25D11/02—Self-contained movable devices, e.g. domestic refrigerators with cooling compartments at different temperatures

Definitions

  • the invention relates to a refrigerator and / or freezer with at least one space for holding refrigerated and / or frozen goods and at least one refrigeration unit comprising one or more thermoacoustic cooler.
  • thermoacoustic cooling Apart from the use of conventional cooling circuits consisting of compressor, condenser, throttle and evaporator, it is known to effect the cooling by means of the so-called thermoacoustic cooling.
  • Thermoacoustic cooling uses the effect that acoustic waves (sound waves) can generate inhomogeneous temperature distributions at limiting contact surfaces.
  • the working medium eg helium
  • a resonator eg loudspeaker
  • the working medium is guided back and forth by the longitudinal waves in a so-called stack.
  • This stack is preferably made of a material with high heat capacity and low thermal conductivity. Due to the longitudinal oscillation, this is locally heated and cooled by compression and expansion of the working medium.
  • a conceivable heat transfer circuit comprises a so-called cold heat exchanger, said thermoacoustic cooler, a warm heat exchanger and a pump for conveying the heat transfer medium through the heat transfer circuit. While the resonator of the thermoacoustic cooler is in operation, the working fluid transfers heat from the first heat exchanger to the second one. Subsequently, the heat is transferred to the heat transfer medium. The heat transfer medium is then conveyed by means of the pump in the warm heat exchanger in which it is cooled. With the same or a second pump, the heat transfer medium is cooled in the cold heat exchanger of the thermoacoustic cooler and fed to the cold circuit.
  • the cold heat exchanger is preferably arranged in the interior of the appliance, ie, for example, in the refrigerating compartment, cold storage compartment or freezer compartment or in a cooling air duct and serves as described for cooling the corresponding compartment.
  • thermoacoustic cooler in the context of the present invention, for example, a unit or assembly understood in which a resonator generates sound waves, in combination with a "stack" (a system with high surface area and high heat capacity but low thermal conductivity through the For example, helium transmits heat from a heat exchanger or heat exchanger unit to a second one or n
  • a thermoacoustic cooler for example, a unit or assembly understood in which a resonator generates sound waves, in combination with a “stack” (a system with high surface area and high heat capacity but low thermal conductivity through the For example, helium transmits heat from a heat exchanger or heat exchanger unit to a second one or n
  • the invention includes any variants of a thermoacoustic cooler.
  • thermoacoustic cooling A problem of prior art cooling units operating on the principle of thermoacoustic cooling is that e.g. the duration of defrosting the cold heat exchanger unit and the cold heat exchanger is relatively large. During defrosting, for example, the cold heat exchanger unit can not provide cooling power. This means that temperature fluctuations in the device can take on a considerable scale, since the cold partial circuit is not operated by the defrosting of the cold heat exchanger unit. It is conceivable that the air temperature below the freezing point in the lower part of the refrigerator.
  • the present invention is therefore the object of developing a refrigerator and / or freezer of the type mentioned in an advantageous manner, in particular to the effect that temperature fluctuations are reduced to the lowest possible level.
  • a refrigerator and / or freezer with the features of claim 1. Thereafter, it is provided that the refrigerator and / or freezer is provided with one or more rooms for receiving refrigerated and / or frozen goods and at least one refrigeration unit, wherein the refrigeration unit has at least two cold heat exchanger units for cooling the room or rooms.
  • two or more cold heat exchanger units are provided. This makes it possible to achieve continuous cooling in the device by always one of the cold heat exchanger units or both cold heat exchanger units in operation. Preferably, it is thus provided that the cold heat exchanger units are never all defrosted at the same time.
  • the invention is not limited to the use of two cold heat exchanger units, ie the use of more than two cold heat exchanger units is possible.
  • the cold heat exchanger units are arranged in parallel.
  • a control unit may be provided, which is designed such that it controls the valve or valves such that always at least one of the heat exchangers is flowed through by the heat transfer medium and thus cools the interior of the device.
  • thermoacoustic cooler has areas or units in which heat is absorbed by the longitudinal waves, and areas or units in which heat is emitted by the longitudinal waves.
  • thermoacoustic cooler in which heat is emitted by the longitudinal waves to comprise the cold heat exchanger units.
  • thermoacoustic cooler in which heat is absorbed by the longitudinal waves, comprise at least one warm heat exchanger unit.
  • At least two of the cold heat exchanger units are arranged in parallel and that in the flow direction of the heat transfer medium upstream or downstream of the at least two cold heat exchanger units one or more valves are arranged.
  • the control unit can be designed such that it controls the valve or valves such that the number of cold heat exchanger units through which the heat transfer medium flows depends on operating parameters.
  • Such an operating parameter may be, for example, the required cooling capacity. It is thus conceivable that in one operating mode one of the cold heat exchanger units and in another operating mode both or more or all of the cold heat exchanger units are flowed through by the heat transfer medium. If a plurality of cold heat exchanger units flows through or is cooled by the heat transfer medium, there is the advantage that more cooling power is available, especially at higher ambient temperatures.
  • valve may be a bistable or a tristable valve, wherein the bistable valve ensures that always one of the cold heat exchanger units is flowed through by the heat transfer medium and wherein the tristable valve in a switching position ensures that both cold Heat exchanger units are flowed through by the heat transfer medium.
  • the valve can be designed, for example, as a solenoid valve.
  • At least two of the cold heat exchanger units are arranged in parallel, which are arranged in the flow direction of the heat transfer medium upstream or downstream of the at least two cold heat exchanger units one or more valves and that a control unit is provided which controls the valve or valves such that the Number of cold heat exchanger units, which are traversed by the heat transfer medium depends on one or more operating parameters.
  • At least two of the cold heat exchanger units are arranged in series, that bypass lines are provided, which are each switched on or shut off valves and each bypassing one or more of the cold heat exchangers, and that a control unit is provided which the Controlling valves such that always at least one of the heat exchanger units is flowed through by the heat transfer medium.
  • At least two of the cold heat exchanger units can be arranged in series, bypass lines being provided which can be switched on or shut off via valves and which respectively bypass one or more of the cold heat exchanger units, and a control unit is provided which controls the valves in such a way the number of cold heat exchanger units through which the heat transfer medium flows depends on one or more operating parameters.
  • a control unit which switches the refrigeration unit such that one of the cold heat exchanger units is not flowed through by the heat transfer medium for the purpose of defrosting for a period of time.
  • the period of time can be constant, ie fixed or adjustable by the user. It is also conceivable that the period of time depends on operating parameters, which may include, for example, the outside temperature, the selected or measured temperature of the interior of the device, the operating time and the like.
  • a control unit may be provided, which is designed such that it determines the number of cold heat exchanger units, which are flowed through by the heat transfer medium depending on the required cooling capacity. It is conceivable, for example, that depending on the outside temperature and / or depending on the setpoint of the temperature of the interior of the device, the number of cold heat exchanger units that contribute to the cooling is reduced or increased.
  • Fig. 1 shows an embodiment of a heat carrier circuit according to the invention for a refrigerator and / or freezer with a thermo-acoustic cooler 10.
  • the thermoacoustic cooler is located between a cold part circuit 20 and a warm part circuit 30, which are each connected to one side of the thermoacoustic cooler 10.
  • the partial circuit 20 in this case has a pump 21 which is arranged downstream of the thermoacoustic cooler in the cold partial circuit 20.
  • the cold partial circuit 20 is designed with a pump 21 and two series-connected cold heat exchangers 23, 24.
  • the first cold heat exchanger 24 may be assigned to the freezer compartment and the second cold heat exchanger 23 to the refrigerator compartment of the refrigerator and / or freezer.
  • Refrigerator and freezer each form a separate space for receiving refrigerated and / or frozen food.
  • the line 22 On the outlet side of the thermoacoustic cooler 10, the line 22 carries heat transfer medium to the pump 21, while after passing through the heat exchanger 23, 24 the line 25, the heat transfer medium back to the thermoacoustic cooler 10 leads.
  • the cold heat exchangers 23, 24 are arranged in the cooling and / or freezing space or around the cooling and / or freezing space in order to cool or remove heat from the cooling and / or freezing space.
  • the warm part circuit 30 has an air-cooled, mounted on the outside of the refrigerator and / or freezer warm heat exchanger 32, wherein the heat transfer medium located in the partial circuit 30 is conveyed by means of the pump 31.
  • Fig. 2 shows the schematic structure of a thermoacoustic cooler 10, which includes a warm heat exchanger unit 14 and two cold heat exchanger units 18, 19. These heat exchanger units 18, 19 are made of a material with high thermal conductivity or have such a material. Due to the sound waves generated by the resonator 12, the gas molecules are heated in the stack 16 and transport heat from the cold heat exchangers 18, 19 on the warm heat exchanger 14. Accordingly, the heat transfer medium is passed through the heated heat exchanger unit 14, a heating and the heat transfer medium, which is passed through the cooled heat exchanger unit 18, 19, a cooling.
  • thermoacoustic cooler 10 has areas or units in which heat is absorbed by the longitudinal waves and areas or units in which heat is emitted by the longitudinal waves. It is in Fig. 2 the area in which heat is absorbed, the warm heat exchanger unit 14 and the area in which heat is emitted, the cold heat exchanger unit or units 18, 19 which are in operation.
  • the warm heat exchanger unit 14 is assigned to the hot partial circuit 30 . is in contact with this.
  • the invention not only one, but two or more than two cold heat exchanger units 18, 19 are arranged for cooling the interior of the device. This makes it possible to perform a continuous cooling in the refrigerator, whereby temperature fluctuations are minimized. According to the invention there is thus the possibility that always one of the cold heat exchanger units 18, 19 or both heat exchanger units 18, 19 are in operation, d. H. contribute to cooling.
  • either the first or the second cold heat exchanger unit 18, 19 is always in operation, the temperature fluctuations in the device are minimal.
  • the energy consumption of the system is more advantageous than in prior art refrigeration units, which operate on the principle of thermoacoustic cooling.
  • the defrosting of one of the cold heat exchanger units 18, 19 can be effected, for example, by the fact that it is not flowed through by the heat transfer medium over a certain period of time.
  • a valve 40 is provided and correspondingly arranged bypass lines 44, 45, 46.
  • valve 40 is switched by means of the control unit, not shown in such a way that the valve outlet 42 is blocked to defrost the heat exchanger unit 19, ie over a certain period of time so not to flow through with heat transfer medium.
  • the pump 21 of the cold partial circuit 20 conveys heat transfer medium from the cold heat exchanger unit 18 via the lines 44 and 22 into the cold part circuit 20 and leads the heat transfer medium via the line 25 back to the cold heat exchanger unit 18th
  • the line 25 can, as here in FIG. 2 However, not shown in detail, also be connected to the valve port 42 of the valve 40, so that the corresponding position of the valve 40 and the cold heat exchanger unit 18 can be bridged.
  • valve outlet 43 is blocked, while the valve outputs 41 and 42 of the valve 40 are opened.
  • the valve terminal 42 line 25 so that the heat transfer medium via the line 45 flows into the cold heat exchanger unit 19 and leaves them again via the lines 46 and 22.
  • the period of the defrosting phase is predetermined and takes place at constant intervals of constant length.
  • the defrosting phases can be predetermined by user input, for which purpose corresponding input means can be provided.
  • Such input means may be provided, for example, in a keypad or a display with an input option on a correspondingly designed refrigerator and / or freezer.
  • device-side for example, by the device control or device control using one or more operating parameters, which may include, for example, the internal temperature of the refrigerator or freezer compartment of the refrigerator and / or freezer set.
  • the cold heat exchanger unit 18 can be specified by a device control and / or regulation how many cold heat exchanger units 18, 19 to achieve the required Cooling power must be flowed through. For example, it may be sufficient for the cold heat exchanger unit 18 to only be flowed through in order to reach a cooling temperature in the inner container. Provided, for example, by user input that the operating temperature is to be lowered, for example to a freezing temperature, the cold heat exchanger unit 19 can now be switched on according to the device-side demand.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit einem oder mehreren Räumen zur Aufnahme von Kühl- und/oder Gefriergut sowie mit wenigstens einem Kälteaggregat, das einen oder mehrere thermoakustische Kühler (10) umfasst, wobei das Kälteaggregat wenigstens zwei kalte Wärmetauschereinheiten (23,24) zur Kühlung des oder der Räume aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit wenigstens einem Raum zur Aufnahme von Kühl- und/oder Gefriergut sowie mit wenigstens einem Kälteaggregat, das einen oder mehrere thermoakustische Kühler umfasst.
  • Außer durch den Einsatz herkömmlicher Kühlkreisläufe bestehend aus Kompressor, Verflüssiger, Drossel und Verdampfer ist es bekannt, die Kühlung mittels der sogenannten thermoakustischen Kühlung zu bewirken.
  • Bei der thermoakustischen Kühlung wird der Effekt genutzt, dass akustische Wellen (Schallwellen) inhomogene Temperaturverteilungen an begrenzenden Kontaktflächen erzeugen können. Zum Beispiel wird durch einen Resonator (z.B. Lautsprecher) das Arbeitsmedium (z.B. Helium) zu monochromatischen Schwingungen hoher Intensität angeregt. Das Arbeitsmedium wird durch die longitudinalen Wellen in einem sogenannten Stack hin- und hergeleitet. Dieser Stack besteht vorzugsweise aus einem Material mit hoher Wärmekapazität und geringer Wärmeleitfähigkeit. Durch die longitudinale Schwingung wird nun durch Kompression und Expansion des Arbeitsmediums dieses lokal erwärmt und abgekühlt. Im vereinfachten Modell werden viele nebeneinander liegende Gaspakete betrachtet, die in ihrer Zusammenarbeit dem einen Wärmetauscher (kaltes Reservoir) Wärme entnehmen und jeweils um eine Schwingungsamplitude pro Gaspaket längs des Stacks zum anderen Wärmetauscher (warmes Reservoir) transportieren. Mit diesem Prozeß ist es möglich, Wärme von einem Wärmeüberträger auf einen anderen zu übertragen und somit eine Kältemaschine anzutreiben.
  • Ein denkbarer Wärmeträgerkreislauf umfaßt einen sogenannten kalten Wärmetauscher, den genannten thermoakustischen Kühler, einen warmen Wärmetauscher und eine Pumpe zur Förderung des Wärmeträgermediums durch den Wärmeträgerkreislauf. Während der Resonator des thermoakustischen Kühlers in Betrieb ist überträgt das Arbeitsmedium Wärme vom ersten Wärmeüberträger auf den zweiten. Anschließend wird die Wärme auf das Wärmeträgermedium übertragen. Das Wärmeträgermedium wird dann mittels der Pumpe in den warmen Wärmetauscher gefördert, in dem es abgekühlt wird. Mit derselben oder einer zweiten Pumpe wird das Wärmeträgermedium im kalten Wärmetauscher des thermoakustischen Kühlers abgekühlt und dem kalten Kreislauf zugeführt.
  • Im Wesentlichen kann der vorgenannte Wärmeträgerkreislauf folgendermaßen betrieben werden:
    • Das z.B. in einer warmen Wärmetauschereinheit erwärmte Wärmeträgermedium gelangt in den warmen Wärmetauscher, in dem es Wärme abgibt.
    • Das z.B. in einer kalten Wärmetauschereinheit abgekühlte Wärmeträgermedium gelangt in den kalten Wärmetauscher, in dem es Wärme aus dem zu kühlenden Raum aufnimmt.
  • Der kalte Wärmetauscher ist vorzugsweise im Geräteinnenraum, d.h. beispielsweise im Kühlfach, Kaltlagerfach oder Gefrierfach oder in einem Kühlluftkanal angeordnet und dient wie ausgeführt zur Kühlung des entsprechenden Kompartimentes.
  • Unter dem Begriff "thermoakustischer Kühler" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung beispielsweise eine Einheit oder Baugruppe verstanden, in der ein Resonator Schallwellen erzeugt, die in Kombination mit einem "Stack" (ein System mit großer Oberfläche und hoher Wärmekapazität aber geringer Wärmeleitfähigkeit durch das das Arbeitsmedium z.B. Helium Wärme von einem Wärmeübertrager bzw. Wärmetauschereinheit auf eine/n zweite/n überträgt. Von der Erfindung sind beliebige Varianten eines thermoakustischen Kühlers umfasst.
  • Ein Problem vorbekannter, nach dem Prinzip der thermoakustischen Kühlung arbeitender Kälteaggregate besteht darin, dass z.B. die Dauer der Abtauphase der kalten Wärmetauschereinheit sowie des kalten Wärmetauschers vergleichsweise groß ist. Während der Abtauphase kann beispielsweise die kalte Wärmetauschereinheit keine Kühlleistung erbringen. Dies führt dazu, dass Temperaturschwankungen im Gerät einen erheblichen Umfang annehmen können, da der kalte Teilkreislauf durch das Abtauen der kalten Wärmetauschereinheit nicht betrieben wird ist. Denkbar ist dabei, dass im unteren Bereich des Kühlgerätes die Lufttemperatur den Gefrierpunkt unterschreitet.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Kühl- und/oder Gefriergerät der eingangs genannten Art in vorteilhafter Weise weiterzubilden, insbesondere dahingehend, dass Temperaturschwankungen auf ein möglichst geringes Niveau reduziert werden.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Danach ist vorgesehen, dass das Kühl- und/oder Gefriergerät mit einem oder mehreren Räumen zur Aufnahme von Kühl- und/oder Gefriergut sowie mit wenigstens einem Kälteaggregat versehen ist, wobei das Kälteaggregat wenigstens zwei kalte Wärmetauschereinheiten zur Kühlung des oder der Räume aufweist. Erfindungsgemäß sind also zwei oder mehr kalte Wärmetauschereinheiten vorgesehen. Dadurch ist es möglich, im Gerät eine kontinuierliche Kühlung zu erreichen, indem stets eine der kalten Wärmetauschereinheiten oder auch beide kalte Wärmetauschereinheiten in Betrieb sind. Vorzugsweise ist somit vorgesehen, dass die kalten Wärmetauschereinheiten nie alle zeitgleich abgetaut werden. Die Erfindung ist nicht auf den Einsatz von zwei kalten Wärmetauschereinheiten beschränkt, d.h. auch der Einsatz von mehr als zwei kalten Wärmetauschereinheiten ist möglich.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die kalten Wärmetauschereinheiten parallel angeordnet sind.
  • Sind wenigstens zwei der kalten Wärmetauschereinheiten parallel angeordnet, kann vorgesehen sein, dass in Strömungsrichtung des Wärmeträgermediums stromaufwärts oder stromabwärts dieser Wärmetauschereinheiten ein oder mehrere Ventile angeordnet sind. Ferner kann eine Steuereinheit vorgesehen sein, die derart ausgeführt ist, dass sie das oder die Ventile derart ansteuert, dass stets wenigstens einer der Wärmetauscher von dem Wärmeträgermedium durchströmt wird und somit den Geräteinnenraum kühlt. Dadurch wird der oben genannte Vorteil erzielt, dass eine kontinuierliche Kühlung im Kühlgerät erfolgt, was den Vorteil mit sich bringt, dass Temperaturschwankungen im Kühl- bzw. Gefrierraum minimiert werden.
  • Der aus dem Stand der Technik bekannte Nachteil von unter Umständen erheblichen Temperaturschwankungen kann somit vermieden werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der thermoakustische Kühler Bereiche oder Einheiten aufweist, in denen durch die Longitudinalwellen Wärme aufgenommen wird, und Bereiche oder Einheiten, in denen durch die Longitudinalwellen Wärme abgegeben wird.
  • Es ist möglich, dass die Bereiche oder Einheiten des thermoakustischen Kühlers, in denen durch die Longitudinalwellen Wärme abgegeben wird, die kalten Wärmetauschereinheiten umfassen.
  • Ferner ist denkbar, dass die Bereiche oder Einheiten des thermoakustischen Kühlers, in denen durch die Longitudinalwellen Wärme aufgenommen wird, wenigstens eine warme Wärmetauschereinheit umfassen.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens zwei der kalten Wärmetauschereinheiten parallel angeordnet sind und dass in Strömungsrichtung des Wärmeträgermediums stromaufwärts oder stromabwärts der wenigstens zwei kalten Wärmetauschereinheiten ein oder mehrere Ventile angeordnet sind. Die Steuereinheit kann derart ausgeführt sein, dass sie das oder die Ventile derart ansteuert, dass die Anzahl der von dem Wärmeträgermedium durchströmten kalten Wärmetauschereinheiten von Betriebsparametern abhängt. Ein solcher Betriebsparameter kann beispielsweise die erforderliche Kühlleistung sein. Denkbar ist somit, dass in einem Betriebsmodus eine der kalten Wärmetauschereinheiten und in einem anderen Betriebsmodus beide bzw. mehrere oder alle der kalten Wärmetauschereinheiten von dem Wärmeträgermedium durchströmt werden. Werden mehrere kalte Wärmetauschereinheiten von dem Wärmeträgermedium durchströmt bzw. gekühlt, ergibt sich der Vorteil, dass insbesondere bei höheren Umgebungstemperaturen mehr Kühlleistung zur Verfügung steht.
  • Bei dem genannten Ventil kann es sich um ein bistabiles oder auch um ein tristabiles Ventil handeln, wobei das bistabile Ventil dafür sorgt, dass stets eine der kalten Wärmetauschereinheiten von dem Wärmeträgermedium durchströmt wird und wobei das tristabile Ventil in einer Schaltstellung dafür sorgt, dass beide kalten Wärmetauschereinheiten von dem Wärmeträgermedium durchströmt werden. Das Ventil kann dabei beispielsweise als Magnetventil ausgeführt sein.
  • Wie ausgeführt, kann außer der Parallelschaltung oder Reihenschaltung von zwei kalten Wärmetauschereinheiten selbstverständlich auch vorgesehen sein, dass mehr als zwei kalte Wärmetauschereinheiten vorgesehen sind und/oder dass eine Kombination aus parallel und in Reihe geschalteten kalten Wärmetauschereinheiten vorgesehen ist.
  • Es ist möglich, dass wenigstens zwei der kalten Wärmetauschereinheiten parallel angeordnet sind, das in Strömungsrichtung des Wärmeträgermediums stromaufwärts oder stromabwärts der wenigstens zwei kalten Wärmetauschereinheiten ein oder mehrere Ventile angeordnet sind und dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, die das oder die Ventile derart ansteuert, dass die Anzahl der kalten Wärmetauschereinheiten, die von dem Wärmeträgermedium durchströmt werden, von einem oder mehreren Betriebsparametern abhängt.
  • Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass wenigstens zwei der kalten Wärmetauschereinheiten in Reihe angeordnet sind, dass Bypassleitungen vorgesehen sind, die jeweils über Ventile zuschaltbar oder absperrbar sind und die jeweils einen oder mehrere der kalten Wärmetauscher umgehen, und dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, die die Ventile derart ansteuert, dass stets wenigstens eine der Wärmetauschereinheiten von dem Wärmeträgermedium durchströmt wird.
  • Weiter können wenigstens zwei der kalten Wärmetauschereinheiten in Reihe angeordnet sein, wobei Bypassleitungen vorgesehen sind, die jeweils über Ventile zuschaltbar oder absperrbar sind und die jeweils einen oder mehrere der kalten Wärmetauschereinheiten umgehen, und dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, die die Ventile derart ansteuert, dass die Anzahl der kalten Wärmetauschereinheiten, die von dem Wärmeträgermedium durchströmt werden, von einem oder mehreren Betriebsparametern abhängen.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Steuereinheit vorgesehen, die das Kälteaggregat derart schaltet, dass eine der kalten Wärmetauschereinheiten zum Zwecke der Abtauung für eine Zeitspanne nicht von dem Wärmeträgermedium durchströmt wird. Die Zeitspanne kann konstant, d.h. fest vorgegeben oder durch den Nutzer einstellbar sein. Denkbar ist ebenfalls, dass die Zeitspanne von Betriebsparametern abhängt, wozu z.B. die Außentemperatur, die gewählte oder gemessene Temperatur des Geräteinnenraums, die Betriebsdauer und dergleichen zählen können.
  • Wie oben ausgeführt, kann eine Steuereinheit vorgesehen sein, die derart ausgeführt ist, dass sie in Abhängigkeit der erforderlichen Kühlleistung die Anzahl der kalten Wärmetauschereinheiten festlegt, die von dem Wärmeträgermedium durchströmt werden. Denkbar ist beispielsweise, dass in Abhängigkeit der Außentemperatur und/oder in Abhängigkeit des Sollwertes der Temperatur des Geräteinnenraums die Anzahl der kalten Wärmetauschereinheiten, die zur Kühlung beitragen, verringert oder vergrößert wird.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nun anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:
    • Fig. 1:
    eine schematische Zeichnung eines Wärmeträgerkreislaufs mit thermoakustischen Kühler;
    Fig. 2:
    eine schematische Darstellung eines thermoakustischen Kühlers.
  • Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmeträgerkreislaufs für ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit einem thermoakustischen Kühler 10. Dabei befindet sich der thermoakustische Kühler zwischen einem kalten Teilkreislauf 20 und einem warmen Teilkreislauf 30, die jeweils an einer Seite des thermoakustischen Kühlers 10 angeschlossen sind. Der Teilkreislauf 20 weist dabei eine Pumpe 21 auf, die stromabwärts des thermoakustischen Kühlers im kalten Teilkreislauf 20 angeordnet ist.
  • Der kalte Teilkreislauf 20 ist mit einer Pumpe 21 und zwei seriell geschalteten kalten Wärmetauschern 23, 24 ausgeführt. Dabei kann der erste kalte Wärmetauscher 24 dem Gefrierteil und der zweite kalte Wärmetauscher 23 dem Kühlteil des Kühl- und/oder Gefriergerätes zugeordnet sein. Kühlteil und Gefrierteil bilden jeweils einen für sich abgegrenzten Raum zur Aufnahme von Kühl- und/oder Gefriergut. Auslaufseitig des thermoakustischen Kühlers 10 führt die Leitung 22 Wärmeträgermedium zur Pumpe 21, während nach dem Durchlaufen der Wärmetauscher 23, 24 die Leitung 25 das Wärmeträgermedium zurück zum thermoakustischen Kühler 10 führt.
  • Die kalten Wärmetauscher 23, 24 sind im Kühl- und/oder Gefrierraum oder um den Kühl- und/oder Gefrierraum herum angeordnet, um den Kühl- und/oder Gefrierraum zu kühlen bzw. Wärme aus diesem abzuführen.
  • Der warme Teilkreislauf 30 weist einen luftgekühlten, an der Außenseite des Kühl- und/oder Gefriergerätes angebrachten warmen Wärmetauscher 32 auf, wobei das im Teilkreislauf 30 befindliche Wärmeträgermedium mittels der Pumpe 31 gefördert wird.
  • Fig. 2 zeigt den schematischen Aufbau eines thermoakustischen Kühlers 10, der eine warme Wärmetauschereinheit 14 und zwei kalte Wärmetauschereinheiten 18, 19 umfasst. Diese Wärmetauschereinheiten 18, 19 bestehen aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit oder weisen ein solches Material auf. Durch die durch den Resonator 12 erzeugten Schallwellen werden die Gasmoleküle im Stack 16 erwärmt und transportieren Wärme von den kalten Wärmeüberträgern 18, 19 auf den warmen Wärmeüberträger 14. Dementsprechend erfährt das Wärmeträgermedium das durch die erwärmte Wärmetauschereinheit 14 geführt wird, eine Erwärmung und das Wärmeträgermedium, das durch die abgekühlte Wärmetauschereinheit 18, 19 geführt wird, eine Abkühlung.
  • Der thermoakustische Kühler 10 weist Bereiche oder Einheiten auf, in denen durch die Longitudinalwellen Wärme aufgenommen wird, und Bereiche oder Einheiten, in denen durch die Longitudinalwellen Wärme abgegeben wird. Dabei ist in Fig. 2 der Bereich, in dem Wärme aufgenommen wird, die warme Wärmetauschereinheit 14 und der Bereich, in dem Wärme abgegeben wird, der oder die jeweils in Betrieb befindliche/n kalte Wärmetauschereinheit 18, 19. Die warme Wärmetauschereinheit 14 ist dabei dem warmen Teilkreislauf 30 zugeordnet bzw. steht mit diesem in Verbindung.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass nicht nur ein, sondern zwei oder mehr als zwei kalte Wärmetauschereinheiten 18, 19 zur Kühlung des Geräteinnenraums angeordnet sind. Dies ermöglicht es, eine kontinuierliche Kühlung im Kühlgerät vorzunehmen, wodurch Temperaturschwankungen minimiert werden. Gemäß der Erfindung besteht somit die Möglichkeit, dass stets eine der kalten Wärmetauschereinheiten 18, 19 oder auch beide Wärmetauschereinheiten 18, 19 in Betrieb sind, d. h. zur Kühlung beitragen.
  • Da gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel immer entweder die erste oder die zweite kalte Wärmetauschereinheit 18, 19 in Betrieb ist, sind die Temperaturschwankungen im Gerät minimal. Außerdem ist der Energieverbrauch des Systems vorteilhafter als bei vorbekannten Kälteaggregaten, die nach dem Prinzip der thermoakustischen Kühlung arbeiten.
  • Das Abtauen einer der kalten Wärmetauschereinheiten 18, 19 kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass diese über eine bestimmte Zeitdauer hinweg nicht von dem Wärmeträgermedium durchströmt wird.
  • Um eine der kalten Wärmetauschereinheiten 18, 19 vom kalten Teilkreislauf 20 zu entkoppeln, ist ein Ventil 40 vorgesehen sowie entsprechend angeordnete Bypassleitungen 44, 45, 46.
  • So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Ventil 40 mittels der nicht näher dargestellten Steuereinheit derart geschaltet wird, dass der Ventilausgang 42 gesperrt ist, um die Wärmetauschereinheit 19 abzutauen, d. h. über eine bestimmte Zeitdauer hinweg also nicht mit Wärmeträgermedium zu durchströmen. Somit fördert die Pumpe 21 des kalten Teilkreislaufs 20 Wärmeträgermedium aus der kalten Wärmetauschereinheit 18 über die Leitungen 44 und 22 in den kalten Teilkreislauf 20 hinein und führt das Wärmeträgermedium über die Leitung 25 wieder zurück zur kalten Wärmetauschereinheit 18.
  • Die Leitung 25 kann, wie hier in Figur 2 jedoch nicht näher dargestellt, auch am Ventilanschluß 42 des Ventils 40 angeschlossen sein, so dass bei entsprechender Stellung des Ventils 40 auch die kalte Wärmetauschereinheit 18 überbrückt werden kann.
  • In diesem Fall ist zur Überbrückung der kalten Wärmetauschereinheit 18 und zum alleinigen Betrieb mit der kalten Wärmetauschereinheit 19 der Ventilausgang 43 gesperrt, während die Ventilausgänge 41 und 42 des Ventils 40 geöffnet sind. Der Rücklauf aus dem kalten Teilkreislauf 20 erfolgt über die in diesem Fall auch mit dem Ventilanschluß 42 verbundene Leitung 25, so dass das Wärmeträgermedium über die Leitung 45 in die kalte Wärmetauschereinheit 19 strömt und diese über die Leitungen 46 und 22 wieder verläßt.
  • Genausogut ist es jedoch auch möglich, dass sämtliche Ausgänge bzw. Eingänge des Ventils 40 geöffnet sind, so dass die kalten Wärmetauschereinheiten 18, 19 parallel betrieben werden können. Genausogut kann auch vorgesehen sein, dass das Wärmeträgermedium kommend von der Leitung 25 zunächst die kalte Wärmetauschereinheit 18 und danach die kalte Wärmetauschereinheit 19 durchströmt.
  • Es ist möglich, dass die Zeitspanne der Abtauphase vorgegeben ist und in konstanten Intervallen mit gleichbleibender Länge erfolgt. Genausogut ist es jedoch auch möglich, das Abtauphasen durch Nutzereingabe vorgegeben werden können, wozu entsprechende Eingabemittel vorgesehen sein können. Derartige Eingabemittel können beispielsweise in einem Tastenfeld oder einem Display mit Eingabemöglichkeit an einem entsprechend ausgeführten Kühl- und/oder Gefriergerät vorgesehen sein. Ferner ist denkbar, dass geräteseitig beispielsweise durch die Gerätesteuerung bzw. Geräteregelung anhand eines oder mehrerer Betriebsparameter, die beispielsweise die Innentemperatur des Kühlraums oder Gefrierraums des Kühl- und/oder Gefriergerätes umfassen können, eingestellt wird.
  • Weiter kann durch eine Gerätesteuerung und/oder -regelung vorgegeben werden, wie viele kalte Wärmetauschereinheiten 18, 19 zum Erreichen der erforderlichen Kühlleistung durchströmt werden müssen. So kann es beispielsweise ausreichend sein, dass für das Erreichen einer Kühltemperatur im Innenbehälter lediglich die kalte Wärmetauschereinheit 18 durchströmt werden muss. Sofern beispielsweise durch Nutzereingabe vorgegeben wird, dass die Betriebstemperatur abzusenken ist, beispielsweise auf eine Gefriertemperatur, kann entsprechend Bedarf geräteseitig nun die kalte Wärmetauschereinheit 19 zugeschaltet werden.

Claims (12)

  1. Kühl- und/oder Gefriergerät mit einem oder mehreren Räumen zur Aufnahme von Kühl- und/oder Gefriergut sowie mit wenigstens einem Kälteaggregat, das einen oder mehrere thermoakustische Kühler (10) umfasst, wobei das Kälteaggregat wenigstens zwei kalte Wärmetauschereinheiten (18, 19) zur Kühlung des oder der Räume aufweist.
  2. Kühl- und/oder Gefriergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kalten Wärmetauschereinheiten (18, 19) in Reihe oder parallel angeordnet sind.
  3. Kühl- und/oder Gefriergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoakustische Kühler (10) Bereiche oder Einheiten aufweist, in denen durch die Longitudinalwellen Wärme aufgenommen wird, und Bereiche oder Einheiten, in denen durch die Longitudinalwellen Wärme abgegeben wird.
  4. Kühl- und/oder Gefriergerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche oder Einheiten des thermoakustischen Kühlers (10), in denen durch die Longitudinalwellen Wärme abgegeben wird, die kalten Wärmetauschereinheiten (18, 19) umfassen.
  5. Kühl- und/oder Gefriergerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche oder Einheiten des thermoakustischen Kühlers (10), in denen durch die Longitudinalwellen Wärme aufgenommen wird, wenigstens eine warme Wärmetauschereinheit (14) aufweisen.
  6. Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der kalten Wärmetauschereinheiten (18, 19) parallel angeordnet sind, dass in Strömungsrichtung des Wärmeträgermediums stromaufwärts oder stromabwärts der wenigstens zwei kalten Wärmetauschereinheiten (18, 19) ein Ventil (40) angeordnet ist und dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, die das Ventil (40) derart ansteuert, dass stets wenigstens eine der kalten Wärmetauschereinheiten (18, 19) von dem Wärmeträgermedium durchströmt wird.
  7. Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der kalten Wärmetauschereinheiten (18, 19) parallel angeordnet sind, dass in Strömungsrichtung des Wärmeträgermediums stromaufwärts oder stromabwärts der wenigstens zwei kalten Wärmetauschereinheiten (18, 19) ein oder mehrere Ventile (40) angeordnet sind und dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, die das oder die Ventile (40) derart ansteuert, dass die Anzahl der kalten Wärmetauschereinheiten (18, 19), die von dem Wärmeträgermedium durchströmt werden, von einem oder mehreren Betriebsparametern abhängt.
  8. Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der kalten Wärmetauschereinheiten (18, 19) in Reihe angeordnet sind, dass Bypassleitungen (44, 45, 46) vorgesehen sind, die jeweils über Ventile (40) zuschaltbar oder absperrbar sind und die jeweils einen oder mehrere der kalten Wärmetauschereinheiten (18, 19) umgehen, und dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, die die Ventile (40) derart ansteuert, dass stets wenigstens eine der Wärmetauschereinheiten (18, 19) von dem Wärmeträgermedium durchströmt wird.
  9. Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der kalten Wärmetauschereinheiten (18, 19) in Reihe angeordnet sind, dass Bypassleitungen (44, 45, 46) vorgesehen sind, die jeweils über Ventile (40) zuschaltbar oder absperrbar sind und die jeweils eine oder mehrere der kalten Wärmetauschereinheiten (18, 19) umgehen, und dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, die die Ventile (40) derart ansteuert, dass die Anzahl der kalten Wärmetauschereinheiten (18, 19), die von dem Wärmeträgermedium durchströmt werden, von einem oder mehreren Betriebsparametern abhängt.
  10. Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, die das Kälteaggregat derart schaltet, dass einer der kalten Wärmetauschereinheiten (18, 19) zum Zwecke der Abtauung einer kalten Wärmetauschereinheit (18, 19) für eine Zeitspanne nicht von dem Wärmeträgermedium durchströmt wird.
  11. Kühl- und/oder Gefriergerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitspanne konstant oder durch den Nutzer einstellbar ist oder dass die Zeitspanne von einem oder mehreren Betriebsparametern des Gerätes abhängt.
  12. Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, die derart ausgeführt ist, dass sie in Abhängigkeit der erforderlichen Kühlleistung die Anzahl der von Wärmeträgermedium durchströmten kalten Wärmetauschereinheiten (18, 19) festlegt.
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