EP2161517A1 - Kühl- und/oder Gefriergerät - Google Patents

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Publication number
EP2161517A1
EP2161517A1 EP09011285A EP09011285A EP2161517A1 EP 2161517 A1 EP2161517 A1 EP 2161517A1 EP 09011285 A EP09011285 A EP 09011285A EP 09011285 A EP09011285 A EP 09011285A EP 2161517 A1 EP2161517 A1 EP 2161517A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
heat transfer
pump
circuit
heat exchanger
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Withdrawn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
EP09011285A
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 EP2161517A1 publication Critical patent/EP2161517A1/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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used 
    • F25B2309/1404—Pulse-tube cycles with loudspeaker driven acoustic driver
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used 
    • F25B2309/1412—Pulse-tube cycles characterised by heat exchanger details
    • 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
    • F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used 
    • F25B2309/1416—Pulse-tube cycles characterised by regenerator stack details
    • 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
    • F25D17/00—Arrangements for circulating cooling fluids; Arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces
    • F25D17/02—Arrangements for circulating cooling fluids; Arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces for circulating liquids, e.g. brine

Definitions

  • the present invention relates to a refrigerator and / or freezer with a heat transfer circuit, in which there are at least one thermoacoustic cooler and at least one pump for conveying a heat transfer medium through the heat transfer circuit.
  • 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 refrigeration cycle includes a cold heat exchanger, the thermoacoustic cooler, a warm heat exchanger and a pump for conveying the heat transfer medium. While the resonator of the thermoacoustic cooler is running, the heat transfer medium flowing through the thermoacoustic cooler is heated in a heat exchanger and then guided by means of said pump in the warm heat exchanger, in which it is cooled.
  • the warm heat exchanger corresponds in its function to the condenser of a well-known cooling circuit with compressor, condenser and evaporator. Meanwhile, in the second heat exchanger in the thermoacoustic cooler, the heat transfer medium is cooled and then flows through the cold heat exchanger, which is usually located in the refrigerator or freezer or in its area and serves to absorb heat from this room.
  • the present invention has for its object to further develop a refrigerator and / or freezer of the type mentioned in an advantageous manner, in particular to the extent that its energy consumption compared to known devices is reduced.
  • a refrigerator and / or freezer has a heat carrier circuit which comprises at least one thermoacoustic cooler and at least one pump for conveying a heat transfer medium through the heat carrier circuit, wherein the pump (s) is (are) designed or driven ( be), that the average pressure in the heat transfer circuit or the pressure on the pressure side of the pump (s) in the range of 1.0 to 2.0 bar.
  • the average pressure in the heat carrier circuit or the pressure on the pressure side of the pump in the range of 1.2 to 1.8 bar.
  • the average pressure in the heat carrier circuit or the pressure on the pump pressure side is in the range of 1.4 to 1.6 bar.
  • the absolute pressure in the heat carrier circuit or on the pump pressure side is in the mentioned pressure range.
  • the lines and flow cross sections of the elements of the heat carrier circuit, which are flowed through by the heat transfer medium, must be carried out accordingly, in order to allow sufficient pumping through the cooling circuit at said pressure values. This results in a comparatively low pressure loss in the cooling circuit or a comparatively low flow rate of the pump and thus low energy consumption of the pump.
  • the heat transfer circuit may have at least one cold heat exchanger for cooling the cooling and / or freezing space of the refrigerator and / or freezer and at least one hot heat exchanger for cooling the heat transfer medium.
  • thermoacoustic cooler of the heat carrier circuit may have units or areas, which are flowed through by heat transfer medium. These units or sections are preferably designed as heat exchanger units or include heat exchanger units. It also applies to these units or regions that their flow cross sections and / or the flow guidance through the units / regions are configured as far as possible such that the lowest possible pressure loss results in the flow through these components through the heat transfer medium.
  • one or more pressure sensors are arranged on the heat carrier circuit or its components, which detect the mean pressure in the cooling circuit and / or the pressure on the pressure side of the pump and that a control unit is provided which with the or the pressure sensors and is in communication with the pump and which operates the pump such that the average pressure in the heat carrier circuit or the pressure at the pump pressure side in the said range is or does not exceed or falls within a limit, which lies within said range.
  • the pressure is determined at a plurality of positions in the heat carrier circuit and from this a mean pressure value is determined, which is compared with a nominal value or a nominal value range. It is also conceivable to detect only the pressure on the pump pressure side and to regulate the pump in such a way that this pressure value corresponds to a desired value or is within a desired value range.
  • Fig. 1 1 shows a diagrammatic view of an embodiment of a cooling circuit with a thermoacoustic cooler 10.
  • the thermoacoustic cooler 10 is located between a cold partial circuit 20 and a warm partial circuit 30, which are each connected to one side of the thermoacoustic cooler 10.
  • the cold partial circuit 20 with a pump 21 and two series-connected cold heat exchanger 23, 24 executed.
  • 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.
  • the cold heat exchanger 23, 24 can be arranged in the refrigerator or freezer compartment or around the refrigerator or freezer compartment.
  • 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 is conveyed in the warm part circuit 30 by the pump 31.
  • Fig. 2 shows a further embodiment of a cooling circuit according to the invention for a refrigerator and / or freezer with a thermo-acoustic cooler 10. Comparable components are provided with the same reference numerals.
  • 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.
  • a valve 22 designed as a 3-way valve, from which a cold subcircuit 26 branches off at the valve outlet 22 'beginning with the line 27.
  • the cold subcircuit 26 in this case has a cold heat exchanger 23 which is associated with the cooling part of a refrigerator and / or freezer.
  • Downstream of the cold heat exchanger 23 and downstream of the valve 22 is another cold heat exchanger 24, which is assigned in the embodiment shown here the freezer compartment of a refrigerator and / freezer. It is possible, with appropriate switching of the valve 22 to supply the cold heat exchanger 23 and 24 in parallel with heat transfer medium or heat transfer medium to inject into the heat exchangers 23 and 24. Both the valve outlet 22 'and the valve outlet 22 "are opened for this purpose.
  • the series connection of the cold heat exchanger 23 to the cold heat exchanger 24, wherein the cold heat exchanger 23 is connected to the inlet of the cold heat exchanger 24 on the outlet side prevents it from closing Displacements of the heat transfer medium comes.
  • valve outlet 22 is closed, while the valve outlet 22 'is opened, and it is also possible to supply only the cold heat exchanger 24 with heat transfer medium when the valve outlet 22' is blocked and the valve outlet 22" is opened at the same time, the cold subcirculation 26 is locked during this interval.
  • the cold heat exchanger 24 Downstream of the cold heat exchanger 24 is another 3-way valve 25, from an outlet 25 "leads back to the thermoacoustic cooler and from the other outlet or valve outlet 25 'branches off a bypass line 40, which leads to the line 34 of the warm part circuit 30
  • the line 34 is a return line 34, which leads the heat transfer medium from the warm heat circuit 30 back to the thermoacoustic cooler 10.
  • the warm part circuit 30 is operated by a pump 31 which pumps the heat transfer medium coming from the thermoacoustic cooler into the warm heat exchanger 32.
  • the warm heat exchanger 32 is, for example, air-cooled and arranged on the outside of the device and serves to dissipate heat from the heat transfer medium into the environment. having.
  • the outlet 33 ' is connected to a further bypass line 42, by means of which warm heat transfer medium can be supplied to the line 27 of the cold Unterkeislaufs 26.
  • the valve outlet 33 ' is locked so that coming from the warm heat exchanger 32 heat transfer medium via the line 34 again the thermoacoustic cooler 10 is supplied.
  • thermoacoustic cooler 10 By the bypass lines 40, 42 it becomes possible for the thermoacoustic cooler 10 to be e.g. can be bypassed during a defrosting phase.
  • the pumps 21, 31 are combined to form a double pump 31, which conveys the heat transfer medium in both partial circuits.
  • FIG. 3 shows Fig. 3 a further embodiment of a cooling circuit with thermoacoustic cooler 10.
  • the cold partial circuit 20 is designed with a large, cold heat exchanger 24.
  • a fan 50 By means of a fan 50 while warm air from the refrigerator and / or freezer compartment of the refrigerator and / or freezer is supplied. This forced convection can be used to dry any adhering moisture.
  • an improved heat transfer from the cooling and / or freezing space to the corresponding heat exchanger (s) 23, 24 is achieved.
  • the heat absorption by the cold heat exchanger 24 thus takes place essentially by the air supplied by the fan 50, as is already known in comparable form from so-called NoFrost devices.
  • Fig. 4 shows the schematic structure of a thermo-acoustic cooler 10, which includes two heat exchanger units 14, 18, which may be designed as a structural unit or separated from each other. These heat exchanger units 14, 18 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 exchanger 18 to 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 through the cooled heat exchanger unit 18 is guided, a cooling. The warm heat exchanger unit 14 communicates with the warm partial circuit 30, while the cold heat exchanger unit 18 communicates with the cold part circuit 20.
  • the pumps 21, 31 is operated such that on the pump pressure side, ie on the pressure side outlet side of the pump 21, 31 an absolute pressure in the range of 1.2 to 1.8 bar, which means in other words in that the components of the heat carrier circuit are designed such that this pressure value is sufficient to allow the flow through the entire heat transfer medium circuit.
  • the above-mentioned components of the heat carrier circuit are thus designed in this embodiment of the invention so that they oppose the flow of the heat transfer medium such a low resistance that a flow through the cooling circuit at the indicated pressure values is possible.
  • the lines and flow cross sections for example, the heat exchanger 23, 24, 32, the thermoacoustic cooler 10 with its heat exchanger units 14, 18 and the valves 22, 25, 33 are designed accordingly.
  • one or more pressure sensors are arranged which detect the pressure at different points of the heat transfer medium circuit or which detect, for example, the pressure on the pump pressure side .
  • These pressure values are supplied to a control unit, not shown, which is connected to the pump and controls it in such a way that the desired pressure value is obtained or that a pressure value is obtained in a predetermined desired value range.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit einem Wärmeträgerkreislauf, der wenigstens einen thermoakustischen Kühler sowie wenigstens eine Pumpe zur Förderung eines Wärmeträgermediums durch den Wärmeträgerkreislauf umfasst, wobei die Pumpe derart ausgeführt ist und/oder derart angesteuert wird, dass der mittlere Druck im Wärmeträgerkreislauf oder der Druck auf der Druckseite der Pumpe im Bereich von 1,0 bis 2,0 bar liegt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit einem Wärmeträgerkreislauf, in dem sich wenigstens ein thermoakustischer Kühler sowie wenigstens eine Pumpe zur Förderung eines Wärmeträgermediums durch den Wärmeträgerkreislauf befinden.
  • 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 Kältekreislauf umfasst einen kalten Wärmetauscher, den thermoakustischen Kühler, einen warmen Wärmetauscher und eine Pumpe zur Förderung des Wärmeträgermediums. Während der Resonator des thermoakustischen Kühlers läuft, wird das durch den thermoakustischen Kühler strömende Wärmeträgermedium in einem Wärmeüberträger erwärmt und sodann mittels der genannten Pumpe in den warmen Wärmetauscher geführt, in dem es abgekühlt wird. Der warme Wärmetauscher entspricht dabei in seiner Funktion dem Verflüssiger eines allgemein bekannten Kühlkreislaufs mit Kompressor, Verflüssiger und Verdampfer. Währenddessen wird im zweiten Wärmeüberträger im thermoakustischen Kühler das Wärmeträgermedium abgekühlt und durchströmt anschließend den kalten Wärmetauscher, der sich üblicherweise in dem Kühl- bzw. dem Gefrierraum bzw. in dessen Bereich befindet und zur Aufnahme von Wärme aus diesem Raum dient.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühl- und/oder Gefriergerät der eingangs genannten Art in vorteilhafter Weise weiterzubilden, insbesondere dahingehend, dass dessen Energieverbrauch gegenüber bekannten Geräten verringert wird.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Danach ist vorgesehen, dass ein Kühl- und/oder Gefriergerät einen Wärmeträgerkreislauf aufweist, der wenigstens einen thermoakustischen Kühler sowie wenigstens eine Pumpe zur Förderung eines Wärmeträgermediums durch den Wärmeträgerkreislauf umfasst, wobei die Pumpe(n) derart ausgeführt ist (sind) oder angesteuert wird (werden), dass der mittlere Druck im Wärmeträgerkreislauf oder der Druck auf der Druckseite der Pumpe(n) im Bereich von 1,0 bis 2,0 bar liegt.
  • Besonders bevorzugt ist es, wenn der mittlere Druck im Wärmeträgerkreislauf oder der Druck auf Druckseite der Pumpe im Bereich von 1,2 bis 1,8 bar liegt.
  • Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der mittlere Druck im Wärmeträgerkreislauf oder der Druck auf der Pumpendruckseite im Bereich von 1,4 bis 1,6 bar liegt.
  • Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass der absolute Druck im Wärmeträgerkreislauf bzw. auf der Pumpendruckseite in dem genannten Druckbereich liegt. Die Leitungen und Strömungsquerschnitte der Elemente des Wärmeträgerkreislaufes, die von dem Wärmeträgermedium durchströmt werden, müssen dementsprechend ausgeführt sein, um bei den genannten Druckwerten eine ausreichende Förderung durch den Kühlkreislauf zu ermöglichen. Daraus ergibt sich ein vergleichsweise geringer Druckverlust im Kühlkreislauf bzw. eine vergleichsweise geringe Förderleistung der Pumpe und somit ein geringer Energieverbrauch der Pumpe.
  • Der Wärmeträgerkreislauf kann wenigstens einen kalten Wärmetauscher zur Kühlung des Kühl- und/oder Gefrierraums des Kühl- und/oder Gefriergerätes sowie wenigstens einen warmen Wärmetauscher zur Kühlung des Wärmeträgermediums aufweisen. Auch für diese Komponenten gilt, dass deren Strömungsquerschnitte und/oder deren Strömungsführung möglichst derart konzipiert sind, dass die oben genannten Druckwerte realisierbar sind.
  • Der thermoakustische Kühler des Wärmeträgerkreislaufes kann Einheiten oder Bereiche aufweisen, die von Wärmeträgermedium durchströmt werden. Diese Einheiten oder Bereiche sind vorzugsweise als Wärmetauschereinheiten ausgeführt oder umfassen Wärmetauschereinheiten. Auch für diese Einheiten bzw. Bereiche gilt, dass deren Strömungsquerschnitte und/oder die Strömungsführung durch die Einheiten / Bereiche möglichst derart ausgestaltet sind, dass sich ein möglichst geringer Druckverlust bei der Durchströmung dieser Komponenten durch das Wärmeträgermedium ergibt.
  • Dieselben Vorraussetzungen gelten für ein oder mehrere schaltbare Ventile, die in dem Wärmeträgerkreislauf zur Führung des Wärmeträgermediums angeordnet sein können.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass an dem Wärmeträgerkreislauf bzw. dessen Komponenten ein oder mehrere Drucksensoren angeordnet sind, die den mittleren Druck im Kühlkreislauf und/oder den Druck an der Druckseite der Pumpe erfassen und dass eine Regelungseinheit vorgesehen ist, die mit dem oder den Drucksensoren sowie mit der Pumpe in Verbindung steht und die die Pumpe derart betreibt, dass der mittlere Druck im Wärmeträgerkreislauf oder der Druck an der Pumpendruckseite in dem genannten Bereich liegt oder einen Grenzwert nicht überschreitet oder einnimmt, der in den genannten Bereich liegt. Denkbar ist beispielsweise, dass der Druck an mehreren Positionen im Wärmeträgerkreislauf ermittelt und daraus ein mittlerer Druckwert bestimmt wird, der mit einem Sollwert oder einem Sollwertbereich verglichen wird. Ebenfalls ist denkbar, nur den Druck auf der Pumpendruckseite zu erfassen und die Pumpe derart zu regeln, dass dieser Druckwert einem Sollwert entspricht oder in einem Sollwertbereich liegt.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels dargestellt. Es zeigen:
    • Fig. 1:
    eine schematische Zeichnung eines Wärmeträgerkreislaufs mit thermoakustischen Kühler;
    Fig. 2:
    eine schematische Zeichnung eines Wärmeträgerkreislaufs mit thermoakustischen Kühler in einer weiteren Ausführungsform;
    Fig. 3:
    eine schematische Zeichnung eines Wärmeträgerkreislaufs mit thermoakustischen Kühler in einer weiteren Ausführungsform;
    Fig. 4:
    eine schematische Darstellung eines thermoakustischen Kühlers.
  • Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform eines Kühlkreislaufs mit thermoakustischem Kühler 10. Der thermoakustische Kühler 10 befindet sich zwischen einem kalten Teilkreislauf 20 und einem warmen Teilkreislauf 30, die jeweils an einer Seite des thermoakustischen Kühlers 10 angeschlossen sind. Dabei ist der kalte Teilkreislauf 20 mit einer Pumpe 21 und zwei seriell geschalteten kalten Wärmetauscher 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. Die kalten Wärmetauscher 23, 24 können dabei im Kühl- bzw. Gefrierraum oder um den Kühl- oder Gefrierraum herum angeordnet sein.
  • Der warme Teilkreislauf 30 weist einen luftgekühlten, an der Außenseite des Kühl- und/oder Gefriergerätes angebrachten warmen Wärmetauscher 32 auf, wobei das Wärmeträgermedium im warmen Teilkreislauf 30 durch die Pumpe 31 gefördert wird.
  • Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kühlkreislaufs für ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit einem thermoakustischen Kühler 10. Vergleichbare Komponenten sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Teilkreislauf 20 weist dabei eine Pumpe 21 auf, die stromabwärts des thermoakustischen Kühlers im kalten Teilkreislauf 20 angeordnet ist.
  • Nachgeordnet der Pumpe 21 befindet sich ein als 3-Wege-Ventil ausgeführtes Ventil 22, von dem am Ventilausgang 22' mit der Leitung 27 beginnend ein kalter Unterkreislauf 26 abzweigt. Der kalte Unterkreislauf 26 weist dabei einen kalten Wärmetauscher 23 auf, der dem Kühlteil eines Kühl- und/oder Gefriergerätes zugeordnet ist. Stromabwärts des kalten Wärmetauschers 23 und stromabwärts des Ventils 22 befindet sich ein weiterer kalter Wärmetauscher 24, der im hier gezeigten Ausführungsbeispiel dem Gefrierteil eines Kühl- und/Gefriergerätes zugeordnet ist. Dabei ist es möglich, bei entsprechender Schaltung des Ventils 22 den kalten Wärmetauscher 23 und 24 parallel mit Wärmeträgermedium zu versorgen bzw. Wärmeträgermedium in die Wärmetauscher 23 und 24 einzuspritzen. Hierzu ist sowohl der Ventilausgang 22' als auch der Ventilausgang 22" geöffnet. Durch die Serienschaltung des kalten Wärmetauschers 23 mit dem kalten Wärmetauscher 24, wobei der kalte Wärmetauscher 23 auslaufseitig mit dem Einlauf des kalten Wärmetauschers 24 verbunden ist, wird verhindert, dass es zu Verlagerungen des Wärmeträgermediums kommt.
  • Genausogut ist es jedoch auch möglich, die kalten Wärmetauscher 23, 24 zumindest für ein begrenztes Zeitintervall seriell zu betreiben. Hierzu ist der Ventilausgang 22" geschlossen, während der Ventilausgang 22' geöffnet ist. Auch ist es möglich, bei Sperrung des Ventilausgangs 22' und bei gleichzeitiger Öffnung des Ventilausgangs 22" nur den kalten Wärmetauscher 24 mit Wärmeträgermedium zu versorgen, wobei der kalte Unterkreislauf 26 während dieses Intervalls gesperrt ist.
  • Stromabwärts des kalten Wärmetauschers 24 befindet sich ein weiteres 3-Wege-Ventil 25, von ein Auslauf 25" zurück zum thermoakustischen Kühler führt und von dessen weiteren Auslauf bzw. Ventilausgang 25' eine Bypassleitung 40 abzweigt, die zur Leitung 34 des warmen Teilkreislaufs 30 führt. Dabei ist die Leitung 34 eine Rückführleitung 34, die Wärmeträgermedium aus dem warmen Wärmekreislauf 30 zurück zum thermoakustischen Kühler 10 führt. Der warme Teilkreislauf 30 wird dabei von einer Pumpe 31 betrieben, die das Wärmeträgermedium kommend vom thermoakustischen Kühler in den warmen Wärmetauscher 32 hineinpumpt. Der warme Wärmetauscher 32 ist z.B. luftgekühlt sowie auf der Außenseite des Gerätes angeordnet und dient zur Wärmeabfuhr aus dem Wärmeträgermedium in die Umgebung. Stromabwärts des warmen Wärmetauschers 32 befindet sich ein weiteres 3-Wege-Ventil 33, das ebenfalls zwei Ausläufe 33', 33" aufweist. Dabei ist der Auslauf 33' mit einer weiteren Bypassleitung 42 verbunden, mittels derer warmes Wärmeträgermedium zur Leitung 27 des kalten Unterkeislaufs 26 zugeführt werden kann. Im Arbeitsbetrieb ist jedoch der Ventilauslauf 33' gesperrt, so dass vom warmen Wärmetauscher 32 kommende Wärmeträgermedium über die Leitung 34 erneut dem thermoakustischen Kühler 10 zugeführt wird.
  • Durch die Bypassleitungen 40, 42 wird es möglich, dass der thermoakustische Kühler 10 z.B. während einer Abtauphase umgangen werden kann.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Pumpen 21, 31 zu einer Doppelpumpe 31 zusammengefasst sind, die das Wärmeträgermedium in beiden Teilkreisläufen fördert.
  • Darüber hinaus zeigt Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines Kühlkreislaufs mit thermoakustischem Kühler 10. In Fig. 3 sind vergleichbare, bereits in Fig. 1 und 2 gezeigte Komponenten mit gleichen Bezugszeichen versehen. Dabei ist der kalte Teilkreislauf 20 mit einem großen, kalten Wärmetauscher 24 ausgeführt. Mittels eines Ventilators 50 wird dabei warme Luft aus dem Kühl- und/oder Gefrierraum des Kühl- und/oder Gefriergerätes zuführt. Durch diese Zwangskonvektion kann eventuell anhaftende Feuchtigkeit getrocknet werden. Ferner wird ein verbesserter Wärmeübergang vom Kühl- und/oder Gefrierraum auf den/die entsprechenden Wärmetauscher 23, 24 erreicht. Die Wärmeaufnahme durch den kalten Wärmetauscher 24 erfolgt somit im Wesentlichen durch die durch den Ventilator 50 zugeführte Luft, wie dies in vergleichbarer Form bereits aus sogenannten NoFrost-Geräten bekannt ist.
  • Fig. 4 zeigt den schematischen Aufbau eines thermoakustischen Kühlers 10, der zwei Wärmetauschereinheiten 14, 18 umfasst, die als bauliche Einheit oder auch voneinander getrennt ausgeführt sein können. Diese Wärmetauschereinheiten 14, 18 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 dem kalten Wärmeüberträger 18 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 geführt wird, eine Abkühlung. Die warme Wärmetauschereinheit 14 steht dabei mit dem warmen Teilkreislauf 30 in Verbindung, während die kalte Wärmetauschereinheit 18 mit dem kalten Teilkreislauf 20 in Verbindung steht.
  • In den in Fig. 1-3 dargestellten Ausführungsbeispielen ist vorgesehen, dass die Pumpen 21, 31 derart betrieben wird, dass auf der Pumpendruckseite, d. h. auf der druckseitigen Auslaßseite der Pumpe 21, 31 ein Absolutdruck im Bereich von 1,2 bis 1,8 bar besteht, was in anderen Worten bedeutet, dass die Komponenten des Wärmeträgerkreislaufes derart ausgeführt sind, dass dieser Druckwert ausreicht, um die Durchströmung des gesamten Wärmeträgerkreislaufes zu ermöglichen.
  • Die oben genannten Komponenten des Wärmeträgerkreislaufes sind in diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung somit derart ausgeführt, dass sie der Strömung des Wärmeträgermediums einen derart geringen Widerstand entgegensetzen, dass eine Durchströmung des Kühlkreislaufes bei den angegebenen Druckwerten möglich ist. Die Leitungen und Strömungsquerschnitte beispielsweise der Wärmetauscher 23, 24, 32, des thermoakustischen Kühlers 10 mit seinen Wärmetauschereinheiten14, 18 sowie der Ventile 22, 25, 33 werden dementsprechend konzipiert.
  • Durch den geringen Druckverlust im System ist ein niedriger Energieverbrauch erzielbar.
  • Um sicherzustellen, dass die Pumpen 21, 31 Druckwerte in dem angegebenen Bereich liefern, kann vorgesehen sein, dass ein oder mehrere nicht näher dargestellte Drucksensoren angeordnet sind, die beispielsweise an verschiedenen Stellen des Wärmeträgerkreislaufes den Druck erfassen oder die beispielsweise den Druck auf der Pumpendruckseite erfassen. Diese Druckwerte werden einer nicht dargestellten Regelungseinheit zugeführt, die mit der Pumpe in Verbindung steht und diese derart ansteuert, dass der gewünschte Druckwert erhalten wird bzw. dass ein Druckwert in einem vorgegebenen Sollwertbereich erhalten wird.

Claims (7)

  1. Kühl- und/oder Gefriergerät mit einem Wärmeträgerkreislauf, der wenigstens einen thermoakustischen Kühler (10) sowie wenigstens eine Pumpe (21, 31) zur Förderung eines Wärmeträgermediums durch den Wärmeträgerkreislauf umfasst, wobei die Pumpe (21, 31) derart ausgeführt ist und/oder derart angesteuert wird, dass der mittlere Druck im Wärmeträgerkreislauf oder der Druck auf der Druckseite der Pumpe (21, 31) im Bereich von 1,0 bis 2,0 bar liegt.
  2. Kühl- und/oder Gefriergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Druck im Wärmeträgerkreislauf oder der Druck auf der Druckseite der Pumpe (21, 31) im Bereich von 1,2 bis 1,8 bar liegt.
  3. Kühl- und/oder Gefriergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Druck im Wärmeträgerkreislauf oder der Druck auf der Druckseite der Pumpe (21, 31) im Bereich von 1,4 bis 1,6 bar liegt.
  4. Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeträgerkreislauf wenigstens einen kalten Wärmetauscher (23, 24) zur Kühlung des Kühl- und/oder Gefrierraums des Kühl- und/oder Gefriergerätes sowie wenigstens einen warmen Wärmetauscher (32) zur Kühlung des Wärmeträgermediums aufweist.
  5. Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoakustische Kühler (10) Einheiten (14, 18) oder Bereiche aufweist, die von Wärmeträgermedium durchströmt werden.
  6. Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeträgerkreislauf ein oder mehrere schaltbare Ventile (22, 25, 33) zur Führung des Wärmeträgermediums aufweist.
  7. Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Drucksensoren vorgesehen sind, die den mittleren Druck im Wärmeträgerkreislauf und/oder den Druck an der Druckseite der Pumpe (21, 31) erfassen, und dass eine Regelungseinheit vorgesehen ist, die mit dem oder den Drucksensoren sowie mit der Pumpe (21, 31) in Verbindung steht und die die Pumpe (21, 31) derart ansteuert, dass der mittlere Druck im Wärmeträgerkreislauf oder der Druck an der Druckseite der Pumpe (21, 31) in einem vorgegebenen Bereich liegt oder einem Sollwert entspricht.
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